بررسی بازدهی واحدهاي بازیافت گوگرد
در حضور ترکیبهاي سنگین آروماتیک

کورش اسفندیاري*+، اکبر شاهسوند
مشهد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی شیمی

چکیده: واحدهاي بازیافت گوگرد بر پایه فرایند کلاوس، در زمـره ي پرکـاربردت رین فراینـ دهاي بازیافـت گـوگرد در مقیاس صنعتی به شمار میآیند. با وجود بازدهی مناسب این واحدها، به دلیل وجود برخی مشـکل هـايفراینـ دي ،فراردههاي نهایی و همچنین راندمان آنها از کیفیت و کمیت مناسبی برخوردار نمیباشد. حضور ترکیبهاي سنگین آروماتیک بنزن، تولوئن و زایلین (BTX) از جمله مشکلاتی است که بـه کـاهش رانـدمان ایـن واحـدها مـ یانجامـد .این ترکیبها در صورت سوختن کامل در محفظه احتراق کـه بـه د لی ـل دمـ اي نامناسـب ای ـن محفظـه رخ مـ یدهـد، میتوانند منجر به غیرفعال شدن کاتالیستهاي موجود در بسترهاي کاتالیسـت ی بـه وی ـژه بسـتر اول شـوند. از ای ـن رو ،در این پژوهش ضمن شبیهسازي فرایند بازیافت گوگرد به روش کلاوس در مقیاس صنعتی توسط نرمافـزار پرومـاکس، بـهبررسی تأثیر حضور BTX بر شدت غیرفعال شدن بستر کاتالیستی اول و نقش آن بر راندمان واحد بازیافت گـوگرد وهمچنین ارایه سناریوهایی براي کاهش محتواي BTX در جریان ورودي به بسترهاي کاتالیستی پرداخته شده است.

واژههاي کلیدي: واحد بازیافت گوگرد، فرایند کلاوس، عملکرد واحد، هیدروکربنهاي آروماتیک .
KEY WORDS: Sulfur recovery units, Claus process, Unit efficiency, Heavy aromatic coumpounds.

مقدمه
کلاوس بهبود یافته(2) و سوپر کلاوس(3)) صورت میپذیرد .]1[ یک واحد متداول بازیافت گوگرد به روش کلاوس با 2 الی 4
مرحلهي کاتالیستی، به طور معمول داراي راندمانی در حدود 59 تا 89 درصد است [2] که این میزان با به کارگیري واحدهاي تکمیلی میتواند تا9 /99 درصد بهبود یابد .]3[
در کشور ما، وجود مشکلهاي فرایندي همچون استفاده از گوگرد یکی از مهمترین فراوردههاي جانبی فرآورش نفت خام و گاز طبیعی به شمار میآید که در صنایع گوناگون از جمله تولید سولفوریک اسید و کودهاي کشاورزي کاربرد فراوانی دارد. با توجه به کاهش روزافزون ذخایر هیدروکربنی شیرین و استخراج نفت و گاز از مخازن ترش، افزایش تولید گوگرد در مقیاس صنعتی امري اجتناب ناپذیر خواهد بود .
امروزه بازیافت گوگرد از هیدروژن سولفید در مقیاس صنعتی کاتالیست نامرغوب، وجود گازهاي غیرقابل اشتعال و ناخالصیهاي بهطور عمده توسط فرایند کلاوس(1) و فرایندهاي جداشده از آن (مانند هیدروکربنی در خوراك گاز اسیدي و میعان گوگرد بر روي

