حراج!

بررسی امکان کاهش مصرف انرژی در واحد کت کراکر (FCCU) پالایشگاه آبادان از طریق بهینه سازی متغیرهای فرایندی

29,000تومان 19,000تومان

توضیحات

دانلود و مشاهده قسمتی از متن کامل پایان نامه :

پایان نامه کارشناسی ارشد

بررسی امکان کاهش مصرف انرژی در واحد کت کراکر (FCCU) پالایشگاه آبادان از طریق بهینه سازی متغیرهای فرایندی

اساتید راهنما :

دکتر مجید عمیدپور

دکترحسین صیادی

تهیه کننده :

…..

……

مهندسی سیستمهای انرژی

دانشکده مهندسی مکانیک

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

بهمن 1388

 

چکیده

در این پروژه واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان با استفاده از نرم افزار Hysys refinery مشابه سازی شده است. در مشابه سازی و دریافت اطلاعات از خصوصیات خوراک و حل معادلات موازنه جرم و انرژی استفاده شده است. داده های مشابه سازی و داده های عملیاتی واحد کت کراکر آبادان با هم مقایسه شده اند.

همچنین با تغییر بعضی متغیرهای مهم عملیاتی واحد ، تاثیر آنها روی وزن مولکولی و عدد اکتان بررسی شده است و شرایط بهینه برای عملیات واحد معرفی شده است.

در پایان با استفاده از انرژی گرمایی گازهای خروجی واحد ( برج احیاء )اقدام به تولید مقدار قابل توجهی بخار آب با فشار متوسط شده است که مجددا” در واحد مورد استفاده قرار می گیرد و ارزش اقتصادی ان محاسبه گردیده است.

کلمات کلیدی :

1-  شکست کاتالستی    2- برج احیاء    3- رایزر    4- عدد اکتان    5- بستر سیال    6- فعالیت کاتالیست

 

 

فهرست مطالب

فصل اول      مقدمه   …….      1

مقدمه …….    2

1-1- مدلسازی و شبیه سازی   …….    2

1-2- کاربردهای شبیه سازی…     3

1-2-1- کاربردهای شبیه سازی در پژوهش و توسعه فرایندها   ….       3

1-2-2- کاربردهای شبیه سازی در طراحی فرایند   ……      3

1-2-3- کاربردهای شبیه سازی در بهره برداری مطلوب ازتاسیسات موجود …..      4

فصل دوم       تئوری       …….      6

2-1- شرح کلی   ….    7

2-2- چگالی و اندازه ذرات …..    8

2-3- فعالیت (Activity)…… بر روی کاتالیست (Carbon content)   …….  .   9

2-5- تبدیل (Conversion)   …..-6- مشابه سازی واحد کت گراکر   ……    10

2-7- واکنشهای شیمیایی کراکینگ…    11

2-8- مدل سینیتیکی کراکینگ ……    12

.2-9- شرح کلی واحد FCCU آبادان ……    15

2-9-1-  سیستم پیش گرم کننده خوراک (Feed preheater system)  …..    16

2-9-2- راکتور (Reactor)   …   17

2-9-3- تزریق خوراک به راکتور(Feed injection to reactor)   ……    17

2-9-4- منطقه واکنشReaction zone ) )   …….    18

2-9-5- بازیابی کننده کاتالیست در راکتور(Reactor catalyst recovery)  ….   19

2-9-6- عریان کننده کاتالیست مصرف شده (Spent catalyst stripper) ….   20

2-9-7- لوله ایستاده کاتالیست مصرف شده و شیرهای لغزنده

                (Spent catalyst stand pipe & slide valves) …..    21

2-9-8- احیاء کننده کاتالیست (Regenerator section) …..    22

2-9-9- دمنده هوا (Air blower)   …..   22

2-9-10- احیاء کننده   ……   23

2-9-11- کاترل ((cottrell percipitator   …   252-9-12- بخش تفکیک محصولات راکتور(Fractionation section) …… ….   25

  2-9-13- سیستم ته مانده برج (Slurry system)  …    26

  2-9-14- ته نشین کننده دور(Dor settler) ……   26                                                                                                                                                         

  2-9-15- سیستم گازوییل سنگین (Heavy cycle oil system)  ……    27

  2-9-16- سیستم گازوییل سبک (Light cycle oil system)  …….    27

  2-9-17- سیستم برگشتی گردشی بالای برج (Top circulating reflux system) …    28

فصل سوم                  پیشینه   …      29

فصل چهارم               اشکال و جداول….         31

فصل پنجم                نتایج و بحث   …….    74

   5-1- بحث و نتیجه گیری  ….    75

   5-2- خوراک   …..    75

   5-3- رایزر (Riser)   …   76

   5-4- راکتور   …….    78

   5-5- کاتالیست   ……    79

5-6- داده های تجربی   ……    80

فصل ششم               نتیجه گیری …..    84

منابع    ….       86

 

