مقدمه:

مصرف روزافزون بنزین بهدلایل مختلف صنعت نفت را وادار نموده تا حداکثر بنزین و حداقل نفت-کوره را از  طریق تبدیل آن تولید کند که در اینرابطه تبدیل برشهای سنگین به سبک و ارتقاء کیفی آنها، با هدف بهبود  عملکرد فرآیند و توجه به مسائل زیستمحیطی موردنظر میباشند. بنابراین پس از تفکیک فیزیکی ترکیبات موجود در نفت خام از طریق تقطیراتمسفری و تقطیردرخلاء نوبت به عملیات تبدیل میرسد.  در صنعت پالایش نفت برای ارتقاء نفت از روشهای گوناگون استفاده میشود و همواره تکنولوژی ارتقاء باقیماندههای نفتی بهمنظور بهبود فرآیند، هزینه کلی پایینتر و اهداف محیط زیستی و ایمنسازی در حال توسعه است. باقیماندههای نفتی حاصل از مرحله تفکیک ارزش سوختی ناچیزی دارند و پاسخگوی تقاضاهای زیاد سوخت صنعت حمل و نقل نیستند و با فرآورش در عملیات تبدیل، به محصولات باارزش تبدیل میشوند. لذا عملیات تبدیل شامل فرآیندهایی است که برای تولید فرآوردههای مناسب و پرهیز از باقیماندههای بدون مصرف انجام میشود.    فرآیند کاهشگرانروی، یکی از فرآیندهای عملیات تبدیل است. ایـن فرآینـد در شـرایط دمـا و فشـارملایم انجام میگیرد و درطیآن باقیماندهها که کمارزشترین محصولات پالایشگاهها هستند، ارتقاء یافتـهو به محصولات سبک و باکیفیت تبدیل میشوند. فرآیند کاهشگرانروی در مقایسه با فرآینـدهای تبـدیلکاتالیستی ، بهاین دلیل که خوراکهای سنگین حاوی مقادیر بالایی از فلزات هستند مناسبتر میباشند.زیرا فلزات موجود باعث خوردگی و از بین رفتن سریع کاتالیستها میشوند.

فهرست مطالب

چکیده          1

مقدمه       2

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

فصل اول : کلیات

پیشبینی رفتار خوراک و توزیع محصول در فرآیند کاهشگرانروی[1] برشهای سنگین نفتی، بهخاطر حضور تعداد بیشماری از مواد آلی ، امری بسیار مشکل است. در مورد باقیماندههای2 نفتی چون تعداد این مواد بسیار زیاد است ،عملا پیشبینی سینتیک صحیح تکتک واکنشها غیرممکن است و نیازمند عملیات بسیار پیچیده ریاضی در حجم وسیع است و بنابراین نیاز به یک مدل سینتیکی مناسب جهت رفع این مشکلات و بررسی مواد در طی واکنش هستیم. ازاینرو بهجای بررسی تکتک مواد، ترکیبات را طبق فاکتورهای مشخص طبقهبندی کرده و بررسیها را بر روی تودههای مواد انجام میدهیم. مدلهای تودهای که در آن ترکیبات مختلف براساس نقطه جوش طبقهبندی میشوند از جمله مدلهای سینتیکی موفق در توصیف رفتار خوراکهای پیچیده میباشد. در این تحقیق از دو مدل سینتیکی تودهای گسسته و پیوسته جهت مدلسازی سینتیکی واکنش استفادهشدهاست و هدف ارائه مدل سینتیکی مناسب جهت توصیف رفتار خوراکهای سنگین تحت شرایط فرآیند کاهش گرانروی میباشد. همچنین از مدل سینتیکی برای بهدست آوردن معادلات سرعت که برای آنالیز واکنشهای پیچیده موردنیاز است استفاده میشود و استفاده از چنین مدلهایی تعداد آزمایشهای موردنیاز جهت تشریح رفتار سینتیکی مخلوط واکنش را کاهش میدهد. همچنین شبکه واکنشها بسیار ساده و حجم محاسبات ریاضی نیز کم میشود.

