بخشی از مقاله
چکیده
هیدروﮊن یک یوتیلیتی مهم در تولید سوختهای پاکیزه و کم سولفور می باشد. در این مقاله روششتعیین کمترین میزان هیدروﮊن مورد نیاز در پالایشگاهها مورد بررسی قرار گرفت. شبه کمک این روش که یک روش کاملاﹰ ریاضیاتی می باشد شبکه هیدروﮊن پالایشگاه از ابتدا طراحی شده و بهترین مسیر بین واحدها مشخص می گردد. در این روش، ابتدا چشمه ها و چاهها مشخص شده و سپس با نوشتن معادلات موازنه جرم بر روی آنها بهینه ترین حالت اتصال آنها به یکدیگر مشخص می گردد.
کلمات کلیدی: هیدروﮊن، بهینه سازی، برنامه ریزی غیر خطی، انتگراسیون جرمی
مقدمه
اهداف ویژه ای در صنایع نفت، ما را به سوی افزایش مصرف هیدروﮊن در پالایشگاهها و واحدهای پتروشیمی هدایت می کنند که از آن جمله می توان به وضع قوانین جدید برای تولید سوختهای بدون سولفور که موجب افزایش تقاضا برای واحد های هیدروتریتینگ١ - واحدی که از آن برای جداسازی آلاینده هایی از قبیل سولفور از جریانها استفاده می گردد - می شود را نام برد. همچنین حرکت به سمت استفاده از نفت خام سنگین تر و کاهش فروش سوختهای سنگین, ما را مجبور به استفاده از هیدروکراکینگها٢ - واحدی که مولکولهای بلند را به انواع کوتاهتر که ارزش بیشتری دارند می شکند - می نماید.
لذا با توجه به مطالب فوق، موجبات افزایش مصرف هیدروﮊن در پالایشگاهها فراهم می گردد و در نتیجه نیاز به سرمایه گذاری جهت ایجاد واحدهای اضافی تولید هیدروﮊن احساس می گردد. از طرف دیگر، آلودگی هوای ناشی از تولید هیدروﮊن نیز قابل ملاحظه بوده و با عنایت به اینکه، به ازای تولید هر متر مکعب هیدروﮊن بنا به فرآیند مورد استفاده، از ؟ف ۸/۰ تا ؟ف ۶/۲، گاز کربن دی اکسید تولید خواهد شد. ضمنا در صورت افزایش خلوص هیدروﮊن در ورودی راکتورها، باعث بهبود میزان تبدیل در داخل راکتور شده و به افزایش عمر کاتالیستها نیز کمک می نماید.
همچنین خرید هیدروﮊن از بیرون نیز اغلب گرانقیمت بوده و مقرون به صرفه نمی باشد. این عوامل پالایشگاهها را مجبور به یافتن راهکارهای بهینه جهت بهبود مصرف هیدروﮊن می کند.مطالعات انجام شده, بیشتر بر روی بهبود سیستمهای مصرف کننده هیدروﮊن متمرکز شده است. برای مثال هیلر و همکارانش ]۱[ تغییرات در هیدروکراکرها را مطالعه نمودند تا بتوانند مصرف هیدروﮊن را کاهش داده و سیستم را انعطاف پذیر نمایند. زمینه دیگری که به طور گسترده مورد توجه محققان بوده سیستم بازیافت٣ هیدروﮊن می باشد.
معمولی ترین واحدهایی که به طور عمومی جهت بازیافت هیدروﮊن بکار می روند عبارتند از: واحد غشائی٤ و واحدAحب ٥. می توان از روشهای دیگری نیز از قبیل جداسازی به روش سرمازایی یا جذب توسط مایع نیز در بازیافت هیدروﮊن نام برد. برای مثال راتان ]۲[ شرح مناسبی در مورد هر کدام از روشهای معمول بازیافت هیدروﮊن ارائه نموده و نتایج عملیاتی هر کدام را توضیح داده است. اسپیلمن ]۳[ استفاده از غشاﺀها در پالایشگاهها را بیان کرده و تامیلینسون و فین ]۴[ سیستمهای بازیافت مختلف را بررسی کرده اند. همچنین پرامانو و همکارانش ]۵[ مسائل اقتصادی بازیافت گاز خروجی از هیدروکراکرها و هیدروتریترها را مورد ارزیابی قرار داده اند.
