عنوان:
تحقیق اصول اندازه گیری
موضوع:
روش های بازیافت انرژی در فرآیند تقطیر
فهرست
چکیده
مقدمه
توضیح
روش های بازیافت انرژی در فرآیند تقطیر
چکیده:
پالایشگاه ها، مجتمع های پتروشیمی و صنایع شیمیایی از عمده ترین مصرف کنندگان انرژی در میان صنایعی هستند که انرژی را به صورت سوخت، بخار و برق مصرف می کنند. هر یک از مجتمع های فوق دارای گونه های مختلف فرآیندهای عملیاتی می باشند که بطور مشترک و یا مستقل از هم در سرویس می باشند. از میان فرآیندهای متداول، عملیات تقطیر در پالایشگاه ها از نقطه نظر مصرف انرژی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند.
مقدمه
عملیات تقطیر درپالایشگاه ها عبارت است از فرآیند اقتصادی جداسازی برش های نفتی جهت حصول به یک مشخصه کیفی خاص می باشد. در فرآیند تقطیر که پارامتر اختلاف نقاط جوش اجزا تشکیل دهنده، عامل جداسازی است، عملیات تکراری تبخیر و میعان که تا جداسازی موردنظر انجام می گیرد، باعث به هدر رفتن مقادیر زیادی انرژی می گردد. انرژی لازم در یک فرآیند تقطیر از طریق جوش آور تامین می گردد. با توجه به قابلیت در دسترس بودن و اقتصاد فرآیند، منبع تامین گرما جهت جوش آور شامل بخار آب، روغن های داغ و یا کوز ه ها می باشند.
بخارات داغ در داخل برج به سمت بالا حرکت می کنند و با مایعاتی که با سمت پایین در جریان هستند، در چندین مرحله (روی سینی ها) تماس پیدا می کنندو در نهایت با تبادل حرارت به تعادل می رسند. اجزا سبک تبخیر شده، در حالی که اجزا سنگین میعان می شوند. بخارات در بخش بالاسری که غنی از اجزا سبک است، میعان می شوند. بخشی از این مایعات به برج برگردان می شود و بخشی به عنوان محصول از بالاسری خارج می گردد . گرمای حاصل از میعان اغلب به هوا یا آب و یا هر دو منتقل می شود و گاهی نیز به عنوان پیش گرمکن جریان خوراک و یا سایر موارد استفاده می گردد. در واقع مقدار این انرژی تعیین کننده است و همین امر آن را برای بازیافت جذاب تر می کند، اما به دلیل سطح دمای پایین، استفاده مفید از آن امکان پذیر نمی گردد. به علاوه بخش اعظم آن نیز بوسیله تشعشع و جابجایی از سیستم تقطیر به محیط منتقل می شود.
کاهش مصرف انرژی در عملیات تقطیر، امروزه در کاهش قیمت تمام شده محصولات بسیار موثر است. بنابراین پایش مصرف انرژی و مقایسه با یک معیار استاندارد و آنالیز و تفسیر انحراف از حالت استاندارد و در تمام مراحل و بطور مداوم امری ضروری است. به همین دلیل ارائه روش های کاهش مصرف انرژی نسبت به معیار استاندارد اهمیت ویژه ای داشته و مورد توجه خاص قرار می گیرد.
بهبود شرایط عملیاتی
جریان برگردان
فعالیت اساسی در این بخش جهت بهینه سازی مصرف انرژی عبارت است از بهبود کیفیت عملیات و تعیرات. نظر به اینکه هر دو فعالیت مزبور نیاز به سرمایه گذاری زیادی ندارند، دستاوردی باارزش تلقی می شوند.
در یک واحد تقطیر، مهمترین متغیر، میزان جریان برگردان می باشد. معمولا ً تغییر در میزان برگردان سبب تغییر در میزان جداسازی و در نهایت کیفیت محصولات می گردد، مگر آنکه سایر پارامترهای عملیاتی به نحوی تغییر یابند که این عدم تغییر جبران گردد. هرگونه کاهش در میزان جریان برگشتی سبب کاهش بار حرارتی ورودی به برج (از طریق جوش آور یا کوره) خواهد شد. بنابراین بازیافت انرژی از طریق کاهش نسبت جریان برگشتی بایستی با درنظر گرفتن سطح کیفی محصولات باشد. معمولاً کیفیت محصولات تولیدی بالاتر از سطح حداقل می باشد. پس بهتر است با کاهش مرحله ای میزان جریان برگردان، سطح کیفی محصولات تا رسیدن به حداقل سطح قابل قبول آزمایش گردد. ملاحظه می شود که در اینجا بازیافت انرژی بدون نیاز به سرمایه گذاری قابل انجام است. پیشنهاد دیگر عبارت است از افزایش خوراک ورودی بدون افزایش میزان جریان برگردان برج که در هر دو روش مذکور مقدار قابل توجهی انرژی بازیافت خواهد شد.