1-2) ضرورت پالایش نفت و مراحل پالایش

نفت خام، مایعی قابل اشتعال است که معمولا استفاده از آن بههمان شکل، بهدلایل مختلـف امکـان-پذیر نیست.بعضی از این دلایل در ادامه آمدهاست. نفت خام شامل گازهای فـرار محلـول اسـت و قابلیـتانفجاری گازهای فرار محلول نفت خام بسیار زیاد و خطرناک است. از طرفی نفت خام حاوی روغـ نهـایسنگینی است که به آسانی مشتعل نمیشوند و همچنین ترکیبات گوگردی و نیتروژنداری کـه در نفـتخام وجود دارد، درهنگام سوختن ترکیبات اسیدی و خورندهای تولید میکند که باعث پوسـیدگی فلـزاتبهکاررفته در دستگاهها میشوند.   نفت خام، مخلوطی از هیدروکربنهای مختلف با نقاط جوش متفاوت است. بنابراین نفت خـام را بایـد پالایش کرد و به فرآیندهایی دستیافت که از آنها بتوان بـ هعنـوان سـوختی ایمـن اسـتفادهکـر د. البتـهسوزاندن هریک از فرآوردههای متنوع این ماده گرانبها، بهدلایل زیر بدترین نـوع آن اسـت؛ از نفـت خـاممیتوان موادی استخراج کرد که از هریک از مواد در صنایع پتروشیمی، محصولات مفید بیشماری تولید میشود. ازطرفی سوزاندن فرآوردههای نفتی، موجب آلودگی محیط زیست میشود[1]. باتوجهبه آنچه گفتهشد میتوان گفت پالایش نفت عبارت است از مجموعه عملیاتی که روی نفت خام انجام میشود تا آنرا بهشکل فرآوردههای دلخواه و ایمن، قابل استفاده سازد.  مراحل پالایش بهطور کلی شامل عملیات زیر است:

1)عملیات تفکیک: فرآیندهای فیزیکی جداسازی توسط تقطیر را شامل میشود .

2)عملیات تبدیل: فرآیندهای شیمیایی شکستن، تبدیل، ترکیب و پیوند مولکولی را دربرمیگیرد.

3)عملیات تصفیه: عبارت است از فرآیندهای زدودن ناخالصیها که تصفیه با حلالها را هم شامل میشود.

1-3) انواع فرآیندهای ارتقاء نفت

پس از تفکی ک فیزیک ی ترکیب ات موج ود در نف ت خ ام، بس یا ری از محص ولات حاصل از این مرحله،پاسخگوی نیازهای بازار نیست و بسیاری از محصـولات مـوارد اسـتفاده ندارنـد. بنـابراین نیـاز بـهمراحلی داریم تا بر روی محصولات حاصل، عملیاتی انجام شود و با تبدیل مواد بیکیفیت بـه محصـولاتسبک، ارتقاء باقیماندههای نفتی حاصل شود. بنابراین فرآیندهای ارتقاء نفـت ، فرآینـدهایی هسـتند کـهبرای تولید فرآوردههای مناسب و با کیفیت انجام مـیشـوند.

°1 -1)بیاناهداف             4

°1 -2)ضرورت پالایش نفت خام                4

°1 -3)انواع فرآیندهای ارتقاء نفت               5

°1-13)فرآیند ککسازی تاخیری                        5

°1-3 -2)هیدروکراکینگ

°1-3 -3)فرآیند کاهشگرانروی                         6

°1 -4)تاریخچه پژوهش                                     6

°1 -5)پیشینه پژوهش                                                                        7

°1 -6)روش پژوهش                                                                        10

 فصل دوم : فرآیند کاهشگرانروی 

عملیات کاهشگرانروی یک عملیات تجزیه حرارتی نسبتا ملایم است که بهمنظور کاهش گرانـروی ونقطه ریزش1 باقیمانده خلاء و یا باقیمانده اتمسفری بهکار میرود و در پیآن اجزاء سبکتر با نقطه جـوشپایینتر تولید میشود[32]. فرآیند کاهشگرانروی از نوع فرآیندهای دفع کربنی است که اساساً بهمنظـورکاهش تولید نفت کوره و نیز کاهش تزریق فرآوردههای سبک و رقیقکننده نفت کوره مورد استفاده قرار میگیرد[1].همچنین قسمتی از خوراک تجزیه کاتالیزوری از این فرآیند تأمین میشود .     در باقیماندههای نفتی، زنجیرههای پارافینی بلندی که به حلقههای آروماتیکی متصلند عامـل اصـلیبالابودن گرانروی و نقطه ریزش میباشند[33].بنابراین واکنش باید در شرایط عملی شود که جـدا شـدناینگونه زنجیرها و تجزیه بعدی آنها امکانپذیر باشد.در این فرآیند شدت تجزیه زیاد نیسـت، زیـرا شـدتعمل باعث ایجاد ترکیبات ناپایدار در فرآورده میشود و هدف اصلی این فرآیند کاهش گرانـروی سـوختاست.میزان کاهش گرانروی و نقطه ریزش بستگی به نوع خوراک دارد. درمورد خوراکهای مومدار، کاهش نقطه ریزش بین 51 تا 53 درجه فارنهایت است و کاهش گرانروی نیز بین 52 تا 57 درصد خوراک اولیه است[3].

