بخشی از مقاله
چکیده
بر اساس آخرین آمارهای منتشر شده از سوی آژانس بین المللی انرژی ، تولید روزانه نفت ایران به 2/6 تا 2/8 میلیون بشکه در روز و صادرات نفت کشورمان نیز به حدود 800 هزار تا 1 میلیون بشکه در روز رسیده است و این در حالی است که پیش از اعمال تحریم های نفتی ، میزان تولید و صادرات نفت به طور متوسط به ترتیب برابر با 3/9 و 2/2 میلیون بشکه در روز بوده است.
مقایسه آمار تولیدی و صادرات نفت قبل و بعد از اعمال تحریم ها نشان می دهد که به دلیل عدم وجود برنامه ریزی منسجم و عملیاتی، کاهش شدید صادرات نفت صرفاً منجر به کاهش شدید و دستوری تولید نفت شده است، از طرفی دیگر و با توجه به هزینه های بالای انتقال فرآورده های نفتی به مناطق دور افتاده و غیر برخوردار از منابع هیدروکربوری و مجتمع های پالایش از یک طرف و همجواری برخی از مناطق کشور به بازارهای هدف صادراتی از طرفی دیگر و در نتیجه نیاز به تامین سوخت، راه اندازی پالایشگاه های کوچک در این مناطق را با جذابیت های بسیار زیاد توام ساخته است.
میعانات گازی ترکیباتی سبک و با ارزش در صنعت نفت به شمار می روند که خوراک مناسبی برای پالایشگاه ها و مینی پالایشگاه ها جهت فرآورش و تولید محصولات با ارزش استفاده می گردد. واحد پالایشگاه کوچک بندرعباس در مرحله طراحی بوده و خوراک خود را از میادین گازی پارس جنوبی به صورت میعانات گازی دریافت می نماید.
این واحد پالایشگاهی کوچک در فاز اول ظرفیت فرآورش 10000 بشکه در روز را دارا می باشد که محصول عمده و مهم آن طبق برنامه ریزی به عمل آمده نفتای سبک بوده که پس از شیرین سازی - تصفیه با هیدروژن - به واحد ایزومراسیون جهت تولید بنزین با عدد اکتان بالا - یورو - 4 هدایت می شود، همچنین محصولات جانبی Off Gas، کروسن - نفت سفید - و گازوئیل نیز حاصل می گردد. در این مقاله پس از بررسی و آنالیز دقیق خوراک در راستای شبیه سازی می بایستی از نرم افزاری با بانک اطلاعاتی قوی و قدرت آنالیز بالای مواد نفتی استفاده می شد که از میان گزینه های متعدد نرم افزار Hysys انتخاب گردید.
.1 مقدمه
انسان برای رفع نیازهای خویش سیستم های متنوعی اعم از تولیدی و خدماتی را بوجود آورده است. این سیستم ها در طول زمان رشد و توسعه یافته اند و به نوبه خود مسائل و مشکلات مختلفی را هم ایجاد نموده اند. از طرف دیگر پیچیدگی های این سیستم ها، فرآیند تصمیم گیری، هدایت و کنترل را برای افراد مسئول، بسیار حساس و مشکل ساخته است. لذا برای حل مسائل و مشکلات و در نهایت کمک به مسئولان به منظورشناخت و بهبود عملکرد و تصمیم گیری در مورد سیستم ها، روشها و تکنیکهای متفاوتی بوجود آمده اند.[1]
یکی از روشهایی که برای شناخت وضع موجود و بهبود عملکرد سیستم ها بوجود آمده، شبیه سازی است. شبیه سازی یکی از مفیدترین و پرقدرترین ابزارهای تحلیل عملکرد فرآیندهای پیچیده سیستم ها می باشد. مدلسازی از طریق شبیه سازی تا حد زیادی به علوم کامپیوتر، ریاضیات، احتمالات و آمار متکی است. از طرفی دیگر شبیه سازی واحد های عملیاتی، روشی برای آنالیز و تحلیل واحد مورد نظر در یک مقیاس کوچکتر می باشد که گاهی این مقیاس در اندازه های آزمایشگاهی و گاهی نیز به صورت یک مقیاس مجازی از واحد - با استفاده از کامپیوتر و نرم افزار - است.
