موضوع ارائه :تولید الفین
ارائه دهندگان:
استاد مربوطه:
1
مقدمه
ترکیبات موجود در نفت به چهار دسته تقسیم می شود:
پارافین ها
الفین ها
نفتن ها
آروماتیک ها
2
الفین
هیدروکربن هایی هستند که بعضی از اتم های کربن آن اشبباع نشده است.
یکی از مهمترن و اساسی ترین ماده در پتروشیمی میباشد
دارای فرمول 𝐻 2𝑛 𝐶 𝑛 میباشد
بزرگترین شرکت الفین جهان در ایران
الفین
الفین
3
انواع الفین
الفین ها:
اتیلن
پروپیلن
بوتادین
بوتیلن
4
روش های تولید الفین
5
کراکینگ
کراکینگ به معنای شکستن هیدروکربن های سنکین و تبدیل ان به هیدروکربن های سبک تر
6
انواع روش های کراکینگ:
1)کراکینگ گرمایی
2)کراکینگ حرارتی در حضور بخار آب
3)کراکینگ حرارتی با بخار آب
Lpg+H2O → H2+CO+CO2
4)کراکینگ کاتالیزوری
5)کراکینگ هیدروژن
CnH2n+H2 → CmH2m+2+CxH2x-6
7
کراکینگ حرارتی در حضور بخار آب
کوره های کراکینگ:از تجهیزاتی که بوسیله آن ها در داخل اتاقک عایق شده گرمایی تولید شده توسط احتراق سوخت به سیال منتقل میشود0
کوره ها به عنوان مهمترین قسمت تولید الفین هستند۰
کویل ها مانند یک راکتور پیوسته عمل میکنند
8
خوراک کوره ها برای عملیات کراکینگ
1)اتان
2)خوراک مایع
3)اتان و پروپان برگشتی
9
نمای داخلی کوره و قرار گیری کویل ها و جریان خوراک
10
نمای بیرونی کوره
11
مکانیسم واکنش پیرولیز
پیرولیز اتان
C2H6 → CH3* +CH3*
CH3*+c2H6 → CH4+C2H5*
C2H5* → C2H4+H*
H*+C2H6 → H2+C2H5*
C2H6 → C2H4+H2
مکانیسم تا رادیکال آزاد پایدار شود ادامه میابد
C2H5*+C2H5* → c4H10
H*+C2H5 * → C2H6
H*+CH3* → CH4
H*+H* → H2
12
راندمان پیرولیز تابع عوامل زیر است
1)پروفایل دمای کراکینگ
2)زمان اقامت در کویل ها
3)فشارجزیی هیدرو کربن ها
13
تشکیل کک:
دلایل:
شدت و توضیع نامناسب حرارت جریان
عدم استفاده از بخار رقیق کننده
راه های جلوگیری:
تزریق ماده سولفور به بخار رقیق کننده
استفاده از ونتوری در ورودی کویل
14
معایب:
اقتصادی
افزایش افت فشار
افزایش حرارت سطح کویل ها
15
سردسازی اولیه کراکینگ
استفاده از مبدل ها برای سرد سازی تا چند صد درجه
جداسازی اولیه در بخش گرم
هدایت به بخش سرد وکاهش تدریجی دما تا ۱04 درجه سانتی گراد
فشار هنگامی ک به سمت کمپرسور فرستاده میشود دارای فشار ۵ بار و دمای ۷۵ درجه سانتی گراد است
16
بخش سرد و انجام عملیات های مختلف برای جداسازی
فرستادن گاز کراکینگ به کمپرسور ها برای رسیدن به دمای 15سانتی گراد و فشار35 بار
اما ما نمیتونیم تنها از یک کمپرسور استفاده کنیم.چرا؟؟؟
جداسازی متان و هیدروژن
حذف کربن دی اکسید و هیدروژن دی سولفید
17
جداسازی هیدروژن و متان
برج تبرید سرد سازی تا دمای منفی ۲۴۰درجه
خالص سازی هیدروژن
18
شماتیکی از یک کمپرسور
19
شماتیک تولید الفین
20
جداسازی اتیلن و پروپیلن
جداسازی با استفاده از برج تقطیر
21
برج تقطیر
22
گاز هیدروژن
23
مراحل تولید الفین
