:
یکی از مهمترین مباحثی که در حال حاضر مطرح می باشد بازیافت توان و انرژی در صنعت و استفاده بهینه از انرژی های موجود در واحدهای مختلف نفت و پتروشیمی یا به عبارت دیگر انتگراسیون فرایندها است. در ریاضیات انتگرال گیری از تابع به مفهوم محاسبه سطح محصور بین منحنی و یکی از محورهای مختصات می باشد و این امر با تعیین سطح هر مستطیل یا ذوزنقه و جمع کردن مساحت های آنها امکان پذیر می باشد. انتگراسیون فرایندها نیز مفهوم مشابهی دارد، به عبارت دیگر، منظور از انتگراسیون فرایندها (یکپارچه کردن فرایند) چیدن و قرار دادن اجزاء تجهیزات فرایندی در واحد می باشد (جمع کردن تجهیزات) به نحوی که شرایط بهینه حاصل گردد. هدف از انتگراسیون فرایندها را می توان به صورت زیر بیان نمود:
1- طراحی بهتر فرایند
2- کاهش هزینه های منابع حرارتی گرم و سرد خارجی
3- کاهش اتلاف انرژی
4- استفاده بهینه و مناسب از دستگاه ها

تئوری Pinch انتگراسیون فرایندها را امکان پذیر می سازد، این روش برای حل بسیاری از مسائل فرایندی از جمله موارد زیر کاربرد دارد:

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

1- طراحی شبکه مبدل های حرارتی
2- تعیین صحیح محل قرار گرفتن تجهیزات فرایندی (کمپرسورها، پمپ ها، توربین ها، برج های تقطیر و…)
3- انتخاب بهینه منابع حرارتی گرم و سرد خارجی
4- تعیین تقریبی سطح تبادل حرارت شبکه مبدل های حرارتی، قبل از طراحی شبکه مورد نظر (Targeting)
5- تعیین هزینه دستگاه ها (Capital Cost) و هزینه انرژی (Energy Cost)
نظر به اینکه انتگراسیون فرایند یک سیستم روش شناسی سازگار یافته است، از بزرگترین مزایای آن پیش بینی فرایندهای یا واحدهای پیچیده از قبیل پالایش نفت، کارخانجات شیمیایی، پتروشیمی و غیره می باشد. در واحدهای ساده و کوچک مانند صنایع غذایی و نوشیدنی نیز انتگراسیون فرایند کاربردی و پردازشی است. از صنایع دیگری که انتگراسیون فرایند به طور موفقیت آمیزی در مورد آنها عمل کرده است صنایع خمیر، کاغذسازی، داروسازی و صنایع فلزی می باشد.
یکی از مفصل ترین مباحث انتگراسیون فرایند، طراحی و توصیف راکتورها، جداکننده ها (مخصوصا سیستم هایی با مصرف انرژی همانند برج های تقطیر، خشک کن ها و تبخیر کننده ها)، شبکه مبدل های حرارتی و واحدهای پشتیبانی (بخار در فشارهای مختلف، کوره ها، سردسازها و غیره) است، از طرفی Aspen pinch یک ابزار فراگیر برای طراحی یا طراحی مجدد سیستم شبکه مبدل های حرارتی جهت بازیافت انرژی می باشد. به کارگیری این تکنیک در طراحی مبدل های حرارتی و خصوصا انجام اصلاحاتی بر روی آنها به منظور افزایش تبادل حرارت و در نتیجه کاهش نیاز به مصرف انرژی از تأسیسات حرارتی سرد و گرم، مقرون به صرف می باشد.
در این پروژه اطلاعات مربوط به فرایند تولید کمپلکس PVC در واحد پتروشیمی اروند جمع آوری شده است و مطالعه تکنولوژی Pinch و تجزیه و تحلیل نتایج در این واحد انجام گردیده است. این تجزیه و تحلیل با بهره گرفتن از نرم افزار Aspen pinch صورت پذیرفته است.

