[ ترمودینامیک ، سنتیک و راکتور ، کاتالیست ]

[حــامد]

شرح کلی فرآیند تولید
فرآیند شکستن مولکولها در کاتالیست سیال (Fluid Catalytic Cracking) روشی است برای تبدیل هیدروکربنهای نفتی نسبتاً سنگین به محصولات سبک تر و با ارزش تر (عمدتاً بنزین با اکتان بالا) این عمل بوسیله برخورد هیدروکربنهای نفتی سنگین با کاتالیست داغی که به شکل پودرمی باشد در شرایط خاصی از دما و فشار و در مدت زمان معینی انجام می‌گیرد. استفاده کردن از کاتالیست باعث می‌شود که واکنشهای شکست مولکولی در فشار پایین انجام پذیرد و محصولاتی با کیفیت بالاتر بدست آید. کاتالیست مورد استفاده پودر دانه دانه و نسبتاً ریزی از سیلیکا، آلومینا (Sio۲ – Al۲o۳) که یک ترکیب صنعتی است، می‌باشد. ترکیبات اصلی کاتالیست همان Al۲o۳ وSio۲ می‌باشند و بطوری سنتزی (مصنوعی) ساخته می‌شود. کاتالیست فوق بصورت طبیعی نیز یافت می‌شود که کیفیت کمتری نسبت به کاتالیست مصنوعی دارد. به علت کوچک و ریز بودن ذرات، کاتالیست دارای دو خاصیت می‌باشد که این دو خاصیت در فرآیند بسیار اهمیت دارند، این دو خاصیت عبارتند از:
۱- وقتی که به توده کاتالیست جریان کمی از گاز یا بخار آب یا هوا تزریق گردد و یا موقعی که توده‌ای از کاتالیست در مسیر جریان گازی با سرعت کم، قرار گیرد، توده کاتالیست به حالت سیال (Fluidize) و روان در می‌آید و از بسیاری جهات مانند یک مایع عمل می‌کند، یعنی کاتالیست سیال شده در لوله‌ها فشار را منتقل نموده و باعث افزایش فشار استاتیکی و جریان در لوله‌ها می‌گردد. نام فرآیند FCC از همین خاصیت کاتالیست گرفته شده‌است.
۲ کاتالیست می‌تواند کلاً بصورت معلق باشد (معلق در گاز و هوا) و یا بوسیله جریانی از گاز باسرعت بالا، در مسیر افقی یا عمودی حمل گردد و جابجا شود. با این نوع جریان، کاتالیست بطور قابل ملاحظه‌ای رقیق (Dilute) می‌شود. این نوع جریان در انتقال کاتالیست از راکتور به احیاء کننده و بالعکس مورد استفاده می‌باشد.



کاتالیست

کاتالیست مخلوطی از ذرات با اندازه‌های مختلف می‌باشد، کوچکترین ذرات حدود ۱۰ - ۰ یا۲۰-۱۰ میکرون و بزرگترین ذرات از ۸۰ میکرون به بالا می‌باشد. اندازه مطلوب و ایده آل برای ذرات کاتالیست حدود ۸۰ - ۲۰ میکرون می‌باشد.
وجود ذرات بسیار ریز کاتالیست تازه جبرانی Fresh cat موجب می‌شود که:
-کاتالیست مصرفی (کاتالیستی که از دودکش بوسیله جریان گازهای سوخته و مواد نفتی خارج میشود) افزایش یابد.
-مقدار بار سیستمهای بازیافت کاتالیست (سیکلونها- کاترل) بیشتر می‌شود.
-در مسیرهای برگشتی، کاتالیست بازیابی شده بخوبی روان نمی‌گردد.
اگر ذرات کاتالیست موجود در سیستم درشت باشند مشکلات زیر پیش می‌آید:
-سیال روانی در مخلوط (جامد-گاز) نخواهیم داشت و چگالی بستر سیال افزایش خواهد یافت.
-مخلوط غیر یکنواخت جامد-گاز باعث می‌شود که کاتالیست بخوبی احیاء نشده و پدیده نامطلوب تولید کربن (Carbon build – up)بوجود آید.



فعالیت (Activity)

عبارت فعالیت (Activity) یعنی توانایی نسبی کاتالیست برای تبدیل هیدروکربنهای نفتی سنگین به هیدروکربنهای سبک و با ارزش تحت شرایط معین (دما- فشار- زمان)؛ فعالیت کاتالیست به مرور بر اثر استفاده از آن کم می‌شود. کاهش فعالیت در ابتدای شروع بکار اولیه سرعت بیشتری دارد ولی بعداً کمتر می‌شود با افزودن کاتالیست تازه به سیستم (در احیاء کننده) کاهش فعالیت کاتالیست مورد استفاده در سیستم (راکتور احیاء کننده) جبران شده و پس از مدتی بحالت تعادل می‌رسد. اگر فعالیت تعادلی کاتالیست خیلی کم باشد بایستی با افزایش کاتالیست نو و تخلیه مقداری از کاتالیست مصرف شده (کاتالیست موجود در سیستم راکتور و احیاء کننده) یا Spent Catalyst, فعالیت کاتالیست موجود در سیستم را افزایش داد. مقدار معینی از غیر فعال شدن کاتالیست عادی و اجتناب ناپذیر است.

اثر نانوکاتالیست تقویت شده بر فرآیند FCC

در سالهای اخیر فناوری ساخت و بکارگیری کاتالیستهای زئولیتی بسیار مورد توجه بوده و تحقیقات فراوانی نیز بر بکارگیری این کاتالیست‌ها در ابعاد نانو انجام گرفته‌است و نتایج حاصل از این تحقیقات گویای این مطلب است که بکارگیری نانوکاتالیست‌ها در فرآیند FCC خواص فوق العاده‌ای را در کاتالیست‌ها از جمله فعالیت و پایداری بسیار شدید تر سبب می‌گردد. کاتالیست‌های رایج SiO۲/Al۲O۳ را می‌توان در ابعاد نانو تولید نموده و بکمک بخار آب حاوی آمونیاک در دمای بالا و ترکیب با اکسیدهای فلزات قلیایی خاکی کمیاب فعالتر ساخت. این نانوکاتالیست‌های به اصطلاح بهبود یافته را می‌توان جهت کاهش الفین‌ها در فرآیند FCC بکار برده و به عدد اکتان بالاتری برای بنزین نهایی دست یافت. نانو کاتالیست‌های مذکور را می‌توان در دو حالت ساده و مرکب با اکسید گالیم ((Ga۲O۳ در فرآیند FCC بکار گرفت. واضح است که میزان حضور اکسید گالیم به همراه کاتالیست بر روی نتایج حاصل موثر خواهد بود. حضور اکسید گالیم بهمراه کاتالیست در این فرآیند اثر قابل ملاحضه‌ای بر روی فعالیت و میزان پایداری نانوکاتالیست خواهد داشت بطوریکه میزان مناسبی از این اکسید سبب افزایش کارائی کاتالیست‌ها در کاهش ترکیبات الفینی خواهد داشت و پایداری کاتالیست را نیز افزایش خواهد داد, که این امر بسبب وجود نقاط اسیدی بیشتر در منافذ و سطح فعال بیشتر کاتالیست می‌باشد . همچنین کوتاهی طول کانال‌های آن نیز سبب افزایش سرعت نفوذ مولکولی و کاهش زمان اقامت مولکول‌ها در این کانال‌ها شده که نتیجتًا کاهش تولید کک در کانال‌ها را شاهد خواهیم بود. در واقع سطح وسیع این نانوکاتالیست تقویت شده و حضور نقاط اسیدی زیاد و خواص الکتریکی پیچیده این ذرات سبب شکسته شدن پیوند هایC-Sگردیده و البته سبب تولید H۲Sبیشتر در گازخروجی خواهد شد. بطور کلی می‌توان گفت حضور اکسید گالیم در کنار نانوکاتالیست‌های زئولیتی سبب افزایش کل مکانهای اسیدی سطح نانوکاتالیست شده و افزایش فعالیت و توانایی کراکینگ و گوگردزدائی را بهمراه خواهد داشت. لذا این نانوکاتالیست تقویت شده بهترین گزینه بمنظور کاهش ترکیبات تیوفنی در فرآیند FCCخواهد بود Journal of Molecular Catalysis A: Chemical ۲۶۱, ۲۰۰۶ . علاوه بر آن به دلیل اینکه از فلزات فعال پلاتین (Pt) و رنیوم (Re) روی پایه‌های آلومینا و زئولیت نیز استفاده می‌شود، می‌توان به نانوذرات Pt-Re کاتالیستی اشاره کرد .از دیگر کاتالیست‌های مورد استفاده مخلوط سیلیکا- آلومینا یا سیلیکا- مگنزیا (اکسید منیزیم) می‌باشد که نانوکاتالیست‌های سیلیکا و مگنزیا ساخته شده‌اند

 

[حــامد]

شرح کلی واحد FCC
خوراک واحد از محصولات جانبی برج خلاء می‌باشد و محصولات آن عبارتند از گاز خشک و گاز مایع و گازولین و گازوئیل سبک و گازوئیل سنگین و ته مانده عادی از کاتالیست.(Clarified oil) خوراک واحد بوسیله مبدلهای حرارتی و کوره گرم شده و به مسیرهای ورودی راکتورفرستاده می‌شود و در مسیرهای ورودی به راکتور با کاتالیست داغ احیاء شده تماس میابد و مخلوط کاتالیست و بخارات نفتی به راکتور می‌روند. واکنشهای شکستن هیدروکربنهای سنگین ازلحظه تماس کاتالیست داغ با خوراک گرم آغاز شده و در راکتور ادامه می‌یابد. محصولات حاصل ازواکنشهای شکستن در راکتور از کاتالیست جدا شده و از آن خارج می‌شود و سپس وارد برج اصلی تفکیک می‌گردد. گاز و بنزین خام حاصل از بالای برج اصلی تفکیک به واحد بازیابی گاز فرستاده می‌شود تا در آنجا بنزین با کیفیت مطلوب تولید گردد و گازها بازیابی شوند. سایر محصولات برج اصلی تفکیک پس از سرد شدن به مخازن فرستاده می‌شوند. کاتالیست مصرف شده که بروی آن کربن نشسته‌است در مسیر خروجی از راکتور از هیدروکربنهای به دام افتاده در بین کاتالیستها، پاک و عریان می‌شود. کاتالیست مصرف شده پس از وارد شدن به بالا برنده کاتالیست مصرف شده، بوسیله جریان هوا به احیاء کننده رانده می‌شود. از لحظه تماس کاتالیست با هوا، فرآیند سوختن کک‌های روی کاتالیست آغاز می‌شود. گازهای حاصل از احتراق از کاتالیست (بستر سیال) جدا شده و از سیکلونهای داخل احیاء کننده گذشته وارد سیستم تولی بخار (Waste heat boiler) می‌شود و پس از سرد شدن وارد سیستم رسوب دهنده ذرات ریز کاتالیست (Cottrell precipitator)می گردد. گازها پس از عاری شدن از ذرات کاتالیست از طریق دودکش به اتمسفر فرستاده می‌شود کاتالیست احیاء شده داغ به ورودی راکتور برگردانده می‌شود و سیکل جریان گردش کاتالیست کامل می‌گردد.



سیستم پیش گرم کننده خوراک (FEED PRE HEATER SYSTEM)

خوراک از مخازن گرفته و بوسیله پمپها به مبدلهای حرارتی(که در آن خوراک و رفلاکس میانی با یکدیگر تبادل حرارت می‌نمایند) فرستاده می‌شود و سپس وارد مبدلهای حرارتی (که در آن خوراک با ته مانده برج تبادل حرارت می‌نمایند) شده و پس از عبور از آنها به کوره فرستاده می‌شود. در ورودی به کوره، خوراک دو قسمت شده که مقدار جریان هر قسمت بطور جداگانه کنترل شده و سپس وارد کوره که دارای دو بخش جداگانه‌است می‌شود. دمای هر دو جریان خروجی از دو بخش کوره بوسیله کم و زیاد کردن مقدار گاز کوره صورت می‌گیرد, کنترل می‌گردد. دمای خوراک ورودی به کوره حدود F ۴۵۰ و دمای خوراک خروجی از کوره به ۷۰۰F می‌باشد.



