4-2-2توزیع شدت جریان مولی اجزای موجود در فاز مایع56
4-2-3توزیع شدت جریان مولی هیدروژن فاز گازی در طول رآکتور62
4-2-4توزیع مشخصههای فیزیکی در طول رآکتور63
4-2-5بررسی تأثیرات تغییر دمای ورودی65
4-2-6تغییرات درصد تبدیل و بازده تحت تأثیر دما و شدت جریان ورودی68
5نتیجه گیری و پیشنهادات70

فهرست جداول
شماره صفحهعنوان19جدول 1- شرایط عملیاتی و ترکیب نسبی اجزاء در ورودی رآکتور36جدول2- خلاصهای از مقالات منتشر شده با موضوع مدلسازی سینتیکی هیدروژناسیون 1و3-بوتادین42جدول3- روابط فیزیکی مورد استفاده در مدلسازی رآکتور47جدول4- مشخصات کاتالیست پوسته-تخم مرغی مورد استفاده51جدول 5- مقادیر متوسط Keq و ?G° در طول رآکتور برای واکنشهای پیشنهادی51جدول 6- مقایسه بین نتایج مدلسازی و نتایج رآکتور صنعتی54جدول 7- ثوابت سرعت و عبارات دقیق سینتیکی به کار گرفته شده
فهرست شکلها و نمودارها
شماره صفحهعنوان6تصویر1- نمودار کندهای واحد الفین دهم16تصویر 2- شمایی از نمودار جریان فرآیند واحد بوتان زدایی18تصویر 3- نمودار جریان فرآیند واحد هیدروژناسیون22تصویر 4- شمایی از یک رآکتور بستر چکهای24تصویر 5- شمایی از یک رآکتور دوغابی ]17[27تصویر 6- شمایی از یک رآکتور ستون حبابی بستر آکنده ]17[39تصویر7- مراحل انتقال جرم برای المانی از رآکتور به طول ?Z44تصویر8- شبکهی واکنشهای هیدروژناسیون 1و3-بوتادین47تصویر9- شمایی از کاتالیست پوسته-تخم مرغی53تصویر10- میانگین سرعت واکنشها56تصویر 11- پروفایل دما در طول رآکتور57تصویر12- تغییرات شدت جریان مولی بوتادین نسبت به طول بدون بعد رآکتور58تصویر13- تغییرات شدت جریان مولی 1BE نسبت به طول بدون بعد رآکتور59تصویر 14- تغییرات سرعت واکنشهای r9 و r7 و r1 در طول رآکتور60تصویر15- تغییرات شدت جریان مولی نرمال بوتان نسبت به طول بدون بعد رآکتور61تصویر 16- تغییرات سرعت واکنشهای r11 و r10 و r9 و r8 در طول رآکتور62تصویر17- تغییرات شدت جریان مولی IB نسبت به طول بدون بعد رآکتور63تصویر18- تغییرات شدت جریان مولی IBA نسبت به طول بدون بعد رآکتور64تصویر19- تغییرات شدت جریان مولی هیدروژن گازی نسبت به طول بدون بعد رآکتور65تصویر20- تغییرات نفوذپذیری هیدروژن در طول رآکتور65تصویر21- تغییرات ویسکوزیته فاز مایع در طول رآکتور66تصویر 22- تأثیر دمای ورودی بر دمای سیستم در طول بدون بعد رآکتور67تصویر 23- تأثیر دمای ورودی بر شدت جریان مولی BD در طول بدون بعد رآکتور68تصویر 24- تأثیر دمای ورودی بر شدت جریان مولی نرمال بوتان در طول بدون بعد رآکتور70تصویر25- شمای سه بعدی از درصد تبدیل BD به عنوان تابعی از دما و شدت جریان مولی ورودی71تصویر26- شمای سه بعدی از بازده BA به عنوان تابعی از دما و شدت جریان مولی ورودی
فهرست نشانههای اختصاری
نشانهتعریفواحدA_cسطح مقطع رآکتورm2Cغلظت مولیmol.m-3C_pi^°ظرفیت گرمایی استاندارد جزئ iام در دمای استانداردj.mol-1.k-1d_pقطر ذرهی کاتالیستیmd_rقطر رآکتورmD_(l,H_2 )نفوذپذیری هیدروژن در فاز مایعm2.s-1Eانرژی فعالسازیj.mol-1Fشدت جریان مولیmol.s-1G_i^°انرژی آزاد گیبس جزئ i ام در فشار استانداردj.mol-1G_0i^°انرژی استاندارد آزاد گیبس جزئ i ام در دمای استانداردj.mol-1hثابت هنریpa.m3.mol-1H_0i^°آنتالپی استاندارد تولید جزء i ام در دمای استاندارد j.mol-1kضریب نوسانمراجعه به جدول 8(ka)_glضریب حجمی انتقال جرم گاز-مایعs-1(ka)_lsضریب حجمی انتقال جرم مایع-جامدs-1K_eqثابت تعادلی-k_refضریب نوسان در دمای مرجعمراجعه به جدول 8Mوزن مولکولیgr.mol-1P_rفشار کاهش یافته-Rثابت جهانی گازهاJ.mol-1.K-1Reعدد رینولدز-r_jسرعت واکنشmol.s-1.kgcat-1Scعدد اشمیت-s_pضریب شکل-TدماKT_rدمای کاهش یافته-T_refدمای مرجعKT_0دمای استانداردK15/298Uسرعت ظاهریm.s-1V_(H_2 )حجم مولی گاز هیدروژن در شرایط استانداردm3.mol-1Zطول دیفرانسیلی رآکتورm
نشانههای اختصاری یونانی
نشانهتعریفواحد??G?^°تغییر انرژی آزاد گیبس در شرایط فشار استانداردj.mol-1??H?_(r_j )گرمای واکنش j امj.mol-1??H?_vگرمای تبخیرj.mol-1?_lماندگی مایع-?_iعدد استوکیومتری جزء iام-?_Bدانسیتهی بستر کاتالیستیkgcat.m3µویسکوزیتهkg.m-1.s-1?_(H_2 )حلالیت هیدروژن در مخلوطی از هیدروکربنهاm3.kg-1.pa-1?_lدانسیتهی فاز مایع در شرایط عملیاتیkg.m-3?_20دانسیتهی فاز مایع در دمای 20 درجه سانتیگرادkg.m-3?پارامتر همبستگی-?حجم مولی در نقطهی جوش نرمالm3.mol-1
زیرنویسها و بالانویسها
iشمارندهی اجزای شیمیاییigگاز ایدهآلjشمارندهی واکنشهاgگازlمایعSجامدTکل
فصل اول
مقدمه
معرفی مجتمع پتروشیمی جم
صنعت پتروشیمی در ایران تحولات ودگرگونی های فراوانی داشته است . تحولاتی که این صنعت عظیم را رفته رفته به صنعت اول کشور تبدیل میکند. صنعت پتروشیمی به عنوان یکی از منابع تامین نیازهای بسیاری از صنایع داخلی ، صدور وتولید فرآوردههای خود و منبع مهم ارزآوری و اشتغالزایی برای کشور ، از جایگاه ویژهای برخوردار است . براین اساس در چهار چوب برنامه سوم توسعه اقتصادی کشور، طرحهای پتروشیمی در منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس جنوبی پیش بینی شده است. طرح مجتمع الفین دهم (پتروشیمی جم) یکی از طرحهای برنامه استراتژیک توسعه صنایع پتروشیمی کشور می باشد.
