بخشی از مقاله
چکیده
گازهای آلایندهی محیط زیست، نه تنها آثار مخرب بر محیط زیست دارند بلکه تهدید کننده ی سلامتی انسان ها و موجودات زنده می باشند. گازهای خروجی از دودکشها و فلرها در صنایع، حاوی مواد مضر و ذرات ریز در حد میکرون هستند که باید برای حذف این آلایندگی ها تدابیری اندیشیده شود. کاتالیست مورد استفاده در واحدهای صنعتی بسته به نوع واکنش، شرایط عملیاتی و خواص کاتالیست غیرفعال می شوند.
بعنوان مثال کاتالیست واحد تبدیل استیلن به اتیلن پتروشیمی جم در اثر تشکیل روغن سبز، کک و نشستن هیدروکربنهای سنگین بر سطح کاتالیست غیرفعال می شود. احیا و بازیابی این کاتالیستها در برنامه دمایی مشخص با استفاده از بخارآب، هوا و نیتروژن انجام می گیرد.
گازهای خروجی از راکتور احیا حاوی بخارات هیدروکربنهای سنگین، بخارات سمی ترکیبات حلقوی، هیدروکربن های خطی و غیر خطی، دیاکسید و منواکسیدکربن می باشد. جهت تعیین نوع و مقدار گازهای آلاینده حاصل از بازیابی کاتالیست، جریان خروجی از راکتور وارد برج جذب پیشنهادی می شوند تا با استفاده از فرایند جذب سطحی و سپس استخراج آلاینده های هیدروکربنی از فاز گاز به فاز مایع نوع و مقدار آن مورد بررسی قرار گیرد.
-1 مقدمه
آلایندههای محیط زیست به دیاکسیدکربن و کربن مونواکسید خلاصه نمیشوند. در بسیاری از فرایندهای شیمیایی محصولات ناخواستهای تولید میشود که خود مواد سمی، سرطان زا و مخرب محیط زیست میباشد. از جملهی این فرایندها میتوان به فرایند هیدروژناسیون استیلن اشاره کرد. در این فرایند در حین تولید اتیلن، یک واکنش ناخواسته صورت میگیرد که خود باعث گرفتگی کاتالیست و غیرفعال شدن آن میشود. لذا کاتالیست موردنظر نیاز به احیا خواهد داشت که در حین انجام احیا، گازهای تولید شده سمی، سرطانزا و مخرب محیط زیست میباشند
سیستم تولید اتیلن شامل سه راکتور لوله ای بستر ثابت بوده که در حالت نرمال دو عدد آن به صورت سری در سرویس و راکتور سوم به صورت آماده به کار می باشد. خوراک که شامل جریان غنی از اتیلن به همراه ناخالصی استیلن و اتان است ابتدا با هیدروژن مخلوط شده و پس از پیش گرم شدن توسط مبدل های بخار، از بالا وارد راکتور می شود.
خروجی راکتور اول که در اثر واکنش های هیدروژناسیون دمای آن افزایش یافته، ابتدا به وسیله مبدل های آبی سرد شده و مجددا متناسب با خوراک ورودی هیدروژن، به آن اضافه می شود و سپس وارد راکتور دوم میشود. خروجی راکتور دوم که در اثر عملیات هیدروژناسیون، ناخالصی استیلن آن کاملا به اتیلن تبدیل شده وارد برج جداکننده برش C2 می شود تا محصول اتیلن آن از ناخالصی دیگر جدا شود. کاتالیست به کار رفته از نوع پالادیوم بر پایه آلومینا می باشد و شکل آن به صورت کروی با قطر 2 تا 4 میلی متر می باشد و برای هر راکتور بستری به طول 3/5 متر و 2/1را شامل می شود .
واکنشهای مهمی که در فرآیند هیدروژناسیون استیلن صورت می گیرد به صورت زیر می باشند:
هیدروژناسیون انتخابی
قبل از هر چیز راکتور مورد نظر را ایزوله کرده و سپس مراحل زیر برای احیا راکتور انجام می گیرد:
الف - مرحله کاهش فشار: فشار راکتور به آرامی از 26 بار تا 1 بار کاهش داده می شود.
ب - به وسیله یک گاز خنثی - نیتروژن - بستر کاتالیست گرم می شود و همچنین برای افزایش دمای بیشتر، از جریان بخار با فشار بالا استفاده می شود. دمای بخار نباید بیشتر از 150 درجه سانتی گراد از دمای بستر کاتالیست بیشتر شود.
ج - در این مرحله مقداری هوا برای احتراق هیدروکربن های روی سطح کاتالیست، افزوده می شود.
د - در پایان به آرامی دبی هوا و سپس دبی بخار کم و در نهایت قطع شده و راکتور به حالت آماده به کار نگهداری میشود
در طی فرآیند بازیابی کاتالیست های راکتور تبدیل استیلن ترکیبات هیدروکربن های پلی آروماتیک آزاد می گردد. PAH ها یا همان هیدروکربنهای پلی آروماتیک که از اصلیترین منابع آلایندگیهای گاز خروجی از راکتور احیا میباشند، بیش از 100 نوع متفاوت مادهی شیمیایی هستند که طی فرآیند سوختن ناقص مواد آلی، در دمای بالا تشکیل میشوند. خروج این مواد طی فرآیندهای صنعتی، دود حاصل از ماشینها، اتلاف خاکستر و انتشار گرمای داخلی به اتمسفر و جو میباشد. همچنین به صورت طبیعی نیز میتوانند آزاد شوند.