راکتور(REACTOR)

هدف و منظور از راکتور عبارتست از فراهم کردن شرایط لازم برای انجام واکنش‌های شکستن مولکولهای نفتی سنگین و تبدیل آنها به محصول مورد نظر. شرایط لازم برای واکنش شکستن عبارتند از: ۱- درجه حرارت ۲- فشار ۳- زمان، در راکتور زمان کافی برای تماس هیدروکربنهای نفتی سنگین با کاتالیست داغ احیاء شده بوجود می‌آید. مخلوط مواد نفتی و کاتالیست داغ احیاء شده از لحظه‌ای که وارد راکتور می‌شوند تا زمانی که از بستر سیال کاتالیست در راکتور، خارج می‌شوند فرصت انجام واکنش‌های شکستن دارند. علاوه بر این در راکتور در قسمت نیمه بالایی آن کاتالیست و بخارات نفتی محصول واکنشها فرصت پیدا می‌کنند که از هم جدا شوند. بخارات نفتی به سوی برج تفکیک اصلی می‌رود و کاتالیست در بستر فشرده سیال کاتالیست در راکتور سقوط می‌کند و می‌ماند و از آنجا از مسیر عریان کننده از راکتور خارج و بوسیله هوا به احیاء کننده رانده می‌شوند.

تزریق خوراک به راکتور(FEED INJECTION TO REACTOR)

راکتور دو مسیر ورودی برای تزریق خوراک دارد که بنام بالا برنده خوراک (Feed riser) معروف می‌باشند. خوراک از چهار نازل وارد هر یک از بالا برنده‌های خوراک می‌شود. قبل از ورود خوراک به نازلها، برای اسپری کردن خوراک به آن بخار آب تزریق می‌شود و مخلوط خوراک و بخار آب به صورت اسپری شده به بالا برنده تزریق می‌شود و به همراه کاتالیست داغ احیاء شده که از احیاء کننده وارد بالا برنده خوراک می‌شود به سمت راکتور می‌رود (در حقیقت بخارات نفتی (خوراک) کاتالیست را با خود به راکتور می‌برد) مقدار بخار آب تزریقی به هر کدام از بالا برنده‌های خوراک کنترل می‌شود. در صورتی که به عللی جریان خوراک به بالا برنده خوراک قطع شود می‌توان به هر کدام از بالابرنده‌های خوراک, بخار آب بیشتری تزریق کرد. مقدار این بخار آب اضافی (اضافه بربخار آب برای هر بالا برنده خوراک) بوسیله صفحات مسدود کننده(Regtriction orifices) در حدود ۱۰۰۰۰ lb/hr محدود می‌گردد. همانطوریکه خوراک نفتی با کاتالیست داغ احیاء شده مخلوط می‌شود بصورت بخار در می‌آید و مخلوط بخارات نفتی و کاتالیست به راکتور جریان می‌یابد.



منطقه واکنش(Reaction zone)

منطقه یا محل انجام واکنشهای شیمیایی را راکتور می‌نامند راکتور ظرفی است از جنس کربن استیل مخلوط بخارات نفتی و کاتالیست از طریق دو بالا برنده خوراک (Feed riser) از ته راکتور وارد آن می‌شوند. این خطوط بدرون یک محفظه نیمکره‌ای شکل که قسمت مرکزی عریان کننده را احاطه کرده وصل می‌شوند بین بدنه بیرونی عریان کننده و بدنه راکتور یک صفحه مشبک مدور قرار دارد. مخلوط بخارات نفتی و کاتالیست قبل از گذشته از این صفحه مشبک Grid وسیله صفحات پخش کننده در زیرصفحه مشبک پخش می‌شوند و سپس از آنGrid عبور می‌کنند. سرعت جریان فاز سیال (مخلوط بخارات نفتی کاتالیست) در بالای Grid به اندازه کافی کم است بطوریکه ذرات ته نشین شده و یک بستر فشرده‌ای از کاتالیست را تشکیل می‌دهند. واکنشهای شکستن در ورودی و از لحظه تماس با کاتالیست داغ احیاء شده شروع می‌شود و در بستر فشرده کاتالیست در راکتور کامل می‌گردد. شدت واکنشهای شکست مولکولی تبدیل را می‌توان با کنترل دمای بستر فشرده کاتالیست در راکتور و ارتفاع این بستر فشرده تغییر داد. دمای بستر راکتور با کنترل کننده دما و با کنترل کردن جریان کاتالیست از احیاء کننده به راکتور (کاتالیستی که از احیاء کننده بوسیله لوله‌های ایستاده“Pipes Stand” به بالا برنده خوراک می‌ریزد) کنترل می‌شود. گرمای لازم برای انجام واکنشهای بوسیله گرمای کاتالیست داغ تأمین می‌شود. جریان کاتالیست خروجی کنترل می‌شود تا سطح بستر فشرده در راکتور تنظیم گردد. یک حلقه بخار به قطر ۶ اینچ بنام حلقه بخار آب سیال کننده در زیر صفحه مشبک قرار دارد و مقدار بخار آب برای سیال کردن بستر کاتالیست حدود lbs/hr ۴۰۰۰ و با فشار psig ۱۸۵ می‌باشد و مقدار جریان آن با صفحات محدود کننده تنظیم می‌شود.

 

[حــامد]

بازیابی کننده کاتالیست در راکتور (Reactor Catalyst Recovery)

بخارات (محصول) حاصل از واکنشهای شکستن، بستر فشرده کاتالیست را به سمت بالا ترک می‌کنند و وارد شش دستگاه سیکلون دو مرحله‌ای می‌گردند بسیاری از ذرات کاتالیست که به همراه بخارات محصول، از بستر فشرده کاتالیست به سمت بالا رفته‌اند در سیکلونها از بخارات محصول جدا شده و به بستر فشرده کاتالیست بر می‌گردند. کاتالیست بازیابی شده در سیکلونها بوسیله لوله‌هایی که انتهای تحتانی هر یک از سیکلونها را به بستر فشرده (داخل بستر فشرده کاتالیست) مربوط می‌سازند، به بستر فشرده کاتالیست می‌ریزند. لوله‌های رابط بین انتهای سیکلونها و بستر فشرده را اصطلاحاً (Dip Pipe) می‌گویند. در دهانه خروجی هر یک از لوله‌های فوق(Dip Pipe) یک شیر چکاننده قرار دارد که مانع ورود گاز به(Dip Pipe) می‌گردد. در قسمت بالای ورودی سیکلونها (در راکتور) یک سیستم بخار آب داغ بصورت حلقه و بافل(Anti cocking Ring & Baffle steam) نصب شده‌است. این سیستم برای جلوگیری از تشکیل کک در سطوح فوقانی سیکلونها و همچنین برای کاهش حجم بلا استفاده راکتور می‌باشد. مقدار این بخار آب داغ شده(heated super ۴۰۰۰ lb’ hr) می‌باشد. حلقه بخار آب که مقدار بخار خروجی آن lb/hr ۴۰۰۰ است در میان صفحه ضربه گیر (Baffle) نصب شده و برای تخلیه گاز درون محفظه بکار می‌رود.



عریان کننده کاتالیست مصرف شده (Spent Catalyst Stripper)

کاتالیستی که سطح آن را کک گرفته باشد کاتالیست مصرف شده می‌نامند. کک، سطح کاتالیست را می‌پوشاند و مانع رسیدن هیدروکربنها به سطح کاتالیست برای انجام واکنشهای شکستن می‌گردد. پس کک فعالیت کاتالیست را کاهش می‌دهد. برای آنکه سطح کاتالیست که محل انجام واکنشهای شکستن می‌باشد، از وجود کک پاک گردد کاتالیست مصرف شده را به احیاء کننده منتقل می‌کنند و در آنجا بوسیله هوا، کک سطح کاتالیست را می‌سوزانند و کاتالیست را تقریباً عاری از کک می‌کنند. کاتالیست مصرف شده وقتی که از راکتور به احیاء کننده منتقل می‌شود همراه خود بخارات هیدروکربنها را که در میان توده کاتالیست و یا در خلل و فرج آن بدام افتاده‌اند به احیاء کننده می‌برند. این پدیده دو مشکل ایجاد می‌کند:
۱. هوای لازم برای احیاء کاتالیست را افزایش می‌دهد. با توجه به محدودیت دستگاه دمنده برای تأمین هوای مورد نیاز، مقدا کافی هوا برای احیاء کاتالیست تأمین نمی‌شود.
۲. در صورت تأمین هوای لازم، افزایش دمای احیاء کننده کاتالیست مشکلاتی را پدید خواهد آورد. علاوه بر اینها مقداری از محصولات راکتور تلف می‌گردد. برای پیشگیری از این مشکلات درراکتور، سیستم عریان کننده کاتالیست مصرف شده نصب شده‌است.
این سیستم شامل تعدادی لوله عمودی می‌باشد که در یک پوسته قرارگرفته‌اند و انتهای این پوسته به انتهای راکتور می‌رسد، کاتالیست مصرف شده از بستر کاتالیست در راکتور از طریق لوله‌های فوق به انتهای راکتور می‌ریزد برای هر کدام از این لوله‌ها یک جریان بخار آب وصل شده‌است و جریان بخار آب بر عکس جریان کاتالیست یعنی از پایین راکتور (لوله‌ها) به بالا (داخل راکتور) می‌باشد. کاتالیست بعد از خارج شدن از لوله‌های فوق وارد لوله ایستاده کاتالیست مصرف شده می‌گردد، در لوله ایستاده فوق الذکر بیشتر جریان بخار آب به سمت راکتور جریان دارد، این جریان بخار آب برای جلوگیری از مسدود شدن لوله ایستاده در اثرانباشتن کاتالیست و برای سیال نگه داشتن جریان کاتالیست در لوله ایستاده می‌باشد. علاوه بر این می‌تواند هیدروکربنهای بدام افتاده در میان کاتالیست را آزاد کرده و با خود به راکتور برگرداند این جریان بخار آب وقتی که از لوله ایستاده خارج می‌شود وارد لوله‌هایی خالی می‌گردد و از طریق آنها به راکتور وارد می‌شود.

احیاء کننده کاتالیست(Regenerator Section)

هدف و کار اصلی احیاء کننده سوزاندن کک تشکیل بر روی کاتالیست می‌باشد. نقش دیگر احیاء کننده تأمین گرمای لازم برای انجام واکنشهای شکستن در راکتور می‌باشد. واکنشهای شکستن برای خوراک واحد در دمای F ۸۹۰ به بالا می‌باشد در حالی که خوراک خروجی از کوره حدود F ۷۰۰ گرم شده‌است. بنابراین کاتالیست احیاء شده داغ وقتی که از احیاء کننده به راکتور منتقل می‌شود مقدار زیادی حرارت با خود وارد سیستم راکتور می‌کند و برای کنترل دمای راکتور (برای شکستن هیدروکربنها و انجام واکنشهای شکستن) جریان کاتالیست احیاء شده از احیاء کننده به راکتور را کنترل می‌کنند.