در این بررسی می توان کلیه نقاط بحرانی و شرایط حاکم بر فرآیند را بدست آورد و همچنین امکان اعمال چندین شرایط جدید را بر کل سیستم فراهم می آورد.[2] به عبارتی دیگر شبیه سازی عبارت است از به کار گیری مدل ها و ایجاد ارتباط بین آنها برای توصیف عملی و علمی شرایط و حالات یک سیستم و تعیین خروجی های آن با توجه به داده های ورودی می باشد. لذا تکرار شبیه سازی در حالات و شرایط مختلف ورودی می تواند ما را در طراحی فرآیند یاری نماید. از دیگر مزایای بارز و برجسته فرآیند شبیه سازی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
· صرفه جویی در زمان و هزینه
· قابلیت انعطاف پذیری فراوان در شرایط حاکم بر واحد
· بدست آوردن شرایط بهینه عملکرد فرآیند
· مشاهده سریع نتایج حاصل از تغییرات اعمال شده در واحد
· بدست آوردن دامنه تغییرات متغیرهای عملیاتی واحد
در این میان مهمترین خواص مورد نیاز برای انجام محاسبات اصلی براساس یک معادله ترمودینامیکی بدست می آید. این خواص شامل حجم مولی، آنتالپی انرژی آزاد گیبس و ضرائب فوگاسیته برای کلیه مواد موجود در فرآیند می گردند. به همین خاطر انتخاب یک معادله مناسب برای توصیف رفتار ترمودینامیکی مواد موجود در فرآیند قسمت عمده ای از یک شبیه سازی را تشکیل می دهد. [3 ]
.2 انتخاب و معرفی نرم افزار
در راستای شبیه سازی این واحد می بایستی از نرم افزاری با بانک اطلاعاتی قوی و قدرت آنالیز بالای مواد نفتی استفاده می کردیم که در این میان از گزینه های Aspen+، Hysys، ProII نرم افزار هایسیس که دارای کمترین محدودیت از نظر عملکرد بود انتخاب گردید. نرم افزار Hysys به دلیل اینکه تمامی فرآیند های نفت، گاز و پتروشیمی و بسیاری از فرآیند های موجود در صنایع تولیدی را تحت پوشش قرار می دهد و همچنین توانایی مدل سازی آن برای حالت های پویای - دینامیک - فرآیند ها بسیار بالاست، ساده و سریع می باشد، لذا به عنوان یکی از نرم افزارهای جامع و پر کاربرد در زمینه مهندسی فرآیند مطرح است4]و.[5
.3 اساس کار برج تقطیر
در یک برج تقطیر اساس کار تماس دو فاز بخار و مایع روی هر سینی می باشد . در اثر این تماس تبادل حرارت و جرم صورت گرفته و اجزاء سبک تر به سمت فاز گاز و اجزاء سنگین تر به سمت فاز مایع حرکت می نماید . چنانچه زمان و سطح تماس به اندازه کافی باشد دو فاز به تعادل رسیده و مایع و بخار خروجی از سینی در حالت تعادل خواهند بود در غیر اینصورت راندمانی برای هر سینی در نظر گرفته می شود که مشخص کننده نزدیکی به حالت تعادل می باشد.
مایع خروجی از یک سینی به سینی پائینی سرازیر شده و بخار خروجی به سمت بالائی حرکتمی نماید. خوراک ورودی به برج معمولاً به سینی های میانی اضافه می شود اگر بصورت مایع باشد به مایع ورودی به سینی و اگر بخار باشد به بخار خروجی از سینی اضافه می گردد. مایع درون برج پس از گذر از آخرین سینی در قسمت پائین برج جمع می گردد.
انتهای برج به یک جوش آور - Reboiler - متصل است که در واقع یک مبدل حرارتی است و در اثر تبادل حرارت مایع تبخیر شده و بخار ایجاد شده به انتهای برج وارد می گردد. در این قسمت لازم است که ارتفاع مایع در انتهای برج تحت کنترل باشد، به همین ظورمن معمولاً از دبی محصول پائین برج برای کنترل سطح مایع در انتهای برج استفاده می شود.
سطح مایع بوسیله یک انتقال دهنده - - Transmitter به کنترلر منتقل شده و با مقدار مطلوب مقایسه و فرمان لازم به شیر کنترلی که در مسیر محصول پائین برج قرار گرفته، داده می شود. به این ترتیب می توان اطمینان داشت که ارتفاع مایع انتهای برج به سینی آخر نرسیده و محل ورودی بخار به پائین برج مسدود نمی باشد و همچنین درون جوش آور همواره مایع وجود دارد. بخار ورودی به جوش آور معمولاً برای کنترل غلظت محصول پائین برج بکار می رود.[6]
بخاری که از جوش آور به داخل برج وارد می شود در گذر از سینی ها تبادل حرارت و جرم کرده و از بالای برج وارد کندانسور می گردد. اگر کندانسور کامل باشد همه بخار میعان شده به ظرف نگهدارنده منتقل می گردد. مانند پائین برج، سطح مایع در ظرف نگهدارنده نیز باید تحت کنترل باشد. برای این منظور می توان از دبی محصول بالای برج استفاده نمود.