این مجتمع که در منطقه ویژه اقتصادی انرژی پارس جنوبی قرار دارد شامل واحد های الفین، پلی اتیلن سبک خطی، پلی اتیلن سنگین، پلی پروپیلن هر کدام به ظرفیت 300 هزار تن در سال، واحد منواتیلن گلایکول به ظرفیت 400 هزار تن در سال و دی تری اتیلن گلایکول، جمعاً به میزان 43 هزار تن در سال می باشد.
ضمناً واحدهای آلفا الفین به ظرفیت 200 هزار تن و واحد بوتادین به ظرفیت 130 هزار تن در سال، واحدهای دیگر این مجتمع می باشد.
واحد الفین مجتمع پتروشیمی جم، با ظرفیت یک میلیون و320 هزار تن در سال اتیلن، در حال حاضر بزگترین واحد الفین جهان است. این واحد که به واحد کراکینگ نیز معروف میباشد از قسمتهای مختلفی تشکیل یافته است که عبارتند از:
کوره های کراکینگ
قسمت گرم
کمپسور گاز، شستشو با کاستیک وخشک کردن
بازیابی اتیلن و متان زدایی
جداسازی برش دوکربنه
جداسازی برش سه کربنه
جداسازی برش چهار کربنه
سیستمهای تبرید
سیستمهای کمکی
مخازن محصول
خوراک واحد از قسمتهای مختلف تهیه میشود که از طریق چندین خط لوله به واحد ارسال میشود که به سه دسته تقسیم می گردد:
خوراک مایع از پنج خط تشکیل شده شامل:
رافینیت1 برشC5 ازمجتمع آروماتیک چهارم در دمای 45 درجه سانتیگراد و فشار 6 بار
C5+از مجتمع الفین نهم در دمای 50 درجه سانتیگراد و مینیموم فشار لازم 11 بار
LPG2 از آروماتیک چهارم در دمای 45 درجه سانتیگراد و فشار 16 بار
دو خط اتان یکی اتان تازه از پتروشیمی پارس (واحد استحصال اتان) ودیگری از فازهای 4و5 که تحت فاز گازی میباشد .این خوراک به کورههای گازی ارسال میشود . دمای مورد نظر 35 درجه سانتیگراد و فشارمینیموم حدود 17 بار میباشد.
یک جریان برش C3+از الفین نهم وارد میگردد این خوراک به قسمت جداسازی واقع در منطقه کمپرسور ارسال میگردد. دمای مورد نظر 45 درجه سانتیگراد ومینیمم فشار 16 بار میباشد.
خوراکهای مایع از آروماتیک چهار با هم مخلوط شده و به ظرف ذخیره خوراک مایع ارسال میشود. این مخلوط بوسیله پمپ و پس از مخلوط شدن با پروپان برگشتی وبرشهای چهار کربنه وLPG به پیشگرمکن خوراک مایع رفته و سپس به کوره ها ارسال میشود.

پیش از توضیح واحدهای مختلف موجود در الفین دهم نمودار کندهای3 این مجتمع به منظور درک بهتر توضیحات پیشرو ارائه میگردد (تصویر1).
تصویر1- نمودار کندهای واحد الفین دهم
واحد کراکینگ
کراکینگ فرآیندی است که جهت شکستن هیدروکربنهای سنگین و تبدیل آن به هیدروکربنهای سبک مورد استفاده قرار میگیرد. کراکینگ میتواند هم در فاز بخار و هم در فاز مایع-بخار انجام بگیرد. انواع کراکینگ که در صنایع نفت مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از:
کراکینگ حرارتی در حضور بخار آب: کراکینگ گرمایی هیدروکربنها در حضور بخار آب را گویند. در این فرآیند بخار آب در جریان فرآیند بعنوان رقیق کننده خوراک4 ودر جهت بالا بردن کیفیت محصولات تولیدی بکار رفته و وارد فرآیند واکنش نمیشود. در واحد الفین از این نوع کراکینگ استفاده میگردد.
کراکینگ با بخار آب: زمانی که کراکینگ با حضور بخار آب بعنوان یکی از ترکیب شوندگان صورت گیرد آن را کراکینگ با بخار آب گویند. این نوع کراکینگ اغلب در حضور کاتالیزور اتفاق میافتد.