دمنده هوا

یک دمنده هوا که بوسیله توربین بخار کار می‌کند و هوای لازم برای سوزاندن کک را تولید می‌کند. بخار آب خروجی از توربین بخار، وارد یک چگالنده سطحی می‌گردد. دو سری مکنده بخاری دو مرحله‌ای در کنار چگالنده سطحی قرار داردکه برای ایجاد و نگه داشتن خلاء، بخارات مایع نشده و احیاناً هوا را مکیده و در یک تشتک پر آب وارد می‌کند. بخارات مایع شده بوسیله پمپها تخلیه می‌شوند. برای جلوگیری از نشت هوا به درون توربین و کاهش خلاء , بخار آب به جعبه تحت فشار دو سر محور توربین تزریق می‌شود. هوا بوسیله دمنده هوا به احیاء کننده فرستاده می‌شود و در مسیر خود وارد گرم کننده هوا می‌شود و سپس وارد بالا برنده کاتالیست مصرف شده (Spent Catalyst) می‌شود. مخلوط کاتالیست مصرف شده و هوا از مسیر بالا برنده کاتالیست مصرف شده و از قسمت مخروطی شکل پائین احیاء کننده وارد آن می‌شود و بوسیله یک صفحه منحرف کننده پخش می‌شود و به سمت بالا جریان یافته و از صفحه مشبک می‌گذرد. سوخت کک روی سطح کاتالیست از آغاز مخلوط شدن آن با هوا، آغاز و در بستر سیال فشرده کامل می‌شود و درجه حرارت این بستر سیال حدود F ۱۱۰۰ می‌باشد. گازهای حاصل از سوختن کک در مسیر خورجی خود از احیاء کننده وارد ۸ دستگاه سیکلون دو مرحله‌ای می‌گردند کاتالیست همراه گازهای خروجی در این دستگاهها بازیابی شده و بوسیله یک لوله بلند از انتهای سیکلون به بستر فشرده کاتالیست برگردانده می‌شوند. لوله بلند رابط بین بستر فشرده کاتالیست و انتهای سیکلون را Dip –Leg یا Dip –Pipe می‌نامند. بخار سرد کننده به گازهای خروجی هر یک از سیکلونهای مرحله اول تزریق می‌شود. تزریق بخار آب سرد کننده برای کنترل درجه حرارت در ناحیه بالای احیاء کننده‌است و دمای آن F ۱۰۵۰ می‌باشد که حدودF۲۷-۲۵ از دمای بستر فشرده کاتالیست کمتر است. هدف از تزریق بخار آب سرد کننده برای کاهش درجه حرارت در این ناحیه وجلوگیری از پدیده نامطوب سوختن بعدی CO به CO۲ می‌باشد که اصطلاحاً به آن After burning می‌گویند. سوختن منواکسید کربن و تبدیل آن به دی اکسید کربن همراه با تولید مقداری حرارت می‌باشد. این فرآیند در درجه حرارتهای بالا و در حضور اکسیژن هوای اضافی رخ می‌دهد. این پدیده در ناحیه خروجی سیکلونهای مرحله اول بیشتر رخ می‌دهد. درجه حرارت گازهای خروجی از سیکلون مرحله اول به بعد بر اثر گرمای اضافی سوختن CO افزایش یافته و باعث می‌شود که شدت واکنش سوختن بیشتر شود و این پدیده منجر به افزایش شدید درجه حرارت می‌گردد و باعث می‌شود که سیستم‌های موجود در مسیر گازهای خروجی آسیب دیده و بعضی مواقع باعث سوراخ شدن سیکلونها می‌گردد. بنابراین کنترل درجه حرارت در خروجی سیکلونهای مرحله اول و نیز خروجی احیاء کننده امر اساسی و مهم می‌باشد.

پاشنده‌های آب احیا کننده

هر آب پاش شامل یک لوله داخلی با نازل مخصوص می‌باشد که از آن آب چگالیده عبور می‌کند. این لوله بوسیله لوله دومی احاطه شده است, که از آن بخار آب تزریق می‌شود تا آب مقطر تزریق شده از لوله داخلی را بصورت پودر درآورد. برای محافظت این مجموعه جریان بخار آب از پوسته بیرونی همواره جریان دارد. پاشنده‌های آب بمنظور خنک کردن سیستم در نظر گرفته شده‌است.

کنترل فشار احیاء کننده

فشار احیاء کننده بوسیله شیرهای لغزنده دو دیسکی که در مسیرخروجی گازها از دیگ بخار قرار دارند، کنترل و تنظیم می‌شود یک صفحه مشبک و سوراخ دار درست در سمت بالای شیرهای لغزنده دوگانه قرار دارد این صفحات سوراخ دار برای کاهش فشار می‌باشند. تغییرات کمی در فشار سیستم را می‌توان بوسیله شیر پروانه‌ای دودکش‌ها انجام داد.



بخش تفکیک (محصولات راکتور)

هدف از برج تفکیک خنک کردن محصولات بخاری شکل راکتور و تفکیک این بخارات به محصولات مورد نظر می‌باشد. محصولات تفکیک شده عبارتند از:
۱ ته مانده آلوده به کاتالیست که در ته نشین کننده به ته مانده زلال و ته مانده غنی از کاتالیست جدا می‌شود و به ورودی راکتور برگردانده می‌شود و به مخزن مربوطه فرستاده می‌شود.
۲ گازوئیل سنگین
۳ گازوئیل سبک
۴ محصولات بالا سری که شامل گاز مربوط سبک و گازولین ناپایدار می‌باشد.
سه سیستم برگشتی برای سرد کردن و گرفتن گرمای برج وجود دارد تا گرمای محصولات داغ راکتور را در برج بگیرند.
- جریان برگشتی گردشی
-جریان برگشتی گردشی میانی
-جریان برگشتی گردشی بالایی

 

[حــامد]

شرایط عملیاتی

عواملی که بر تبدیل و ترکیب بازده محصولات اثر می‌گذارند  متغیرهای مستقل عملیاتی که در تبدیل اثر می‌گذارد عبارتند از :
۱ دمای راکتور
۲ نسبت خوراک راکتور به خوراک تازه
۳ وسعت سرعت- مدت زمان تماس با کاتالیست
۴ فشار راکتور
۵ کیفیت کاتالیست
 مهمترین متغیرهای وابسته عبارتند از
۱ مقدرا کاتالیست در گردش
۲ نسبت کاتالیست در گردش
۳ دمای احیاء کننده
۴ تبدیل
سایر عوامل نظیر محدودیتهای ظرفیت واحد، برج اصلی تفکیک، کمپرسورهای گاز، فشار عملیات را دیکته می‌کنند. البته فشار در خارج از حد تعیین شده، اثر کمی روی تبدیل و بازده محصولات دارد.
تعاریف : تبدیل اندازه‌ای از مقدار واکنشهای شکستن و به عبارت دیگر تبدیل خوراک به محصولات سبکتر می‌باشد. معمولاً تبدیل بر حسب درصد حجمی بر مبنای خوراک تازه می‌باشد.
مقدار تبدیل را می‌توان به صورت زیر بدست آورد: درصد حجمی کل محصول با نقطه جوش بالای ۱۰۰-۴۳۰ F = تبدیل
تبدیل= Coke + Dry gas + C۴ S + C۵ – ۴۳۰ FBP

کیفیت خوراک

در یک تبدیل ثابت، یک افزایش در نقطه جوش ۵۰ درصدی حجمی خوراک، تغییرات زیر را در ترکیب بازده محصولات به دنبال خواهد داشت :
۱ گاز خشک کمتر می‌شود.
۲ بوتان کمتر و بوتین‌ها زیادتر می‌شوند.
۳ گازوئیل بیشتر می‌شود.
۴ عدد اکتان کمتر می‌شود.
۵ کک زیادتر می‌شود



دمای راکتور

اگر دمای راکتور حدود ۵ درجه کاهش یابد مقدار تبدیل حدود ۱ درصدحجمی کاهش می‌یابد و مقدار گاز خشک و گازوئیل کاهش می‌یابد و مقدار محصولات سنگین افزایش می‌یابد.در یک تبدیل ثابت، ترکیب بازده محصولات با افزایش دمای راکتور، بصورت زیر تغییر می‌کنند :
۱ گاز خشک زیاد می‌شود
۲ گازهای چهار کربنه زیاد می‌شود.
۳ نسبت بوتین به بوتان افزایش می‌یابد.
۴ مقدرا گازولین کمتر می‌شود.
۵ عدد اکتان بالاتر می‌رود.
۶ کک کمتر می‌شود.



مدت زمان تماس خوراک با کاتالیست

وسعت سرعت، عبارت است از مدت زمان تماس بخارات نفتی با کاتالیست، این مدت زمان ازلحظه تماس مواد نفتی با کاتالیست در بالا برنده خوراک راکتور تا خارج شدن بخارات نفتی ازبستر فشرده کاتالیست راکتور، می‌باشد. هر چه سطح کاتالیست در بستر فشرده کاتالیست درراکتور بالاتر باشد، زمان تماس بیشتر می‌شود و وسعت سرعت کاهش می‌یابد.
 افزایش کک روی کاتالیست مصرف شده بر اثر کاهش نسبت (C/O) باعث می‌شود که :
• بر روی خاصیت انتخاب گری کاتالیست اثر معکوس می‌گذارد.
انتخابگری خاصیتی از کاتالیست است که جهت واکنشهای شکستن را تعیین می‌کند. کاهش Selectivity باعث تولید گاز خشک و کک به مقدار زیادتر و گاه C۴ و گازولین می‌گردد.
• در موقع احیاء کاتالیست، ذرات کاتالیستی که دارای کک زیادتر باشند، بیشتر داغ شده و سطح کاتالیست ذوب می‌شود. کلوخه شدن ذرات کاتالیست پیش می‌آید. براثر ذوب شدن سطح کاتالیست، خلل و فرج گرفته می‌شود و سطح لازم برای انجام واکنشهای شکستن کاهش می‌یابد و یا به عبارت دیگر کاتالیست غیر فعال می‌گردد.



فعالیت کاتالیست

فعالیت کاتالیست اثر زیادی در مقدار تبدیل و ترکیب بازده محصولات دارد. برای تأمین فعالیت خوب برای کاتالیست، اضافه کردن مداوم و کافی کاتالیست تازه به سیستم ضروری می‌باشد.سطح کاتالیست در بستر فشرده کاتالیست احیاء کننده، برای عملکرد بهتر سیکلون‌ها لازم است اما اثری روی فرآیند راکتور ندارد. افزایش فعالیت کاتالیست، تبدیل را زیادتر می‌کند، در یک تبدیل ثابت، افزایش فعالیت کاتالیست باعث تغییرات زیر می‌شود :
۱ گاز خشک کمتر می‌شود.
۲ نسبت بوتین به بوتان کمتر می‌شود.
۳ مقدار کک کاهش می‌یابد.
۴ مقدار گازولین زیادتر می‌شود و عدد اکتان بالاتر می‌رود.



برگشتی

برگشتی عبارتی است که به معنی برگرداندن قسمتی از محصولات سنگین برج تفکیک برای شکست دوباره به راکتور می‌باشد, تا مقدار تبدیل خوارک تازه افزایش یابد. (بازده محصولات سبک بوتانها و گازولین زیادتر می‌شود)
گازولین سنگین که یک بار شکسته شده‌است حاوی مقادیر کمتری هیدروکربنهای پارافینی ومقادیر بیشتری هیدروکربنهای آروماتیکی می‌باشد. لذا شکستن دوباره آنها (گازولین سنگین برگشتی) مشکل است.



