فهرست:
چکیده.........................................................................................................................................................................................................................01
فصل اول : بیان مسئله............................................................................................................................................................................................03
1-1- مقدمه.............................................................................................................................................................................................................04
1-2- تعریف مساله.................................................................................................................................................................................................04
1-3- جغرافیا و گستردگی فلرینگ گاز در سطح جهان.................................................................................................................................08
1-4- ضرورت کاهش و بازیابی گاز فلر...............................................................................................................................................................12
1-4-1- ارزش اقتصادی گازهای فلر..................................................................................................................................................................12
1-4-2- اثرات زیان آور گازهای فلر....................................................................................................................................................................13
1-5- پیشینه پژوهش............................................................................................................................................................................................14
1-6- اهداف تحقیق حاضر....................................................................................................................................................................................18
1-7- رئوس مطالب تحقیق...................................................................................................................................................................................19
فصل دوم : کاهش و بازیابی گازهای ارسالی به مشعل....................................................................................................................................21
2-1- مقدمه ای بر سیستم های فلر...................................................................................................................................................................22
2-1-1- انواع فلر.....................................................................................................................................................................................................22
2-1-2- اجزای سیستم فلر...................................................................................................................................................................................24
2-1-3- مکانیزم احتراق سیستم فلر..................................................................................................................................................................29
2-1-4- انتشار آلاینده های فلر...........................................................................................................................................................................30
2-2- روش های کاهش تولید و بازیابی گازهای ارسالی به فلر.....................................................................................................................31
فهرست مطالب
عنوان صفحه
2-2-1- انتخاب راهکار مناسب............................................................................................................................................................................31
2-2-2- روش های کاهش تولید گازهای ارسالی به فلر از طریق بهبود شرایط فرآیندها......................................................................33
2-2-3- کاهش تولید گازهای فلر از طریق بهبود عملکرد سیستم فلر......................................................................................................34
2-2-4- روش های بازیابی گازهای ارسالی به فلر...........................................................................................................................................36
2-2-5- اصول اولیه بازیابی گازهای فلر.............................................................................................................................................................37
2-2-6- فرآیند بازیافت گاز فلر FGR............................................................................................................................................................38
2-3- کاربرد گازهای فلر بازیافت شده................................................................................................................................................................41
2-3-1- کاربرد گاز فلر بازیابی شده به عنوان سوخت گازی.........................................................................................................................41
2-3-2- تولید برق با استفاده از گاز فلر............................................................................................................................................................43
2-3-3- تبدیل گاز فلر به هیدروکربنهای سنگین یا LPG.........................................................................................................................43
2-3-4- تبدیل گازهای فلر بازیافت شده به گاز مایع طبیعی.......................................................................................................................45
2-3-5- بازگرداندن به فرآیند تولید یا مصرف به عنوان خوراک سایر واحدها..........................................................................................46
2-3-6- فرآیندهای تبدیل گاز فلر به میعانات.................................................................................................................................................46
2-3-7- تزریق گاز همراه به چاه های نفت جهت ازدیاد برداشت...............................................................................................................47
2-3-8- صادرات گاز همراه..................................................................................................................................................................................48
فصل سوم : طراحی سیستم های بازیابی گازهای ارسالی به فلر...................................................................................................................50
3-1- اصول اولیه بازیافت گاز فلر........................................................................................................................................................................51
3-2- عوامل موثر در طراحی سیستم بازیابی....................................................................................................................................................53
3-3- تعیین پارامترهای طراحی سیستم بازیابی گاز فلر................................................................................................................................55
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-3-1- ویژگی های عمومی خطوط فلر...........................................................................................................................................................56
3-3-2- تعیین ترکیب گازها در سیستم فلر....................................................................................................................................................57
3-3-3- تعیین دبی جریان گاز فلر.....................................................................................................................................................................58
3-3-4- محل قرار گرفتن اندازه گیرها..............................................................................................................................................................61
3-3-5- تعیین سایر مشخصات سیستم فلر جهت طراحی سیستم بازیابی...............................................................................................62
3-4- ملاحظات ایمنی در سیستم های بازیابی گاز فلر..................................................................................................................................63
3-4-1- دسترسی به فلر.......................................................................................................................................................................................63
3-4-2- جریان برگشتی........................................................................................................................................................................................63
3-4-3- ویژگی های گاز فلر................................................................................................................................................................................63