کراکینگ گرمایی: اگر کراکینگ فقط در اثر حرارت انجام شود به آن کراکینگ گرمایی میگویند .که معمولاُ در محدودهی 400 الی 750 درجه سانتیگراد رخ میدهد. برای مثال کراکینگ واکسهای پارافینی در دمای 400 درجه سانتیگراد سبب بوجود آمدن الفینهای خطی میگردد.
کراکینگ کاتالیزوری: اگر کراکینگ در حضور کاتالیزور انجام گیرد به آن کراکینگ کاتالیزوری میگویند. نمونه ای ازاین نوع کراکینگ، کراکینگ نفتا و تولید گاز سنتز میباشد.
کراکینگ با هیدروژن : کراکینگ هیدروکربنها در حضور هیدروژن را میگویند. در این فرآیند از کاتالیزورهای بخصوصی استفاده میشود و عملیات کراکینگ در فشار بالا انجام میشود. محصولات این نوع کراکینگ اغلب ترکیبات اشباع یا آروماتیکی میباشد ودر الفینها از این روش استفاده نمیشود.
کور ه های کراکینگ5
یک کوره در صنایع نفت تشکیل شده از تجهیزاتی که بوسیله آنها در داخل اتاقکی عایق شده،گرمای تولید شده توسط احتراق سوخت، به سیال فرآیند منتقل میگردد. سیال فرآیند در داخل لولههایی جریان دارد که معمولاً در امتداد جدارهها وسقف محفظه احتراق نصب گردیدهاند. عامل اصلی انتقال حرارت مکانیسم تشعشع6 میباشد.
واحد الفین از یک سری کوره تشکیل یافته است که به کوره های پیرولیز معروف هستند. کورهها قلب واحد اتیلن میباشد که در این بخش تمام محصولات واحد تولید میشود ودر قسمتهای دیگر جداسازی وخالصسازی میشوند.
گرمای لازم برای پیرولیز واکنشها، که از طریق دیوارهی کویلها جذب آنها میشود از احتراق سوخت و هوا که گاز سوختی7 نامیده میشود، بدست میآید. گرمای تهیه شده کویلهایی راکه قسمت تشعشعی جعبهی آتش8 قرار دارند را در معرض حرارت قرار میدهد.
از درجه حرارت جعبهی آتش که بسیار بالا میباشد مقدار زیادی برای استفاده در قسمت جابجایی9 کورهی پیرولیز استفاده میشود گرمای تولیدی در قسمت جابجایی برای منظورهای زیر بکار میرود:
پیش گرم کردن جریانهای فرآیند (خوراک هیدروکربنی وبخار رقیق کننده)
پیشگرم کردن آب مخصوص تولید بخار10 برای تولید بخار با فشار بالا
فوق اشباع کردن11 بخار فشار بالا
براساس ظرفیت طراحی قسمت کوره شامل کورهی پیرولیز برای تولید اتیلن میباشد که به سه دسته تقسیم می شوند:
کورههای گازی که فقط خوراک اتان مصرف میکنند.
کورههای مایع-گاز که خوراک مایع واتان مصرف میکنند.
کورههای مایع که خوراک مایع مصرف میکنند.
قسمت گـــــرم12
با توجه به دمای بالای گازهای حاصل از عملیات کراکینگ در کورهها، که در دمای بین860 تا 870 درجه سانتیگراد رخ میدهد، کاهش سریع دمای گاز خروجی بسیار با اهمیت است. چرا که در صورت بالا ماندن دما تا مدتی واکنشهای جانبی اتفاق میافتد که نتیجهی آن تشکیل پلیمر از مونومرهای موجود در دمای بالا میباشد. به همین دلیل تنظیم زمان ماند مناسب در کویل کورهها و کاهش سریع دما برای حفظ محصولات دلخواه بسیار مهم میباشد. جهت این کار در خروجی گاز از کورهها مبدل حرارتی وجود دارند که با آب مخصوص تولید بخار کار میکنند. این مبدلها به مبدلهای انتقالی خط13 معروفند که به صورت سری در سه مرحله دمای گاز خروجی از کورهها را از 850 به 150 درجه سانتیگراد کاهش میدهند. تنظیم زمان ماند که از پارامترهای مهم دیگر میباشد بر عهدهی کمپرسور گاز شکسته شده میباشد که در بخش بعد به آن اشاره میشود.
در مرحلهی بعد گاز خروجی از مبدلها میبایست تا دمای 40 درجهی سانتیگراد خنک گردد تا آمادهی ورود به بخش کمپرسور باشد. این عملیات در دو برج مجزا انجام میشود. گاز خروجی از کورههای گازی به برج فرونشانندهی14 دمای گازی وارد شده و با آب تبادل حرارت میکند. آب کاهش دهندهی دما در این تاور از یک چرخهی بسته با همین عنوان تغذیه میگردد. علاوه بر کاهش دما مقداری بنزین پیرولیز نیز در این بخش جدا میشود که در چرخهی آب کاهندهی دما15 وارد شده و در آنجا با تفاوت چگالی و ثقل از سیستم آب در درامهای مخصوص استحصال میگردد.
کمپرسور
کمپرسور گاز کــراکینگ
قسمت کمپرسور گاز کراکینگ به منظور بهینه کردن همزمان پارامترهای زیر طراحی شده است:
کمترین فشار ورودی جهت رسیدن به راندمان بهتر عمل کراکینگ
نسبت کمپرس پائین به منظور به حداقل رساندن نیروی مصرفی کمپرس کردن و به همین منظور حداقل کردن دمای خروجی (تمایل به گرفتگی پائین)
فشار خروجی مرحله نهائی که نتیجهی آن فشار هیدروژن تولیدی وبازیابی اتیلن در قسمت تبرید میباشد.