افزایش کک بر سطح کاتالیست احیاء شده

هر گونه تغییر در شرایط واکنش‌ها در مقدار کک تولید شده، اثر خواهد گذاشت این امر در تعادل احیاء کننده اثر کرده و باعث افزایش یا کاهش اکسیژن زیادی خواهد شد. این نوع نوسانات ممکن است ناشی از تغییر خوراک و یا تزریق کردن کاتالیست تازه، عریان کردن ناکافی و وضعیت کاتالیست مصرف شده و یا خطا در اندازه گیرنده‌های خوراک مواد برگشتی باشد. برای برگشتن به شرایط عادی و متعادل، تعدیل و تنظیم مقدار هوا و یا دمای راکتور و یا ارتفاع سطح کاتالیست در راکتور و یا تغییر در برگشتی‌ها می‌تواند، مثمرثمر باشد.
عملکرد مطلوب احیاء کننده با مقدار ثابت کربن مانده بر روی کاتالیست احیاء شده نشان داده میشود. مقدار کربن بر روی کاتالیست احیاء شده باید کمتر از۶/۰ درصد یعنی بین(۲/۰تا۴/۰ درصد) باشد. کنترل اولیه احیاء کننده با سرعت هوای دهنده هوا (مقدار هوا) می‌باشد مقدار هوا باید به قدری باشد که کربن روی کاتالیست احیاء شده تقریباً ثابت بوده و درصد معینی اکسیژن در گازهای سوخته باشد.علاوه بر مقدار جریان هوا، تنها وضعیت کنترل شده که بر فرایند کک سوزی اثر می‌گذارد موجودی کاتالیست و احیاء کننده می‌باشد. اگر موجودی کاتالیست در احیاء کننده خیلی کمتر باشد دیده می‌شود که کربن کاتالیست همچنان بالاست، این علی رغم وجود اکسیژن زیادی در سیستم می‌باشد. این امر ناشی از زمان تماس کم کاتالیست با هوا می‌باشد. بعبارت دیگر زمان ماندن کاتالیست در احیاء کننده کم شده‌است. دمای بستر کاتالیست در احیاء کننده در فرایند سوختن کک اثر می‌گذارد، افزایش درجه حرارت باعث می‌شود کربن (کک) کامل تر بسوزد.

 

[حــامد]

روشهای کراکینگ کاتالیزوری با بستر سیال

 روش ارتوفلو که در سال۱۹۵۱توسط شرکت«کلوگ»به کار برده شد، گردش کاتالیزور را به وسیله لوله‌های مستقیم واقع بین راکتور و بازساز میسر نموده و با این ترتیب زانوهایی که می‌توانستند به علت فرسایش مشکل آفرین باشند، حذف شدند. برحسب شرایط محلی راکتور می‌تواند در بالا و یا پائین بازساز قرار گیرد.
 روش«یو.او.پی»در این روش ٪ ۹۰ حرارت ناشی از احتراق کک برای حفظ دمای راکتور و تولید بخار آب به کار میرود.
 روش مهندسی«اسو» اولین مدل صنعتی بستر سیال در۱۹۴۲به وسیله استاندارد اویل به کار رفت. شرکت اسو نیز از همین روش استفاده کرد وبتدریج تکنیک‌های بهتری ارائه نمود.
 روش اسو- مدل III
 روش اسو - مدلIVاز سال ۱۹۵۲ مدل چهارم اسو با ظرفیت روزانه ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ مترمکعب به راه افتاد.



طرحهای جدید برای واحدهای کراکینگ کاتالیزی سیال بستر

فعالیت کاتالیزگرهای زئولیتی برای کراکینگ، بسیار بیشتر از فعالیت کاتالیزگرهای بی ریخت است و مدت واکنش کوتاهتری لازم است تا از کراکینگ اضافی بنزین به گاز کک پیشگیری کند. این امر منجر به طراحی واحدهایی شده‌است که به جای راکتور بستر سیال، دارای یک جدا کننده کاتالیزگر نفت می‌باشند تا به ازای یک تبدیل معین، امکان تولید بنزین با بهره بیشینه فراهم گردد.
این واحدها شامل یک بخش احیاگر تحتانی هستند که درآنها نسبت ارتفاع به قطر، بزرگ است تا بازدهی احیای تک مرحله افزایش یابد. راکتور و احیاگر در این واحدها به صورت «پهلو به پهلو»و یا«روی یکدیگر»طراحی می‌شوند. در واحدهای طراحی شده به وسیلهUOPاز احیاگرهای سریع با محتوای اندک از لحاظ کاتالیزگر استفاده می‌شودو در واحدهای طراحی شده به وسیله کلوگ، شیرهای پیستونی (توپی) به کار می‌رود تا اثر فرسایش جریانهای حاوی کاتالیزگر به حداقل برسد.
امروزه کلیه واحدها را برای احتراق کامل کک به CO۲و کنترل احتراق CO طراحی می‌کنند. مقدار تفاضلی بزرگ بین سوخت باقیمانده و سایر منابع خام کراکینگ کاتالیزی موجب شده‌است تا پالایشگرها, باقیمانده‌های خام تقطیر اتمسفری و تقطیر در خلا را با خوراکFCC مخلوط کنند. منابع خوراک باقیمانده‌ای در مقایسه با خوراکهای تقطیر شده حاوی مقادیر بیشتری فلز (به ویژه نیکل و وانادیم)، و کک بالقوه بیشتری هستند (مقادیر کربن کنرادسون و کربن رامز باتم). این مواد آلاینده فعالیت کاتالیزگر را کاهش می‌دهند و تشکیل کک و هیدروژن را تشدید می‌کنند و بهره تولید بنزین را تقلیل می‌دهند. کاهش فعالیت کاتالیزگر به دلیل حضور فلزات, عمدتا ناشی از رسوب کردن وانادیم، و افزایش تشکیل کک و هیدروژن به خاطر رسوب نیکل بر روی کاتالیزگر است و رسوب کردن زیاد کک موجب مشکلاتی می‌شود. زیرا احتراق آن به مقدار بیشتری هوا ویا اکسیژن نیازمند است و دمای احیاگر را بالاتر می‌برد و گرمای بیشتری باید دفع گردد. برای خوراکهایی که Ni+V آنها کمتر ازppm۱۵ است، افزودن ترکیبات آلی آنتیموان به خوراک، مانع کاهش فعالیت کاتالیزگر نیکل می‌شود. این پدیده با کاهش بهره‌های کک و هیدروژن به ترتیب تا ۱۵ و ۴۵ درصد همراه است. برای خوراکهای حاوی بیش از ppm۱۵ فلز و یا کربن کندانسور بیش از ۳در صد، فراورش خوراک FCC با هیدروژن، احتمالا ضروری خواهد بود. در این صورت، فلزات حذف می‌شوند. پتانسیل تشکیل کربن، کاهش می‌یابد و بهره تولید بنزین و" میان تقطیرهاً با افزایش مقدار هیدروژن در خوراک زیاد می‌شود.
برای سوزاندن مقدار بیشتر کربن، دفع بهتر گرما و افزایش سرعت محصولات گازی، در طرح واحدهای FCC , با به کار گیری تجهیزات بزرگتر و مارپیچ تولید بخار، تغییراتی صورت گرفته‌است. مانند واحد کراکینگ کاتالیزی بستر سیال کلوگ برای باقیمانده خام (RFFC) که قبلا واحد کراکینگ نفت سنگین (HOC) FCC نامیده می‌شد، که شرکت نفت فیلیپس آن را ابداع کرده‌است.

سایر تغییرات ایجاد شده در FCC

سیستم تزریق سوخت:
بعضی از پیشرفت‌ها در فرآیند FCC, سیستم تزریق سوخت را مهم کرده‌اند. ابداعات مهندسی در پاسخ به :
۱)زمان واکنش کوتاهتر:به خاطر پیشرفت کاتالیست هایFCC زئولیتی خیلی فعال, زمان واکنش در راکتور‌های رایزر مدرن به چند ثانیه کاهش یافته‌است. به دلیل این که واکنش‌های شکست کاتالیستی فقط بعد از تبخیر خوراک هیدروکربنی روی میدهد،مخلوط کردن وتبخیر خوراک باید با حداکثر سرعت در رایزر انجام شود وگرنه واکنش دچار شکست گرمایی می‌شود.
۲)دمای بالاتر احیاء کننده:دمای احیاء کننده در حال بالا رفتن برای رسیدن به احیاء کاتالیستی بیشتری است.
۳)خوراک FCC در حال سنگین تر شدن است.چون با سنگین تر شدن خوراک،نقطه جوش افزایش یافته وباعث می‌شود، تبخیر سخت تر انجام شود.
سه جنبه کلیدی برای طراحی یک نازل تزریق سوخت عبارتند از:
۱)ریز کردن خوراک: هدف از آن،تولید کردن قطرات کوچک برای تبخیر سریع است.جدید ترین نسل نازل‌های مدرن در دهه ۱۹۹۰ معرفی شدند که این نازل‌ها بخار اتمیزیشن را درست قبل از آخرین خروجی نازل با خوراک مخلوط می‌کنند و از لایه بندی دو فازی جلوگیری می‌کنند.هنگامی که جریان دو فازی یکسان از آخرین خروجی می‌گذرد،انبساط ناگهان دو فازی،مایع را به اتمیزیشن ریز،خرد میکند.
۲)توزیع خوراک: در طراحی یک نازل باید ثابت ترین و یک شکل ترین ریزش را در نظر گرفت.جدید ترین نسل نازل‌ها تمایل دارند تابع توزیع خوراک یکنواخت تر و در نتیجه کنترل بهتری روی جریان دو فازی درخروجی نازل داشته باشند.
۳)مخلوط کردن با کاتالیست:هدف رسیدن به پروفایل دمایی به صورت شعایی در رایزر و به صورت متحدالشکل است(البته دراولین فرصت ممکن)که باعث خنک شدن کاتالیست به وسیلهٔ تبخیر همه جانبهٔ خوراک هیدروکربنی است.
Riser internal: یک طراحی موفق رایزرFCC باید مشخصات هیدرودینامیکی یک جریان بالا روندهٔ دو فازی با هم جهت گاز‐ جامد را در بر گیرد:

• تمرکز جامدات بالاتر و بیشتر نزدیک به دیوار است تا نزدیک به مرکز
• جامدات همیشه در ناحیهٔ مرکزی،به سمت بالا حرکت می‌کنند،ولی این موضوع می‌تواند به طرف بالا یا پایین در نزدیکیدیواره هم باشد.
• سرعت گاز در نزدیکی مرکز بیشتر ودر نزدیکی دیواره کمتر است.

