واحد جذب گاز اسیدی چیست؟
واحد جذب گاز اسیدی یا Acid Gas Removal Unit (AGRU) یکی از واحدهای مهم در پالایشگاهها و مجتمعهای فرآورش گاز است که وظیفه آن حذف ترکیبات اسیدی از جریان گاز طبیعی و گازهای فرآیندی است. مهمترین ترکیباتی که در این واحد حذف میشوند، سولفید هیدروژن (H₂S) و دیاکسید کربن (CO₂) هستند.
وجود گازهای اسیدی در گاز طبیعی میتواند مشکلاتی مانند خوردگی تجهیزات، کاهش کیفیت گاز، ایجاد خطرات ایمنی و افزایش مشکلات زیستمحیطی ایجاد کند. به همین دلیل، گاز ترش پیش از انتقال یا مصرف معمولاً وارد واحد جذب گاز اسیدی میشود تا مقدار H₂S و CO₂ آن به محدوده مورد نیاز برسد.
واحد جذب گاز اسیدی چیست؟
واحد جذب گاز اسیدی مجموعهای از تجهیزات فرآیندی است که با استفاده از یک حلال شیمیایی یا فیزیکی، گازهای اسیدی را از جریان گاز جدا میکند.
در بسیاری از پالایشگاههای گاز، از محلولهای آمینی برای این منظور استفاده میشود. به همین دلیل، واحد جذب گاز اسیدی در بسیاری از پروژهها با نام واحد آمین (Amine Unit) نیز شناخته میشود.
در یک فرآیند معمول، گاز ترش وارد برج جذب (Absorber) میشود و با محلول آمین تماس پیدا میکند. H₂S و CO₂ جذب محلول شده و گاز خروجی از برج، گاز شیرین نامیده میشود.
محلول آمین پس از جذب گازهای اسیدی، به برج احیا یا Regenerator منتقل میشود. در این برج، گازهای اسیدی از آمین جدا شده و محلول آمین برای استفاده مجدد به چرخه فرآیند بازمیگردد.
چرا گازهای اسیدی باید حذف شوند؟
گازهای اسیدی موجود در گاز طبیعی میتوانند اثرات نامطلوبی بر فرآیند، تجهیزات و کیفیت محصول داشته باشند.
۱. کاهش خوردگی
H₂S و CO₂ در حضور آب میتوانند شرایط خوردگی را در تجهیزات، خطوط لوله و سایر بخشهای فرآیندی ایجاد کنند. کاهش این ترکیبات به کنترل خوردگی و افزایش عمر تجهیزات کمک میکند.
۲. افزایش ایمنی
H₂S یک گاز بسیار سمی است و کنترل آن یکی از مهمترین الزامات ایمنی در پالایشگاههای گاز محسوب میشود.
۳. افزایش کیفیت گاز
CO₂ یک ترکیب غیرقابل احتراق است و مقدار زیاد آن میتواند ارزش حرارتی گاز طبیعی را کاهش دهد. حذف بخشی از CO₂ باعث میشود گاز محصول به مشخصات مورد نیاز نزدیکتر شود.
۴. آمادهسازی برای انتقال
گاز طبیعی برای انتقال در خطوط لوله باید مشخصات کیفی مشخصی داشته باشد. بنابراین واحد جذب گاز اسیدی یکی از مراحل مهم آمادهسازی گاز برای انتقال محسوب میشود.
۵. آمادهسازی برای واحدهای پاییندستی
برخی فرآیندهای پاییندستی به گازی با مقدار مشخصی از H₂S و CO₂ نیاز دارند. به همین دلیل، عملکرد مناسب واحد جذب گاز اسیدی میتواند روی عملکرد کل پالایشگاه تأثیر بگذارد.
گاز ترش و گاز شیرین چیست؟
گاز طبیعی حاوی مقدار قابل توجهی H₂S و گازهای اسیدی معمولاً گاز ترش (Sour Gas) نامیده میشود.
پس از عبور گاز از واحد جذب گاز اسیدی و کاهش مقدار H₂S و CO₂، جریان خروجی گاز شیرین (Sweet Gas) نامیده میشود.
