تحلیل و طراحی فرایند جداسازی دی اکسید کربن از گاز ترش با استفاده از حلال های نوین هیبریدی

جداسازی دی اکسید کربن از گاز ترش یکی از عملیات راهبردی در زنجیره فرآورش گاز طبیعی، تولید گاز شیرین، کاهش خوردگی، رعایت مشخصات فروش گاز و توسعه فناوری های جذب، انتقال و ذخیره سازی کربن است. گاز ترش معمولا شامل متان، دی اکسید کربن، هیدروژن سولفید، بخار آب و مقادیر جزئی هیدروکربن های سنگین تر و ترکیبات گوگردی است. حذف CO₂ و H₂S از این گاز، افزون بر بهبود کیفیت سوخت، از دیدگاه ایمنی، زیست محیطی و اقتصادی اهمیت بالایی دارد. فرایندهای جذب شیمیایی با حلال های آمینی مانند MEA، DEA و MDEA در صنعت گاز طبیعی بالغ و پرکاربرد هستند، اما مصرف بالای انرژی احیا، خوردگی، تخریب حرارتی و اکسایشی، تولید نمک های پایدار حرارتی و هزینه های عملیاتی بالا، ضرورت توسعه حلال های پیشرفته تر را نشان داده است. در سال های اخیر، حلال های هیبریدی شامل ترکیب آمین ها با حلال های فیزیکی، فعال سازهایی مانند پیپرازین، مایعات یونی و حلال های یوتکتیک عمیق، به عنوان گزینه هایی امیدبخش برای شیرین سازی گاز ترش و جذب CO₂ مطرح شده اند. مطالعات جدید نشان می دهند که حلال های هیبریدی، مانند MEA/NMP، می توانند در حذف هم زمان CO₂ و H₂S و کاهش بار ریبویلر نسبت به حلال آمینی مرسوم عملکرد مطلوب تری داشته باشند. همچنین آژانس بین المللی انرژی گزارش کرده است که بخش بزرگی از ظرفیت عملیاتی جذب CO₂ جهان در واحدهای فرآورش گاز طبیعی قرار دارد؛ موضوعی که اهمیت صنعتی و اقتصادی CCS در پالایش گاز را برجسته می کند. در این مقاله، یک واحد فرضی شیرین سازی گاز ترش با ظرفیت ۱۰۰ MMSCFD، فشار ورودی ۶۵ bar و ترکیب ۱۲ mol% CO₂ و ۲ mol% H₂S به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است. چهار حلال شامل MEA ۳۰ wt%، MDEA/PZ، MDEA/PZ/Sulfolane و MDEA/DES/PZ از نظر راندمان حذف CO₂، حذف H₂S، انرژی احیا، نرخ گردش حلال، ریسک خوردگی و قابلیت صنعتی مقایسه شده اند. نتایج طراحی مفهومی نشان می دهد که حلال MDEA/PZ/Sulfolane برای گاز ترش پرفشار می تواند تعادل مناسبی میان جذب شیمیایی سریع، ظرفیت جذب فیزیکی و کاهش مصرف انرژی برقرار کند. برای خوراک فرضی بررسی شده، میزان CO₂ جذب شده حدود ۵۸۸.۷ تن در روز و بار حرارتی ریبویلر گزینه منتخب حدود ۲.۵ GJ/tCO₂ برآورد شده است. مقاله حاضر افزون بر مبانی نظری، شامل موازنه جرم، جدول های طراحی، نمودار مقایسه ای، ارزیابی فنی–اقتصادی، بحث زیست محیطی، چالش های مقیاس پذیری و پیشنهادهای پژوهشی است.

کلیدواژه ها:

گاز ترش ، شیرین سازی گاز ، جذب CO₂ ، CCS ، حلال هیبریدی ، MDEA ، پیپرازین ، سولفولان ، DES ، مایعات یونی