در یک واحد FCC نوعی انبساط حجمی, در حدود ۳ تا ۴ برابر بخار خوراک اصلی وجود دارد.بنابراین قطر رایزر ممکن است یک یا دو بار بعد از تزریق خوراک افزایش یابد تا سرعت بخار را در بازهٔ مطلوب نگه دارد.این تغییرات در قطر رایزر،رفلاکس کاتالیست را در نزدیکی دیواره بالا می‌برد.طراحی جدید رایزر همچنین یک چرخش(شیب) ۹۰ درجه تند را در بالای رایزر در بر می‌گیرد.که باعث می‌شود، رفلاکس کاتالیست در زیر دیوارهٔ رایزر افزایش یابد.یک راه حل مهندسی برای پیشرفت هیدرودینامیکی رایزر،استفاده از تیغه‌ها (Baffles)است.
Stand pipe: یک مجرای ساده عبور کاتالیست است که طراحی چندان پیچیده‌ای ندارد.افزایش فشار در یک Stand pipe ،بیشتر به دو عنصر بستگی دارد.اولین عنصر هواگیری در Stand pipe است.عنصر مهم دوم ،ورودی Stand pipe است.طراحی جدید ورودی Stand pipe که به آن تکنولوژی افزایش گردش کاتالیست تا (CCET) می‌گویند،است. تدبیر اساسی به کار رفته در این روش از بین بردن حبابهای اضافی از بستر مایع شده قبل از ورود کاتالیست به Stand pipe است.که با استفاده از یک دیسک،خارج از Stand pipe صورت میگیرد. این صفحه برای جلوگیری از تبدیل به مایع شدن قسمتی از سیال و تشکیل یک ناحیه از لایه‌ای متراکم در بیرون از Stand pipe استفاده می‌کند.به وسیلهٔ شناسایی کردن یک مقدار کوچک از گاز برای تبدیل شدن به مایع در بالای صفحه،وضعیت،مایع شدن در ناحیهٔ ورودی Stand pipe بهبود می‌یابد وکنترل می‌شود.تجربه‌های تجاری ما را مطمئن می‌کند که این تکنولوژی جدید می‌تواند گردش کاتالیست را تا ۵۰ ٪ بهبود بخشد.
Third stage separator: به منظور رسیدن به راندمان بالا در جداسازی ذرات ریز کاتالیست وسیله‌ای که جدا کنندهٔ سومین مرحله یا TSS نامیده می‌شود ، طراحی شده‌است. این سیستم از یک سیستم جدا سازی مخصوص استفاده می‌کند که یک تیوب چرخشی نامیده می‌شود و دارای قطری کم است. تفاوت اصلی آن با طراحی چرخه‌های مرسوم, آن است که تیوب چرخشی ،ی از یک وانِ چرخشی در ورودی ،استفاده میکند که باعث حرکت چرخشی (به دور محور خود) به صورت سریع می‌شود.به وسیلهٔ جدا کنندهٔ محوری جریان، تعداد زیادی از تیوب‌های چرخشی می‌توانند در مجرای Tss معمولی نصب شوند و حجم زیادی از گاز لولهٔ بخار آب را به کار ببرند.
Atomax: نصب نازل‌ها در پیرامون محیط Riser تمایل کاتالیست به نزدیک شدن به دیواره‌های Riser را جبران می‌نمود . سیستم‌های نازل چند گانه اساساً همان نازل لوله‌ای باز بودند؛ این سیستم‌ها کیفیت اتمایزیشن پائینی داشتند و خوراک نفتی که از سر این گونه نازل‌ها خارج می‌شد جریان مناسبی در سطح مقطع Riser ایجاد نمی‌کرد، به این منظور بعدها الگوی پاشش نازل با بهبود قسمت‌های نوک آنها بهتر شد و توزیع نفت در سطح مقطع Riser رابهبود بخشید . بعدها شرکت Stone & Webster نوع جدیدی از نازل‌ها را ارائه نمود که در آن جت خوراک نفتی با سرعت بالا به یک مانع سخت در درون نازل برخورد نموده و همزمان بخار داغ تزریق شده قطرات ریز حاصل را به سمت نوک نازل هدایت می‌نمود ، شرکت UOP نیز طراحی نازل‌ها را بهبود بخشید و یک نوع نازل را با نام Premix جهت بکارگیری در فرآیند FCC توسعه داد، نازل Premix نیز از بخار داغ جهت اختلاط با جریان نفت که بدرون Riser تزریق می‌شد، استفاده نمود، بعدها شرکتUOP نازلی را تحت عنوان Optimix عرضه نمود که مدل توسعه یافته نازل Premix بود که در آن خوراک نفتی از میان یک لوله مرکزی جاری شده و بخار داغ از میان لوله‌ای که لوله مرکزی را احاطه نموده و با آن هم محور می‌باشد به نازل وارد شده و این دو در ناحیه اختلاط با یکدیگر مخلوط می‌گردند و سپس از نوک نازل خارج می‌شوند . شرکت Lummus نیز نازل تقریبًا مشابهی را ارائه نمود و در نهایت این نوع از نازل‌ها توسط شرکتهای Mobil و Kellogg تحت عنوان Atomax توسعه پیدا نمود . در این نوع نازل‌ها نیز همانند نازل Optimix از دو لوله هم محور استفاده می‌گردد که خوراک سنگین نفتی در لوله درونی و بخار داغ با سرعت بالا در لوله بیرونی جریان می‌یابد و در انتهای مسیر خوراک نفتی و بخار داغ کاملا با یکدیگر مخلوط و از نوک نازل خا رج می‌شوند . کیفیت اتمایزیشن بهتر با حداقل افت فشار نتایج کار و پیشرفت تدریجی سیستم‌های تزریق خوراک در فرآیند FCC بوده‌است که کماکان ادامه دارد.

 

[حــامد]

نتیجه گیری

فرآیند کراکینک کاتالیستیFCC بعنوان قلب یک پالایشگاه مدرن محسوب می‌شود. این فرآیند, یک فرآیند نسبتآ قدیمی مبتنی بر تبدیل کاتالیستی در پالایشگاه‌های نفت است در این فرآیند گازوئیل سنگینVGO و ته مانده حاصل از برج تقطیر در خلاء، در راکتور این فرآیند (Riser) در شرایط عملیاتی ۵۰۰ تا ۵۵۰ درجه سانتی گراد در تماس با ذرات داغ کاتالیزر جامد در یک بستر سیال به هیدروکربن‌های سبکتر و با ارزش نفتی، نظیرگازهای سبک الفینی، پروپان، بوتان، بنزین، گازوئیل و... شکسته می‌شود. هر گونه تغییری در عملکرد این سیستم، موجب تغییراتی در روند فرآیند و در نتیجه، راندمان محصولات خواهد شد.
با پیدایش فرآیندFCC فکر افزایش سطح تماس خوراک و کاتالیست هویدا شد لوله‌های تزریق کننده ساده در واحدهای FCC اولیه بتدریج تکامل یافته‌است. اما علی‌رغم همه فوائد موجود در این فرآیند، تجزیه و تحلیل و کنترل فرآیند FCC یکی از مشکلات جدی در راستای گسترش این واحد بشمار می‌رود که می‌توان دلایل آن را بطور خلاصه بصورت زیر برشمرد.
 پیچیدگی زیاد و ناشناخته بودن هیدرودینامیک سیستم
 سینتیک پیچیده واکنش‌های شکست کاتالیستی و سوزاندن کک
 ارتباط تنگاتنگ بین عملکرد راکتور رایزر و بازیابی و تاثیر خروجی‌های هر یک از این واحدها روی دیگری
 محدودیتهای عملیاتی فراوان



منابع و مراجع

1. بقال‌ها مرتضی, «بررسی تکنولوژی FCC در پالایشگاه نفت», پایان نامه کارشناسی ارشد, تربیت مدرس,۱۳۷۰
2. تحلیل و ارزیابی روند همکاری فناوری در طرح نفتی RFCC, دومین همایش توسع فن آوری در صنعت نفت
3. تحلیل و ارزیابی روند همکاری فناوری در طرح نفتی RFCC, دومین همایش توسع فن آوری در صنعت نفت
4. شرکت ملی پالایش وپخش فرآورده‌های نفتی ایران, پالایشگاه نفت آبادان,اداره مهندسی پالایش,مسعود نعمت الهی <
5. R.M. Lago, W.O. Haag, R.J. Mikovsky, D.H. Olson, S.H. Hellring, K.D.Schmidt, G.T. Herr, “Proceedings of the seventh International Zeolite Conference”,Tokyo, Elsevier, Amsterdam, ۱۹۸۶.
6. P. Zhang , ”Study of the performance of modified nano-scale ZSM-۵ zeolite on olefins reduction in FCC gasoline”, Monte carlo simulations of segregation in Pt-Re catalyst nanoparticles
7. Thin solid Films ۴۰۰ (۲۰۰۱) ۳۷-۴۲ Nano – assembled Pd catalysts on MgO thin
8. گیتی ابوالحمد، مبانی پالایش نفت، فصل ششم، زمستان ۱۳۸۱ جاپ دوم.
9. جیمز اچ گری، گلن ای، هندورگ و ترجمه مهبد مهدی بصیر و محمدباقر پور سید و گیتی ابوالحمد /پالایش نفت
10. advances in FCC technology, ,www.sciencedirect.com ,www.elsevier.com/locate/powtec
11. Sudhakar Das, Paul Van Brocklin, “ Effect of design and operating parameters on the spraycharacteristics of an outward opening injector “, ۱۳th international multidimensional enginemodeling user’s group meeting, March ۲۰۰۳
12. Reza Sadegh Beige, “Fluid Catalytic Cracking Hand Book” Gulf publishing company, HoustonTexas, Second Edition, ۲۰۰۰
13. Reza Sadegh Beige, “Fluid Catalytic Cracking Hand Book” Gulf publishing company, HoustonTexas, Second Edition, ۲۰۰۰

‎

 

[حــامد]

دستگاه احیاء مداوم کاتالیست (Continuous Catalyst Regeneration)

دستگاه احیاء مداوم کاتالیست (Continuous Catalyst Regeneration)

پس از پیدایش کاتالیست تک فلزی پلتفرمینگ در دهه 1940 میلادی همیشه سعی شده است که راههایی برای افزایش بازده، افزایش درجه آرام سوزی محصول، پایدار بهتر کاتالیست و کاهش مصرف انرژی ابداع گردد. با ساخت کاتاليست هاي دو فلزی در دهه 1960 میلادی یک گام بلند در جهت افزایش پایداری کاتالیست برداشته شد.

در سالهای دهه 1970 میلادی با پیداش تبدیل کاتالیستی مداوم (continuous platforming ) تولید بنزین موتور با درجه آرا مسوزي بالا و همچنین تولید آروماتيكها با مصرف انرژی کمتر و بازده بالاتر میسر گردید. کاهش فشار عملیاتی در این واحد متشكل طول عمر را ایجاد نمی کند زیرا کاتالیست بطور مداوم در حال احیاء می باشد و کک بر روی کاتالیست تجمع پیدا نمی کند .

تبدیل کاتاليستي مداوم (continuous platforming) از ديدگاه فرایند تولید ، بسیار شبیه به روش قبلی (continuous platforming) میباشد و در واقع می توان در صورتيكه سرعت تشكيل کک ناچیز باشد ، این واحد را بصورت راهبری نمود ، هر چند چنین وضعیتی به ندرت اتفاق میافتد .[3]

واحد تبدیل کاتالیستی مداوم طوری طراحی شده است که حداقل افت فشار در مسیر راکتور و کورهها وجود داشته باشد و برای این منظور در ساخت واحد تغییرات زیر داده شده است :
1- از کوره با افت فشار کم و دارای پیش گرمکن هوا استفاده شده است . بازده (yield) این کوره بیش از 90 درصد است و قسمت آن برای این منظور توليد بخار و یا بعنوان باز جوشانده (reboiler) برج تثبیت (stabilizer) می توانند مورد استفاده قرار گیرد.
2- مبدل حرارتی عمودی V.C.F.E (vertical combined feed exchanger) این مبدلها بصورت یک پاس و جریان مخالف میباشند و اختلاف دما ی انتهای سرد آنها در طراحيي هاي اخیر از 60 به 25-30 درجه سانتیگراد کاهش داده شده است.
3- رآکتور هایی با جریان شعاعی: این راکتورها روی هم دیگر قرار داشته تا کاتالیست به کمک نیروی وزن خود از درون راکتور ها به طرف پایین حرکت کند.

سیستم گردش و احیا مداوم کاتالیست، واحد پلاتفرمر را قادر می سازد:
1- کاتالیست کک گرفته از راکتور ها به برج احیا و از آنطرف کاتالیست تازه احیا شده به راکتور ها بازگرداند شود.
2- کاتالیست بطور مداوم کک سوزی، اکسیده و کلره شود و عمل پخش پلاتین و احیا روی آن انجام پذیرد.
بطور کلی تبدیل کاتالیستی مداوم، امکانات زیر را برای صنایع پالایش فراهم نموده است:
1- فعالیت و بازده کاتالیست همیشه مشابه شرایط شروع راه اندازی حفظ شود.
2- حداکثر تولید محصولات مایع و هیدروژن تولیدی به واسطه کاهش فشار عملیاتی واحد تامین شود.
3- حداکثر افزایش درجه آرام سوزی محصول بطوريكه با نیازهای رو به افزایش بازار مصرف مطابقت داشته باشد.

