مطالعه فرآیند تقطیر کاتالیزی شده اترسازی بنزین سبک FCC

Thread Content

«دانشگاه حمل و نقل لانچوان»، سال ۲۰۱۲؛ مطالعه فرآیند تقطیر کاتالیتیک اترسازی بنزین FCC. نویسنده: هوانگ جینگ
【خلاصه】: بنزین حاصل از فرآیند شکست کاتالیتیک (Fluid-bed catalytic cracking، به اختصار FCC) یکی از منابع اصلی سوخت خودروها است. در کشور ما، بنزین حاصل از این فرآیند ۷۵٪ از کل بنزین تولید شده را تشکیل می‌دهد. ویژگی‌های این بنزین عبارتند از میزان بالای الکن‌ها و گوگرد، پایداری پایین، و کیفیت آن که نمی‌تواند استانداردهای جدید را برآورده کند؛ این موضوع نیز یکی از چالش‌های اصلی در بهبود کیفیت بنزین محسوب می‌شود. در حال حاضر، روش‌های اصلی که شرکت‌های پالایشی داخلی برای کاهش میزان الکن‌ها و گوگرد در بنزین FCC به کار می‌برند، شامل هیدروژناسیون، کاهش الکن‌ها به صورت کاتالیتیک و فناوری اتریزاسیون بنزین سبک است. استفاده از روش هیدروژناسیون می‌تواند به طور مؤثر میزان الکن‌ها و گوگرد در بنزین را کاهش دهد، اما معایبی نیز دارد؛ از جمله مصرف بالای هیدروژن و کاهش زیاد اکتان‌سن بنزین ； استفاده از کاتالیزورها برای کاهش اولفین‌ها، می‌تواند میزان اولفین‌ها در بنزین را به طور مؤثر کاهش دهد؛ اما مشکل کاهش بازدهی تولید بنزین نیز وجود دارد ； و استفاده از فناوری اترسازی بنزین سبک، یکی از روش‌های مؤثر برای بهبود کیفیت بنزین کاتالیزوری شده است. فناوری اترسازی بنزین با کاتالیز، در داخل و خارج از کشور مورد تحقیقات فراوانی قرار گرفته است. ویژگی فناوری اترسازی بنزین سبک با کاتالیز این است که الکن‌های کربنی ترتیبی موجود در بنزین سبک می‌توانند با CH3OH واکنش اترسازی داده و اترهای مربوطه را تولید کنند؛ این فرآیند هم باعث کاهش میزان الکن‌ها در بنزین می‌شود و هم اکتان‌شمار بنزین را افزایش می‌دهد. همچنین، حدود ۴٪ از متانول به اجزای تشکیل‌دهنده بنزین تبدیل می‌شود. این فرآیند، هم روشی برای افزایش کیفیت بنزین است و هم روشی برای تبدیل متانول کم‌ارزش به اجزای با ارزش بالاتر در بنزین. اترسازی بنزین سبک، به عنوان یک فناوری نوین برای بهبود کیفیت بنزین، دارای شرایط واکنش اترسازی ملایم، فرآیند پیچیده‌ای نیست و اثربخشی قابل توجهی دارد؛ لذا مورد توجه گسترده شرکت‌های پالایشی در سراسر جهان قرار گرفته است و آن‌ها در رقابت با یکدیگر، فناوری‌های جدید مختلفی برای اترسازی بنزین سبک توسعه می‌دهند. شرکت‌های معروف خارجی مانند CDTECH، UOP، Neste، ARCO، IFP و BP، فناوری صنعتی اترسازی بنزین سبک کاتالیزی را توسعه داده‌اند و این فناوری را به بازارهای بین‌المللی عرضه کرده‌اند. این