:
وجود مشکلات ناشی از وجود گازهای اسیدی در جریان مختلف گازی در صنایع شیمیایی، به ویژه صنعت نفت، این صنایع را با چالش های اجتناب ناپذیری روبرو کرده است. گاز طبیعی عمدتا دارای ناخالصی هایی نظیر h3S و CO2 می باشد که وجود این گازها در گاز طبیعی سبب خوردگی خطوط لوله و نیز مسموم شدن کاتالیست ها می گردد بنابراین برای کنترل خوردگی و بقیه مشکلات حاصل از وجود گازهای اسیدی در صنایع مختلف شیمیایی از قبیل پالایشگاه ها، صنایع پتروشیمی و صنایع گاز، حذف این گازها تا غلظت های بسیار پایین ضروری می باشد.
فناوری های رایج و سنتی در حذف این آلاینده ها، فرایند absorption با بهره گرفتن از برج های Packing و حلال هایی نظیر آمین می باشد که از لحاظ عملیاتی و نیز مصرف انرژی بسیار پرهزینه می باشد و به همین علت در دهه های اخیر، فرایندهای نوین جداسازی از جمله فرایند فیلتراسیون غشایی در سال های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.
فرایندهای جداسازی غشایی از دهه 1960 کاربردهای صنعتی یافتند و برخی از آنها مانند جداسازی گازها توسط غشاء، عمری کوتاه و در حدود 25 سال دارند. در خلال این دوره زمانی، این فرایندها کاربردهای متنوعی در صنایع یافته و رشد چشمگیری در بازار فروش به دست آورده اند.
فناوری فیلتراسیون غشایی دارای مزایایی به شرح زیر می باشد:
1- مصرف انرژی کمتر برای جداسازی
2- امکان انجام عملیات در دمای محیط
3- سهولت دستیابی به کلیه فازهای جداسازی شده
4- انجام عملیات توسط تجهیزاتی با وزن و حجم کم

5- رفع مشکلات موجود در فرایندهای جداسازی نظیر پدیده های طغیان و نیاز به بازیافت حلال مصرفی

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

6- نصب و عملیات ساده
7- حداقل نیاز به کنترل، بازرسی، تعمیر و نگهداری
8- عدم نیاز به استفاده از مواد شیمیایی برای جداسازی و عدم وجود مسائل زیست محیطی ناشی از آن
9- ایده آل برای مناطق دوردست و موقعیت هایی که امکان فراهم آوردن تسهیلات جانبی فرایندها موجود نباشد.
فرایندهای غشایی کاربردهای دیگری نظیر بازیافت و خالص سازی هیدروژن از جریان های گازی نظیر گازهای خروجی از واحدهای پالایشگاهی، بازیافت هیدروژن از گازهای خروجی واحدهای تولید آمونیاک، تنظیم نسبت h3/CO در گاز سنتز، حذف بخار آب از گاز طبیعی، تولید نیتروژن از هوا و تولید هوای غنی از اکسیژن را نیز دارا می باشند. یکی دیگر از زمینه هایی که در خلال سال های اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است، راکتورهای غشایی هستند که با انجام همزمان واکنش شیمیایی و جداسازی، بسیاری از محدودیت های فرایندهای کلاسیک را مرتفع می کند. در حال حاضر در کشور ما، فناوری غشایی برای جداسازی مایعات به کار گرفته شده است. شیرین سازی آب توسط فرایند اسمز معکوس، دیالیز خون، تغلیظ شیر و تولید پنیر به کمک فرایند اولترا فیلتراسیون از جمله مهمترین مصارف این فناوری در کشور ما هستند. در حوزه جداسازی گازها توسط غشا. عمده این فناوری به صنایع نفت و گاز و پتروشیمی محدود می شود و در این صنایع، فناوری غشایی پتانسیل بالایی برای کاربرد دارد که امید است بتوان از این فناوری در کشور ما نیز استفاده گردد. در این پایان نامه سعی گردیده است انواع فرایندهای شیمیایی حذف h3S و CO2 به همراه فرایندهای غشایی آن توضیح داده شده و انواع غشاهای مورد استفاده در این زمینه، نام برده شوند. در فصل آخر نیز مدلسازی ساده ای انجام گرفته و به کمک آن نشان داده شده است که درصد گازهای خروجی از سیستم جداسازی غشایی جهت تصفیه گاز طبیعی، به چه میزان رسیده است.
امید است این مطالب در جهت کمک به ادامه تحقیقات در این زمینه مورد استفاده قرار گیرد.

