بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به تجدید ناپذیری منابع نفت و گاز که بخش قابل توجهی از تولید انرژی را در کشور به عهده دارند و هزینه بالای تامین و نگهداری سایر منابع انرژی، بهینه سازی مصرف انرژی بخصوص در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی از جایگاه فوق العادهای برخوردار است. برخی تجهیزات این صنایع از قبیل برجهای تقطیر از بیشترین مصرف کنندگان انرژی بوده که لزوم بازنگری در طراحی فرایند اولیه و حداقل نمودن میزان انرژی و بازیافت آن بسیار حائز اهمیت میباشد. در این نوشتار شبیه سازی و بازیافت انرژی برای واحد دفع تصفیه نفتا در مجتمع پتروشیمی برزویه با استفاده از نرم افزار Aspen HYSYS انجام شده است.
به منظور بهینه سازی، از جریان خوراک که دارای دمای مطلوبی برای چگالش بخار بالاسری برج تقطیر میباشد استفاده شده است. به این ترتیب که جریان خوراک با دمای 47 درجه سانتیگراد در مبدل گرمایی قبل از کندانسور اصلی - کولر هوایی - به عنوان سیال خنک کننده به کار گرفته شده که براساس نتایج در طی این تبادل حرارتی برابر با 11/644 مگاوات انرژی بازیافت شده و مصرف انرژی در کولر هوایی تا 97/52 درصد کاهش یافته است.
با افزایش دمای خوراک بعد از کندانس بخار بالاسری و عبور از مبدل گرمایی قبل از برج دفع، بهینه سازی از نوع پیشگرمایش مستقیم خوراک نیز به طور همزمان اتفاق افتاده و خوراک با دمای بالاتری 212 - درجه سانتیگراد - به برج تقطیر تزریق میشود. این امر با کاهش بارگیری جوشاننده - دبی ورودی به جوشاننده - باعث کاهش 22/63 درصدی مصرف انرژی ریبویلر برج دفع شده است. برآورد هزینه مبدل گرمایی اضافه شده به فرایند در جهت بهینه سازی حاکی از آن بوده که این پروژه با هزینهای برابر با 145000 دلار قابل اجرا میباشد. این در حالی است که کاهش هزینههای عملیاتی ناشی از کاهش مصرف انرژی در ریبویلر و کندانسور نرخ بازگشت سرمایه برای پروژه را به 1/5 سال تقلیل میدهد.
.1 مقدمه
با توجه به رشد مصرف انرژی در جهان و کشور، بهینه سازی مصرف انرژی یکی از مهمترین و اساسیترین اهداف برای پیشرفت و توسعه هر کشوری میباشد. نوسانات و به ویژه سیر صعودی قیمت نفت که کنترل کننده بازار انرژی است از اوایل دهه هشتاد میلادی باعث بوجود آمدن روند بهینه سازی انرژی و اصلاح فرایندهای صنعتی برای کاهش هزینههای تولید در کشورهای صنعتی شد و این روند با تاخیر به کشورهای نیمه صنعتی انتقال یافت.[1] همزمان با این روند موج حفاظت از محیط زیست نیز به وجود آمد که باعث ارائه راهکارهای متفاوت زیست محیطی برای صنایع و محدویتهای جدید شد.
اثرات مستقیم بهینه سازی انرژی برای صنایع کاربردیتر از تاثیرات غیر مستقیم رعایت فاکتورهای محیط زیستی است، در نتیجه، استقبال بیشتری از طرف صاحبان صنایع از این راهکارها نسبت به رعایت فاکتورهای محیط زیستی ارائه شد3]و.[2 برجهای عملیات تقطیر یکی از رایج ترین عملیات واحد در صنایع فرایندی و در عین حال پرخرجترین واحد از نظر میزان مصرف انرژی هستند. انرژی حرارتی تزریق شده در جوش آور خرج تبخیر مایع غنی از اجزاء سنگین شده و از آن طرف انرژی یاد شده برای تأمین جریان برگشتی دور ریخته میشود.[4] برای بهبود راندمان مصرف انرژی در برجهای تقطیر ایدههای موجود است.
