بخشی از مقاله
خلاصه
فرآیند آلکیلاسیون 1به ترکیب الفینهای سبک با ایزوبوتان و تولید آلکانهای شاخهدار گفته میشود که محصول تولید شده به آلکیلیت 2معروف است و یکی از بهترین پایههای اختلاط بنزین میباشد. کاتالیست واحد آلکیلاسیون اسید سولفوریک است و واکنشها در دمای پایین انجام میشود. شبیهسازی فرآیند آلکیلاسیون نرمافزار اسپن پلاس 3انجام گردید. با انتخاب مدل ترمودینامیکی NRTL، نتایج شبیه سازی به دادههای عملیاتی بسیار نزدیک بود. از شبیه سازی میتوان جهت بررسی شرایط واحد در صورت تمایل به افزایش ظرفیت، پیشبینی شرایط واحد در شرایط عملیاتی مختلف و بهینهسازی استفاده کرد.
.1 مقدمه
معیار کیفیت بنزین عدد اکتان است که با کاهش مقدار آروماتیکها، سولفور و فلزات سنگین بالا میرود .[1] پیشرفت صنعت و خودروسازی نیاز روز افزون به بنزین با اکتان و کیفیت بالا را به وجود آورده است.
فرآیند آلکیلاسیون ایزوبوتان با آلکنهای 3 تا 5 کربنی در حضور اسید قوی - سولفوریک اسید - به تولید آلکان های شاخهدار منجر میشود که محصول تولید شده به آلکیلیت معروف است. آلکیلیت تولیدی دارای عدد اکتان بالا، فشار بخار پایین و همچنین بدون آروماتیکها، آلکنها و سولفور میباشد .[2] واکنش آلکیلاسیون در دمای بالا و بدون نیاز به کاتالیست انجام میپذیرد و فقط در فرآیند صنعتی، این واکنش در دمای پایین و در حضور اسید سولفوریک - و یا اسید هیدروفلوئوریک - به عنوان کاتالیست صورت میپذیرد
فرآیند آلکیلاسیون تحت لیسانس STRATCO شامل 5 بخش می باشد:
1. بخش واکنش: در این بخش هیدروکربنها و اسید تحت شرایط کنترل شده با هم تماس پیدا کرده و واکنش میدهند.
2. بخش سرمایش: در این بخش گرمای واکنش و هم چنین هیدروکربنهای سبک به عنوان محصول از واحد خارج میشوند.
3. بخش :Effluent Treating در این بخش اسید خالص، آلکیل سولفات ها و دی آلکیل سولفات ها از جریان اصلی محصولات راکتور خارج میشوند تا از خوردگی و گرفتگی بقیه بخش ها جلوگیری شود.
4. بخش جداسازی: در این بخش ایزوبوتان برای جریان برگشتی بازیابی میشود و بقیه هیدروکربن ها به محصولات مورد نظر تفکیک میشوند.
5. بخش :Blow Down در این بخش گاز اسید مصرفی خارج، PH آب تنظیم و اسید قبل از خارج شدن از واحد خنثی میشود
هدف از این مقاله شبیهسازی بخش واکنش و جداسازی واحد آلکیلاسیون با نرم افزار اسپن پلاس است که شامل 8 راکتور همزن دار و 6 جداساز یک مرحله ای و انتخاب مدل ترمودینامیکی مناسب میباشد. خوراکهای ورودی شامل آلکانها و آلکنهای 3 تا 5 کربنی و اسید سولفوریک 98 درصد است. نتایج شبیه سازی با نتایج شرکت STRATCO مقایسه شدهاند.
.2 شبیه سازی بخش واکنش و جداسازی واحد آلکیلاسیون
شبیهسازی واحد آلکیلاسیون شامل دو بخش واکنش و جداسازی میباشد. بخش واکنش شامل راکتور ها و تجهیزات آماده کنندهی خوراک برای راکتور ها می باشد. بخش جداسازی شامل برج های تقطیر سینی دار برای جداسازی محصول راکتورها و همچنین محصولات مورد نظر دیگر است.
.1-2 خوراکها
خوراکهای واحد آلکیلاسیون شامل FCC 1C3 و FCC C4 از واحد شکست کاتالیستی، ISOMERATE و SOUR ISOMERATE از واحد ایزومریزاسیون و 6$785$7 - &4ʼV از مخازن مربوط میباشد. اجزای تشکیل دهنده و همچنین ترکیب درصد این خوراک ها در جدول1 نشان داده شده است.
.2-2 بخش واکنش
بخش واکنش در واحد آلکیلاسیون شامل 2 بخش میباشد. بخش اول تحت عنوان C3 ، شامل چهار راکتور مشابه میباشد که در آن اکثرا واکنش های مربوط به ایزوبوتان و الفینهای 3 کربنی انجام میشود. بخش دوم با نام C، دارای 4 راکتور با عملکرد یکسان است که بیشتر واکنش های بین ایزوبوتان و الفینهای 4 کربنی در آن رخ میدهد.
در شبیهسازی راکتورهای واحد آلکیلاسیون واکنشها را به صورت استوکیومتری با درصد تبدیل مناسب وارد میکنیم. واکنشهایی که در فرایند آلکیلاسیون در راکتورها انجام میشوند بسیار زیاد و پیچیده هستند اما واکنشهای اصلی که درصد بالایی از کل واکنشها را به خود اختصاص دادهاند شامل موارد زیر میباشد
C7 Isoparaffin - 1 - C3 Olefins + Isobutane
C8 Isoparaffin - 2 - C4 Olefins + Isobutane
&9 Isoparaffin - 3 - Olefins + Isobutane C5
,VRSHQWDQH + &8 Isoparaffin 2OHILQV + 2 ,VREXWDQH C5
.3-2 بخش جداسازی
این بخش دارای 6 برج نقطیر سینی دار میباشد که سیستم میعان برجها با 1 CWو سیستم تبخیر آنها با بخار LP 2و 3 HPکار میکند. بخش جداسازی شامل یک برج 4RIF، دو برج 5IBF، یک برج DEBUTANISER و دو برج DEPROPANISER است.
.4-2 انتخاب مدل ترمودینامیکی
انتخاب مدل ترمودینامیکی صحیح در شبیهسازی یک فرآیند بسیار مهم و حیاتی است. برای اینکار مواردی مانند نوع ساختار مولکولی ترکیبات - اعم از قطبی یا غیر قطبی - ، فازهای این ترکیبات نسبت به یکدیگر و همچنین شرایط دما و فشار عملیاتی در نظر گرفته میشود. از بین مدلهای ترمودینامیکی PENG-ROB، SRK، NRTL و UNIQUAC مناسبترین مدل برای فرآیند آلکیلاسیون با توجه به جریانهای سه فازی مایع-مایع-بخار و دو فازی مایع-مایع و البته شرایط عملیاتی NRTL انتخاب شده است.
