پایان نامه طراحی کاتالیست هیدروکراکینگ برشهای سنگین نفتی

تعداد صفحات: ۸۹ | قابل ویرایش

فهرست مطالب

عنوان                                                                                              صفحه

مقدمه …….……………………………………………………………………………..۱

بخش اول : مباحث نظری……….….…………………………………………………….۳

فصل ۱) فرآیند هیدروراکینگ.….….……………………………………………………….۴

• تاریخچه فرآیند ….…….………………………………………………………۴
• معرفی فرآیند…..…..………………………………………………………….۵
• انواع فرآیند……………………………………………………………………۶

   ۱-۳-۱) فرآیند یک مرحله‌ای ….……………………………………………………..۶

   ۱-۳-۲) فرآیند دو مرحله‌ای ……….…………………………………………………۷

• راکتورها و بستری‌های کاتالیستی فرآیند…………………………………………۸
• واکنشها و مکانیزم آنها …..……………………………………………………۱۰

   ۱-۵-۱) واکنشها ….……………………………………………………………….۱۰

  ۱-۵-۲) مکانیزم واکنش‌ها ……………………………………………………………۱۲

فصل۲) کاتالیست‌های هیدروکرانیگ …..…..………………………………………۱۷

۲-۱) مقدمه …………………………………………………………………………۱۷

۲-۲) روشهای متداول ساخت کاتالیست……..…………………………………………۱۹

    ۲-۲-۱) رسوب گیری و مخلوط کردن .……………………………………………..۱۹

    ۲-۲-۲) شکل دهی ….…..………………………………………………………۲۰

   ۲-۲-۳) خشک کردن و کلسیناسیون ……..…………………………………………۲۱

    ۲-۲-۴) تلقیح .…….………………………………………………………………۲۲

۲-۳) کاتالیستهای فرآیند هیدروکراکینگ ………………………………………………۲۳

   ۲-۳-۱) جزء زئولیتی .…..…………………………………………………………..۲۴

   ۲-۳-۲) اجزا غیر زئولیتی ….….……………………………………………………۲۵

   ۲-۳-۳) جزء فلزی ….………………………………………………………………۳۰

۲-۴) روشهای مختلف ساخت کاتالیست‌های هیدروکراکینگ…….………………………..۳۳

   ۲-۴-۱) مخلوط کردن ………………………………………………………………۳۳

   ۲-۴-۲) هم ژل سازی ……..………………………………………………………..۳۳

   ۲-۴-۳) تلقیح .…………………………………………………………………….۳۴

   ۲-۴-۴) تبادل یونی(تلقیح بااثر متقابل فلزوپایه) ..….………………………………….۳۵

   ۲-۴-۵) مخلوط کردن نمک مولیبدن-تلقیح نیکل…..…………………………………۳۶

بخش دوم : بررسی‌ها و عملیات آزمایشگاهی ….……………………………………۳۷

فصل۳)ساخت پایه کاتالیست…………………………………………………………۳۸

   ۳-۱) مراحل ساخت سیلیکاآلومینا….…..……………………………………………۳۸

  ۳-۱-۱) مراحل ساخت سیلیکاآلومینا….……………………………………………۳۸

  ۳-۱-۲) شستشوی ژل سیلیکاآلومینا………………………………………………..۳۹

  ۳-۱-۳) خشک کردن ژل …..…………………………………………………….۴۰

  ۳-۱-۴) اکسترود کردن و عملیات حرارتی نهایی….…………………………………۴۰

۳-۲) عملیات آزمایشگاهی …………………………………………………………….۴۳

۳-۳) جمع بندی ….…………………………………………………………………۴۵

۳-۴) پارامترهای بررسی شده هنگام ساخت سیلیکاآلومینا…,,……………………………۴۵

  ۳-۴-۱) تأثیرpH ژل سیلیکاآلومیناروی مشخصات بافتی آن…………………………..۴۵

  ۳-۴-۲) تأثیرزمان پیرکردن ژل سیلیکا آلومینادر۷=pHروی مشخصات بافتی آن….,……۴۵