یکی از جدیدترین آنها در انتگراسیون حرارتی است. در یک برج تقطیر متعارف، دمای بخش جذب پایینتر از بخش دفع است و لذا نمیتوان انرژی جوشآور را در چگالنده استفاده کرد.[5] عملیات تقطیر متداولترین فرایند برای جداسازی مواد محسوب میشود و از طرف دیگر پرخرجترین واحد از نظر میزان مصرف انرژی است. این فرایند سهم قابل ملاحظهای از مصرف انرژی را در صنعت به خود اختصاص داده است. لذا امروزه با توجه به افزایش بی رویه مصرف حاملهای انرژی و همین طور قیمتهای جهانی انرژی تلاش برای یافتن راه کارهایی جهت صرفه جوئی انرژی در عملیات تقطیر اهمیتی دو چندان یافته است.
با توجه به قابلیت در دسترس بودن و همینطور اقتصاد فرایند، منابع تأمین گرما برای جوش آورعموماً شامل بخار آب، روغنهای داغ و یا کورهها هستند. برای بهبود راندمان مصرف انرژی در برجهای تقطیر ایدههای زیادی موجود است7]و.[6 در چند دهه اخیر با توجه به کاهش منابع انرژی و رشد روزافزون هزینه انرژی، صرفه جویی در مصرف انرژی جزء برنامههای اصلی واحدهای صنعتی به شمار میرود. چراکه مصرف بالای انرژی علاوه بر تحمیل هزینههای سنگین، باعث افزایش آلایندههای محیطی میگردد که این امر با مخالفت شدید سازمانهای حامی محیط زیست، مواجه گردیده است.[5]
در پی تلاشهای صاحب نظران برای رفع این معزل، روشهای متعددی پیشنهاد گردید که از جمله این روشها، استفاده بهینه از انرژی تلف شده در فرایندها میباشد. در این راستا مفاهیم متعددی، گسترش یافته، مورد استفاده قرار گرفت. انتگراسیون فرایند یکی از این مفاهیم میباشد.[8] انتگراسیون یا یکپارچه سازی فرایند، مفهوم نسبتا جدیدی است که از دهه 80 میلادی آغاز و در دهه 90 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت تا اینکه بخشی خاص از فعالیتهای سیستماتیک را که عمدتا مربوط به طراحی فرایند هستند را مورد شرح و بررسی قرار دهد. [9]
حفظ انرژی در طراحی یک واحد شیمیایی همواره یکی از مهمترین موارد مورد توجه است به علاوه تعین کمترین مقدارانرژی گرمایی و سرمایی مورد نیاز یک پروسه از مهمترین محاسبات برای تعیین مقدار ذخیره انرژی است بنابراین انتگراسیون حرارتی - یکپارچه کردن انرژی - یکی از موارد مهم در طراحیهای اقتصادی میباشد10]و.[11 اولین گام در انتگراسیون حرارتی بررسی و محاسبات مربوط به کمترین میزان انرژی مورد نیاز از منابع گرم و سرد برای شبکه مبدلهای حرارتی است هر فرایند شیمیایی که در نظر گرفته شود نیازمند چندین جریان گرم و سرد برای تامین انرژی مورد نیاز خود میباشد.[12]
کاهش مصرف انرژی در عملیات تقطیر، امروزه در کاهش قیمت تمام شده محصولات نیز میتواند بسیا ر مؤثر باشد بنابراین مصرف بهینه انرژی و مقایسه با یک معیار استاندارد و آنالیز و تفسیر انحراف از حالت استاندارد در تمام مراحل امری ضروری است به همین دلیل ارائه روشهای کاهش مصرف انرژی نسبت به معیار استاندارد اهمیت ویژهای داشته و مورد توجه قرار دارد. برای بهبود راندمان مصرف انرژی در برجهای تقطیر ایدههای زیادی در متون مربوطه موجود است. به طور کلی این روشها را میتوان به سه دسته عمده زیر تقسیم بندی کرد:
-1 روشهایی که سرمایه مورد نیاز آنها کم است. -2 روشهایی که سرمایه مورد نیاز آنها متوسط است. -3 روشهایی که نیازمند سرمایه گذاری کلان هستند. روشهای با سرمایه گذاری کم، در واحدهای عملیاتی در حال کار، کاربرد دارند و روشهای با سرمایه گذاری متوسط تا زیاد اغلب در واحدهای جدید پس از بررسیهای فنی اقتصادی و برآورد مدت زمان برگشت سرمایه قابل انجام است.[10] در یک واحد عملیاتی تقطیر، بازیافت انرژی از طریق بهینه سازی پارامترهای عملیاتی و اجرای برنامههای تعمیراتی پیشرفته، با صرف اندک سرمایه گذاری قابل حصول است.