در این مقاله با استفاده از روش انتگراسیون جرمی مدیریت هیدروﮊن در پالایشگاه مورد بازنگری قرار گرفته است. انتگراسیون جرمی بر اساس قوانین پایه ای مهندسی شیمی به همراه آنالیز سیستمها پایه گذاری گردیده است. در این روش برای هر هدف ویژه، چشمه ها - جریانهایی که جزﺀ خاصی را حمل می کنند - و چاه هایی - واحدهایی که جزﺀ ویژه را نیاز دارند - در فرآیند تعریف می گردد. به طور کلی در روش انتگراسیون جرمی بهترین مسیر و موقعیت بین چشمه ها و چاهها مشخص می گردد. لذا در این مقاله شبکه هیدروﮊن در پالایشگاه مورد بررسی، تجزیه و تحلیل قرار می گیرد و هدف ویژه، هیدروﮊن خواهد بود که یک یوتیلیتی مهم و گرانقیمت در پالایشگاه نفت و فرآیندهای پتروشیمی به شمار می رود.
معرفی چاهها و چشمه ها
مهمترین چاهها در پالایشگاهها، فرآیند هایی می باشند که هیدروﮊن مصرف می کنند. شکل ۱، یک مصرف کننده عمومی هیدروﮊن را نشان میدهد. در این فرآیند جریان خوراک مایع با یک جریان گاز غنی از هیدروﮊن مخلوط شده، گرم می شود و به راکتور هیدرو تریتینگ یا هیدروکراکینگ خورانده می شوند. در نتیجه مقداری از هیدروﮊن در راکتور مصرف شده و هیدروکربن های سبک و گازهای دیگر تشکیل می گردند. بخشی از این جریان مجدداﹰ فشرده شده و به ورودی راکتور باز می گردد. باقیمانده جریان گاز به بیرون هدایت شده تا بتوان از این طریق آلاینده ها را به خارج از چرخه هدایت نمود.
این جریان ممکن است در جای دیگری از فرآیند مورد استفاده قرار گیرد اما اغلب به علت ارزش حرارتی بالا به سیستم سوخت فرستاده می شود. پس سیستم سوخت هم بعنوان یک پتانسیل مصرف کننده می باشد. معمولاﹰ چند چشمه هیدروﮊن نیز در فرآیند وجود دارد. بیشتر هیدروﮊن مورد نیاز در پالایشگاهها از قسمت تبدیل کاتالیستی تهیه می شود. در این واحد محصولات آروماتیکی را بوسیله هیدروﮊن زدایی از مولکولهای هیدروکربنی تولید می کنند که از آن برای افزایش عد اکتان نفتا استفاده می شود. در نتیجه بطور همزمان مقدار زیادی هیدروﮊن به عنوان محصول جانبی تولید می گردد.
اگر مقدار هیدروﮊن تولیدی از واحد تبدیل کاتالیستی کافی نباشد، مقدار هیدروﮊن اضافی ممکن است بوسیله ایجاد واحد هیدروﮊن که با تبدیل بخش دیگری از جریان یا اکسیداسیون مقداری از هیدروکربنها صورت می گیرد، تأمین شود. البته می توان هیدروﮊن را از واحد دیگری نیز خریداری نمود.هیدروﮊنی که در واحد هیدروﮊن تولید می شود یا خریداری می شود یک یوتیلیتی مهم و با ارزش در پالایشگاه می باشد. در نهایت گازهای خروجی از فرآیندهای مصرف کننده هیدروﮊن نیز به عنوان یک چشمه می باشند، زیرا می توانند در واحد دیگری دوباره به کار گرفته شوند. در شکل۲ نمایش ساده ای از چشمه ها و چاهها نشان داده شده است.