کمپرسور از نوع سانتریفیوژ پنج مرحلهای میباشد که دارای سه محفظه16 است و بوسیله توربین بخار که از بخار فشار بالا استفاده میکند به حرکت در میآید. فشار ورودی به کمپرسور بوسیله تغییر در دور توربین کنترل میشود.
در ورودیهای پنج مرحله به منظور اجتناب از بالا رفتن دمای خروجی و همچنین کاهش گرفتگی بوسیلهی پلیمریزاسیون، سیستم ترزیق آب خوراک دیگ بخار17 در نظر گرفته شده است.
گاز کراک در اولین، دومین و سومین مرحلهی کمپرسور تا فشار 9/11 بار کمپرس میشود. گاز در خروجی هر یک از مراحل کمپرسور خنک میشود. سپس به جدا کنندههای میان مرحلهای ارسال میشود. جدا کنندههای میان مرحلهای با راندمان بالا برای جدا کردن مه18 تجهیز شده اند. در ظرف ورودی سومین مرحله، سه فاز از هم جدا میشوند: گازهای کراکینگ، هیدروکربنهای مایع و آب چرب19، گاز کراکینگ از سومین مرحلهی کمپرسور به قسمت جداسازی برای حذف اسید از گاز که شامل دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن میباشد ارسال میگردد. گاز پس از شیرین شدن به درام ورودی مرحلهی چهارم ارسال میشود تا از حمل هر گونه کاستیک به داخل کمپرسور اجتناب گردد. گاز در مرحلهی چهارم کمپرس میشود و در کولر خروجی مرحلهی چهارم تا 45 درجه سانتیگراد خنک میشود. سپس به درام ورودی مرحلهی پنجم که جدا کنندهای سه فازی میباشد ارسال میگردد. فشارگاز در مرحلهی پنجم پس از کمپرس شدن آن به 6/35 بار میرسد. در نهایت گاز تا 15 درجه سانتیگراد سرد میشود و در این دما به خشککنهای گاز کراکینگ ارسال میشود.
حذف گازهای اسیدی
گاز کراک که از قسمت گرم میآید شامل دی اکسید کربن وسولفید هیدروژن میباشد که به گازهای اسیدی معروفند. این ترکیبات باید قبل از فرآیند تبرید و سرد سازی حذف شوند . دی اکسید کربن در حالت جامد به شکل یخ خشک در میآید وهیدراتها وH2S سم کاتالیست محسوب میشوند. دی اکسید کربن در محصول نهائی اتیلن تا ppm 1/0کاهش داده میشود.
برای حذف گازهای اسیدی، گاز کراکینگ به برج شستشو با کاستیک20 که بین سومین وچهارم مرحلهی کمپرسور قرار دارد ارسال میگردد تا جداسازی گازهای اسیدی اتفاق بیفتد.
قبل از اینکه جریان به برج شستشو با کاستیک برود گاز کراک بوسیلهی بخار فشار پائین در حدود 4 درجه سانتیگراد درسه قسمت بوسیلهی ژاکت حرارتی سوپر هیت میشود. این عمل لازم است تا از تشکیل هیدروکربن مایع اجتناب شود تا در تماس با محلول کاستیک منجر به تشکیل پلیمر نگردد. برج شستشو با کاستیک به دو قسمت شستشو با کاستیک (از نوع بستر آکنده) و یک قسمت شستشو با آب که بصورت سینی میباشد، مجهز شده است. بستر آکنده برای این برج به این جهت در نظر گرفته شده است تا میزان افت فشار حداقل گردد واز خالص سازی CO2 خروجی مراقبت شود.
خشک کردن گاز کراکینگ
گاز خنک خروجی از پنجمین مرحلهی کمپرسور پس از خروج از آخرین درام به خشک کنهای گاز کراک بستر ثابت فرستاده میشود. در این واحد سه برج خشککن تعبیه شده که همواره دوتای آنها در حال عملیات و یکی در حالت احیا میباشند. در حین عملیات خشک کردن گاز کراک از بالا به پائین جریان پیدا میکند و در قسمت پائین حجم آب در گاز به کمتر از ppm 1 میرسد. هر خشک کن برای 48 ساعت اجرا طراحی شده است.
احیای خشک کنها با گاز سوختی فشار پایین انجام میپذیرد و روش احیا شامل مراحل زیر میباشد:
کاهش فشار از 6/34 بار به فشار احیا برابر با 5/6 بار
جریان یافتن گاز احیا در بستر در 60 درجه سانتیگراد
گرم کردن: گاز احیا تا 220 درجه سانتیگراد در گرمکن گاز احیا که با بخار فشار بالا عمل میکند گرم میشود.
خنک کردن: خشککن توسط گاز احیا در 60 درجهی سانتیگراد خنک میشود و دمای آن نهایتاً به 48 درجه سانتیگراد میرسد.
فشار گیری21
متان زدایی
هدف از جداسازی مورد نظر در این بخش عبارتند از :
مصرف انرژی اندک
انعطاف پذیری در تمام حالات طراحی
میزان تولید اتیلن بالا
سرمایه گذاری اندک
توانایی بالا
تولید اتیلن وترکیبات سنگینتر از گاز کراک شده بوسیلهی کندانس کردن در خنک کنندههای متوالی، بوسیلهی متانزدایی در دو ستون به هم وابسته انجام میپذیرد.
متانزدایی اولیه که بوسیلهی جداسازی مایعات از گاز کراکینگ در دمای 34- درجه سانتیگراد میباشد.
متانزدایی ثانویه بوسیلهی کندانسهای با دمای پایینتر وبخار تقطیر شده متانزدایی اولیه.