3-5- ملاحظات طراحی سیستم های بازیافت گاز فلر....................................................................................................................................64
3-5-1- سایزینگ...................................................................................................................................................................................................64
3-5-2- موقعیت.....................................................................................................................................................................................................64
3-5-3- اتصال فلر..................................................................................................................................................................................................65
3-5-4- ممانعت از برگشت جریان.....................................................................................................................................................................67
3-5-5- کنترل سیستم بازیابی گاز فلر.............................................................................................................................................................67
3-6- الگوریتم طراحی سیستم های بازیابی گاز فلر.......................................................................................................................................68
3-7- فواید و نتایج حاصل از بازیافت گاز مشعل..............................................................................................................................................70
فصل چهارم : ارائه روش بازیابی گازهای ارسالی به فلر با سیستم تراکم اجکتوری................................................................................71
4-1- معرفی سیستم های اجکتوری...................................................................................................................................................................72
فهرست مطالب
عنوان صفحه
4-1-1- اساس عملکرد اجکتور...........................................................................................................................................................................73
4-1-2- مزایا، معایب و کاربردها.........................................................................................................................................................................77
4-1-3- کاربرد سیستم های اجکتوری در صنایع نفت و گاز.......................................................................................................................79
4-1-4- سیستم بازیابی اجکتوری توسعه داده شده.......................................................................................................................................86
4-2- محاسبات طراحی اجکتورها.......................................................................................................................................................................88
4-2-1- ساختار اجکتور ( منحنی های تجربی ).............................................................................................................................................88
4-2-2- تعیین نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل.........................................................................................................................................91
4-3- تحلیل و پیش بینی عملکرد اجکتورها....................................................................................................................................................92
4-3-1- تئوری نظری و معادلات حاکم بر جریان سیال و نازل ها..............................................................................................................93
4-3-2- مدلسازی تحلیلی یک بعدی اجکتور گاز........................................................................................................................................104
فصل پنجم : آنالیز پالایشگاه شماره 2 تهران..................................................................................................................................................120
5-1- معرفی واحد فرآیندی نمونه: پالایشگاه تهران.....................................................................................................................................121
5-1-1- اطلاعات جغرافیایی و آب و هوایی محل سایت............................................................................................................................121
5-1-2- سوخت ها در پالایشگاه......................................................................................................................................................................122
5-2- شرح فرآیند فلر پالایشگاه شمالی تهران..............................................................................................................................................123
5-3- تعیین مشخصات گازهای ارسالی به فلر در پالایشگاه تهران...........................................................................................................126
5-3-1- ضایعات در پالایشگاه تهران...............................................................................................................................................................126
5-4- اصلاح شبکه فلرینگ و تغییرات مورد نیاز سیستم............................................................................................................................130
5-4-1- تعیین ظرفیت و مشخصات سیستم بازیابی...................................................................................................................................132
فهرست مطالب
عنوان صفحه
5-4-2- تعیین تکنولوژی مناسب جهت سیستم بازیافت...........................................................................................................................133
5-4-3- محاسبات طراحی سیستم متراکم سازی جت کمپرسور گاز.....................................................................................................135
5-5- راهکارها و سناریوهای بکارگیری گاز فلر بازیافت شده.....................................................................................................................139
5-5-1- جنبه های فنی مرتبط........................................................................................................................................................................139
5-5-2- راهکارها و سناریوها............................................................................................................................................................................142
فصل ششم : آنالیز اقتصادی................................................................................................................................................................................145
6-1- مدلسازی اقتصادی و مالی.......................................................................................................................................................................146
6-1-1- تحلیل و ارزیابی اقتصادی سیستم های کاهش و بازیابی گاز فلر.............................................................................................147
6-2- نتایج محاسبات ارزیابی سرمایه گذاری راهکارها و سناریوهای ارائه شده.....................................................................................154
6-2-1- تجزیه و تحلیل اقتصادی و مالی سناریوهای بازیافت..................................................................................................................157
فصل هفتم : نتیجه گیری و پیشنهادات...........................................................................................................................................................159
7-1- نتایج وبحث................................................................................................................................................................................................160
7-2- پیشنهادات تحقیقات آتی........................................................................................................................................................................164
پیوست الف- الگوها و جزئیات نمونه از اجزای سیستم فلر........................................................................................................................167
پیوست ب - روابط اقتصادی اجکتور................................................................................................................................................................169
منابع و مراجع........................................................................................................................................................................................................170
Abstract.............................................................................................................................................................................................................
