بررسی عملکرد برج مراکس

[spow 44197]

فرار کاستیک از برج مراکس واحدهای شیرین سازی پدیده ای است که در صورت بروز باعث بالارفتن PH گلایکول، رسوب کاستیک روی تیوب بندل ریبویلر های واحد احیاء گلایکول، پایین آمدن دمای ریبویلرها و عدم احیاء مناسب گلایکول ویخ زدگی در واحد سرمایش می شود.لذا لازم است که این پدیده بطور دقیق مورد ارزیابی و بررسی قرار گیرد تا در آینده شاهد بروز چنین مشکلاتی نباشیم.

عملکرد مناسب فرآیند مراکس به دو فاکتور بستگی دارد:

۱-بهینه کردن پارامترهای عملیاتی برج مراکس

۲- کنترل کیفیت محلول کاستیک

بهینه کردن پارامترهای عملیاتی برج مراکس : پارامترهای عملیاتی ورودی به برج مراکس بشرح زیر می باشند:

۱-ترکیب گاز ورودی ۲-دمای گاز ورودی ۳-سرعت گاز ورودی ۴-فلوی کاستیک ورودی ۵-دمای واکنش کاستیک و مرکاپتان ها

درترکیب گاز ورودی باید این نکته را در نظر گرفت که با افزایش وزن مولکولی مرکاپتان ها، حلالیت آنها در کاستیک کمتر شده و به عبارت دیگر عمل جذب کمتر انجام می گردد که خود باعث افزایش مرکاپتان گاز تولیدی خواهد شد.واکنش بین مرکاپتان و کاستیک، گرمازا می باشد و هر چه دمای گاز و کاستیک پایین تر باشد، واکنش بین مرکاپتان و کاستیک بهتر انجام می گردد. افزایش دما منجر به کاهش حلالیت مرکاپتان ها در کاستیک می شود. بطور تئوری با افزایش هر ˚C5.5 دما، ضریب کلی تعادل ده درصد کاهش می یابد. پس به این ترتیب به سود ما خواهد بود که دمای گاز و کاستیک را پایین نگه داریم، ولی در عمل پایین نگه داشتن دمای گاز ورودی در تابستان امکان پذیر نمی باشد، چرا که در زمستان دمای گاز ورودی به واحد(42-43)درجه و در تابستان دمای گاز (49-51) درجه خواهد شد که این خود باعث جذب کمتر مرکاپتان در فصل تابستان نسبت به زمستان خواهد شد.به همین دلیل در فصل تابستان برج مراکس دارای کارایی کمتر بوده و افزایش مرکاپتان گاز خروجی را شاهد خواهیم بود.

همانطور که می دانیم سرعت گاز می بایست در برج ها نسبتاً زیاد باشد تا گاز بخوبی بتواند در مایع پخش شود و لایه کف را روی سینی تولید نماید. در این حالت سطح تماس زیاد شده وجذب بهتری انجام می شود. سرعت زیاد فاز گاز سبب می شود که قطرات ریزی از مایع در گاز بطرف سینی بالا حرکت کند. در تابستان با گرم شدن هوا ، دمای گاز افزایش می یابد. در نتیجه انرژی جنبشی گاز نیز افزایش می یابد. افزایش انرژی جنبشی گاز باعث افزایش بیشتر سرعت گاز می شود. حال آنکه خوراک واحد تقریباً در نقطه بحرانی آن است و تغییر جزیی در سرعت گاز می تواند باعث انتقال مایع به سطح بالاتر گردد.

کشش سطحی مایعات با افزایش دما کاهش می یابد. این بدان معنی است که در برج مراکس با افزایش دمای کاستیک مولکول های سطح خیلی آسان تر از کاستیک جدا شده و همراه گاز به سینی های بالاتر می روند.

