طراحی و شبیه سازی فرآیند هیبرید برودتی–غشایی برای استخراج هلیوم از واحدهای LNG مقیاس کوچک

در این پژوهش، طراحی و شبیه سازی یک فرآیند هیبریدی برای استخراج هلیوم از گاز طبیعی در واحدهای LNG مقیاس کوچک مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به غلظت بسیار پایین هلیوم در گاز طبیعی و مصرف انرژی بالای فرآیندهای متداول جداسازی، توسعه پیکربندی های کارآمد با شدت انرژی کمتر از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مطالعه، یک آرایش ترکیبی شامل تقطیر برودتی به عنوان مرحله غنی سازی اولیه و جداسازی غشایی به عنوان مرحله پالایش نهایی پیشنهاد و به صورت پایا شبیه سازی شده است. شبیه سازی ترمودینامیکی فرآیند با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS و معادله حالت Peng–Robinson انجام شد. به منظور مدل سازی دقیق عملکرد غشا، یک مدل مبتنی بر مکانیزم حل–نفوذ در نرم افزار MATLAB توسعه داده شد و نتایج آن به صورت کوپل شده در شبیه سازی فرآیند لحاظ گردید. نتایج نشان می دهد که فرآیند هیبریدی می تواند خلوص هلیوم بیش از ۹۷ درصد را همراه با کاهش قابل توجه مصرف انرژی نسبت به سامانه های کاملا برودتی فراهم کند. تحلیل حساسیت ستون های تقطیر نشان داد که افزایش فشار عملیاتی مصرف انرژی را افزایش می دهد، در حالی که خلوص هلیوم حساسیت اندکی به تغییرات فشار و دما دارد. همچنین، جایگزینی مراحل عمیق برودتی با مرحله پالایش غشایی منجر به کاهش حدود ۲۰ درصدی مصرف انرژی کل می شود. بر این اساس، فرآیند هیبرید تقطیر برودتی–غشایی گزینه ای کارآمد برای بازیافت هلیوم در واحدهای LNG مقیاس کوچک به شمار می آید.

کلیدواژه ها:

استخراج هلیوم ، گاز طبیعی ، تقطیر برودتی ، جداسازی غشایی ، LNG