تولید الفین در دو مرحله صورت می گیرد:
تولید متانول از گاز طبیعی
تبدیل متانول به الفین
24
فرایند تولید متانول بر پایه رفرمینگ بخار
مراحل تولید متانول:
گوگرد زدایی
تولید گاز سنتز
سنتز متانول
تقطیر متانول
25
گوگردزدایی
فعالیت کاتالیست تحت تاثیر اجزا سموم کاتالیستی موجود در خوراک گاز قرار دارد
ترکیبات گوگردی فعالیت کاتالیست را به شدت کاهش می دهد
گوگرد زدایی در دمایی 350 تا 380 درجه سانتی گراد انجام میشود
خوراک از میان بسترهای اکسید روی عبور داده میشود و سولفید هیدروژن طبق واکنش زیر جذب می شود:
H2S+ZnO→ZnS+H2O
26
واحد گوگردزدایی
27
تولید گاز سنتز
گاز سنتز به مخلوط های گازی اطلاق می شود که دارای CO , H2 باشد
گاز سنتز در چهار مرحله کلی تولید می شود:
گوگردزدایی
پیش رفرمینگ
رفرمینگ بخار
Co2 به عنوان خوراک اضافی
28
پیش رفرمینگ
اگر خوراک دارای هیدرو کربن های سنگین باشد از این مرحله استفاده میشود
شرایط مناسب برای رفرمینگ بخار اصلی ایجاد میکند
طبق واکنش زیر هیدرو کربن های سنگین جدا می شود:
CO+3H2↔CH4+H2O
CO+H2O↔CO2+H2
گاز پیش رفرم شده در محدوده دمایی 380تا480 درجه سانتی گراد تولید میشود
29
رفرمینگ بخار
در این فرایند هیدرو کربن ها وبخار به طور کاتالیستی به هیدروژن و اکسید های کربن تبدیل می شوند
واکنش های تولید گاز سنتز:
CH4+H2O↔CO+3H2
CO+H2O↔CO2+H2
واکنشها در دمایی 600℃ در ورود به بستر کاتالیستی تا900℃ در خروجی
عدد استوکیومتری 2/8 تا 3 بدست می آید
استفاده از نیکل به عنوان کاتالیست
30
رفرمینگ بخار
31
CO2 به عنوان خوراک اضافی
عدد استوکیومتری 2/8 تا 3 برای سنتز متانول بالاست
CO2 با گاز سنتز مخلوط می شود که باعث کم شدن عدد استوکیومتری می شود
عدد استو کیومتری 2/05 برای فرایند سنتز متانول بدست می آید
عدد استوکیومتری بهینه باعث تولید متانول بیشتر از گاز بیشتر می شود
3CH4+2H2O+CO2→4CO+8H2
32
سنتز متانول
متانول از سنتز هیدروژن,مونواکسیدکربن و دی اکسیدکربن در حضور مس به عنوان کاتالیست بدست می آید
واکنش های سنتز:
CO2+2H2↔CH3OH
CO2+3H2↔CH3OH+H2O
واکنشها به شدت گرامازا هستند و گرمای واکنش باید سریع از منبع خود جدا شود که این عمل منجر به بیشترین بازده راکتور متانول می گردد
33
شرح فرایند سنتز متانول
1. راکتور متانول:
گاز رفرم شده وارد قسمت بالایی می شود و از میان لوله هایی که واکنش های سنتز در آنجا انجام مشود, می گذرد. گرمای واکنش از کاتالیست گرفته میشود و به بالای راکتور انتقال می یابد. مخلوط واکنش پس از آن از پایین راکتور تخلیه میشود.
34
نمای بیرونی راکتور
35
شرح فرایند سنتز متانول
2. چرخه سنتز متانول:
تبدیل اقتصادی گاز سنتز به متانول با یک بار عبور از راکتور منفرد نمی تواند انجام شود. گاز های واکنش نداده در یک چرخه جریان می یابند و بنابراین سرعت تبدیل افزایش می یابد.
