شبيه سازي ديناميكي فرآيند جذب سطحي جهت بهبود راندمان بازيابي نيتروژن از هوا در پالايشگاه شهيد هاشمي نژاد

Dynamic simulation of adsorption process to improve separation efficiency of nitrogen from air in Shahid Hashemi Nejad refinery

واحد توليد نيتروژن پالايشگاه شهيد هاشمي نژاد قادر به تهيه 650 نرمال متر مكعب (استاندارد) در روز گاز نيتروژن با درجه خلوص 97% توسط فرآيند جذب سطحي مي باشد. با هدف بهبود راندمان بازيابي نيتروژن در فرآيند فوق الذكر، در اين مقاله ضمن ارائه يك مدل رياضي مناسب، نسبت به انجام شبيه سازي فرآيند از طريق نرم افزار Aspen-Adsim اقدام گرديده است. نتايج حاصل از نرم افزار با توزيعات دما و غلظت حاصل از آزمايشات موجود در مقالات علمي مقايسه گرديد كه از تطابق بسيار مناسبي برخوردار بود. لذا تمامي سناريوهاي افزايش ظرفيت واحد توليد نيتروژن پالايشگاه شهيد هاشمي نژاد توسط نرم افزار مذكور صورت پذيرفت. پنج سناريوي افزايش طول بستر جاذب، كاهش دماي خوراك ورودي به بستر، افزايش فشار خوراك ورودي به بستر، كاهش دبي مولي ورودي و تعويض جاذب جهت افزايش راندمان توليد نيتروژن مورد بررسي قرار گرفت. افزايش 8/0 متري در اندازه بستر، باعث افزايش 5/2% غلظت نيتروژن خواهد شد. با كاهش دماي ورودي در حدود 19 درجه سانتيگراد و افزايش فشار نيتروژن از 11 به 18 بار شاهد به ترتيب افزايش 1% و 3% در غلظت خروجي نيتروژن مي باشيم. كاهش دبي به ميزان 50% باعث تغييرات زيادي در غلظت نيتروژن خروجي از بستر شده به طوري كه مي‌توان به ميزان خلوص بسيار بالايي دست يافت. همچنين مي‌توان با تعويض جاذب تا حد زيادي بازده جداسازي نيتروژن از اكسيژن را افزايش داد. جهت دستيابي به ماكزيمم راندمان جداسازي، در ميان سناريوهاي فوق، سناريوي افزايش فشار از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه مي باشد.

Nitrogen production unit of Shahid Hashemi Nejad refinery is capable to produce 650 normal cubic meters (standard) nitrogen gas with purity of 97% via adsorption process. In the present article, with the aim of improving the efficiency of nitrogen recovery in the adsorption process, a reliable mathematical model was presented and process simulated (calculation of concentration and temperature profile along adsorption bed at different times) through the Aspen-Adsim software. The comparisons between software output’s and experiments results borrowed from articles are in a good agreement. Therefore, all the scenarios related to increasing nitrogen production of Shahid Hashemi Nejad refinery was conducted by Aspen-Adsim software. Five distinct scenarios such as increasing the length of adsorption bed, decreasing the inlet feed temperature, increasing the inlet feed pressure, decreasing inlet molar flow and substitution of adsorbent are investigated for improving nitrogen production efficiency. Increasing 0.8 m in adsorption bed cause around 2.5% increasing in nitrogen concentration. Both decreasing 19 ºC and elevating pressure form 11 to 18 bar lead to increasing around 1% and 3% in outlet nitrogen concentration respectively. About 50% decreasing in molar flow cause significant variation in outlet nitrogen concentration and obtain high purity degree. Furthermore, separation efficiency of nitrogen from oxygen could greatly increase via utilizing new adsorbent. Among all the above scenarios, to achieve maximum separation efficiency, pressure scenario is economically affordable.