محل ورودی خوراک
یک متغیر عملیاتی مهم دیگر عبارت است از محل ورودی خوراک (سینی خوراک)، به برج که مصرف انرژی را تحت الشعاع قرار می دهد. انتخاب نامناسب نسبت عریان سازی به قسمت غنی سازی در یک برج تقطیر، سبب کاهش بازدهی در یکی از قسمت های برج تقطیر خواهد شد. در چنین حالتی انرژی زیادتری جهت استحصال محصولات موردنظر مصرف خواهد گردید. بنابراین اغلب ممکن است در طراحی اولیه (با سرمایه گذاری اندک) چند محل ورودی خوراک درنظر گرفته شود. در نهایت می بایست داده های عملیاتی بدست آمده از هر یک از محل های خوراک ورودی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و محلی انتخاب گردد تا با مصرف حداقل میزان انرژی، محصولاتی با حداکثر کیفیت بدست آید. این مساله بخصوص در واحدهایی که خوراک های مختلفی را استفاده می کنند، حایز اهمیت است.
فشار
فشار نیز یک متغیر عملیاتی مهم محسوب می شود که معمولاً با توجه به دمای آب خنک کننده در دسترس جهت میعان بخارات بالاسری انتخاب می گردد. در واقع عملیات تقطیر بدلیل فراریت نسبی اجزاء و سهولت عملیات در فشارهای پایین مطلوب تر است. در فصل زمستان و فصل بارانی به علت کاهش دمای محیط و افت دمای آب برج خنک کننده، می توان فشار برج را کاهش داد.
بهبود در تعمیرات و روش های تعمیراتی
میعان کننده بالاسری، کولر هوایی و جوش آور (یا کوره) مجموعه یک سیستم تقطیر به شمار می روند. پیش گرمایش خوراک و خنک کردن محصولات ته برج توسط مبدل های حرارتی انجام می گیرد. مبدل های حرارتی هم در بازیافت انرژی و هم در افزایش راندمان تقطیر نقش اساسی بازی می کنند. عملکرد موثر مبدل های حرارتی توسط عواملی چون گرفتگی و ایجاد رسوب روی سطوح انتقال حرارت، تحت الشعاع قرار می گیرد. بنابراین ترکیب مناسب عملیات تعمیرکاری و بازرسی مداوم در کاهش مصرف انرژی بسیار مفید خواهد بود.
معمولاً عوامل زیر در کاهش گرفتگی و رسوب گذاری مبدل ها موثر هستند:
1. پیش تصفیه جریان خوراک قبل از عملیات تقطیر، نمک زدایی موثر و فیلتراسیون و جلوگیری از انتقال گل و لای؛
2. استفاده از برخی از مواد شیمیایی ضدرسوب و جرم جهت ممانعت از ترسیب و چسبیدن گل و لای و مواد جامد به سطوح انتقال حرارت؛
3. تمیزکاری مناسب و برنامه مدون تمیزکاری دوره ای.
به علاوه انجام بازرسی های منظم جهت پایش و جلوگیری از خوردگی لازم است. در برخی از برج های تقطیر از مواد ضدکف استفاده می شود. این مساله بخصوص در میعان کننده بالاسری مفید می باشد. در کنار عوامل فرق، بازرسی چشمی تجهیزات، لوله ها، فلنج ها و شیرآلات، تعویض عایق های مستهلک و از بین رفته، تعمیز تله بخارهای معیوب امری لازم و ضروری می باشد.
استفاده از بازیافت اتلاف حرارتی
هدف از این روش ها بازیافت کامل انرژی از کلیه جریانی های گرم خروجی از واحد تقطیر می باشد. در این مرحله انرژی جریان های گرم خروجی توسط مبدل های حرارتی به جریان های دیگر منتقل می شود. این جریان ها را می توان از واحد تقطیر و یا از واحدهای همجوار دیگر انتخاب نمود.
بهترین مثال این سیستم، بازیافت انرژی تمرکز تقطیر در اتمسفر و در خلا در پالایشگاه های امروزی است که بسیاری از محصولات و Pump aroundها جهت پیش گرمایش خوراک ورودی به برج استفاده می شوند. امروزه تکنولوژی Pinch جهت بهینه سازی بازیافت انرژی استفاده می شود. همچنین در بالای برج تقطیر و تقطیر در خلا منبع انرژی خوبی در دامای پایین در دسترس است. اغلب این منبع انرژی از طریق کولرهای آبی یا هوایی به هوا منتقل می شود و در نتیجه بخش اعظم از انرژی اتلاف می شود.
