بخشی از مقاله
چکیده
از فرآیند تصفیه نفتا در مجتمع هاي پتروشیمی و پالایشگاهها براي حذف ترکیبات گوگردي، نیتروژنی و اکسیژن دار از خوراك استفاده میگردد. افزایش ظرفیت این واحد موجب ایجاد مشکلاتی همچون افزایش افت فشار در کولرهاي هوایی و آبی قسمت تفکیک، کاهش فشار خروجی کمپرسور گاز گردشی و کاهش عمر کاتالیست خواهد شد.
در این تحقیق، براي یکی از پالایشگاههاي کشور با ظرفیت طراحی 12000 بشکه در روز، طرحی ارائه شده که تنها با افزایش یک ظرف ساده جدا سازي در طی مسیر فرآیند، مشکلات فوق پس از افزایش ظرفیت به15000 بشکه در روز، برطرف میگردند. براي بررسی تغییرات پیشنهاد شده، بخش تفکیک واحد با نرم افزار اسپن پلاس و اسپن بی- جک شبیه سازي شده است. نتایج نشان میدهند که علاوه بر رفع مشکلات مذکور، مقدار بار حرارتی در جوش آور برج عریان کننده بعد از نصب ظرف جدا ساز در حدود دو میلیون بی.تی.یو بر ساعت کاهش یافته که این مقدار کاهش بار حرارتی معادل با 570000 مترمکعب در سال صرفه جویی در گاز طبیعی میباشد.
-1 مقدمه
حذف ناخالصی سوختهاي نفتی بخصوص گوگرد روز به روز اهمیت بیشتري مییابد. وضع قوانین جدید کنترل محیط زیست مجتمع هاي پتروشیمی و پالایشگاه ها را ملزم مینماید تا فرآیندهاي خود را در حد امکانات عملی و اقتصادي براي حذف ناخالصیهاي سوختهاي نفتی اصلاح نمایند.
ناخالصیهاي انواع برشهاي سبک و سنگین نفتی را میتوان بوسیله هیدروژن در مجاورت کاتالیست مناسب حذف نمود. این ناخالصیها شامل ترکیبات گوگردي، ازت، اکسیژن و فلزات میباشد. روشهاي تصفیه با هیدروژن اهمیت زیادي در پالایش فرآورده هاي نفتی دارند
به علت گرانی هیدروژن، این روشها تا مدتها توسعه چندانی داده نشده اما با ایجاد واحدهاي تبدیل کاتالیستی و تهیه هیدروژن به صورت محصول فرعی با قیمت ارزان، حذف ناخالصیها با هیدروژن به تدریج توسعه یافت به طوریکه امروزه کمتر پالایشگاهی را میتوان یافت که داراي فرآیند حذف ناخالصیهاي مواد نفتی بوسیله هیدروژن نباشد.
در زمینه بهینه سازي واحدهاي تصفیه برشهاي نفتی با هیدروژن2 فعالیتهاي مختلفی انجام شده است 4]و5و.[6 در این فعالیتها معمولا براي صرفه جویی انرژي و افزایش ظرفیت واحد تغییراتی در آرایش تجهیزات جداسازي انجام شده است. در این تحقیق، یکی از روشهاي مورد اشاره که افزودن جداساز دما بالا3 قبل از خنک سازي خوراك است، از لحاظ تاثیر بر عملکرد واحد، شرایط عملیاتی، بار مبدلها و تامین انرژي4 مورد بررسی قرار میگیرد.
مورد مطالعاتی، واحد تصفیه نفتاي یکی از پالایشگاه کشور میباشد. براي اعتبار سنجی طرح از شبیه ساز Aspen Plus و Aspen B-jac استفاده شده که کارایی آنها در شبیه سازي فرآیندهاي پالایشگاهی مورد قبول میباشد
-2 فرایند تصفیه با هیدروژن
در نفت خام و برشهاي نفتی، مقداري ترکیبات گوگردي، نیتروژن دار، اکسیژن دار، فلزات و ترکیبات سیر نشده وجود دارند که میتوانند نقش مهمی در آلودگی محیط زیست، مسمومیت کاتالیستها و خوردگی تجهیزات ایفا نمایند. هدف عملیات تصفیه با هیدروژن ، حذف یا کاهش این گونه ترکیبات مزاحم است که در صنعت مطابق جدول 1 در مورد برشهاي نفتی از روشهاي مختلفی استفاده می شود.