مقاله به بررسی فرآیند تقطیر کاتالیزی شده برای اترسازی بنزین سبک FCC می‌پردازد. در این روش، بنزین حاصل از فرآیند کاتالیزی شکست، به دو بخش بنزین سبک و بنزین سنگین تقسیم می‌شود. الکن‌های کربنی موجود در بنزین سبک می‌توانند با متان واکنش اترسازی داده و اترهای مربوطه را تولید کنند؛ این کار منجر به کاهش میزان الکن‌ها در بنزین سبک و افزایش اکتان‌شمار آن می‌شود. بنزین سنگین از طریق هیدروژناسیون و گوگردزدایی، میزان گوگرد موجود در بنزین کاتالیستی را کاهش می‌دهد؛ همچنین فناوری اترسازی بنزین سبک با فناوری هیدروژناسیون و گوگردزدایی بنزین سنگین ترکیب شده تا یک فرآیند کامل ایجاد شده و بنزین تمیز به دست آید. فرآیند اترسازی بنزین سبک FCC مورد مطالعه در این پایان‌نامه شامل موارد زیر است: نخست، جداسازی بنزین سبک FCC؛ که در آن از طریق توربین تقطیر چندکاره، فراکشن‌های بنزین سبک با نقطه جوش کمتر از ۷۰ درجه سانتی‌گراد و فراکشن‌های بنزین سنگین با نقطه جوش بیشتر از ۷۰ درجه سانتی‌گراد جدا می‌شوند ； دوم، هیدروژناسیون انتخابی؛ بنزین سبک پس از برش، وارد راکتور هیدروژناسیون انتخابی می‌شود تا دی‌الفین‌ها از آن حذف شوند ； سوم، واکنش اترسازی در بستر ثابت است؛ بنزین سبک حاوی مقدار زیادی از الکن‌های کربنی C5 و C6 است که می‌توانند به ترتیب با متان واکنش داده و منجر به تولید متیل-تری‌اوکتیل اتر (TAME) و متیل-تری‌هگزیل اتر (THXME) شوند ； چهارم، کاتالیزورها برای فرآیند اترسازی عمیق در توربین‌های تقطیر استفاده می‌شوند؛ موادی که از راکتورهای با بستر ثابت خارج می‌شوند، وارد توربین‌های تقطیر کاتالیزوری می‌گردند تا مواد مورد نیاز برای تهیه سوخت بنزینی نوع TAME به دست آید. این کار منجر به کاهش میزان الکن‌ها در بنزین و افزایش شاخص اکتان آن می‌شود. سینتیک واکنشی تولید اتر متیل-ترت-امیل (TAME) از طریق واکنش اترسازی متانول با یکی از ترکیبات اصلی، یعنی ایزوپنن، در راکتورهای بسته کوچک، مورد مطالعه قرار گرفت. معادلات دینامیکی واکنش آیزوپنتن با متان مورد بررسی قرار گرفت. پس از تأیید این معادلات، خطای نسبی میان مقادیر محاسبه‌شده و آزمایشی درزیروسازی آیزوپنتن کمتر از ۵٪ بود؛ این امر نشان می‌دهد که این معادلات می‌توانند فرآیند الکیلاسیون آیزوپنتن را به خوبی توصیف کنند. فرآیند جداسازی بنزین سبک FCC مورد مطالعه قرار گرفت؛ آزمایش‌های جداسازی بنزین سبک در یک تقطیرخانه چندکاره با ظرفیت ورودی ۲ لیتر در ساعت انجام شد. چندین عامل که بر کارایی جداسازی بنزین سبک تأثیر می‌گذارند، بررسی شدند؛ از جمله: تعداد صفحات تقطیر، موقعیت ورودی مواد، فشار عملیاتی، نسبت