بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
شبيه سازي واحد توليد بنزن طي فرآيند هيدرودي آلکيلاسيون تولوئن همراه با بهينه سازي راکتور
چکيده
بنزن يکي از پرمصرفترين مواد موجود در دنياست که در توليد نايلون ها، پلي استايرن ، لاستيک مصنوعي، مواد شوينده و غيره کاربرد دارد. توليدکنندگان بزرگ بنزن در مقياس جهاني ايالات متحـده ، کانـادا و ژاپن هستند. با توجه به نياز کشور در صنايع مختلف ، توليد بنـزن در صنايع پتروشيمي توسعه يافتـه اسـت و تحـت فرآينـدهاي مختلفـي انجام مي شود. در پتروشيمي بوعلي سينا، در واحد ٧٠٠ توليد بنـزن تحت فرآيند هيدرو دي آلکيلاسـيون تولـوئن بـا ظرفيـت ١١٠٣٧١ کيلوگرم در ساعت انجام مي شود. در اين مقاله ضمن معرفي فرآينـد هيدرو دي آلکيلاسيون تولوئن در مجتمع بوعلي سينا، شـبيه سـازي فرآيند فوق توسط نرم افزار ٢٠٠٦ Aspen Hysys انجـام شـده و بـا بررسي نتايج حاصله ، بهتـرين مـدل ترمودينـاميکي و شـرايط بهينـه عملياتي در واحد بدست آمده اسـت . در ادامـه ضـمن بهينـه سـازي رآکتور واحد، اثر پارامترهاي مختلف در اين فرآيند بررسي شده است .
واژه هاي کليدي
توليد بنزن ، فرآيند هيدرودي آلکيلاسيون ، شبيه سـازي، بهينـه سازي رآکتور.
مقدمه
بنزن به عنوان يکي از پر مصرف ترين مواد در صنايع ، در توليد نايلون ها، پلي استايرن ، لاستيک مصنوعي، مواد شوينده و غيره کاربرد دارد. بنزن به عنوان حلال براي روغن ها، صمغ ها، رنگ ها، پلاستيک هـا، چربي ها و لاستيک استفاده مي شود. سازندگان لاستيک ها و تايرها از بنزن به عنوان يک حلال در مراحـل مختلـف توليـد اسـتفاده مـي کنند. توليد کنندگان بزرگ بنزن در مقياس جهاني، ايـالات متحـده ، کانادا و ژاپن هستند. بنزن از معروف ترين و شايد جالب ترين هيدرو کربن هاي آروماتيک است کـه در سـاختمان آن شـش اتـم کـربن و شش اتم هيدروژن به صورت حلقوي کنار هم قرار گرفته اند.
فرآيندهاي توليد بنزن
١) رفرمينگ کاتاليستي: در اين روش گروهي از هيـدروکربن هـا در حضور کلريد پلاتينيوم در دماي ٥٠٠ درجه سانتيگراد و فشـار ٨ تـا ١٥ اتمسفر با هيدروژن ترکيب مـي شـوند. محصـول نهـايي پـس از جداسازي شامل بنزن است .
٢) کراکينگ بخار: اين روش راه مناسبي بـراي توليـد اتـيلن و ساير آلکن ها از هيدروکربن هاي خطي و بزرگ است . بنزن محصـول جانبي بعضي از اين واکنش هاست .
٣) تولوئن هيدرو دي آلکيلاسيون : در اين روش تولوئن به بنـزن تبديل مي شود. محصولات جانبي اين فرآيند زايلن و باي فنيل است .
توليد بنزن در پتروشيمي بوعلي سـينا: در پتروشـيمي بـوعلي سـينا، توليد بنزن طي فرآيند هيدرو دي آلکيلاسيون تولوئن در واحـد ٧٠٠ انجام مي شود. ظرفيت اين واحد، توليد ١١٠٣٧١ کيلـوگرم بنـزن در 1 ساعت مي باشد. واحد ٧٠٠ شامل دو بخش است : بخـش واکـنش و 2 بخش جداسازي توسط تقطير.
خوراک واحد شامل مواد اوليه تولـوئن و آروماتيـک هـاي CA9 ست که از واحد ٦٠٠ آرومايزن تأمين مي شود. خوراک هيدروژن نيز به صورت مجزا تأمين مي شود. پـس از انجـام واکـنش درون راکتـور
٧٠٠١ در مجاورت کاتاليست تحت دمـاي بـالا، محصـولات ناشـي از واکنش بدست مي آيند (محصول اصلي و محصولات جانبي). پـس از آن ، اين محصولات وارد واحد جداسـازي شـده و بـه وسـيله دو بـرج تقطير، محصول اصلي فرآيند (بنزن با خلـوص %٩٩.٩)، محصـولات جانبي فرآيند (باي فنيل ، زايلن و پارازايلن )، مواد اوليه واکنش نـداده (هيدروژن و تولوئن ) از هـم جـدا مـي شـوند [١]. محصـول اصـلي و محصول فرعي به سمت مخازن ذخيره فرسـتاده شـده و مـواد اوليـه واکنش نداده به فرآيند باز مي گردند.
