دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرایند

عنوان:

مدلسازی سینتیکی واکنش های فرایند ISOMAX جهت ارتقاء برش های سنگین نفتی

چکیده:

هدف از انجام این پروژه مدلسازی سینتیکی راکتورهای واحد آیزوماکس پالایشگاه تهران است. آیزوماکس از لحاظ اهمیت دومین فرایند در صنعت نفت است. خوراک این واحد معمولا در محدوده نفت گاز خلاء (VGO) تا باقیمانده های تقطیر (Residue) می باشد. فرایند شامل شکست برش های سنگین نفتی در حضور هیدروژن است. این واحد، بیشتر برای افزایش تولید محصولات میان تقطیر و بنزین و گاز به کار می رود.

به دلیل پیچیدگی مدل سینتیک، مدل مناسبی که بتواند بازده محصولات را ارائه دهد می تواند بسیار مفید باشد. در این راستا مدل توده ای گسسته معرفی شده است. در مدل توده ای گسسته تبدیل توده های سنگین به توده های سبک به صورت واکنش های سری (گسسته ساده) و واکنش های سری موازی (گسسته پیچیده) در نظر گرفته می شود که با افزایش تعداد واکنش ها بر پیچیدگی و حجم محاسبات مدل افزوده می شود. در این پروژه یک مدل 4 توده ای با چهار واکنش بین توده ها بکار برده شد. مقایسه بین مقادیر پیش بینی شده توسط مدل و مقادیر تجربی نشان می دهد که این مدل با دقت مناسبی می تواند مقدار برش ها را پیش بینی کند.

مقدمه:

هیدروکراکینگ یک فرایند ثانویه مهمی در صنعت نفت می باشد و یکی از فرایندهای مهم در ارتقای کیفیت برش های نفتی به شمار می رود. خوراک این فرایند معمولا در محدوده گازوئیل خلا تا پسماندهای نفتی می باشد. فرایند شامل کراکینگ اجزاء سنگین نفتی در حضور هیدروژن است. فرایند از نظر زیست محیطی مشکلی ندارد. این فرایند برای ماکزیمم کردن محصولات میان تقطیر، گازوئیل به کار می رود.

هدف از انجام این پروژه پیش بینی رفتار سینتیکی واکنش هیدروکراکنیگ در فشار بالا است که در نتیجه می توان توزیع محصولات را پیش بینی کرد.

فصل اول: کلیات

1-1) هدف:

هیدروکراکینگ از لحاظ اهمیت دومین فرایند در صنعت نفت می باشد و یکی از فرایندهای مهم در ارتقای کیفیت برش های نفتی به شمار می رود. با اینکه فرایند هیدروژن دار کردن یکی از قدیمی ترین فرایندهای کاتالیستی در صنعت پالایش نفت است، ولی در بین فرایندها تنها فرایند هیدروکراکینگ توسعه زیادی یافته است. این توجه به هیدروکراکینگ چندین علت داشته که برخی از آنها عبارتند از:

– نوع تقاضا برای فراورده های نفتی تغییر کرده است و درخواست برای بنزین، در مقایسه با سایر مواد میان تقطیر بالا رفته است.

– در سال های اخیر هیدروژن با قیمت ارزان و به مقدار زیاد به عنوان فراورده جانبی عملیات رفرمینگ کاتالیستی به دست می آید.

– مسائل زیست محیطی موجب محدودیت غلظت های گوگرد و ترکیب آروماتیکی در سوخت های موتوری شده است.

2-1) پیشینه تحقیق:

تکنولوژی هیدروکراکینگ از تبدیل ذغال سنگ در آلمان در سال 1925 توسعه یافت و هدف از آن تولید سوخت مایع مصرفی از رسوبات درونی ذغال سنگ بود. تبدیل ذغال سنگ به سوخت مایع تحت عملیات کاتالیستی در فشار و دمای بالا انجام شد، که بعدها تکنولوژی هیدروکراکینگ تبدیل گازوئیل سنگین به سوخت های سبک تر توسعه یافت و اولین واحد هیدروکراکینگ نفتی را شورون در سال 1958 به صورت تجاری راه اندازی کرد.

خوراک این واحد معمولا در محدوده نفت گاز خلاء تا پسماندهای نفتی می باشد. فرایند شامل شکست برش های سنگین نفتی در حضور هیدروژن می باشد. این واحد بیشتر برای تولید محصولات میان تقطیر و بنزین به کار می رود.

برخی از مزایای هیدروکراکینگ عبارتند از:

– موازنه بهتر بنزین و تولید فرآورده های تقطیر شده

– بهره بیشتر تولید بنزین

– بهبود کیفیت عدد اکتان و اصلاح حساسیت گروه بنزین

– تولید مقادیر نسبتا زیاد ایزوبوتان در بخش بوتان

– مراحل تکمیل کراکینگ کاتالیستی به منظور پالایش مواد خام سنگین حاصل از کراکینگ آروماتیک ها، نفت های حلقوی، نفت های واحد کک سازی و تولید بنزین، سوخت جت و نفت کوره سبک

الزامات زیست محیطی برای برش های سنگین از این لحاط حائز اهمیت است که اولا به دلیل وجود ترکیبات ناخالص همانند ترکیبات گوگردی و نیتروژنی و نیز وجود فلزات سنگین در این برش ها به مقدار زیاد، در صورت مصرف مستقیم باعث تولید دو عامل اصلی آلوده کنند محیط زیست یعنی SOx و NOx می شوند، ثانیا به واسطه پایین بودن نسبت هیدروژن به کربن در برش های سنگین نفتی، از کیفیت سوختن خوبی برخوردار نیستند و سبب تولید CO و دوده و ذرات معلق می شوند که در این ارتباط فرایند هیدروکراکینگ در کنار هدف اصلی خود یعنی کراکینگ مولکول های سنگین در حضور هیدروژن و تولید مولکول های سبک تر و مرغوب تر از لحاظ سوختی سبب حذف آلوده کننده های مذکور نیز خواهند شد.

فرایند هیدروکراکینگ به صورت کاتالیستی یا به صورت حرارتی انجام می گیرد. در فرایندهای کاتالیستی معمولا از کاتالیست های اکسید نیکل و اکسید مولبیدن بر پایه آلومینا در دمای متوسط عملیاتی (360 – 440 درجه سانتیگراد) و فشارهای بالا (P>140bar) استفاده می شود. نقش عمده کاتالیست در فرایند هیدروکراکینگ، هیدروژناسیون آروماتیک ها و تجزیه ترکیباتی با اتم های ناهمگن است. شکست ترکیبات سنگین به فراورده های سبک تر عمدتا به دلیل واکنش های حرارتی می باشد. در فرایندهای کاتالیستی لزوم استفاده از فشارهای بالا به دلیل بهبود شرایط  واکنش و مهمتر از آن حفاظت از کاتالیست ها به واسطه جلوگیری از تشکیل کک روی سطوح کاتالیست می باشد. به همین منظور در هیدروکراکینگ حرارتی معمولا از مواد افزودنی جهت جلوگیری از تشکیل کک استفاده می شود.

از زمانی که هیدروکراکینگ به عنوان یک فرایند جهت ارتقای کیفیت برش های نفتی مورد استفاده قرار گرفته است، نیاز به توسعه مدل های سینتیکی احساس گردید. پیش بینی میزان محصولات مطلوب و نامطلوب در شرایط عملیاتی متفاوت برای بهینه سازی و کنترل فرایند، طراحی تجهیزات فرایندی و انتخاب نوع کاتالیست از مسائلی می باشد که مدلسازی سینتیکی را ضروری می نماید.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.