بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به نیازی که به بنزین اکتان بالا وجود دارد، در سالیان اخیر فرآیند کاتالیزوری تبدیل نفتا† با توجه فزایندهای روبرو شده است. کارخانههای تبدیل تجاری، از سه یا چهار رآکتور بستر ثابت‡ برای تبدیل هیدروکربنهای اکتان پایین به مواد با ارزشتر، استفاده میکنند. هیدروژن و دیگر گازهای سبکی همچون پروپان و بوتان نیز در خلال این فرآیند، به دست میآید ]١.[ برای این منظور در با نوشتن معادلات جرم و انرژی برای راکتور متداول - conventional reactor - CR - - نفتا ریفرمینگ، راکتور متداول مدلسازی شده است که نتایج حاصل از این مدلسازی، با نتایج تجربی یک واحد صنعتی مطابقت خوبی را نشان میدهد. هیدروژن و آروماتیکها، محصولات اصلی این فرآیند هستند.
کلمات کلیدی: راکتور ، مدلسازی راکتور بستر ثابت، نفتا ریفرمینگ
.١مقدمه
با توجه به نیازی که به بنزین اکتان بالا وجود دارد، در سالیان اخیر فرآیند کاتالیزوری تبدیل نفتا§ با توجه فزایندهای روبرو شده است. کارخانههای تبدیل تجاری، از سه یا چهار رآکتور بستر ثابت** برای تبدیل هیدروکربنهای اکتان پایین به مواد با ارزشتر، استفاده میکنند. هیدروژن و دیگر گازهای سبکی همچون پروپان و بوتان نیز در خلال این فرآیند، به دست میآید.چندین تحقیق برای بررسی فرآیند تبدیل نفتا و بهبود تولید محصولات مطلوب، انجام شده است. اسمیت مدلی ساده پیشنهاد داده که در آن، چهار واکنش اصلی را بهعنوان واکنشهای غالب در فرآیند تبدیل، ارائه کرده است. ]١[
٢- فرایند نفتا ریفرمینگ
یکی از فرایندهای مهم در تولید بنزین با عدد اکتان بالا و ترکیبات آروماتیکی ، فرایند نفتا ریفرمینگ میباشد. در این فرایند مواد با ارزش دیگری همچون هیدروژن نیز تولید میشوند که کارایی فراوانی در صنعت دارا میباشند. با توجه به اهمیت زیاد محصولات این فرایند، همواره تلاشهای فراوانی برای بالابردن بازده این فرایند صورت گرفته است. فرایندهای نفتا ریفرمینگ به سه دسته
مختلف از نظر نحوهی احیای کاتالیستها تقسیمبندی میشوند :
٢-١- فرایند با بستر ثابت
فرایند با بسترثابت معمولا شامل ٣ الی ٤راکتوربا بسترثابت میباشد. دراین نوع فرایند برای پیشگیری از افت فعالیت - activity - کاتالیستها، واکنش در فشار بالا و در حضور نسبت هیدروژن به هیدروکربن ٣ تا ٨ صورت میگیرد. به دلیل غیر فعال شدن پیوستهی کاتالیستها در این نوع فرایند، هرسیکل تنها ٦ الی ٢٤ ماه به طول میانجامد. عدد اکتان ریفرمیت تولیدی در این روش در محدوده ٨٥ تا ١٠٠ قرار میگیرد]٢.[ در میان انواع مختلف فرایندهای نفتا ریفرمینگ، در بسیاری از مقالات از این نوع فرایند برای مدلسازی فرایند نفتا ریفرمینگ بهره جسته اند. برای مثال ایرانشاهی و همکارانش]٣[ از این نوع فرایند برای مدلسازی فرایند نفتا ریفرمینگ در راکتور کروی استفاده نمودهاند.