2-2) واکنشهای فرآیند کاهش گرانروی

واکنشهای اصلی که در طول عملیات کاهش گرانروی انجام میشود عبارتند از:

-جداشدن زنجیرهای جانبی از حلقه سیکلوپارافینی و آروماتیکی.

-تبدیل صمغها به هیدروکربنهای سبکتر.

-و در دماهای بالاتر از 482 درجه سانتیگراد، تجزیه حلقههای نفتی.

 خوراک معمول این فرآیند، باقیماندههای برج تقطیر اتمسفریک و یا خلاء میباشد.بسته به نوع خوراک و شرایط عملیاتی ،01 الی 05 درصد این باقیمانده به گاز1، بنزین، گازوئیل2 تبدیل میشود.همچنین گزارش شده است باقیماندههایی که اشباعیت بالایی دارند گازوئیـل بیشـتری نسـبت بـه گـاز وبنزین تولید میکند و باقیماندههای محتوای بـالای آرومـاتیکی/نفتنـی محصـولات سـبکتر گـاز و بنـزینبیشتری تولید میکند و این بهخاطر حضور زنجیرههای جانبی کوتاه متصل به حلقههای آروماتیکی/نفتنی است.حداقل اطلاعات تجربی جهت معرفی خوراک واحد کاهشگرانـ روی عبارتنـد ا ز: نقطـه جـوش اولیـه،گرانروی سینماتیکی، وزن مخصوص، محتوای سولفوری.بااستفاده از این اطلاعات پارافینه، آرماتیکـه و یـانفتنی بودن خوراک ارزیابی میشود[63].

مهمترین پارامترهای عملیاتی در فرآیند کاهش گرانروی دما، فشار و زمان اقامت میباشند.

الف) دما:     دمای خروجی از کوره بسته به نوع کورهای که بکار میبریم بین 426 تا 498 درجه سانتیگراد متغیر است[3، 73].

  • زمان ماند:   زمان ماند در این واحد بسته به کورهای که به کار میبریم بین 1 تا 8 دقیقه متغیر است[3، 73].
  • فشار:     چنانچه واکنش در فاز مایع انجام گردد، حدود psig750و درصورتیکه 02 الی 04 درصد مواد خروجی بخار باشند، بین 100 تا psig300تنظیم میشود[3].

   این پارامتر شدت سختی واکنش را نشان میدهد کـه بـا افـزایش هـر یـک از پارامترهـای عملیـاتی،افزایش مییابد. در یک شدت عملیاتی خاص، توزیع و کیفیت محصولات غیرقابل تغییر هستند.     در شرایط عملیاتی سخت، محصولات سنگین نفتی که باعث انحلال اجزاء آسفالتنی میشود تفکیـکشده و به محصولات سبکتر میشکند. اجزاء آسفالتنی تمایل به جدا شدن از نفت دارند و بهصـورت کـکبر روی دیوارههای کوره تهنشین میشود و باعث بالا رفتن دمای کوره مـ یشـو د. از طرفـی ممکـن اسـتعملیات در شرایط سخت باعث خاموشی نابهنگام واحد شود و همچنین احتمال تشکیل نفت کوره ناپایدار در شدتهای بالا بسیار زیاد است[35]. بنابراین جهت جلوگیری از تشکیل کک و مشکلات متعاقب آن از عملیات در شرایط سخت پرهیز میکنیم لیسانسورها و اپراتورهای واحد کاهش گرانروی، روشهای مختلفی برای تعیین درجه سختی واکـنش معرفی نمودهاند.

 باتوجه به میزان نفتا و محصولات سبکتر از آن،میزان گازوئیل و محصولات سـبکتر از آن و همچنـینمحصولات سبکتر از خوراک، میتوان محصولات سبک را بدست آورد و از روی آن درجه سختی واکـنشمحاسبه میشود .                                

