كارخانه گاز دي اكسيد كربن

 

در اين بخش به چگونگي توليد گاز دي اكسيد كربن مي پردازيم. كاربرد اصلي اين گاز در صنايع نوشابه سازي و تزريق آن در محلول نوشابه مي باشد. گاز نوشابه گازدار، علاوه بر آنكه از لحاظ طعم و مزه و ظاهر نيز در جلب نظر مصرف كنندگان اثر بسزائي دارد. به دليل محيط اسيدي، به عنوان يك نگهدارنده نيز تلقي مي شود. به هر صورت، امروز نوشابه هاي گاز دار جاي خود را در ميان مصرف كنندگان باز كرده است و ضرورت افزايش گاز دي اكسيد كربن به نوشابه ها امري اجتناب ناپذير است.

 

مراحل تهيه گاز دي اكسيد كربن

 سوزاندن سوخت مايع : 

براي تهيه گاز دي اكسيد كربن، از مواد مختلفي مانند ذغال سنگ يا كك، گاز طبيعي و يا ساير پروسس هاي تخميري جهت تهيه الكل مي توان استفاده نمود. ولي آنچه كه در واحد گاز
دي اكسيد كربن جهت سوزاندن و تهيه گاز مورد مصرف قرار مي گيرد، سوخت مايع يا گازوئيل است. ميزان گازوئيل مصرفي در حدود hr / Lit 150 مي باشد و براي تهيه Kg 1000 دي اكسيدكربن مايع به 670 ليتر گازوئيل نياز مي باشد. گازوئيل برش نفتي بين C₁₅ تا C₂₅ است. اين برش نفتي از پارافين ها، آروماتيك ها، ايزوپارافين ها و سيكلو پارافين ها تشكيل شده است كه در محاسبات آن را به صورت پارافين و C₁₈ در نظر مي گيرند چگالي گازوئيل بين 81% تا 98% است. نقطه Flash آن 120- 55 درجه سانتيگراد تغيير مي كند. در جدول زير خواص فيزيكي گازوئيل نوشته شده است.

به عنوان مثال خواص فيزيكي گازوئيل پالايشگاه اصفهان به قرار زير است:

- نقطه جوش نهائي، حداكثر 385 و ميانگين 382 درجه سانتيگراد

- نقطه اشتعال، حداقل 130 و ميانگين 133 درجه فارنهايت

- درصد گوگرد، حداكثر يك درصد وزني و ميانگين 85%  

نقطه ريزش، حداكثر 35 در تابستان و 25 درجه فارنهايت در زمستان و ميانگين 25 درجه فارنهايت مي باشد.

 

نوع گازوئيل  API        Flash Point 0f Pour Point ويسكوزيته گازوئيل خالص 33 195 - 35 گازوئيل صنعتي 30 210 35 70

 گازهاي حاصل از احتراق شامل مواد زائدي چون تركيبات گوگردي مثل SO₂ و H₂S، بخار آب، CO₂ و ديگر مواد گازي مي[باشد. ميزان گاز دي اكسيد كربن در اين مخلوط گازي در حدود 15% حجمي مي باشد و پس از انجام عملياتي كه در اين مبحث تشريح شد مواد زائد از مخلوط گرفته شده و گازي مثل CO نيز به CO₂ تبديل مي شود و در نهايت گاز دي اكسيد كربن با درجه خلوص بسيار بالا تهيه مي گردد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

سوزاندن گازوئيل در بويلر انجام مي گيرد. اين  سوخت توسط پمپي به بويلر فرستاده مي شود. گازوئيل پس از سوزاندن چنانكه گفتيم توليد گازهاي حاصل از احتراق Flue gas را مي كند و اين براي انجام مرحله بعدي يعني سرد شدن به قسمت مربوط هدايت مي شود. بويلر علاوه بر توليد فلو گاز، بخار داغ را نيز به عنوان محصول جانبي توليد مي كند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

خنك كن فلو گاز :

فلو گاز در اين قسمت در اثر تماس با جريان آب كه به صورت همسو است سرد مي گردد . حركت فلو گاز از پائين برج سرد كننده به سمت بالا و جريان آب عكس آن مي باشد , آب توسط شيپوركهائي ( نازلهائي ) بر روي فلوگاز , به شكل ذرات ريز اسپري مي شود . در اين مرحله مقداري از گازهاي قابل حل در آب نيز مثل آمونياك از فلو گاز جدا ميگردد . آب مصرفي در اين برج , آب چاه بوده و پس از اسپري شدن و تجمع در انتهاي برج به فاضلاب مي ريزد و فلوگاز كه در اين قسمت در اثر تماس با آب به دمائي در دامنه 300-50 درجه فارنهايت قرار گرفته است , اينك به سمت تصفيه كننده فلوگاز فرستاده مي شود .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 خالص سازي فلوگاز

