بخشی از مقاله
خلاصه
صنعت پتروشیمی شیراز نقش پررنگی در اقتصاد و پیشرفت کشور دارد. آمونیاک تولیدی از مهمترین و گرانترین محصولات پتروشیمی میباشد. با توجه به شرایط دینامیکی پیچیده در صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی، شبیهسازی توسط نرمافزارهای کامپیوتری روشی سودمند برای اطلاع از چگونگی رفتار یک فرآیند به شمار میرود. هدف از این مقاله شبیه-سازی واحد آمونیاک پتروشیمی شیراز در حالت پایا به وسیلهی نرمافزار Aspen Plus میباشد.
به منظور شبیهسازی پایا، روابط سینتیکی موجود در راکتورها و بسته دادههای الکترولیتی مناسب برای واحد جذب و دفع واکنشی کربندی-اکسید مورد نیاز میباشد. انجام شبیهسازی پایا، به منظور بررسی رفتار سیستم در برابر تغییرات ورودی، برای تولید محصولی با کیفیت مطلوب است، از این رو واحد در حالت پایا در محیط Aspen Plus شبیهسازی شد. نتایج این پژوهش نشان داد که میزان دقت شبیهسازی در حالت پایا مطلوب بوده به طوری که میانگین خطا برای اطلاعات جریانهای در نظر گرفته شده -0/01% میباشد.
.1 مقدمه
در روش تهیه آمونیاک از گاز طبیعی مدلهای مختلفی از قبیل مدل کلاگ و مدل آیسیآی وجود دارد. در مجتمع پتروشیمی شیراز، آمونیاک با استفاده از مدل آیسیآی و به روش هابر B بوش از ترکیب مستقیم گازهای هیدروژن و نیتروژن در مجاورت کاتالیست آهن تولید میشود. شبیهسازی فرآیندهای شیمیایی از اهمیت زیادی در زمینه کارهای تحقیقاتی برخوردار و همواره مورد توجه محققین بوده است. از این رو در ادامه به برخی از تحقیقات انجام شده در این زمینه اشاره میشود.
Pedernera و همکاران راکتور سنتز آمونیاک را در حالت پایا شبیهسازی کرده و تأثیر تغییر برخی از متغیرها را روی پایداری این راکتور بررسی کردندReddy .[1] و Husaln پس از شبیهسازی حلقه سنتز آمونیاک تأثیر نسبت هیدروژن به نیتروژن موجود در جریان برگشتی به حلقه سنتز، فشار عملیاتی حلقه سنتز، دبی جریان گاز برگشتی و غلظت گازهای بی اثر را روی سرعت تولید آمونیاک بررسی کردند و نتایج حاصل از شبیهسازی نشان داد که مهمترین پارامتر، نسبت هیدروژن به نیتروژن میباشد و مقدار بهینه آن حدودأ 2/5 است.
Akpa. و Raphael به منظور محاسبه دما بهینه ورودی به بسترهای کاتالیستی یک راکتور واحد سنتز آمونیاک، تابع هدف درصد تبدیل نیتروژن روی چهار بستر کاتالیستی را در نظر گرفته و آن را ماکزیمم کردند. نتایج این بهینهسازی، افزایش %42/38 در تبدیل نسبی و افزایش %56/48 در غلظت آمونیاک در انتهای چهار بستر کاتالیستی بود .[3]
در این مقاله به بررسی شبیهسازی واحد آمونیاک پتروشیمی شیراز در حالت پایا، توسط نرمافزار Aspen Plus پرداخته شد. روابط سینتیکی موجود در راکتورهای این واحد از جمله ریفرمر اولیه، ریفرمر ثانویه، تبدیلکننده انتقالی دما بالا، تبدیلکننده انتقالی دما پایین، متاناسیون و سنتز آمونیاک مورد بررسی قرار گرفت، همچنین بسته دادههای الکترولیتی مناسب برای واحد جذب و دفع واکنشی کربندیاکسید انتخاب شد.