برای اینکه میزان سرما در این قسمت مینیموم شود باید پارامترهای زیر را بهینه کرد:
خوراک مخصوص هر متانزدا
فشار عملیاتی در دو ستون (13 بار)
فشار گاز کراکینگ ورودی به هر قسمت (5/34 بار)
همچنین در دو برج متانزدایی عملیات اصلی جداسازی متان از ترکیبات دوکربنی به بالا انجام میگردد. قسمتی از متان و هیدروژن به بخش تولید گاز سوخت کوره ارسال میگردند و مقداری از این ترکیب پس از سرد شدن تا دمای 165- درجه سانتیگراد و فشار 33 بار و مایع شدن بخش عمدهی متان آن، جهت تولید هیدروژن به واحد بازیابی هیدروژن ارسال میگردد. مایعاتی که در پایین برجهای متانزدا جمع شدهاند و شامل مقادیر عمدهای از اتیلن هستند، جهت تولید اتیلن به وسیلهی دو پمپ مجزا به واحد تولید و استحصال اتیلن ارسال میگردند.
اتان زدایی
دو جریان جدا شده از قسمت پایین متانزدای اولیه و ثانویه خوراک برج اتانزدایی را تشکیل میدهند. شرایط عملیاتی برج در بالا فشار 9/25 بار و دمای6/11- درجه سانتیگراد و در پائین دمای 82 درجه سانتیگراد و فشار 3/26 بار میباشد. ریبویلر برج اتانزدا بوسیلهی بخار فشار پائین عمل میکند. در ریبویلر به دلیل تشکیل پلیمر میزان انتقال حرارت کاهش و فلاکس حرارتی محدود میگردد . برای این منظور برج با ریبویلر یدکی تجهیز شده و به آن مادهی ضد پلیمریزاسیون22 تزریق میگردد.
بخار تقطیر شده شامل اتان، اتیلن و استیلن و ترکیبات اصلی که از بالای برج خارج میشوند به سمت راکتورهای هیدروژناسیون برش دو کربنه فرستاده میشوند. همچنین محصول پایینی برج تحت کنترل سطح به برج پروپانزدا ارسال میشود.
جدا سازی برش سه کربنی
برشC3 جدا شده به برج پروپانزدا وارد میشود. این برج دارای 50 عدد سینی با ظرفیت بالا میباشد که خوراک آن محصول پائینی برج اتانزدا میباشد. فشار عملیاتی در بالا 8/6 بار و دما 4/6 درجه سانتیگراد است ودمای عملیاتی در پائین در حدود 75 درجه سانتیگراد و فشار 1/7 بار میباشد.
ریبویلر پروپانزدا بوسیلهی بخار فشار پائین عمل میکند و یک ریبویلر یدکی نیز برای آن در نظر گرفته شده است. دمای ریبویلر بر اساس دمای سینی41 کنترل میشود و محصول پایینی تحت کنترل سطح به بوتانزدا ارسال میگردد.
جدا سازی برش چهار کربنی
از آنجا که مرکز توجه این نوشتار، واحد هیدروژناسیون بوتادین میباشد کوشش شده تا بخش پیش رو با جزئیات بیشتری توضیح داده شود.
بوتان زدایی
محصول پایینی از پروپانزدا برای جداسازی برش C4 وارد بوتانزدا (10-T-651) میگردد. فشار عملیاتی در بالا 3/5 بار و دما 3/47 درجه سانتیگراد میباشد. دمای پایین در حدود 128 درجه سانتیگراد میباشد.
فشار بوتانزدا بوسیله دمای مبدل حرارتی (10-E-652) کنترل میشود. فشار اضافی بوسیلهی ارسال بخارات از ظرف رفلاکس (10-D-651) به سیستم سوخت گازی، کنترل میشود.
پمپهای برگشت جریان(10-P-651 A/B) برای تهیه رفلاکس ستون در نظر گرفته شده است . نرمال رفلاکس در حدود 3/25 تن در هر ساعت میباشد.
ریبویلر بوتانزدا10-E-651 با بخار فشار پایین عمل میکند تا مینیموم گرفتگی در آن بوجود آید. بنزین سبک23 در کولر10-E-653 تا 45 درجه سانتیگراد خنک میشود وبه مخازن برای صادرات تحت کنترل سطح ارسال میشود.
پمپهای برش (10-P-653A/B) C4 برای خوراک قسمت هیدروژناسیون برش C4 در نظر گرفته شده است.
قسمت هیدروژناسیون تحت کنترل جریان از ظرف رفلاکس خوراک داده میشود. این عمل برای کاهش نوسان در جریان خوراک قسمت هیدروژناسیون انجام میپذیرد.
شمایی از نمودار فرآیند این واحد در تصویر نشان داده شده است:
تصویر 2- شمایی از نمودار جریان فرآیند واحد بوتان زدایی
هیدروژناسیون برش C4
برش C4 که غنی از بوتادین (42 درصد وزنی) میباشد در مجتمع الفین دهم ارزش ندارد. از این رو بعد از هیدروژناسیون به کورههای کراکینگ برگشت داده میشود.
رآکتور هیدروژناسیون برش چهار کربنه (10-R-6810) دارای فشار 3/28 بار در ورودی رآکتور میباشد و دمای آن در شرایط ابتدایی و انتهایی عملکرد آن به ترتیب 60 و 80 درجه سانتیگراد میباشد. برش چهار کربنهی خام خروجی از واحد بوتان زدایی ابتدا با جریان برگشتی حاوی برش چهار کربنهی هیدروژنه شده ترکیب میشود. این کار به منظور کاهش واکنشپذیری برش چهار کربنه از طریق کاهش ترکیبات غیر اشباع صورت میپذیرد. به علاوه این موضوع سبب افزایش سرعت جریان در ورودی رآکتور و همچنین محدود شدن افزایش دما در طول بستر کاتالیستی میشود]1[.
هیدروژن خوراک دیگری است که به رآکتور وارد میشود. نسبت خوراک به هیدروژن ورودی تابعی از درصد نسبی اجزای غیر اشباع موجود در خوراک میباشد. بدین منظور بر روی دو جریان خوراک و جریان برگشتی یک آنالایزر تعبیه شده است که غلظت خوراک ورودی و نسبت خوراک به هیدروژن را به طور مرتب بررسی میکند. پس از آن مخلوط خوراک به بالای رآکتور تزریق میشود و با حرکت از روی بستر کاتالیستی به سمت پایین برج حرکت میکند.