 در برج تصفيه، فلوگاز باز هم به شكل نا همسو، در تماس با جرياني از محلول آبكي كربنات سديم كه به سودا اش معروف است قرار مي گيرد. اين برج، يك ستون پرشده مي باشد. نوع آكنه اي كه در اين برج وجود دارد از نوع حلقهجهاي پال مي باشد. جنس اين آكنهجها پلي پروپيلن است. اين پركن، داراي حداكثر راندمان نسبت به انواع مشابه خود مي باشد. هدف از استفاده از ستون پرشده، افزايش سطح تماس سطح انتقال جرم بوده و به اين وسيله راندمان انتقال جرم به طور چشمگيري افزايش مي يابد. سودا اش داراي خاصيت بوگيري مي باشد و قادر است تركيبات گوگردي مثل SO₂ را از فلوگاز جدا نمايد. SO₂ در تركيب با سودا اش به شكل سولفيت سديم ( Na₂SO₃ ) تبديل مي شود. چگونگي عمل در شكل زير نمايان است.

 

  

 

 

 غلظت سودا اش مصرفي بين 6-4 درصد است. پروسس استفاده از سودا اش نيز به شكل ناپيوستهbatc  بوده و هرچند مدت يكبار، محلول سودا اش تعويض مي گردد تا جريان برگشتي سيكل مقدار زيادي تركيبات گوگردي را به برج برنگرداند. حجم تانك ساخت سودا اش در حدود 500 ليتر است كه مقدار 37 كيلوگرم از پودر سفيد كربنات سديم را به آن مي افزايند، گاز بوگيري شده و هم اينك جهت جذب CO₂ توسط محلول منو اتانول آمين به برج جذب وارد مي شود.

 

 برج جذب دي اكسيد كربن

 محلول آبكي منواتانول آمين (MEA ) با غلظت 15% تا 0% جهت جذب دي اكسيد كربن از فلوگاز، بكار مي رود. منواتانول آمينCH₂(OH)CH₂NH₂) )مايعي است روغني و بيرنگ با بوي آمونياكي و قابل حل در آب، در صنعت محلول 80% آن نيز مصرف مي شود. مشخصات منواتانول آمين صنعتي به صورت زير است:

منواتانول آمين با دي اكسيد كربن تشكيل كمپلكس داده و آن را جذب مي كند. علاوه بر ملكولهاي  CO₂، CO نيز قادر به جذب شدن در اين محلول مي باشد. مجدداً خواهيم ديد كه چگونه توسط محلول پرمنگنات پتاسيم CO را به CO₂ اكسيد مي كنند.

 برج جذب نيز مانند برج بوگيري، يك ستون پرشده مي باشد و محلول منواتانول آمين به شكل ناهمسو، در مجاورت بستري از آكنه پال از جنس پلي پروپيلن، با فلوگاز در تماس قرار مي گيرد. چنانكه قبلاً نيز گفتيم دليل استفاده از آكنه ها، افزايش سطح و بالا بردن راندمان انتقال جرم، يعني جذب دي اكسيد كربن از فاز گازي توسط فاز مايع مي باشد. فاز گازي از پائين ستون به سمت بالا و محلول منواتانول آمين، به شكل اسپري روي آكنه ها، از بالا به پائين جريان دارند. اينك فاز گازي كه تقريباً از دي اكسيد كربن عاري گشته است، پس از عبور از يك تميزكننده ونتوري شكل، وارد تميزكننده گاز مازاد گشته و از آنجا به فضاي آزاد فرستاده مي شود. در تميزكننده ونتوري شكل، گاز كندانسه شده تا ذرات احتمالي منواتانول آمين موجود در آن، از آن جدا گردد و به برج جذب برگردانده شود.

 

پمپ محلول غني شده

چنانكه در شكل صفحه بعد، ديده مي شود، محلول منو اتانول آمين كه اينك غني از گاز دي اكسيد كربن مي باشد، توسط پمپ محلول غني از CO₂ به تبادل كننده هاي حرارتي 1 و 2 پمپ مي گردد تا پيش از اينكه وارد برج جداكننده گردد، پيش حرارتي داده شود. پس از گذشتن از اين تبادل كننده حرارتي، محلول وارد برج استريپينگ مي گردد.

