بخشی از مقاله
چکیده
وجود ترکیبات گوگردی در بنزین مشکلی جدی در آلودگی هوا، محیط زیست،خوردگی تجهیزات ونابودی سلامت انسان ها ایجاد میکند. استاندارد های جدید محیط زیست نیز محدودیت های سختی را بر میزان گوگرد و ترکیبات آروماتیک موجود در بنزین اعمال می نمایند.گوگرد زدایی با استفاده از کاتالیست یکی از مهمترین روش ها جهت حذف این گونه ترکیبات موجود در بنزین است.در این راستا ابتدا کاتالیست به روش اشباع سازی(تلقیح)سنتز گردید.متغیرهای ساختاری از جمله درصد کبالت، مولیبدن، تیتانیا و آلومینا توسط روش طراحی تاگوچی بهینه شد.متغیرهای فشار، دما، سرعت فضایی بهینه شد که در محدوده های230B250℃و 15B21barو 5B11h-1 بررسی شدند. شرایط بهینه عملیاتی حاصل از نتایج طراحی آماری،به منظور به حداکثر رساندن میزان تبدیل تیوفن به صورت زیر بدست آمد:دمای 300℃ وفشار 21 bar وسرعت فضایی .7h-1مطالعات سینتیکی این فرآیند در حضور کاتالیست CoMo/Al2O3-TiO2 در راکتور بستر ثابت انتگرالی انجام شد.
کلمات کلیدی
گوگرد زدایی، تیوفن،کاتالیست،کبالت مولیبدن، تیتانیا، آلومینا، بهینه سازی
Monitoring and Evaluation of Reduction of sulfur in Euro 4 Gasoline
Author’s Name, H . Omrani
ABSTRACT
environmental ،Sulfur compounds in petroleum is causing serious problems of air pollution equipment corrosion and destruction of human health. recent environmentally standards ،pollution shall apply harsh restrictions on the amount of sulfur and aromatics content of the gasoline. The use
of catalyst for desulfurization is one of the important methods which used to remove these the catalyst ،therefore CoMo/Al2O3_TiO2 catalyst selected .In this regard ،compounds in gasoline ،impregnation method(inoculums) is synthesizing. structural variable such as cobalt percentage Titania and Alumina were optimized by Taguchi design method .Variables of ،molybdenum
15_21 bar and،space velocity were optimized and in the range of 230_250℃ ،temperature ،pressure 5_11 h-1were reviewed. optimum operating conditions obtained from the result of the statistical in order to maximize the conversion rate of Thiophene obtained as follows :Temperature ،design pressure 21 bar and space speed 7h-1.Kinetic study of this process in the presence of،300℃ CoMo/Al2O3_TiO2 catalyst in a fixed reactor integral performed and finally with solver software
model and Newton optimization method derived.
، ALUMINA ،COBALT _MOLYBDENUM، CATALYST، THIOPHENE ،DESULFURIZATION KEYWORDS
OPTIMIZATION، TITANIA
i حنانه عمرانی
نشانی :تهران، خیابان مطهری، خیابان ترکمنستان ،کوچه احمدیان،بن بست نظری،پلاک3 تلفن 021-88448175:
مرکز پژوهش های صنعتی و معدنی هم اندیشان چرخه علم و صنعت 1394 1
-1 مقدمه
هدف اصـلی یـک پالایشـگاه تولیـد محصـولات بـا ارزش از خوراک نفت بـا اسـتفاده از فرآینـدهای فیزیکـی و شـیمیایی از جمله تقطیر، استخراج، ریفرمینـگ ، هیدروژناسـیون،کراکینگ و آمیختگی محصولات اصلی عبارتند از گاز مایع، بنـزین، سـوخت هــــای جــــت و دیزل،واکس،روانســــازها،قیر و محصــــولات پتروشیمی. همچنین هیدروژن و انرژی بـرای مصـارف داخلـی و خارجی در پالایشگاها تولد می شود.
اخیرا در پالایشگاها تغییراتی در فرآیندهای پالایش صورت گرفته تا محصولاتی با کیفیت تولید شونداین تغییرات به دلیل بعضی عوامل بیرونی از جمله قوانین محیط زیست،عوامل اقتصادی،تغییر نفت خام،مواد جدید،طراحی راکتور و فرآیند،تقاضای محصولات با ارزش بالا و در عین حال ارزان اعمال شده اند.
محدودیت های اعمال شده از طریق قوانین محیط زیست در مورد کیفیت سوخت های تولید شده در مصارف حمل و نقل مهمترین عامل در تغییرات ایجاد شده در پالایشگاهها هستند و به همین دلیل موجب افزایش هزینه ها شده اند.اهداف اولیه این قوانین کاهش درصد گوگرد در بنزین است.
بنزین،دیزل و دیگر سوخت ها حدودا 75 تا 80 درصد محصولات پالایشگاهها هستند و بیشترین گوگرد زدایی متعلق به آنهاست.حضور گوگرد در سوخت ها منجر به آلودگی هوا با SOX که توسط وسایل نقلیه تولید می شوند. به منظور کاهش اثرات منفی گازهای خروجی وجلوگیری از آلودگی محیط زیست درصد گوگرد در سوخت های موتوری باید کاهش یابد.
در حال حاضر هدف اصلی برای گوگرد زدایی انتخاب ماده ای است که نیاز به سرمایه بالا،صرف انرژی و هیدروژن زیاد نباشد و همچنین افزایش در عدد اکتان رخ دهد.
گوگرد زدایی از بنزین با استفاده از کاتالیست تکنولوژی است که به تازگی مورد توجه محققان قرار گرفته است.