منبع:
[1] مهندس محمد شاهینی, مدیریت گازهای فلر, دوم 1386 ed., - تهران: نشر اتحاد جهان نو, 1389 .
[2] وزارت نفت، معاونت مهندسی و ساخت داخل، تحقیقات و استانداردها, "استاندارد مهندسی برای طراحی فرآیندی مشعل و سامانه های تخلیه," استاندارد های نفت ایران , IPS-E-PR-460(1), آذر 1388, p. 57.
[3] N.P. Cheremisinoff K. Banerjee, P.N. Cheremisinoff, Flare Gas Systems Pocket Handbook: Gulf Punlishing Company, 1985.
[4] American Petroleum Institute, "Pressure-relieving and Depressuring Systems," ANSI/API STANDARD 521, FIFTH EDITION, API Publishing Services, Jan 2007, pp.
[5] Diana K. Stone, Susan K. Lynch, Richard F. Pandullo, Radian Corporation, Leslie B. Evans, and William M. Vatavuk, "Chapter 7- FLARES," Research Triangle Park, NC 27711: Office of Air Quality Planning and Standards U.S. Environmental Protection Agency, December 1995.
[6] Michael F. Farina, "Flare Gas Reduction; Recent global trends and policy considerations," GE Energy, Global Strategy and Planning 2010.
[7] Global Gas Flaring Reduction Partnership (GGFR), "Estimated Flared Volumes from Satellite Data, 2006-2010, Top 20 Flaring Countries," NOAA Satellite data, The World Bank, 2011.
[8] the international associatio for natural gas CEDIGAZ. "statistical database 2010," http://www.cedigaz.org/statistical-database/auth.aspx.
[9] T. A. Boden G. Marland, and R. J. Andres, “Global, Regional, and National Annual CO2 Emissions from Fossil-Fuel Burning, Cement Manufacture, and Gas Flaring,” pp. 9759-2003, 2006.
[10] Bent Svensson and Mauricio O. Ríos, "Unlocking the Value of Wasted Natural Gas," Global Gas Flaring Reduction partnership (GGFR), www.worldbank.org/ggfr, 2010.
[11] NOAA National Geophysical Data Center. "Global Gas Flaring Country Data," NASA, USA. http://www.ngdc.noaa.gov/dmsp/interest/gas_flares.html.
[12] ترازنامه هیدروکربوری کشورسال 1388 , گروه مدیریت انرژی، موسسه مطالعات بین المللی انرژی، وزارت نفت, 1389 .
[13] LLC JOHN ZINK COMPANY, "Flare Gas Recover y Systems," Reduce Recover Reuse, Tulsa, Oklahoma, USA, www.johnzink.com, 2000.
[14] World Bank Group, Kyoto Mechanisms for Flaring Reductions, Report Number 2, Global Gas Flaring Reduction Public-Private Partnership (GGFR), www.worldbank.org, 2003.
[15] Walter Brenner, “RECOVERING FLARE GAS ENERGY - A DIFFERENT APPROACH,” in Ninth Annual Industrial Energy Technology Conference, Houston, TX (USA), 1987, pp. 93-95.