در دهه های اخیر استفاده از سیال فوق بحرانی و تکنولوژی آن در بسیاری از زمینه ها خصوصا در صنایع دارویی، مورد توجه قرار گرفته است. دلیل این امر، در چند موضوع نهفته است:
2- امکان افزایش میزان حلالیت با تغییر در محدوده وسیعی از دما و فشار.
3- خواص فیزیکی گاز گونه سیالات فوق بحرانی با توجه به اینکه که رفتار دانسیته در این سیالات مشابه مایعات است.
4- امکان استفاده از حلال های غیررسمی که پساب سمی تولید نمی کنندو

6- امکان انجام عملیات در دماهای نسبتا پایین برای موادی که در دماهای بالا ناپایدارند.

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

تمامی موارد ذکر شده در بالا، شرایط ایده آل و مناسبی را برای استفاده از این مواد در فرایندهایی نظیر استخراج، خالص سازی و کریستالیزاسیون مواد داروئی حساس، فراهم می آورند.
مهمترین فاکتور موثر و نکته کلیدی در کیفیت فرایندهای استخراج سوپر کریتیکال از لحاظ فنی و اقتصادی، دقت داده های تعادلی برای حلالیت است. با این حال داده های تجربی برای حلالیت بیشتر مواد دارویی در سیالات فوق بحرانی (بخصوص دی اکسید کربن) به ندرت موجود است. دلیل این کمبود را می توان در دو موضوع مهم خلاصه کرد: پیچیدگی و گران بودن تجهیزات و تکنیک های موجود که زمان زیاد و دقت بسیار بالایی را برای به دست آوردن نتایج درست می طلبد. این موضوع مشکل دیگری را در بحث بررسی این فرایندها به وجود می آورد و آن عدم اطمینان به دقت نتایج و داده های آزمایشگاهی گزارش شده در مقالات است که باعث مشکل شدن بررسی این نتایج می شود.
پیش بینی فرایند حلالیت در سیالات فوق بحرانی بسیار مشکل است زیرا دقت مدل های موجود برای شبیه سازی و تخمین تعادلات حلالیت در تمامی شرایط عملیاتی کافی نبوده و همچنین دسترسی به اطلاعات مربوط به خواص فیزیکی بیشتر مواد دارویی محدود می باشد و در صورت موجود بودن این اطلاعات، عدم اطمینان در متد بکار رفته در تخمین این مقادیر، مشکل را دوچندان می کند.
در این پروژه، فرایند حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی با بهره گرفتن از داده های آزمایشگاهی توسط تعدادی از معادلات حالت درجه سه معمول و قوانین اختلاط واندروالس یک و دو پارامتری مورد بررسی قرار گرفته و با یک مدل ریاضی که توسط نرم افزار مطلب نوشته شده، مقدار بهینه پارامترهای انطباق برای قوانین اختلاط واندروالس در شرایط عملیاتی موجود به دست آورده است. در انتها مقایسه ای نیز میان نتایج به دست آمده در این پروژه و اطلاعات گزارش شده توسط سایر محققان برای ایبوپروفن، انجام شده است.

