پایان نامه طراحي كاتاليست هيدروكراكينگ برشهاي سنگين نفتي
چكيده
با توجه به سنگين شدن منابع نفت كشور , نقش مهم فرآيندهاي شكست , بيش از پيش نمايان ميشود يكي از اين فرآيندها هيدروكراكينگ ميباشد , كه به علت امتيازات زياد از اهميت بيشتري برخوردار است. اين فرآيند كاتاليستي , حجم انبوهي از كاتاليستهاي مصرفي در پالايشگاهها را به خود اختصاص داده و ميزان مصرف كاتاليست آن در ايران , حدود 350 تن در سال ميباشد.
دراين پروژه , ساخت كاتاليست اين فرآيند مورد نظر بوده است كه با توجه به جهت گيري فرآيند هيدروكراكينگ در ايران براي توليد فرآوردههاي ميان تقطير , نسبت به ساخت كاتاليست بر پايه سيليكاآلوميناي آمورف و با استفاده از فلزات نيكل – موليبدن ,مبادرت شده است.
ساخت پايه سيلكاآلومينا , با روش هم ژل سازي , بر اساس تركيب آلوميناسل و سيليكاسل انجام شد. در جريان ساخت پايه , مشخص شد كه تنظيم پارامترهاي عملياتي نظير pH , تأثير بسزايي بر بافت نهايي پايه دارد.
پس از بدست آوردن شرايط بهينه پايه , روشهاي مختلف ساخت كاتاليست مورد آزمايش قرار گرفت و خصوصيات فيزيكي و شيميايي كاتاليست ساخته شده , با كاتاليست تجاري مقايسه گرديد. در انتها , كاتاليست ساخته شده با استفاده از روش مخلوط كردن كه سادهترين و مقرون به صرفه ترين روش است , آماده گرديد و جهت تست راكتوري انتخاب شد. تست راكتوري در شرايط مختلف دما و فشار انجام گرديد و نتايج بدست آمده با نتايج حاصل از كاتاليست تجاري مورد مقايسه قرار گرفت.
عنوان …..صفحه
مقدمه …….……………………………………………………………………………..1
بخش اول : مباحث نظري……….….…………………………………………………….3
فصل 1) فرآيند هيدروراكينگ.….….……………………………………………………….4
- تاريخچه فرآيند ….…….………………………………………………………4
- معرفي فرآيند…..…..………………………………………………………….5
- انواع فرآيند……………………………………………………………………6
1-3-1) فرآيند يك مرحلهاي ….……………………………………………………..6
1-3-2) فرآيند دو مرحلهاي ……….…………………………………………………7
- راكتورها و بستريهاي كاتاليستي فرآيند…………………………………………8
- واكنشها و مكانيزم آنها …..……………………………………………………10
1-5-1) واكنشها ….……………………………………………………………….10
1-5-2) مكانيزم واكنشها ……………………………………………………………12
فصل2) كاتاليستهاي هيدروكرانيگ …..…..………………………………………17
2-1) مقدمه …………………………………………………………………………17
2-2) روشهاي متداول ساخت كاتاليست……..…………………………………………19
2-2-1) رسوب گيري و مخلوط كردن .……………………………………………..19
2-2-2) شكل دهي ….…..………………………………………………………20
2-2-3) خشك كردن و كلسيناسيون ……..…………………………………………21
2-2-4) تلقيح .…….………………………………………………………………22
2-3) كاتاليستهاي فرآيند هيدروكراكينگ ………………………………………………23
2-3-1) جزء زئوليتي .…..…………………………………………………………..24
2-3-2) اجزا غير زئوليتي ….….……………………………………………………25
2-3-3) جزء فلزي ….………………………………………………………………30
2-4) روشهاي مختلف ساخت كاتاليستهاي هيدروكراكينگ…….………………………..33
2-4-1) مخلوط كردن ………………………………………………………………33
2-4-2) هم ژل سازي ……..………………………………………………………..33
2-4-3) تلقيح .…………………………………………………………………….34
2-4-4) تبادل يوني(تلقيح بااثر متقابل فلزوپايه) ..….………………………………….35
2-4-5) مخلوط كردن نمك موليبدن-تلقيح نيكل…..…………………………………36
بخش دوم : بررسيها و عمليات آزمايشگاهي ….……………………………………37
فصل3)ساخت پايه كاتاليست…………………………………………………………38
3-1) مراحل ساخت سيليكاآلومينا….…..……………………………………………38
3-1-1) مراحل ساخت سيليكاآلومينا….……………………………………………38
3-1-2) شستشوي ژل سيليكاآلومينا………………………………………………..39
3-1-3) خشك كردن ژل …..…………………………………………………….40
3-1-4) اكسترود كردن و عمليات حرارتي نهايي….…………………………………40
3-2) عمليات آزمايشگاهي …………………………………………………………….43
3-3) جمع بندي ….…………………………………………………………………45
