مقدمه:

مصرف روزافزون بنزين بهدلايل مختلف صنعت نفت را وادار نموده تا حداكثر بنزين و حداقل نفت-كوره را از  طريق تبديل آن توليد كند كه در اينرابطه تبديل برشهاي سنگين به سبك و ارتقاء كيفي آنها، با هدف بهبود  عملكرد فرآيند و توجه به مسائل زيستمحيطي موردنظر ميباشند. بنابراين پس از تفكيك فيزيكي تركيبات موجود در نفت خام از طريق تقطيراتمسفري و تقطيردرخلاء نوبت به عمليات تبديل ميرسد.  در صنعت پالايش نفت براي ارتقاء نفت از روشهاي گوناگون استفاده ميشود و همواره تكنولوژي ارتقاء باقيماندههاي نفتي بهمنظور بهبود فرآيند، هزينه كلي پايينتر و اهداف محيط زيستي و ايمنسازي در حال توسعه است. باقيماندههاي نفتي حاصل از مرحله تفكيك ارزش سوختي ناچيزي دارند و پاسخگوي تقاضاهاي زياد سوخت صنعت حمل و نقل نيستند و با فرآورش در عمليات تبديل، به محصولات باارزش تبديل ميشوند. لذا عمليات تبديل شامل فرآيندهايي است كه براي توليد فرآوردههاي مناسب و پرهيز از باقيماندههاي بدون مصرف انجام ميشود.    فرآيند كاهشگرانروي، يكي از فرآيندهاي عمليات تبديل است. ايـن فرآينـد در شـرايط دمـا و فشـارملايم انجام ميگيرد و درطيآن باقيماندهها كه كمارزشترين محصولات پالايشگاهها هستند، ارتقاء يافتـهو به محصولات سبك و باكيفيت تبديل ميشوند. فرآيند كاهشگرانروي در مقايسه با فرآينـدهاي تبـديلكاتاليستي ، بهاين دليل كه خوراكهاي سنگين حاوي مقادير بالايي از فلزات هستند مناسبتر ميباشند.زيرا فلزات موجود باعث خوردگي و از بين رفتن سريع كاتاليستها ميشوند.

فهرست مطالب

چكيده          1

مقدمه       2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول : كليات

پيشبيني رفتار خوراك و توزيع محصول در فرآيند كاهشگرانروي[1] برشهاي سنگين نفتي، بهخاطر حضور تعداد بيشماري از مواد آلي ، امري بسيار مشكل است. در مورد باقيماندههاي2 نفتي چون تعداد اين مواد بسيار زياد است ،عملا پيشبيني سينتيك صحيح تكتك واكنشها غيرممكن است و نيازمند عمليات بسيار پيچيده رياضي در حجم وسيع است و بنابراين نياز به يك مدل سينتيكي مناسب جهت رفع اين مشكلات و بررسي مواد در طي واكنش هستيم. ازاينرو بهجاي بررسي تكتك مواد، تركيبات را طبق فاكتورهاي مشخص طبقهبندي كرده و بررسيها را بر روي تودههاي مواد انجام ميدهيم. مدلهاي تودهاي كه در آن تركيبات مختلف براساس نقطه جوش طبقهبندي ميشوند از جمله مدلهاي سينتيكي موفق در توصيف رفتار خوراكهاي پيچيده ميباشد. در اين تحقيق از دو مدل سينتيكي تودهاي گسسته و پيوسته جهت مدلسازي سينتيكي واكنش استفادهشدهاست و هدف ارائه مدل سينتيكي مناسب جهت توصيف رفتار خوراكهاي سنگين تحت شرايط فرآيند كاهش گرانروي ميباشد. همچنين از مدل سينتيكي براي بهدست آوردن معادلات سرعت كه براي آناليز واكنشهاي پيچيده موردنياز است استفاده ميشود و استفاده از چنين مدلهايي تعداد آزمايشهاي موردنياز جهت تشريح رفتار سينتيكي مخلوط واكنش را كاهش ميدهد. همچنين شبكه واكنشها بسيار ساده و حجم محاسبات رياضي نيز كم ميشود.