با ابداع روش احیا مداوم کاتالیست در واحد تبدیل کاتالیستی، این امکان بوجود آمد که این واحد همواره در حین عملیات در شرایط ابتدای راه اندازی حفظ شود و نیاز به بستن آن جهت احیا کاتالیست بوجود نیاید. سیستم کامپیوتری کنترل اتوماتيك شیر آلات مربوط به لاک هاپر ها نیز ضامن عملكرد بدون اشكال احیا مداوم کاتالیست می باشد بطوريكه کاتالیست کک گرفته از راکتور ها به طرف برج احیا فرستاده شده، کک آن سوزانده شده، ترکیبات آن تنظیم می گردد و سپس به طرف راکتور شماره 1 بازگردانده می شود.
استفاده از سیستم ccr به صنایع پالایش انعطاف پذیری لازم را جهت مطابقت با تغییرات کیفی خوراک و شدت شرایط عملیات برای پاسخگویی به شرایط در حال تغییر بازار مصرف داده است.

بخش احیاء کاتالیست طراحی شده توسط شرکت UOP این امکان را ایجاد مینماید که بخش واکنش در سخت تر ين شرایط عملیات بتواند بدون وقفه به کار خود ادامه دهد. بخش احیاء کاتالیست بطور دائم کک بوجود آمده را ميسوزاند و فعالیت کاتالیست را در حد کاتالیست نو ثابت نگه میدارد.[3]

 

[حــامد]

احیاء کاتالیست:

احیاء کاتالیست در واحد تبدیل کاتالیستی نیازمند انجام چهار عمل می باشد:
1- سوزاندن کک
2- اکسید نمودن پلاتین و تنظیم مقدار کلر
3- خشک نمودن کاتالیست از رطوبت اضافی
4- احیاء پلاتین

سه عمل اول در برج احیاء انجام می گرد و چهارمین عمل در ناحیه احیاء در بالای رآکتور ها صورت می گیرد.
ساختمان داخلی برج احياء مانند رآکتور ها می باشد بطوريكه کاتالیست در یک فضای بشكل (حلقوی) از بالای برج به طرف پایین حرکت می کند و همزمان با آن گازها از خارج به طرف داخل حلقوی جریان می یابند. از بالای برج احیاء کاتالیست کک گرفته وارد ناحیه احیاء کاتالیست در برج احیاء می شود در این قسمت کک موجود در کاتالیست در دمای بالا و غلظت اکسیژن کم (O2 mol%=0.5 -1) سوزانده میشود. سپس در مرحله بعدی کاتالیست به ناحیه کلریناسیون وارد می گردد. در این ناحیه فلز کاتالیست در دمای بالا و غلظت بالای اکسیژن (18-20%) اکسیده می شود. یک ماده آلی کلر دار نیز به گاز گردشی این ناحیه افزوده می گردد تا مقدار کلر موجود در کاتالیست تنظیم گردد. پس از ناحیه کلریناسیون، کاتالیست وارد ناحیه رطوبت زدايي میگردد. هوای خشک و داغ ابزار دقیق در ته برج به این قسمت تزریق میگردد تا رطوبت اضافی موجود در کاتالیست زدوده شود. سپس کاتالیست، برج احيا را ترک مینماید و به طرف بالای راکتور ها حمل میگردد و در آنجا توسط گاز غنی از هیدروژن و در دمای بالا درجه اکسیداسیون فلز کاتالیست کاهش داده میشود و فلز کاتالیست که قبلا اکسید شده بود، آزاد میگردد و نهایتا کاتالیست به طرف بستر راکتور شماره 1 حرکت می کنند و وارد ناحیه واکنش می گردد.
بخش احیاء که شامل disengager hopper، برج احیاء، flow control hopper، surge hopper، ناحیه احیاء اکسید پلاتین (reduction zone) و کلیه لوله کشی ها و دستگاههای مربوطه است، توسط یک سیستم کنترل به نام master controller نظارت و کنترل میگردد. لاک ها پرهايي شماره 1 و 2 نیز هر یک بطور جداگانه توسط سیستمهای کنترل مختص خود نظارت و کنترل میگردند.


گردش کاتالیست:

بمنظور انجام مراحل احیاء بايد کاتاليست از راکتور ها به برج احیاء و سپس به راکتور ها انتقال داده شود. برای انتقال کاتالیست، اجزاء و دستگاههای مختلف جهت انتقال محموله های کوچک به صورت نیمه دائم به کار گرفته میشود.

انتقال کاتالیست توسط دو سیستم منطقی کنترل میگردد. يكي مربوط به کاتالیست کک گرفته (spent catalyst) و دیگری مربوط به کاتالیست احیاء شده است.

گردش کاتالیست به این ترتیب انجام میگیرد: کاتالیست کک گرفته از ته راکتور چهارم به طرف catalyst collector و سپس لاک هاپر شماره 1 و پس از آن به lift engager شماره 1 جریان می یابد که توسط آن با کمک ازت گردشی به disengager hopper واقع در بالای برج احيا منتقل میشود. در این ظرف توسط گاز ازت، گردو غبار کاتالیست زدوده می شود و در ظرف مخصوص خود dust collector جمع آوری می شود و نهایتا گاز ازت به سيكل ازت باز می گردد.

کاتالیست از disengager hopper به برج احیاء وارد میگردد و پس از خروج از برج احیاء، از طریق ظرف کنترل کننده جریان به surge hopper وارد میگردد.

کاتالیست خروجی از ظرف يكنواخت کننده دوباره از طریق لاک هاپر شماره 2 و lift engager شماره 2 به ناحیه reduction zone راکتور شماره 1 وارد می گردد.

از گاز هيدروژن برای حمل کاتالیست در این مرحله استفاده میگردد. کاتالیست سپس از راکتور شماره 1 به طرف راکتورهای بعدی جریان می یابد و سيكل گردشی قبل را کامل مینماید.

حرکت کاتالیست از یک راکتور به راکتور دیگر از طريق تعدادی لوله هم قطر و هم فاصله انجام میگرد تا کاتالیست بطور يكنواخت در بستر راکتور توزیع گردد.

 

[حــامد]

ناحیه reduction و راکتور شماره یک واحد تبدیل کاتالیستی

با کاهش سطح کاتالیست در ناحیه reduction سطح سنج اتمی مربوطه با ارسال پیام باعث حرکت کاتالیست توسط گاز هیدروژن از LE#2 به بالای ناحیه reduction میگردد با تخلیه کاتاليست از راکتور شماره 1، کاتالیست و هیدروژن وارد ناحیه reduction شده و در لوله های مربوطه ، دمای لازم جهت انجام reduction (کاهش درجه اکسیداسیون ) را از گاز ورودی راکتور شماره 1 که در خارج از این لوله ها جریان دارد کسب می کند. در این شرایط دما و حضور هیدروژن ، فلز کاتالیست از حالت اکسید به حالت احیاء شده reductionتبدیل میگردد . در این واکنش شیمیایی مقداری آب تولید می گردد و برای پیشگیری از افزایش بیش از حد بخار آب در گاز گردشی ، در حدود 90 درصد گاز ورودی به این ناحیه به کوره ها و یا relief header هدایت می گردد.

واکنش احیاء اکسید پلاتین به صورت زیر انجام میگردد و مقداری حرارت و بخار آب آزاد می گردد.
کاتالیست راکتور پس از ترک ناحیه Reduction از طریق لوله های انتقال به راکتور شماره 1 وارد می گردد . گاز گردشی از طریق اسکالوپ Scallops بصورت شعاعی به بستر کاتالیست وارد شده پس از آ ن به لوله مرکزی center pipe هدایت می شود و نهایتا از راکتور خارج می گردد . گاز گردشی در هنگام عبور از بستر کاتاليست به سرعت سرد می گردد چون واکنشهای شیمیایی تبدیل کاتالیستی گرما گير هستند . بنابراین گاز خروجی از یک راکتور باید قبل از ورود به راکتور بعدی دوباره گرم شود تا دمای مناسب برای انجام واکنشهای شیمیایی را کسب نماید و فرایند مورد نظر تکرار گردد . کاتالیست نيز بصورت يكنواخت در فضای حلقوی ( Annular ) بین مرکزی راکتور به طرف پایین حرکت می کند و از طریق لولهای انتقال ( Catalyst transfer pipes) به راکتور بعدی وارد می گردد .
جهت پیشگیری از تشكيل کک و بسته شدن لوله های انتقال (Cat .trans Pipes) همواره اجازه داده می شود مقداری از گاز گردشی همراه با کاتالیست از طریق لوله های انتقال به راکتور پایین دستی منتقل شود.

برج احیاء:

بخش فوقانی برج از دو فضای ( سه استوانه هم محور Annular) تشكيل شده است و قسمت پایین برج یک استوانه تو خالی است که دارای پره های ثابتی جهت هدایت کاتالیست می باشد .
در بخش فوقانی برج ، فضای حلقوی بیرونی بین دیواره برج و توری مشبک خارجی محصور شده است که در هنگام عملیات عادی برج احیاء، در آن گازهای داغ گردشی قسمت کک سوزی و کلریناسیون تقسیم می گردد و گاز گردشی قسمت کک سوزی به بخش بالایی و گاز گردشی کلریناسیون بطور يكنواخت در اطراف آن توزیع میگردد. این بخش توسط یک صفحه فلزی افقی به دو بخش مجزای کک سوزی و کلريناسيون تقسیم می گردد. گاز گردشی قسمت کک سوزی به بخش بالایی و گاز گردشی کلریناسیون به بخش پایینی آن وارد میگردد. گازهای گردشی فوق الذکر با عبور از توری خارجی بصورت شعاعی وارد فضای حلقوی داخلی میشوند. در عملیات عادی ، فضای حلقوی داخلی، پر از کاتالیست است بنابراین گازهای گردشی کک سوزی د قسمت بالایی و گاز کلريناسيون در قسمت پایینی برج احیاء در حال گردش و عبور از بستر کاتالیست می باشند.

نازل های خروجی گازهای کک سوزی و کلریناسیون در بالای برج قرار دارند. گاز کک سوزی با عبور از بستر کاتالیست و توری داخلی توسط لوله خروجی از برج احیاء خارج شده به دمنده گاز گردشي بالایی وارد میشود همچنین گاز بخش کلریناسیون با عبور از بستر کاتالیست و توری داخلی توسط لوله داخلی جمع آوری شده و به دمنده گاز گردی کلریناسیون وارد میگردد. صفحه جداکنده بخش بالایی و پایینی برج احیاء مانع از آن میشود که گازهای گردشی فوق الذکر بطور قابل ملاحظه ای با يكديگر اختلاط پیدا کنند و فقط اجازه می دهد مقدار محدودی از گاز قسمت کلریناسیون به قسمت کک سوزی وارد گردد.

ناحیه رطوبت زدایی در ته برج احیاء قرار دارد. در هنگام عملیات عادی این قسمت پر از کاتالیست است. هوای خشک کننده از طریق توزیع کننده هوا در پایین این قسمت وارد می شود و پس از عبور از بستر کاتالیست وارد گاز گردشی کلریناسیون و سپس گاز گردشی کک سوزی می شود. سطوح در تماس با کاتالیست باید صاف باشند تا سایش کاتالیست به حداقل برسد و همچنين جریان یافتن کاتاليست در برج احیاء باید بطور يكنواخت صورت گیرد تا عملیات احیاء به درستی انجام گیرد.

 

[حــامد]

لاک هاپر های کاتالیست:
در هر یک از سیستمهای انتقال کاتالیست، از یک lock hopper استفاده شده است لاک هاپر شماره 1 در مسیر کاتالیست کک گرفته و لاک هاپر شماره 2 در مسیر کاتالیست احیاء شده قراردارند.

