دی اکسید کربن

تقدیم به پدر و مادرم :
خدای را بسی شاکرم که ‌از روی کرم، پدر و مادری فداکار نسیبم ساخته، تا در سایه درخت پربار وجودشان بیاسایم و از ریشه‌ی ‌آنها شاخ و برگ گیرم و در سایه‌ی وجودشان، در راه کسب علم و دانش تلاش نمایم. والدینی که بودنشان تاج افتخاری است بر سرم و نامشان دلیلی است بر بودنم، چرا که ‌این دو وجود، پس از پروردگار ، مایه هستی‌ام بوده‌اند، دستم را گرفتند و در این وادی پر فراز و نشیب زندگی، مرا راه رفتن آموختند. آموزگارانی که برایم زندگی، بودن و انسان بودن را معنا کردند.

سپاسگزاری

سپاس بی کران پروردگار یکتا را که هستی‌مان بخشید و به طریق علم و دانش رهنمونمان شد و به همنشینی رهروان علم و دانش مفتخرمان نمود و خوشه چینی از علم و معرفت را روزیمان ساخت.

چکیده

طراحی پایه‌ی حلقه‌ی دریزو و استفاده‌ از حلال هیدروکربنی در فرایند نم‌زدایی در پالایشگاه فراشبند

به کوشش
مسعود پاشایی

بخار آب یکی از مهمترین ناخالصیهای جریان گاز طبیعی است. معمولاً خود بخار آب مساله ساز نیست ولی در عوض فاز مایع یا جامدی که هنگام فشرده شدن گاز یا سرد شدن آن تشکیل میشود مشکل ساز میباشد. در برخی موارد بخار آب باعث مسمومیت شدید کاتالیستهای گران قیمت شده و یا اینکه واکنشهای جانبی نامطلوبی را باعث میگردد. آب به صورت مایع معمولاً خوردگی را سرعت میبخشد و یخ یا هیدراتهای جامد میتوانند شیرها، اتصالات و حتی لولههای گاز را مسدود کنند. برای جلوگیری از بروز چنین مشکلاتی جریان گاز قبل از وارد شدن به خطوط انتقال با استفاده روشهای مختلفی آبگیری می‌شود. متداولترین روش در دنیا استفاده ‌از TEG میباشد. جهت افزایش راندمان روش مذکور موارد مختلفی پیشنهاد شده ‌است که ‌یکی از آنها اضافه نمودن حلال هیدروکربنی به TEG میباشد که به فراریت آب در این محلول در برج دفع کمک نموده و موجب بدست آمدن TEG خالص‌تر می‌گردد و می‌توان نقطه شبنم گاز را به مراتب پایین‌تر از روش حال حاضر مورد استفاده رساند. که ‌اکنون تکنولوژی آن در انحصار شرکت Drizo می‌باشد و به عنوان فرآیند Drizo شناخته میشود و با استفاده ‌از روش مذکور می‌توان خلوص TEG خروجی از برج دفع را بالاتر از ۹۹.۸% رسانده و در نتیجه گاز خشک را با نقطه شبنم ۷۳- تا ۵/۹۵- به نقاط مصرف منتقل نمود.
هدف از این تحقیق طراحی پایه‌ی تجهیزات مورد استفاده در فرآیند دریزو به منظور جلوگیری از هدر رفت تری‌اتیلن‌گلایکول و جلوگیری از انتشار ترکیبات BTEX می‌باشد.

