بخشی از مقاله
خلاصه
هیدروایزومراسیون آلکانها از اهمیت قابل توجهی در پالایشگاههای نفتی برخوردار است. تبدیل یک آلکان نرمال راست زنجیر به یک الکان شاخه دار ایزومر شده نتیجهاش افزایش عدد اکتان و از طرفی دیگر سوختی سازگار با محیط زیست خواهد بود. به طور کلی عدد اکتان یه ترکیب با شاخهدار شدن ارتباط مستقیم دارد. ایزومراسیون نرمالبوتان به ایزوبوتان به منظور تولید خوراک اولیه واحد الکیلاسیون جایگاه ویژهای در صنایع پالایشگاهی ایجاد کرده است.
ایزومراسیون فرایندی در راکتور بستر ثابت که در فاز گازی همراه با کاتالیست پلاتین بر روی الومینای غنی شده با کلر در حضور هیدروژن و دمای پایین صورت میگیرد. شبیه سازی واحد ایزومراسیون با استفاده از نرم افزار Aspen plus انجام گردیده است. با انتخاب مدل ترمودینامیکی Peng-Robinson نتایج شبیه سازی با نتایج عملیاتی تطابق خوبی را نشان میدهد. از شبیهسازی واحد ایزومراسیون میتوان جهت بررسی شرایط واحد در صورت تمایل به افزایش ظرفیت، پیشبینی شرایط واحد در شرایط عملیاتی مختلف و بهینهسازی استفاده کرد.
.1 مقدمه
امروزه دستیابی به فرآوردههای نفتی با کیفیت بالا یکی از موضوعات مهم در جهان بشمار می رود. بنزین سبک دارای - RON - نسبتا پایینی می باشند و به همین دلیل عملکرد خوبی در موتورهای بنزینی ندارند. همواره تلاش شده تا راهی مناسب برای حل این معضل به دست آید. راه های مختلفی برای افزایش عدد اکتان در بنزینهای سبک وجود دارد که از آن جمله می توان به افزودن آروماتیکها و تترا اتیل سرب اشاره کرد .[1]
آروماتیکهایی مانند بنزن عدد اکتان بالایی دارند ولی از انجایی که استفاده از این مواد باعث مشکلات محیط زیستی فراوان شده و عواقب جبران ناپذیری روی سلامت انسانها بر جای می گذارد، سعی بر آن شد تا راه دیگری جایگزین افزودن این مواد به بنزین شود. واکنش ایزومریزاسیون نرمال پارافینها که طی آن مولکول خطی به ایزومرهای شاخهدار خود تبدیل میشود، میتواند یکی از بهترین و مناسبترین روشها برای افزایش عدد اکتان باشد، به طوری که ضمن افزایش عدد اکتان بنزین و بهبود بهسوزی آن به محیط زیست و سلامت انسان آسیب کمتری برسد .[2]
استفاده از کاتالیستهای دو عاملی پلاتین بر روی الومینای غنی شده با کلر شامل یک فلز و عامل اسیدی برای ایزومراسیون الکانها مطلوب است. به علت استفاده از این نوع کاتالیست، همواره باید محیط را در حالت اسیدی نگه داشت و به همین دلیل از تزریق اسید تتراکلرواتیلن برای ایجاد شرایط اسیدی استفاده میشود. همچنین تزریق هیدروژن در فرایند برای انجام واکنش و کاهش نشست کک بر روی کاتالیست ضروری است .[3] این فرایند در دمای پایین بیشترین بازده را دارد و در دمای بالاتر از 160 °C بازده فرایند به طور چشمگیری کاهش مییابد .[4]
.2 شبیه سازی بخشهای واکنش و جداسازی واحد ایزومراسیون
شبیهسازی واحد ایزومراسیون شامل سه بخش تصفیه، واکنش و جداسازی میباشد. بخش واکنش شامل راکتورها و تجهیزات آماده کنندهی خوراک برای راکتورها می باشد. بخش جداسازی شامل برجهای تقطیردار برای جداسازی محصول راکتورها و همچنین محصولات مورد نظر دیگر است.