ترکیبات سنگین نفتی نظیر آسفالتین بخش قابل توجهی از انواع نفت و پسماندهای سنگین نفتی را به خود اختصاص داده و مشکلات عدیده ای نظیر تشکیل کک و مسمومیت کاتالیست در فرایندهای شکست را به همراه خواهند داشت. بنابراین امروزه فرایند شکست حرارتی آسفالتین به منظور بهبود کیفیت محصولات فرایندهای شکست مورد توجه محققین و دانشمندان قرار گرفته است.
انواع شبکه های سینتیکی در مطالعات انجام شده بر روی واکنش های شکست حرارتی به کار گرفته شده است. پیش بینی روند شکست آسفالتین و پسماندهای سنگین نفتی با بهره گرفتن از مدل های سینتیکی تکه ای در سال های اخیر توجه خاصی را به خود جلب کرده است.
نمونه هایی از این مدل ها در ذیل ارائه شده است:
Singh و همکارانش مدل سینتیکی 5 تکه ای را به منظور بررسی شکست حرارتی پسماندهای سنگین نفتی در شرایط آرام ارائه کردند. تکه های شبکه سینتیکی براساس محدوده جوش انتخاب شده و شامل گاز، بنزن (IBP – 150^C) و (LGO (150 – 350^C و VGO (350 – 500^C و خوراک (500< درجه سانتیگراد) می باشد. مقادیر محاسبه شده توسط مدل ارائه شده با فرض سینتیک درجه یک از دقت مناسبی (حدود 70% نقاط پیش بینی شده در محدوده خطای 20% می باشند) در مقایسه با مقادیر تجربی برخوردار است.
Benito و همکارانش مدل سینتیکی 3 تکه ای را به منظور بررسی شکست حرارتی خوراک سنگین حاوی مقادیر قابل توجه آسفالتین در شرایط عملیاتی مشابه با کار تحقیقاتی Singh ارائه کردند. اجزای شبکه سینتیکی شامل تکه سنگین (بخشی از ترکیبات سنگین باقیمانده با دمای جوش بیش از 350 درجه سانتیگراد و محلول در تولوئن)، تکه سبک (شامل محصولات گاز و مایع) و تکه کک (ترکیب نامحلول در تولوئن) با توجه به محدوده جوش انتخاب شده اند. مدل سینتیکی ارائه شده این توانایی را دارد که به بررسی تأثیر شرایط عملیاتی نظیر دما، زمان اقامت و فشار بر فرایند شکست حرارتی آسفالتین بپردازد.

آقایان Filho و همکارانش مدل سینتیکی 16 تکه ای را برای بررسی شکست حرارتی پسماندهای سنگین خلاء در شرایط آرام در یک راکتور جریانی در نظر گرفتند. اجزای شبکه سینتیکی براساس محدوده جوش انتخاب شده و شامل تکه خوراک (با دمای جوش بیش از 550 درجه سانتیگراد)، تکه گاز، تکه نفتا (با محدوده جوش 70 – 204

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

 درجه سانتیگراد)، تکه گازوئیل سبک (با محدوده جوش 350 – 204 درجه سانتیگراد)، و 12 تکه گازوئیل (با محدوده جوش 550 – 350 درجه سانتیگراد) می باشد. واکنش های شکست اجزای مدل از سینتیک مرتبه یک پیروی کرده و تابع دما و فشار می باشند. مقایسه داده های تجربی یک واحد صنعتی تشکیل کک تأخیری و مقادیر محاسبه شده توسط مدل نشان می دهد که شبکه سینتیکی ارائه شده از دقت مناسبی برخوردار است. مدل سینتیکی ارائه شده در شرایط عملیاتی آرام مستقل از نوع خوراک بوده و این قابلیت را دارد که برای طراحی واحدهای صنعتی شکست سایر خوراک های سنگین نفتی در شرایط عملیاتی مشابه به کار گرفته شود.