کلمات کلیدی: Drizo، TEG، نم زدایی، حلال هیدروکربنی، ترکیبات BTEX

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: مقدمه
۱-۱- نم‌زدایی از گاز طبیعی ۲
۱-۱-۱- روشهای نم‌زدایی از گاز طبیعی ۲
۱-۱-۱-۱- نم‌زدایی توسط مایعات جاذب رطوبت ۴
۱-۱-۱-۲- نم‌زدایی با استفاده ‌از جاذب‌های جامد ۶
۱-۱-۱-۳- نم‌زدایی توسط سرمایش گاز ۶
۱-۱-۱-۴- نم‌زدایی با استفاده‌ از نفوذ گاز در غشاء ۶
۱-۱-۱-۵- نم‌زدایی توسط واکنش گرهای جامد ۷
۱-۱-۲- روش های افزایش بازدهی فرایند احیاء ۱۰
۱-۱-۲-۱- استفاده ‌از گاز دفع کننده ۱۰
۱-۱-۲-۲- احیاء در خلاء ۱۰
۱-۱-۲-۳- افزایش عمل احیاء با افزودن حلال ۱۱

فصل دوم: مروری بر پژوهش های پیشین
مروری بر پژوهش های پیشین ۱۳

فصل سوم: افزایش عمل احیای گلایکول با افزودن حلال هیدروکربنی
۳-۱- مشخصات فرآیند ۱۷
۳-۲- مزایای دریزو ۲۰
۳-۲- ۱- از نقطه نظر اقتصادی ۲۱
۳-۳- اصلاح فرایند نم‌زدایی گاز  Drizo ۲۱
۳-۳-۱- تشریح اصلاح فرایند دریزو ۲۲
۳-۴- پارامترهای طراحی ۲۲
عنوان صفحه

۳-۴-۱- برج Contactor ۲۳
۳-۴-۲- دبی گاز ورودی ۲۳
۳-۴-۳- دما و فشار ورودی ۲۳
۳-۴-۴- دماو غلظت TEG ورودی ۲۳
۳-۴-۵- سرعت چرخش گلایکول ۲۴
۳-۴-۶- دمای نم‌زدایی ۲۴
۳-۴-۷- دمای ریبویلر ۲۴
۳-۴-۸- دمای ستون دفع ۲۴

فصل چهارم: طراحی پایه و ارائه خدمات مهندسی مقدماتی جهت اجرای طرح Drizo در پالایشگاه گاز فراشبند، واحد دالان
۴-۱- بر اساس شرایط تابستان و در حالت مجزا بودن واحدها ۲۷
۴-۱-۱- جدا کننده‌ی سه فازی(V-100) ۲۷
۴-۱-۲- مبدل حرارتی E-100 ۳۰
۴-۱-۳- مبدل حرارتی E-101 ۴۱
۴-۱-۴- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد ۵۷
۴-۱-۵- پمپ P-100 ۶۰
۴-۱-۶- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو ۶۵
۴-۲- بر اساس شرایط زمستان و در حالت مجزا بودن واحدها ۶۸
۴-۲-۱- جدا کننده‌ی سه فازی(V-100) ۶۸
۴-۲-۲- مبدل حرارتی E-100 ۶۸
۴-۲-۳- مبدل حرارتی E-101 ۷۳
۴-۲-۴- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد ۷۸
۴-۲-۵- پمپ P-100 ۸۰
۴-۲-۶- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو ۸۱
۴-۳- بر اساس شرایط تابستان و در صورت تجمیع واحدها ۸۲
۴-۳-۱- جدا کننده سه فازی(V-100) ۸۲
۴-۳-۲- مبدل حرارتی E-100 ۸۲
۴-۳-۳- مبدل حرارتی E-101 ۸۷
۴-۳-۴- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد ۹۲
عنوان صفحه

۴-۳-۵- پمپ P-100 ۹۴
۴-۳-۶- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو ۹۵
۴-۴- بر اساس شرایط زمستان و در صورت تجمیع واحدها ۹۶
۴-۴-۱- جدا
کننده سه فازی(V-100) ۹۶
۴-۴-۲- مبدل حرارتی E-100 ۹۶
۴-۴-۳- مبدل حرارتی E-101 ۱۰۱
۴-۴-۴- چیلر تأمین کننده‌ی آب سرد ۱۰۶
۴-۴-۵- پمپ P-100 ۱۰۸
۴-۴-۶- خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان در فرایند دریزو ۱۰۹
۴-۵- جدا کننده‌ی آب از حلال((coalesce ۱۱۰

