Doğal gazın tasfiyesi örneğinde kütle transferinin incelenmesi

Abstract

Ülkemizde ve dünyada enerji maliyetleri giderek arttığından, diğer yakıtlara oranla daha ucuz ve kısmen temiz bir yakıt olan doğal gaz kullanımı yaygınlaşmaktadır. Ancak doğal gaz kullanımında da içerdiği zararlı bileşenlerden dolayı mahsurlar olmaktadır. Bu yüzden gaz tasfiyesi önemlidir. Bu çalışmada, tasfiye işlemi için, düşey bir boru (kolon) içerisinde akan doğal gaz ve boru iç cidarında film halinde akan monoetanolamin (MEA) birlikte ele alınmıştır. Her iki akışkanın da akışı, aynı yönlü aşağıya doğru ve laminer akış şeklindedir. Ortam izoterm şartlardadır. Doğal gaz içerisindeki karbondioksit (C02) ve hidrojensülfür (H2S) bileşenlerinin, monoetanolamin yöntemi, kimyasal absorbsiyon yoluyla tasfiye edilmesi sırasında, boru içerisinde difüzyonla olan kütle transferi, film ve gaz karışımı arasındaki arayüzeyde gaz absorbsiyonuyla olan kütle transferi ve film içerisindeki homojen kimyasal reaksiyon incelenmiştir. Böyle bir düşey boru içerisindeki olayları; akış, süreklilik, kütle transferi, ideal gaz, gaz absorbsiyon ve film akış denklemleri belirlemektedir. Denklem sistemi boyutsuz büyüklüklerle ifade edilmiştir. Burada söz konusu olan boyutsuz büyüklükler Sherwood sayısı (Sh), Schmidt sayısı (Sc) ve Damköhler (Da) sayısıdır ki bunlar olayı belirleyen difüzyon katsayılanyla teşkil edilirler. Poliner difüzyon katsayıları sürekli (barisantrik) sistemler için hesaplanmıştır. Difüzyon katsayılarının hesaplanmasında, dönüştürülmüş Stefan-Maxwell denklemi temel denklem olarak kullanılmıştır. Sonrasında boyutsuz olarak elde edilen kısmi türevli denklem sisteminde lineer olmayan terimler lineerleştirildikten sonra sonlu farklar yöntemiyle çözüme varılmıştır. Sonuçlar grafikler halinde sunulmuştur. Bu grafiklerde; difüzyon katsayılarının, eksenel hızın, radyal hızın, yoğunluğun, reaktan konsantrasyonunun ve dönüşümün çeşitli parametrelerle (Da, x*, r*) x değişimi sunulmuştur. Sonuç olarak poliner difüzyon katsayılarının artan x ver ile arttığı, buna karşılık akış hızı, yoğunluk, konsantrasyon gibi büyüklüklerin eksenel uzunluk x ile azaldığı görülmektedir. ANAHTAR KELİMELER: Doğal gaz, Doğal gaz tasfiyesi, Difüzyon, Difüzyon katsayıları, Kütle transferi, MEA (monoetanolamin)

As the cost of energy increased in the world and in the our country the usage of natural gas, which is cleaner and more cheaper than the other sources is increasing. However, the usage of natural gas is harmful because of its dangerous components. Therefore, the purification of natural gas is very important. At this work, for purification process natural gas that flows a vertical pipe and Monoethanolamine (MEA) that flows internal surface of pipe as film are examined together. Both fluids flow are vertical and laminar flow. Surroundings conditions are isotherm. During purification of carbon dioxide (C02) and hydrogen sulphur components with chemical absorption in the natural gas (Monoethanolamine method) mass transfer with diffusion into pipe, mass transfer with absorption interface of film and gas, and homojen chemical reaction inside film are examined. Events inside vertical pipe flow is determined by flow, continuity, mass transfer, ideal gas, gas absorption and film flow equations. Equation system is explained with dimensionless quantities. Dimensionless quantities are Sherwood Number (Sh), Schmidt Number(Sc) and Damköhler NumberÇDa). These numbers are made by diffusion coefficient. Polyner diffusion coefficients are calculated for continuity system (barisantrik). At the calculation of diffusion coefficient, Stefan- Maxwell equation is used as basic equation. After in the equation system that is computed undimensional partial derivative, nonlinear terms are made linear after that they are solved with finite difference method. Solution are presented as diagrams. In this graphics, the (Da, x, r ) exchange of diffusion coefficients, horizantal velocity, angular velocity, density, concentration and transformation are presented with various parameters. Finally, it is abvious that polyner diffusion coefficients increased with x* and r*; on the contrary the values such as flow velocity, polyner diffusion coefficients with increasing of nondimensional orbital density and concentration are decreasing with KEYWORDS: Natural gas, Natural gas purification, Diffusion, Diffusion coefficients, Mass transfer, MEA (Monoethanolamine).