[16] NORWEGIAN GOV., "http://odin.dep.no/oed/engelsk/026031-150004/indexdok000-b-n-a.html."
[17] J. D. Miles, "A FLARE GAS RECOVERY SYSTEM," Argo Environmental Engineering Limited, www.argoengineering.com, 2002.
[18] P. W. Fisher, and D. Brennan, “Minimize flaring with flare gas recovery,” Hydrocarbon Processing, no. June 2002, pp. 83-85, 2002.
[19] J. Peterson, N. Tuttle, H. Cooper, and C. Baukal, “Minimize facility flaring,” Hydrocarbon Processing, vol. Process and Plant Optimization, Special Report, no. June 2007, pp. 111-115, 2007.
[20] S. K. Smith M. P. Loring, in AIChE Spring National Meeting,, Houston, TX, March1995.
[21] C. J. Lee A. Shaikh, Hydrocarbon Processing, vol. 89, July, 1995.
[22] M. Chellino, in AIChE Spring National Meeting, Houston, TX, April 2001.
[23] J. Dennehy M. Williamson, in AIChE Spring National Meeting, Houston, TX, April2001.
[24] D. Chenevert et al, Oil Gas Journal, vol. 103, no. 54, 2005.
[25] J. Saionz S. Cullen, in AIChE Spring National Meeting, Orlando, FL, April 2006.
[26] Proceedings. GPA 80th Annual Convention, San Antonio, USA, 2001.
[27] J. J. Miles, "Toward Zero Flaring - A Practical Approach To Cost Reduction and Environmental Benefit." GPA 80th Annual Convention, San Antonio, USA, 2001.
[28] Kuwait National Petroleum Company, "Use of Flare Gas as Fuel: Establishment of Flare Gas Recovery Unit at Shuaiba Refinery, Kuwait and Advancing towards Zero Non-Emergency Flaring," E. Management, ed., UN-Habitat, 2006 Best Practices Database in improving the living environment, 2006.
[29] Shell Oil Products US (Martinez Refinery), Shell Martinez Refinery FLARE MINIMIZATION PLAN, Bay Area Air Quality Management District, 939 Ellis Street, San Francisco, California 94109, 2007.
[30] J. A. Sonibare, and F. A. Akeredolu, “Natural gas domestic market development for total elimination of routine flares in Nigeria's upstream petroleum operations,” Energy Policy, vol. 34, no. 6, pp. 743-753, 2006.
[31] X. Yang, Q. Xu, and K. Li, “Flare Minimization Strategy for Ethylene Plants,” Chemical Engineering & Technology, vol. 33, no. 7, pp. 1059-1065, 2010.
[32] David A. Castelo Branco, Alexandre S. Szklo, and Roberto Schaeffer, “Co2e emissions abatement costs of reducing natural gas flaring in Brazil by investing in offshore GTL plants producing premium diesel,” Energy, vol. 35, no. 1, pp. 158-167, 2010.
[33] محمود افشار، مژگان عباسی, “بررسی کاهش و یا بازیابی گاز های ارسالی به مشعل ,” اولین کنفرانس پتروشیمی ایران , - تهران شرکت ملی صنایع پتروشیمی, 1387 .
[34] سیاوش درفشی، میرمحمد چاوش باشی و سعید رادمان, "مطالعه امکان سنجی سیستم بازیابی گازهای ارسالی به فلر پتروشیمی تبریز و کاهش عملیات فلرینگ تحت مکانیزم توسعه پاک," شرکت سهامی پتروشیمی تبریز .
[35] اکبر امید زاد بررسی سیستمهای کاهش و بازیابی گازهای ارسالی به مشعل پالایشگاه , پایان نامه کارشناسی ارشد, دانشکده فنی . گروه مهندسی شیمی, دانشگاه تهران, بهمن 1386 .
[36] مدیریت پژوهش و فناوری شرکت ملی گاز ایران. "بازیابی و کاهش گازهای ارسالی به مشعل در شرکت مجتمع گاز پارس جنوبی ," http://research.nigc.ir/Site.aspx?ParTree=1110121512&LnkIdn=90742.
