وبلاگ

گاز سنتز (H2 و CO) کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی و پتروشیمی دارد. از گاز سنتز برای تولید محصولاتی نظیر آمونیاک، متانول و… استفاده می شود و در صنایع غذایی برای تولید هیدروژن به کار می رود. همچنین به دلیل داشتن خاصیت احیاکنندگی در صنایع فولادسازی و ذوب فلزات کاربرد دارد فرآورده های جهانی از گاز طبیعی در نتیجه کشف میادین جدید نفتی و گازی و افزایش روش های تبدیل آن افزایش می یابد. در بسیاری از مناطق جهان از جمله ایران گاز طبیعی به وفور یافت می شود و قیمت آن نیز بسیار پایین است. ترکیب درصد گاز طبیعی بسیار گوناگون است، اما عمده آن متان می باشد. سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی، اتان، پروپان، بوتان، پنتان

 و نیتروژن، دی اکسید کربن و ترکیبات گوگرددار می باشد. گاز طبیعی از مخازن زیرزمینی صرفا گازی و یا منابع همراه با نفت خام قابل استحصال است. منبع دیگر تولید این گاز تجزیه باکتریایی مواد آلی می باشد. گاز طبیعی به عنوان محصولات جانبی در پالایشگاه ها نیز تولید می گردد. در تکنولوژی های صنعتی تبدیل گاز طبیعی به هیدروکربن های مایع (GTL) مرحله نخست تولید گاز سنتز می باشد. بنابراین بهینه کردن فرایند تولید گاز سنتز از اهمیت خاصی برخوردار است. یکی از باصرفه ترین روش های تولید گاز سنتز اکسیداسیون جزئی کاتالیستی گاز طبیعی می باشد.

فصل اول
فناوری GTL
با وجود اینکه فناوری تبدیل گاز به فرآورده های نفتی (GTL) برای بسیاری از توسعه دهندگان عمده این تکنولوژی مانند شرکت های نظیر شل، ساسول، اکسان موبیل و سنترولیوم کاملاً شناخته شده است، اما هنوز تأسیسات آن در جهان در مقیاس های تجاری محدود می باشد. در سال های اخیر، به کاربرد این فناوری برای استفاده از منابع گازی توجه زیادی شده است. افزایش قیمت نفت خام و به دنبال آن افزایش قیمت های فرآورده های نفتی در جهان، پیشرفت های حاصل در تکنولوژی GTL و کاهش هزینه های تولید فرآورده های نفتی تحت فرایند GTL باعث شده است که به تدریج، استفاده از این فناوری به یکی از راه های مهم استفاده از ذخایر گازی جهان تبدیل گردد. لازم به ذکر است، فناوری تبدیل گاز طبیعی به فرآورده های مایع (Gas to Liquids)، به فرایندی اطلاق می گردد که در آن بتوان، گاز طبیعی را به فراورده های باارزشی از جمله: متانول، دی متیل اتر، نفتا و سایر فرآورده های میان تقطیر (مانند گازوئیل و نفت سفید) و حتی بنزین تبدیل نمود. این فناوری هرچند بیش از 80 سال قدمت دارد، ولی در مقیاس تجاری، هنوز در ابتدای راه توسعه خویش قرار دارد. به طور کلی فرایند تبدیل گاز طبیعی به فرآورده های مایع شامل 4 مرحله است که عبارتند از:
1- خالص سازی گاز
2- تولید گاز سنتز (مخلوط منواکسید کربن و هیدروژن)
3- فرایند فیشر – تروپش (تبدیل گاز سنتز به فرآورده های نفتی)
4- ارتقا و بالا بردن کیفیت محصول نهایی

موضوع پایان نامه حاضر، تحقیق در یکی از زمینه های ناشناخته فرایند تقطیر واکنشی است . این فرایند
همانطور که از نامش پیداست عبارتست از انجام همزمان دو فرایند واکنش شیمیایی و جداسازی بکمک
تقطیر در یک ستون . روش تقطیر واکنشی مخصوصا ” برای رده وسیعی از واکنش های گرمازا در فاز مایع
دارای مزایایی نظیر، محدود نبودن میزان تبدیل واکنش کنندگان به تعادل شیمیایی، کاهش حجم و تعداد
تجهیزات فرایندی مورد نیاز، کاهش میزان مصرف انرژی بخاطر استفاده از گرمای واکنش در عمل تقطیر،
افزایش گزینش گری فرایند بخاطر خروج مداوم محصول از محیط واکنش و سهولت کنترل سیستم
می باشد.
یکی از کاربردهای فرایند تقطیر واکنشی تولید اترهایی نظیر ترشری آمیل متیل اتر می باشد. این ماده بعد از
به دلیل خواص خوب خود به عنوان یکی از مهمترین افزودنی ها به بنزین موتور جهت خوش MTBE
توجه محققین به MTBE جهت تولید C سوزی استفاده میشود. در سالهای اخیر بدلیل کمبود خوراک 4