فصل پنجم: نتیجه‌گیری
۵-۱- مقایسه‌ی میزان هرز رفت TEG ۱۱۲
۵-۲- مقایسه‌ی میزان انتشار ترکیبات BTEX ۱۱۳
۵-۳- مقایسه‌ی درصد خلوص TEG احیا شده در برج دفع ۱۱۴
۵-۴- مقایسه‌ی نقطه‌ی شبنم آبی گاز خشک خروجی از برج جذب ۱۱۵
۵-۵- مقایسه هزینه‌ی کل سرمایه‌گذاری (TCI) و درآمد سالیانه ناشی از
پیاده سازی فرایند دریزو در دو حالت مجزا بودن و تجمیع واحدها ۱۱۶

فهرست منابع و مآخذ ۱۱۹

فهرست جدول‌ها

عنوان صفحه

جدول۱-۱- ناخالصی‌های موجود در گاز طبیعی ۳
جدول۱-۲- خصوصیات گلایکول‌های مورد استفاده در فرآیند نم‌زدایی گاز ۷
جدول۱-۳- تأثیر سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن بر محتوای آب
گاز طبیعی اشباع ۹
جدول ۳-۱- مهمترین دماهای عملیاتی گلایکول در قسمت‌های مختلف ۹
جدول ۴-۱- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی
سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo ۲۳
جدول ۴-۲- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100 ۳۸
جدول ۴-۳- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101 ۴۳
جدول ۴-۴- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله ‌مستقیم انتخاب شده ۵۹
جدول ۴-۵- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و حالت
فیزیکی جریان‌ها ۶۷
جدول ۴-۶- اندازه‌های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی
سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo ۶۸
جدول ۴-۷- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100 ۷۰
جدول ۴-۸- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101 ۷۵
جدول ۴-۹- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله ‌مستقیم انتخاب شده ۷۹
جدول ۴-۱۰- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و
حالت فیزیکی جریان‌ها ۸۱
جدول ۴-۱۱- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی
سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo ۸۲
جدول ۴-۱۲- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100. ۸۴

عنوان صفحه

جدول ۴-۱۳- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101 ۸۹
جدول ۴-۱۴- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله ‌مستقیم انتخاب شده ۹۳
جدول۴-۱۵- مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و
حالت فیزیکی جریان‌ها ۹۵
جدول۴-۱۶- اندازه های بدست آمده از نرم‌افزار HYSYS برای جداکننده‌ی
سه فازی استفاده شده در فرایند Drizo ۹۶
جدول۴-۱۷- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-100 ۹۸
جدول۴-۱۸- نتایج بدست آمده از طراحی و ارزیابی مبدل حرارتی E-101 ۱۰۳
جدول۴-۱۹- مدل و مشخصات چیلر جذبی شعله ‌مستقیم انتخاب شده ۱۰۷
جدول۴-۲۰ مشخصات خطوط لوله‌ی انتقال دهنده‌ی جریان و
حالت فیزیکی جریان‌ها ۱۰۹