در بازنگری یک واحد موجود و همچنین در طراحیهای جدید، بازیافت انرژی با سرمایه گذاری متوسط، با افزودن سیستمهای بهبود عایق کاری و جابجایی سینی خوراک قابل دسترسی است11]و.[10 در نهایت با سرمایه گذاری زیاد و با استفاده از سیستمهای ابزار دقیق، میعان دو مرحلهای و همینطور انتگراسیون حرارتی، میتوان مقدار قابل توجهی از انرژی اتلافی را بازیافت نمود.[11]
.2 بیان مسأله تحقیق
برجهای تقطیر به طور عمده جهت جداسازی در فرایندهای پتروشیمیایی استفاده میشوند و جز لاینفک این صنعت به شمار میآیند. تقطیر علاوه بر کاربرد زیادی که دارد از نظر مصرف انرژی نیز رتبه بالایی را به خود اختصاص داده که انجام این روش جداسازی را پرهزینه میکند. در این پروژه واحد دفع واحد تصفیه نفتا پتروشیمی برزویه به عنوان مطالعه موردی میباشد که هر دو تجهیز انرژی زیادی را مصرف میکنند - 30/6 مگاوات - . ریبویلر برج در اصل یک کوره با سوخت گازی است که علاوه بر مصرف سوخت مشکلات زیست محیطی را نیز در پی دارد از طرفی در کندانسور هم انرژی قابل توجهی برای چگالش بخار بالاسری مصرف میشود. مجموع این موارد ضرورت تحقیق را دو چندان میکند. هدف اصلی در این پروژه بازیافت انرژی در واحد دفع تصفیه نفتا میباشد. برای این منظور از نرمافزازهای اسپن هایسیس - طراحی فرایند - و اسپن بیجک - طراحی مبدل گرمایی - استفاده شده است.
.3 شبیه سازی واحد دفع تصفیه نفتا مجتمع پتروشیمی برزویه - نوری -
شبیه سازی واحد دفع تصفیه نفتا - برج تقطیر - T-2501 در شکل 1 نشان داده شده است. در این تحقیق جهت شبیه سازی از نرم افزار اسپن هایسیس استفاده شده است. معادله حالت مناسب برای شبیه سازی واحد تقطیر پنگ رابینسون اصلاح شده تعیین گردید. مدل پنگ رابینسون برای محاسبه تعادل بخار-مایع به علاوه محاسبه چگالیهای مایع برای سیستمهای هیدروکربن ایدهآل است.[13]
چندین پیشرفت برای مدل پنگ رابینسون اولیه صورت گرفته است تا محدوده کاربردش را گسترش دهد و پیش بینیهایش برای برخی از سیستمهای غیر عادی صورت گرفته است. اما در موقعیتهایی که سیستم غیر ایدهآل است استفاده از مدلهای فعالیت توصیه شده است. بسته ویژگی پنگ رابینسون هرگونه سیستم سه و یا دو مرحلهای و یا تک مرحلهای را با درجه زیادی از کارایی و قابلیت اعتماد حل میکند و در یک سری وسیع از شرایط کاربردی است.[13] برج تقطیر بصورت یک ستون جذب ریبویلری مدل شده است. کندانسور بصورت سفارشی طراحی و به بالای برج تقطیر متصل گردیده. روش حل نرم افزار برای برج تقطیر بصورت حلقه داخلی-خارجی انتخاب شده است.