مجتمع ها جهت تولید ترشری آمیل متیل اتر معطوف FCC خروجی از واحدهای C استفاده از برش 5
گردیده است. در این تحقیق شبیه سازی فرایند تولید این ماده در برج تقطیر واکنشی بکمک نرم افزارهای
اصلی مهندسی شیمی ارائه خواهد شد.
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1 هدف از تحقیق:
هدف از این تحقیق که در پیش روی شماست مدلسازی و شبی ه سازی فرایند تقطیر واکنشی می باشد. یکی از
عملیاتهای مهم در صنایع شیمیایی تقطیر واکنشی است . این فرایند از ادغام رآکتور شیمیایی و برج
جداسازی حاصل شده که به علت تقابل انتقال جرم و س ینتیک واکنش جزء فرایندهای پیچیده شیمیایی
تلقی می شود. این عملیات در بهبود اقتصاد فرایند نقش به سزایی داشته و به ویژه برای واکنشهایی که از
محدودیت تعادل برخوردار هستند، فوق العاده کاربردی بوده که در صورت طراحی دقیق، به درصد تبدیل
مناسبی از محصول دست خواهیم یافت.
در این پروژه مدلسازی برجهای تقطیر از دو منظر مختلف و کاربردی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. یکی
دیدگاه مدل سازی تعادلی ستونهای تقطیر است که بر پایۀ وجود تعادل ترمودینامیکی در هر مرحله می باشد و
دیگری دیدگاه غیرتعادلی است که از فرض تعادل مرحله ای استفاده نکرده و اثر انتقال جرم ، انرژی و حرارت
را پایه مدلسازی خود قرار می دهد.
در ادامه اصول طراحی مفهومی فرایند تولید ترشری آمیل متیل اتر به عنوان سیستم تحت بررسی استخراج
شده و از اطلاعات بدست آمده از طراحی مفهومی جهت شبیه سازی تولید این ماده توسط دو نرم افزار
استفاده شده که در نهایت نتایج بدست آمده از این شبیه سازی در Hysys و 3.0.1 Aspen plus کاربردی 11
فصل پنجم ارائه شده است.

:
از آغاز ، تمامی نیاز های خود را از زمین به دست آورده است . گیاهان رابرای رفع
گرسنگی و آب را برای رفع تشنگی و مواد معدنی را برای ساخت ابزارآلات مختلف
از زمین گرفته است . در ازای هر ماده ای که از زمین می گیرد به زمین و محیط
زیست آسیب وارد می کند . به خصوص درباره مواد معدنی که با عملیات مختلف
معدنکاری زیر زمینی و روباز و همچنین فرآوری مواد معدنی خسارات زیادی را به
زمین وارد کرده است . در سال های اخیر استفاده درست از معادن و کاهش آلودگی
های حاصل از معدنکاری در دستور کار دولت ها قرار گرفته است . فراوری مواد معدنی

با ایجاد پساب ها و باطله های سمی مضر یکی از عوامل مهم آلودگی محیط زیست
است .
آلودگی های زیست محیطی باعث از بین رفتن اکوسیستم منطقه شده و زیان های
جبران ناپذیری را به بار خواهد آورد . لذا همواره سازمان های زیست محیطی در
جهت حفاظت از این نعمت دست نیافتنی کوشش کرده و با ایجاد قوانین و مقررات
سختگیرانه مانع آلوده شدن بیش از پیش منابع طبیعی و محیط زیست می شوند .
یکی از مواد مهم و سمی که در صنعت و معدنکاری استفاده ارد سیانید است .
کاربرد سیانید در فلز کاری و آبکاری و در لیچینگ مواد معدنی طلا و نقره است .
با توجه به اینکه طلا از جمله فلزات قیمتی محسوب می شود لذا صرف نظر از
فراوری این ماده معدنی امری غیر ممکن است . از جهتی آلودگی هایی که فراوری
این ماده معدنی براثر استفاده سیانید بر محیط زیست می گذارد شدید و در پهنه
گسترده ای است . این ماده اثرات بسیار مخربی برروی گونه های گیاهی و جانوری
و حتی انسان ها می گذارد . با توجه به خواص سمی و بسیار شدید سیانید گونه های
جانوری به خصوص ماهیان و آبزیان در مواجه با این ماده سمی بی دفاع و کاملا آسیب
پذیر هستند . به طوری که در همه آلودگی های زیست محیطی ناشی از سیانید مقدار
زیادی از آبزیان و حتی وحوش منطقه از بین رفته اند . بنابراین روش هایی که برای
حذف این ماده خطرناک وجود دارد برای حفظ گونه های جانداران و محیط زیست
بسیار حائز اهمیت بوده و تلاش برای ایجاد روش هایی نوین که اثرات این آلودگی
را با قدرت بیشتر و هزینه کمتر و صرف وقت کمتر از بین ببرد همواره در ذهن کار
شناسان محیط زیست است .

