مدل‌سازی و شبیه‌سازی سیستم غشایی نم‌زدایی و مقایسه‌ اقتصادی آن با سایر روش‌های نم‌زدایی گاز طبیعی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 شرکت پالایش گاز شهید هاشمی‌نژاد

چکیده

در این مطالعه طراحی و شبیه‌سازی فرآیندهای مختلف نم‌زدایی گاز طبیعی شامل فرآیندهای غشایی، جذب به کمک حلال و جذب سطحی انجام شده و نتایج حاصل از ارزیابی‌های اقتصادی این فرآیندها با یکدیگر مقایسه شده است. شبیه‌سازی واحد جذب به کمک حلال توسط نرم‌افزار Aspen-Hysys و مدل‌سازی و شبیه‌سازی سیستم غشایی در محیط نرم‌افزار MATLAB انجام شد. در تمامی فرآیندهای طراحی شده، هدف، رساندن میزان رطوبت موجود در جریان گاز طبیعی به مقدار مجاز موجود در خطوط لوله (یعنی lbm/MMSCF 7)  بوده است. نتایج به دست آمده نشان داد که در محدوده‌ شرایط عملیاتی فرض شده در این مطالعه، هزینه‌ جداسازی سیستم غشایی در سرعت‌های پایین خوراک کم‌تر از سایر واحدهای نم‌زدایی است. به تدریج و با افزایش سرعت خوراک و به دنبال آن کاهش قابل ملاحظه در هزینه‌های واحدهای جذب و جذب سطحی، این اختلاف کم‌تر می‌شود. به علاوه، تحت شرایط عملیاتی مورد استفاده در این مطالعه، هزینه‌ واحدهای غشایی از واحدهای جذب سطحی نیز کم‌تر است. طبق نتایج حاصل از ارزیابی اقتصادی و بهینه‌سازی سیستم‌های ترکیبی غشاء-جذب و نیز غشاء-جذب سطحی، در صورت استفاده از سیستم غشایی در بالادست هر یک از فرآیندهای نم‌زدایی و نیز با توجه به شرایط عملیاتی موجود در هر واحد نم‌زدایی، کاهش قابل ملاحظه‌ای در هزینه‌های جداسازی کل ایجاد خواهد شد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Modeling and Simulation of Membrane-based Dehydration System and Economic Comparison with other Natural Gas Dehydration Processes

نویسندگان [English]

  • Mehdi Pourafshari 1
  • Mahsan Basafa 1
  • Mehrdad Kasrayie Yeganeh 2
1 Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Shahid Hasheminejad Gas Refinery Company, Khorasan Razavi, Iran
چکیده [English]

Process design and simulation of different natural gas dehydration processes including membrane systems, absorption, and adsorption were investigated in the current study and the results of the economic assessments of these processes were compared with each other. The absorption process was simulated by means of Aspen-Hysys and the modeling and simulation of membrane system were implemented by MATLAB. All of the processes were designed to reduce the water content of natural gas to less than 7 lb/MMSCF. According to the results, under assumed operating conditions, the total separation cost of membrane separation system was lower than that of other dehydration processes at low feed flow rates. The difference decreased with increasing feed flow rates followed by a decrease in the total separation costs of absorption and adsorption processes. In addition, under the operating conditions assumed in this study, the membrane systems showed lower total separation costs than the adsorption processes. According to the economic evaluation and optimization of membrane-absorption and membrane-adsorption hybrid processes, the use of membrane system on the upstream of other dehydration processes would result in a significant decrease in total separation costs depending on the operating conditions in each dehydration unit.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Economic Assessment
  • Membrane System
  • Simulation
  • Modeling
  • Dehydration
[1]. Gas Processors Suppliers Association (GPSA) Engineering Data Book, 12th Ed., Vol. 2, 2004.

[2]. Binci F., Ciarapica F. E. and Giacchetta G., Natural gas dehydration in offshore rigs: Comparison between traditional glycol plants and innovative membrane systems, http://www.membrane.unsw.edu.au/imstec03/content/papers/IND/imstec033.pdf

[3]. Auvil S. R., Choe J. S., Kellogg L. J., Use of membrane separation to dry gas streams containing water vapor, U.S. Patent: 5259869, 1993.

[4]. Ohlrogge K. and Brinkmann T., “Natural gas cleanup by means of membranes”, Annals of the New York Academy of Sciences, Vol. 984 , pp. 306–317, 2003.

[5]. Baker R. W. and Lokhandwala K., “Natural gas processing with membranes: An overview”, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 47, pp. 2109-2121, 2008.

[6]. Baker R. W., Membrane technology and applications, 2nd Ed., John Wiley & Sons, Ltd., 2004.

[7]. Stern S. A., Walawender W. P., “Analysis of membrane separation parameters”, J. Sep. Sci., Vol. 4, pp. 123-153, 1969.

[8] Pan C. Y., “Gas separation by permeators with high-flux asymmetric membranes”, AIChE J., Vol. 29, pp. 545-552, 1983.

[9]. پورافشاری چنار م.، تصفیه گاز طبیعی به روش غشایی، پایان‌نامه دکتری، دانشگاه صنعتی شریف، شهریور 1385.

[10]. Peters M. S. and Timmerhaus K. D., Plant design and economics for chemical engineers, 4th Ed., McGraw-Hill, Inc., 1991.

[11]. Seider W. D. and Seader J. D., Product and Process Design Principles, 2nd Ed., John Wiley and Sons, Inc., 2004.

[12]. Christensen D. L., Thermodynamic simulation of the water/glycol mixture, Aalborg University Esbjerg, (AAUE), 2009 (http://www.scribd.com/doc/78180962/Gas-Dehydration).

[13]. Hao J., Rice P. A. and Stern S. A., “Upgrading low-quality natural gas with H2S- and CO2-selective polymer membranes Part II. Process design, economics, and sensitivity study of membrane stages with recycle streams”, J. Membr. Sci., Vol. 320, pp. 108–122, 2008.

[14]. Bhide B.D., Voskericyan A. and Stern S.A., “Hybrid processes for the removal of acid gases from natural gas”, J. Membr. Sci., Vol. 140, pp. 27-49, 1998.