شبیه‌سازی و بررسی فرآیند واحد تنظیم نقطه شبنم یک پالایشگاه گازی و استفاده از سیکل سردسازی پروپان به منظور دست‌یابی به شرایط بهینه عملکرد فرآیند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران

2 شرکت پالایش گاز پارسیان (PGRC)

چکیده

در این پژوهش، ابتدا به شناسایی نقاط دارای پتانسیل ایجاد مشکل در حالت عدم حصول به شرایط طراحی واحد ژول-تامسون (تنظیم نقطه شبنم) یک پالایشگاه‌ گاز پرداخته شده و در ادامه، اتصال این واحد با یک سیکل سردسازی پروپان به منظور بهبود عملکرد فرآیند مورد بررسی قرار گرفت. اتلاف حرارت از لوله‌ها و تجهیزات فرآیندی، پدیده حمل مایع در جداکننده، شرایط جریان ورودی فرآیند و عملکرد شیرژول-تامسون از مواردی هستند که در این تحقیق به عنوان عوامل مؤثر بر عملکرد فرآیند بررسی شدند. بدین منظور، براساس اطلاعات واقعی فرآیندی، شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار ASPEN HYSYS V10.0 انجام شد. با استفاده از سنجش‌های میدانی و روابط تجربی، اتلاف حرارتی و میزان تأثیر آن بر عملکرد فرآیند محاسبه شد. سپس، پدیده‌ی ماندگی مایع در گاز و گاز در مایع مربوط به جداکننده‌ی دما پایین و حساسیت تغییرات دما و فشار ورودی بر دمای نقطه شبنم گاز خروجی از واحد بررسی شد. عملکرد شیر ژول-تامسون مورد سنجش قرار گرفت. در انتها، به طراحی و آنالیز اقتصادی ایجاد یک سیکل سردسازی پروپان و اتصال آن با واحد ژول-تامسون برای بهبود عملکرد واحد پرداخته شد. نتایج نشان داد که با بهبود عایق‌کاری لوله‌ها و جداکننده، می‌توان C° 2 الی C° 4 دمای شبنم گاز خروجی را کاهش داد. به علاوه، ماندگی مایع در گاز و گاز در مایع درون جداکننده و همچنین عملکرد شیر ژول-تامسون، عوامل اصلی دور شدن از شرایط طراحی در این پالایشگاه نیست. در مرحله آخر یک سیکل تبرید طراحی و در قالب تعداد 10 طرح مختلف، به واحد مورد نظر متصل شد. برای یافتن بهترین عملکرد سیکل سردسازی، این طرحها از لحاظ انرژی مصرفی و اقتصادی مورد بررسی قرار گرفت. طرحی اتصال سیکل سردسازی به واحد از طریق یک مبدل در محل ورودی جداکننده و پس از شیر ژول-تامسون به عنوان طراحی بهینه از نظر اقتصادی تعیین شد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation and Analysis of Dew Point Regulation Unit Process of a Gas Refinery and Use of Propane Cooling Cycle in Order to Achieve Optimal Operation Conditions

نویسندگان [English]

  • Mohammadi Liravi 1
  • Mohsen Mohammadi 1
  • Masoud Haghshenasfard 1
  • Ali Reza Khaz’ali 1
  • Reza Sarvi 2
  • Ali Akbar Ezoji 2
1 Department of Chemical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2 Parsian Gas Refinery Company (PGRC)
چکیده [English]

