16124

16124

شبيه‌سازي CFD راكتور بوزدايي تركيبات مركاپتاني به روش اكسيداسيون با ازن

كارشناسي ارشد

طراحي، شبيه‌سازي و كنترل فرآيندها

اسفندماه 1394

اسفندماه 1394

دكتر سيد حسن هاشم‌آبادي

شيمي

چكيده گاز طبيعي، گازي بي‌رنگ و بي‌بو است. به‌منظور تأمين ايمني مشتركين شبكه‌هاي گازرساني، قبل از مصرف، در ايستگاه‌هايي در خارج از شهرها گاز طبيعي به‌وسيله مواد بودار كننده، بودار مي‌گردد. ماده بوزاي مصرفي در كشور با نام تجاري در داخل بشكه‌هاي 200 ليتري وارد كشور مي‌شود. به دليل بوي بسيار آزاردهنده بشكه‌هاي خالي مواد بودار كننده و پيامدهاي مخرب اين مواد بر محيط‌زيست و سلامت انسان، مهم‌ترين معضل شركت ملي گاز بعد از تخليه بشكه‌هاي حاوي مواد بودار كننده، بوزدايي از بشكه‌هاي تخليه‌شده است. با توجه به معايب و مشكلاتي كه روش فعلي بوزدايي به روش اكسيداسيون با هيپوكلريت سديم براي محيط‌زيست و نيروي انساني دارد، در اين تحقيق روش بوزدايي با گاز ازن به دليل قدرت اكسايش بالا كه هم ازلحاظ سرعت در عمليات بوبري و هم ازلحاظ زيست‌محيطي گزينه بسيار مناسبي است، پيشنهاد شد. طبق مطالعات صورت گرفته در فاز گازي ثابت سرعت واكنش با ازن كه درصد غالب آن را بوتيل مركاپتان نوع سوم تشكيل مي‌دهد، با ثابت سرعت ديگر مركاپتان‌ها مشابهت دارد و بنا بر كار آزمايشگاهي انجام‌شده، ثابت سرعت اين واكنش گزارش شد. به علت محدوديت‌هاي روش‌هاي آزمايشگاهي، به‌منظور بررسي عملكرد فرايند بوزدايي و اثر پارامترهاي مختلف در اين پژوهش از روش استفاده‌شده است. جهت بررسي دقت محاسبات، زمان لازم جهت بوبري به‌عنوان معيار استفاده گرديد و نتايج مربوط به شبيه‌سازي خطاي 34/9 درصد را نشان دادند. شبيه‌سازي‌هاي دوبعدي و سه‌بعدي راكتور نشان مي‌دهد كه درون راكتور ناحيه‌ي مرده‌اي به وجود مي‌آيد كه باعث كاهش حجم مفيد راكتور مي‌شود و حجم اين نواحي با افزايش دبي گاز ورودي به راكتور افزايش مي‌يابد. زمان لازم جهت بوبري به‌شدت به ميزان بودار كننده باقيمانده در بشكه وابسته است و هرچه ميزان بودار كننده درون بشكه بيشتر باشد، زمان لازم براي بوبري افزايش مي‌يابد. ازلحاظ زيست‌محيطي، يكي از پارامترهاي مهم در توصيف عملكرد راكتور بوزدايي، حداقل كردن كسر جرمي ماده بودار كننده در جريان خروجي از بشكه است. در بررسي‌هاي انجام‌شده، حداقل كسر جرمي ماده بودار كننده در جريان خروجي از راكتور در دبي 150 گرم بر ساعت ازن رخ مي‌دهد. همچنين افزايش دماي راكتور، كسر جرمي بودار كننده در خروجي را افزايش مي‌دهد درحالي‌كه با افزايش فشار و يا افزايش درصد وزني ازن در جريان گاز ورودي، كسر جرمي بودار كننده در جريان خروجي از راكتور كاهش مي‌يابد. با دادن زمان اقامت كافي به جريان خروجي از راكتور در يك لوله مارپيچ مي‌توان از ورود ماده بودار به‌صورت واكنش نداده به جو جلوگيري كرد. واژه‌هاي كليدي: مركاپتان، ازن، بوزدايي، ديناميك سيالات محاسباتي (CFD)

1395/09/23

Abstract: Natural gas is an odorless an​d colorless flammable gas. Natural gas odorization means operations involving addition of an odorant to gas to ensure characteristic odor of natural gas in order for people the odor to be distinctive an​d unpleasant so that the presence of gas in air in concentrations below the lower explosive limit is readily detectable. Spotleak 1007(80% tert-Butyl mercaptan an​d 20% Ethyl methyl sulfide) used as odorant for Iran natural gas. Becouse of very annoying smell of odorant empty barrel an​d noxious effects of these substances on the environment an​d human health, deodorizing empty barrel is the issue of national gas company after discharging barrels containing odorous substances. Human health an​d the environment at risk because of current methods of odor removal by oxidation with sodium hypochlorite so in this study oxidation with ozone, which in terms of speed in operations an​d environmental issues is an excellent option was proposed. Studies on the reaction of mercaptan with ozone showed that all mercaptans react with a similar rate. The experimental determined rate constants Spotleak 1007 with ozone is 0.797×10-23 cm3.molecule-1.s-1. In this study, due to limitations of the experimental method, CFD method is used to verify deodorising process performance an​d the effect of various parameters on it. To eva​luate the accuracy of the calculations, the time required for deodorizing were used as the criteria an​d the results of the simulation showed the error of 9.34%. 2D an​d 3D simulations show that the dead zone is formed inside the reactor an​d the volume of these areas increases by increasing the gas flow entering the reactor. Also with increasing the amount of odorant in the reactor deodorizing time is increased. With increasing flow rate of inlet gas due to reduced ozone residence time in the reactor, the mass fraction of Spotleak 1007 increases in the output. According to the simulation results, as the temperature increases, the output mass fraction of Spotleak 1007 increases an​d also as the pressure an​d concentration of ozone in the inlet gas increases, the output mass fraction of Spotleak 1007 decreases. The helical coil provides sufficient residence time for the reaction of ozone with Spotleak 1007 in outlet stream of the reactor. Keywords: Mercaptan, Ozone, Deodorization, Computational Fluid Dynamics (CFD)