1-2) ضرورت پالايش نفت و مراحل پالايش

نفت خام، مايعي قابل اشتعال است كه معمولا استفاده از آن بههمان شكل، بهدلايل مختلـف امكـان-پذير نيست.بعضي از اين دلايل در ادامه آمدهاست. نفت خام شامل گازهاي فـرار محلـول اسـت و قابليـتانفجاري گازهاي فرار محلول نفت خام بسيار زياد و خطرناك است. از طرفي نفت خام حاوي روغـ نهـايسنگيني است كه به آساني مشتعل نميشوند و همچنين تركيبات گوگردي و نيتروژنداري كـه در نفـتخام وجود دارد، درهنگام سوختن تركيبات اسيدي و خورندهاي توليد ميكند كه باعث پوسـيدگي فلـزاتبهكاررفته در دستگاهها ميشوند.   نفت خام، مخلوطي از هيدروكربنهاي مختلف با نقاط جوش متفاوت است. بنابراين نفت خـام را بايـد پالايش كرد و به فرآيندهايي دستيافت كه از آنها بتوان بـ هعنـوان سـوختي ايمـن اسـتفادهكـر د. البتـهسوزاندن هريك از فرآوردههاي متنوع اين ماده گرانبها، بهدلايل زير بدترين نـوع آن اسـت؛ از نفـت خـامميتوان موادي استخراج كرد كه از هريك از مواد در صنايع پتروشيمي، محصولات مفيد بيشماري توليد ميشود. ازطرفي سوزاندن فرآوردههاي نفتي، موجب آلودگي محيط زيست ميشود[1]. باتوجهبه آنچه گفتهشد ميتوان گفت پالايش نفت عبارت است از مجموعه عملياتي كه روي نفت خام انجام ميشود تا آنرا بهشكل فرآوردههاي دلخواه و ايمن، قابل استفاده سازد.  مراحل پالايش بهطور كلي شامل عمليات زير است:

1)عمليات تفكيك: فرآيندهاي فيزيكي جداسازي توسط تقطير را شامل ميشود .

2)عمليات تبديل: فرآيندهاي شيميايي شكستن، تبديل، تركيب و پيوند مولكولي را دربرميگيرد.

3)عمليات تصفيه: عبارت است از فرآيندهاي زدودن ناخالصيها كه تصفيه با حلالها را هم شامل ميشود.

1-3) انواع فرآيندهاي ارتقاء نفت

پس از تفكي ك فيزيك ي تركيب ات موج ود در نف ت خ ام، بس يا ري از محص ولات حاصل از اين مرحله،پاسخگوي نيازهاي بازار نيست و بسياري از محصـولات مـوارد اسـتفاده ندارنـد. بنـابراين نيـاز بـهمراحلي داريم تا بر روي محصولات حاصل، عملياتي انجام شود و با تبديل مواد بيكيفيت بـه محصـولاتسبك، ارتقاء باقيماندههاي نفتي حاصل شود. بنابراين فرآيندهاي ارتقاء نفـت ، فرآينـدهايي هسـتند كـهبراي توليد فرآوردههاي مناسب و با كيفيت انجام مـيشـوند.

°1 -1)بياناهداف             4

°1 -2)ضرورت پالايش نفت خام                4

°1 -3)انواع فرآيندهاي ارتقاء نفت               5

°1-13)فرآيند ككسازي تاخيري                        5

°1-3 -2)هيدروكراكينگ

°1-3 -3)فرآيند كاهشگرانروي                         6

°1 -4)تاريخچه پژوهش                                     6

°1 -5)پيشينه پژوهش                                                                        7

°1 -6)روش پژوهش                                                                        10