36
تقطیر متانول
مواد خام تولید شده در سنتز متانول شامل آب, گاز های حل نشده و و مقداری از محصولات فرعی نامطلوب غیر قابل چشم پوشی است. هدف از واحد تقطیر حذف ناخالصی ها به منظور بدست آوردن متانول با خلوص دلخواه است که این مهم در سه مرحله انجام می شود:
گاز زدایی
حذف محصول فرعی با نقطه جوش پایین
حذف محصول فرعی با نقطه جوش بالا
37
فرایند تقطیر
38
فرایند تولید الفین
39
فرایند تبدیل متانول به پروپیلن
40
تولید الفین ازمتانول MTO
فرایند تبدیل متانول شامل بخش های زیر می شود:
مخازن ذخیره مواد اولیه و محصول
تبدیل واکنش ها
احیاء
دفع حرارتی و بازیافت متانول تبدیل نشده
افزایش فشار و جداسازی آب همراه
جداسازی
41
مخازن ذخیره
در این فرایند متانول به عنوان خوارک استفاده می شود و دی متیل اتر محصول میانی فرایند است ولی محصولات اصلی این فرایند بجز آب سنتز ,گاز مایع ,بنزین پیرولیز و پروپیلن می باشند و برای هر کدام دو مخزن دیده شده است.
42
تبدیل و واکنش شیمیایی
در این فرایند دو مرحله تبدیل کاتالیستی مجزا داریم
در واکنش شماره یک در هر مول متانول ,یک مول آب گرفته می شود
وابستگی این واکنش با فشار زیاد نیست
برای این واکنش از اکسید آلومینیوم در فاز گاما به عنوان کاتالیست استفاده میشود
دمای این واکنش گرمازا حدود 275 درجه سانتی گراد است
کاتالیست های اتر ساز فرایند تا دو سال بدون نیاز به احیاء فعالیت خود را حفظ میکنند
در مرحله بعد مطابق با واکنش شماره دو پروپیلن تولید میشود
خوراک به صورت مایع وارد مراحل میانی راکتور میشود
CH3OH→CH3-O-CH3+H2O (1)
CH3-OCH3→CH3-CH=CH2+H2O (2)
43
احیاء
در راکتور دوم که وظیفه آبگیری از دی متیل اتر را به عهده دارد گزینش پذیری پایین می آید و به همین دلیل جریان برگشتی لازمه پروسه میشود
جریان برگشتی تشکیل انواع کک را در سیستم امکان پذیر میکند و فعالیت کاتالیست در طول زمان کاهش می یابد
در مرحله احیاء سعی بر آن است که با کنترل دما باعث سوختن کک قابل حذف گردد
دمای بالا باعث به هم ریختن شبکه کاتالیست میشود
در هر دوره 25 روزی کاری احیاء کاتالیست با نیتروژن کنترل شده از نظر اکسیژن همراه اجرا می شود
44
دفع حرارتی و بازیافت متانول تبدیل نشده
از آنجا که آبگیری از دی متیل اتر فرایندی گرمازا است و واحدهای صنعتی با توجه به تئوری پینچ طراحی میشوند و سعی در حفظ انرژی دارند، خروجی داغ این مرحله برای بخار سازی، پیش گرم کردن خوراک متانول، تغییر فاز آن و … مورد استفاده قرار می گیرد
45
افزایش فشار و جداسازی آب همراه
بعد از تعدیل درجه حرارت جریان گازی مورد بحث،آنرا ضمن برخورد مستقیم با آب سرد در دو مرحله، به دمای مناسب برای ورود به کمپرسور ها می رسانیم، در اینجا علاوه بر سرد نمودن جریان، سعی می شود تا تمامی اجزاء همراه که قابلیت چگالیده شدن را دارند جدا شوند. قسمت اعظم این ته مانده، آب و متانول محلولی است که در مراحل قبل واکنش نداده است ولی ترکیبات هیدروکربنی سنگین نیز در این مرحله چگالیده شده و جدا می شوند. جریان نهایی ضمن عبور از بستر های جاذب کاملا خشک می شوند. متانول واکنش نداده نیز از آب جدا شده و برگشت داده میشود.
46
جداسازی
برای جداسازی کامل ترکیبات اتری، لازم است که در مراحل اولیه جداسازی برای حل کردن اتر، الکل تزریق شود
با حذف اتر، کاتالیست های صنایع پایین دستی در حاشیه امنیت بالاتری کار کرده و دی متیل اتر باعث مسمومیت کاتالیست های آن ها نمی شود
47
فرایند تولید الفین
48