بازگشت مایعات و میزان استخراج محصول از بالای تقطیرخانه. بر اساس این آزمایش‌ها، بهترین پارامترهای عملیاتی برای تقطیرخانه چندکاره به شرح زیر بود: از ۱۶ صفحه تقطیر استفاده شد؛ صفحه ورودی مواد، صفحه شماره ۵ بود؛ دمای ورودی مواد ۷۰ درجه سانتی‌گراد، دمای کف تقطیرخانه ۱۹۵ درجه سانتی‌گراد، دمای بالای تقطیرخانه ۶۷ درجه سانتی‌گراد، فشار بالای تقطیرخانه ۰.۱۱۸ MPa و نسبت بازگشت مایعات ۱.۰ بود. در این شرایط، میزان استخراج الکن‌های کربنی C5 ۱۰۰٪ و میزان استخراج الکن‌های کربنی C6 ۹۵.۶۲٪ بود؛ در نهایت، بنزین FCC به بنزین سبک با دمای ≤۷۰ درجه سانتی‌گراد تبدیل شد. واکنش هیدروژناسیون انتخابی دی‌الفین‌ها در دستگاه‌های واکنش میکروسکوپی آزمایشگاهی، با استفاده از کاتالیزور LNEH-1، انجام شد. در طول آزمایش، عملکرد کاتالیزور LNEH-1 در حذف دی‌الفین‌ها و همچنین عملکرد ایزومریزاسیون آن بررسی گردید. نتایج نشان داد که میزان حذف دی‌الفین‌ها توسط کاتالیزور LNEH-1 می‌تواند بیش از ۸۰٪ باشد؛ همچنین عملکرد ایزومریزاسیون آن نیز خوب است. بنزین سبک حاصل از فرآیند هیدروژناسیون، به عنوان ماده خام برای فرآیند اترسازی استفاده می‌شود. در یک راکتور تخت ثابت با سرعت ورودی ۲ لیتر در ساعت، فرآیند اترسازی اولیه بنزین سبک در تخت ثابت مورد مطالعه قرار گرفت. شرایط مؤثر بر واکنش اترسازی در تخت ثابت، از جمله سرعت ورودی مواد، دمای واکنش و نسبت حجمی روغن به الکل، بررسی شد. بهترین شرایط واکنش برای اترسازی در تخت ثابت به شرح زیر مشخص شد: سرعت ورودی مواد ۲ ساعت‌بار است، دمای واکنش ۶۵ درجه سانتی‌گراد و نسبت حجمی روغن به الکل ۱۰ به ۱ است. در این شرایط واکنش، درصد تبدیل الکن‌های فعال C5 برابر ۶۶.۵٪ و درصد تبدیل الکن‌های فعال C6 برابر ۴۸.۸٪ بود. در یک کولون استخراج کاتالیتیک در آزمایشگاه با ظرفیت ورودی ۲ لیتر در ساعت، فرآیند اترسازی عمیق بنزین سبک مورد مطالعه قرار گرفت. تأثیرات میزان ورودی، دمای واکنش، نسبت الکل به اولفین و نسبت بازگشت جریان بر واکنش‌های استخراج کاتالیتیک بررسی شد. از طریق آزمایش‌ها، پارامترهای بهینه برای اترسازی عمیق در کولون استخراج کاتالیتیک به دست آمد: دمای ورودی ۶۵ درجه سانتی‌گراد، نسبت بازگشت جریان ۱.۰، دمای بالای کولون ۶۰ درجه سانتی‌گراد، فشار بالای کولون ۰.۲۴۳ مگاپاسکال، دمای پایین کولون ۱۱۳ درجه سانتی‌گراد و فشار پایین کولون ۰.۲۸۶ مگاپاسکال. در این شرایط عملیاتی، نرخ تبدیل کل اولفین‌های فعال C5 برابر با ۸۲.۵٪ و نرخ تبدیل کل اولفین‌های فعال C6 برابر با ۷۱.۰٪ بود. پس از تحلیل بنزین ترکیب‌شده با اتر، اکتان‌گراد بنزین FCC تغییر یافته شامل اتر، ۱ تا ۱.