عایق کاری
بازیافت انرژی در واحدهای تقطیر با عایقکاری نامناسب امری بعید و دست نیافتنی است. استفاده از عایقی با جنس و ضخامت مناست، نقش بسیار اساسی در بازیافت انرژی دارد. امروزه جهت بهینه سازی عایقکاری از مدل های کامپیوتری مناسب استفاده می شود. بخشی از فعالیت های عمده در این بخش به شرح زیر است:
1. درنظر گرفتن سرویس مخصوص عایقکاری؛
2. بهینه سازی مداوم ضخامت عایق بر اساس قیمت سوخت و عایت؛
3. بهینه سازی مواد مورد استفاده جهت عایقکاری (استفاده از عایق های با هدایت گرمایی کمتر)؛
4. استفاده از عایق های مخصوص (سفارشی) جهت نصب روی شیرآلات، فلنج ها و …. .
جایگزینی سینی ها با تجهیزات موثر مشابه
از عواملی که در کارایی برج های تقطیر موثر هستند. بازده و افت فشار در مراحل تماس (سینی یا آکنده) می باشند. سینی ها یا آکنده های با بازده بالا و افت فشار کم امکان کاهش میزان برگردان را فراهم می آورند. بنابراین هرگونه بهبود در کاهش جریان برگردان، توسط ابزارهای تماس موثر مشابه موجب کاهش مصرف انرژی خواهد شد. انتخاب سینی های موثر در طراحی جدید و یا در واحد موجود جهت افزایش خوراک نیز، همان مزایا و نتیجه را دارد. امروزه آکنده های با کارایی بیشتر و با ارتفاع معادل کمتر، انتقال جرم بالا و افت فشار کم یک جایگزین مناسب بجای سینی است.
ارتفاع معادل کمتر
جهت حصول به جداسازی معمول بین اجزا تعداد و مراحل بر اساس نسبت جریان برگشتی محاسبه می گردد. هرچه ارتفاع معادل آکنده کمتر باشد، ارتفاع کل برج نیز کاهش می یابد.
بازده انتقال جرم بیشتر
این افزایش در عین حال که موجب کاهش مصرف انرژی به ازای واحد محصول تولیدی، خلوص محصولات و در نهایت افزایش بازیافت می شود. افزایش ظرفیت میعان کننده و جوش آور را درپی خواهد داشت.
افت فشار کم
کاهش افت فشار به نتایج زیر منتهی می گردد:
– افزایش فراریت نسبت بین اجزا کلیدی که به جداسازی مناسب و در جریان برگشتی کمتر و مصرف انرژی کمتر منجر خواهد می شود.
– افزایش ظرفیت جوش آور به دلیل MTD بالا که به کاهش میزان انرژی مصرفی جهت گرمایش می انجامد.
– فشار بالای برج معمولاً توسط دمای خنک کننده بالاسری تعیین می گردد. افت فشار کمتر در برج سبب پایین آمدن دما و در نتیجه کاهش تجزیه حرارتی در ته برج منجر می گردد.
بهینه سازی و یا تعویض سیستم کنترل و ابزار دقیق
سیستم های کنترل قدیمی ستون تقطیر، معمولاً جهت راه اندازی و توقف ایمن واحد در شرایط اضطراری می باشد. عملکرد چنین واحدهایی به میزان زیادی به مهارت و تجربه پرسنل عملیاتی بستگی دارد. در سیستم های مدرن امروزی کنترل جلوه برنده، آنالیزکننده های on-line کنترل موازنه مواد و بهینه سازی کامپیوتری همه از ابزارهایی هستند که نه تنها موجب کاهش تعداد اپراتورهای مورد نیاز، بلکه موجب بهبود کیفیت محصولات و بهینه سازی مصرف انرژی نیز می شود.
میعان دو مرحله ای
بخارهای بالاسری برج تقطیر وارد میعان کننده یک مرحله ای کولر آبی یا هوایی می گردد و گرمای جریان های بالاسری به هوا منتقل می شود. در میعان کننده دو مرحله ای، مرحله اول جهت حصول به میعان کافی برای جریان برگردان انجام می گیرد. گرما به جریان دیگری همانند خوراک انتقال یافته و یا جهت تولید بخار فشار پایینت مورد استفاده قرار می گیرد و در مرحله دوم جهت خنک کردن و استحصال محصول کافی مورد استفاده واقع می شود.
جهت استفاده از میعان کننده دو مرحله ای بایستی شرایط ذیل فراهم گردد:
1. دمای بخارات بالاسری به اندازه کافی بالا باشد که توجیه اقتصادی داشته باشد.
2. بخارات بالاسری بایستی اختلاف دمای معقول بین نقطه حباب و نقطه شبنم داشته باشند.
مرجع:
عنوان مجله: مهندسی شیمی ایران
عنوان فصل: مقالات
نویسنده: آقای مهندس صمد شهری
چاپ: سال اول، شماره 4، اسفندماه 1381.
ناشر: موسسه چاپ و انتشارات دانشگاه امام حسین(ع)، ص 59-56.
10