فهرست شکل‌ها

عنوان صفحه

شکل ۱-۱- نمایی از پیکربندی یک پالایشگاه گاز ۳
شکل ۱-۲- دو شبکه بلوری مربوط به هیدرات ۴
شکل ۱-۳- نمایی ساده ‌از فرآیند نم‌زدایی گاز طبیعی توسط تری اتیلن گلایکول ۸
شکل ۱-۴- محتوای آب گاز حاوی دی اکسید کربن در۱۰۰ ۹
شکل۱-۵- فرایند نم‌زدایی باگلایکول به روش احیاء در خلاء ۱۱
شکل۳-۱- فرایند دریزو جهت نم‌زدایی گاز طبیعی. ۱۸
شکل۳-۲- احیای گلایکول با استفاده‌ از فرآیند دریزو استاندارد ۱۹
شکل۳-۳- احیای گلایکول با استفاده ‌از فرآیند دریزو پیشرفته ۱۹
شکل۳-۴- مقایسه میزان در صد خلوص گلایکول و نقطه شبنم آبی
در فرآیندهای مختلف احیا گلایکول ۲۰
شکل ۴-۱- اجزای مختلف جدا کننده سه‌فازی ۲۷
شکل ۴-۲- نحوه عملکرد جدا کننده سه‌فازی ۲۸
شکل ۴-۳- آرایش موازی در مبدل‌های حرارتی ۳۱
شکل ۴-۴- چگونگی تغییر دمای دو سیال را در طول لوله ۳۱
شکل ۴-۵- جریان مخالف در مبدل‌های حرارتی ۳۲
شکل ۴-۶- چگونگی تغییر دمای دو سیال را در طول لوله در آرایش مخالف ۳۲
شکل ۴-۷- چگالنده‌ی نوع پوسته-لوله‌ی افقی ۳۴
شکل ۴-۸- نمونه ای از مبدل های حرارتی U شکل ۳۶
شکل ۴-۹- شرایط جریان‌های سرد و گرم استفاده شده برای مبدل حرارتی E-100 ۳۷
شکل ۴-۱۰- ترکیب ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-100 ۳۷
شکل ۴-۱۱- TEMA Sheetمربوط به مبدل E-100 ۳۹
شکل ۴-۱۲- طرح کلی مبدل E-100 ۴۰

عنوان صفحه

شکل ۴-۱۳ استقرار لوله‌ها در مبدل E-100 ۴۰
شکل ۴-۱۴- شرایط جریانهای سرد و گرم استفاده شده برای مبدل حرارتی E-101 ۴۱
شکل ۴-۱۵- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-101 ۴۲
شکل ۴-۱۶- ترکیب جریان ورودی به بخش سرد مبدل حرارتی E-101 ۴۲
شکل ۴-۱۷- TEMA Sheet مربوط به مبدل E-101 ۴۳
شکل ۴-۱۸- طرح کلی مبدل E-101 ۴۴
شکل ۴-۱۹- استقرار لوله‌ها در مبدل E-101 ۴۴
شکل ۴-۲۰- شماتیک اجزای چیلر تراکمی ۴۵
شکل ۴-۲۱- شماتیک اجزای چیلرجذبی ۴۷
شکل ۴-۲۲- اجزای چیلر جذبی و نحوه‌ی قرارگیری آنها ۴۸
شکل ۴-۲۳- چیلر جذبی لیتیوم برماید تک مرحله‌ای خنک‌شونده با آب ۵۳
شکل ۴-۲۴- چیلر جذبی لیتیوم برماید تک مرحله‌ای سرد شونده با هوا ۵۳
شکل ۴-۲۵- چیلر جذبی لیتیوم برماید دو مرحله‌ای خنک‌شونده با آب ۵۴
شکل ۴-۲۶- چیلر جذبی لیتیوم برماید دو مرحله‌ا
ی خنک‌شونده با هوا ۵۴
شکل ۴-۲۷- محدوده‌ی انتخاب پمپ‌ها با توجه به سرعت ویژه‌ی بدست آمده ۶۴
شکل ۴-۲۸- محیط کاری نرم‌افزار ESI ۶۶
شکل ۴-۲۹- شرایط جریان‌های سرد و گرم استفاده شده برای
مبدل حرارتی E-100 ۶۹
شکل ۴-۳۰- ترکیب ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-100 ۶۹
شکل ۴-۳۱- TEMA Sheetمربوط به مبدل E-100 ۷۱
۴-۳۲- طرح کلی مبدل E-100 ۷۲
۴-۳۳- استقرار لوله‌ها در مبدل E-100 ۷۲
۴-۳۴- شرایط جریان‌های سرد و گرم استفاده شده برای مبدل حرارتی E-101 ۷۳
شکل ۴-۳۵- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-101 ۷۴
شکل ۴-۳۶- ترکیب ورودی به بخش سرد مبدل حرارتی E-101 ۴
شکل ۴-۳۷- TEMA Sheet مربوط به مبدل E-101 ۷۶
شکل ۴-۳۸- طرح کلی مبدل E-101 ۷۷
شکل ۴-۳۹- استقرار لوله‌ها در مبدل E-101 ۷۷
شکل ۴-۴۰- محدوده‌ی انتخاب پمپ‌ها با توجه به سرعت ویژه‌ی بدست آمده ۸۰