 فصل دوم : فرآيند كاهشگرانروي 

عمليات كاهشگرانروي يك عمليات تجزيه حرارتي نسبتا ملايم است كه بهمنظور كاهش گرانـروي ونقطه ريزش1 باقيمانده خلاء و يا باقيمانده اتمسفري بهكار ميرود و در پيآن اجزاء سبكتر با نقطه جـوشپايينتر توليد ميشود[32]. فرآيند كاهشگرانروي از نوع فرآيندهاي دفع كربني است كه اساساً بهمنظـوركاهش توليد نفت كوره و نيز كاهش تزريق فرآوردههاي سبك و رقيقكننده نفت كوره مورد استفاده قرار ميگيرد[1].همچنين قسمتي از خوراك تجزيه كاتاليزوري از اين فرآيند تأمين ميشود .     در باقيماندههاي نفتي، زنجيرههاي پارافيني بلندي كه به حلقههاي آروماتيكي متصلند عامـل اصـليبالابودن گرانروي و نقطه ريزش ميباشند[33].بنابراين واكنش بايد در شرايط عملي شود كه جـدا شـدناينگونه زنجيرها و تجزيه بعدي آنها امكانپذير باشد.در اين فرآيند شدت تجزيه زياد نيسـت، زيـرا شـدتعمل باعث ايجاد تركيبات ناپايدار در فرآورده ميشود و هدف اصلي اين فرآيند كاهش گرانـروي سـوختاست.ميزان كاهش گرانروي و نقطه ريزش بستگي به نوع خوراك دارد. درمورد خوراكهاي مومدار، كاهش نقطه ريزش بين 51 تا 53 درجه فارنهايت است و كاهش گرانروي نيز بين 52 تا 57 درصد خوراك اوليه است[3].

2-2) واكنشهاي فرآيند كاهش گرانروي

واكنشهاي اصلي كه در طول عمليات كاهش گرانروي انجام ميشود عبارتند از:

-جداشدن زنجيرهاي جانبي از حلقه سيكلوپارافيني و آروماتيكي.

-تبديل صمغها به هيدروكربنهاي سبكتر.

-و در دماهاي بالاتر از 482 درجه سانتيگراد، تجزيه حلقههاي نفتي.

 خوراك معمول اين فرآيند، باقيماندههاي برج تقطير اتمسفريك و يا خلاء ميباشد.بسته به نوع خوراك و شرايط عملياتي ،01 الي 05 درصد اين باقيمانده به گاز1، بنزين، گازوئيل2 تبديل ميشود.همچنين گزارش شده است باقيماندههايي كه اشباعيت بالايي دارند گازوئيـل بيشـتري نسـبت بـه گـاز وبنزين توليد ميكند و باقيماندههاي محتواي بـالاي آرومـاتيكي/نفتنـي محصـولات سـبكتر گـاز و بنـزينبيشتري توليد ميكند و اين بهخاطر حضور زنجيرههاي جانبي كوتاه متصل به حلقههاي آروماتيكي/نفتني است.حداقل اطلاعات تجربي جهت معرفي خوراك واحد كاهشگرانـ روي عبارتنـد ا ز: نقطـه جـوش اوليـه،گرانروي سينماتيكي، وزن مخصوص، محتواي سولفوري.بااستفاده از اين اطلاعات پارافينه، آرماتيكـه و يـانفتني بودن خوراك ارزيابي ميشود[63].

مهمترين پارامترهاي عملياتي در فرآيند كاهش گرانروي دما، فشار و زمان اقامت ميباشند.

الف) دما:     دماي خروجي از كوره بسته به نوع كورهاي كه بكار ميبريم بين 426 تا 498 درجه سانتيگراد متغير است[3، 73].

  • زمان ماند:   زمان ماند در اين واحد بسته به كورهاي كه به كار ميبريم بين 1 تا 8 دقيقه متغير است[3، 73].
  • فشار:     چنانچه واكنش در فاز مايع انجام گردد، حدود psig750و درصورتيكه 02 الي 04 درصد مواد خروجي بخار باشند، بين 100 تا psig300تنظيم ميشود[3].

