توصيفگر ها :
شيرين سازي گاز طبيعي , مايع يوني , شبيه سازي , اسپن پلاس
چكيده فارسي :
چكيده
هدف از اين پژوهش شبيهسازي واحد شيرينسازي گاز طبيعي با استفاده از حلال مايع يوني بر پايه خانواده ايميدازوليوم
و مقايسه آن با شيرينسازي [bmim][NTf -1 بوتيل 3-متيل ايميدازوليوم بيس(تري فلورومتيل سولفونيل) ايميد [ 2
گاز طبيعي با استفاده از حلال بر پايه آمين از نظر اقتصادي ومصرف انرژي دو سيستم است. با توجه به ساختار مولكولي
به عنوان معادله حالت ترموديناميكي استفاده شد و پارامترهاي مربوطه براي اين PC-SAFT مايع يوني، از مدل
پژوهش محاسبه گرديد. با استفاده از روش مشاركت گروهي، خواص بحراني ماده خالص مايع يوني محاسبه شد. براي
براي هر يك از DIPPR تعيين مشخصات خالص حلال مايع يوني دادههاي موجود آزمايشگاهي بر اساس معادلات
خواص برازش شده و به نرم افزار اسپن پلاس معرفي شد. دادههاي آزمايشگاهي مربوط به حلاليت اجزاء تشكيل دهنده
خوراك ورودي در حلال مايع يوني مناسب با شرايط اين پژوهش غربال شده و پارامترهاي اندركنش دوتايي هر يك
از اجزاء با مايع يوني با استفاده از شبيهسازي محاسبات فلش تعيين و در نرمافزار وارد شد. سپس فرايند شيرينسازي
گاز طبيعي با حلال مايع يوني توسط نرم افزار اسپنپلاس نسخه 10 شبيهسازي شده و شيرينسازي با دو شيوه انجام
شد. در روش اول براي شيرينسازي از تغيير فشار سيستم، اعمال بار حرارتي و افزايش نرخ در گردش حلال استفاده
شد. در روش دوم صرفا از تغيير فشار سيستم و افزايش حلال براي شيرينسازي كمك گرفته شد. نتايج نشان ميدهد
كه براي شيرينسازي حدود 500 تن در ساعت خوراك گاز طبيعي پارس جنوبي و رسيدن به ميزان حد مجاز 4
پيپياموي سولفيد هيدروژن در گاز شيرين شده به ميزان نامتعارف 26600 و 89600 تن درساعت حلال مايع يوني به
ترتيب براي روشهاي اول و دوم نياز است. مقايسه اقتصادي بين دو فرايند شيرين سازي با حلال مايع يوني به روش
اول و شيرين سازي با حلال آمين نيز نشان ميدهد كه هزينههاي سرمايهگذاري و هزينههاي ساليانه عملياتي فرايند
2 برابر هزينههاي مربوطه در فرايند شيرينسازي با حلال آمين است. در / 3 و 82 / شيرينسازي با مايع يوني به ترتيب 05
تحقيقات قبلي عنوان شده است كه براي جذب 99 درصد از گازهاي اسيدي، حلال مايع يوني ميتواند جايگزين
مناسبي براي حلالهاي خانواده آمين باشد. اين مطلب نيز بررسي شد. نتايج بدست آمده نشان ميدهد كه انرژي مورد
79/3 [bmim][NTf نياز براي جذب 99 درصد از گازهاي اسيدي خوراك ورودي توسط حلال مايع يوني [ 2
درصد كمتر از انرژي مورد نياز براي فرايند مشابه با حلال آمين است. ضمن اينكه در فرايند جذب 99 درصد از
22 درصد هزينههاي عملياتي فرايند با حلال / گازهاي اسيدي، هزينههاي عملياتي ساليانه فرايند با حلال مايع يوني، 8
آمين است.
چكيده انگليسي :
ABSTRACT
This research aims to simulate the process of natural gas sweetening using an imidazoliumbased
ionic liquid solvent called 1-butyl 3-methyl imidazolium
bis(trifluoromethylsulfonyl)imide [bmim][NTf2] and comparing it with natural gas
sweetening using an Amine-based solvent. The comparison includes an economic analysis
and an evaluation of the energy consumption of both systems. The PC-SAFT model, based
on the molecular structure of the ionic liquid, was used as the equation of state, and relevant
parameters were calculated for this study. The critical properties of pure ionic liquid were
calculated using the Group Contribution Method. Laboratory data were used to determine
the physical properties of the ionic liquid solvent including density, thermal conductivity,
heat capacity, surface tension, viscosity, vapor pressure and ideal gas heat capacity, and
these data were then fitted by relevant DIPPR equation for each property and input into the
Aspen Plus. Laboratory data related to the solubility of natural gas in the ionic liquid solvent
were collected and screened based on the research condition and then the binary interaction
parameters of each component with the ionic liquid was determined using a flash calculation
simulation. The Aspen Plus software version 10 was then used to simulate the sweetening
of natural gas with the ionic liquid solvent. The sweetening was carried out in two different
ways. In the initial approach to sweetening, adjustments were made to the system pressure,
a heat load was applied, and the circulation rate of the solvent was increased. On the other
hand, in the alternate approach the system pressure was modified and the solvent was
increased without any additional heating load. The results show that to sweeten about 500
tons per hour of South Pars natural gas feed and reach the limit of 4 parts per million of
hydrogen sulfide in the sweetened gas, significant and unusual quantities of 26,600 and
89,600 tons per hour of ionic liquid solvent are needed for the first and second approaches,
respectively. The economic comparison between the two processes of sweetening with ionic
liquid solvent in the first approach and sweetening with amine solvent also shows that the
investment costs and annual operating costs of the sweetening process with ionic liquid are
3.05 and 2.82 times the corresponding costs in the sweetening process, respectively with an
amine solvent. In previous researches by others, it has been stated that for absorbing 99%
of acid gases, ionic liquid solvent can be a promising substitute for amine-based solvents.
This fact was also examined. The obtained results show that the energy required to absorb
99% of the acid gases of the feed gas by the ionic liquid solvent [bmim][NTf2] is 79.3%
lower than the energy required for the same process with the amine solvent. Besides, in the
process of absorbing 99% of acid gases, the annual operating costs of the process with ionic
liquid solvent is 22.8% of the operating costs of the process with amine solvent.
Keywords: Process Simulation, Ionic Liquid, Natural Gas Sweetening, Aspen Plus