کنترل کیفیت محلول کاستیک: مشکلاتی که گاهاً در ارتباط با احیاء کاستیک پیش می آید در زیر به آنها اشاره می شود:

الف- راه اندازی واحد ۴٩٠٠ : راه اندازی واحد ۴٩٠٠، بدین صورت می باشد که، ردیف آماده سرویس را به حالت سیرکولاسیون قرار داده و بعد از اطمینان از سلامت واحد از جهت مکانیکی (نشتی،ابزار دقیق،وسایل دوار) خروجی و ورودی واحد باز گردیده و ردیف در سرویس قرار می گیرد. در این جا دو نکته قابل بررسی می باشد. اول اینکه ردیف جدید، تعمیرات اساسی بوده است یا خیرو اینکه کاستیک آن از کجا تامین گردیده است؟ چنانچه کاستیک fresh تزریق شده باشد، با تنظیم بومه آن ، مشکل خاصی وجود نخواهد داشت. ولی حالت دوم و مشکل ساز حالتی است که واحد بصورت عادی از سرویس خارج شده و مدتی در سرویس نبوده است.در این حالت احتمال اینکه کاستیک بصورت کامل احیاء نشده باشد و حاوی مقدار بالای مرکاپتاید باشد، وجود دارد.مرکاپتایدها محصول واکنش کاستیک و مرکاپتان ها می باشند. غلظت مجاز مرکاپتاید در کاستیک احیاء شده می بایست در حد 30-100 ppm w باشد. وجود این مقدار مرکاپتاید باعث پخش شدن بهتر کاتالیست در کاستیک شده و از ته نشینی آن در سطح مشترک دای سولفاید و کاستیک و هدر رفت کاتالیست در S-4903 (disulfide separator) جلوگیری می شود. هم چنین وجود مرکاپتاید نشان دهنده عدم اکسیژن در کاستیک می باشد. حال با توجه به مورد مطرح شده، کاستیک مورد نظر (کاستیک حاوی مرکاپتاید) جهت جذب مرکاپتان ها در برج مراکس به سه دلیل مناسب نمی باشد:

۱- مقدار بالای مرکاپتاید باعث کاهش قدرت جذب مرکاپتان ها توسط کاستیک می گردد و در نتیجه مرکاپتان خروجی افزایش پیدا می کند.

۲-تمایل به foam در روی سینی ها را افزایش داده و منجر به carry over می گردد. ۳-مرکاپتاید در تماس با مرکاپتان تبدیل به دای سولفاید گردیده و چون فراریت دای سولفاید زیاد می باشد در نتیجه باعث بالا رفتن total sulfur می گردد.

لذا برای جلوگیری از بوجود آمدن مشکلات فوق راهکارهای زیر پیشنهاد می گردد:

۱-تا زمانیکه نتیجه shake test نرمال نشده است(حدود 60 ثانیه)، اقدام به برقراری کاستیک به برج مراکس نگردد. بعد از ارسال کاستیک به واحدهای شیرین سازی از تغییرات shake test خارج از محدوده(60-120 ثانیه)بشدت اجتناب گردد. باید به این نکته توجه نمود که اساس shake test بر اکسیداسیون مرکاپتاید باقیمانده در کاستیک، و در نتیجه تغییر رنگ آن می باشد.

تعریف shake test: کاستیک در اثر واکنش با مرکاپتان ها به مرکاپتاید تبدیل می گردد، این مرکاپتاید بوسیله اکسید شدن با هوا (اکسیژن) در مجاورت کاتالیزور و دمای حدود ˚C50 به دای سولفاید و کاستیک، تبدیل می شود. زمانیکه کاستیک بخوبی احیاء نگردد، مرکاپتاید در کاستیک خروجی از واحد، باقی می ماند ورنگ کاستیک سبز تیره می گردد. با انجام shake test مشخص می گردد که چه مقدار مرکاپتاید در کاستیک ارسالی به واحد شیرین سازی وجود دارد. زمان shake test بین 60 الی 120 ثانیه مناسب است، این به معنای آنست که در فاصله ۱٠٠٠ متری بین واحد ۴٩٠٠ تا ورودی برج مراکس واحدهای شیرین سازی در حضور هوای حل شده در کاستیک، این قسمت از لوله می تواند مانند یک راکتور عمل کرده و مرکاپتاید تبدیل نشده را به دای سولفاید و کاستیک احیاء شده تبدیل کند. حال اگر زمان shake test به بالای ۱۲٠ ثانیه برود، دیگر مقدار مرکاپتاید موجود، امکان تبدیل ندارد و دوباره به برج مراکس بر می گردد که باعث بروز مشکلات ذکر شده می گردد.