 °2 -1 مقدمه                                                                                  12

°2 -2 واکنشهای فرآیند کاهشگرانروی                                                   21

°2 -3 خوراک فرآیند کاهشگرانروی                        13

°2 -4 پارامترهای عملیاتی                                    13

°2 -5 درجه سختی واکنش                                                     14

°2-5 -1 امتحان محصولات واکنش

 °2-5 -2 اندازهگیری میزان تبدیل                                                      14

°2-5 -3 اندازهگیری گررانروی کلی محصولات                                       14

 °2-5 -4 شرایط عملیاتی                                                                 14

 °2 -6 محصولات

°2 -7 بازه فرآیند                                       15

°2 -8 اجزاء فرآیند کاهشگرانروی                                 15

  °2 -9 انواع کوره کاهش گرانروی                                                         16

°2 -01 انواع فرآیند واحد کاهشگرانروی                                      17

°2-01-1 فرآیند مرسوم کاهشگرانروی                                  19

        °2-01-2فرآیند کاهشگرانروی در کنار یک تبخیر کننده تحت خلاء               20

       °2-01-3 فرآیند کاهشگرانروی در کنار یک تبخیر کننده حرارتی                  20

تاثیر نوع خوراک بر مسیر واکنش[

تاثیر نوع خوراک بر مسیر واکنش[

  فصل سوم مدلسازی سینتیکی 

تاکنون مطالعات زیادی درمورد مدلسازی سینتیکی تجزیه حرارتی برشهای نفتی صورت گرفته است. این مدلها جهت توصیف واکنشها و مکانیزمهای مختلفی که در واکنشهای تجزیه حرارتی روی میدهند بکار برده میشوند. در شرایطی واقعی پیشبینی رفتار هر جزئی که واکنش میدهد و مکانیزم این واکنش، عمل بسیار مشکلی است. چون تعداد بیشماری از مواد آلی در یک برش نفتی وجود دارد. سینتیک صحیح یک واکنش شیمیایی رفتار مشخص و منحصربفرد هر جزء را تشریح میکند و حتی مکانیزم واکنشی را که این جزء انجام میدهد میتواند پیش بینی کند ولی درمورد باقیماندههای نفتی چون تعداد این مواد بسیار زیاد است عملاً پیشبینی سینتیک صحیح تکتک واکنشها غیرممکن است و نیازمند عملیات بسیار پیچیده ریاضی در حجم وسیع است. ولی از طرف دیگر برای بهینهسازی و طراحی واحدها نیازمند یک سینتیک قابل قبول برای واکنشها هستیم. در این راستا تحقیقات زیادی انجام گرفته و روشهای متعددی که هرکدام دارای مزایا و معایبی میباشند ارائه شده است[82]. تاکنون جهت توصیف سینتیک فرآیند کاهش گرانروی از دو روش مدلسازی سینتیکی پیوسته و مدلسازی سینتیکی گسسته استفاده شده است. برای این کار همواره دسترسی به دادههای تجربی مورد نیاز بوده است. در ادامه هر دو روش همراه با مزایا و معایب آنها توضیح داده میشود .
23-) سینتیک تودهای گسسته
بهعلت پیچیدگی مربوط به بررسی و توصیف مولکولی باقیماندههای هیدروکربنی و محصولات حاصل از تجزیه حرارتی به جای بررسی تکتک مواد، ترکیبات را طبق فاکتورهای مشخص طبقهبندی نمـوده وبررسی را بر روی تودهماده که شبهماده نامیده میشود انجام میدهند. در واقع هر شبهماده معرف تعـدادبسیار زیادی از ترکیبات حقیقی ایزومری است که خواص آن بایستی متوسطی از خواص ترکیبات حقیقی موجود در توده مورد نظر باشد[41]. ضوابط تودهای کردن خوراک و محصولات براساس معلومات آمـاری،اطلاعات ساختاری و یا براساس شبهمواد در نظر گرفته شده است[36]. ایـن شـبهمـواد براسـاس خـواصگوناگونی مانند نقطه جوش، جرم مولکولی، تعداد اتمهای کـربن و غیـره طبقـهبنـدی مـیشـون د. از ایـنسینتیک برای بهدست آوردن معادلات سرعت که برای آنالیز واکنشهای پیچیده مورد نیاز است استفاده میشود.استفاده از چنین مدلهایی تعداد آزمایشهای مورد نیاز جهت تشریح رفتار سینتیکی مخلوطهـایواکنش را کاهش میدهد.همچنین شبکه واکنشها بسیار ساده و حجم محاسبات ریاضی نیز کم میشود . اولین مدلهای تودهای گسسته توسط کوء و همکارانش (1969) ارائه شده است[42]. اکثر مدلهای ارئه شده براساس تفاوت نقطه جوش طبقهبندی شدهاند. در مقابل در مدلهـای تـودهای جهـت بررسـیواکنش مولکولهای سنگینتر مانند قیر، زغال، تودهها براساس اجزاء مشخص و جرم مولکولی طبقهبندی میشوند. مدلهای مختلف تودهای گسسته توسـط ویکمـن2 (1970) تشـریح شـد و سـپس اسـتنگلند (1972) آنرا با جزئیات بیشتری مورد بررسی قـرار دا د[34، 44]. ایـن محققـین مـدلهـایی را براسـاسحضور شبهمواد در خوراک و محصولات ارائه نمودند، از جمله میتوان از شبهمادههای محصـولات میـان-تقطیر، نفتا و گازهای هیدروکربنی نام برد