واکنش هاي انجام شده در فرآيند
در واحد ٧٠٠ واکنش هاي انجـام شـده درون رآکتـور ٧٠٠١، تحـت تأثير کاتاليست با دماي بالا انجام مي شود. واکـنش هـاي اصـلي رخ داده در رآکتور شـامل واکـنش نـامتوازن سـازي٣ و انتقـال آلکيـل 4 مي باشند که بنزن و مخلوط زايلن ها را به عنـوان محصـولات توليـد مي کنند. رابطه (١) نشان دهنده واکنش نامتوازن سازي ست .
در اين واکنش دو مولکول تولوئن واکنش داده ، گروه آلکيل يکي از مولکول هاي تولوئن از حلقه جدا شده و به مولکـول تولـوئن ديگـر منتقل مي شود و تشکيل بنزن و زايلن مي دهد. در واکنش نـامتوازن سازي، گروه آلکيل منتقل مي شود تا دو مولکول مختلف آروماتيـک ، تشکيل دو مولکول يکسان آروماتيک دهند. رابطه (٢) نشـان دهنـده واکنش انتقال آلکيل است .
در اين فرآيند، اگر فقط تولوئن به عنوان خوراک اسـتفاده شـود، اصولاً فقط واکنش نامتوازن سازي رخ مي دهد کـه در آن تولـوئن بـا جابجايي گروه آلکيل به بنزن و زايلن ها تبديل مي شود. در صورتيکه تولوئن و C9A بعنوان خوراک استفاده شوند، بعلت قابليـت تشـکيل کمپلکس از ترکيبات C9A واکنش هاي مختلفي روي خواهـد داد و
C6A ،C8A و C10A تشکيل خواهند شـد. در ايـن صـورت تحـت واکنش انتقال آلکيل تبـديل گـروه هـاي مختلـف آرومـاتيکي انجـام خواهد شد.
از مهمترين محصولات فرعي توليدي در اين فرآيند، مي توان به بـاي فنيل ٥ اشاره کرد. از جمله واکنش هاي جانبي در ايـن فرآينـد، مـي توان به هيدرودي آلکيلاسيون اشاره کـرد. عـلاوه بـر واکـنش فـوق ، کراکينگ و پليمريزاسيون نيز واکنش هاي امکان پذير هستند. رابطه (٣) نشان دهنده واکنش توليد باي فنيل است .
علاوه بر واکنش فوق ، باي فنيل از طريق اکسيداسيون بنزن نيز توليد مي شود (رابطه ٤).
شبيه سازي توسط نرم افزار
شبيه سازي فرآيند توليد بنزن در واحد ٧٠٠ پتروشيمي بوعلي سينا، توسط نرم افزار ٢٠٠٦ Aspen Hysys انجام شده اسـت [٢]. جهـت انجام شبيه سازي از مدل هـاي ترمودينـاميکي Peng Robinson و Redlich Kowang استفاده شده است . خوراک ورودي شامل %٩٥ تولوئن همراه ساير هيدروکربن ها در دماي C ٢٥ و فشار kpa ٢٠٠ وارد ٧٠٠١ Flash Drum مي شود و پس از حذف فاز گـازي آن ، بـا خلوص بنزن %٩٨ به صورت مايع وارد فاز بعدي فرآيند مـي شـود.
در قسمت بعدي با هيدروژن با خلوص %٩٩.٩ ترکيب شـده ، ضـمن تبادل حرارت در هيتر، با دماي C ٦٥٠ وارد رآکتور مي شود.
با توجه به اطلاعات موجود از واکـنش هـاي داده شـده ، واکـنش هيدرودي آلکيلاسيون تحت کاتاليست و با شرايط حرارتي بالا انجـام مي شود. اين واکنش در دماي بالا و در فاز گاز بـا سـينتيکي مطـابق رابطه (٥) انجام مـي شـود کـه در آن CT و CH2 بـه ترتيـب نشـان دهنده غلظت تولوئن و هيدروژن برحسب کيلو مول بـر متـر مکعـب است و k ثابت واکنش است که مطابق رابطه (٦) بيان مي شود [٣].
با توجه به تعريف واکـنش در نـرم افـزار، مـي تـوان از واکـنش نـوع Hetrogenous Catalytic استفاده نمود کـه اگـر معـادلات سـرعت واکنش بـا سـينتيک LHW6 (رابطـه ٧) مقايسـه شـود، مـي تـوان مشاهده نمود که در مخرج کسر سرعت واکنش برابر يک است .