برش چهار کربنهی هیدروژنه شده سپس به درام جریان برگشتی 10-D-683 فرستاده میشود که در آنجا جداسازی گاز-مایع اتفاق میافتد. فاز سبک و فشار بالای خروجی از این درام به طور نسبی در کندانسور 10-E-681 و توسط آب خنک کننده به طور جزئی میعان میشود. هیدروکربنهای مایع شده از انتهای درام 10-D-681 خارج میشوند و دوباره به درام 10-D-683 برگشت داده میشوند. برش چهار کربنهی هیدروژنه شده توسط پمپهای 10-P-682 A/B و تحت کنترل شدت جریان از درام 10-D-683 خارج میشوند. محصول خالص خروجی از بخش هیدروژناسیون تحت کنترل سطح به درام گاز زدای 10-D-682 فرستاده میشود. در آنجا محصول به طور نسبی پایدار میشود. پمپهای 10-P-681 A/B به منظور تغذیهی برش چهار کربنهی هیدروژنه شده به ورودی کورهها تعبیه شده اند. نمودار جریان فرآیند در تصویر 3 نمایش داده شده است. همچنین خلاصهای از شرایط عملیاتی و ترکیب نسبی اجزاء در ورودی رآکتور در جدول 1 گردآوری شده است.
تصویر 3- نمودار جریان فرآیند واحد هیدروژناسیون
جدول 1- شرایط عملیاتی و ترکیب نسبی اجزاء در ورودی رآکتورپارامترمقدارسرعت جرمی جریان خوراک (T/h)22سرعت جرمی جریان برگشتی (T/h)909سرعت جرمی جریان هیدروژن (T/h)72/0سرعت جرمی جریان 681 (T/h)519/1سرعت جرمی جریان 682 (T/h)22دمای ورودی (K)35/332فشار ورودی (bar)28افت فشار (bar)6/4اجزاءترکیب مولی در برش چهارکربنه (%)BD27/42BA76/171BE78/8tBE46/3cBE43/2IBA27/4IB35/17سایر اجزاء68/3
مقدمه ای بر رآکتورهای بستر چکهای:
رآکتورهای بستر چکهای تجهیزاتی هستند که به منظور تماس سه فاز جامد، مایع و گاز طراحی شدهاند]6-2[. تاریخچهی این دسته از رآکتورها به ابتدای دههی هیجده میلادی باز میگردد که بیشترین کاربرد آن در زمینهی تصفیهی فاضلاب بود. کمی پس از آن به علت مزایای منحصر به فرد این دسته از رآکتورها برای فرآیندهای با حجم بالا، این تجهیزات کاربردهای متنوعی در صنایع مختلفی همچون صنایع شیمیایی و پتروشیمی پیدا کردند ]8-4[. واکنشهایی که در این دسته از رآکتورها به طور موفق انجام میپذیرد عبارتند از واکنشهای هیدرو دی سولفوریزاسیون24، هیدرو دی نیتروژناسیون25، هیدروژناسیون26، اکسیداسیون27، آلکیلاسیون28 و کلریناسیون29 ]12-9و2[.
رآکتورهای بستر چکهای خانوادهای از رآکتورها میباشند که درآنها واکنشگرهای فاز مایع و گاز از روی بستری از ذرات کاتالیستی جامد و در جهت رو به پایین عبور داده میشوند. البته فاز گازی میتواند در هر دو جهت رو به بالا و رو به پایین حرکت کند اما فاز مایع همواره در جهت رو به پایین از روی بستر کاتالیستی چکه30 میکند. به طور معمول ذرات کاتالیستی به صورت تصادفی در بستر آکنده بارگذاری میشوند و میزان بارگذاری کاتالیست در این دسته از رآکتورها بیشتر از سایر رآکتورهای چندفازی میباشد. اغلب واکنشهایی که در این رآکتورها انجام میشود از نوع گرمازا میباشد و انرژی آزاد شده توسط واکنشها به وسیلهی جریان اجزای گاز و مایع منتقل میشود. مدیریت انرژی آزاد شده به منظور جلوگیری از اثرات نامطلوب آن بر بستر کاتالیستی همواره یکی از دغدغههای مهندسین طراح در بهینه کردن بازده رآکتور بوده است]6-2[.
بازده کلی رآکتورهای بستر چکهای به عوامل متعددی بستگی دارد که در زیر به چند مورد آن اشاره میکنیم:
خصوصیات بستر کاتالیستی شامل چیدمان رآکتورها، تخلخل، سایز ذرات و ضخامت لایهی پوشش دهندهی کاتالیست
توزیع نامناسب جریان31
خیسشوندگی ذرات کاتالیستی
سرعتهای محلی انتقال جرم و انتقال حرارت
سرعتهای انتقال جرم و انتقال حرارت درون ذرهای32
سینتیک واکنش
چیدمان بستر کاتالیستی و خواص آن میتواند هیدرودینامیک جریان سیال و به تبع آن سرعتهای انتقال محلی، خیس شوندگی و اختلاط فازها را تحت تأثیر قرار دهد ]13[.
همانگونه که پیش از این نیز اشاره شد، در رآکتورهای بستر چکهای فاز مایع و گاز به طور معمول در جهت رو به پایین از روی بستر کاتالیستی عبور میکنند. شمایی از یک رآکتور بستر چکهای در تصویر 4 نمایش داده شده است. در این رآکتورها فاز مایع و گاز از طریق یک توزیع کنندهی33 مناسب به بستر رآکتوری تزریق میشوند. توزیع مناسب این دو فاز میتواند کارآیی رآکتور و بازده انتقال حرارت را تحت کنترل قرار دهد ]13[.