+E-mail: [email protected] عهده دار مکاتبات *
Claus process (3) Super Claus
Modified Claus
99
بسترهاي کاتالیستی، به کاهش چشمگیري بازیافت گوگرد در ماههاي اولیه راهاندازي واحدهاي بازیافت گوگرد منجر میشود .
از جمله ناخالصیهاي هیدروکربنی موجود در گازهاي اسیدي ،ترکیبهاي سنگین آروماتیک داراي بنزن، تولوئن و زایلین( BTX)
میباشد که وجود مقدار اندك آنها نیز میتواند تأثیرهاي مخربی بر عملکرد واحدهاي بازیافت گوگرد( SRU(1)) بگذارد [5 ، 4]. ترکیبهاي BTX افزون بر مسموم کردن کاتالیست مصرفی واحد کلاوس (گاما آلومینا)، به عنوان یکی از عوامل اصلی تغییر رنگ گوگرد تولیدي(2) نیز شناخته میشوند [6]. از این رو، براي افزایش راندمان این واحد و بهبود کیفیت گوگرد تولیدي، حذف این ترکیبها از جریان گازي اجتنابناپذیر میباشد .
کاهش میزان ترکیبهاي BTX در گاز اسیدي، به طور عموم به دو روش صورت میپذیرد: اول جداسازي ترکیبهاي BTX از گاز اسیدي پیش از ورود به واحد بازیافت گوگرد و دوم حذف این ترکیبها به کمک احتراق آنها در محفظه احتراق واحد بازیافت گوگرد.
کالی و همکاران [7] ضمن بررسی روشهاي کاهش ترکیبهاي BTEX خروجی از واحدهاي شیرینسازي با آمین و نمزدایی توسط گلایکول به این نتیجه رسیدند که کاهش آمین در چرخش در واحدهاي شیرینسازي و گلایکول در چرخش در واحدهاي نمزدایی و همچنین کمینه کردن دماي آمین فقیر و تغییر حلال ،مهمترین عوامل کاهش محتواي ترکیبهاي BTEX در جریان خروجی میباشند .شاهسوند و همکاران [8] با مدلسازي فرایند جذب سطحی تولوئن توسط کربن فعال به این نتیجه رسیدند که یک بستر جاذب کربن فعال با یک سطح مقطع مناسب میتواند در جداسازي ترکیبهاي BTX از گاز اسیدي مفید واقع شود .همچنین ادب و همکاران [9] با انجام آزمایشهایی به بررسی تأثیر حضور ترکیبهاي BTX بر میزان غیرفعال شدن کاتالیست کلاوس پرداختند و سرانجام با ساخت یک واحد جذب سطحی حاوي کربن فعال سعی بر حذف این ترکیبها در واحدهاي عملیاتی شرکت آرامکو عربستان نمودند .رامشنی و همکاران [01] ضمن بررسیهایی به این نتیجه رسیدن که غنیسازي هواي ورودي از اکسیژن و افزایش دماي محفظهي احتراق، تأثیر چشمگیري بر تجزیهي ترکیبهاي سنگین هیدروکربنی از جمله BTX دارد .
اگرچه تاثیرهاي مخرب ترکیبهاي BTX بر غیرفعال شدن با مرور منابع مطالعاتی چنین دیده میشود که در شبیهسازيهاي صورت پذیرفته، از تأثیر حضور ترکیبهاي BTX بر میزان غیرفعال شدن بسترهاي کاتالیستی و بازدهی کلی بازیافت گوگرد چشم پوشی شده است [51 ـ12 ]. با توجه به اهمیت بسترهاي کاتالیستی بر راندمان کلی بازیافت گوگرد به روش کلاوس و تأثیر حضور ترکیبهاي BTX بر میزان غیرفعال شدن این بسترها ،در این پژوهش، ضمن شبیهسازي واحد بازیافت گوگرد پالایشگاه گاز خانگیران (به عنوان مطالعه موردي) توسط نرم افزار پروماکس (ProMax)، نسبت به بررسی تأثیر محتواي ترکیبهاي BTX در گاز ورودي به بسترهاي کاتالیستی بر فعالیت این بسترها (به ویژه بستر اول) و راندمان کلی واحد بازیافت گوگرد اقدام میشود .

شرح واحد بازیافت گوگرد
واحد بازیافت گوگرد پالایشگاه گاز خانگیران، شامل یک مرحله غیر کاتالیستی دما بالا (محفظه احتراق) و 3 مرحله کاتالیستی دما پایین بوده (شکل 1) و راندمان طراحی این واحد در حدود 79 درصد میباشد .
خوراك گاز اسیدي با آنالیز ارایه شده در جدول 1 به همراه هوا درون محفظهي احتراق تزریق میشود و ابتدا یک سوم از هیدروژن سولفید موجود در آن طبق واکنش زیر با مقدار استوکیومتري از اکسیژن سوخته و منجر به تولید گوگرد دياکسید میشود.
(2a)
2H S (1 a)O2  2 2H O2 Sn aSO2
n
که در آن a از صفر تا 2 بوده و n میتواند از 2 تا 8 و یا بیشتر تغییر کند [2]. مقدار پارامتر a=0 مربوط فقط به انجام واکنش تجزیه حرارتی هیدروژن سولفید بوده و a=2 مربوط به انجام نشدن واکنش تجزیه حرارتی میباشد .
در مرحلهي دوم، گوگرد دياکسید تولیدي با هیدروژن سولفید باقیمانده، وارد واکنش شده و تولید گوگرد مینماید. افزون بر واکنشهاي اصلی، تعدادي واکنشهاي جانبی نیز در محفظه احتراق رخ میدهد که منجر به تولید فراوردههاي نامطلوب COS و
2CS میشود .
گازهاي داغ خروجی از محفظه احتراق وارد دیگ بازیافت گرماي اتلافی شده و ضمن سرد شدن، آب ورودي به پوسته
بسترهاي کاتالیستی کلاوس به صورت تجربی به اثبات رسیده است ،]11[ مبدل گرمایی را به بخار بیش داغ تبدیل میکند. این دیگ

(1) Sulfur recovery unit ss (2) Sulfur off color


جدول 1ـ آنالیز گاز اسیدي ورودي به واحد بازیافت گوگرد پالایشگاه خانگیران.

درجه
52 =
دما
سلسیوس

فشار
= 9
/
مربع

اینچ

بر

پوند
21

شدت

جریان
(
مولی

)
کیلو

مول
بر

ساعت

ترکیب

بر

مول

کیلو
)
شدت

(
ساعت

مولی

جریان

ترکیب

گاز
اسیدي

آروماتیک

ترکیبات

4
/
1510

دياکسید
کربن

159
/
0

بنزن

5
/
901

هیدروژن
سولفید

053
/
0

تولوئن

2
/
28

متان

022
/
0

زایلین

566
/
242

آب

بخار

سه

با

متداول

گوگرد

بازیافت

واحد

یک
کاتالیستی
از

شمایی

ـ
1

شکل
.

بستر

اول

چگالنده

چ

گالنده
دوم

چگالنده
سوم

ج
بخارهاي
داکننده

گوگردي

درجه

52

=

دما

سلسیوس

فشار

=

9

/

مربع

اینچ



قیمت: تومان

دسته بندی : شیمی و مهندسی شیمی

دیدگاهتان را بنویسید