٢-٢- - cyclic catalytic reformer - فرایند گردشی
در این نوع فرایند یک راکتور مازاد علاوه بر راکتورهای اصلی فرایند در نظر گرفته شده است که همگی دارای بستر ثابت میباشند. این راکتور مازاد به ترتیب جایگزین راکتورهای اصلی میشود تا کاتالیستهای راکتورهای اصلی برای انجام فرایند احیا به برج احیاکننده ارسال شوند و پس از احیای کاتالیستها، راکتورهای اصلی دوباره جایگزین راکتور مازاد میگردند. عدد اکتان تولیدی در این نوع فرایند در حدود ١٠٠ میباشد ]٤[
٢-٣- - continuous catalyst regeneration reformer - فرایند احیای پیوسته کاتالیستی
بهترین و کارامدترین نوع فرایند، فرایند احیای پیوسته کاتالیستی میباشد. در رابطه با نحوه حرکت کاتالیستها در این روش میتوان گفت که کاتالیستهای احیا شده وارد اولین راکتور میشوند. از طول بستر در حالی که واکنش روی آنها انجام میشود عبور میکنند و در نهایت از راکتور خارج میشوند. کاتالیستها به همین ترتیب ازسایر راکتورها نیز عبور میکنند. در نهایت کاتالیستهای خارجشده از راکتور آخر برای انجام فرایند احیا به برج احیاکننده ارسال میشوند. در این برج کک تشکیل شده روی سطح فعال کاتالیستها سوزانده شده و کاتالیستها برای استفاده دوباره در فرایند به راکتور اول ارسال می- گردند. بالاترین عدد اکتان از این فرایند به دست میآید که عددی مابین ٩٥ تا ١٠٨ می باشد. لذا تعداد این نوع راکتورها در صنعت روز به روز در حال افزایش میباشد. کاتالیست مورد استفاده در این نوع فرایند پلاتین – قلع بر پایه آلومینا میباشد ]٥.[ مدلسازی و بهینهسازی این نوع فرایند درسال٢٠٠٤ میلادی توسط هو - Hou - و همکارانش انجام شده است ]٦.[
٣- راکتورهای غشائی
از جمله مهمترین تکنولوژیهای شناخته شده در زمینه جداسازی استفاده از انواع مختلف غشاء ها میباشد. در واقع با استفاده از این تکنولوژی در راکتورهای مختلف، میتوان محصول را از محیط واکنش خارج و تعادل را به سمت تولید محصول بیشتر سوق داد. غشاء پالادیم نقره به طور گستردهای برای جداسازی هیدروژن بکار میرود. در واقع علت گسترش استفاده از این نوع غشاء، انتخابپذیری و پایداری بالای آن میباشد ]٧.[ رحیم پور و همکارانش]٨[ از این نوع غشاء برای افزایش عدد اکتان محصولات
فرایند نفتا ریفرمینگ در بستر ثابت بهره برده اند.
٤- شرح فرایند ١-٤- راکتور متداول
جزئیات یک راکتور متداول صنعتی در شکل ١ آورده شده است.مطابق شکل٢ خوراک راکتور نفتا - با نسبت مشخصی هیدروژن مخلوط شده و بوسیله جریان خروجی از راکتور سوم پیشگرم - preheating - میشود. در ادامه خوراک وارد کوره اول شده تا به دمای ٧٧٧ کلوین برسد. سپس به صورت شعاعی وارد بستر میگردد. خوراک درون بستر واکنش داده و محصول تولیدی در جمع کننده - collector - جمع و از راکتور اول خارج میشود. به دلیل گرماگیر بودن واکنش نفتا ریفرمینگ افت دمای شدیدی در محصولات راکتور اول دیده میشود، لذا برای جبران این کمبود دما، محصول خارج شده از راکتور اول در کوره دوم به دمای ٧٧٧ کلوین میرسد و با این دما وارد راکتور دوم خواهد شد.
این روند در تمامی راکتورها دنبال میشود. در انتها محصول خارج شده از راکتور چهارم به برج جداکننده برای جداسازی ریفرمیت ارسال میگردد. در این سه راکتور نحوه حرکت کاتالیستها بگونه ای است که کاتالیستهای احیا شده - regenerated catalysts - از بالای راکتور اول وارد این راکتور شده، به صورت محوری از درون راکتور عبور میکنند و از انتهای راکتور خارج میشوند. این روند در تمامی راکتورها ادامه داشته، در انتها از پایین راکتور سوم به برج احیا کننده برای احیا ارسال میشوند. در این برج کک ای که بر روی کاتالیستها نشسته، سوزانده میشود و کاتالیست احیا شده جهت استفاده مجدد به بالای راکتور اول ارسال میگردد. مشخصات راکتورهای این فرایند که از مقالات بدست آمده در جدول ١ آورده شده است.