.2 شرح فرآیند واحد تولید آمونیاک
اولین مرحله در فرآیند تولید آمونیاک حذف ترکیبات سولفوری است. در گاز طبیعی که از چاههای گاز استخراج می-شود سولفور به صورت سولفید هیدروژن و تیول وجود دارد و این مواد به راحتی با عبور گاز از میان بسترهای کربن فعال یا اکسید روی، در 400-350 درجه سانتیگراد خارج میشوند. سولفور موجود در گاز بیشتر به شکل H2S جدا گردیده و گاز شیرین وارد خط لوله انتقال میشود. [4 ] سپس بخار آب و گاز بدون گوگرد با نسبت سه کیلوگرم به یک کیلوگرم و در فشار 34/3×105 - Pa - به ریفرمر اولیه وارد شده و به دمای850-750 درجه سانتیگراد میرسد.
تبدیل یا کراکینگ متان طبق واکنشهای زیر در مجاورت کاتالیست نیکل با حضور بخار آب به منظور تهیه هیدروژن مورد نیاز برای حلقه سنتز آمونیاک میباشد. اهمیت استفاده از این واحد وجود کاتالیست اکسید نیکل مقاوم در برابر درجه حرارت بالا میباشد. همچنین تزریق هوا، دو اثر دارد. یکم، باعث میشود راکتور به صورت اتوترمال عمل کرده و احتراق بعضی گازها، مطابق واکنشهای زیر، دما را به بالای 1000 درجه سانتیگراد رسانده و دمای موردنیاز برای واکنشهای دیگر، از جمله کامل شدن واکنش اصلی ریفورمینگ را بهوجود میآورد.
از آنجایی که واکنش تبدیل گرمازا است، موقعیت تعادل در دماهای کم مناسبتر است. از طرفی، هر چه دما کاهش یابد، سرعت واکنش نیز کاهش مییابد. برای رسیدن به یک توازن بین این دو نیاز متضاد، تبدیل انتقالی در دو مرحله دما بالا و دما پایین انجام میگیرد .[4] راکتور دما بالا - HTS* - شامل دو بستر کاتالیستی از پراکسید آهن میباشد.
واکنش تبدیل در دمای 370 درجه سانتیگراد انجام، و مقدار کربنمنوکسید در گاز خروجی به 3/3 درصد مولی کاهش مییابد. گاز خروجی قبل از ورود به راکتور دما پایین - - LTS باید تا دمای 220 درجه سانتیگراد سرد شود. کاتالیست مورد استفاده در راکتور دما پایین، اکسید مس و اکسید روی میباشد. گاز با 0/4 درصد مولی کربنمنوکسید - بر مبنای خشک - از راکتور خارج میگردد. گازهای خروجی به منظور حذف کربندیاکسید به واحد جذب و دفع کربندیاکسید فرستاده میشود. این عمل بیشتر با شستشوی گاز توسط محلول 30 درصد وزنی کربنات پتاسیم به نام محلول بنفیلد در یک برج جذب انجام میشود.
گاز سنتز خروجی از واحد متاناسیون در فشار - - Pa 25/088 ×105 و دمای 35 درجه سانتیگراد به مرحله فشرده شدن وارد میشود. با توجه به تولید آمونیاک در فشار و دمایی خاص، باید فشار گاز، شامل ازت و هیدروژن با نسبت یک به سه بهنام گاز سنتز، با عبور از چهار مرحله کمپرسور - سه مرحله اصلی و یک مرحله تکرار لوپ - تا حدود - × 105 - Pa 231/28 افزایش یابد . گازها بعد از فشرده شدن در جریان گردش راکتور سنتز آمونیاک قرار میگیرند و طبق واکنش زیر در هر گردش پانزده درصد مولی گاز در مجاورت کاتالیست آهن به آمونیاک تبدیل میشود.