در این پایان نامه به منظور پیش بینی دقیق تر توزیع محصولات شکست حرارتی آسفالتین جدا شده از نفت خام کالیفرنیا در یک راکتور ناپیوسته آزمایشگاهی Savage و همکارانش در محدوده دمایی 450 – 350 درجه سانتیگراد و محدوده زمان اقامت 120 دقیقه و فشار اتمسفری، مدل سینتیکی 4 تکه ای Yasar به صورت یک شبکه 14 تکه ای توسعه یافته است.
بخش های مختلفی که در این پایان نامه به تفصیل مورد بحث و بررسی قرار می گیرند، عبارتند از:
در فصل سوم مدلسازی سینتیکی و شبیه سازی راکتور شکست حرارتی نمونه آسفالتین جدا شده از نفت خام کالیفرنیا شرح داده می شوند. شرح اجزای مدل، فرضیات مدل، توزیع محصولات شکست حرارتی آسفالتین در شرایط عملیاتی مورد مطالعه، معادلات سینتیکی مدل و روش حل معادلات با بهره گرفتن از نرم افزار Matlab از عناوین مهمی است که در این فصل گردآوری شده است.
در فصل چهارم نتایج شبیه سازی با بهره گرفتن از نرم افزار Matlab، پارامترهای سینتیکی مدل، ثوابت سرعت و انرژی های فعالسازی واکنش های شکست حرارتی ارائه شده است. تأثیر شرایط عملیاتی دما و زمان اقامت بر توزیع محصولات فرایند شکست حرارتی آسفالتین نیز به تفصیل در این فصل شرح داده می شوند. ارزیابی کلی مدلسازی سینتیکی فرایند شکست حرارتی آسفالتین و پیشنهادهای کارآمد مرتبط با آن از مباحث مهمی است که در فصل پنجم مورد بررسی قرار می گیرد.

:
تولید از مخازن نفتی با روش تخلیه طبیعی تنها به برداشت كسر كوچكی از كل نفت (حدود 10 تا 15 درصد) در جای اولیه منجر می شود. این مقدار بستگی به عوامل متعددی از جمله چگونگی مكانیسم رانش، خواص سنگ و سیال مخزن و…. دارد.
از این رو مقوله مهمی به نام ازدیاد برداشت از مخازن نفتی مطرح شده است كه اگر چه با هدف تثبیت فشار، كاهش ویسكوزیته، برداشت از مخزن را تا حد معینی بالا می برد؛ اما با این وجود هنوز قسمت اعظم نفت در زیرزمین باقی می ماند. به طور كلی بر اساس زمان برداشت از مخازن، بازیابی به سه دسته برداشت نوع اول، دوم و سوم دسته بندی می شوند.
در برداشت نوع اول نیروی محركه اختلاف فشار مخزن و فشار انتهای چاه تولید می باشد. در این روش تنها 10 تا 20% از كل نفت قابل بازیابی است در برداشت نوع دوم، مخازن گازی تحت تأثیر تزریق گاز یا رانش طبیعی آب برای تخلیه قرار می گیرند. در بازیابی نوع سوم، روش های حرارتی تزریق گاز و مواد شیمیایی انجام می گیرد كه می تواند بازیابی هیدروكربنها را به طور اساسی افزایش دهد. در این میان تزریق گاز در ازدیاد برداشت یكی از مؤثرترین و اقتصادی ترین روش ها است.
در سال های اخیر مسأله میزان انتقال جرم، بخصوص در مخازن شكاف دار به هنگامیكه یک گاز به مخزن نفت، جهت بازیافت تزریق می گردد مورد توجه و اهمیت فراوان قرار گرفته است. بر اثر استخراج از این مخازن حالت تعادلی كه در میلیون ها سال در این مخازن شكل گرفته به هم خورده و مواد از جایی با غلظت زیاد به محلی باغلظت كم وارد می شوند. میزان سرعتی كه مواد تحت آن حركت می كنند در هر نقطه و در هر جهتی به گرادیان غلظت در آن نقطه و جهت بستگی دارد. در مخازن نفتی بدست آوردن نرخ انتقال جرم به وسیله نفوذ مولكولی در محاسبه مقدار گاز نفوذی درون نفت در پروژه های تزریق گاز ضروری می باشد.
در مخازن عادی (conventional reservoir) در فرایند بازیابی ثانویه اختلاف گرادیان غلظت بین نفت و گاز تزریقی باعث نفوذ ملكولی و انتقال جرم بین دو فاز شده و در نتیجه نفوذ ملكولی می تواند یک جبهه امتزاجی یا مایع رقیق شده در جلوی فاز گاز تزریقی بوجود بیاورد كه باعث بهتر جاروب شدن نفت در مخزن، بخصوص نفت چسبیده به دیواره خلل و فرج ها می شود.