در تعیین سینتیک انحلال یک حل شونده در یک حلال میزان انرژی اکتیواسیون و تاثیر پارامترهای موثر بر حلالیت از اهمیت فوق العاده ای برخوردار می باشند.
به طور خلاصه پارامترهای تاثیرگذار عبارتند از:
1- اندازه ذرات حل شونده
2- غلظت محلول
3- دمای انحلال
4- سرعت هم زدن
همچنین عوامل دیگری هم وجود دارند که ممکن است به طور خاص در یک سیستم مورد مطالعه قرار گیرد مانند تاثیر حضور یک اسید و یا یک باز خاص و یا تاثیر تابش امواج مافوق صوت به محلول.
در بخش دوم سنیتیک انحلال چند ماده مختلف را ارزیابی و با نحوه ارائه سینتیک و بعضی تفاوت های موجود آشنا می شویم. در فصل سوم سینتیک انحلال از منظری دیگر مورد توجه قرار گرفته است. از آنجا که پلی وینیل الکل یک پلیمر است با بهره گرفتن از نظریه فلوری –

 هاگینز و میزان تورم پلیمر برحسب زمان و ضخامت ذرات پلیمر سینتیک ارائه شده است.

در بخش چهارم از معادلات انتقال جرم استفاده شده و با داشتن ضریب نفوذ پلیمر در آب و سایر مشخصات به مطالعه سینتیک انحلال پرداخته شده است. پیش بینی پروفیل غلظت ذرات حل شونده دارای اهمیت بسیار بالایی در طراحی و کارکرد یک ظرف ناپیوسته دارد. برای بررسی اثرات پارامترهای موثر از تئوری سرعت نهایی – سرعت لغزشی استفاده می شود.
بخش اول
کلیات سینتیک انحلال
1-1- اهداف مطالعه حاضر
طی سالهای اخیر مطالعات دامنه داری در صنایع مختلف، برای تعیین سینتیک انحلال مواد گوناگون در حلال های مختلف و با حضور یک اسید و یا مواد دیگر و همچنین عوامل دیگری مثل حضور امواج مافوق صوت و… صورت گرفته است. مشاهده می شود که حالات متصور بسیار متعدد و گوناگون ایجاد می گردد و این نشان دهنده گستردگی مبحث سینتیک انحلال است. تعیین سینتیک انحلال می تواند کمک شایانی به طراحی فرایندهای مربوطه و جلوگیری از هدر رفت مواد و انرژی و تهیه مواد با خلوص و اطمینان بیشتری و همچنین جلوگیری از اطاله زمان نماید.

در پروژه های بازیافت نفت ،گاز به دلایل مختلف از جمله تثبیت فشار مخزن و ازدیاد برداشت به درون
مخزن تزدیق و مقدار گازی كه از بالا به نفت تزریق می شود در نفت حل می شود، باعث كاهش ویسكوزیته،
كشش سطحی و دانسیته شده كه تحقیقات نشان می دهد سرعت حل شدن گاز در هیدروكربن های مایع (نفت
خام) به ضریب نفوذ بستگی دارد.در مخازن نفت تخمین سرعت انتقال جرم برای تعیین میزان گاز نفوذ كرده در
نفت در تزریق گاز لازم می باشد. پس یكی از مهمترین خواص در محاسبات سرعت انتقال جرم ،ضریب نفوذ می
باشد . تولید از مخازن نفتی با روش تخلیه طبیعی تنها به برداشت كسر كوچكی از كل نفت (حدود 10 تا 15
درصد) در جای اولیه منجر می شود. این مقدار بستگی به عوامل متعددی از جمله چگونگی مكانیسم
رانش،خواص سنگ و سیال مخزن و …. دارد.
از این رو مقوله مهمی به نام ازدیاد برداشت از مخازن نفتی مطرح شده است كه اگر چه با هدف تثبیت
فشار، كاهش ویسكوزیته برداشت از مخزن را تا حد معینی بالا می برد ؛ اما با این وجود هنوز قسمت اعظم نفت
در زیرزمین باقی می ماند. به طور كلی بر اساس زمان برداشت از مخازن، بازیابی به سه دسته برداشت نوع اول
،دوم و سوم دسته بندی می شوند.
در برداشت نوع اول نیروی محركه اختلاف فشار مخزن و فشار انتهای چاه تولید می باشد. در این روش

