وبلاگ

:
هنگامی که یک شرکت پالایشی تصمیم به افزایش ظرفیت می گیرد طبیعتاً اولین واحدی که باید مورد ارزیابی قرار گیرد واحد تقطیر یا اصطلاحاً ( Topping Unit )  می باشد . سعی در برداشتن گلوگاه ها از امـکانات و قابلیت‌های موجــود کــه غالباً Retrofit Design   گفته می شود ، کم هزینه ترین و سریعترین راه جهت دستیابی به ظرفیتهای تولید بالاتر با قبـــول کمــتریـن ریسک می باشد.
بالا رفتن قیمت محصولات نفتی و به تبع آن هزینه های انرژی که به علت تحولات سیاسی و بین المللی صورت گرفته است باعث شد تا کشورهای صنعتی که بزرگترین مصرف کنندگان انرژی در جهان هستند تلاشهای بسیاری را به منظور بهینه سازی صنایع نفتی و پتروشیمیایی که بزرگترین و پر مصرف ترین صنایع از لحاظ مصرف انرژی می باشند ، انجام دهند . نتیجه این تلاشها عمدتاً به دو صورت زیر بیان می گردد:
1- کاهش مصرف انرژی به روش استفاده بهینه از انرژیهای موجود در واحد صنعتی مورد بحث
2- تجدید نظر در طراحی و ساختار واحدهای نفتی و پتروشیمی
معمولاً در روش اول نیازبه انجام تغییرات اساسی در ساختار واحد نمی باشد لذا هزینه های انجام شده کمینه خواهد بود . در حالیکه در روش دوم غالباً نیاز به انجام یک سری تغییرات جهت دستیابی به هدف مورد نظر می باشد .
در این بحث ابتدا مروری بر تئوری موجود در تقطیر معمولی خواهیم داشت. آنگاه به شرح تقطیر پیشرفته (Progressive distillation) و روش های ممکن جهت اِعمال و به کارگیری آن (در واحد تقطیر 100 پالایشگاه آبادان) خواهیم پرداخت. سپس با انجام شبیه سازی شرایط مختلف فرایندی و میزان مصرف انرژی را در دو حالت تقطیر معمولی و پیشرفته مقایسه خواهیم کرد. همچنین توضیح مختصری در رابطه با شبیه سازی و نحوه انجام آن برای واحد مورد بحث داده خواهد شد.
فصل اول: تقطیر نفت خام
1-1- تقطیر نفت خام
دستگاه های تقطیر نفت خام ، نخستین واحدهای فرآورش عمده در پالایشگاه هستند . این دستگاه ها برای تفکیک نفت خام به روش تقطیر به اجزایی بر حسب نقطه جوششان به کار  گرفته  می شوند ، بدین ترتیب که منابع خوراک هر یک از واحـدهای فــرآورش بعـدی با توجه به مشخصه های مورد نیازشان تهیه می شوند . به منظور دستیابی به بازدهی های بالاتر و هزینه های پایینتر ، تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می گیرد:
– مرحله اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار جو
– مرحله دوم ارسال باقیمانده دیر جوش مرحله اول به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلأ شدید عمل می کند.
از دستگاه تقطیر در خلأ ، برای جداسازی قسمت سنگینتر نفت خام به اجزاء مختلف استفاده می شود ، زیرا دمای بالایی که برای تبخیر این قسمت سنگین در فشار جو لازم است موجب کراکینگ گرمایی آن می شود که خود موجب ضایعات ناشی از تولید گاز خشک ، و همچنین تغییر رنگ محصول و قشر بستن تجهیزات براثر تولید کک می شود .
نقاط برش بخشهای نوعی و گستره های جوش بخشهای حاصل از دستگاه های تقطیر در فشار اتمسفری و تقطیر در خلأ در جداول ( 1 – 1 ) و ( 1 – 2 ) ارائه شده اند.
روابط بین نقاط جوش متوسط حجمی ، متوسط مولی ، و متوسط میانگین اجزاء نفت خام در شکلهای زیر  نشان داده شده است.
2-1- نمک زدایی از نفت خام
چنانچه نمک موجود در نفت خام از  10 lb/ 1000 bbl  ( بر حسب مقدار NaCl  ) بیشتر باشد ، نفت خام باید نمک زدایی شود تا از قشر بستن و خوردگی براثر نمک در سطوح انتقال گرما و همچنین تولید اسیدها از طریق تجزیه نمکهای کلر دار جلوگیری به عمل آید . به علاوه ، برخی از فلزاتی که به صورت ترکیبات غیر آلی محلول در آب که با نفت خام تولید امولسیون نموده و سبب غیر فعال شدن کاتالیزور در واحدهای فرآورش کاتالیستی می شوند ، نیز ، در فرایند نمک زدایی حذف می شوند.
