بخشی از مقاله
چکیده:
در صنعت پتروشیم مواد هیدروکربنی عمدتاً در دما و فشار بالا فرآوری میشوند و در نتیجه پتانسیل نشر ترکیبات آلی که عمدتاً در دسته آلایندههای خطرناک قرار میگیرند و پتانسیل تولید ازن فتوشیمایی دارند، در این صنایع بالاست. فرآیندهای الفین، یکی از فرآیندهای اصلی و بالا دستی در صنایع پتروشیمی محسوب میشود که گاز اتان یا نفتا را به عنوان خوراک دریافت کرده و مواد اصلی مورد نیاز برای بسیاری از فرایندهای پتروشیمی پایین دستی را فراهم میکند. در حال حاضر در ایران فرایندهای تولید الفین، بیشترین فراوانی را به نسبت سایر فرایندهای پتروشیمی به خود اختصاص دادهاند.
در این تحقیق، اطلاعات مورد نیاز برای تخمین انتشار ترکیبات آلی از 6 فرایند الفین در کشور گردآوری شد و سپس مطابق با دستور العمل EPA برای تخمین انتشار ترکیبات آلی و تفسیر پروفایل انتشار، میزان انتشار برای این فرآیندها محاسبه شد. مهمترین منابع انتشار از لحاظ کمیت انتشار، نشتی تجهیزات، فلرینگ، برجهای خنککننده، بویلرها و کورهها و در رتبه آخر انتشار از مخازن بود. 171 نوع ماده آلی در پلوم منتشره از این فرآیندها تعیین شدند که 23 ماده دارای جرم انتشار بیش از 10 تن در سال بودند. نتایج نشان دادند که بیشترین جرم انتشار یافته به پروپیلن، اتیلن و ایزوبوتیلن اختصاص داشتند. با مقایسه فهرست انتشار ترکیبات آلی از فرآیندهای الفین با مقیاس واکنشگری حداکثر MIR، فهرستی شامل 8 ترکیب آلی تهیه شد.
کلمات کلیدی: ترکیبات آلی فرار، فرایندهای الفین، مقیاس واکنشگری حداکثر، ازن
-1مقدمه
بیشتر ترکیبات آلی فرار در فهرست 188آلاینده خطرناک EPA قرار دارند.[1] همچنین اکثر ترکیبات آلی وقتی که در اتمسفر منتشر میشوند در حضور اکسیدهای نیتروژن - NOx - و در مقابل نور خورشید واکنش داده و در تشکیل ازن فتوشیمیایی شرکت میکنند .[2] سریعترین نرخ تشکیل ازن و بالاترین راندمان به ازای هر مولکول NOx منتشر شده، برای شرایطی پیش بینی میشود که همزمان غلظتهای بالایی از NOx و ترکیبات آلی فرار واکنش پذیر وجود داشته باشد. این شرایط در پلومهای غنی از NOx و VOC حاصل از صنایع پتروشیمی قابل مشاهده است.[3] منابع انتشار VOC در واحدهای پتروشیمی از نظر تعداد بسیار متنوع است. VOCها به صورت پیوسته از دودکشها، فلرها، نشتی تجهیزات و به صورت گاه به گاه از ونتهای فرآیندی حادث میشود. در پلوم صنایع پتروشیمی، انواع مختلف ترکیبات آلی فرار با قابلیت های متفاوت از لحاظ ورود به واکنشهای تشکیل ازن منتشر میشود.
برای تحلیل و تدوین استراتژیهای کنترل در یک منطقه لازم است موثرترین مواد آلی در تولید ازن آن منطقه کدام است تا تخصیص زمان و منابع برای کنترل آلایندههای ثانویه به صورت بهینه صورت پذیرد. از طرفی واکنشهای فتوشیمیایی توسط مکانیسمهای شیمیایی که بخشی ضروری از مدلهای کیفیت هوا هستند به صورت ریاضی در میآیند. از آنجا که اکسیداسیون حتی یک ماده آلی در هوا شامل صدها واکنش میباشد و در مخلوط NOx-VOC مواد آلی مختلفی وجود دارد در هر مکانیسم، واکنشها به روشی گروه بندی و خلاصه-سازی می شود تا بتوان تعداد این واکنشها را کاهش داد. بنابراین برای استفاده از این مدلها که از ابزارهای اصلی مدیریت آلودگی هوا محسوب می شود، نیاز است میزان انتشار ترکیبات آلی به تفکیک برای منطقه مورد نظر تعیین شود.