  ۳-۴-۳) تأثیر مقدار سدیم , روی  سطح سیلیکاآلومینا…,……………………………۴۵

فصل ۴) ساخت کاتالیست …………………………………………………………..۴۶

  ۴-۱) عملیات آزمایشگاهی ,….…………………………………………………….۴۶

  ۴-۱-۱) تلقیح همزمان ,,…….……………………………………………………۴۶

  ۴-۱-۲) مخلوط کردن نمک مولیبدن-تلقیح نیکل……………………………………۴۶

  ۴-۱-۳) مخلوط کردن ……………………………………………………………۴۷

    ۴-۲) جمع بندی …….……………………………………………………………۴۸

فصل ۵) بررسی عملکرد کاتالیست …………………………………………………۵۳

  ۵-۱) شرح دستگاه و عملیات ………………………………………………………۵۳

  ۵-۲) محاسبه درصد تبدیل,گزینش پذیری محصولات میان تقطیرو بازده……………….۵۹

چکیده

با توجه به سنگین شدن منابع نفت کشور , نقش مهم فرآیندهای شکست , بیش از پیش نمایان می‌شود یکی از این فرآیندها هیدروکراکینگ می‌باشد , که به علت امتیازات زیاد از اهمیت بیشتری برخوردار است.

این فرآیند کاتالیستی , حجم انبوهی از کاتالیستهای مصرفی در پالایشگاهها را به خود اختصاص داده و میزان مصرف کاتالیست آن در ایران , حدود ۳۵۰ تن در سال می‌باشد.

دراین پروژه , ساخت کاتالیست این فرآیند مورد نظر بوده است که با توجه به جهت گیری فرآیند هیدروکراکینگ در ایران برای تولید فرآورده‌های میان تقطیر , نسبت به ساخت کاتالیست بر پایه سیلیکاآلومینای آمورف و با استفاده از فلزات نیکل – مولیبدن ,مبادرت شده است.

ساخت پایه سیلکاآلومینا , با روش هم ژل سازی , بر اساس ترکیب آلومیناسل و سیلیکاسل انجام شد. در جریان ساخت پایه , مشخص شد که تنظیم پارامترهای عملیاتی نظیر pH , تأثیر بسزایی بر بافت نهایی پایه دارد.

پس از بدست آوردن شرایط بهینه پایه , روشهای مختلف ساخت کاتالیست مورد آزمایش قرار گرفت و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کاتالیست ساخته شده , با کاتالیست تجاری مقایسه گردید.

در انتها , کاتالیست ساخته شده با استفاده از روش مخلوط کردن که ساده‌ترین و مقرون به صرفه ترین روش است , آماده گردید و جهت تست راکتوری انتخاب شد. تست راکتوری در شرایط مختلف دما و فشار انجام گردید و نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از کاتالیست تجاری مورد مقایسه قرار گرفت.

مقدمه

نفت خام , مخلوط پیچیده ایست از هیدروکربنهای مختلف گروههای پارافینی , نفتی و آروماتیک , علاوه بر این در نفت خام مقادیر کمی نیز ترکیبات گوگرددار , نیتروژن‌دار و فلزاتی نظیر نیکل و وانادیم وجود دارد.

در نقطیر نفت خام بر اساس فاصله جوش , برشهای مختلف بدست می‌آید. برشهایی که در دمای کمتر از ^oC180 می‌جوشند , به عنوان « برشهای سبک» در نظر گرفته می‌شوند.

برشهایی که دردمای بین ^oC180 تا ^oC360 می‌جوشند , «مواد میان نقطیر» می‌باشد و برشهای با نقاط جوش بالاتر از ^oC360 « برشهای سنگین » نامیده می‌شوند. برشهای مختلف حاصل از تقطیر نفت خام و کاربردهای آنها در جدول (الف) نشان داده شده است.