این هیدروکربنها در محیطزیست حاضر هستند و شامل دو یا چندحلقهی بنزنی ذوب شده با آرایش خطی یا خوشهای هستند و به خاطر ایجاد فرکانس بعضی از این هیدروکربنها - به عنوان مثال - PAH16 در اولویت آلودگی قرار دارند.
PAH ها به علت ساختار پایدار گرمایی که دارند، دارای دمای ذوب و جوش بالا و فشاربخار پایین میباشند و در اتمسفر به صورت فاز گازی و فاز ذرهای توزیع شدهاند. که این دستهبندی فازی به طور گستردهای با عوض شدن شرایط جوی مثل رطوبت نسبی، دما وخصوصیات فیزیکی PAHها تغییر میکند. به طوریکه PAHهای سبک تر تمایل به حضور در فاز گاز دارند در حالیکه دستهی سنگینتر تمایل به همراهی ذرات دارند
PAH ها هم بهصورت طبیعی و هم از طریق منشا انسانی وارد محیط زیست میشوند.منبع طبیعی وسیع آنها به خاطر تولید مجازی هر نوع سوخت مواد آلی میباشد و منبع انسانی PAH ها و مشتقات آنها شامل سوختن سوختها ، زباله ها و مواد آلی و گیاهی است.
PAH ها به طور گستردهای در اتمسفر توزیع شدهاند و یکی از اولین مواد آلودهکننده جو میباشند. این مواد وقتی وارد اتمسفر می شوند میتوانند در طول مسیر طولانی قبل از تغییر شکل از طریق رسوب روی خاک و گیاه و آب منتقل شوند. با افزایش جرم مولکولی، خاصیت سرطانی PAH ها افزایش و خاصیت سمیت آنها کاهش مییابد. قویترین PAH ها که خاصیت سرطانزایی خیلی زیادی دارند و شناسایی شدهاند شامل بنزوانترانس ، بنزوپیرین و دی بنزوانترانس میباشند
-1-1 خصوصیات شیمیایی PAHها:
PAH ها مواد آلی متشکل از کربن و هیدروژن هستند که ساختار آنها حداقل دو حلقه آروماتیک ذوب شده دارند. معمولا رنگی و جامد کریستالی در دمای محیط هستند. خصوصیات فیزیکی آنها با تغییر جرم مولکولی و ساختار شیمیایی تغییر می کند. فشار بخار هیدروکربنهای آروماتیک حلقوی با افزایش جرم مولکولی، کاهش مییابد. این مواد چربی دوست بوده و بنابرین در حلالهای آلی امتزاج پذیر هستند. علاوه بر آن حلالیت آبی آنها با اضافه شدن هر حلقه آروماتیک کاهش مییابد. PAH ها دارای خصوصیت ضعیفی از انتخابپذیری، مقاومتگرمایی، رسانایی، هدایت، مقاومت خوردگی و عمل فیزیولوژی میباشند.
PAH ها دارای مشخصه طیف جذب بالا بودهاست. به طوریکه هر حلقه یک طیف ماورابنفش خاص دارد که این خاصیت برای شناسایی PAH ها مفید میباشد. همچنین این مواد اغلب فلئورسنت بوده و وقتی برانگیخته میشوند طول موجهای مشخصی از خود ساطع میکند. گرچه اثرات سلامتی PAHها فرق میکند بعضی از آنها به خاطر اثرات پیشرفته روی بشر دغدغه ی بزرگتری محسوب میشوند
-2 مواد و روش ها
- جهت احیا کاتالیست توسط راکتور بستر ثابت با قطر 16میلیمتر و طول 1000 میلیمتر استفاده می گردد. فشار عملیاتی آن حداکثر 50 بار و دما تا 800 درجه سانتی گراد قابل تنظیم می باشد. جنس راکتور استیل 316 مقاوم در برابر اسید می باشد و توسط کوره و کنترل کننده دما گرم می شود. دمای بستر کاتالیستی راکتور توسط یک سنسور نوع k که در وسط بستر کاتالیست قرارگرفته، انداره گیری می شود.
- جهت حذف آلایندگیهای خروجی از راکتور احیاکاتالیست واحد هیدروژناسیون استیلن نیازمند برج جذب میباشد.
- کوره مورد استفاده تا دمای 600 درجه سانتی گراد با دقت بالا قابلیت تنظیم دمایی دارد.
- جهت جداسازی محصول مورد نظر از جاذب کربنفعال، از دستگاه سانتریفوژ با حداکثر دور 5000RPM استفاده شد.
-1-2 روش غیرفعال کردن کاتالیست
به دلیل در دسترس نبودن اطلاعات فرآیند ی گازهای خروجی از راکتورهای احیا در پتروشیمی جم و همچنین کاتالیست ککدار، این پروژه ناگزیر به معادلسازی شرایط میباشد. همچنین برای معادلسازی وجود روغن سبز در سیستم، کاتالیست حاوی % 7/3 کک - شکل1 الف - را به مدت 12 ساعت درون روغن سبز قرارمیدهیم. پس از این مرحله کاتالیست غیرفعال شده - شکل1 ب - برای انجام فرآیند احیا، درون راکتور قرار داده میشوند.
شکل -1الف - کاتالیست ککدار و ب - کاتالیست غیرفعال شده - پس از غوطهور سازی در روغن سبز -
-2-2 روش بازیابی کاتالیست
جهت انجام فرآیند بازیابی کاتالیست، 3 گرم کاتالیست که حاوی 7/3 درصد کک بوده و به مدت 12 ساعت درون روغن سبز غوطه ور بوده است را درون راکتور قرار داده و از ابتدای فرآیند گاز بیاثر نیتروژن از روی بستر عبور میکند.