   اين پارامتر شدت سختي واكنش را نشان ميدهد كـه بـا افـزايش هـر يـك از پارامترهـاي عمليـاتي،افزايش مييابد. در يك شدت عملياتي خاص، توزيع و كيفيت محصولات غيرقابل تغيير هستند.     در شرايط عملياتي سخت، محصولات سنگين نفتي كه باعث انحلال اجزاء آسفالتني ميشود تفكيـكشده و به محصولات سبكتر ميشكند. اجزاء آسفالتني تمايل به جدا شدن از نفت دارند و بهصـورت كـكبر روي ديوارههاي كوره تهنشين ميشود و باعث بالا رفتن دماي كوره مـ يشـو د. از طرفـي ممكـن اسـتعمليات در شرايط سخت باعث خاموشي نابهنگام واحد شود و همچنين احتمال تشكيل نفت كوره ناپايدار در شدتهاي بالا بسيار زياد است[35]. بنابراين جهت جلوگيري از تشكيل كك و مشكلات متعاقب آن از عمليات در شرايط سخت پرهيز ميكنيم ليسانسورها و اپراتورهاي واحد كاهش گرانروي، روشهاي مختلفي براي تعيين درجه سختي واكـنش معرفي نمودهاند.

 باتوجه به ميزان نفتا و محصولات سبكتر از آن،ميزان گازوئيل و محصولات سـبكتر از آن و همچنـينمحصولات سبكتر از خوراك، ميتوان محصولات سبك را بدست آورد و از روي آن درجه سختي واكـنشمحاسبه ميشود .                                

 °2 -1 مقدمه                                                                                  12

°2 -2 واكنشهاي فرآيند كاهشگرانروي                                                   21

°2 -3 خوراك فرآيند كاهشگرانروي                        13

°2 -4 پارامترهاي عملياتي                                    13

°2 -5 درجه سختي واكنش                                                     14

°2-5 -1 امتحان محصولات واكنش

 °2-5 -2 اندازهگيري ميزان تبديل                                                      14

°2-5 -3 اندازهگيري گررانروي كلي محصولات                                       14

 °2-5 -4 شرايط عملياتي                                                                 14

 °2 -6 محصولات

°2 -7 بازه فرآيند                                       15

°2 -8 اجزاء فرآيند كاهشگرانروي                                 15

  °2 -9 انواع كوره كاهش گرانروي                                                         16