۶ واحد افزایش یافت؛ میزان الکن‌ها ۱۲.۸٪ کاهش یافت و فشار بخار اشباع نیز ۱۸.۸ کیلوپاسکال کاهش یافت. این مقاله، بر اساس تحقیقات آزمایشی، فرضیه ساخت یک واحد صنعتی برای الکل‌سازی بنزین سبک FCC با ظرفیت ۱۰۰ هزار تن در سال را مطرح کرده و محاسبات فرآیندی انجام داده است. بر اساس این محاسبات، تعداد تخته‌های نظری برج تقطیر کاتالیزی شده ۳۰ عدد، موقعیت تخته ورودی ۲۷ عدد، تعداد بلوک‌های بخش واکنش ۱۲ تا ۲۶ عدد، و محدوده دمای ورودی ۶۵ درجه سانتی‌گراد تا ۷۳ درجه سانتی‌گراد است. در حالت C، محدوده نسبت بازگشت، ۴ تا ۵.۴ است؛ محدوده D/F نیز بین ۰.۷ تا ۰.۸ قرار دارد. ارتفاع پر کردن کاتالیست در توربین تقطیر کاتالیتیک، ۱.۵۴ متر است و قطر داخلی این توربین، ۲.۵ متر می‌باشد. نتایج محاسباتی می‌توانند به عنوان مبنای فنی برای طراحی صنعتی توربین تقطیر کاتالیتیک برای الکل‌سازی بنزین سبک FCC مورد استفاده قرار گیرند. 【کلمات کلیدی】: Aspen Plus شبیه سازی سینتیک تقطیر کاتالیزوری و اتریفیکاسیون بنزین سبک کراکینگ کاتالیستی [واحد اعطای مدرک]: دانشگاه لانژو جیائوتنگ [سطح مدرک]: مدرک کارشناسی ارشد [سال اعطا شده]: 2012 [شماره طبقه بندی]: TE624.48 【کاتالوگ】: Abstract 4-6 Abstract6-12 Introduction 12-25 1.1 Introduction 12-13 1.2 فناوری اتریفیکاسیون بنزین سبک خارجی FCC 13-19 1.2.1 ویژگی های محصولات اتریفیکاسیون بنزین سبک کاتالیزوری 14-15 1.2.2.2.2. فن آوری اتریفیکاسیون بنزین 15-16 1.2.4 IFP فناوری اتریفیکاسیون بنزین سبک 16-17 1.2.5 CDTECH فناوری اتریفیکاسیون بنزین سبک 17-18 1.2.6 فناوری اتریفیکاسیون بنزین سبک SPA 18 1.2.7 فناوری بنزین سبک ARCO etherification e18 ARCO 19-23 1.3.1 پژوهشکده پتروشیمی Qilu فناوری اتریفیکاسیون بنزین سبک 19-20 1.3.2 فناوری اتریفیکاسیون بنزین سبک شرکت پتروشیمی فوشون 20-21 1.3.3 فناوری اتریفیکاسیون بنزین سبک مؤسسه تحقیقات نفت و پتروشیمی چین 21-22 فناوری اتریفیکاسیون بنزین سبک 21-22 Doo22 ساده 1.324. 1.4 مبانی و محتوای اصلی مبحث 23-25 2 سینتیک واکنش اتریفیکاسیون ایزوپنتن و متانول برای سنتز TAME 25-32 2.1 اصل تجربی سنتز TAME 25-28 2.1.1 اصل واکنش 25 2.1.1-26 مواد خام کاتالیستی 2.1.2.2. آزمایش ها و روش های تجزیه و تحلیل 26 2.1.4 تغییرات در محتوای هر جزء با زمان 26-27 2.1.5 اثر دما بر محتوای TAME 27-28 2.2 برقراری معادله سینتیکی 28-31 2.2.1 تست معادله جنبشی 31 2.313 لاین گازی 313 CC تحقیق فن آوری فرآیند تقطیر کاتالیزوری 32-57 3.1 اتریفیکاسیون بنزین سبک اصل و فرآیند واکنش تقطیر کاتالیستی 32-35 3.1.1 اصل واکنش اتریفیکاسیون بنزین سبک و متانول 32-33 3.1.2 3.1.2 اتریفیکاسیون بنزین سبک . روش های تحلیلی 34-35 3.1.5 محاسبه نرخ تبدیل ترت پنتن 35 3.1.6 روش تجزیه و تحلیل کمی محصولات اتری شده 35 3.2 اتریفیکاسیون کاتالیستی بنزین سبک مواد اولیه تقطیر کاتالیستی و کاتالیزورها 35-38 3.2.1 3.2.35 FCC-372. 