In this study, first potentials of problem were identified in case of failure to meet the design condition of the Joule-Thomson unit, and then, connection of this unit with a propane cooling cycle was studied in order to improve the process performance. For this purpose, based on real information, a simulation process was performed using ASPEN HYSYS V10.0 software. The unit heat loss and its effect on the process were obtained using field measurements and empirical correlations. Then, the carryover related to the separator and the sensitivity of inlet pressure and temperature changes to the dew point temperature of the exhaust gas from the unit were investigated. Further, the performance of the Joules-Thomson valve was studied. Finally, the design and economic analysis of a propane cooling cycle and its connection to the Joule-Thomson unit are discussed to improve unit performance. The results showed that by improving the insulation of pipes and separators, the dew temperature of the exhaust gas can be reduced by 2 °C to 4 °C. Finally, a cooling cycle was designed and connected to the unit in the form of 10 different scenarios. To find the best performance of the cooling cycle, these scenarios were examined in terms of energy consumption and economy.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas Refinery
  • dew point adjustment
  • Separator
  • Joules-thomson Valve
  • simulation and optimization
[1]. توسلی م.، طیاری م.، شریعتی نیاسری م.، بهجونیا م. (1393) «مروری بر واحدهای عملیاتی و فرآیندهای پالایشگاه‌های گاز»، نشریه مهندسی گاز ایران، شماره 2، صفحات 8-15.##
[2]. Mokhatab S, Poe W A, Mak J Y (2019) Handbook of natural gas transmission and processing, 4th ed, Elsevier. ##
[3]. Rincon M D, Jimenez-Junca C, Duarte C R (2016) A novel absorption process for small-scale natural gas dew point control and dehydration, Journal of Natural Gas Science and Engineering, 29, 264-274. ##
[4]. Cengel Yunus A, Michael A (2015) Properties of Pure Substances, Thermodynamics (An Engineering Approach), 8th ed, McGraw-Hill Education. ##
[5]. قادریان پ.، بشی‌پور ف.، پرواره ا. (1398) «ارزیابی ضریب ژول-تامسون برای گاز طبیعی با استفاده از استاندارهای AGA 8 و GERG و مقایسه با مقادیر حقیقی»، چهارمین کنفرانس بین‌المللی نوآوری‌های اخیر در شیمی، مهندسی شیمی، تیر، تهران. ##
[6]. انصاری م.، دارایی ح.ن.، قاضی‌نیا ا. (1392) «بررسی اثر شیر ژول-تامسون و توربین انبساطی بر میزان بازیافت مایعات گازی مجتمع گاز و گاز مایع 900:نتایج شبیه‌سازی و میدانی»، نخستین کنفرانس تجهیزات عملیاتی و فرآیندی، آبان، تهران. ##
[7] حمزوی سرخانی ف. (1388) «شبیه‌سازی سیکل تبرید یکی از پالایشگاه‌های گاز کشور با نرم‌افزار Aspen Plus به منظور بررسی راهکارهای افرایش کارایی آن»، پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشگاه شیراز، ایران . ##
[8] Smith J M, VanNess H C, Abbott M M, Swihart M T (2018) Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 8th ed., McGraw-Hill Education. ##
[9] Erdmann E, Ruiz L A, Benitez L,Tarifa E (2012) Sensitivity analysis using dehydration process simulationofa condition plant for natural gas, Avancesen Cienciasa Ingenieria, 3, 3: 119-130. ##
[10] پاسبان آ.، محبی م.، صدرنیا ح. (1396) «شبیه‌سازی سه‌ بعدی فرآیند انتقال حرارت و جرم طی خشک کردن همرفت برش‌های سیب با استفاده از روش عددی شبه طیفی و بررسی تغییرات دمایی نمونه با استفاده از دمانگاری مادون قرمز» ، پایان‌نامه دکتری، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران. ##
[11] Bergman T L, Lavine A, Incropera F P, Dewitt D P (2017) Fundamentals of heat and mass transfer, 8th ed., Wiley.
[12]. موسوی س. ص. (1398) «شبیه‌سازی، بهینه‌سازی استفاده از غشا در شیرین‌سازی گاز طبیعی، برآورد اقتصادی و مقایسه آن با روش‌های جذب آمین»، پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان. ##
[13]. بابایی ا. (1388) «کمینه‌سازی هزینه توسّط الگوریتم ژنتیک و بررسی مصرف انرژی در جداسازی مخلوط سه‌جزئی پروپان، بوتان و پنتان»، پایان‌نامه کارشناسی‌ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان. ##
[14]. www.chemengonline.com/pci, 9.2018. ##
[15]. Seider W D, Lewin D R, Seader J D, Widagdo S, Gani R (2017) Product and process design principles synthesis, analysis and evaluation,4th ed, Wiley. ##
[16]. Kasumu A S, Mehrotra A K (2013) Solids deposition from two-phase wax−solvent−water “waxy ”mixtures under turbulent flow, 13th International Conference on Petroleum Phase Behavior and Fouling, Energy and Fuels 27, 4: 1914-1925. ##
[17]. مهماندوست الف.، زارع‌علی‌آبادی ح. (1396) «شبیه‌سازی و بهینه‌سازی سیکل پروپان و واحد تنظیم نقطه شبنم فاز دوازده پارس جنوبی به منظور جداسازی بهتر میعانات گازی»، چهارمین همایش ملی علوم ومهندسی جداسازی، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، خرداد. ##