Simulação do processo de adoçamento do gás natural por DEA e recuperação do enxofre pelo processo Claus
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/18600 |
Resumo: | Natural gas (NG) is an important energy source due to its abundance and lower greenhouse gas emissions compared to other fossil fuels. However, the presence of acidic contaminants such as hydrogen sulfide (H2S) in NG is undesirable due to operational, environmental, health and safety issues. Thus, NG processing plants use the sweetening process to remove this acid gas and produce sweet gas under commercial conditions. In addition to making NG safer and more suitable for commercialization, the separation of H2S from NG can be advantageous from an economic point of view, as H2S can be used in the production of sulfur through the Claus process. Thus, this work aimed to analyze and evaluate the main process variables and their influence on the performance of natural gas sweetening processes by DEA (diethanolamine) and sulfur recovery by the Claus process, using the Aspen HYSYS® software. For the sweetening stage, the temperature of the amine in the column feed, the number of stages and the mass concentration of amine input were evaluated in the absorption column, while the parameters studied for the regeneration column were the number of stages, the feeding stage and reflux ratio. As for the sulfur production stage by the Claus process, the molar flow rate and air inlet temperature were analyzed in the thermal stage, while in the catalytic stage the inlet temperature in the reactor and the efficiency of the type of catalyst (Alumina and Titania) were evaluated. The results showed that, for the absorber column, increasing the number of stages and the amine concentration favored the absorption process, while increasing the amine temperature had the opposite effect. In the regeneration column, it was found that a greater number of stages and a higher reflux ratio provided more efficient desorption, but feeding the amine to lower stages of the column hindered the process. In the sulfur recovery process, the results indicated that the air flow has a parabolic effect on the sulfur conversion, and the air inlet temperature favors this conversion. In the catalytic step, it was found that sulfur conversion is maximized at lower temperatures, and the Titania catalyst proved to be more advantageous. The optimization of these parameters resulted in a sweetening unit capable of producing 21350.5 kg/h of sweet gas with an energy potential of 307 MW, while consuming about 16.2 MW. The sulfur recovery unit achieved a sulfur conversion of over 97% and produced more than 1400 kg/h of sulfur, requiring around 3.6 MW to operate. |
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In addition to making NG safer and more suitable for commercialization, the separation of H2S from NG can be advantageous from an economic point of view, as H2S can be used in the production of sulfur through the Claus process. Thus, this work aimed to analyze and evaluate the main process variables and their influence on the performance of natural gas sweetening processes by DEA (diethanolamine) and sulfur recovery by the Claus process, using the Aspen HYSYS® software. For the sweetening stage, the temperature of the amine in the column feed, the number of stages and the mass concentration of amine input were evaluated in the absorption column, while the parameters studied for the regeneration column were the number of stages, the feeding stage and reflux ratio. As for the sulfur production stage by the Claus process, the molar flow rate and air inlet temperature were analyzed in the thermal stage, while in the catalytic stage the inlet temperature in the reactor and the efficiency of the type of catalyst (Alumina and Titania) were evaluated. The results showed that, for the absorber column, increasing the number of stages and the amine concentration favored the absorption process, while increasing the amine temperature had the opposite effect. In the regeneration column, it was found that a greater number of stages and a higher reflux ratio provided more efficient desorption, but feeding the amine to lower stages of the column hindered the process. In the sulfur recovery process, the results indicated that the air flow has a parabolic effect on the sulfur conversion, and the air inlet temperature favors this conversion. In the catalytic step, it was found that sulfur conversion is maximized at lower temperatures, and the Titania catalyst proved to be more advantageous. The optimization of these parameters resulted in a sweetening unit capable of producing 21350.5 kg/h of sweet gas with an energy potential of 307 MW, while consuming about 16.2 MW. The sulfur recovery unit achieved a sulfur conversion of over 97% and produced more than 1400 kg/h of sulfur, requiring around 3.6 MW to operate.O gás natural (GN) é uma fonte de energia importante devido à sua abundância e menor emissão de gases de efeito estufa em comparação com outros combustíveis fósseis. No entanto, a presença de contaminantes ácidos como o sulfeto de hidrogênio (H2S) no GN é indesejável devido a problemas operacionais, ambientais e de saúde e segurança. Assim, as plantas de processamento de GN utilizam o processo de adoçamento para remover esse gás ácido e produzir gás doce em condições comerciais. Além de tornar o GN mais seguro e adequado para comercialização, a separação do H2S do GN pode ser vantajosa do ponto de vista econômico, pois o H2S pode ser utilizado na produção de enxofre através do processo Claus. