دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – مهندسی فرآیند

عنوان:

مدلسازی سینتیکی واکنش های فرآیند visbreaking جهت ارتقاء برش های سنگین نفت

چکیده:

یکی از مهمترین فرآیندهای شیمیایی، واکنش های شکست حرارتی باقیمانده های خلاء است که شامل مخلوط های پیچیده می باشد. لذا مدلسازی فرآیندهای کاهش گرانروی در صنعت نفت با استفاده از روشی مناسب و دقیق هدف اصلی این پژوهش می باشد. فرآیند کاهش گرانروی فرآیندی است که با هدف کاهش گرانروی باقیمانده های برج تقطیر خلاء و اتمسفری در برخی از پالایشگاه ها در حال فعالیت می باشد.

در این پژوهش یک راکتور ناپیوسته مورد مطالعه قرار گرفته شده است و محصولات برحسب اهمیت صنعتی آنها به برش های مختلف تعریف می شوند. برای مدلسازی و تعیین میزان و توزیع محصولات از دو نوع مدلسازی پیوسته و گسسته استفاده شده است. در مدل گسسته از مدل ریاضی پنج توده ای و هفت پارامتری و در مدل پیوسته از نقطه جوش نرمال شده جهت توصیف خوراک به صورت یک مخلوط پیوسته استفاده شده است. توزیع غلظت اجزای مخلوط با پیشرفت واکنش تغییر می کند. مدل پیوسته با پنج پارامتر قابل تنظیم برای واکنش های کاهش گرانروی به کار برده شده است. در این میان، پارامتر Kmax، پارامتر اصلی مدل می باشد و مقدار آن برای خوراک های مختلف متفاوت می باشد. با افزایش دما از 400 درجه سانتیگراد به مقدار 430 درجه سانتیگراد، میزان Kmax برای خوراک های AM Asphalt AMSR ,BHSR ,NGSR به ترتیب به میزان 3.66، 3.61، 13.99 و 3.26 برابر می شود.

مدل های ارائه شده از کارایی مطلوبی در پیش بینی مقدار هریک از برش های مربوط به محصولات واکنش برخوردار می باشند.

مقدمه:

مصرف روزافزون بنزین به دلایل مختلف صنعت نفت را وادار نموده تا حداکثر بنزین و حداقل نفت کوره را از طریق تبدیل آن تولید کند که در این رابطه تبدیل برش های سنگین به سبک و ارتقاء کیفی آنها، با هدف بهبود عملکرد فرآیند و توجه به مسائل زیست محیطی مورد نظر می باشد. بنابراین پس از تفکیک فیزیکی ترکیبات موجود در نفت خام از طریق تقطیر اتمسفری و تقطیر در خلاء نوبت به عملیات تبدیل می رسد.

در صنعت پالایش نفت برای ارتقاء نفت از روش های گوناگون استفاده می شود و همواره تکنولوژی ارتقاء باقیمانده های نفتی به منظور بهبود فرآیند، هزینه کلی پایین تر و اهداف محیط زیستی و ایمن سازی در حال توسعه است. باقیمانده های نفتی حاصل از مرحله تفکیک ارزش سوختی ناچیزی دارند و پاسخگوی تقاضاهای زیاد سوخت صنعت حمل و نقل نیستند و با فرآورش در عملیات تبدیل، به محصولات باارزش تبدیل می شوند. لذا عملیات تبدیل شامل فرآیندهایی است که برای تولید فرآورده های مناسب و پرهیز از باقیمانده های بدون مصرف انجام می شود.

فرآیند کاهش گرانروی، یکی از فرآیندهای عملیات تبدیل است. این فرآیند در شرایط دما و فشار ملایم انجام می گیرد و در طی آن باقیمانده ها که کم ارزش ترین محصولات پالایشگاه ها هستند، ارتقاء یافته و به محصولات سبک و باکیفیت تبدیل می شوند. فرآیند کاهش گرانروی در مقایسه با فرآیندهای تبدیل کاتالیستی، به این دلیل که خوراک های سنگین حاوی مقادیر بالایی از فلزات هستند مناسب تر می باشند. زیرا فلزات موجود باعث خوردگی و از بین رفتن سریع کاتالیست ها می شوند.

