مقدمه
پارافین‌های سنگین در سوخت‌های دیزل به عنوان یکی از نگرانی‌های اصلی برای پالایشگاه‌های نفت هستند. از آنجایی که این ترکیبات دارای مقادیر بالایی از دمای همجوشی هستند، هنگامی که سوخت در معرض دمای پایین قرار می گیرد، متبلور می شوند و باعث تشکیل wax در فیلترها می‌شوند.
برای غلبه بر این مشکل، اکسون موبیل فرآیند جدیدی شبیه به هیدروکراکینگ به نام dewaxing کاتالیستی ایجاد کرد. در این فرآیند از کاتالیزورهای انتخابی شکل دوگانه مانند Pt/ZSM-5 برای ایزومریزاسیون. یا تجزیه پارافین های سنگین از طریق ایزومریزاسیون انتخابی و واکنش های ترک استفاده می‌کند.
برای تعیین کمیت تاثیر فرآیند بر خواص جریان سرد دیزل، نقطه cloud که بالاترین دمایی است که در آن اولین کریستال wax تشکیل می‌شود، به عنوان مشخصات محصول استفاده می‌شود. شواهد محکمی وجود دارد که با افزایش تبدیل هیدرودیوکسینگ، نقطه cloud محصول دیزل در واقع کاهش می‌یابد. با این حال، افزایش در شدت فرآیند به نفع مراحل ترک خوردگی است و تلفات بازدهی دیزل ممکن است افزایش یابد.
dewaxing کاتالیزوری در صنعت پالایش
دو نوع فرآیند موم زدایی کاتالیزوری در صنعت پالایش استفاده می شود:
dewaxing با ترک انتخابی (MDDW)
dewaxing ایزومریزاسیون انتخابی (MIDW)
قدیمی‌ترین فرایند MDDW است و نقطه cloud تقطیرهای میانی را با شکستن انتخابی سنگین به پارافین های کوچکتر کاهش می‌دهد. نقطه ضعف اصلی، تلفات بازدهی بالای گازوئیل در تبدیل‌های بالا است. که می‌توان با استفاده از ماده اولیه با نقطه جوش نهایی بالاتر، از تلفات دیزل جلوگیری کرد تا با تبدیل ترک خوردگی، اتلاف گازوئیل متعادل شود. MIDW از مسیر ایزومریزاسیون در مکانیسم واکنش حمایت می‌کند و درجه را افزایش می‌دهد. کاهش بازدهی دیزل در مقایسه با MDDW کمتر است.
مقایسه عملکرد بین فرآیندهای MDDW و MIDW
در جدول زیر مقایسه عملکرد بین فرآیندهای MDDW و MIDW نشان داده شده است.
می‌توان اشاره کرد که هیچ بهبودی در نقطه ریزش برای فرآیند MDDW مشاهده نشد. با این حال، مقدار محصولات سبک تر به طور قابل توجهی بالاتر از آن است که برای عملیات MIDW مشاهده شده است. به دلیل تأثیر منفی ترکیبات نیتروژن و گوگرد بر فعالیت موم زدایی، ماده اولیه باید ابتدا با آب تصفیه شود. بنابراین، قرار دادن بسترهای کاتالیزوری هیدروتریتینگ و هیدرودیوکسینگ در یک واحد یا به صورت سری، یک روش معمول در پالایشگاه های نفت است.
نمایش شماتیک فرآیند dewaxing کاتالیزوری
نمایش شماتیک فرآیند dewaxing کاتالیزوری در پیکربندی های چند مرحله ای و سری به ترتیب در شکل های زیر نشان داده شده است.
پیکربندی نشان داده شده در شکل اول معمولاً زمانی اجرا می شود که یک واحد HDT موجود باشد. و کاتالیزور dewaxing انتخابی شکل به عنوان یک بستر اضافی بارگذاری شود. از سوی دیگر، زمانی که تقاضا برای دیزل با خواص جریان سرد بهبودیافته فصلی است. یعنی فقط در طول زمستان، پیکربندی نشان‌داده‌شده در شکل دوم معمولاً به‌گونه‌ای اجرا می‌شود. که جریان خروجی از راکتور HDT به هیدرودیوکس‌کردن منتقل می‌شود.
محدوده شرایط عملیاتی و مواد اولیه
رایج ترین محدوده شرایط عملیاتی و انواع مواد اولیه مورد استفاده برای عملیات dewaxing کاتالیستی صنعتی توسط Rakoczy و Morse (2013) ارائه شده است که در جدول زیر نشان داده شده است.