تاریخچه فرآیند

اولین فرآیند هیدروکراکینگ تجاری در سال ۱۹۲۷ در آلمان پایه گذاری شد. اولین کاتالیست فرآیند , سولفید تنگستن به شکل قرص بود که در طول جنگ جهانی دوم , نیکل بر پایه آلومینا و سیلیکا – آلومینا مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

رشد سریع هیدروکراکینگ در دهه ۱۹۶۰ , با رشد کاتالیستهای جدید بر پایه زئولیت توأم شد. در اوایل دهه ۱۹۷۰ , رشد فرآیند هیدروکراکینگ سریع شد و در اواخر این دهه , به علت هزینه بالای هیدروژن و گران بودن این فرآیند نسبت به کراکینگ کاتالیستی جهت تولید بنزین , سرعت رشد آن تقلیل پیدا کرد.

در دهه ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ توسعه فرآیند هیدروکراکینگ در ایالات متحده با سرعت کمی ادامه پیدا کرد , در حالیکه در دیگر نقاط جهان , رشد آن با سرعت زیادی ادامه یافت.

معرفی فرآیند

فرآیند هیدروکراکینگ , یکی از فرآیندهای کاتالیستی پالایش نفت است که برشهای سنگین با نقاط جوش بالا را به محصولات سبک‌تر با نقاط جوش پائین‌تر , تبدیل می‌کند. در این فرآیند , شکست پیوند کربن – کربن و متعاقب آن هیدروژناسیون ترکیبات سیر نشده حاصل , صورت می‌پذیرد.

فرآیند هیدروکراکینگ نقش مهمی را در پالایش نفت ایفا می‌کند. جایگاه این فرآیند در شکل (الف) نشان داده شده است. مزیت اصلی فرآیند هیدروکراکینگ نسبت به دیگر فرآیندهای شکست , نظیر کراکینگ حرارتی و کراکینگ کاتالیستی , انعطاف پذیری آن است که باعث می‌شود محدوده وسیعی از خوراک به محصولات مختلف تبدیل شوند. بطوریکه با تغییر خوراک , نوع فرآیند م شرایط عملیاتی و طراحی کاتالیست , بازده و کیفیت محصولات تغییر می‌کند.

فرآیند یک مرحله‌ای

الف) فرآیند یک مرحله ای با جریان برگشتی

در یکی از شکلهای فرایند یک مرحله‌ای با جریان برگشتی , فقط یک نوع کاتالیست را راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. خوراک تازه و خوراک تبدیل نشده , همراه با هیدروژن اضافی و هیدروژن جبرانی وارد بستر کاتالیستی می‌شوند.

جریان خروجی از راکتور , وارد جدا کننده‌های فشار بالا و فشار پائین شده و هیدروژن اضافی جدا می‌گردد. محصول مایع به برج تفکیک محصولات , که محصولات نهایی را از خوراک تبدیل نشده جدا می‌کند، ارسال می‌گردد. واحدهایی که جهت ماکزیمم کردن محصول دیزل طراحی شده‌اند , از این فرآیند , همراه با کاتالیست آمورف , استفاده می‌کنند.

در یک شکل دیگر , از دو نوع کاتالیست , در یک راکتور و یا دو راکتور که به صورت سری قرار گرفته‌اند , استفاده می‌شود. نمودار جریانهای این فرآیند در شکل (۱-۲) نشان داده شده است.

اولین کاتالیست ( کاتالیست هیدروکراکینگ ) گوگرد و نیتروژن موجود در ترکیبات آلی گوگردار و نیتروژن‌دار خوراک را , به  تبدیل می‌کند. زیرا اثرات مخرب روی کاتالیستهای هیدروکراکینگ کمتر از ترکیبات آلی مربوط است.