به صورت ساده:
گاز ترش → واحد جذب گاز اسیدی → گاز شیرین
در کنار گاز شیرین، یک جریان دیگر نیز از واحد تولید میشود که شامل گازهای اسیدی جداشده است.
فرآیند کار واحد جذب گاز اسیدی چگونه است؟
عملکرد یک واحد جذب گاز اسیدی را میتوان در چند مرحله اصلی بررسی کرد.
مرحله اول: ورود گاز ترش
گاز طبیعی یا گاز فرآیندی حاوی H₂S و CO₂ وارد واحد میشود.
پیش از ورود به برج جذب، ممکن است جریان گاز از تجهیزات پیشتصفیه عبور کند تا ذرات جامد، مایعات هیدروکربنی و سایر آلایندههایی که میتوانند عملکرد حلال را مختل کنند، کاهش یابند.
مرحله دوم: ورود گاز به برج جذب
گاز ترش معمولاً از قسمت پایین برج جذب وارد میشود.
همزمان، حلال رقیق یا Lean Solvent از قسمت بالای برج وارد شده و به سمت پایین حرکت میکند.
به این ترتیب، گاز و مایع در جهت مخالف یکدیگر حرکت میکنند و تماس مناسبی بین دو فاز ایجاد میشود.
مرحله سوم: جذب H₂S و CO₂
در داخل برج جذب، گازهای اسیدی از جریان گاز به حلال منتقل میشوند.
اگر حلال مورد استفاده آمین باشد، H₂S و CO₂ با محلول آمین واکنش داده یا در آن جذب میشوند.
در نتیجه، مقدار گازهای اسیدی موجود در گاز خروجی کاهش پیدا میکند.
مرحله چهارم: خروج گاز شیرین
گاز تصفیهشده از قسمت بالای برج جذب خارج میشود.
این جریان میتواند به واحدهای بعدی مانند:
- واحد نمزدایی
- واحد بازیابی مایعات گازی
- کمپرسورها
- واحدهای پاییندستی
- خطوط انتقال
ارسال شود.
مرحله پنجم: انتقال حلال غنی
حلالی که H₂S و CO₂ را جذب کرده است، حلال غنی یا Rich Solvent نامیده میشود.
این جریان برای احیا و بازیابی ظرفیت جذب به واحد Regeneration فرستاده میشود.
مرحله ششم: احیای حلال
در صورت استفاده از آمین، حلال غنی وارد برج احیا یا Regenerator میشود.
در پایین این برج، ریبویلر (Reboiler) حرارت لازم را تأمین میکند. حرارت باعث جدا شدن گازهای اسیدی از محلول میشود.
حلال پس از احیا به حالت Lean Amine بازمیگردد و دوباره به برج جذب ارسال میشود.
مرحله هفتم: خروج گاز اسیدی
گازهای اسیدی جداشده از حلال از قسمت بالای ریجنراتور خارج میشوند.
این جریان معمولاً شامل H₂S، CO₂، بخار آب و در برخی موارد ترکیبات دیگر است.
در پالایشگاههایی که واحد بازیابی گوگرد دارند، جریان غنی از H₂S میتواند به واحد بازیابی گوگرد یا SRU ارسال شود.
مهمترین تجهیزات واحد جذب گاز اسیدی
یک واحد جذب گاز اسیدی بسته به نوع فرآیند و طراحی پروژه میتواند تجهیزات متنوعی داشته باشد. مهمترین تجهیزات عبارتاند از:
برج جذب یا Absorber
برج جذب، مهمترین تجهیز واحد است و محل تماس گاز ترش با حلال است.
این برج ممکن است از سینی یا پکینگ برای افزایش سطح تماس گاز و مایع استفاده کند.
برج احیا یا Regenerator
وظیفه این برج جدا کردن گازهای اسیدی از حلال غنی و بازگرداندن حلال به حالت قابل استفاده مجدد است.
ریبویلر
ریبویلر حرارت مورد نیاز برای احیای حلال را فراهم میکند.
مبدل حرارتی
در واحدهای آمینی، مبدل Lean/Rich Amine برای انتقال حرارت بین آمین غنی و آمین رقیق استفاده میشود.