مطالعات گستردهی در خصوص تشکیل ازن در منطقه هوستون آمریکا انجام شده است تا درک بهتری از منابع و فرآیندهای اتمسفری موثر در تشکیل و توزیع ازن در این منطقه را مشخص کند. این منطقه در مجاورت سایت-های پتروشیمی واقع شده است. مشاهدات نشان دادند که آلکنهایی مثل پروپن، اتن، 1و 3 بوتادین و بوتن نقش اصلی را در غلظتهای بالای ازن تشکیل شده در این منطقه دارند که منتشاء اصلی آن صنایع پتروشیمی واقع در منطقه است .[5][4] این مطالعات نشان دادهاند که ترکیبات آلی فرار به شدت واکنشگری - HRVOC - که در هوای این شهر مشاهده می شود منجر به ایجاد غلظتهای بالای ازن میشود. ازن در هوای این شهر معمولا در مدت کوتاهی به غلظتهای بالا می رسد و این مسئله تقریبا بدون استثنا به علت انتشار پلومهایی صنعتی است که حاوی HRVOC و NOx هستند [7][6] و مشخص شد که بیشتر تغییرات غیر معمولی ازن در هوستون در مناطق پایین دستی تاسیسات پتروشیمی واقع شده است.این تحقیق سعی بر تفسیر فهرست انتشار ترکیبات آلی از 6 فرایند الفین در ایران و تعیین مهمترین ترکیبات آلی منتشره از آن بر اساس کمیت انتشار و نیز پتانسیل تولید ازن دارد.
-2 روش تحقیق
6 فرایند الفین در شرکتهای پتروشیمی امیرکبیر، مارون، آریاساسول، جم، کاویان و مروارید مورد بررسی قرار گرفته است. با بررسی شرح فرایند، نقشههای PFD و مراجع علمی موجود، مهمترین منابع انتشار ترکیبات آلی فرار در این فرایندها شناسایی شد. با توجه به میزان اطلاعات موجود و قابل دسترس، روش تخمین انتشارات تعیین و سپس پرسشنامههایی متناسب با هر یک از منابع انتشار تهیه و اطلاعات مورد نیاز برای سالهای 92 تا 94 جمع آوری شد. اطلاعات جمع آوری شده پردازش شده و سپس میزان انتشار با استفاده از روشهای معتبر و مورد تایید EPA محاسبه و نتایج مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت.
-1-2 شرح فرایند واحد الفین
یک واحد الفین معمولا دارای 7 تا 10 کوره کراکینگ است که خوراک - نفتا یا گاز اتان - مخلوط شده با بخار وارد آنها شده و در دمای بین 820 تا 860 درجه کراک یا شکسته میشود. گاز کراک شده به مجموعهای از ستونها برای تفکیک و جداسازی ارسال میشود. شکل 1 به صورت ساده این بخشها را نشان میدهد. علاوه بر این بخش ها، تاسیسات جانبی برای تهیه برق و بخار واحدف تامین آب سردکننده، تصفیه فاضلاب و ... وجود دارد که منابع اصلی انتشار آلایندههای هوای محسوب میشود.
-2-2 منابع انتشار ترکیبات آلی فرار در فرایندهای الفین
منابع انتشار ترکیبات آلی در فرآیندهای الفین عبارتند از: کورهها و بویلرها، فلرها، نشتی از تجهیزات، انتشار از مخازن، حوضچههای نگهداری و تصفیه پساب، برجهای خنک کننده. در این میان از آنجا که پساب اکثر فرایندهای تحت بررسی برای تصفیه به تصفیه خانه مرکزی منتقل شده و با پساب سایر شرکتها و فرآیندها مخلوط میشد امکان تعیین سهم انتشار از تصفیه پساب حاصله میسر نبود.
-3-2 روش برآورد انتشار ترکیبات آلی از فرآیندهای الفین
برای محاسبه میزان انتشار مطابق با پروتکل تهیه موجودی انتشار در پالایشگاههای نفت [9] عمل شده است که ماهیتی مشابه با صنایع پتروشیمی داشته و برای فرآیندهای الفین قابل کاربرد هستند و از این به بعد تحت عنوان "پروتکل" از آن نام برده خواهد شد. لکن روشهای ذکر شده در این پروتکل اغلب منجر به تخمین جرم کل ترکیبات آلی