ب- ظرفیت واحد احیاء مراکس با توجه به تعداد برج های مراکس در سرویس: با افزایش سیستم مراکس واحدهای شیرین سازی، مرکاپتان بیشتری جذب کاستیک می گردد و مرکاپتاید بیشتری نیز تشکیل می گردد. پس برای احیاء این کاستیک نیازمند تزریق هوای بیشتری می باشیم.

راهکار: پیشنهاد می گردد چنانچه سیستم مراکس بیشتری در سرویس قرارگرفت با هماهنگی واحد ۴٩٠٠ ، مرتباً shake test انجام گیرد و با تزریق هوای بیشتر از احیاء مناسب کاستیک اطمینان حاصل نمود.

ج- با افزایش خوراک واحدهای شیرین سازی و در صورت ثابت بودن سیستم مراکس در سرویس، مرکاپتان بیشتری جذب خواهد شد و در صورت عدم احیاء مناسب کاستیک، به مرور زمان جذب کاستیک کمتر شده و مرکاپتان خروجی بالا خواهد رفت.

راهکار: در صورت افزایش خوراک واحدهای شیرین سازی، این موضوع به اطلاع واحد احیاء مراکس رسانده شود، تا با هماهنگی لازم همانند بند (ب) عمل شده و کاستیک احیاء گردد.

د- اگر بنا به دلایلی یکی از سیستم های مراکس واحد شیرین سازی از سرویس خارج گردید و زمان لازم جهت سرویس گذاشتن آن طولانی گردد(همانند واحد یک یا چهار)، پیشنهاد می گردد نسبت به تخلیه و شستشوی کامل برج مراکس اقدام گردد، تا شاهد بروز مشکلاتی نظیر carry over، بالا رفتن مرکاپتان خروجی بخاطر حضور مرکاپتاید و نمک های پایدار نباشیم.

ر- راه اندازی سیستم مراکس واحدهای شیرین سازی: چنانچه بعد از تعمیرات اساسی قرار بر راه اندازی واحد گردد، می بایست ابتدا، خوراک واحد به شرایط نرمال و ثابت رسیده باشد و از عملکرد برج جذب اطمینان حاصل شود، آنگاه با هماهنگی با واحد احیاء مراکس، نسبت به راه اندازی برج مراکس اقدام گردد.

 

نتیجه گیری: با توجه به موضوعات مطرح شده می توان چنین نتیجه گرفت، دو فاکتور دمای گاز و احیاء کاستیک در بروز چنین مشکلاتی دخیل می باشند.در مورد دمای گاز در فصل تابستان در حال حاضر نمی توان کاری کرد، ولی می توان در فصل تابستان با در سرویس قرار دادن واحد های یک و چهار وکم کردن خوراک واحدهای فاز دو تا حدودی از فرار کاستیک جلو گیری کرد .در مورد احیاء مناسب کاستیک باید سعی شود که هر تغییراتی که در واحد های شیرین سازی بر روی خوراک، در سرویس قرار دادن سیستم مراکس جدید وهر تغییرات دیگری که بر روی احیاء مناسب کاستیک اثر می گذارد به واحد احیاء مراکس اطلاع داده شود و هم چنین در واحد احیاء مراکس با دقت در نتیجه shake test بیش از پیش، و اعمال تغییرات لازم مانع از احیاء نامناسب کاستیک گردند