جدول -1 فرایند هاي تصفیه با هیدروژن
در عملیات تصفیه با هیدروژن، واکنشهاي گوگردگیري، نیتروژن گیري، اکسیژن گیري، کاهش فلزات و هالوژن ها و هیدروژناسیون انجام میشود. ویژگی اصلی این واکنشها گسستن پیوندهاي C-N , C-S و C-O در حضور هیدروژن است که نتیجه آن جدا شدن S، N، O از هیدروکربن ها و تبدیل آن به H2S، NH3 و H2O میباشد. البته همزمان با این واکنشها، واکنش هیدروکراکینگ نیز به صورت جانبی انجام میشود
فرآیندهاي تصفیه هیدروژن معمولاً مشابه بوده، اما شرایط عملیاتی با توجه به نوع خوراك، متفاوت میباشد. کاتالیست مصرفی در بیشتر این فرآیندها، کبالت مولیبدن یا نیکل مولیبدن بر پایه گاما آلومینا است. این فرآیندها معمولاً شامل دو بخش میباشند : -1 بخش واکنش - راکتور - -2 بخش تفکیک
عملیات تصفیه را میتوان با برگشت دادن گازهاي تولیدي و یا بدون برگشت دادن گازهاي تولیدي انجام داد. براي خوراكهاي سبک با نالصیخ کم که مصرف هیدروژن پایین است، معمولاً از نوع بدون برگشت گازهاي تولیدي مطابق شکل 1 استفاده میشود.
شکل -1 شماي واحد تصفیه هیدروژنی بدون جریان برگشتی
-3 شرح فرآیند تصفیه نفتا10
در فرایند تصفیه نفتا چون مقدار گوگرد در خوراك زیاد است - 200-500 ppmwt - میبایست از فرآیند همراه با گاز برگشتی استفاده نمود. البته در این حالت ممکن است گاز برگشتی با آمین شسته شود. گوگرد و ازت موجود در خوراك نیز پس از عبور از بستر کاتالیست و در مجاورت هیدروژن به H2S و NH3 تبدیل میشود.
خوراك فرآیند - نفتاي سنگین - 11 پس از مخلوط شدن با هیدروژن تازه و هیدروژن برگشتی - خلوص در حدود 90 درصد حجمی - و عبور از مبدل حرارتی و کوره، دماي آن به350 الی390 درجه سانتیگراد - مقدار دما به طول عمر کاتالیست و یا شدت گوگردزدایی بستگی دارد - افزایش مییابد. خوراك گرم شده پس از عبور از کوره، وارد راکتور کاتالیستی میشود
محصول راکتور پس از تبادل حرارتی با خوراك ورودي و همچنین خنک شدن توسط کولر هوائی و افزایش مقدار معینی از جریان هیدروژن کمکی12 وارد جدا کننده با فشار بالا13 میشود. هیدروژن به همراه گازهاي سبک و سولفید هیدروژن از قسمت بالاي جدا کننده خارج میگردد. درفرآیندهائی که با سیستم گاز برگشتی کار میکنند قسمت اعظم این گاز به خوراك ورودي برگردانده میشود.
محصول راکتور پس از تبادل حرارتی با خوراك ورودي و همچنین خنک شدن توسط کولر هوائی و افزایش مقدار معینی از جریان هیدروژن کمکی14 وارد جدا کننده با فشار بالا15 میشود. هیدروژن به همراه گازهاي سبک و سولفید هیدروژن از قسمت بالاي جدا کننده خارج میگردد. درفرآیندهائی که با سیستم گاز برگشتی کار میکنند قسمت اعظم این گاز به خوراك ورودي برگردانده میشود. مایع خروجی از جدا کننده نیز وارد برج عریان کننده16 میشود. کندانسور این برج از نوع تمام برگشتی17 است.
در نهایت، گازهاي سبک و گوگرد باقیمانده، بصورت گاز سولفید هیدروژن از بالاي برج خارج میشوند. محصول تصفیه شده نیز پس از تبادل حرارت با خوراك ورودي با محتویات آب کمتر از 1ppm وزنی و ترکیبات گوگردي و نیتروژنی با محتوي کمتر از 0/5 ppm وزنی از انتهاي برج خارج شده و به سمت واحد تبدیل کاتالیستی هدایت میشود. راکتور این فرآیند از نوع بستر ثابت بودهو معمولاً جریان خوراك در داخل آنها از بالا به پائین18 است ولی گاهی براي مخلوط مایع و گاز از جریان پائین به بالا استفاده میشود
-4 شبیه سازي فرآیند
در این مقاله، مطالعه بر روي واحد تصفیه نفتاي یکی از پالایشگاههاي کشور انجام گرفته است10]و.[11 واضح است که این تحقیق تنها قسمت تفکیک فرآیند - خروجی راکتور تا تولید محصول نهایی - را مورد هدف قرار داده، به همین دلیل جریان خروجی از راکتور بصورت لامپ19 مطابق جدول 2 در نظر گرفته شده است. شبیه سازي با خوراك 15000 بشکه در روز و با استفاده از معادله حالت Peng-Robinson انجام گرفته است
شکل -2 نمودار ساده شده یک واحد تصفیه نفتا با جریان برگشتی
