بخشی از مقاله
چکیده
تکنولوژی ایزومریزاسیون از طریق عمل هیدروکراکینگ مواد هیدروکربنی سنگین و همچنین شاخه دار کردن آنها بستر مناسبی را برای انجام انواع مختلف واکنشها ایجاد میکند. همچنین راکتورهای ایزومریزاسیون دارای تجهیزات ساده با ابعاد متوسط میباشند و از لحاظ اقتصادی و زیست محیطی بسیار مقرون به صرفه خواهند بود. در این تحقیق تولید مواد شاخه دار برای تهیه بنزین در یک راکتور لولهای در پالایشگاه نفت مورد بررسی قرار گرفت.
شبیه سازی برای بررسی تولید بنزین در راکتورهای ایزومریزاسیون در حالت ناهمگن انجام شد. نتایج شبیه سازی مطابقت خوبی با نتایج تجربی را نشان میدهد. نتایج شبیه سازی نشان میدهد که با افزایش جزء مولی خوراک ، مقدار مول مواد ایزومر شده کاهش پیدا کرده و همچنین با کاهش فشار و افزایش دما ، مقدار مول محصول نهایی نیز کاهش پیدا می کند. برای شبیه سازی راکتور ایزومریزاسیون ازنرم افزاراسپن پلاس - AspenPluse - استفاده گردید و درصد تبدیل هیدروکربن های شاخه دار در دماها و فشارهای مختلف مورد مقایسه قرار گرفت ، که شرایط بهینه در دمای T=390°F و فشار P=45.85bar بدست آمد.
واژه های کلیدی: واحد ایزومریزاسیون، پالایشگاه نفت ، شبیه سازی
-1مقدمه
امروزه دستیابی به فراورده های نفتی با کیفیت بالا یکی از موضوعات مهم در جهان به شمار میرود.بنزین های سبک دارای عدد اکتان نسبتا پایینی می باشند وبه همین دلیل عملکرد خوبی در موتورهای بنزینی ندارند.همواره تلاش شده تا راهی مناسب برای حل این معضل بدست آید.راههای مختلفی برای افزایش عدد اکتان در بنزین های سبک وجود دارد که از ان جمله می توان به اروماتیکها و تترااتیل سرب اشاره کرد. آروماتیکهایی مانند بنزن عدد اکتان بالایی دارندولی از انجایی که استفاده از این مواد باعث مشکلات زیست محیطی فراوان شده و عواقب جبران ناپذیری روی سلامت انسانها به جای می گذارند،سعی بر آن شد تا راه دیگری جایگزین افزودن این مواد به بنزین شود.
واکنش ایزومریزاسیون نرمال پارافین ها که طی آن مولکول خطی به ایزومرهای شاخه دار خود تبدیل می شوند،می تواند یکی از بهترین و مناسب ترین روشهابرای افزایش عدد اکتان باشد،به طوری که ضمن افزایش عدد اکتان بنزین و بهبودی به سوزی آن، به محیط زیست و سلامتی انسان آسیب کمتری برسد.[1,2]جهت بالا بردن ظرفیت تولید بنزین و نیز بهبود کیفیت بنزین ها، می توان ترکیبات سبک - بوتان، پنتان و هگزان - را تبدیل به ایزومرهای خوش سوزتر نمود. این ایزومرهای خوش سوز را می توان به بنزین های با کیفیت پایین تر افزود.اگرچه فرآیندهای تبدیل کاتالیستی قادرند بنزین های با عدد اکتان بالا تولید نمایند، اما ترکیبات پارافینی خطی C4، C5 و C6 که عدد اکتان پایینی دارند، در بنزین های سبک، سبب پایین آمدن کیفیت این بنزینها می گردند.
از این رو تبدیل این ترکیبات به ایزومرهای شاخه دار آن ها، باعث می شود که این مشکل برطرف گردد. فرآیندهای ایزومریزاسیون جهت این امر ابداع گشته اند و به طور وسیعی در صنعت پالایش استفاده می گردند. در این فرآیندها با استفاده از کاتالیست های موجود، بدون واکنش های جانبی کراکینگ و تشکیل الفین، ایزومرهای شاخه دار C4 تا C6 حاصل می گردند.همچنین اعمال محدودیت های زیست محیطی و نیاز روزافزون با استفاده از بنزین های با عدد اکتان بالا بدون افزودنی های زیان بار و همچنین اعمال محدودیت برای کاهش میزان بنزن و آروماتیک در بنزین، موجب گردیده است که تولید بنزین های با عدد اکتان بالا حاوی بیشترین ترکیبات خوش سوز، مورد توجه قرار گیرد. این موضوع یکی از مهمترین دلایل استفاده بیشتر از فرآیندهای ایزومریزاسیون است.
هدف این فرآیند افزایش عدد اکتان نفتای سبک - - C4/C5/C6 قبل از مخلوط شدن در بنزین خروجی از پالایشگاه می باشد. برش نفتای سبک دارای عدد اکتان پایین - 68 - می باشد. فرآیند ایزومریزاسیون طی یک فرآیند تعادلی از ایزومرهای نرمال با اکتان پایین به ایزومرهای شاخه دار با اکتان بالا تبدیل می شود. این فرآیند در دو راکتور آدیاباتیک انجام می گیردکه ایزومرهای - - C4/C5/C6 در این دو راکتور تولید می شوند. واکنشهای ایزومریزاسیون در بستر کاتالیستی کلردار ثابت در حضور گاز هیدروژن انجام می گیرد. شرایط عملیاتی در جهت افزایش فرآیند ایزومریزاسیون، کاهش هیدروکراکینگ و کاهش هزینه تجهیزات می باشد. شبیه سازی سیستم می کوشد تا با نزدیک کردن به واقعیت و با اعمال فرضیاتی مناسب،رفتار سیستم راپیش از انجام آزمایشهای پرهزینه و وقت گیر پیشگویی کرده و در بهینه کردن سیستم موثر باشد. [3]
سنتیک واکنش ایزومریزاسیون
ایزومریزاسیون تغییر در چیدمان ساختمان ترکیبی در جهت افزایش شاخه های آن و بالا بردن عدد اکتان می باشد. این تغییرات چیدمان توسط واکنشهای 1 - و - 2 زیر انجام می شود.کاتالیست این فرایند پلاتین بر پایه آلومینا می باشد.این واکنشها برگشت پذیر بوده و توزیع نهایی ایزومرها وابسطه به شرایط فرآیندی و سینتیک واکنشها می باشد.در سال 1986،فوگاش و همکارانش،سنتیک واکنش ایزومریزاسیون بوتان را مورد مطالعه قرار دادند. [4]معادله سرعت این واکنش درجه اول می باشد.[5]که در این معادله E،انرژی فعالسازی و برابر با 30000 - Btu/lbmole - ، K،ثابت واکنش و برابر با 9500 - Sec-1 - است.تشریح راکتور بستر ثابت در حالت ناهمگنشبیه سازی راکتور ایزومریزاسیون در حالت ناهمگن انجام شده است.در حالت ناهمگن فرضیات زیر در نظر گرفته شده است که عبارتند از:
·رفتار گاز ایده آل است.
·فرایند در حالت پایا انجام می شود.
·ذره های کاتالیست همدما می باشند و مقاومتهای حرارتی و جرمی در خارج کاتالیست می باشد.
·راکتور به صورت یک بعدی در جهت طول در نظر گرفته شده است.
·راکتور ایزومریزاسیون در تعادل ترمودینامیکی است.
·در این حالت دمای گاز و ذره کاتالیست در هر نقطه برابر نمیباشد.