3-4) پارامترهاي بررسي شده هنگام ساخت سيليكاآلومينا…,,……………………………45
3-4-1) تأثيرpH ژل سيليكاآلوميناروي مشخصات بافتي آن…………………………..45
3-4-2) تأثيرزمان پيركردن ژل سيليكا آلومينادر7=pHروي مشخصات بافتي آن….,……45
3-4-3) تأثير مقدار سديم , روي سطح سيليكاآلومينا…,……………………………45
فصل 4) ساخت كاتاليست …………………………………………………………..46
4-1) عمليات آزمايشگاهي ,….…………………………………………………….46
4-1-1) تلقيح همزمان ,,…….……………………………………………………46
4-1-2) مخلوط كردن نمك موليبدن-تلقيح نيكل……………………………………46
4-1-3) مخلوط كردن ……………………………………………………………47
4-2) جمع بندي …….……………………………………………………………48
فصل 5) بررسي عملكرد كاتاليست …………………………………………………53
5-1) شرح دستگاه و عمليات ………………………………………………………53
5-2) محاسبه درصد تبديل,گزينش پذيري محصولات ميان تقطيرو بازده……………….59
مقدمه
نفت خام , مخلوط پيچيده ايست از هيدروكربنهاي مختلف گروههاي پارافيني , نفتي و آروماتيك , علاوه بر اين در نفت خام مقادير كمي نيز تركيبات گوگرددار , نيتروژندار و فلزاتي نظير نيكل و واناديم وجود دارد.
در نقطير نفت خام بر اساس فاصله جوش , برشهاي مختلف بدست ميآيد. برشهايي كه در دماي كمتر از oC180 ميجوشند , به عنوان « برشهاي سبك» در نظر گرفته ميشوند. برشهايي كه دردماي بين oC180 تا oC360 ميجوشند , «مواد ميان نقطير 1» ميباشد و برشهاي با نقاط جوش بالاتر از oC360 « برشهاي سنگين » ناميده ميشوند. برشهاي مختلف حاصل از تقطير نفت خام و كاربردهاي آنها در جدول (الف) نشان داده شده است.
جدول الف: برشهاي مختلف حاصل از تقطير نفت خام
Typical use | Boiling range , oC | Fraction |
Fuel , LPG , olefins | Up to 10 | Gas (up to C4 |
Gasoline blend | 10 – 80 | Lt,naphta |
Gasoline blend (after reforming),jet | 80 – 180 | Hv , naphta |
fule, surce of aromatice | ||
Jet fuel , kerosene | 180 – 260 | Kerosene |
FCC feed , diesel fuel | 260 – 360 | Atm , gas oil |
Source of VGO (by vacuum distil),fuel oil,some | ~ 369 + | Atm , residue |
hydroprocessd | ||
Asphalt ,coke ,lube oil,some hydroprocessrd | ~ 560 + | Vacuum residue |
|
فرآيندهاي پالايش , به منظور بهبود كيفيت برشهاي نفتي و تبديل برشهاي نفتي نامرغوب به فرآوردههاي مطلوب (نظير سوختها) طراحي شدهاند. شكل (الف) نمودار عمليات پالايش نفت خام را نشان ميدهد.
محصولات نفتي بدست آمده از فراورش نفت خام , به تقاضاي بازار بستگي دارد. به عنوان مثال پالايشگاههاي ايالات متحده آمريكا روي توليد سوختهاي وسايل نقليه , بخصوص بنزين , متمركز شدهاند. در حاليكه در ايران مواد ميان تقطير نظير گازوئيل و نفت سفيد كاربرد بيشتري دارند.
فرآيندهاي شكست , جهت تبديل برشهاي سنگين حاصل از تقطير نفت خام , به محصولات مطلوب مورد استفاده قرار ميگيرند. فرايند هيدروكراكينگ , به علت امتيازات زياد بيشترين كاربرد را دارا است.
بخش اول
مباحث نظري
فصل 1
فرآيند هيدروكرانيگ
1-1) تاريخچه فرآيند
اولين فرآيند هيدروكراكينگ تجاري در سال 1927 در آلمان پايه گذاري شد. اولين كاتاليست فرآيند , سولفيد تنگستن به شكل قرص بود كه در طول جنگ جهاني دوم , نيكل بر پايه آلومينا و سيليكا – آلومينا مورد استفاده قرار ميگرفتند.
|
رشد سريع هيدروكراكينگ در دهه 1960 , با رشد كاتاليستهاي جديد بر پايه زئوليت توأم شد. در اوايل دهه 1970 , رشد فرآيند هيدروكراكينگ سريع شد و در اواخر اين دهه , به علت هزينه بالاي هيدروژن و گران بودن اين فرآيند نسبت به كراكينگ كاتاليستي جهت توليد بنزين , سرعت رشد آن تقليل پيدا كرد. در دهه 1980 و 1990 توسعه فرآيند هيدروكراكينگ در ايالات متحده با سرعت كمي ادامه پيدا كرد , در حاليكه در ديگر نقاط جهان , رشد آن با سرعت زيادي ادامه يافت. ظرفيت هيدروكراكينگ در سراسر جهان تا سال 2000 در شكل (1-1) نشان داده شده است.
