مدل سازي سيكل جذب PTSA براي نم زدايي از گاز طبيعي

Modeling Pressure–Temperature Swing Adsorption Process of Natural Gas Dehydration

مدل سازي فرآيند PTSA در يك سيستم جذب دو لايه در طي پنج مرحله متوالي عملكرد چرخه اي براي كاهش بخارآب موجود در گاز طبيعي انجام شده است. خوراك مخلوطي از متان، بخار آب، دي اكسيد كربن، هيدروكربن سنگين و برخي از ناخالصي ها است. اين فرايند در سيستم عملياتي چرخه اي كار مي كند تا به طور مداوم مقدار بخار آب را از 0.2 درصد مولي به كمتر از ppmv0.1كاهش دهد. بستر شامل دو لايه از مولكولار سيو 3A به منظور حذف بخار آب از گاز طبيعي است. مراحل چرخه اي شامل جذب در فشار بالا، كاهش فشار، حرارت دادن، خنك كردن ستون و افزايش فشار، به صورت متوالي طراحي شده است. معادلات مدل پويا ازمدل بخار آب موجود در گاز طبيعي، موازنه جرم كلي و جزيي، يك معادله افت فشار و دو موازنه انرژي شامل فازهاي جامد و گاز در ستون آدياباتيك جذب تشكيل شده است. پس از بررسي پروفايل دماي احياي بستر ها، ميزان جذب در سه مكان مختلف بستر بعد از هفت سيكل پياپي نشان داده شد و بررسي هايي بر روي اين نمودارها انجام گرفت. سپس حجم آب باقي مانده پس از هفت سيكل در جهت طولي بستر مشخص شد و نتيجه گيري شد كه بازده جداسازي مرحله احيا 100٪ نيست و آب باقيمانده در مراحل مختلف به بستر اضافه مي شود تا زماني كه حالت پايدار پيدا كند و به مقدار ثابتي برسد. اثبات اين فرضيه با رسم نمودار بخار آب خالص خروجي از بستر برحسب زمان نشان داده شده است. در نهايت، منحني تغييرات كسر مولي بخار آب خروجي از بستر پس از 14 ساعت جذب مورد بررسي قرار گرفته و نتايج قابل قبولي از مدل سازي به دست آمده است.

Modeling of Pressure-Temperature Swing Adsorption (PTSA) process was carried out in a commercial two-layer bed adsorption system during five consecutive stages of cyclic operation to dehydration of natural gas. The feed is a mixture of methane with water vapor, carbon dioxide, heavy hydrocarbons and some impurities. The process is working in the cyclic operational system to continuously reduce the water vapor content from 0.2 moles percent to less than 0.1 ppmv. The bed consists of two layers of 3A molecular sieve to specifically remove water vapor from natural gas. The cycle steps i.e. adsorption at high pressure, depressurization to the lower pressure, heating, cooling the column and pressurization were modeled sequentially. The dynamic model equations were constructed from model molecule water vapor in natural gas, a total mass balance, a pressure drop equation and two energy balances of particle and gas phases in the adiabatic column. After examining the regeneration temperature profile of beds, the adsorption rate was investigated in three different locations after seven adsorption cycles and analyzes were performed on these graphs. Then, the remaining water volume was shown after seven cycles in the longitudinal direction of the bed, and it was concluded that the separation efficiency of the regeneration step was not 100% and the remaining water was added in different steps until it was reached to fixe and stable state. The proof of this assumption is shown by plotting the output water vapor mole fraction graph versus time. Finally, the breakthrough curve of the output water vapor mole fraction after 14 hours of adsorption has been evaluated and acceptable results from the modeling have been obtained.