تنها 10 تا 20 % از كل نفت قابل بازیابی است در برداشت نوع دوم ،مخازن گازی تحت تأثیر تزریق گاز یا رانش
طبیعی آب برای تخلیه قرار می گیرند . در بازیابی نوع سوم ،روش های حرارتی تزریق گاز و مواد شیمیایی انجام
می گیرد كه می تواند بازیابی هیدروكربنها را به طور اساسی افزایش دهد.تزریق گاز در ازدیاد برداشت یكی از
مؤثرترین و اقتصادی ترین روش ها است.
در سال های اخیر مسأله ی میزان انتقال جرم ،بخصوص در مخازن شكاف دار به هنگامیكه یک گاز به
مخزن نفت جهت بازیافت تزریق می گردد مورد توجه و اهمیت فراوان قرار گرفته است . بر اثر استخراج از این
مخازن حالت تعادلی كه در میلیون ها سال در این مخازن شكل گرفته به هم خورده و مواد از جایی با غلظت
زیاد به محلی باغلظت كم وارد می شوند. میزان سرعتی كه مواد تحت آن حركت می كنند در هر نقطه و در هر
جهتی به گرادیان غلظت در آن نقطه و جهت بستگی دارد. در مخازن نفتی بدست آوردن نرخ انتقال جرم به
وسیله ی نفوذ مولكولی در محاسبه ی مقدار گاز نفوذی به داخل نفت در پروژه های تزریق گاز ضروری می
باشد.
با توجه به موارد فوق و موارد دیگری از كاربرد ضریب نفوذ ملكولی در مخازن نفتی به اهمیت تعیین
دقیق ضریب نفوذ ملكولی پی می بریم ؛اما با توجه به این اهمیت هنوز هم رابطه ای كه بتواند مقدار قابل قبولی
برای محاسبه ضریب نفوذ ملكولی به ما بدهد وجود ندارد .در ادامه ی این بخش تاریخچه ای از تلاش های انجام
شده در این زمینه در سال های گذشته را بیان می كنیم.
اولین اندازه گیری ضریب نفوذ ملكولی در سیستمهای هیدروكربنی توسط
, ودر سال 1971 Woessner, در سال 1956 انجام شد . در سال 1969 Reamer آن توسط
در سال 1995 Riazi در سال 1988 و Renner ، در سال 1976 Sigmund تحقیقاتی را انجام دادند Mckay
تكنیک هایی برای محاسبه ی ضریب نفوذ مولكولی برای سیستم های هیدروكربنی در فشارهای بالا گزارش
دادند كه بیشتر این كارها به دلیل محدودیت های دستگاهی، در محدوده فشارهای پایین تر از فشار مخزنی
انجام شده است.
علاوه بر اینها برای محاسبه ی ضریب نفوذ از داده های آزمایشگاهی تقریب های زیاد و مختلفی برای
مدل كردن داده ها در نظر گرفته می شد، كه این دلیل اصلی برای اختلاف در ضریب نفوذ ملكولی اندازه گیری
شده در شرایط یكسان برای یک سیستم یكسان توسط افراد مختلف می باشد. برای مثال ؛سیگموند
30 را برای ضریب ×10 -9 m/sec 311 مقدار 2 k 37/7 و درجه حرارت bar در سال 1976 در فشار Sigmund
7 را ×10-9 m / sec در همین شرایط و سیستم مقدار 2 (Graue) نفوذ متان –پروپان گزارش داد . در حالیكه
گزارش داده بود كه این اختلاف برای سیستم های مایع در فشار بالا بیشتر هم خواهد شد.
به طور كلی روش های مختلفی برای اندازه گیری ضریب نفوذدر سیستم های هیدروكربوری مورد
استفاده گرفته است كه در فصل 3 ، چند روش به تفصیل آورده شده است.
در این جا لازم است به نكته اشاره كرد كه اغلب ضرایب نفوذ بدست آمده توسط محققین به روش های
می باشند و چون نفت مخلوط تعداد زیادی از هیدروكربورها (Binary) گفته شده برای سیستم های دو جزئی
می باشد. مقادیر دو جزئی بایستی به مقادیر چند جزئی تبدیل گردند كه در این زمینه نیز هنوز رابطه صحیحی
(Porous وجود ندارد اغلب ضرایب بدست آمده توسط محققین در توده سیال می باشد. وجود محیط متخلخل
ضریب نفوذ را كاهش می دهد كه مقدار كاهش تابع درجه تخلخل و ساختمان داخلی محیط متخلخل media)
می باشد و در پایان ذكر این نكته لازم است كه محاسبه ضریب نفوذ در مخلوط های چند جزئی و همچنین
تأثیر مخزن بر روی ضریب نفوذ هنوز در مرحله شناسایی می باشد.