دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – محیط زیست

عنوان:

مدلسازی ریاضی گازشوی بیولوژیکی

چکیده:

گاز طبیعی غالباً ناخالصی هایی چون دی اکسید کربن (گاز اسیدی)، سولفید هیدروژن (گاز ترش) و آب و همچنین نیتروژن، هلیوم و سایر گازهای نادر را به همراه دارد. قبل از انتقال گاز طبیعی به خطوط لوله، سولفید هیدروژن در فرآیندی تحت عنوان شیرین سازی جداسازی می شود. برای شیرین سازی گاز طبیعی دو روش عمده فیزیکو شیمیایی و بیولوژیکی وجود دارد. در ابتدا هدف از شیرین سازی گاز حذف H2S از آن بود حتی اگر این گاز به محیط وارد می شد، اما پس از مشخص شدن خطرات زیست محیطی و بشری H2S قوانین سخت تر شد و در نتیجه با اعمال روش های تکمیلی از ورود این کاده به هوا نیز جلوگیری به عمل آمد. در اینجا ضمن برشمردن مزایای روشهای بیولوژیکی و معرفی برخی از آنها فرآیند بهینه را مدل می نماییم.

مقدمه:

گاز طبیعی غالبا ناخالصی هایی چون دی اکسید کربن (گاز اسیدی)، سولفید هیدروژن (گاز ترش) و آب و همچنین نیتروژن، هلیوم و سایر گازهای نادر را به همراه دارد. دی اکسید را به حوزه های نفتی قدیمی تخلیه شده تزریق می کنند تا تولید آنها افزایش یابد. نیتروژن نیز گازی است قابل تزریق به حوزه های نفتی و هلیوم در صنایع الکترونیک موارد استفاده ارزشمند و فراوان دارد. سولفید هیدروژن (H2S) بسیار سمی است و مقادیر بسیار ناچیز آن نیز می تواند کشنده و مهلک باشد. سولفید هیدروژن بسیار خورنده و فرساینده است و می تواند به لوله ها، اتصالات و شیرهای چاه آسیب و خسارت وارد کند. بنابراین قبل از انتقال گاز طبیعی به خطوط لوله، سولفید هیدروژن جداسازی شده و دی اکسید کربن و آب آن نیز از طریق آب زدایی یا نمک گیری گرفته می شود. حذف دی اکسید کربن و سولفور بعد از جداسازی مایعات گازی از گاز طبیعی خام دومین قسمت از فرآورش گاز می باشد که شامل جداسازی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن است. گاز طبیعی بسته به موقعیت چاه مربوط مقادیر متفاوتی از این دو ماده را شامل می گردد. فرآیند تفکیک سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن از گاز ترش، شیرین کردن گاز نامیده می شود. سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن را می توان سوزاند و از گوگرد نیز صرفنظر نمود ولی این عمل باعث آلودگی شدید محیط زیست می گردد. با توجه به اینکه سولفور موجود در گاز عمدتاً در ترکیب سولفید هیدروژن H2S قرار دارد حال چنانچه میزان سولفید هیدروژن موجود از مقدار 5/7 میلیگرم در هر متر مکعب گاز طبیعی بیشتر باشد به آن گاز ترش اطلاق می گردد. و چنانچه از این مقدار کمتر باشد نیاز به تصفیه نمی باشد. سولفور موجود در گاز طبیعی به علت دارا بودن بوی زننده و تنفس های مرگ آور و عامل فرسایندگی خطوط لوله انتقال، گاز را غیرمطلوب و انتقال آن را پرهزینه می سازد.

برای شیرین سازی گاز طبیعی دو روش عمده فیزیکو شیمیایی و بیولوژیکی وجود دارد. روش های فیزیکوشیمیایی دارای قدمت بسیار بیشتری بوده و کاربرد آنها بسیار بیشتر از روش های بیولوژیکی در صنعت می باشد. در ابتدا هدف از شیرین سازی گاز حذف H2S از آن بود حتی اگر این گاز به محیط وارد می شد، اما پس از مشخص شدن خطرات زیست محیطی و بشری H2S قوانین سخت تر شد و در نتیجه با اعمال روش های تکمیلی از ورود این ماده به هوا نیز جلوگیری به عمل آمد. ایجاد واحدهای بازیافت گوگرد مانند کلاوس در پالایشگاه ها نیز در همین راستا بود.

مزایای فراوان روش های بیولوژیکی در مقایسه با روش ها معمول شیرین سازی گاز باعث افزایش روزافزون توجه محققین به این روشها گردیده است. از روش های بیولوژیکی می توان به دو صورت مستقیم و یا غیرمستقیم (جایگزین واحد کلاوس) در صنعت گاز استفاده کرد. در روش مستقیم گاز ترش مستقیماً وارد مرحله بیولوژیکی می شود در حالی که در روش غیرمستقیم گاز ترش ابتدا وارد فرآیند آمین شده و گازهای ترش خروجی از برج دفع فرآیند آمین وارد مرحله بیولوژیکی می گردد.

فصل اول: کلیات

1-1) هدف

اساس روش های بیولوژیکی برای شیرین سازی گاز طبیعی بر مبنای استفاده از باکتری های گوگردی استوار است. این باکتری ها سولفید را مصرف کرده، تولید گوگرد و یا سولفات می کنند. در مقایسه با تکنیک های فیزیکوشیمیایی که مواد آلاینده گاهی به سادگی از یک فاز به فاز دیگر منتقل نمی شوند و یا اینکه تبدیل به مواد مضرتری می شوند، تصفیه بیولوژیکی را می توان به اکسیداسیون کاتالیستی در دمای پایین تشبیه کرد که نیاز به سوخت و مواد شیمیایی ندارد و مزیت دیگر آن ایمنی این سیستم می باشد. کاتالیست ها (آنزیم های میکروبی) به طور مداوم توسط میکروارگانیسم ها تولید می شوند و بیوفیلتراسیون، هیچ ماده آلوده کننده ثانویه یا ضایعات خطرناک تولید نمی کند. هدف معرفی روشی بهینه و بررسی اثر عوامل مختلف روی پارامترهای طراحی می باشد.

2-1) پیشینه تحقیق

در کشور ما گازهای اسیدی جدا شده در واحد آمین براساس میزان H2S یا سوزانده شده و یا به واحد کلاوس فرستاده می شود. با سوزاندن که برای گازهایی با مقادیر کم H2S مورد استفاده قرار می گیرد گازهای اسیدی در مشعل پالایشگاه سوزانده می شود هرچند که با این روش H2S حذف می شود اما سوختن سولفید هیدروژن باعث تولید SO2 می شود که این ماده برطبق قوانین استانداردهای ملی کیفیت هوای آزاد در گروه آلاینده های مقیاس گروه بندی می شود و غلظت مجاز آن 0/03ppm می باشد. همچنین با آب واکنش داده و تولید اسید سولفوریک می کند که باعث ایجاد باران اسیدی و ذرات معلق می گردد. علاوه بر فرآیندهای حذف H2S در فاز گاز، فرایندهای اکسیداسیون مستقیم H2S در فاز مایع و فرایندهای جذب سطحی بر فاز جامد در حال گسترش هستند. این فرایندها برای حذف مقادیر H2S در محدوده بسیار کم تا 5 درصد مولی در گاز طبیعی، ظرفیت بازیافت گوگرد حداکثر 20 تن در روز به کار می روند. برای غلظت های بالاتر H2S و بازیافت مقادیر بیشتر گوگرد فرایندهای کلاوس و آمین اقتصادی تر هستند.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.