یکی از نگرانیهای عمده در عملکرد این گونه از رآکتورها کنترل دمای بستر کاتالیستی میباشد. در برخی موارد جریانهای مایع و یا گاز خروجی از سیستم به ابتدای رآکتور برگشت داده میشوند. این کار سبب کنترل دما از طریق افزایش سرعت مؤثر سیال34 میگردد و به علاوه سبب میشود تا بتوان به درصد تبدیل دلخواه دست یافت]13[.
تصویر 4- شمایی از یک رآکتور بستر چکهای]11[
مقایسه با سایر رآکتورهای سه فازی
تماس سه فاز جامد، مایع و گاز میتواند در رآکتورهای دوغابی35]15و14[، راکتورهای حلقهای اجکتوری36، رآکتورهای بستر سیالی سه فازی37، رآکتورهای ستون حبابی بستر آکنده38 ] 16[ و رآکتورهای بستر چکهای صورت پذیرد. سایز ذرات کاتالیستی در این رآکتورها بسیار کوچکتر از رآکتورهای بستر چکهای است.
در رآکتوهای دوغابی از چندین پره چرخان به منظور ایجاد تماس مناسب بین سه فاز استفاده میشود. به علت محددیت این دسته از رآکتورها در میزان بارگذاری کاتالیست و مشکلات مکانیکی مرتبط با بخشهای متحرک آن، کاربرد رآکتورهای دوغابی به واکنشهای نسبتاً سریع (که نیاز به کاتالیست کمتری دارند)، عملیات فشار پایین و فرآیندهای با حجم متوسط محدود میشود] 13[.
شمایی از رآکتور دوغابی را در تصویر زیر میبینید.
تصویر 5- شمایی از یک رآکتور دوغابی ]17[
این رآکتورها دارای مزایایی نسبت به رآکتور بستر چکهای میباشند که عبارتند از] 21-18[:
ظرفیت حرارتی بالا به منظور کنترل دمایی مناسبتر
بازیابی آسان حرارت
سازگاری با فرآیندهای پیوسته و ناپیوسته
افت فشار بسیار کمتر
چنانچه عمر کاتالیست کوتاه باشد به راحتی میتوان آن را از محیط خارج کرد و با کاتالیست تازه جایگزین نمود.
حذف مداوم اجزای جامد تولید شده توسط واکنش
امکان انجام عملیات در ضرایب تأثیر پذیری39 نزدیک به یک
مقاومت خارجی انتقال جرم کمتر با توجه به سرعت هم زدن بالا
همچنین معایب آنها نسبت به رآکتور بستر چکهای نیز به شرح زیر میباشد ] 21-18[:
الگوی توزیع زمان ماند بسیار مشابه رآکتور همزدهی پیوسته میباشد که مانع از دستیابی به درصد تبدیل بالا میشود مگر زمانی که دمای عملیاتی افزایش یابد.
تولید ذرات ریز در اثر سایش کاتالیست
جداسازی کاتالیست توسط میتواند مشکلاتی از قبیل انسداد فیلترها، نیاز به زمان عملیات بیشتر و نیاز به هزینههای بیشتر به منظور تهیهی فیلترها را به مجموعهی عملیاتی تحمیل کند.
مصرف بیشتر کاتالیست در مقایسه با رآکتورهای بستر ثابت
مشکل بودن افزایش مقیاس رآکتور
نسبت بالای مایع به جامد که سبب افزایش واکنشهای جانبی همگن میشود
راکتورهای حلقهای اجکتوری دستهای دیگر از رآکتورهای سه فازی میباشند که به علت استفاده از مبدل گرمایی خارجی برای واکنشهای به شدت گرمازا مفید هستند. با این حال این دسته از رآکتورها نیز از مشکل محدودیت میزان بارگذاری کاتالیست رنج میبرند]13[.
رآکتورهای بستر سیالی امکان بارگذاری حجم بیشتری از کاتالیست ها را در اختیار میگذارند. این دسته از رآکتورها ساختار سادهای دارند، از قطعات متحرک ساخته نشدهاند و میتوانند از نسبت حجمی جامد برابر با عدد 30-20 درصد استفاده کنند. این رآکتورها سبب به وجود آمدن تماس عالی بین فازهای مختلف میشوند و امکان انتقال حرارت و انتقال جرم مناسبی را فراهم میآورند. زمان ماند40 در این رآکتورها را میتوان به راحتی تنظیم کرد. از این رو این رآکتور برای واکنشهای کندتر که احتیاج به حجم بیشتری از کاتالیست را دارند مناسب خواهد بود. برای واکنشهایی که سینتیک آرامتری دارند و در نتیجه احتیاج به بارگذاری بیشتری از کاتالیستها میباشد (بیش از 30 درصد ) رآکتورهای بستر چکهای و ستون حبابی بستر آکنده گزینه های مناسبی میباشند.
در رآکتورهای ستون حبابی بستر آکنده فاز گاز و مایع از میان بستری از جامدات آکنده که به طور کامل با فاز مایع پر شدهاند عبور میکند. در یک عملیات جریان حبابی، یک فاز مایع پیوسته به همراه یک فاز گازی ناپیوسته که به فرم حبابی در این بستر در حال جریان است به صورت همسو به سمت بالای رآکتور حرکت میکنند. شمایی از این نوع رآکتورها در تصویر 6 نمایش داده شده است. این عملیات برای مواردی که واکنشگر مایع با مقدار کمی از واکنشگر فاز گازی واکنش میدهد و یا زمانی که لازم است مایع زمان ماند بیشتری داشته باشد (به منظور دستیابی به درصد تبدیل بیشتر) مناسب میباشد. به علاوه، کاتالیستها همواره توسط فاز مایع به طور کامل خیس شدهاند و هیچگونه تماس مستقیمی بین فاز گاز و جامد برقرار نیست ]17[. برخلاف رآکتورهای حبابی، شرایط متفاوتی در رآکتورهای بستر چکهای حاکم است. در رآکتورهای بستر چکهای فاز مایع به عنوان فاز پراکنده یا فاز شبه پیوسته عمل میکند و عنوان فاز پیوسته به فاز گازی تعلق میگیرد. از این رو رآکتورهای بستر چکهای برای واکنشهای کند که احتیاج به کاتالیست بیشتری دارند و همینطور برای مواردی که نیاز به تماس مستقیم بین دو فاز جامد و گاز باشد به خوبی عمل میکنند. این رآکتورها نسبت به رآکتورهای ستون حبابی بستر آکنده افت فشار کمتری ایجاد میکنند و با مشکل اختلاط معکوس41 مواجه نیستند.
