دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرآیند

عنوان:

مدلسازی کاهش فعالیت کاتالیست Pt – Sn/Al2O3 فرآیند دهیدروژناسیون پارافین های سنگین در تولید آلکیل بنزن خطی

چکیده:

واکنش دهیدروژناسیون پارافین های خطی در محدوده C14 – C10 از جمله مراحل مهم فرایند تولید آلکیل بنزن های خطی (LAB) مورد استفاده در تولید شوینده ها می باشد. از جمله کاتالیست های مورد استفاده، کاتالیست Pt – Sn/Al2O3 بوده که در اثر نشست کک فعالیت خود را به مرور زمان از دست خواهد داد. در این تحقیق ابتدا مدلسازی راکتور بستر ثابت برای دهیدروژناسیون پارافین های سنگین بر روی کاتالیست Pt – Sn/Al2O3  مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از عبارت های سینتیکی مناسب برای واکنش های اصلی و جانبی یک مدل جامع برای راکتورهای جریان شعاعی به دست آمد. مدلسازی شامل چندین معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی، معادلات دیفرانسیل عادی و جبری می باشد که به صورت عددی و همزمان با هم حل شدند و تغییرات ترکیب درصد اجزای واکنش به صورت تابعی از زمان و شعاع راکتور به دست آمد. بیشترین تغییرات واکنش ها در ورودی راکتور و در لحظات اولیه برای تولید اولفین می باشد. در این راستا ضمن ارائه یک مدل ریاضی برای رکتورهای بستر ثابت مدل های سینتیکی واکنش اصلی و واکنش نشست کک نیز بررسی شد. سپس مدل مناسب جهت توصیف پدیده غیرفعال شدن کاتالیست مذکور در دهیدروژناسیون پارافین های سنگین ارائه شده و کارایی مدل ارائه شده در مقایسه با نتایج صنعتی ارزیابی شد.

مقدمه

تولید اولفین ها تحت واکنش هیدروژن زدایی از پارافین ها، از اواخر دهه 1930 شروع شده است. در طول جنگ جهانی دوم، هیدروژن زدایی از بوتان به واسط کاتالیست کروم – آلومینا، برای تولید بوتن به کار گرفته شد که با دیمر شدن بوتن به اکتن، و در نهایت با هیدروژن گیری اکتن، اکتان تولید می شود که سوخت مورد نیاز برای هواپیماهای جنگی بود.

هیدروژن زدایی از بوتان با استفاده از کاتالیست کروم – آلومینا، اولین بار توسط دانشمند آلمانی Leuna عملی و اقتصادی شد. همچنین این کار به طور جداگانه توسط شرکت (UOP (Universal Oil Products به همراه شرکت ICI در انگلیس پیگیری و توسعه داده شد. اولین واحد طراحی شده توسط UOP در سال 1940 در Billingham انگلیس راه اندازی شد و به دنبال آن در سال 1941 در Heysham انگلیس واحد دیگری شروع به کار کرد. هدف اولیه از هیدروژن زدایی بوتان تولید شده با دیمر شدن توسط کاتالیست های اسید سولفوریک جامد به اکتن تبدیل می شود.

به دنبال آنها، شرکت های دیگر بلافاصله در این راستا شروع به فعالیت نمودند. به عنوان مثال، شرکت Phillips Petroleum در سال 1943 یک راکتور چند لوله ای برای هیدروژن زدایی در Borger راه اندازی کرد. با این وجود توسعه عمده و شاخص در این راستا توسط Houdry با هیدروژن زدایی در فشارهای کمتر از فشار اتمسفر با درصد تبدیل بالا، انجام شد. این فرایند تا پایان جنگ جهانی دوم یک مسیر روبه رشدی را دنبال می کرد. بعد از جنگ جهانی دوم، Houdry سیستم هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم آلومینا را اقتصادی کرد و آ ن را در جهت تولید بوتاداین گسترش داد که به عنوان فرآیند Catadiene معروف است. سایر شرکت ها نظیر Shell و Gulf و Dow تکنولوژی های مشابهی از هیدروژن زدایی را راه اندازی کردند.