°2 -01 انواع فرآيند واحد كاهشگرانروي                                      17

°2-01-1 فرآيند مرسوم كاهشگرانروي                                  19

        °2-01-2فرآيند كاهشگرانروي در كنار يك تبخير كننده تحت خلاء               20

       °2-01-3 فرآيند كاهشگرانروي در كنار يك تبخير كننده حرارتي                  20

تاثير نوع خوراك بر مسير واكنش[

تاثير نوع خوراك بر مسير واكنش[

  فصل سوم مدلسازي سينتيكي 

تاكنون مطالعات زيادي درمورد مدلسازي سينتيكي تجزيه حرارتي برشهاي نفتي صورت گرفته است. اين مدلها جهت توصيف واكنشها و مكانيزمهاي مختلفي كه در واكنشهاي تجزيه حرارتي روي ميدهند بكار برده ميشوند. در شرايطي واقعي پيشبيني رفتار هر جزئي كه واكنش ميدهد و مكانيزم اين واكنش، عمل بسيار مشكلي است. چون تعداد بيشماري از مواد آلي در يك برش نفتي وجود دارد. سينتيك صحيح يك واكنش شيميايي رفتار مشخص و منحصربفرد هر جزء را تشريح ميكند و حتي مكانيزم واكنشي را كه اين جزء انجام ميدهد ميتواند پيش بيني كند ولي درمورد باقيماندههاي نفتي چون تعداد اين مواد بسيار زياد است عملاً پيشبيني سينتيك صحيح تكتك واكنشها غيرممكن است و نيازمند عمليات بسيار پيچيده رياضي در حجم وسيع است. ولي از طرف ديگر براي بهينهسازي و طراحي واحدها نيازمند يك سينتيك قابل قبول براي واكنشها هستيم. در اين راستا تحقيقات زيادي انجام گرفته و روشهاي متعددي كه هركدام داراي مزايا و معايبي ميباشند ارائه شده است[82]. تاكنون جهت توصيف سينتيك فرآيند كاهش گرانروي از دو روش مدلسازي سينتيكي پيوسته و مدلسازي سينتيكي گسسته استفاده شده است. براي اين كار همواره دسترسي به دادههاي تجربي مورد نياز بوده است. در ادامه هر دو روش همراه با مزايا و معايب آنها توضيح داده ميشود .
23-) سينتيك تودهاي گسسته
بهعلت پيچيدگي مربوط به بررسي و توصيف مولكولي باقيماندههاي هيدروكربني و محصولات حاصل از تجزيه حرارتي به جاي بررسي تكتك مواد، تركيبات را طبق فاكتورهاي مشخص طبقهبندي نمـوده وبررسي را بر روي تودهماده كه شبهماده ناميده ميشود انجام ميدهند. در واقع هر شبهماده معرف تعـدادبسيار زيادي از تركيبات حقيقي ايزومري است كه خواص آن بايستي متوسطي از خواص تركيبات حقيقي موجود در توده مورد نظر باشد[41]. ضوابط تودهاي كردن خوراك و محصولات براساس معلومات آمـاري،اطلاعات ساختاري و يا براساس شبهمواد در نظر گرفته شده است[36]. ايـن شـبهمـواد براسـاس خـواصگوناگوني مانند نقطه جوش، جرم مولكولي، تعداد اتمهاي كـربن و غيـره طبقـهبنـدي مـيشـون د. از ايـنسينتيك براي بهدست آوردن معادلات سرعت كه براي آناليز واكنشهاي پيچيده مورد نياز است استفاده ميشود.استفاده از چنين مدلهايي تعداد آزمايشهاي مورد نياز جهت تشريح رفتار سينتيكي مخلوطهـايواكنش را كاهش ميدهد.همچنين شبكه واكنشها بسيار ساده و حجم محاسبات رياضي نيز كم ميشود . اولين مدلهاي تودهاي گسسته توسط كوء و همكارانش (1969) ارائه شده است[42]. اكثر مدلهاي ارئه شده براساس تفاوت نقطه جوش طبقهبندي شدهاند. در مقابل در مدلهـاي تـودهاي جهـت بررسـيواكنش مولكولهاي سنگينتر مانند قير، زغال، تودهها براساس اجزاء مشخص و جرم مولكولي طبقهبندي ميشوند. مدلهاي مختلف تودهاي گسسته توسـط ويكمـن2 (1970) تشـريح شـد و سـپس اسـتنگلند (1972) آنرا با جزئيات بيشتري مورد بررسي قـرار دا د[34، 44]. ايـن محققـين مـدلهـايي را براسـاسحضور شبهمواد در خوراك و محصولات ارائه نمودند، از جمله ميتوان از شبهمادههاي محصـولات ميـان-تقطير، نفتا و گازهاي هيدروكربني نام برد

 3-1 مقدمه                                                                                  26

3-2 سينتيك تودهاي گسسته                                                             36

 3-2-1 شرح مدل سينتيكي گسسته                                                   29

 3-2-1-1 مدلسازي سينتيكي پنج تودهاي                                            30

 3-3 سينتيك تودهاي پيوسته                                                             32

 3-3-1-2 واكنشپذيري تابع توزيع نوع اجزاء                                       43

 3-3-2-3 معادله موازنه جرم                                                          36

 3-3-1-4 شكل تابع (p(k,K                       ا                                   36