فرآیند حبابی همچنین برای زمانی که نسبت قطر رآکتور به قطر کاتالیست نسبتاً کوچک باشد مناسب است چرا که تماس فاز مایع با کاتالیست در این رآکتور بیشتر از رآکتور بستر چکهای است ]17[.
تصویر 6- شمایی از یک رآکتور ستون حبابی بستر آکنده ]17[
در مقایسه با ستون حبابی خالی، ستون دارای بستر آکنده دارای این مزیت است که بتواند اختلاط معکوس و همینطور به هم پیوستگی42 حبابهای گازی را به طور چشمگیری کاهش دهد. به علاوه، ضریب انتقال حرارت در این رآکتور نسبت به رآکتور بستر چکهای دارای مقدار بیشتری است ]22[.
برای واکنشهایی که فاز مایع فاز محدود کننده میباشد، جریان رو به بالا دارای ارجحیت است چرا که این شیوهی جریان موجب میشود تا سطح کاتالیست به طور کامل خیس شود و مایع با سرعت بیشتری به کاتالیست برسد ]23[.
تحت شرایط یکسان از لحاظ واکنش شیمیایی، در صورتی که بستر کاتالیستی کم عمق باشد جریان رو به بالا میتواند درصد تبدیل بالاتری را فراهم آورد ]17 [.
در سیتمهای جریان رو به بالا، اجزای دارای نقطهی جوش پایین که عمدتاً فعالتر نیز میباشند به فاز بخار میروند و سریعتر از اجزای دارای نقطهی جوش بالا جارو میشوند ]24[.
زمانی که هر دو جریان گاز و مایع به سمت بالا حرکت میکنند به خصوص زمانی که شرایط هیدرودینامیکی جریان حبابی غالب باشد، توزیع نامناسب مایع و یا خیس شوندگی ناقص کاتالیست دارای اهمیت زیادی نخواهند بود ]17[.
مزایای این دسته از رآکتورها نسبت به رآکتور بستر چکهای شامل موار زیر میباشد ]27-22[:
ماندگی بیشتر مایع نسبت به جریان رو به پایین
خیسشوندگی بهتر
پایداری گرمایی بیشتر برای واکنشهای به شدت گرمازا
توزیع بهتر مایع در طول بستر کاتالیستی
بالاتر بودن مقادیر ضریب انتقال جرم مایع-جامد و گاز-مایع
زمان ماند بیشتر
چنانچه کاتالیست به علت تهنشینی مواد قیری و پلیمری در معرض غیرفعال شده باشد جریان رو به بالا از طریق شستشوی مؤثر رسوبات قادر است مدت زمان فعالیت کاتالیست را افزایش دهد.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

در سیستمهایی که واکنش به شدت سریع و گرمازاست، انتقال حرارت بین فاز مایع و جامد مؤثرتر است.
برای واکنشهایی که فاز مایع محدد کننده است مناسب میباشد.
همچنین موارد زیر از جمله معایب این رآکتورها نسبت به رآکتورهای بستر چکهای تلقی میشوند ]27-22[:
در دما و فشار ثابت با افزایش سرعت جریان گاز-مایع درصد تبدیل سولفور، فلزات و ترکیبات آسفالتین کاهش مییابد.
اگرچه درصد تبدیل سولفور در حالت جریان رو به بالا همواره بیشتر از جریان رو به پایین است اما سرعت کاهش درصد تبدیل در گذر زمان در حالت جریان رو به بالا بیشتر است.
نیاز به پمپهای بیشتر و قویتر به منظور غلبه بر ارتفاع هیدروستاتیک مایع.
نیاز به طراحیهای ویژه به منظور جلوگیری از سیالیت بستر کاتالیستی
به وجود آمدن ناحیهی ایستا43 درون بستر کاتالیستی
پراکندگی محوری44 بیشتر در مقایسه با جریان رو به پایین
یکی از مزایای رآکتورهای بستر چکهای سهولت عملکرد آن تحت شرایط دمایی و فشاری بالا که در اکثر رآکتورهای صنعتی برقرار است میباشد. در این رآکتورها بازهی وسیعی از سایز ذرات را میتوان به کار گرفت (از حدود 5/0 میلیمتر تا 12-8 میلیمتر). برای ذرات کوچکتر افت فشار بیشتر است. از سوی دیگر، برای ذرات بزرگتر سرعت واکنش توسط انتقال جرم و حرارت درون ذرات کاتالیست محدود میشود. در مقایسه با سایر رآکتورهای جریان سه فازی، امکان به وجود آمدن جریان قالبی45 در رآکتورهای بستر چکهای بیشتر میباشد. در نتیجه امکان دستیابی به درصد تبدیل و انتخابگری بالاتر محتملتر است. به علت کمتر بودن ماندگی مایع46، واکنشهای جانبی همگن حداقل خواهند بود. همچنین به علت جریان کمتر مایع، عواملی همچون خیسشوندگی جزئی47 و توزیع غیر یکنواخت مایع میتوانند منجر به کاهش بازده کلی عملکرد رآکتور گردند]28و10و9و5و4 [.

دسته بندی : پایان نامه ها

پاسخ دهید