-2 متن مقاله
جهت انجام آزمایش های راکتوری به منظور تعیین معادله سینتیکی واکنش،از یک راکتور بستر ثابت با قطر داخلی16سانتی متر و ارتفاع70سانتی متر استفاده شد.از این راکتور بصورت دیفرانسیلی و نیز انتگرالی میتوان بهره برد. راکتور مذکور درون یک ژاکت الکتریکی قرار دارد و شامل سه قسمت می باشد:قسمت فوقانی راکتور(حدود45سانتیمتر ) با آکنه های سرامیکی پر شده است که نقش پیش گرم کن خوراک را ایفا میکند.علاوه بر آن گاز بر روی این ناحیه به حالت جریان پلاگ و توسعه یافته در می آید.قسمت میانی که کاتالیست در آن قرار میگیرد توسط دو نگهدارنده با سوراخ های
ریز و دارای توری با مش 70 میکرون،از دو قسمت دیگر جدا میشود.قسمت انتهایی راکتور نیز توسط پرکن های سرامیکی پر شده است. برای هر آزمایش لازم است که راکتور باز شده و پس از تخلیه قسمت انتهایی و خارج کردن نگهدارنده پایینی،کاتالیست مصرف شده قبلی خارج و کاتالیست فعال جدید بارگیری شود.خوراک شامل هگزان و تیوفن از قسمت بالای راکتور وارد میشود.
برای بهبود روش حذف کاتالیستی گوگرد سه راه قابل بررسی است.تعویض جز فعال،تغییر شیوه آماده سازی و تعویض پایه کاتالیست.در این مقاله به بهینه کردن نسبت ساختاری اجزای کاتالیست و بدست آوردن رابطه و تاثیر این عوامل بر روی یکدیگر پرداخته شده است.
-1-2 طراحی آزمایش
به منظور تاثیر عوامل و پارامترهای انتخاب شده بر واکنش گوگرد زدایی هیدروژنی تاثیر متقابل آنها بر هم،لزوم طراحی آزمایش مشخص میشود.مشخصا بهترین راه تشخیص این اثرات،بررسی تمامی حالات ممکن می باشد یا به عبارتی بررسی به روش فاکتوریل کامل آزمایش ها می باشد. در این روش اگر 3 پارامتر با 3 سطح مورد بررسی داشته باشیم،انجام 27 آزمایش برای مشخص شدن تاثیرات پارمترها بر هم لازم است. در این آزمایش با توجه به زمان بندی هر آزمایش و وابسته بودن جواب آزمایش ها به هم، از روش تاگوچی برای متغیرهای ساختاری و از روش فاکتوریل جزیی برای پارامتر های عملیاتی استفاده کردیم.
-2-2 بهینه سازی پارامترهای ساختاری
پارامترهای انتخاب شده در قسمت ساختاری شامل درصد کبالت موجود در کاتالیست،درصدمولیبدن موجود در کاتالیست،درصد تیتانیا موجود در پایه می باشد.برای هر یک از این 3 پارامتر 3سطح انتخاب شد. این پارامترها و سطوح مربوط به آن در جدول((1 مشخص شده اند.
جدول(.(1سطوح مورد بررسی و پارامترها
سطوح مورد بررسی پارامترها
350 310 270 230 دما℃
21 19 17 15 فشارbar
11 9 7 5 سرعت فضاییh-1
45 30 15 درصد تیتانیا
4/5 3 1/5 درصد کبالت
12 9 6 درصد مولیبدن
65 70 85 درصد آلومینا(متغیر وابسته)
چنانکه قبلا ذکر شد،پارامترهای انتخاب شده در قسمت
مرکز پژوهش های صنعتی و معدنی هم اندیشان چرخه علم و صنعت 1394
عملیاتی شامل دما،فشاروسرعت فضایی می باشد.که جز مهمترین و موثرترین پارامترهای فرآیند می باشند.سطوح در نظر گرفته شده برای آنها در جدول بالا آمده به منظور بررسی همه این عوامل و تاثیر آنها بر روی یکدیگراگر از روش فاکتوریل کامل به طراحی آزمایش بپردازیم به 6) 63 پارامتر و 3سطح)آزمایش نیاز است.اما از آنجاکه نتیجه هر آزمایش به آزمایشات قبلی وابسته بوده و زمان بندی آزمایش ها از محدوده این پژوهش خارج است.لذا طراحی به روش تاگوچی مورد نظر قرار گرفت. در این طراحی برای 6 پارامتر و 3 سطح می بایست از تابعL27که دارای 27 آزمایش می باشد استفاده کرد.27 آزمایش از لحاظ منطقی و از لحاظ زمانی دارای توجیه است ولی با بالا رفتن تعداد فاکتورها،مخصوصا هنگامیکه اثر فاکتورها بر روی هم مدنظر باشد.می بایست آزمایشات از دقت بالا و تکرار پذیری قابل قبولی برخوردار باشند.این مطلب به وضوح در هر اجرای برنامه Expert Design به وسیله پارامترLeverage ونزدیکی مقدار آن به یک عددبیان میشود.در طراحی های با 3 پارامتر این عدد در حد)0/4حداکثر) میباشد ولی برای طراحی با 6 پارامتر و 3 سطح این مقدار به0/9می رسد که نیاز به تکرار آزمایشات برای اطمینان از درستی آنها با دقت بالایی می باشد. از طرفی هم برخی از تاثیرات که با در نظر گرفتن6 پارامتر و 3 سطح مطرح میشود،دارای اهمیت بالایی نیستند.