اواخر دهه 80 و همزمان با گسترش كاربرد چاه های افقی روش جدیدی ابداع شد. در این روش از یک چاه تزریقی عمودی در بالای چاه تولیدی افقی استفاده می شود. در این روش از گازهای سبك هیدروكربنی مانند پروپان، بوتان و یا تركیب آنها با گازهای غیر میعانی استفاده می شود. هنگامی كه این تركیب در فشاری نزدیک به فشار نقطه شبنم تزریق شود محفظه ای از گازهای هیدروكربنی در مخزن تشكیل می شود. در سطح تماس، این محفظه با نفت سنگین داخل مخزن تركیب و در واقع انحلال گاز

خرید فایل متن کامل این پایان نامه :

 انجام می شود كه در نتیجه آن گرانروی كاهش می یابد. كه در واقع همان بهتر جاروب شدن نفت در مخزن می باشد.

روش دیگر تزریق كه متداول است، تزریق یک توده پروپان و به دنبال آن تزریق متان می باشد البته در این جا این نكته لازم به یاد آوری است كه پارامترهای دیگری بجز نفوذ ملكولی در تزریق امتزاجی (Miscible Fluid) وجود دارد توزیع تخلخل ها، توزیع اشباع سیالات، سرعت تزریق، تحریک پذیری (mobility) حلال و نفت در ناحیه ترزریق و مقدار سطح تماس نفت و گاز تزریقی از جمله عوامل دیگری می باشند كه بجز ضریب نفوذ ملكولی روی بازیافت نفت در این فرایند تاثیر گذار می باشند.
در مخازن عادی بازیابی ثالثیه، بعد از تزریق آب در بازیابی ثانویه، نفت باقیمانده در خلل و فرج ها توسط تزریق Co2 از طریق مكانیسم نفوذ ملكولی و انتقال جرم قابل بازیافت است.
در بازیابی ثانویه گاز دی اكسید كربن تزریقی به طور مستقیم با نفت تماس می یابد و چون CO2 به شدت با نفت امتزاج پذیر است، بازیابی بالا می باشد. بعد از برداشت نفت توسط نیروی خود مخزن مقداری نفت هم توسط تزریق آب در بازیابی ثانویه بازیافت می شود، در تزریق آب به درون مخزن مقدار قابل توجهی نفت توسط آب به دام می افتد كه به این نفت، نفت باقیمانده می گویند. دی اكسید كربن به شدت با نفت امتزاج پذیر و با آب امتزاج ناپذیر است.دی اكسید كربن بعد از نفوذ از میان آبی كه نفت را محاصره كرده با نفت تماس می یابد و باعث تورم نفت می شود، نفت آن قدر متورم می شود تا سد یا مانع آبی را از بین ببرد و با خود جریان دی اكسید كربن تماس یابد و بازیافت شود.
بازیابی نفت باقیمانده نسبتاً پایین است و بستگی به سرعت تزریق (Flood Rate) دارد. یک مدل ایده آل یک بعدی كه دی اكسید كربن از میان یک لایه آب به درون یک لایه نفت به دام افتاده نفوذ كرده و به دنبال آن نفت متورم می شود. این مدل كه در زیر نشان داده شده است، به طور دقیق نقش نفوذ ملكولی در پروسس  بازیافت را تشریح می كند.