A Novel Method for Heat Integration of Natural Gas Sweetening Process

Document Type : Original Article

Authors
Ehsan Fatehi
Parisa Sadat Fatemi
Mohammad Javad Zarkesh
Mahshid Moradi
Shahab Taleghani
Mahsa Majidi
Department of Chemical Engineering, Pazhoohesh Institute, Tehran, Iran
20.1001.1/jgt.2024.560604.1005
Abstract
The natural gas sweetening unit usually involves an absorption column and a distillation column. The absorption column completely removes H2S and CO2 from natural gas, and the distillation column is used to recover the solvent. The main problem is high energy consumption in the gas sweetening process, particularly in the distillation column, necessitating energy optimization of this process. A novel method was used in this study for heat integration of the natural gas sweetening process. To this end, liquid and vapor streams leaving the absorption column entered the top and bottom of the distillation column, respectively. The feed entering the distillation column was preheated by the bottom product. The liquid and vapor streams reduced the cold and hot utilities of the distillation column, and feed preheating reduced the heat duty of the reboiler. The recycled solvent was then pre-cooled by the sweetened gas. According to the results, the proposed method reduced energy consumption by 67%. Moreover, the proposed process could reduce the total annual cost (TAC) of the base process to the maximum value of 66.7%. This reduction in TAC is due to the reduction of operating cost and capital cost by 66.77 and 66.64%, respectively.

Keywords

Subjects

Article Title Persian

ارائه یک روش جدید در انتگراسیون حرارتی فرآیند شیرین‌سازی گاز طبیعی

Authors Persian

احسان فاتحی
پریسا سادات فاطمی
محمدجواد زرکش
مهشید مرادی
شهاب طالقانی
مهسا مجیدی
گروه مهندسی شیمی، موسسه آموزش عالی آزاد پژوهش، تهران، ایران
Abstract Persian

واحد شیرین‌سازی گاز طبیعی عموماً دارای یک برج جذب و یک برج تقطیر است به‌طوری‌که از برج جذب برای حذف کامل گازهای H2S و CO2 از گاز طبیعی و از برج تقطیر برای بازیابی حلال استفاده می‌شود. مشکلی که وجود دارد این است که میزان انرژی مصرفی فرآیند شیرین‌سازی گاز به‌ویژه برج تقطیر آن بسیار بالا است. بنابراین بهینه‌سازی انرژی این فرایند الزامی است. در این مقاله از یک روش جدید برای انتگراسیون حرارتی فرآیند شیرین‌سازی گاز طبیعی استفاده شده است. بدین منظور دو جریان مایع و بخار از برج جذب خارج‌شده و به ترتیب وارد بخش بالای برج و بخش پایین برج می‌شوند. همچنین خوراک ورودی به برج تقطیر به کمک محصول پایین برج پیش‌گرم می‌شود. حضور دو جریان مایع و بخار باعث کاهش مصرف یوتیلیتی سرد و گرم در برج تقطیر می‌شود و پیش‌گرم کردن خوراک نیز بار حرارتی ریبویلر را کاهش می‌دهد. سپس حلال برگشتی به کمک گاز شیرین پیش سرد می‌شود. نتایج نشان می‌دهد روش پیشنهادی مقدار انرژی مصرفی فرآیند را به میزان ۶۷ درصد کاهش می‌دهد. علاوه بر این، فرایند پیشنهادی می‌تواند هزینه کل سالیانه (TAC) را نسبت به فرایند پایه به مقدار ۶۶.۷ درصد کاهش دهد. این کاهش هزینه کل سالیانه (TAC) ناشی از کاهش هزینه عملیاتی و هزینه سرمایه‌گذاری به ترتیب به میزان ۶۶.۷۷ و ۶۶.۶۴ درصد است.

Keywords Persian

شیرین‌سازی گاز طبیعی
مونو اتانول آمین
انتگراسیون حرارتی
کاهش مصرف یوتیلیتی
  1. Al Hatmi, K., Al Mashrafi, A.a., Al Balushi, S.u., Al Battashi, M., 2019. Energy Savings of Amine Sweetening Process Through Rich Solvent Recycle Approach and Low Stripper Operating Pressure, Abu Dhabi International Petroleum Exhibition & Conference. OnePetro.
  2. Babaie, O., Esfahany, M.N., 2020. Optimization and heat integration of hybrid R-HIDiC and pervaporation by combining GA and PSO algorithm in TAME synthesis. Separation and Purification Technology 236, 116288.
  3. Babaie, O., Esfahany, M.N., 2022. Combining game theory and evolutionary algorithms for optimizing hybrid RDWC–pervaporation–vapor permeation process equipped with solar heating system. Journal of Cleaner Production 376, 134235.
  4. Baccanelli, M., Langé, S., Rocco, M.V., Pellegrini, L.A., Colombo, E., 2016. Low temperature techniques for natural gas purification and LNG production: An energy and exergy analysis. Applied energy 180, 546-559.
  5. Chen, S., Fu, Y., Huang, Y., Tao, Z., Zhu, M., 2016. Experimental investigation of CO2 separation by adsorption methods in natural gas purification. Applied energy 179, 329-337.
  6. Gutierrez, J.P., Ruiz, E.L.A., Erdmann, E., 2017. Energy requirements, GHG emissions and investment costs in natural gas sweetening processes. Journal of Natural Gas Science and Engineering 38, 187-194.
  7. Kazmi, B., Raza, F., Taqvi, S.A.A., Ali, S.I., Suleman, H., 2021. Energy, exergy and economic (3E) evaluation of CO2 capture from natural gas using pyridinium functionalized ionic liquids: A simulation study. Journal of Natural Gas Science and Engineering 90, 103951.
  8. Kohl, A.L., Nielsen, R., 1997. Gas purification. Elsevier.
  9. Long, N.V.D., Lee, M., 2017. Novel acid gas removal process based on self-heat recuperation technology. International Journal of Greenhouse Gas Control 64, 34-42.
  10. Mohamadi-Baghmolaei, M., Hajizadeh, A., Zahedizadeh, P., Azin, R., Zendehboudi, S., 2021. Evaluation of hybridized performance of amine scrubbing plant based on exergy, energy, environmental, and economic prospects: A gas sweetening plant case study. Energy 214, 118715.
  11. Seo, Y.-j., Park, S., Kang, H., Ahn, Y.-H., Lim, D., Kim, S.-J., Lee, J., Lee, J.Y., Ahn, T., Seo, Y., 2016. Isostructural and cage-specific replacement occurring in sII hydrate with external CO2/N2 gas and its implications for natural gas production and CO2 storage. Applied Energy 178, 579-586.
  12. Song, C., Liu, Q., Ji, N., Deng, S., Zhao, J., Kitamura, Y., 2017. Natural gas purification by heat pump assisted MEA absorption process. Applied Energy 204, 353-361.
  13. Tavan, Y., Tavan, A., 2014. Performance of conventional gas sweetening process to remove CO2 in presence of azeotrope. Journal of CO2 Utilization 5, 24-32.
Journal of Gas Technology
Volume 8, Issue 1 - Serial Number 10
September 2023
Pages 25-34