عنوان صفحه

شکل ۴-۴۱- شرایط جریان‌های سرد و گرم استفاده شده برای
مبدل حرارتی E-100 ۸۳
شکل ۴-۴۲- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-100 ۸۳
شکل ۴-۴۳- TEMA Sheetمربوط به مبدل E-100 ۸۵
شکل ۴-۴۴- طرح کلی مبدل E-100 ۸۶
شکل ۴-۴۵- استقرار لوله ها در مبدل E-100 ۸۶
شکل ۴-۴۶- شرایط جریان‌های سرد و گرم استفاده شده برای
مبدل حرارتی E-100 ۸۷
شکل ۴-۴۷- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-101 ۸۸
شکل ۴-۴۸- ترکیب ورودی به بخش سرد مبدل حرارتی E-101 ۸۸
شکل ۴-۴۹- TEMA Sheet مربوط به مبدل E-101 ۹۰
شکل ۴-۵۰- طرح کلی مبدل E-101 ۹۱
شکل۴-۵۱- استقرار لوله ها در مبدل E-101 ۹۱
شکل ۴-۵۲- محدوده‌ی انتخاب پمپها با توجه به سرعت ویژه‌ی بدست آمده ۹۴
شکل ۴-۵۳- شرایط جریان‌های سرد و گرم استفاده شده برای مبدل حرارتی E-100 ۹۷
شکل ۴-۵۴- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-100 ۹۷
شکل ۴-۵۵- TEMA Sheetمربوط به مبدل E-100 ۹۹
شکل ۴-۵۶- طرح کلی مبدل E-100 ۱۰۰
شکل ۴-۵۷- استقرار لوله ها در مبدل E-100 ۱۰۰
شکل ۴-۵۸- شرایط جریان‌های سرد و گرم استفاده شده برای
مبدل حرارتی E-101 ۱۰۱
شکل ۴-۵۹- ترکیب جریان ورودی به بخش گرم مبدل حرارتی E-101 ۱۰۲
شکل ۴-۶۰- ترکیب جریان ورودی به بخش سرد مبدل حرارتی E-101 ۱۰۲
شکل ۴-۶۱- TEMA Sheet مربوط به مبدل E-101 ۱۰۴
شکل ۴-۶۲- طرح کلی مبدل E-101 ۱۰۵
شکل ۴-۶۳- استقرار لوله ها در مبدل E-101 ۱۰۵
شکل ۴-۶۴- محدوده‌ی انتخاب پمپها با توجه به سرعت ویژه‌ی بدست آمده ۱۰۸
شکل(۴-۶۵): مقایسه‌ی میزان هرز رفت TEG ۱۱۲
شکل(۴-۶۶): مقایسه‌ی میزان انتشار ترکیبات BTEX ۱۱۳

عنوان صفحه

شکل (۴-۶۷): مقایسه‌ی درصد خلوص TEG احیاء شده در برج دفع ۱۱۴
شکل (۴-۶۸):مقایسه‌ی نقطه‌ی شبنم آبی گاز خشک خروجی از برج جذب ۱۱۵
شکل (۴-۶۹): مقایسه هزینه‌ی کل سرمایه‌گذاری (TCI)