.1-2 خوراک
خوراک مطلوب ورودی به واحد ایزومراسیون باید حاوی مقادیر بالای نرمالبوتان و غلطت کم ایزوبوتان، پنتان، و دیگر ترکیبات سنگین باشد . خوراک واحد میتواند شامل مقادیر زیادی نرمال بوتان و نرمالپنتان باشد که با استفاده از خروجی بالای برج بوتان زدای واحد الکیلاسیون میتوان غلظت نرمالبوتان ورودی را افزایش داد. مقادیر معین نرمالبوتان همراه با هیدروژن گرم شده و تصفیه شده خوراک راکتور واحد را تشکیل می دهند. اجزای تشکیل دهنده و همچنین ترکیب درصد این خوراک ها در جدول1 نشان داده شده است.
.2-2 بخش تصفیه
بخش تصفیه این واحد وظیفهی عاری سازی خوراک ورودی نرمالبوتان و هیدروژن Make-Up را از آب، فلزات و ترکیبات گوگردی بر عهده دارد.
.3-2 بخش واکنش
بخش واکنش این واحد از یک راکتور بستر ثابت حاوی کاتالیست غنی از کلر با گزینشپذیری بالا به منظور رسیدن به تبدیل مطلوب تشکیل شده است. واکنش اصلی شامل تبدیل نرمالبوتان به ایزوبوتان به صورت رابطه - - 1 نمایش داده شده است و واکنشهای جانبی دیگری با درصد تبدیل ناچیز هم در راکتور انجام میشود که قابل صرفنظر کردن میباشد.
مسیر اصلی واکنش، به منظور تشکیل الکان میانی از طریق دی هیدروژناسیون بر روی سایتهای اسیدی انجام میپذیرد. در صورت وجود شرایط مناسب، الکان ها به الکن تبدیل میشوند و به یون کربونیوم تغییر شکل میدهند. یونهای کربونیوم از واکنش مولکولهای هیدروکربن خنثی با سایتهای اسیدی تشکیل میشوند. سپس پروتون دهی الکنها بر روی سایتهای اسیدی برای تولید یون ادامه می یابد. واکنش ایزومراسیون با بازآرایی یون کربونیوم از طریق یک سیکلوالکیل واسطه صورت میگیرد. یون کربونیوم ایزومر شده و با از دست دادن یک پروتون به سایت کاتالیست و تبدیل به یک الکن ایزومرشده میشود. ایزوالکن واسطه، روی سایت فلزی کاتالیست هیدروژنگیری میکند و به ایزوبوتان تبدیل میشود.
.4-2 بخش جداسازی
این بخش شامل یک خشککن اب موجود در هیدروژن، مخزن جاذب اب و سولفور خوراک، برج تثبیتکننده با 45 سینی به منظور جداسازی محصول ایزومریت و یک ظرف تمیزکننده به وسیله محلول کاستیک و اب میباشد.
.2-5 انتخاب مدل ترمودینامیکی
الکانهای خطی موجود در فرایند شامل جزو مواد غیرقطبی و الکانهای شاخهدار و حلقهدار شامل ایزوبوتان و ایزوپنتان جزو مواد قطبی اما با قطبیت کم میباشند. بنابراین میتوان گفت سیستم تقریبا غیرقطبی است. و از طرفی معادلهی Peng-Robinson - PR - برای سیستمهای ناقطبی و یا خفیف قطبی در بازه وسیعی از دما و فشار متناسب است ومعادلهی SRK هم مانند Peng-Robinson برای مخلوطهای ناقطبی و یا خفیف قطبی البته در بازهای محدودتر مناسب است. با توجه به خوراک تقریبا غیرقطبی و گستردگی محدوده دما و فشار، با استفاده از این معادله Peng-Robinson بهترین نتایج حاصل گردیده است