فهرست اشکال

 1-1: مدل سه تکه ای  …..     13

2-1: مدل چهار تكه اي   …..      14

a1-4: شمای کلی مشابه سازی واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …..     32

b 1-4: شمای کلی مشابه سازی واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …..     33

2-4: بخش های مختلف واحد کت کراکر وارتباط بین آنها   ……    34

3-4: بخش های جانبی مربوط به واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان  …….    34

۴-4:  شخصات هندسی مربوط به طراحی واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان  …….    35

5-4: مقدار هدر رفتگی گرما در طراحی واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   ….    35   6-4: اطلاعات عملیاتی مربوط به بالا برنده خوراک واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …   36

7-4: اطلاعات عملیاتی مربوط به برج احیاء واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …    36

8-4: اطلاعات عملیاتی مربوط به راکتور واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان  ……    37 9-4: فشار های عملیاتی موجود در واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   ……     37

10-4: اطلاعات مربوط به خوراک واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   ….     38

11-4: اطلاعات مربوط به کاتالیست مورد استفاده در واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …     38  12-4: فاکتورهای تصحیح واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …….    39

برگه وضعیت جریان های موجود بر روی واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …   39   13-4:

14-4: وپزگیهای جریان های موجود بر روی واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …     40

15-4: ترکیب درصد محصول خروجی از واحد کت کراکر   ……    40    16-4: نتایج مربوط به وضعیت واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …….    41

17-4: نتایج مربوط به برش های گرفته شده از کت کراکر پالایشگاه آبادان   …….    42

18-4: نتایج مربوط به وضعیت بالابرنده های خوراک در واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان  …  43

19-4: نتایج مربوط به برج احیاء واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   ….  44

20-4: نتایج مربوط به وضعیت کاتالیست پالایشگاه آبادان   …….  45

21-4: نتایج مربوط به وضعیت کک در واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   …..    46  22-4: نتایج مربوط به وضعیت راکتور و عریان کننده کاتالیست   …..   47

23-4: نتایج مربوط به وضعیت فشار در واحد کت کراکر پالایشگاه آبادان   ….   48  24-4: ارتباطات موجود در برج تفکیک پالایشگاه آبادان   …..   49

 4: نمایش وضعیت و محاسبات مربوط به برج تفکیک واحد کت کراکر   ….   50  -25

26-4: مشخصات مربوط به برج تفکیک واحد کت کراکر   ……    51

27-4: مشخصات مورد استفاده در محاسبات مربوط به برج تفکیک واحد کت کراکر   …..     52

28-4: تغیرات دما و فشار در سینی های مربوط به برج تفکیک واحد کت کراکر   …     53

29-4: تقریب های مورد استفاده در سینی های مختلف برج تفکیک واحد کت کراکر   …..    53

30-4: وضعیت محصولات جانبی برج تفکیک واحد کت کراکر   …….   54

31-4: مشخصات فیزیکی سینی های برج تفکیک واحد کت کراکر   …….    54

32-4: میزان افت فشار در سینی های مختلف برج تفکیک واحد کت کراکر   …….    55

33-4: شرایط عملکردی مربوط به جریان های مرتبط با برج تفکیک واحد کت کراکر   …..   55

34-4: خصوصیات مربوط به جریان های مرتبط با برج تفکیک واحد کت کراکر   …..    56

35-4: ترکیب در خوراک و محصولات مربوط به برج تفکیک واحد کت کراکر  …….     56

های مورد استفاده در محاسبات مربوط به برج تفکیک واحد کت کراکر   …….   57  spec : 36-4

37-4: خلاصه ای از عملکرد سینی های مختلف مربوط به برج تفکیک واحد کت کراکر   …    57

