بخشی از مقاله
چکیده
در مجتمع پتروشیمی مروارید از واکنش بشدت گرمازا میان اتیلن و اکسیژن، اکسید اتیلن که ماده اولیه سنتز گلایکولها میباشد تولید میشود. این در حالی است که براساس اسناد و اطلاعات عملیاتی جریانی تحت عنوان گاز تخلیه وجود دارد که 22 درصد بر مبناي مولی آن را اتیلن 9/66 - تن در روز - تشکیل داده و هیچ گونه استفاده فرایندي از آن نمیشود و بطور پیوسته در فلر محترق میشود.
موضوع بازیابی اتیلن بعنوان ماده اولیه تولید اتیلن اکسید بطور مستقیم و تولید گلایکولها بطور غیرمستقیم هدف اصلی این تحقیق میباشد. در این تحقیق فرایندي ارائه شده که براساس نتایج شبیه سازي در محیط برنامه کامپیوتري اسپن هایسیس قادر است تا 97/17 درصد اتیلن موجود در گاز تخلیه را بازیابی و در چرخه تولید گلایکولها قرار دهد.
فرایند پیشنهادي داراي سه مرحله تبرید، انبساط ژول تامسون و جداسازي توسط برج جذب ریبویلري میباشد. نتایج تحقیق نشان داد که در صورت بکارگیري فرایند ارائه شده میتوان روزانه 11088 کیلوگرم اتیلن با خلوص 97 درصد مولی را تولید و گاز باقیمانده را که داراي ارزش حرارتی 36130 کیلوژول بر کیلوگرم است بعنوان سوخت مورد استفاده قرار داده و از ارسال آن به فلر جلوگیري نمود.
-1 مقدمه
اتیلن سادهترین هیدروکربن غیر اشباع بوده و اولین عضو از گروه آلکنها است. اتیلن ماده اولیه مهم براي تولید بسیاري از ترکیبات آلی پر مصرف در صنعت بشمار میرود. اتیلن بصورت گسترده در صنعت پلاستیک مورد استفاده قرار میگیرد. اتیلن با پلیمریزه شدن پلی اتیلن را تولید میکند که یک پلاستیک بسیار مهم است. اتیلن در صنعت پتروشیمی با روش کراکینگ با بخار آب تولید میشود. در این فرایند هیدروکربنهاي گازي و محلولهاي سبک هیدروکربن حاصل از نفت به مدت بسیار کوتاه در دماي 750 الی 950 درجه سانتیگراد حرارت داده میشوند
در واحدهاي پتروشیمی تولید کننده اتیلن گلایکول و اتیلن اکساید، گاز اتیلن با اکسیژن تحت مجاورت کاتالیست نقره در راکتور واکنش داده و تولید اتیلن اکساید میکند و در نهایت اتیلن اکساید با آب واکنش داده و انواع گلایکول تولید میشود. در سیکل گاز ورودي به راکتور مقداري آرگون وجود دارد که همراه اکسیژن وارد شده به همین دلیل جهت پایین آوردن آستانه انفجار باید مقداري از سیکل گاز اصطلاحا تخلیه شود - هدایت به فلر - .
این سیکل گازي حجم قابل توجهی از اتیلن و متان را در خود دارد که علاوه بر ماده اولیه سنتز، متان موجود در آن به همراه اتان میتوانند بخشی از نیاز مجتمع به سوخت گازي را تامین نمایند
در دنیاي کنونی به دلیل پر رنگت ر شدن مباحث مدیریت و سامان دهی مصرف انرژي در همه حوزهها و بخشها از جمله صنعت، اقدامات مرتبط در این زمینه ها با سرعت زیادي در حال توسعه و فراگیر شدن میباشد. با توجه به افزایش روز افزون درخواست انرژي در جهان و به تبعه آن کشور ایران و هم چنین اتمام پذیري ذخایر هیدروکربنی، نیاز ب ه رفع مشکل تامین انرژي را روز به روز افزایش میدهد. صنعت پتروشیمی به عنوان یکی از مصرف کنندگان عمده انرژي محسوب شده و هزینه زیادي در آن صرف تامین انرژي میشود.