1-2) معرفي فرآيند.
فرآيند هيدروكراكينگ , يكي از فرآيندهاي كاتاليستي پالايش نفت است كه برشهاي سنگين با نقاط جوش بالا را به محصولات سبكتر با نقاط جوش پائينتر , تبديل ميكند. در اين فرآيند , شكست پيوند كربن – كربن و متعاقب آن هيدروژناسيون تركيبات سير نشده حاصل , صورت ميپذيرد. فرآيند هيدروكراكينگ نقش مهمي را در پالايش نفت ايفا ميكند. جايگاه اين فرآيند در شكل (الف) نشان داده شده است. مزيت اصلي فرآيند هيدروكراكينگ نسبت به ديگر فرآيندهاي شكست , نظير كراكينگ حرارتي و كراكينگ كاتاليستي , انعطاف پذيري آن است كه باعث ميشود محدوده وسيعي از خوراك به محصولات مختلف تبديل شوند. بطوريكه با تغيير خوراك , نوع فرآيند م شرايط عملياتي و طراحي كاتاليست , بازده و كيفيت محصولات تغيير ميكند. انواع خوراك و محصولات فرآيند در جدول (1-1) و شرايط عملياتي آن در جدول (1-2) ارائه شده است.
جدول (1-1) : انواع خوراك و محصولات فرآيند هيدروكراكينگ
محصولات | خوراك |
• LPG | • Straight tun gas oils |
• Motor gasolines | • Vacuum gas oils |
• Reformer feede | • FCC cycle oils |
• Jet fuels | • Coker gas oils |
• Diesel fuels | • Thermally cracked stock |
• Heating oils | • Deasphalted oils |
جدول (1-2) : شرايط عملياتي فرايند هيدروكراكينگ
متغير عملياتي | محدوده تغييرات |
دماي بستر كاتاليستي | oC 450 – 300 |
فشار | Bar 200 – 85 |
سرعتي فضائي (LHSV) | 5/2 – 5/0 |
نسبت هيدروژن به خوراك | 1685 – 505 |
مصرف هيدروژن | 590 – 200 |
1-3) انواع فرآيند
فرآيندهاي هيدروكراكينگ به دو صورت انجام ميشوند : يك مرحلهاي و دو مرحلهاي.
1-3-1) فرآيند يك مرحلهاي :
الف ) فرآيند يك مرحله اي با جريان برگشتي :
در يكي از شكلهاي فرايند يك مرحلهاي با جريان برگشتي , فقط يك نوع كاتاليست را راكتور مورد استفاده قرار ميگيرد. خوراك تازه و خوراك تبديل نشده , همراه با هيدروژن اضافي و هيدروژن جبراني وارد بستر كاتاليستي ميشوند. جريان خروجي از راكتور , وارد جدا كنندههاي فشار بالا و فشار پائين شده و هيدروژن اضافي جدا ميگردد. محصول مايع به برج تفكيك محصولات , كه محصولات نهايي را از خوراك تبديل نشده جدا ميكند , ارسال ميگردد. واحدهايي كه جهت ماكزيمم كردن محصول ديزل طراحي شدهاند , از اين فرآيند , همراه با كاتاليست آمورف , استفاده ميكنند.
در يك شكل ديگر , از دو نوع كاتاليست , در يك راكتور و يا دو راكتور كه به صورت سري قرار گرفتهاند , استفاده ميشود. نمودار جريانهاي اين فرآيند در شكل (1-2) نشان داده شده است. اولين كاتاليست ( كاتاليست هيدروتريتينگ [1]) گوگرد و نيتروژن موجود در تركيبات آلي گوگردار و نيتروژندار خوراك را , به تبديل ميكند. زيرا اثرات مخرب روي كاتاليستهاي هيدروكراكينگ كمتر از تركيبات آلي مربوط است. كاتاليست فرآيند هيدروتريتينگ , موليبدن يا تنگستن و نيكل يا كبالت به شكل سولفيد , بر روي پايه آلومينا ميباشد. شرايط عملياتي آن , عبارتست از دماي بين (o C 450 – 300) و فشار هيدروژن (bar 200 – 85) دومين كاتاليست كه ممكن است در راكتور ديگري قرار گرفته باشد , كاتاليست فرآيند هيدروكراكينگ است. خوراك تبديل نشده به اولين يا دومين راكتور , برگشت داده ميشود
1 Middle distillatcs
[1] تصفيه هيدروژني
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.