این کار به کاهش مصرف انرژی واحد کمک میکند.
کولر آمین
آمین احیاشده پیش از ورود دوباره به برج جذب معمولاً خنک میشود تا شرایط مناسب برای جذب فراهم شود.
پمپهای آمین
پمپها وظیفه گردش و انتقال محلول آمین بین تجهیزات مختلف را بر عهده دارند.
فلش درام
در برخی طراحیها، حلال غنی وارد فلش درام میشود تا گازهای حلشده و بخشی از هیدروکربنهای سبک از آن جدا شوند.
فیلترها
فیلترها برای حذف ذرات جامد، محصولات خوردگی و برخی آلایندهها از محلول استفاده میشوند.
انواع روشهای جذب گاز اسیدی
اگرچه استفاده از آمین یکی از رایجترین روشهاست، اما واحد جذب گاز اسیدی الزاماً فقط به فرآیند آمینی محدود نمیشود.
جذب شیمیایی با آمین
در این روش از حلالهایی مانند:
- MEA
- DEA
- MDEA
- DGA
و برخی حلالهای ترکیبی استفاده میشود.
این روش برای بسیاری از واحدهای فرآورش گاز مناسب است و میتواند H₂S و CO₂ را تا سطح مورد نیاز کاهش دهد.
جذب فیزیکی
در برخی فرآیندها از حلالهای فیزیکی استفاده میشود. این روش بهویژه در شرایطی که فشار جزئی گازهای اسیدی زیاد باشد میتواند گزینه مناسبی باشد.
جداسازی غشایی
در فناوری غشایی، گازهای اسیدی با استفاده از تفاوت سرعت نفوذ اجزای مختلف گاز از غشا جدا میشوند.
این فناوری در برخی پروژههای فرآورش گاز و سیستمهای ترکیبی مورد استفاده قرار میگیرد.
جذب سطحی
در این روش از مواد جامد جاذب برای جذب گازهای اسیدی استفاده میشود.
نوع فناوری انتخابی به ترکیب خوراک، ظرفیت واحد و مشخصات محصول بستگی دارد.
تفاوت واحد جذب گاز اسیدی با واحد آمین چیست؟
این دو اصطلاح در بسیاری از پروژهها به جای یکدیگر استفاده میشوند، اما از نظر مفهومی کاملاً یکسان نیستند.
واحد جذب گاز اسیدی (AGRU) یک عنوان کلی برای واحدی است که گازهای اسیدی را از جریان گاز حذف میکند.
اما واحد آمین به فرآیندی گفته میشود که در آن از محلول آمین به عنوان حلال برای جذب گازهای اسیدی استفاده میشود.
بنابراین:
AGRU = عنوان کلی فرآیند حذف گازهای اسیدی
Amine Unit = یکی از مهمترین فناوریهای مورد استفاده در AGRU
نقش واحد جذب گاز اسیدی در پالایشگاه گاز
واحد جذب گاز اسیدی در زنجیره فرآورش گاز نقش مهمی دارد.
یک جریان معمول فرآیند میتواند به صورت زیر باشد:
گاز ترش → جداسازی مایعات → واحد جذب گاز اسیدی → گاز شیرین → نمزدایی → فرآورش نهایی → انتقال
از طرف دیگر:
گاز اسیدی → واحد بازیابی گوگرد → گوگرد عنصری
به همین دلیل، واحد جذب گاز اسیدی ارتباط مستقیمی با واحدهای بالادستی و پاییندستی دارد.
ارتباط AGRU با واحد بازیابی گوگرد
در پالایشگاههایی که گاز ترش دارای مقدار قابل توجهی H₂S است، جریان گاز اسیدی خروجی از واحد جذب میتواند به واحد بازیابی گوگرد (Sulfur Recovery Unit) ارسال شود.
در این واحد، H₂S طی فرآیندهایی مانند فرآیند کلاوس به گوگرد عنصری تبدیل و بازیابی میشود.
بنابراین واحد جذب گاز اسیدی و واحد بازیابی گوگرد معمولاً دو بخش مرتبط در فرآورش گازهای ترش هستند.