فصل اول: کلیات

1-1) بیان اهداف

پیش بینی رفتار خوراک و توزیع محصول در فرآیند کاهش گرانروی برش های سنگین نفتی، به خاطر حضور تعداد بیشماری از مواد آلی، امری بسیار مشکل است. در مورد باقیمانده های نفتی چون تعداد این مواد بسیار زیاد است، عملا پیش بینی سینتیک صحیح تک تک واکنش ها غیرممکن است و نیازمند عملیات بسیار پیچیده در حجم وسیع است و بنابراین نیاز به یک مدل سینتیکی مناسب جهت رفع این مشکلات و بررسی مواد در طی واکنش هستیم. از اینرو به جای بررسی تک تک مواد، ترکیبات را طبق فاکتورهای مشخص طبقه بندی کرده و بررسی ها را بر روی توده های مواد انجام می دهیم. مدل های توده ای که در آن ترکیبات مختلف براساس نقطه جوش طبقه بندی می شوند از جمله مدل های سینتیکی موفق در توصیف رفتار خوراک های پیچیده می باشد. در این تحقیق از دو مدل سینتیکی توده ای گسسته و پیوسته جهت مدلسازی سینتیکی واکنش استفاده شده است و هدف ارائه مدل سینتیکی مناسب جهت توصیف رفتار خوراک های سنگین تحت شرایط فرآیند کاهش گرانروی می باشد. همچنین از مدل سینتیکی برای به دست آوردن معادلات سرعت که برای آنالیز واکنش های پیچیده مورد نیاز است استفاده می شود و استفاده از چنین مدل هایی تعداد آزمایش های مورد نیاز جهت تشریح رفتار سینتیکی مخلوط واکنش را کاهش می دهد. همچنین شبکه واکنش ها بسیار ساده و حجم محاسبات ریاضی نیز کم می شود.

2-1) ضرورت پالایش نفت و مراحل پالایش

نفت خام، مایعی قابل اشتعال است که معمولا استفاده از آن به همان شکل، به دلایل مختلف امکان پذیر نیست. بعضی از این دلایل در ادامه آمده است. نفت خام شامل گازهای فرار محلول است و قابلیت انفجاری گازهای فرار محلول نفت خام بسیار زیاد و خطرناک است. از طرفی نفت خام حاوی روغن های سنگینی است که به آسانی مشتعل نمی شوند و همچنین ترکیبات گوگردی و نیتروژن داری که در نفت خام وجود دارد، در هنگام سوختن ترکیبات اسیدی و خورنده ای تولید می کند که باعث پوسیدگی فلزات به کاررفته در دستگاه ها می شوند.

نفت خام، مخلوطی از هیدروکربن های مختلف با نقاط جوش متفاوت است. بنابراین نفت خام را باید پالایش کرد و به فرآیندهایی دست یافت که از آنها بتوان به عنوان سوختی ایمن استفاده کرد. البته سوزاندن هریک از فرآورده های متنوع این ماده گرانبها، به دلایل زیر بدترین نوع آن است؛ از نفت خام می توان موادی استخراج کرد که از هریک از مواد در صنایع پتروشیمی، محصولات مفید بی شماری تولید می شود. از طرفی سوزاندن فرآورده های نفتی، موجب آلودگی محیط زیست می شود.

با توجه به آنچه گفته شد می توان گفت پالایش نفت عبارت است از مجموعه عملیاتی که روی نفت خام انجام می شود تا آن را به شکل فرآورده های دلخواه و ایمن، قابل استفاده سازد.

مراحل پالایش به طور کلی شامل عملیات زیر است:

1) عملیات تفکیک: فرآیندهای فیزیکی جداسازی توسط تقطیر را شامل می شود.

2) عملیات تبدیل: فرآیندهای شیمیایی شکستن، تبدیل، ترکیب و پیوند مولکولی را در برمی گیرد.

3) عملیات تصفیه: عبارت است از فرآیندهای زدودن ناخالصی ها که تصفیه با حلال ها را هم شامل می شود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.