در بیشتر این مراکز صنعتی در مقوله مصرف جهت اصلاح فرهنگ سازي میگردد در صورتی که مقادیر زیادي از منابع انرژي از طریق فلرینگ به هدر میرود. در طی فرایندهاي پالایش مقدار زیادي گاز و مواد سوختی بدون استفاده مستقیما و از طریق فلر وارد اتمسفر میشود. گازهاي فلر سرمایه کشور به شمار میرود و اگر از هدر رفتن آن جلوگیري نشود، علاوه بر این که انرژي را هدر دادهایم به آلوده شدن هواي کشور نیز دامن زدهایم و از این رو ضرورت توجه به ارتقا و بهینه سازي سیستمهاي فلرینگ مهم قلمداد میشود.
تاکنون روشها و ایدههاي مختلفی براي کم کردن و بازیابی گازهاي فرستاده شده به فلر ارائه داده شده که در اصل بیشتر به کاستن از تولید گازهاي ارسالی منجر شده است اما میتوان با طراحی بخشهاي هدفمند، گازهاي ارسالی به فلر را به محصولات مهم و با ارزش اقتصادي بالا تبدیل کرد که میتوانند هم در خود مجتمع به عنوان خوراك واحدها نیاز مجتمع را تامین کنند و هم در سایر بخشها به کار روند و از سوزاندن و هدر رفت گازهاي فلر جلوگیري گردد.
فلرها حجم زیادي از گاز را در مدت کوتاهی به سوي اتمسفر رها می سازند. این امر زمینه را براي ایجاد اغتشاشات جوي فراهم میسازد. از طرفی بدلیل عدم وجود زمان کافی در فرآیند احتراق، گازهاي نسوخته از فلر وارد محیط زیست میشود. نامشخص بودن راندمان فلرها از جمله مهمترین مشکلات میباشد و تحقیقات انجام شده تا بحال نشان میدهد حجم ترکیبات بالقوه سمی آزاد شده از احتراق ناقص بسیار بیش از حد انتظار است. فلر همچنین در ایجاد مشکلات زیست محیطی مانند نابودي منابع، ایجاد گرمایش جهانی و بارانهاي اسیدي نقش قابل توجهی دارد.
در پتروشیمی مروارید جریان گازهاي برگشتی از بالاي برج جذب کننده وارد مخزن مکش کمپرسور میشوند که جریان بالاي مخزن به دو بخش تقسیم میشود. بخش عمده به راکتور اتیلن اکسید ارسال شده و بطور پیوسته روزانه 34/7 تن از گازهاي برگشتی به فلر هدایت می شوند. احتراق این جریان با توجه به غنی بودن آن از اتیلن علیرغم کاهش خطر انفجار در راکتور، بشکلی اتلاف منابع فسیلی بوده و از طرف دیگر احتراق اتیلن، اتان و متان در فلر بصورت کامل یا ناقص منجر به تولید میزان زیادي از گازهاي گلخانهاي خواهد شد.
-2 اهمیت و انگیزه تحقیق
فلر د ودکش یا لوله عمودي امتداد یافته اي است که بعنوان یکی از قسمتهاي ضروري در چاههاي نفت، پالایشگاهها، پتروشیمیها و کارخانه مواد شیمیای ی جهت سوختن گازها و مایعات زائد، قابل اشتعال و سمی، تخلیه شده، بکار میرود. فلرها همواره حین فعالیت گرما و صدا تولید می کنند - آلودگی زیست محیطی - ، میزان و نوع گازهاي انتشار یافته از فلر تابع راندمان اح تراق و نوع گاز ارسالی به فلر میباشد.
بررسی کاهش شبکه فلر از دو جهت کلی حائز اهمیت میباشد، اول آنکه گازهاي ارس الی به فلر داراي ارزش اقتصادي قابل توجهی بوده و نکته دوم تاثیرات مخرب زیست محیطی ناشی از احتراق ترکیبات فوق الذکر در فلر است. بنابراین پرداختن به موضوع فلر بستر مناسبی براي انجام فعالیتهاي تحقیقاتی در کل دنیا بشمار میآید.
بر اساس اطلاعات بانک جهانی در سال 2014، کل گازهاي گلخانهاي تولید شده در دنیا، توسط فلرها 213 م یلیون تن بوده و ایران با تولید 28/5 میلیون تن و سهم 13/2 درصدي در رتبه دوم دنیا بعد از نیجریه قرار دارد که این مقدار معادل 14 بیلیون متر مکعب گاز طبیعی به ارزش 10 میلیارد دلار میباشد. حال آنکه این مقدار گاز میتواند براي اهداف دیگري از جمله تولید انرژي مورد استفاده قرار گیرد.