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo analisar e avaliar as principais variáveis de processos e suas influências sobre os desempenhos dos processos de adoçamento do gás natural por DEA (dietanolamina) e da recuperação de enxofre pelo processo Claus, utilizando para isso o software Aspen HYSYS®. Para a etapa de adoçamento foram avaliados na coluna de absorção a temperatura da amina na alimentação da coluna, o número de estágios e a concentração mássica de entrada de amina, enquanto que os parâmetros estudados para a coluna de regeneração foram o número de estágios, o estágio de alimentação e a razão de refluxo. Já para a etapa de produção de enxofre pelo processo Claus foram analisados na etapa térmica a vazão molar e temperatura de entrada do ar, enquanto que na etapa catalítica foram avaliados a temperatura de entrada no reator e a eficiência do tipo de catalisador (Alumina e Titânia). Os resultados mostraram que, para a coluna absorvedora, o aumento do número de estágios e da concentração da amina favoreceu o processo de absorção, enquanto que o aumento na temperatura da amina teve o efeito oposto. Na coluna de regeneração, verificou-se que um maior número de estágios e uma maior razão de refluxo propiciou uma desabsorção mais eficiente, mas alimentar a amina em estágios mais baixos da coluna prejudicou o processo. No processo de recuperação de enxofre, os resultados indicaram que a vazão de ar tem um efeito parabólico na conversão de enxofre, e a temperatura de entrada do ar favorece essa conversão. Na etapa catalítica, verificou-se que a conversão de enxofre é maximizada em temperaturas mais baixas, e o catalisador de Titânia se mostrou mais vantajoso. A otimização desses parâmetros resultou em uma unidade de adoçamento capaz de produzir 21350,5 kg/h de gás doce com um potencial energético de 307 MW, enquanto consumia cerca de 16,2 MW. Já a unidade de recuperação de enxofre alcançou uma conversão de enxofre superior a 97% e produziu mais de 1400 kg/h de enxofre, demandando cerca de 3,6 MW para operar.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Química - EQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessGás naturalAdoçamentoProcesso ClausAspen HYSYSNatural gasSweeteningClaus ProcessENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICASimulação do processo de adoçamento do gás natural por DEA e recuperação do enxofre pelo processo ClausSimulation of the natural gas sweetening process using DEA and sulfur recovery using the Claus processinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis6006005fdc0b6c-5b77-4308-8267-c2d4e5e00c4dreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTCC - Jose Victor_UFSCAR - Final.pdfTCC - Jose Victor_UFSCAR - Final.pdfArquivo principalapplication/pdf1701625https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18600/1/TCC%20-%20Jose%20Victor_UFSCAR%20-%20Final.pdfd6dd4c24d978049b02817483fdea504eMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18600/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52TEXTTCC - Jose Victor_UFSCAR - Final.pdf.txtTCC - Jose Victor_UFSCAR - Final.pdf.txtExtracted texttext/plain90793https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/18600/3/TCC%20-%20Jose%20Victor_UFSCAR%20-%20Final.pdf.txtdbf87dc4e4a5c77488842c8ed892c100MD53ufscar/186002024-05-14 17:45:10.834oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/18600Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222024-05-14T17:45:10Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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Natural gas (NG) is an important energy source due to its abundance and lower greenhouse gas emissions compared to other fossil fuels. However, the presence of acidic contaminants such as hydrogen sulfide (H2S) in NG is undesirable due to operational, environmental, health and safety issues. Thus, NG processing plants use the sweetening process to remove this acid gas and produce sweet gas under commercial conditions. In addition to making NG safer and more suitable for commercialization, the separation of H2S from NG can be advantageous from an economic point of view, as H2S can be used in the production of sulfur through the Claus process. Thus, this work aimed to analyze and evaluate the main process variables and their influence on the performance of natural gas sweetening processes by DEA (diethanolamine) and sulfur recovery by the Claus process, using the Aspen HYSYS® software. For the sweetening stage, the temperature of the amine in the column feed, the number of stages and the mass concentration of amine input were evaluated in the absorption column, while the parameters studied for the regeneration column were the number of stages, the feeding stage and reflux ratio. As for the sulfur production stage by the Claus process, the molar flow rate and air inlet temperature were analyzed in the thermal stage, while in the catalytic stage the inlet temperature in the reactor and the efficiency of the type of catalyst (Alumina and Titania) were evaluated. The results showed that, for the absorber column, increasing the number of stages and the amine concentration favored the absorption process, while increasing the amine temperature had the opposite effect. In the regeneration column, it was found that a greater number of stages and a higher reflux ratio provided more efficient desorption, but feeding the amine to lower stages of the column hindered the process. In the sulfur recovery process, the results indicated that the air flow has a parabolic effect on the sulfur conversion, and the air inlet temperature favors this conversion. In the catalytic step, it was found that sulfur conversion is maximized at lower temperatures, and the Titania catalyst proved to be more advantageous. The optimization of these parameters resulted in a sweetening unit capable of producing 21350.5 kg/h of sweet gas with an energy potential of 307 MW, while consuming about 16.2 MW. The sulfur recovery unit achieved a sulfur conversion of over 97% and produced more than 1400 kg/h of sulfur, requiring around 3.6 MW to operate. |
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