بخشی از مقاله
چکیده
در بخش سنتز فرآیند تولید ایزو پروپیل بنزن - کومن - ، خوراک که مخلوطی از بنزن و پروپیلن است قبل از ورود به راکتور ابتدا در یک مبدل حرارتی توسط بخار آب فشار بالا تبدیل به بخار شده و در نهایت در یک کوره که سوخت آن از گاز طبیعی تامین می شود تا دمای 350 درجه سانتیگراد داغ و به راکتور سنتز ارسال می شود .در این مقاله با استفاده از انتگراسیون حرارتی و شبیه ساز تجاری ASPEN HYSYS روشی با هدف بهینه سازی انرژی برای فرآیند تولید کومن ارائه گردید .
بر اساس نتایج حاصل از شبیه سازی ، در صورت استفاده از روش ارائه شده از مصرف روزانه182400 کیلوگرم در ساعت بخار فشار بالا جلوگیری بعمل می آید . در ادامه به منظور بررسی توجیه پذیری اقتصادی روش یشنهادی برآورد اقتصادی آن نیز صورت گرفت که در نهایت مشخص گردید در صورت استفاده از روش پیشنهادی سالانه 711203 دلار سود نصیب فرایند تولید کومن خواهد شد .
-1 مقدمه
بکار گیری روش های خاص به منظور تعیین راه حل موثر و اقتصادی یک مسئله در یک فرایند را بهینه سازی می گویند .بهینه سازی از عمده ترین ابزار تصمیم گیری در صنایع می باشد ، بهینه سازی با انتخاب بهترین جواب یا راه حل از میان جواب های محتمل با بکارگیری روش های موثر کمی سر و کار دارد . البته رایانه و نرم افزارهای مرتبط با موضوع ، محاسبات لازم را امکان پذیر و با حداقل هزینه انجام می دهند [1] .
حفظ انرژی در طراحی یک واحد شیمیایی همواره یکی از مهمترین موارد مورد توجه می باشد به علاوه تعین کمترین مقدار انرژی گرمایی و سرمایی مورد نیاز یک پروسه از اصلی ترین محاسبات برای تعین مقدار ذخیره انرژی است بنابراین انتگراسیون حرارتی - یکپارچه کردن انرژی - یکی از عوامل مهم در طراحی های اقتصادی می باشد .[2]نام تکنولوژی پینچ برای پژوهشگران و دانشمندان فعال در عرصه بهینه سازی مصرف انرژی شناخته شده و آشناست.این تکنولوژی برای تحلیل و بررسی شبکه مبدل های حرارتی به منظور کاهش مصرف انرژی استفاده می شود.
پژوهشگران به منحنی ترکیبی بعنوان ابزاری مهم در بازیافت انرژی پرداختند . تاکید آن ها بر نقطه پینچ بعنوان نقطه کلیدی در بازیافت انرژی بود و به همین علت نام تکنولوژی پینچ را برای آن انتخاب نمودند . تا به امروز تکنولوژی پینچ پیشرفت های زیادی نموده است و علاوه بر شبکه مبدل های حرارتی برای بهینه سازی برج های تقطیر و کوره ها استفاده می شد. انتگراسیون حرارتی یک روش برای حداقل نمودن مصرف انرژی بر اساس معادلات ترمودینامیکی می باشد.این هدف با بهینه نمودن سیستم های بازیابی حرارتی،روش های تامین انرژی فرایند و شرایط عملکرد آن حاصل می شود.
این تکنولوژی به نام های انتگراسیون حرارتی1،انتگراسیون انرژی یا انتگراسیون تکنولوژی پینچ نیز معروف است.تکنولوژی پینچ در طراحی شبکه مبدلهای حرارتی حداقل مصرف انرژی را تضمین می کند.آنالیز اگزرژی از قوانین اول و دوم ترمودینامیک بهره می گیرند تا بتواند جریان اگزرژی را در سیستم محاسبه و نیز اجزاء غیر بهینه را مشخص کند.[6-3]
-2 شرح واحد سنتز فرآیند تولید کومن - ایزو پروپیل بنزن -
خوراک ورودی به این فرآیند شامل بنزن - بنزن تازه و بنزن برگشتی از واحد جداسازی - و پروپیلن می باشد . پروپیلن و بنزن هر یک در پمپ های جداگانه ای به فشار 3150 کیلوپاسکال رسیده و در یک جمع کننده یکی شده و به منظور تغییر فاز از مایع به بخار وارد مبدل حرارتی E-801 می شوند . در این مبدل توسط بخار آب فشار بالا مخلوط بنزن و پروپیلن به دمای 214 درجه سانتیگراد رسیده و به بخار تبدیل می شوند .