[37] پژوهش ومدیریت انرژی, “بازیابی و کاهش گازهای ارسالی به مشعل در شرکت مجتمع گاز پارس جنوبی,” نشریه کارکنان صنعت نفت ایران, شهریور 1390 .
[38] M. R. Rahimpour, A. Ghorbani, A. Asiaee, and A. Shariati, “Conversion of refinery natural purge gases to liquid hydrocarbons in GTL loop with hydrogen-permselective membranes: An alternative to gas flaring,” Journal of Natural Gas Science and Engineering, vol. 3, no. 3, pp. 461-475, 2011.
[39] J.A. Sonibare F.A. Akeredolu, “A review of the usefulness of gas flares in air pollution control,” Management of Environmental Quality: An International Journal, vol. 15, no. 6, pp. 574 - 583, 2004.
[40] AP-42, CH 13.5: Industrial Flares, U. S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH.
[41] M. Strosher, Investigations of Flare Gas Emissions in Alberta, Final Report, Environment Canada Conservation and Protection, the Alberta Energy and Utilities Board and the Canadian Association of Petroleum Producers, Environmental Technologies Alberta Research Council, Calgary, Alberta, November, 1996.
[42] American Petroleum Institute, "Manual On Disposal Of Refinery Wastes," API Publication 931, Volume On Atmospheric Emissions, Washington, DC, June 1977.
[43] Flare Efficiency Study, EPA-600/2-83-052, U. S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH., July 1983.
[44] محمد محسن کاوه. پیشوائی “بازیافت گازهای مشعل و تاثیر آن بر کاهش آلاینده های هوا,” گروه مهندسی سیستمهای انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک, دانشگاه صنعتی شریف, خرداد 1385 .
[45] آزاده معروف مشاط ، سورنا ستاری, “لزوم برنامه ریزی برای بازیافت گازهای ارسالی به مشعل ,” هشتمین همایش بین المللی انرژی, تهران, 8 و 4 خرداد 1390 .
[46] آزاده معروف مشاط, س. ستاری “امکان سنجی فنی اقتصادی استفاده از گازهای فلر برای تبدیل به محصول دیگر در ایران,” پایان نامه کارشناسی ارشد گروه مهندسی سیستمهای انرژی، دانشکده مکانیک, دانشگاه صنعتی شریف, آذر 1389 .
[47] سروش یونسی سینکی, م. امیدخواه “بررسی روشهای بازیافت گازهای ارسالی به فلر در پالایشگاه تبریز به منظور کاهش ضایعات,” پایان نامه کارشناسی ارشد, دانشکده فنی، مهندسی شیمی, دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب, 1384 .
[48] PT. DWIRAJAYA SATYA. "NASH LIQUID RING COMPRESSORS FOR GAS APPLICATIONS IN REFINERY AND CPI PROCESS FEATURES AND BENEFITS," http://www.dwirajaya.co.id/LRC_F&B.htm.
[49] Thomas Elsenbruch, Stop Flaring and Venting — Utilization of Associated Petroleum Gas with Gas Engines, GE Power & Water Jenbacher gas engines, Marketing, 2nd M2M Partnership Expo, New Delhi, India, 2-5 March 2010.
[50] سروش برادران، علیرضا شجاع مرادی، فاطمه پور اصغریان، علیرضا بستامی, “فناوری های استفاده شده برای کاهش و بازیابی گازهای سوزانده شده در فلر به همراه مطالعات موردی ,” سمینار تخصصی نفت، گاز و محیط زیست, شیراز، دانشکده مهندسی, آبان 1387 .
[51] Inc. MTR Membrane Technology and Research. "LPG Recovery from Associated Gas: LPG-Sep™," www.mtrinc.com.
[52] سپیده نعمتی شهاب، محمدرضا امیدخواه نسرین, “بررسی روشهای دفع گازهای زائد و بهبود عملکرد سیستمهای فلر ,” دهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران, دانشگاه سیستان و بلوچستان, 26- 24 آبان .1384.