گرایشی که برای پالایش نفت خامهای سنگینتر وجود دارد ، بر اهمیت نمک زدایی مؤثر نفت خام افزوده است . معیاری که برای نمک زدایی از نفت خام تا سالهای اخیر مورد  استفاده  قرار می گرفت ، حضور 10 lb  نمک یا بیشتر ( برحسب NaCl  ) در  1000 bbl  نفت خام بوده است . ولی اکنون بسیاری از شرکتها تمامی نفت خامها را نمک زدایی می کنند . در توجیه این عمل اضافی ، کاهش قشر بستن و خوردگی دستگاه

 ها و افزایش طول عمر کاتالیزور عنوان می شود . در صورتی که مقدار نمک نفت خام بیش از 20  پوند در هر هزار بشکه باشد ، از نمک زدایی  دو مرحله ای استفاده می شود ، و در مواردی باقیمانده ها به روش کاتالیستی فرآورش می شوند ، برای برخی از نفت خامها از نمک زدایی سه مرحله ای استفاده می شود .

نمک در نفت خام بصورت حل شده و یا بصورت بلورین و معلق در آب که با نفت خام امولسیون می دهد وجود دارد . اساس روش نمک زدایی از نفت خام ، شستشوی نمک موجود با آب است . در اینجا مسائلی در اختلاط مؤثر و اقتصادی آب و نفت و همچنین مرطوب سازی ذرات جامد معلق با آب و جدا سازی آب شستشو از نفت بروز می کند . pH  ، چگالی و ویسکازیته نفت خام  و همچنین نسبت حجم آب شستشو به حجم نفت خام در سهولت تفکیک و بازدهی مؤثرند .
دومین هدف مهم از نمک زدایی ، حذف مواد جامد معلق در نفت خام است . این مواد معمولاً عبارتند از : ذرات ریز ماسه ، رس ، خاک و ذرات اکسید آهن و سولفید آهن جدا شده از خطوط لوله ، مخازن و نفت کشها ، و سایر منابع آلاینده ، که در مرحله انتقال ویا بهره  برداری  وارد  نفت  خام  می شوند .  %60  و  یا  حتی  % 80 کل  ذرات  جامد  معلق  بزرگتر از  8/0  میکرون  باید حذف شوند .
نمـک زدایـی به روش اخـتلاط نفـت خـام با 3  تا  10  درصـد حجمی آب ، در دمـاهای  90 تا 150 درجه سانتی گراد انجام می شود . نسبت آب به نفت خام و نیز دمای انجام این عملیات ، توابعی از چگالی نفت خام هستند.
نمکها در آب شستشو حل می شوند ، و سپس فازهای آب و نفت در مخزن جدا کننده از هم تفکیک می شوند . این کار یا با افزودن مواد شیمیایی برای کمک به شکستن امولسیون یا از طریق ایجاد یک میدان الکتریکی با پتانسیل بالا در مخزن ته نشینی و به هم پیوستن سریعتر ریز قطره های آب نمک انجام می شود . شکلهای ( 1- 3 ) و (1- 4 )  بدین منظور می توان از جریان الکتریکی AC یا DC   استفاده کرد . اختلاف پتانسیل لازم برای بهبود به هم پیوستن ریز قطره ها حدود 14700  تا  35000  ولت است .
 با بهره گرفتن از واحدهای نمک زدایی تک مرحله می توان به بازدهی های  90  تا  95 درصد دست یافت و در مورد واحدهای دو مرحله ای بازدهی به 99 درصد نیز می رسد .
آب جبرانی به طور متوسط بین 4  تا  5  درصد حجمی نفت خام است و در نمک زدایی دو مرحله ای در مرحله دوم افزوده می شود . برای نفت خامهای بسیار سنگین  (°API<15 )  توصیه می شود که نفت گاز به عنوان رقیق کننده در مرحله دوم فرایند افزوده شود تا بازدهی جدا سازی افزایش یابد.
3-1- واحد سبک زدایی اتمسفری
نفت خام ، پس از نمک زدایی ، به داخل یک سری مبدلهای گرمایی پمپ می شود و دمای آن پس از تبادل حرارت با فرآورده و جریانهای برگشتی به 550  در جه فارینهایت می رسد سپس ،  نفت خام در کوره حرارت بیشتری می بیند تا دمایش به حدود  750  درجه فارینهایت برسد و پس از آن به منطقه سریع تفکیک کننده های اتمسفری وارد می شود . دمای تخلیه کوره به اندازه کافی زیاد است ( 650  تا  750  درجه فارینهایت ) تا موجب تبخیر تمام فرآورده های کشانده شده به بالای منطقه تبخیر آنی ، به علاوه حدود 10  تا  20  درصد باقیمانده های ته برج شود . این 10  تا  20  درصد تبخیر اضافی موجب می شود تا در سینیهای بالای منطقه تبخیر آنی ، نوعی تفکیک اجزاء به کمک جریان باز روانی درونی ، مازاد بر جریانهای خروجی ، صورت پذیرد .