44-4: عملکرد pinch در سینی های مختلف برج تفکیک واحد کت کراکر   …..        61

45-4: برگه مربوط به تنظیم جریان های موجود در برج تفکیک واحد کت کراکر   ….    61

46-4: محیط مربوط به برج تفکیک و جریان های ورودی و خروجی واحد کت کراکر   ….   62

47-4: ارتباطات مربوط به طراحی برج تفکیک واحد کت کراکر   …….    62

48-4: پارامتر های مربوط به طراحی برج تفکیک واحد کت کراکر  …….     63

49-4: تقریب های مورد استفاده در طراحی برج تفکیک واحد کت کراکر   …….     63

50-4: برگه شرایط مربوط به خروجی های برج تفکیک واحد کت کراکر   …..     .64

51-4: برگه مربوط به خصوصیات محصولات برج تفکیک واحد کت کراکر   …….     .64

52-4: برگه مربوط به خصوصیات محصولات برج تفکیک واحد کت کراکر   ……      65

53-4: برگه مربوط به ترکیب درصد محصولات برج تفکیک واحد کت کراکر   …     65

54-4: برگه مربوط به ترکیب درصد محصولات برج تفکیک واحد کت کراکر   ….    66

55-4: برگه مربوط به شرایط کاندنسر مربوط به برج تفکیک   …    66

56-4: برگه مربوط به خصوصیات محصولات کاندنسر برج تفکیک   ….   67

57-4: برگه مربوط به ترکیب درصد محصولات خروجی از کاندنسر برج تفکیک   …..  68

58-4: شکل نقطه جوش محصولات خروجی از کاندنسر برج تفکیک   ….   69

59-4: برگه مربوط به شرایط محصولات کاندنسر برج تفکیک   …….  70

60-4: برگه مربوط به خصوصیات محصولات کاندنسر برج تفکیک   …..  71

61-4: برگه مربوط به ترکیب درصد محصولات کاندنسر برج تفکیک   ……  72

62-4: برگه مربوط به مقدار و مشخصات بخار آب تولیدی   …..  73

 

 

 

 

فهرست نمودارها

38-4: نمودار تغییرات دما در سینی های مختلف برج تفکیک واحد کت کراکر   ….    58

39-4: تغییرات فشار در سینی های مختلف برج تفکیک واحد کت کراکر   ….    58

43-4: تغییرات مقدار K  برای آب، پروپان، i_بوتان و n_بوتان در برج تفکیک واحد کت کراکر  …….    60

41-4: تغییزات مقدار چگالی مایع و بخار در سینی های مختلف برج تفکیک واحد کت کراکر   …   .59

42-4: تغییرات نسبت مولی آب، پروپان، i_بوتان و n_بوتان در برج تفکیک واحد کت کراکر   …….   60

40-4: تغییرات مقدارجریان مایع و بخار در سینی های مختلف برج تفکیک واحد کت کراکر   …….  59

1-5: تغییرات جرم مولکولی و عدد اکتان با تغییر دمای خوراک   …..  76

 تغییرات جرم مولکولی و عدد اکتان با تغییر قطر رایزر   ….   77  :2-5

3-5: تغییرات جرم مولکولی و عدد اکتان با تغییر طول رایزر   ….   78

4-5: تغییرات جرم مولکولی و عدد اکتان با تغییر دمای راکتور   …..   79

5-5: تغییرات جرم مولکولی و عدد اکتان با تغییر درجه فعالیت کاتالیست  …..   80

6-5: مقایسه داده های تجربی با داده های ناشی از مشابه سازی با

 نرم افزار  مربوط بهC.C.G  کت کراکر پالایشگاه آبادان   ….    81

7-5: مقا یسه داده های تجربی با داده های ناشی از مشابه سازی با

نرام افزار مربوط به L.C.O   کت کراکر پالایشگاه آبادان  …….    82

8-5: مقایسه داده های تجربی با داده های ناشی از مشابه سازی با

 نرام افزارمربوط به H.C.O  کت کراکر پالایشگاه آبادان   ……      82

9-5: مقایسه داده های تجربی با داده های ناشی از مشابه سازی با

نرام افزار مربوط به slurry oil کت کراکر پالایشگاه آبادان   ……  83

              فصل اول

مقدمه

ابداع ایده انرژی در اواخر قرن نوزدهم سرمنشاء تحولی شگرف در دنیای علم و فن شد؛ به طوری که تاثیر آن بر محیط تاکنون روز به روز آشکار شده است. مهمترین منبع تولید انرژی برای انسان همواره خورشید بوده که تاثیر اعجاب انگیز آن بر زندگی موجودات زنده از دیرباز مشهود گردیده است. اما دستیابی بشر به سوختهای فسیلی، توانایی و قدرت وی را در یک قرن اخیر به شدت افزایش داده و شرایط زندگی وی را عمیقا” متحول نموده است. ترکیب سوختهای فسیلی با هوای اطراف کره مسکون، قوایی در اختیار بشر قرار داده است که به سرعت تبدیل به هیولای تکنولوژی شده است. سرعتها افزایش یافته، کارها آسان شده و دستیابی به نایافتنی های بسیاری میسر گشته است. این نعمت عظیم، در عین حال گرفتاری بزرگی نیز به همراه داشته است. به علت نقش اساسی هوای اطراف کره  در زندگی موجودات جاندار و از جمله انسان، تغییر در ترکیب شیمیایی هوا به علت مصرف بی رویه اکسیژن، افزایش محصولات گازی سوختهای فسیلی و ورود گازهای گلخانه ای همچون کلر به اتمسفر، زندگی موجودات زنده را شدیدا” تحت تاثیر قرار داده و سلامت و سعادت بشر را به مخاطره افکنده است.