3.2.3 کاتالیزور استریفیکاسیون رزین اسیدی قوی 37-38 3.2.4 بارگیری کاتالیست برج تقطیر کاتالیستی 38 3.3 تحقیق در مورد فرآیند برش و جداسازی بنزین FCC و بنزین سبک متوسط 38-45 3.3.1 تأثیر 3.2 اثر برش بر تعداد سینی های 3.3. موقعیت صفحه تغذیه بر روی اثر برش 40-41 3.3.3 تأثیر فشار عملیاتی بر اثر برش 41 3.3.4 تأثیر نسبت رفلکس بر اثر برش 41-42 3.3.5 تأثیر نرخ بازیابی بالای برج بر اثر برش عملکرد هیدروژناسیون انتخابی کاتالیزور LNEH-1 45-48 3.4.1 تأثیر زمان واکنش بر عملکرد هیدروژناسیون انتخابی کاتالیزور 45-46 3.4.2 تأثیر دمای واکنش بر هیدروژناسیون انتخابی و عملکرد ایزومریزاسیون کاتالیزور 46-47 3.4.3 تأثیر مکان یابی هیدروژنی بر عملکرد کاتالیزور انتخابی و مکان یابی مایع بر روی عملکرد هیدروژناسیون مایع است. 47-48 3.4.4 خلاصه 48 3.5 FCC تخت ثابت بستر ثابت واکنش پیش اتریفیکاسیون FCC 48-52 3.5.1 اثر سرعت فضای مایع بر اتریفیکاسیون بنزین سبک 48-49 3.5.2 اثر دمای واکنش بر روی اتریفیکاسیون بنزین سبک 49-50-50. اتریفیکاسیون بنزین سبک 50-51 3.5.4 نتایج آزمایش پیش اتریفیکاسیون بنزین سبک 51-52 3.5.5 خلاصه 52 3.6 آزمایش اتریفیکاسیون عمیق تقطیر بنزین سبک کاتالیزوری 52-57 3.6.1 برج تقطیر کاتالیزوری Al.2.2. مقایسه ج_5 اثر نرخ تبدیل الفین فعال 53-54 3.6.3 نسبت رفلاکس بر C_5 تأثیر نرخ تبدیل الفین فعال 54-55 3.6.4 نتایج آزمون اتریفیکاسیون عمق تقطیر کاتالیزوری 55-56 3.6.5 خلاصه 56-57 4 نتایج تجزیه و تحلیل و اندازه گیری کراکینگ کاتالیزوری ترکیبی از خواص بنزین ترکیبی 57-60 عدد CCF و 4.1 Complexedo. بنزین 57 4.2 مقایسه خواص فیزیکی محصولات و مواد خام بنزین مخلوط 57-58 4.3 خلاصه 58-60 5 100000t/aFCC بنزین سبک اتریفیکاسیون واحد تقطیر کاتالیزوری فرآیند شبیه سازی جریان 60-64 نرم افزار شبیه سازی 60-64 Pluscalsimulation 61. 5.1.1 توزیع دما با تعداد صفحات 60-61 5.1.2 توزیع دبی جرمی فاز گاز-مایع با تعداد صفحات 61 5.1.3 C_توزیع محتوای جرمی 5 الفین کربن سوم و TAME با تعداد صفحات 61-62 5.1.4 C_توزیع الفین های کربن سوم و محتوای جرمی THXME با شماره صفحه 62-63 5.2 خلاصه 63-64 نتیجه گیری 64-66 تشکر و قدردانی 66-67 مراجع 67-71 نتایج تحقیقات در طول مطالعه درجه 71