از لاک هاپر شماره یک برا ی زدودن هیدروکربنها و هیدروژن از کاتالیست استفاده میشود. برای کمک کردن به این عمل هیدروژن و ازت قبل از وارد شدن به لاک هاپر توسط تبادل حرارت با بخار آب گرم می شود. لاک هاپر شماره 2 برای زدودن اکسیژن از کاتالیست احیاء شده قبل از آنکه تحت فشار هیدروژن قرار بگیرد استفاده می شود. در هنگام خالی بودن لاک هاپر آنرا توسط ازت تخلیه مينماييد. از لاک هاپر ها بعنوان یک واسطه برای ايزوله کردن سيستمهاي دارای اکسیژن و سیستمهای دارای هیدروکربن و هیدروژن عمل ميكنند و هر قدر بهتر و دقیقتر به کار گرفته شوند، ضامن ایمنی بالاتر واحد می گردند.

ظرف تخلیه:

ظروف تخلیه جهت جداسازی گاز و جامدات به کار می رود تا از مسدود شدن مسیر و یا وارد آمدن صدمات احتمالی به جریان نگارهای مربوطه جلوگیری شود چون گاز خروجي از ظروف تخلیه، به طرف کورهها هدایت میشود یک حبس کننده آتش و یک شیر يک طرفه در لوله خروجی آنها نصب میگردد.

ظروف بالا بر کاتالیست:

ظروف بالابر کاتالیست در دو سیستم انتقال کاتاليست مورد استفاده قرار گرفته اند. LE#1 در سیستم کاتالیست کک گرفته و LE#2 در سیستم انتقال کاتالیست احیاء شده قرار دارند. وظیفه LE آنست که کاتالیست را توسط گاز حمل کننده بصورت سیال در آورده و منتقل نماید گاز حمل کننده مورد استفاده در LE#1 ازت و در LE#2 هیدروژن می باشد.


Catalyst collector:

کاتالیست کالکتور در قسمت تحتانی راکتور چهارم قرار دارد. در اين قسمت پره های شعاعی ثابت تعبیه شده است تا موجب يكنواخت شدن جریان کاتاليست در اطراف لوله مرکزی راکتور گردد. همچنین برای زدودن هیدروکربنهای جذب شده در کاتالیست، مقداری از گاز گردشی پس از تبادل حرارت با گازهای خروجی راکتور شماره چهار به جمع کننده کاتالیست هدایت میشود و با پیوستن به گازهاي خروجی از رآکتور چهارم خارج میگردد. کاتاليست پس از خروج از cat Collector به LH#1 وارد میشود.

Disengager hopper:

یک ظرف استوانه ای شكل است که کاتاليست کک گرفته ضمن ورود به این طرف گرد و غبار خود را از دست میدهد و پس از آن به برج احیاء منتقل می شود.

Dust Collector:

ظرف گردگیر این امکان را فراهم ميكند که ذرات و گرد کاتالیست از جریان گاز ازت گردشی جدا گردد. ذرات و گرد و غبار همراه با ازت از یک طرف این ظرف وارد می شود. گاز با عبور از صافی های نصب شده در این ظرف گرد و غبار همراه خود را در ظرف باقی گذارد و بدین ترتیب دمنده گاز گردشی نیز از وارد آمدن صدمات احتمالی در اثر ورود ذرات کاتالیست حفظ می شود.

سرعت گردش کاتاليست در سیستم احیاء و راکتورهاي توسط ظرفی بنام Flow Control Hopper تنظیم میشود. این ظرف بشكل استوانه ای است و قسمتهای بالا و پایین آن نیز بشكل مخروطی می باشد. حجم این ظرف به اندازه 1/60 مقدار حجم گردش کاتالیست انتخاب شده است.
در لوله ورودی و خروجی این ظرف از دو شیر استفاده شده است که باز و بسته شدن آنها باعث پر و خالی شدن این ظرف می گردد. بنابراین با يك بار باز و بسته شدن این شیرها حجمی از کاتالیست به اندازه حجم ظرف جابجا می شود. زمان باز بودن شیر بالایی قابت و زمان باز بودن شیر پایین ظرف قابل تنظیم می باد. با تنظیم زمان شیر پایینی میتوان سرعت گردشی کاتالیست در سیستم را کنترل نمود. هر قدر این شیر بیشتر باز بماند سرعت گردش کاتالیست کمتر می گردد.


ظرف يكنواخت کننده((surge hopper:

این ظرف همواره مقدار کاتالیست احیاء شده را بصورت آماده در خود حفظ ميكند و مانند يك موج گیر باعث می گردد تغییرات آنی شدید در سیستم گردش کاتالیست در بخش راکتورهای و بخش احیاء بوجود نیاید. کاتالیست داغ وارد شده به این ظرف توسط جریان گردشی آب خنک می شود . همچنین این ظرف بعنوان يك وسیله کمکی برای جدا نمودن (Isolation ) اکسیژن و هیدروکربنها موجود در سیستم عمل می نماید .

 

[حــامد]

http://en.citizendium.org/images/2/21/CatReformer.png

​

 

[حــامد]

منابع:​

​

​

​

[1]: مباني فرايندهاي پالايش نفت، دكترابوالحمد گيتي
[2]: دستورالعمل راه اندازي واحد، شركت TPL

[3]: hand book of petroleum refinery processes, Robert A. Meyers​

[4]: وب سايت شركت پالايش نفت اراك www.saorc.ir

 

[حــامد]

اساسآ کاتاليزور به عنوان يک ترکيب شيميايي در نظر گرفته مي شود که قادر به اعمال اثر تسريع کنندگي و اثر جهت دهندگي بر پيشرفت واکنشي باشد که از نظر ترموديناميکي امکان پذير است. هنگامي که کاتاليزور به صورت محلول در محيط واکنشي است "کاتاليزور همگن" و وقتي که کاتاليزور فازي مجزا از فاز واکنش تشکيل ميدهد "کاتاليزور ناهمگن" ناميده مي شود.
در اکثر موارد کاتاليزور ناهمگن، کاتاليزور جامدي است که از تماس با آن واکنش گرهاي گازي يا مايع، متحول مي شوند و در نتيجه خيلي اوقات عبارت "کاتاليست" براي ناميدن کاتاليزور ناهمگن به کار مي رود .

بطور کلي کاتاليستها به سه دسته تقسيم مي شوند:
1- کاتاليستهاي فلزي، از قبيل Fe، Co، Ni، Rh، Pt و غيره.
2- کاتاليستهاي عايق، از قبيل سيليکا، آلومينا، زئوليتها و آلوميناي فعال شده. (اين نوع کاتاليستها نسبت به آمونياک و بازهاي الي حساس هستند.)
3- کاتاليستهاي نيمه هادي، از قبيل اکسيدهاي فلزي و سولفيدها.

غيرفعال شدن کاتاليستها
کاتاليستها تحت سه پديده غير فعال مي شوند که عبارتند از :
1- Fouling
2- Sintering
3- Poisoning

Fouling : يک پديده فيزيکي است که در ان Active Site و یا تمام سطح نگه دارنده کاتالیست، توسط کک یا رسوبهای غیرالی پوشیده می شود. دز این حالت احیا و یا بازیابی کاتالیست با روشهای نسبتآ ساده انجام می شود.

ُSintering : یک فرآیند حرارتی است که در نتیجه آن سطح کاتالیست شکل اصلی خود را از دیدگاه میکروسکوپی از دست می دهد. پدیده Sintering معمولآ در درجه حرارتهای بالای C 650- 500 به سرعت رخ میدهد، ولی در درجه حرارتهای پایین نیز در مدت طولانی مشاهده می شود.

Poisoning : مسموم شدن یا ترکیب شیمیایی سطح کاتالیست با ترکیب ناخواسته است که در نتیجه وجود ناخالصیها در ترکیب شونده ها رخ میدهد. به دلیل واکنش شیمیایی ناخالصیهای ترکیب شونده ها با سطح کاتالیست، فعالیت آن به صورت عمده کاهش می یابد.

واکنشهای کاتالیزوری جامد
این واکنشها دوفازی هستند که کاتالیست فاز جامد، و ترکیب شونده ها و محصولات، فاز سیال می باشند. اصولآ واکنشهای کاتالیزوری شامل شکسته شدن یا سنتز مولکولها است و معمولآ این واکنشها انرژی اکتیواسیون بالایی دارند و در نتیجه بدون وجود یک ماده تسریع کننده، انجام واکنش ممکن نیست. مانند تولید امونیاک. (بعضی کاتالیستها سرعت واکنش را کند می کنند یعنی Inhibitors)

یکی از مهمترین خواصی که باید کاتالیستها داشته باشند، مسئله انتخاب پذیری (Selecting) آنهاست. یعنی کاتالیستها بین صدها واکنش که ممکن است صورت گیرد، فعل وانفعالی که ما می خواهیم را تسریع کند و معمولآ واکنشها و کاتالیستهای حیاتی، صددرصد چنین وضعیتی را دارند، مثل آنزیمها.
در بعضی موارد انتخاب کاتالیزور مبنای علمی دارد. اگر واکنش هیدروژناسیون باشد از Pt استفاده می شود، اگر اکسید کنندگی باشد از مولیبدن، اهن، نقره و... استفاده می شود و در خیلی از موارد انتخاب کاتالیزور به صورت حدس و خطاست.

کاتالسیتهای جامد از مراکز فعالی (Active Site) تشکیل شده اند که این مراکز هم روی سطح خارجی هستند و اگر متخلخل باشند، در داخل تخلخل هم هست. وقتی مولکولها به نقاط فعال نزدیک می شوند، طبق یک تئوری مولکولی جذب سطحی مراکز فعال می شود و به صورت یک ماده واسطه درمی اید. در تئوری دیگر، مولکولها تحت تأثیر نقاط فعال قرار می گیرند ولی جذب نمی شوند (تحت تأثیر نیروها هستند) و تحرکشان کم می شود و انرژیشان تغییر می کند و به صورت یک ماده واسطه در می آیند. در تئوری دیگر، ماده جذب مراکز فعال می شود، تبدیل به ماده واسطه شده و به صورت یک ریشه آزاد وارد فاز سیال شده و واکنش انجام می گیرد. در تئوری اول و دوم فعل و انفعال در حوالی نقاط فعال صورت می گیرد و در تئوری سوم واکنش در توده سیال صورت می پذیرد.

اگر کاتالیزور ارزان باشد، در انها تخلخل ایجاد می کنیم (مدل فشار، اکسترود، یا رسوب دادن) و اگر ماده گرانبها باشد مثل Pt، از یک پایه برای کاتالیست استفاده می کنیم، مثل سیلیکاتها یا مواد سرامیکی.(این مواد را به صورت متخلخل تهیه کرده و بعد کاتالیزور گرانبها را روی این پایه رسوب می دهیم. مثل ابکاری به صورت یک لایه نازک)
علت اینکه تئوری (Active Site) وارد شده، این است که اگر ماده ای به صورت کاتالیست داشته باشیم، مثلآ (%70 Fe2O3) و (%30 MgO)، چنانچه در تهیه این مواد رعایت دستورالعمل را نکنیم، کاتالیست همین ماده را دارد، ولی خاصیت کاتالیستی ندارد. اگر کاتالیست تهیه شده کاملآ خاصیت لازم را داشته باشد و بخواهیم گرم و سریعآ سرد کنیم، بیشتر نقاط فعال از بین می روند ولی جنس ماده همان است. پس نقاط فعال یک خصوصیت فیزیکی هستند که می توانند به وجود ایند یا از بین بروند.

مشخصات اصلی کاتالیستها
1- در طی واکنش، کاتالیست بدون تغییر باقی می ماند وتنها سرعت واکنش را افزایش می دهد.
2- هنگامی که سازوکارهای متعددی برای انجام واکنش موجود باشند، کاتالیست بایستی خاصیت انتخاب پذیری داشته باشد. در اصل بایستی کاتالیست نسبت تولید ماده مطلوب را نسبت به ماده ناخواسته افزایش دهد.
3- سرعت واکنش متناسب با غلظت کاتالیست است و برای واکنشهای گاز-جامد، سطح کاتالیست وسطوح فعال بسیار مهم است.
4- در یک واکنش برگشت پذیر کاتالیست به همان نسبت که سرعت واکنش رفت را افزایش می دهد، بر سرعت واکنش برگشت هم مؤثر است. بنابراین ترکیبی درصد تعادلی سیستم چه در حضور کاتالیست و چه بدون آن یکسان است.
5- در واکنشهای اتوکاتالیستی مقدار کمی از محصول بایستی در ابتدا وجود داشته باشد.