Stripper - Reboiler

 

اينك محلول غني وارد برج استريپينگ مي گردد. توضيح اينكه عمل استريپينگ عكس عمل جذب مي باشد. در عمل جذب، يك يا چند گاز، بوسيله مايعي جذب مي گردند، يعني انتقال ماده جذب شونده از فاز گازي به فاز مايع است، ولي در عمل استريپينگ يك فاز گازي، ماده جذب شونده رااز فاز مايع جدا مي كند و به فاز گازي منتقل مي كند. محلولMEA غني از CO₂، وارد قسمت فوقاني برج استريپر مي گردد و به سمت پائين حركت مي كند. در اينجا از آكنه هاي پال استفاده شده است. دي اكسيد كربن موجود در محلول منواتانول آمين به عنوان جسم جداشونده از محلول، توسط حرارت بخاري كه از ريبويلر مي آيد، جدا مي گردد. ريبويلر توسط بخار داغ كه از بويلر تامين مي گردد، كار مي كند. محلول ضعيف شدهMEA از CO₂، ( يعني محلولي كه قسمت اعظم دي اكسيد كربن خود را از دست داده است ) از قسمت تحتاني وارد ريبويلر گشته و بجوش مي آيد تا بخارات استريپينگ لازم براي برج استريپر را فراهم سازد.

پس از حرارت دادن منواتانول آمين كه باعث جداشدن CO₂ از آن مي گردد، دو مسير را بايستي دنبال كنيم، اول، گاز CO2 كه از قسمت فوقاني استريپر يا جداكننده خارج مي گردد و پروسس هاي ديگري جهت خالص سازي بر رويش انجام مي گيرد. دوم، محلول منواتانول آمين كه اكنون ازCO₂ تا حد خيلي زيادي عاري گشته است و توسط سيالي به برج جاذب برگردانده مي شود. در شكل مسيرMEA را نشان داده ايم و اكنون مسير برگشتي را مورد بررسي قرار مي دهيم.

گفتيم كه محلولMEA  عاري شده از CO₂ در ريبويلر حرارت داده شده، تا حدي كه به دماي 120 درجه سانتيگراد مي رسد و نيز ديديم كه MEA غني از CO₂، در تبادل كنندهجهاي حرارتي 1 و 2 پيش حرارتي داده مي شود، اما اين حرارت توسط محلول ضعيفي كه از ريبويلر خارج مي گردد تأمين مي شود، يعني محلول ضعيف در سر راه خود به برج جاذب، ابتدا وارد 1 و 2 شده و محلول غني را گرم مي كنند. پس از آن محلول عاري از دي اكسيد كربن توسط پمپ مربوط به خود، به سردكننده هاي 3 و 4 وارد مي گردد، خنك گشته و سپس جهت استفاده مجدد به بالاي برج جذب هدايت مي شود و اين گردش تا آنجا كه محلول از حداستاندارد يعني 20% غلظت خارج نگشته باشد ادامه مي يابد، درغير اينصورت غلظت محلول را تصحيح مي كنند.

 

 

 

 

اعمال انجام شده بر روي CO₂ خروجي از جداكننده

 

 دي اكسيد كربن خروجي از جداكننده با دامنه دمائي 300-50 درجه فارنهايت، براي سرد شدن وارد دو سرد كننده كه بوسيله آب كار مي كنند،
مي شود. دي اكسيدكربن پس از تبادل حرارتي در سردكننده ها، از يك قطره گير، جهت جداسازي قطرات احتمالي موجود در فاز گازي ( ذرات منواتانول آمين ) عبور مي كند و سپس به سمت برج هاي پرمنگنات فرستاده مي شود. هدف از استفاده از ستون پرمنگنات پتاسيم، اكسيداسيون منواكسيدكربن موجود درمجاورت دي اكسيدكربن مي باشد و چنانكه ديده مي شود از دو ستون پرمنگنات استفاده مي شود كه البته در هر لحظه فقط يكي در سرويس قرار دارد و اگر يكي با اشكالي برخورد كند ويا بخواهيم محلولش را تعويض كنيم از ستون ديگر استفاده مي كنيم. پس از عبور گاز دي اكسيدكربن از ستون اكسيداسيون، وارد يك قطره گير مي شود تا اگر ذرات پرمنگنات پتاسيم همراهش باشد، از آن جدا شود. اكنون گاز به سمت كمپرسور دي اكسيدكربن مي رود.