[53] A. Vatani O. Zadakbar, M. Anbia and V. Garshasbi, “Increase EOR by Flare Gas Recovery,” in 57th Canadian Chemical Engineering Conference, Alberta, Canada, 2007.
[54] آرمیتا قاسمیه، شهرام رستمی، رضا محمدی راد، حمیدرضا بور, “بررسی روش های کاهش سوزاندن گازهای قابل بازیافت در ایران ,” شرکت مهندسین مشاور موننکو ایران .
[55] محمد کاهکش, طراحی روش های افزایش برداشت از مخازن نفتی ایران شرکت ملی مناطق نفت خیز جنوب, شرکت ملی مناطق نفت خیز جنوب .
[56] J. D. Miles, A Flare Gas Recovery System, Argo Environmental Engineering Limited, www.argoengineering.com, 2006.
[57] Flow Measurement for Air Monitoring Users Group NPL, December, 2003.
[58] J. Miles, “The Use of Flare Gas Metering After Kyoto,” in GPA Spring meeting, Norwich, 2001.
[59] EPA AP-42, "Completion of Air Pollution Emission Factors," Vol.1: Stationary Point and Area Sources, Fifth Edition, 1998.
[60] "Earth Trends 2010," Provided by the World Resources Institute; http://earthtrends.wri.org.
[61] CHAQING LIAO, D. F. R. Best “GAS EJECTOR MODELING FOR DESIGN AND ANALYSIS,” Available electronically, Mechanical Engineering Department, Nuclear Engineering, Texas A&M University, Office of Graduate Studies, 2008.
[62] Transvac Systems Ltd. "Ejecotr Solutions for the Oil & Gas Industry," www.transvac.co.uk.
[63] Hijet International Vacuum & Compression Systems. "Hijet Compression Systems for Flare Gas Recovery," www.hijet.com.
[64] R.E. Sonntag G.J.van wylen Fundamentals of Classical Thermodynamics, third ed., p.^pp. 571-590, 1985.
[65] Ernest E. Ludwig, "Ejector and Vacuum System," Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, Chapter 6, pp. 206-238, 1984.
[66] DeFrate and Hoerl, "Design curves for optimum single-stage ejectors," Chem. Eng. Prog., 55, Symp. Ser. 21, 46, FIG. 10-102, 1959.
[67] The American Society of Mechanical Engineers (ASME), "EJECTORS, Performance Test Codes," ANSI/ASME PTC 24, 1976.
[68] E. V. Karmanov, Yu N. Lebedev, V. G. Chekmenev, and I. A. Aleksandrov, “Ejector Systems,” Chemistry and Technology of Fuels and Oils, vol. 40, no. 1, pp. 80-83, 2004.
[69] A. T. McDonald and P. J. Pritchard R. W. Fox, Introduction to Fluid Mechanics, 6th ed., Hoboken, NJ.: John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ., 2003.
[70] J. Fabri and R. Siestrunck, “Supersonic Air Ejectors,” Advances in Appied Mechanics, vol. V, pp. 1-34, 1958.
[71] J.H. Keenan and E.P.Neumann, “An Investigation of Ejector Design by Analysis and Experiment,” J. Applied Mechanics, Trans ASME, vol. 72, pp. 299-309, 1950.
[72] "سایت رسمی شرکت پالایش نفت شهید تندگویان تهران" http://www.tehranrefinery.ir.
[73] Klaus D. Timeerhaus and Roland E. West Max S. Peters, Plant Design and Economics for Chemical Engineers, Fifth ed.: McGraw-Hill, 2003.
[74] S. M. Zubair B. A. Qureshi, “A comprehensive design and rating study of evaporative coolers and condensers. Part II: Sensetivy Analysis,” International Journal of Refrigeration, vol. 26, pp. 659-668, 2006.
[75] امین انگارنویس , " تحلیل سیستم های بازیافت گازهای ارسالی به مشعل و ارائه مدل اقتصادی بهینه " , دی ماه