کاتالیزورهای dewaxing
کاتالیزورهای dewaxing از سه جزء اصلی تشکیل شده اند:
جزء اسیدی برای عملکردهای ترک خوردگی
ایزومریزاسیون (زئولیت ها، آلومینوسیلیکات ها، اکسید آلومینا)
جزء هیدروژن زدایی-هیدروژناسیون (فلزات مانند نیکل، کبالت، پلاتین، پالادیوم، مولیبدن، تنگستن) و بایندر (آلومینا) اکسید یا آلومینوسیلیکات ها).
این کار فرآیند dewaxing کاتالیزوری را بر روی کاتالیزور دو عملکردی حاوی نیکل در نظر می گیرد.
مدلسازی
هدف از این کار بهبود فرآیند dewaxing کاتالیزوری با استفاده از روش مدلسازی بود.
این مدل با در نظر گرفتن قوانین ترمودینامیکی و جنبشی فرآیند و اتصال متقابل فرآیندها در سیستم مجاور “ستون راکتور – تثبیت کننده” توسعه یافته است.
استفاده از مدل ارائه توصیه هایی در مورد کنترل شرایط عملیاتی فرآیند بسته به ترکیب مواد اولیه است. این امر دستیابی به بازده محصول بهینه و رعایت استانداردها با توجه به خواص جریان سرد را تضمین می کند. همچنین توصیه هایی در خصوص کاهش خوردگی در دستگاه ها و لوله های قسمت. تکه تکه کننده واحد صنعتی dewaxing به دلیل حذف کامل سولفید هیدروژن از نفتای تثبیت شده. که یکی از محصولات می باشد ارائه می‌دهد.
بهینه سازی دمای ورودی راکتور dewaxing با استفاده از مدل توسعه یافته
یکی از خواص کلیدی سوخت دیزل که با فرآیند dewaxing کاتالیستی بهبود می یابد، نقطه اتصال فیلتر سرد است. نقطه اتصال فیلتر سرد پایین‌ترین دما است که بر حسب درجه سانتیگراد (C) بیان می‌شود. که در آن حجم معینی از نوع سوخت دیزلی همچنان از یک دستگاه فیلتراسیون استاندارد در زمان مشخصی که تحت شرایط خاص خنک می‌شود عبور می‌کند. این آزمایش یک تخمین برای کمترین دمایی که یک سوخت بدون مشکل ایجاد می کند، می‌دهد.
جریان در سیستم های سوخت خاص با استفاده از مدل ریاضی توسعه‌یافته، دمای ورودی راکتور بهینه‌سازی شد. تا نقطه اتصال فیلتر سرد محصول برابر با ۲۶- درجه سانتیگراد برای حالت زمستانی باشد.
توضیح نمودارها
همانطور که مشاهده می‌شود، ترکیب خوراک از نظر محتوای n پارافین در محدوده 14.8% وزنی تا 16.79% وزنی تغییر کرد. در اینجا، دمای ورودی راکتور در محدوده باریکی از 342.5 درجه سانتیگراد تا 347.5 درجه سانتیگراد بدون هیچ حسابی برای ترکیب خوراک متغیر حفظ شد.
در دمای بهینه که با استفاده از مدل ریاضی محاسبه شد، نقطه اتصال فیلتر سرد محصول مطابق با مشخصات مورد نیاز (CFPP برابر با 26- درجه سانتیگراد) تحت عملکرد بالا محصول است.
85-86٪. دمای بهینه برای ترکیبات مختلف مواد اولیه 4 تا 8 درجه سانتیگراد کمتر از مقدار فعلی است.
نتیجه‌گیری
برای غلبه بر تشکیل موم، روش dewaxing کاتالیستی ایجاد شد که از کاتالیزورهای انتخابی شکل دوگانه مانند Pt/ZSM-5 برای ایزومریزاسیون یا تجزیه پارافین‌ها استفاده می‌شود.
مدل ریاضی توسعه‌یافته نیز فرآیند dewaxing امکان محاسبه تعادل مواد و حرارتی راکتور را با دقت قابل‌قبول و همچنین تخمین تأثیر تغییرات در شرایط تکنولوژیکی بر راندمان فرآیند می‌دهد. حساسیت مدل به تغییر ترکیب مواد اولیه این امکان را فراهم می‌کند که این فرآیند در شرایط بهینه برای نوع خاصی از مواد اولیه و نقطه اتصال فیلتر سرد محصول مورد نظر و عملکرد انجام شود.
تأثیرات نرخ جریان و دمای ورودی راکتور با استفاده از مدل ریاضی نشان داده شد که دمای بهینه ورودی راکتور تحت ترکیبات مختلف مواد اولیه و نرخ جریان مواد اولیه، کمتر از دمای فعلی 4-8 درجه سانتیگراد است.
مدل سازی و شبیه سازی dewaxing کاتالیستی دیزل راکتورها در اسپن هایسیس
در این پروژه فرایند dewaxing کاتالیستی دیزل راکتورها در نرم افزار اسپن هایسیس شبیه سازی شده است. جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.