در فرآیند هیدروژن زدیی به وسیله کاتالیست کروم – آلومینا، کاتالیست در یک بستر ثابت واقع در درون راکتور پر شد است که ممکن است یک کره یا استوانه عمودی یا افقی باشد. اساس همه طراحی ها بر این واقعیت استوار است که جریان گاز در سطح وسیعی توزیع می شود و در عین حال افت فشار پایینی می خواهیم داشته باشیم. در طول فرآیند هیدروژن زدایی مقادیر زیادی کک بر سطح کاتالیست رسوب می کرد، بنابراین چند راکتور به صورت موازی باید کار می کرد تا در مواقعی که یک راکتور برای احیا کاتالیست از خط خارج می شود راکتور دیگر در حال کار باشد.

فصل اول

کلیات فرآیند هیدروژن زدایی از پارافین های سنگین

1-1- هدف

تولید اولفین ها تحت واکنش هیدروژن زدایی از پارافین ها، از اواخر دهه 1930 شروع شده است. در طول جنگ جهانی دوم، هیدروژن زدایی از بوتان به واسطه کاتالیست کروم – آلومینا، برای تولید بوتن به کار گرفته شد که با دیمر شدن بوتن به اکتن، و در نهایت با هیدروژن گیری اکتن، اکتان تولید می شود که سوخت مورد نیاز برای هواپیماهای جنگی بود.

هیدروژن زدایی از بوتان با استفاده از کاتالیست کروم – آلومینا، اولین بار توسط دانشمند آلمانی Leuna عملی و اقتصادی شد. همچنین این کار به طور جداگانه توسط شرکت (UOP (Universal Oil Products به همراه شرکت ICI در انگلیس پی گیری و توسعه داده شد. اولین واحد طراحی شده توسط UOP در سال 1940 در Billingham انگلیس راه اندازی شد و به دنبال آن در سال 1941 در Heysham انگلیس واحد دیگری شروع به کار کرد. هدف اولیه از هیدروژن زدایی بوتان تولید بوتن بود که بوتن تولید شده با دیمر شدن توسط کاتالیست های اسید سولفوریک جامد به اکتن تبدیل می شود.

به دنبال آنها، شرکت های دیگر بلافاصله در این راستا شروع به فعالیت نمودند. به عنوان مثال، شرکت Phillips Petroleum در سال 1943 یک راکتور چند لوله ای برای هیدروژن زدایی در Borger راه اندازی کرد. با این وجود توسعه عمده و شاخص در این راستا توسط Houdry با هیدروژن زدایی در فشارهای کمتر از فشار اتمسفر با درصد تبدیل بالا، انجام شد. این فرآیند تا پایان جنگ جهانی دوم یک مسیر روبه رشدی را دنبال می کرد. بعد از جنگ جهانی دوم، Houdry سیستم هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم آلومینا را اقتصادی کرد و آن را در جهت تولید بوتاداین گسترش داد که به عنوان فرآیند Catadiene معروف است. سایر شرکت ها نظیر Shell و Gulf و Dow تکنولوژی های مشابهی از هیدروژن زدایی را راه اندازی کردند. در فرایند هیدروژن زدایی به وسیله کاتالیست کروم – آلومینا، کاتالیست در یک بستر ثابت واقع در درون راکتور پر شده است که ممکن است یک کره یا استوانه عمودی یا افقی باشد. اساس همه طراحی ها بر این واقعیت استوار است که جریان گاز در سطح وسیعی توزیع می شود و در عین حال افت فشار پایینی می خواهیم داشته باشیم. در طول فرایند هیدروژن زدایی مقادیر زیادی کک بر سطح کاتالیست ها رسوب می کرد، بنابراین چند راکتور به صورت موازی باید کار می کرد تا در مواقعی که یک راکتور برای احیا کاتالیست از خط خارج می شود راکتور دیگر در حال کار باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.