با توجه به میزان بالاي تولید روزانه محصولات پتروشیمی در کل کشور، حجم قابل توجهی از کل گازهاي همراه، به دلایل متعددي من جمله عدم وجود سیستم جمع آوري گاز، در فلر سوزانده میشود، لذا میبایست جهت جلوگیري از هدر رفتن سرمایههاي ملی کشور و در عین حال کنترل آلایندههاي زیست محیطی و اثرات جبران ناپذیر و بلند مدت این آلودگیها تدابیر مناسبی اتخاذ گردد. اصلیترین راه اتلاف انرژي در پالایشگاهها و پتروشیمیها سیستم فلرینگ بوده ومدتاًع بیشترین میزان آلایندههاي زیست محیطی نیز از همین سیستم متصاعد میگردد. توجه به موضوعات مختلف فنی, عملیاتی و ملاحظات ایمنی فلرها و در نهایت جلوگیري از انتشار آلایندهها و گازهاي گلخانهاي از اهمیت بسزائی برخوردار میباشد. بنابراین میتوان اتلاف منابع فسیلی و تخریب محیط زیست را دو عامل مهم در ایجاد انگیزه از انجام این تحقیق برشمرد.
-3 شبیه سازي و شرایط عملیاتی
جهت شبیه سازي واحد بازیابی اتیلن از نرم افزار اسپن هایسیس و معادله حالت پنگ رابینسون استفاده شده است. ترکیب مواد و پارامترهاي فرایندي از مجتمع پتروشیمی مروارید فراهم شدهاند. فرایند بازیابی اتیلن بر مبناي ظرفیت 34/7 تن در روز طراحی شده است. برج تقطیر براي جداسازي بصورت برج جذب ریبویلري طراحی شده است. مبدل گرمایی اصلی براي سیکل تبرید گاز تخلیه بصورت یک تبادلگر حرارتی با چند جریان ورودي و خروجی - LNG - در نظر گرفته شده است.
-4 فرایند بازیابی اتیلن از گاز تخلیه ارسالی به فلر
در شکل شماره 1 شماتیک شبیه سازي فرایند بازیابی اتیلن از جریان گاز تخلیه نشان داده شده است. گاز تخلیه در شرایط عملیاتی 32/3 درجه سانتیگراد و فشار 1513 کیلوپاسکال ابتدا در دو مرحله بوسیله کمپرسورهاي فشار پایین و فشار بالا بترتیب تا فشارهاي 3705 و 6138 کیلوپاسکال متراکم میشود. پس از هر مرحله تراکم بدلیل افزایش دماي گاز، دما با استفاده از دو کولر تا 40 درجه سانتیگراد کاهش مییابد. افزایش فشار گاز تخلیه بدلیل اینکه قرار است بازیابی اتیلن طی یک سیکل سرد و انبساطی انجام شود امري ضروري است.
گاز تخلیه در شرایط عملیاتی جدید وارد جعبه سرمازا اصلی سیکل کرایوجنیک شده و تا دماي -71 درجه سانتیگراد سرد و بطور کامل مایع می شود. مایع شدن این جریان کمک زیادي به افت دما در انبساط ژول تامسون می کند. با توجه به اینکه فرایند طوري طراحی شده است تا فاقد توربواکسپندر باشد و از طرفی فرایند انبساط در شیر ژول تامسون بصور آنتالپی ثابت است لذا لازم است تا دماي جریان گاز تا حد ممکن بوسیله سیکل تبرید افت نماید. گاز تخلیه با افت فشاري معادل با 50 کیلوپاسکال و با دماي -71 درجه سانتیگراد وارد شیر ژول تامسون شده و تا فشار 2300 کیلوپاسکال منبسط می شود. در نتیجه این انبساط دماي گاز تا -94/66 درجه سانتیگراد افت مییابد و دو فازي میشود. خروجی از شیر ژول تامسون سریعا وارد جداکننده دو فازي سرد شده جاییکه فازهاي مایع و بخار تفکیک میشوند.