جریان بازروانی به چند طریق زیر قابل انجام است:
– از طریق مایع کردن جریان بخار خروجی بالای برج و باز گرداندن بخشی از آن به بالای برج ( Top Reflux ).
– خارج کردن بخشی از برش نفت سفید از برج ، خنک کردن آن در Kerosene Pump Around و باز گرداندن مجدد آن به یک سینی بالاتر.
– خارج کردن بخشی از برش نفت گاز از برج ، خنک کردن آن در Gas Oil Pump Around و باز گرداندن مجدد آن به یک سینی بالاتر.
هر یک از فرآورده های جانبی که از برج خارج می شود ، مقدار جریان بازروانی در پایین منطقه خروج جریان را تقـلیل می دهد . جریان برگشتی بیشینه و تفکیک بیشینه  موقعی  تحقق  می یابد که همه گرما در بالای برج دفع شود ولی چنین امری نیاز به تغذیه مایع به صورت مخروط معکوس دارد که مستلزم یک برج با قطر بسیار بزرگ در منطقه بالای برج است . به منظور تقلیل قطـر منطـقه بالای بـرج و حتـی کاهـش مقـدار مایع در طول ستون ، از جریانهای میانی ، برای گرمـا گیری اسـتفاده مـی شود تا در زیر نقاط خروج فرآورده ها جریانهای بازروانی ایجاد گردد . بـدین منـظور مایع از برج خارج شده و پس از خنک شدن در مبدلهای حرارتی به برج باز  گردانده می شود و یا اینکه تنها بخشی از مایع  ، خنک شده و به برج باز گردانده می شود . این جریان خنک ، مقدار بیشتری از بخارهای در حال صعود را مایع کرده بدین ترتیب جریان بازروانی در زیر آن نقطه را افزایش می دهد .
بازدهی انرژی عملیات تقطیر نیز با بهره گرفتن از گردش جانبی جریان بازروانی بهبود می یابد. چنانچه جریان بازروانی در چگالنده های بالای برج برای کلیه جریانهای جانبی خروجی کافی باشد همه انرژی گرمایی در دمای نقطه جوش جریان بالای برج مبادله می شود . با بهره گرفتن از گردش جانبی جریانهای بازروانی در نقاط پایینتر ستون ، دمای انتقال گرما بالاتر رفته مقدار بیشتری از انرژی گرمایی را می توان به منظور پیش گرم نمودن خوراک ، دفع کرد .
در برج  تقطیر نفت خام ،  معمولا ً از کمک  گرم کن  ( Reboiler )  استفاده  نمی شود ، غالباً چند سینی در زیر منطقه تبخیر آنی تعبیه می شود تا با تزریق بخار آب از پایین ترین سینی، نفت گاز باقیمانده در مایع ته برج از آن خارج شود و بدین ترتیب ، جریان خروجی پایین برج با نقطه اشتعال بالا بدست آید . بخار آب ، موجب کاهش فشار جزئی هیدروکربنها می شود و بنابر این دمای تبخیر مورد نیاز نیز تقلیل می یابد .
برج تقطیر اتمسفری ، معمولاً دارای 30  تا  50  سینی تفکیک است . جدا کردن مخلوطهای مرکب از نفت خام ، نسبتاً  به آسانی انجام می شود و معمولاً از  5  تا  8  سینی برای هـر محصول جانبی ، به علاوه همین تعداد سینی در بالا و پایین سینی خوراک ، ضروری است . بنابر این یک برج اتمسفری تقطیر نفت خام با  4  جریان جانبی خروجی به 30  تا 45  سینی نیاز خواهد داشت .
چون مواد سبکتر وارد مواد سنگینتر می شوند و با آنها در هــر سـینی در  حـال  تعـادل  می باشند لذا جریانهای مایع جانبی که از برج خارج می شوند ، مقداری مواد با نقطه اشتعال پایین به همراه خواهند داشت و به این ترتیب نقطعه اشتعال مایعات خروجی از ستون را کاهش می دهند.   در یک برج عریان سازی شامل 4  تا  10  سینی ، این مواد سبک به کمک بخار آب تزریق شده از سینی پایینی ، از جریان جانبی جدا می شوند . بخار آب و مواد سبک به منطقه تبخیر برج اتمسفری ، در بالای نقطه خروج جریان جانبی مربوطه باز گردانده می شوند. شکل ( 1 – 6 )
پنتان و مواد سنگینتری که از بالای برج خارج شده اند در چگالنده بالای برج تقطیر اتمسفری مایع می شوند . این بخش که بنزین سبک جریان بالای برج را تشکیل می دهد ، دارای مقداری پروپان و بوتان و عمدتاً همه مواد دیر جوشتر موجود در فاز بخار بالای برج می باشد . بخشی از این مایع به عنوان مایع بازروانی به بالای برج باز گردانده می شود و بقیه به قسمت تثبیت واحد صنعتی گاز پالایشگاه فرستاده می شود و در آنجا پروپان و بوتان از بخش  ( C5 – 180 °F )   بنزین  LSR  جدا می شوند .