 

[حــامد]

مکانیسم واکنشهای کاتالیزوری جامد
فرضیات اساسی که برای بیان مکانیسم واکنشهای کاتالیستی جامد بیان می شود
عبارتند از :
1- نفوذ ترکیب شونده ها از توده سیال به سطح کاتالیست و داخل حفره ها
2- جذب ترکیب شونده ها بر روی سطوح فعال
3- واکنش ترکیب شونده ها با هم روی سطح برای تشکیل محصولات
4- دفع محصولات از سطح کاتالیست
5- نفوذ محصولات از نزدیک سطح به توده سیال

فاکتورهای مؤثر بر واکنشهای کاتالیستی
هر یک از پنج فرض ذکر شده در قبل تأثیرپذیر از یکی یا بیشتر از عوامل ذیل هستند:
1- فاکتورهای دینامیک سیال (مثل سرعت جرمی)
2- خواص کاتالیست، نظیر اندازه ذرات، تخلخل، اندازه حفره ها و مشخصات سطح
3- مشخصات نفوذی ترکیب شونده ها و محصولات
4- انرژی اکتیواسیون لازم به منظور جذب یا دفع (ترکیب شونده ها و محصولات)
5- انرژی اکتیواسیون واکنش انجام شده روی سطح
6- فاکتورهای حرارتی، نظیر دما و خواص ترموفیزیکی
مثالهایی از واکنشهای کاتالیزوری متداول در صنعت در جدول زیر نشان داده شده است.

CatalystReaction

Metals (e.g., Ni, Pd, Pt, as powders Or on supports) or metal oxides (e.g., Cu, Ni, Pt)​

C= C bond hydrogenation, e.g.,
olefin + H2 → parafin

Metals (e.g., Cu, Ni, Pt) ​

C= O bond hydrogenation, e.g.,
acetone+H2 → isopropanol
Metal (e.g., Pd, Pt)
Complete oxidation of Hydrocarbons, Oxidation of CO
Fe (supported and promoted with Alkali metals)
3 H2 + N2 → 2 NH3
Ni
CO + 3 H2 → CH4 + H2O
Fe or Co (supported and promoted With alkali metals)
CO+H2 → parafins + olefins +H2O + CO2 (+ other oxygen-containing compounds)
Cu (supported on ZnO, with other Components e.g., Ai2O3)
CO + 2H2 → CH3OH
Re + Pt (supported on a-Al2O3 or b-Al2O3 promoted with chloride)
Paraffin dehydrogenation,isomerization and
dehydrocyclization
Solid acids (e.g., SiO2, Al2O3, zeolites)
Parafin cracking and isomerization
b-Al2O3
Alcohol → olefin + H2O
Metal-oxide supported complexes of Cr, Ti or Zr

Olefin polymerization, e.g., ethylene → polyethylene
Pd supported on acidic zeolite
Paraffin hydrocracking
Metal-oxide supported complexes of W or Re

Olefin metathesis, e.g., propylene → ethylene + butane
Ag (on inert supported, promoted by Alkali metals)
Ethylene + 1/2O2 → ethylene Oxide (with CO2 + H2O)
V2O5 or Pt
2SO2 + O2 → 2 SO3
( V2O5 (on metal oxide support
Naphtalene + 9/2 O2 → Phthalic anhydride + 2CO2 + 2H2O
Bismuth molybdate
Propylene + 1/2 O2 → acrolein
Mixed oxides of Fe and Mo
CH3OH + O2 → formaldehyde
(with CO2 + H2O)
Fe3O4 or metal sulfides
H2O + CO → H2 + CO2
​

​

 

[پیرجو]

سلام:اگر ممکنه اطلاعاتی کلی درباره کاتالیستها داشته باشم(فارسی)-با تشکر .

مواد نانوساختار و نانوابعاد متخلخل و كاربردهاي كاتاليستي

دانلود

کاهش زمان احیاء کاتالیست راکتور تبدیل نوبتی در دماي پایین

دانلود

 

[پیرجو]

مطلب جالبه اما من مطالب بیشتر میخوام باسپاس.

ﻛﺮﺑﻦﺯﺩﺍﻳﻲ ﺍﺯ ﻛﺎﺗﺎﻟﻴﺴﺖ ﻧﻴﻜﻞ ﻣﺴﺘﻌﻤﻞ در فرآیند هیدروژناسیون

دانلود

ﻣﺒﺪل ﮐﺎﺗﺎﻟﯿﺴﺘﯽ Catalytic Converter

دانلود

آسیب های وارده به کاتالیست

دانلود

 

[حــامد]

حذف تک مرحله ای سولفید هیدروژن از جریان گازهای اسیدی در دمای پایین توسط محلول کاتالیست کیلات آهن در راکتور اتوسیرکولاسیون

حذف تک مرحله ای سولفید هیدروژن از جریان گازهای اسیدی در دمای پایین توسط محلول کاتالیست کیلات آهن در راکتور اتوسیرکولاسیون

حذف تک مرحله ای سولفید هیدروژن از جریان گازهای اسیدی در دمای پایین توسط محلول کاتالیست کیلات آهن در راکتور اتوسیرکولاسیون


دانلود
http://www.ripi.ir/fa/downloadripiir/fa/OIIM/tahghigh40/maghale2.pdf​

 

[حــامد]

بررسی اثر CO2 و H2O در تولید C5 توسط کاتالیست بهینه شده F-T

بررسی اثر CO2 و H2O در تولید C5 توسط کاتالیست بهینه شده F-T

بررسی اثر CO2 و H2O در تولید C5 توسط کاتالیست بهینه شده F-T

دانلود

 

[حــامد]

مطاله تجربی تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز به روش اکسایش جزیی غیر کاتالیستی

مطاله تجربی تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز به روش اکسایش جزیی غیر کاتالیستی

مطاله تجربی تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز به روش اکسایش جزیی غیر کاتالیستی


دانلود

 

[حــامد]

مقایسه اثر پایه های و ارتقاء دهنده های مختلف بر کاتالیست کبالت در سنتز فیشر - تروپش در راکتورهای بستر ثابت و ستون حبابی

مقایسه اثر پایه های و ارتقاء دهنده های مختلف بر کاتالیست کبالت در سنتز فیشر - تروپش در راکتورهای بستر ثابت و ستون حبابی

مقایسه اثر پایه های و ارتقاء دهنده های مختلف بر کاتالیست کبالت در سنتز فیشر - تروپش در راکتورهای بستر ثابت و ستون حبابی

دانلود

 

[حــامد]

مطالعه طول عمر و امکان بازیابی کاتالیست آهن هم رسوبی ارتقاء یافته

مطالعه طول عمر و امکان بازیابی کاتالیست آهن هم رسوبی ارتقاء یافته

مطالعه طول عمر و امکان بازیابی کاتالیست آهن هم رسوبی ارتقاء یافته


دانلود
کلیک راست +save target as

 

[majid2767]

كاربرد نانو كاتاليتها در واكنشهاي شيمي الي

كاربرد نانو كاتاليتها در واكنشهاي شيمي الي

چنتا pdf ميخواهم

 

[حــامد]

تعيين معادله سينتيكي واكنش گوگرد گيري هيدروژني ، براي دي بنزو تيوفن موجود در برشهاي نفتي

تعيين معادله سينتيكي واكنش گوگرد گيري هيدروژني ، براي دي بنزو تيوفن موجود در برشهاي نفتي

تعيين معادله سينتيكي واكنش گوگرد گيري هيدروژني ، براي دي بنزو تيوفن موجود در برشهاي نفتي


​

[FONT=Nazanin,Bold][FONT=Nazanin,Bold]

چكيده:​

[/FONT][/FONT]

آلودگيهاي نفتي يك پديده نامطلوب با تاثيرات جدي و مخرب بر روي محيط زيست و سلامتي انسان ميباشد. امروزه بحثهايي پيرامون گستره تاثيرات آن و روشهاي تعديل آن وجود دارد و بهبود كيفيت فرآورده هاي نفتي و توليد سوخت هاي پاك و سازگار با محيط زيست در دستور كار پالايشگاه هاي كشور قرار دارد. اما ساده ترين راه براي كمينه كردن آلودگي، جلوگيري از انتشار و توليد آن در احتراق سوختها ميباشد . از آنجا كه تركيبات سولفوردار يكي از مهمترين آلوده كننده هاي مواد نفتي و يكي از اهداف مهم پالايش بشمار ميروند.....​

 

[yareza2006]

Nano-gold supported on Fe

​

2O3: A highly active catalyst for low temperature

oxidative destruction of methane green house gas from exhaust/waste gases​

​

​

​

​

 

[hamedcheng]

کمک.کمک....

کمک.کمک....

سلام دوست عزیز

با توجه به اینکه شما مطالب خوبی در زمینه F-T ارائه دادید،میخواستم بگم در صورت امکان در مورد Autothermal Reforming Reactor راکتور خود گرمازا که برای تولید گاز سنتز از گاز طبیعی می باشد هم مطلب دارید.نیاز مبرم دارم.


با تشکر فراوان.

 

[پیرجو]

سلام دوست عزیز

با توجه به اینکه شما مطالب خوبی در زمینه F-T ارائه دادید،میخواستم بگم در صورت امکان در مورد Autothermal Reforming Reactor راکتور خود گرمازا که برای تولید گاز سنتز از گاز طبیعی می باشد هم مطلب دارید.نیاز مبرم دارم.


با تشکر فراوان.

Transient simulation of an autothermal reformer

Download​

 

[farzad84]

Ammonia plant integration using combined Chemical Reactor Energy Integration and Pinch Analysis

Ammonia plant integration using combined Chemical Reactor Energy Integration and Pinch Analysis

Ammonia plant integration using combined Chemical Reactor Energy Integration and Pinch Analysis

 

[سرمد حیدری]

تخريب ازن مازاد سيستم هاي تزريق گاز ازن بوسيله راكتورهاي كاتاليزوري و گرمايي كاتاليزوري

تخريب ازن مازاد سيستم هاي تزريق گاز ازن بوسيله راكتورهاي كاتاليزوري و گرمايي كاتاليزوري

تخريب ازن مازاد سيستم هاي تزريق گاز ازن بوسيله راكتورهاي كاتاليزوري و گرمايي كاتاليزوري

 

[imannasa2000]

تکنولوژيهاي کاتاليستي جديد در صنايع نفت و پتروشيمي

تکنولوژيهاي کاتاليستي جديد در صنايع نفت و پتروشيمي

تکنولوژيهاي کاتاليستي جديد در صنايع نفت و پتروشيمي

برای دانلود مقالات و جزوات و پروژه های بیشتر به آدرس زیر بروید:
[FONT=&quot]http://www.imannasa2000.blogfa.com[/FONT]​

نظر یادتون نره دوستان عزیز[FONT=&quot][/FONT]​

​

 

[imannasa2000]

تاثير مقدار زيركونيم روي عملكرد كاتاليست كبالت در سنتز فيشر تروپش

تاثير مقدار زيركونيم روي عملكرد كاتاليست كبالت در سنتز فيشر تروپش

تاثير مقدار زيركونيم روي عملكرد كاتاليست كبالت در سنتز فيشر تروپش

برای دانلود مقالات و جزوات و پروژه های بیشتر به آدرس زیر بروید:
[FONT=&quot]http://www.imannasa2000.blogfa.com[/FONT]​

نظر یادتون نره دوستان عزیز[FONT=&quot][/FONT]​

​