زندگی فعلی بشر هم از نظر نیاز شدید وی به انرژی ذخیره شده ارزان و قابل تبدیل به کار و هم برای انجام فعل و انفعالات شیمیایی و تولید فلزات، به شدت به منابع سوخت و انرژی وابسته است.يكي از كاربردهاي موثركامپيوتردر صنايع نفت ، گاز و پتروشيمي،شبيه سازي واحدهاي توليدي به وسيله نرم افزارهاي خاص است . اين زمينه با توجه به جو رقابتي بازارهاي جهاني ونبز حركتهايي كه در زمينه افزايش بهره وري توليد ، استفاده هر چه بهتر از منابع و كاهش هزينه ها مشاهده مي شود ،طي سالهاي اخير رشد چشمگيري يافته ، اما هنوز بسياري از مزاياي اين كار شناخته نشده است.در اين قسمت ، برخي زمينه هاي كاربرد نرم افزارهاي شبيه سازي با هدف بازخواني مهمترين مزاياي اين نرم افزارها بطور خلاصه توضيح داده شده است.

 

 

1-1- مدلسازي و شبيه سازي

منظور از مدلسازي فرايند، توصيف ماهيت سيستم توليد (يعني موازنه هاي جرم و انرژي)در قالب معادلات رياضي است. خصوصيات اصلي مدلهاي خوب ، دقيق بودن، كمي بودن و مختصر بودن است .البته مدلهاي كم دقت،كيفي،يا مفصل نيز كاربردهاي ويژه اي دارند كه از بحث عمومي اين نوشتار خارج است .اين معادلات عموما غير خطي و به شكل معادلات جبري ، ديفرانسيل يا مخلوطي از اين دو هستند كه از كنار هم قراردادن آنها ،مدلي از فرآيند ساخته ميشود .

شبيه سازي ،يعني بدست آوردن اطلاعات خروجي(به طور مثال مشخصات محصول) از طريق حل مدل هاي فوق بر اساس اطلاعات ورودي (به طور مثال مشخصات خوراك)، در اين ميان،اطلاعات مربوط به مشخصات دستگاههاجزيي از مدل به شمار مي روند و قسمتي از آنها توسط كاربر به نرم افزار داده مي شود .

 

 

1-2- كاربردهاي شبيه سازي

1-3- به رغم تعريف ساده فوق ،كاربردهاي شبيه سازي بسيار متنوع و گوناگون است. در اينجا ، اين كاربردها در سه قسمت مرور مي شوند:

1-3-1- كاربردهاي شبيه سازي در پژوهش و توسعه فرآيندها

به طور سنتي،پژوهش درباره روشها يا سيستمهاي جديد توليد به كمك واحدهاي پيشتاز انجام مي شده است .اما نظر به هزينه زياد ساخت و نگهداري اين واحدها ،از جندين سال پيش،فكر استفاده از نرم افزارهاي شبيه سازي براي كاستن از اين هزينه ها مطرح شده است .بابه كارگيري اين نرم افزارها مي توان گزينه هاي مختلف خط توليد را بررسي كرد ، افزايش ظرفيت واحد را مورد مطالعه قرارداد و در نهايت ، واحد پيشتاز را بهينه طراحي كرد و ساخت .از طرف ديگر، بخشهايي از فرآيند را كه با شبيه سازي آنها اطلاعات كافي براي طراحي واحد بدست مي آيد ، مي توان از واحد پيشتازحذف كرد .همجنين از اشتباهات پر خرج در طراحي و ساخت واحدهاي پيشتازپيشگيري كرد.