برای آنکه بتوان به درجه تفکیک بیشتری رسید. مقداری از مایع درون ظرف نگهدارنده به عنوان مایه برگشتی به بالاترین سینی برج وارد می گردد. نسبت مایع برگشتی به محصول بالای برج - نسبت برگشت - تأثیر زیادی بر روی درجه خلوص محصول بالای برج داشته و معمولاً برای کنترل غلظت بالای برج از آن استفاده می شود. غلظت های محصولات میانی برج نیز می تواند بوسیله دبی این جریانها کنترل شود.
مواردی که در اینجا ذکر شد مربوط به ساده ترین برج تقطیر می باشد و در حالت پیچیده برج می تواند دارای چندین خوراک و محصول جانبی از یک نقطه و وارد کردن به نقطه دیگر برای یک سری اهداف خاص از جمله این موارد است. برای آنکه یک برج بتواند در شرایط پایانی عمل نماید محدوده خاصی از جریانهای مایع و بخار وجود دارد که باید سعی شود در این محدوده پدیده های نامطلوبی اتفاق رخ ندهد.[7] مایع - LPG - تبدیل می شود. همچنین این گازها پس از انجام فرآیندهای بیشتر در واحدهای پلیمریزاسیون و آلکیلاسیون جهت تولید فرآورده بنزین با ارزش افزوده بیشتر و بالا بردن عدد اکتان آن مورد استفاده قرار می گیرد.
.3.1.2 نفتا
این برش شامل مخلوطی از مولکول های آلی، عمدتا حاوی پارافین های زنجیره ای خطی و حلقه ای با پنج تا ده اتم کربن در هر مولکول است. نفتا عمدتا حاوی پنتان و هگزان، مقداری سیکلو هگزان و سیکلو پنتان و مقدار جزئی ترکیبات دیگر از قبیل بنزن می باشد . در صورت نیاز محصول را بایستی به واحد تصفیه با هیدروژن - شیرین سازی - و سپس به واحدهای ایزومریزاسیون یا ریفرمینگ فرستاد.
نفتای بدست آمده برای تولید بنزین به کار می رود اما برای تولید مواد پتروشیمی و حلال ها نیز به کار می روند. گاز هیدروژنی که در واحد ریفرمینگ تولید می شود در فرآیندهای سایر واحدهای پالایشگاه استفاده می شود. گازهای سبک تولید شده جهت پالایش به واحد جداسازی گاز ارسال می شود. همچنین رفرمیت جهت تولید بنزین با اکتان بالا با سایر ترکیبات مخلوط می شود.
.3.1.3 نفت سفید - Kerosene -
نفت سفید اصولا حاوی مولکول های هیدروکربنی با 10 تا 16 اتم کربن در هر مولکول است و شامل مولکول های پارافین - زنجیره ای - و ایزوپارافین - زنجیره های شاخه دار - و مقدار کمی نفتین و مولکول های آروماتیک می باشد. در صورت نیاز نفت سفید در واحد تصفیه با هیدروژن شیرین سازی می شود. نفت سفید معمولا جهت ساخت سوخت جت و یا به عنوان حلال استفاده می شود و همچنین می تواند جهت تولید سوخت دیزل مخلوط سازی شود.
.3.1محصولات جانبی برج تقطیر[8]
.3.1.1 گازهای سبک
این نوع گاز از برج تقطیر و همچنین از واحدهای شکست - کراکینگ - بدست می آید. این گازها شامل پارافین ها و ایزو پارافین ها از قبیل متان، پروپان، بوتان و ایزومر بوتان و آلکن ها - الفین ها - از قبیل : اتیلن، بوتین و ایزومر بوتین هستند. آلکن ها همانند پارافین ها هیدروکربن های زنجیره ای خطی یا شاخه دار هستند با این تفاوت که یک پیوند دوگانه کربن کربن دارد. ابتدا گاز های سبک به واحد گوگرد زدایی - شیرین سازی با آمین - و سپس به واحد گاز مایع می روند. بخشی از گازهای سبک به عنوان سوخت پالایشگاه مصرف می شود و بخش دیگری پس از فشرده سازی به گاز نفتی.
.3.1.4 دیزل
این برش حاوی مولکول های هیدروکربن با 10 تا 20 اتم کربن است. دیزل اصولا شامل مولکول های پارافین و ایزو پارافین و سیکلو پارافین و مقدار کمی مولکول های آروماتیک است. دیزل به عنوان سوخت در موتورهای دیزلی ماشین ها، کامیون ها، قایق ها، کشتی ها و قطار ها استفاده می شود. همچنین می توان با مخلوط کردن آن با نفت سفید سوخت جت تولید کرد.
.3.1.5 نفت و گاز
مخلوطی از مولکول های هیدروکربنی بزرگ با 20 تا 70 اتم کربن است.