تجزيه حرارتي اجزاء در مدل سينتيكي سري-موازي

تجزيه حرارتي اجزاء در مدل سينتيكي سري-موازي

فصل چهارم : نتيجه گيري و پيشنهادات

  فرآيند كاهشگرانروي از جمله فرآيندهاي اوليه جهت ارتقاء برشهاي سنگين نفت ميباشد، هدف از اين فرآيند شكستن تركيبات سنگين و توليد محصولات سبكتر ومطلوب ميباشد.بهدليل تنوع تركيبات هيدروكربني موجود، مدلسازي سينتيكي اين فرآيند از جمله نكاتي است كه توجه محققين را به خود جلب نمودهاست.هدف از اجراي اين پژوهش، بررسي مدلهاي سينتيكي تودهاي ومدلهاي سينتيكي پيوسته ومتعاقب آن ارائه مدل سينتيكي مناسب ميباشد. با استفاده از مدلهاي ارائه شده، رفتار خوراك -هاي سنگين تحت شرايط فرآيند كاهشگرانروي بهصورت تابعي از پارامترهاي عملياتي توصيف ميشود. همچنين ميتوان توزيع محصولات فرآيند را پيشبيني نمود. با پيشبيني توزيع محصولات خروجي فرآيند، ميتوان محصولات واحد را بهينه نمود و محصولات پالايشگاهي را ارتقاء داد، لذا از اين طريق ميتوان بهدنبال راهحلي جهت پاسخگويي به نياز روزافزون به سوختهاي حمل و نقل بود. بهاين منظور، مدل رياضي مناسب براي رآكتور واحد كاهشگرانروي به همراه مدل سينتيكي مناسب ارائه شدهاست و برنامه كامپيوتري مربوط به مدلسازي سينتيكي توسط نرمافزار مطلب ارائه شدهاست و نتايج مدل با دادههاي تجربي جهت ارزيابي مدل مقايسه خواهند شد .

منابع و ماخذ         14

فهرست منابع فارسي      14

فهرست منابع انگليسي    24

چكيده انگليسي    46

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

 فهرست شكل ها

   2-1 : تاثير نوع خوراك بر مسير واكنش                                                     61

  2-2 : شمايي از نوع طراحي كويل                                                          81

  2-3 : شمايي از نوع طراحي كويل                                                         19

  2-4 : واحد مرسوم كاهش گرانروي.                                                        22

  2-5 : واحد كاهشگرانروي در كنار تبخير كننده خلاء                                    32

2-6 : واحد كاهشگرانروي با يك واحد تجزيه كننده حرارتي                            42

   3-1 : مدل سينتيكي واكنشهاي موازي توسط ژنو                                         82

3-2 : تجزيه حرارتي اجزاء در مدل سينتيكي سري-موازي                              82

     3-3 : تقسيمبندي گسسته يك برش و تبديلات آنها                                       92

   3-4 : مدل سينتيكي تودهاي هفت پارامتري                                                03

3-5 : نحوه تعريف مخلوط پيوسته و تغيير محور مختصات از i به k            ا        43

 

ABSTRACT:
Thermal cracking of vacuum residues is an important chemical process involving complex reaction mixtures. Therefore the aim of this thesis is the development of a program for kinetic modeling of visbreaking reactions using appropriate and accurate methods.
Visbreaking process is aimed to reduce the viscosity of the atmospheric and vacuum residues. This process is studied in a batch reactor. The resulting products are furthure characterized in therms of its different industrially important boiling cuts.
In this thesis, for modeling and prediction of yields of products and product distribution, two type of kinetic modeling of visbreaking reactions are studied: Discrete and Continuous luming modelsA five lumped and seven parameter kinetic model has been developed for the prediction of yields of products in discrete model. In continuous model, the normalized boiling point is used to describe the reactant mixture as a continuous mixture and the concentration distribution of the mixture change under reaction conditions. The continuous model with five adjustable parameters is used to describe visbreaking reactions. Among these parameters, kmax is the main parameter and its value is different for different feeds. For an increase in temperature, from 400 C to 430 C , kmax increases by a factor 3.26, 13.99, 3.61, 3.66 times for AM Asphalt, AMSR, BHSR, NGSR, respectivelyThese models are able to accurately predict the amount of each cut of reaction products.



مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصاله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

 

فایل pdf همراه با فایل word

قیمت35000تومان