1-3-2- كاربردهاي شبيه سازي درطراحي فرآيند

امروزه به نحو گسترده اي از نرم افزارهاي شبيه سازي در طراحي فرآيند استفاده مي شود. كاربردهاي اين نرم افزارها در اين حوزه از حيث گستردگي كار از محاسبه ساده خصوصيات ترموفيزيكي جريانها يا حتي مواد خالص شروع شده و به طراحي كارخانجات كامل با در نظر گرفتن تاسيسات جانبي ،خطوط لوله تامين خوراك ،يا انتقال محصول و بررسي سيستمهاي كنترل مي رسد . از انجا كه اين روش از محاسبات دستي ساده تر ، سريعتر و دقيقتر است ،با تكرار آن در شرايط مختلف به سهولت و با صرف زمان بسيار كمتري مي توان مجموعه كاملي از عملكرد فرآيند در حالتهاي مختلف را پيش بيني كرده و ار اين طريق، ضمن كاهش هزينه هاي اضافي سرمايه گذاري ثابت (دستگاههاي اضافي)و كاستن از هزينه هاي عملياتي (مصرف آب، انرژي و…)،قابليت انعطاف بيشتري رادر طرح فرآيند به وجود آورده ونقطه بهينه از لحاظ هزينه ها،رواني عمليات ، ايمني ،محيط زيست و غيره را بدست آورد.

افزون بر اين ،از انجا كه طراحي فرآيند از طراحي دستگاهها و تجهيزات مكانيكي ،پايپينگ،ابزار دقيق ،سيستمهاي برقي و سازه و ساختمان جدا نيست فاز اطلاعات حاصل از شبيه سازي در حالتهاي مختلف ميتوان براي كمك به طراحي اين سيستمها نيز بهره گرفت .نرم افزارهاي جديد شبيه سازي از قابليت اتصال به نرم افزارهاي طراحي اين سيستمها و انتقال اطلاعات به آنها بهره مندند.

1-3-3- كاربردهاي شبيه سازي در بهره برداري مطلوب از تاسيسات موجود:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منابع

1-Hayward C.M. and Winkler W.S. “FCC :matrix/zeolite” hydrocarbon processing February 1990 pp.55-56.

2-Upson L.L “What FCC Catalyst tests Show,” Hydrocarbon Processing, November 1981, pp.253-258.

3-Pine, L.A., Maher, P.J, and Wachter, W.A.,” Prediction of cracking catalyst behavior by a zeolite unit cell size model ,”Journal of catalysis , no 85,1984,pp.466-476.

4-Magnusson ,j, and Pudas , r., Activity and Product distribution characteristics of the                                         currently used FCC catalyst systems , “presented at Cabalistic 6th Annual FCC symposium, Munich , Germany , May 22-23,1985.

5-John G.S. and Mikovsky , R.J.,” Calculation of the average activity of cracking catalysts ,”Chemical Engineering Science , Vol. 15,1961,pp.172-175.

6-Gaughan, J.R.,” Effect of catalyst retention on inventory replacement ,”oil & gas journal , December26,1983,pp,141-145.

7-Tamborski, G.A, Magnabosco, L.M, Powell ,w., and Yoo, J.S.,” Catalyst technology                     improvements make so emissions control affordable ”Presented at catalytic

                    6th annual fcc symposium , munich ,germany, may 22-23,1985.

8-Thiel, P. G., “Additive R,”Grce Davision Catalagram, No. 71, 19859- Engelhard                                                        Corporation, “Reduced Unit Cell Size Catalysts Offer                                                        Improved Octane For FCC Gasoline,” TI-762, 1984.

10- Engelhard Corporation, “Increasing Motor Octane by Catalytic Means, Part2,”The Catalyst Report, EC6100P, May 1987.

11- Pine, L.A.,Maher, P.J, and Wachter, W.A.,” Prediction of cracking catalyst behavior by a zeolite unit cell size model ,”Journal of catalysis , no 85,1984,pp.480-490

12- John G.S. and Mikovsky , R.J.,” Calculation of the average activity of cracking catalysts ,”Chemical Engineering Science , Vol. 15,1961,pp.100-107.

13- Tamborski, G.A, Magnabosco, L.M, Powell ,w., and Yoo, J.S.,” Catalyst                                  technology  improvements make so emissions control affordable ”Presented at catalytic 6th annual fcc   symposium , munich ,germany, may 22-23,1985.

14- Gaughan, J.R.,” Effect of catalyst retention on inventory replacement ,”oil & gas journal , December26,1983,pp,171-175.

15- Upson L.L “What FCC Catalyst tests Show,” Hydrocarbon Processing, November 1981, pp.307-315.

16- Thiel, P. G., “Additive R,”Grce Davision Catalagram, No. 71, 1985

 

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “بررسی امکان کاهش مصرف انرژی در واحد کت کراکر (FCCU) پالایشگاه آبادان از طریق بهینه سازی متغیرهای فرایندی”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

7 + 1 =