در ادامه خروجی از مبدل مذکور وارد کوره H-801 شده و به دمای 350 درجه سانتیگراد می رسد و وارد راکتور می شود - شکل شماره . - 1 راکتور از نوع لوله ای بوده و دارای 432 لوله بطول 6 متر می باشد . به منظور کنترل دمای راکتور از جریان آب استفاده می کنند . خروجی از راکتور با دمای 350 درجه سانتیگراد پس از خنک سازی به بخش تفکیک و خالص سازی کومن ارسال می شود .[7]
-3 مسئله تحقیق
کوره ها در فرآیند های پتروشیمی وپالایشگاهی از مهمترین مصرف کننده های انرژی هستند.کاربرد مهم آن ها در کراکینگ حرارتی، پیش گرم کردن سیال فرآیند است.سیر صعودی قیمت انرژی در اواخر قرن بیستم باعث بوجود آمدن روش های بهینه سازی انرژی و صرفه جویی در مصرف سوخت شده است.در این بررسی میزان تاثیر روشهای مختلف بهینه سازی انرژی بر فاکتور مهم زیست محیطی در کوره ها یعنی گازهای آلاینده ایجاد شده توسط واکنش احتراق مورد توجه قرار گرفته است.
لزوم بررسی بهینه سازی مصرف سوخت در کوره های صنعتی: نوسانات و به ویژه سیر صعودی قیمت نفت که کنترل کننده بازار انرژی است از اوایل دهه هشتاد میلادی باعث بوجود آمدن روند بهینه سازی انرژی و اصلاح فرایندهای صنعتی برای کاهش هزینه های تولید در کشورهای صنعتی شد و این روند با تاخیر به کشورهای نیمه صنعتی انتقال یافت.
همزمان با این روند موج حفاظت از محیط زیست نیز به وجود آمد که باعث ارائه راهکارهای متفاوت زیست محیطی برای صنایع و محدویت های جدید شد. اثرات مستقیم بهینه سازی انرژی برای صنایع کاربردی تر از تاثیرات غیر مستقیم رعایت فاکتورهای محیط زیستی است، در نتیجه، استقبال بیشتری ازطرف صاحبان صنایع از این راهکارها نسبت به رعایت فاکتورهای محیط زیستی ارائه شد.
کوره ها، اصلی ترین مصرف کننده انرژی در فرآیندهای پتروشیمی و پالایشگاهی هستند که در اکثر این فرآیندها سهم مصرف انرژی کوره ها در حدود 30 درصد است.در کوره ها با انجام واکنش احتراق سوخت ، گازهای حاصل از احتراق تولید می شوند که اغلب این گازها از آلاینده های محیط زیست محسوب می شوند .در واکنش ساده احتراق، گازهای HR2RO, CO,COR2R مشاهده شده ولی نسبت به آنالیز سوخت و واکنش با هوای موجود در کوره مجموعه دو گاز آلاینده SORXR , NORXR تولید می شوند که این دو گاز عامل اصلی آلودگی حاصل از کوره ها و از طرفی از عوامل اصلی باران اسیدی هستند .
لازم به ذکر است، گازهای آلاینده دیگری نیز بادرصد بسیار کم تولید می شوند.با بهینه سازی همزمان انرژی و فاکتورهای محیط زیستی بهبود کلی فرآیند را درکوره بدست خواهیم آورد. در بخش سنتز فرآیند تولید آلیل کلراید به منظور پیشگرم نمودن پروپیلن از یک کوره - شکل شماره - 1 استفاده می شود.[7]سوخت این کوره از گاز طبیعی - جدول شماره - 1 تامین شده که دبی قابل توجهی را به خود اختصاص می دهد .
از طرفی با توجه به اینکه گازهای حاصل از احتراق گاز طبیعی در کوره به اتمسفر ارسال می شوند علاوه بر هدر رفت انرژی تخریب محیط زیست نیز صورت خواهد گرفت که این امر لزوم استفاده از روشی به منظور کاهش مصرف سوخت و در پی آن کاهش آلاینده های زیست محیطی - در این مورد خاص کاهش تولید گاز های گلخانه ای - را دو چندان می نماید .
در حال حاضر به منظور تامین سوخت کوره فوق الذکر روزانه 1/27 میلیون فوت مکعب گاز مصرف می شود که محصولات حاصل از احتراق آن گاز های گلخانه ای از قبیل اکسید های نیتروژن ، اکسید های گوگرد ، بخار آب و منواکسید کربن می باشند که با توجه به بالا بودن دبی گاز مصرفی ، میزان گاز های آلاینده نیز قابل توجه خواهد بود.
