Comparison of Vapor Recompression and Bottom Flashing Methods in Energy Optimization of Natural Gas Sweetening Process

Document Type : Original Article


Department of Chemical Engineering, Pazhoohesh Institute, Tehran, Iran



The sweetening of sour gas by amine solvent has attracted a lot of attention due to the high ability of amines to remove acidic compounds from natural gas. In this process, an adsorption column and a distillation column are used to recover the amine. The operating costs of the conventional sour gas sweetening process are very high due to the high energy consumption in the solvent recovery column. Therefore, process energy optimization is very essential. In this research, first, the conventional gas sweetening process was subjected to heat integration (HI) so instead of using utility in supplying process energy, the energy of process flows has been used. Then, the amine recovery column is thermally integrated into this process by Vapor Recompression (VRC) and Bottom Flashing (BF) methods. The results showed that the HI, VRC, and BF processes reduced energy consumption compared to the conventional process about 25%, 88%, and 90%, respectively. Although the compressor consumption of the VRC and BF processes is almost the same, the reduction in hot and cold utility consumption in BF is 33% higher than in VRC. So, the BF process performs better than the VRC process. Moreover, BF process could reduce total annual cost (TAC) of the base process in the maximum value of 96%. That is why BF process is selected as the best choice of heat integration in this case study.


Main Subjects

Article Title [Persian]

مقایسه دو روش تراکم بخار و تبخیر ناگهانی محصول پایین در بهینه‌سازی انرژی فرآیند شیرین‌سازی گاز طبیعی

Authors [Persian]

  • سمیرا احمدی
  • نرگس عیوضی ابهری
  • ملیکا اسپری
  • حانیه اسودی
  • فاطمه عزتی کامکار
  • ساینا رهبری

موسسه آموزش عالی آزاد پژوهش، تهران، ایران

Abstract [Persian]

شیرین‌سازی گاز ترش به کمک حلال آمین به دلیل توانایی بالای آمین‌ها در حذف ترکیبات اسیدی از گاز طبیعی، همواره موردتوجه بوده است. در این فرآیند از یک برج جذب و یک برج تقطیر به‌منظور بازیابی آمین استفاده می‌شود. به دلیل مصرف انرژی بالا در برج بازیابی حلال، هزینه‌های عملیاتی فرایند متداول شیرین‌سازی گاز ترش بسیار بالا است. از این رو، بهینه‌سازی انرژی فرآیند یک امر ضروری محسوب می‌شود. در این پژوهش ابتدا فرآیند مرسوم شیرین‌سازی گاز مورد انتگراسیون حرارتی (HI) قرار گرفته است به نحوی که به جای استفاده از یوتیلیتی در تأمین انرژی فرآیند، از انرژی جریان‌های فرآیندی استفاده شده است. سپس برج بازیابی آمین در این فرآیند با استفاده از روش‌های تراکم بخار (VRC) و تبخیر ناگهانی محصول پایین (BF) یکپارچه حرارتی شده است. نتایج نشان می‌دهد که سه فرآیند HI، VRC وBF نسبت به فرایند مرسوم به ترتیب حدوداً ۲۵٪، ۸۸٪ و ۹۰٪ کاهش مصرف انرژی داشته است. با وجود اینکه کار مصرفی کمپرسور در دو فرآیند VRC و BF تقریباً یکسان است، اما کاهش مصرف یوتیلیتی سرد و گرم در فرآیند BF نسبت به VRC ٪۳۳ بیشتر بوده است. بنابراین، فرآیند BF عملکرد بهتری را نسبت به فرآیند VRC دارد.

Keywords [Persian]

  • شیرین‌سازی گاز ترش
  • انتگراسیون حرارتی
  • تراکم بخار
  • تبخیر ناگهانی محصول پایین
Abd, A.A., Naji, S.Z., Barifcani, A., 2020. Comprehensive evaluation and sensitivity analysis of regeneration energy for acid gas removal plant using single and activated-methyl diethanolamine solvents. Chinese Journal of Chemical Engineering 28, 1684-1693.
Aghel, B., Sahraie, S., Heidaryan, E., 2020. Carbon dioxide desorption from aqueous solutions of monoethanolamine and diethanolamine in a microchannel reactor. Separation and Purification Technology 237, 116390.
Al-Amri, A., Zahid, U., 2020. Design Modification of Acid Gas Cleaning Units for an Enhanced Performance in Natural Gas Processing. Energy & Fuels 34, 2545-2552.
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.
Chen, Z., Yang, G., Hao, X., Samak, N.A., Jia, Y., Peh, S., Mu, T., Yang, M., Xing, J., 2021. Recent advances in microbial capture of hydrogen sulfide from sour gas via sulfur‐oxidizing bacteria. Engineering in Life Sciences.
Cong, H., Murphy, J.P., Li, X., Li, H., Gao, X., 2018. Feasibility evaluation of a novel middle vapor recompression distillation column. Industrial & Engineering Chemistry Research 57, 6317-6329.
Dai, Y., Peng, Y., Qiu, Y., Liu, H., 2019. Techno-Economic Analysis of a Novel Two-Stage Flashing Process for Acid Gas Removal from Natural Gas. Energies 12, 4213.
Díez, E., Langston, P., Ovejero, G., Romero, M.D., 2009. Economic feasibility of heat pumps in distillation to reduce energy use. Applied Thermal Engineering 29, 1216-1223.
Jogwar, S.S., Daoutidis, P., 2009. Dynamics and control of vapor recompression distillation. Journal of Process Control 19, 1737-1750.
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.
Mix, T., Dweck, J., Weinberg, M., Armstrong, R., 1981. Energy conservation in distillation. Final report. Merix Corp., Wellesley, MA (USA).
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.