 3-1 مقدمه                                                                                  26

3-2 سینتیک تودهای گسسته                                                             36

 3-2-1 شرح مدل سینتیکی گسسته                                                   29

 3-2-1-1 مدلسازی سینتیکی پنج تودهای                                            30

 3-3 سینتیک تودهای پیوسته                                                             32

 3-3-1-2 واکنشپذیری تابع توزیع نوع اجزاء                                       43

 3-3-2-3 معادله موازنه جرم                                                          36

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

تجزیه حرارتی اجزاء در مدل سینتیکی سری-موازی

تجزیه حرارتی اجزاء در مدل سینتیکی سری-موازی

فصل چهارم : نتیجه گیری و پیشنهادات

  فرآیند کاهشگرانروی از جمله فرآیندهای اولیه جهت ارتقاء برشهای سنگین نفت میباشد، هدف از این فرآیند شکستن ترکیبات سنگین و تولید محصولات سبکتر ومطلوب میباشد.بهدلیل تنوع ترکیبات هیدروکربنی موجود، مدلسازی سینتیکی این فرآیند از جمله نکاتی است که توجه محققین را به خود جلب نمودهاست.هدف از اجرای این پژوهش، بررسی مدلهای سینتیکی تودهای ومدلهای سینتیکی پیوسته ومتعاقب آن ارائه مدل سینتیکی مناسب میباشد. با استفاده از مدلهای ارائه شده، رفتار خوراک -های سنگین تحت شرایط فرآیند کاهشگرانروی بهصورت تابعی از پارامترهای عملیاتی توصیف میشود. همچنین میتوان توزیع محصولات فرآیند را پیشبینی نمود. با پیشبینی توزیع محصولات خروجی فرآیند، میتوان محصولات واحد را بهینه نمود و محصولات پالایشگاهی را ارتقاء داد، لذا از این طریق میتوان بهدنبال راهحلی جهت پاسخگویی به نیاز روزافزون به سوختهای حمل و نقل بود. بهاین منظور، مدل ریاضی مناسب برای رآکتور واحد کاهشگرانروی به همراه مدل سینتیکی مناسب ارائه شدهاست و برنامه کامپیوتری مربوط به مدلسازی سینتیکی توسط نرمافزار مطلب ارائه شدهاست و نتایج مدل با دادههای تجربی جهت ارزیابی مدل مقایسه خواهند شد .

منابع و ماخذ         14

فهرست منابع فارسی      14

فهرست منابع انگلیسی    24

چکیده انگلیسی    46

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

 فهرست شکل ها

   2-1 : تاثیر نوع خوراک بر مسیر واکنش                                                     61

  2-2 : شمایی از نوع طراحی کویل                                                          81

  2-3 : شمایی از نوع طراحی کویل                                                         19

  2-4 : واحد مرسوم کاهش گرانروی.                                                        22

  2-5 : واحد کاهشگرانروی در کنار تبخیر کننده خلاء                                    32

2-6 : واحد کاهشگرانروی با یک واحد تجزیه کننده حرارتی                            42

   3-1 : مدل سینتیکی واکنشهای موازی توسط ژنو                                         82

3-2 : تجزیه حرارتی اجزاء در مدل سینتیکی سری-موازی                              82

     3-3 : تقسیمبندی گسسته یک برش و تبدیلات آنها                                       92

   3-4 : مدل سینتیکی تودهای هفت پارامتری                                                03

3-5 : نحوه تعریف مخلوط پیوسته و تغییر 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