واحد جذب، H₂S را از گاز طبیعی جدا میکند و واحد بازیابی گوگرد، H₂S جداشده را به محصول قابل استفاده یعنی گوگرد تبدیل میکند.
مزایای واحد جذب گاز اسیدی
استفاده از این واحد در پالایشگاه و مجتمع فرآورش گاز مزایای متعددی دارد:
- کاهش H₂S و CO₂ در گاز طبیعی
- افزایش ایمنی فرآیند
- کاهش خوردگی تجهیزات
- بهبود کیفیت گاز
- آمادهسازی گاز برای انتقال
- افزایش قابلیت اطمینان تجهیزات
- امکان بازیابی گوگرد
- کاهش مشکلات فرآیندی در واحدهای پاییندستی
- کمک به رعایت مشخصات کیفی گاز
چالشهای عملیاتی واحد جذب گاز اسیدی
عملکرد واحد جذب گاز اسیدی باید به صورت مستمر کنترل شود. برخی از مهمترین مشکلات عملیاتی عبارتاند از:
کفکردن
کفکردن در برج جذب میتواند باعث کاهش راندمان تماس گاز و مایع و افزایش افت فشار برج شود.
خوردگی
وجود گازهای اسیدی، آب و شرایط نامناسب عملیاتی میتواند خوردگی تجهیزات را افزایش دهد.
آلودگی حلال
وجود هیدروکربنها، ذرات جامد و محصولات تخریب حلال میتواند عملکرد سیستم را کاهش دهد.
مصرف انرژی
در واحدهای آمینی، بخش احیای حلال به انرژی حرارتی قابل توجهی نیاز دارد. بهینهسازی ریجنراتور و مبدلهای حرارتی میتواند در کاهش مصرف انرژی مؤثر باشد.
کاهش کیفیت گاز خروجی
اگر شرایط عملیاتی برج جذب مناسب نباشد، مقدار H₂S یا CO₂ در گاز شیرین میتواند افزایش پیدا کند.
عوامل مؤثر بر طراحی واحد جذب گاز اسیدی
طراحی این واحد باید بر اساس مشخصات دقیق خوراک و محصول انجام شود. عوامل مهم شامل موارد زیر هستند:
- دبی گاز خوراک
- فشار گاز
- دمای گاز
- مقدار H₂S
- مقدار CO₂
- ترکیب هیدروکربنی گاز
- میزان حذف مورد نیاز
- نوع حلال
- ظرفیت برج جذب
- نوع سینی یا پکینگ
- میزان گردش حلال
- میزان انرژی مورد نیاز برای احیا
- مشخصات گاز خروجی
انتخاب صحیح تجهیزات و شرایط عملیاتی میتواند باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان واحد شود.
جمعبندی
واحد جذب گاز اسیدی یا AGRU یکی از واحدهای کلیدی در پالایشگاهها و مجتمعهای فرآورش گاز است که وظیفه آن حذف ترکیبات اسیدی، بهویژه H₂S و CO₂، از جریان گاز طبیعی یا گازهای فرآیندی است.
در یکی از رایجترین روشها، گاز ترش وارد برج جذب شده و با محلول آمین تماس پیدا میکند. گازهای اسیدی توسط آمین جذب شده و گاز شیرین از قسمت بالای برج خارج میشود. سپس آمین غنی برای احیا به ریجنراتور فرستاده شده و پس از جدا شدن گازهای اسیدی، دوباره به برج جذب بازمیگردد.
گاز اسیدی جداشده نیز در پالایشگاههای مجهز میتواند به واحد بازیابی گوگرد ارسال شود.
به طور خلاصه، مسیر اصلی فرآیند را میتوان چنین نمایش داد:
گاز ترش → برج جذب → گاز شیرین
حلال رقیق → برج جذب → حلال غنی → ریجنراتور → حلال رقیق
گاز اسیدی → واحد بازیابی گوگرد → گوگرد
در نهایت، واحد جذب گاز اسیدی با کاهش H₂S و CO₂، نقش مهمی در افزایش ایمنی، کاهش خوردگی، بهبود کیفیت گاز و آمادهسازی گاز طبیعی برای انتقال و مصرف ایفا میکند.
