گزارش کارآموزی در پژوهشگاه صنعت نفت، مرکز تحقیقات کاتالیست



دانشگاه آزاد اسلامی دزفول

گزارش کارآموزی
‍‍‍
پژوهشگاه صنعت نفت

مرکز تحقیقات کاتالیست

سرپرست:

استاد راهنما:

مهندسی شیمی-صنایع پتروشیمی

تابستان 1389

با تشکر فراوان از تمامی کسانی که در این واحد در این دوره ما را همراهی نمودند.

فهرست مطالب
عنوان صفحه
1- فصل اول:آشنایی با پژوهشگاه 7
1-1 مرکز مطالعات و پژوهش های اکتشاف و تولید 7
1-2 پژوهشکده شیمی و پتروشیمی 10
1-3 علوم و تکنولوژی پلیمر 11
1-4 پژوهشکده پالایش 14
1-5 پژوهشکده گاز 16
1-6 پژوهشکده حفاظت صنعتی و محیط زیست 19
1-7 خدمات آزمایشگاهی
1-7-1 آزمایشگاه های متالوژی
1-7-2 آزمایشگاه های آلودگی هوا 24
1-8 پژوهشکده مهندسی توسعه فرآیندهای شیمیایی 25
1-9 مرکز تحقیقات کاتالیست 29
1-10 خدمات آزمایشگاهی 31
– فصل دوم:مقدمه ای بر کاتالیست
2-1 موارد مورد استفاده در کاتالیست 33
فصل سوم: پروژه ها و آزمایشگاه های مرکز تحقیقات کاتالیست
3-1 هیدروکانورژن 36
3-2 واحد ساخت کاتالیست 39
3-3 بازدید از پایلوت شهر ری 41
3-4 آزمایشگاه بررسی خصوصیات سطحی (بررسی های فیزیکی) 47
3-5 آزمایشگاه بررسی های شیمیایی 53
3-6 آزمایشگاه نانو 57
3-7 آزمایشگاه بیورآکتوری و بیوکاتالیستی 59
3-8 توضیحاتی در باب کاتالیست 60
3-9 ترکیب نفت خام 64
3-10 کراکینگ کاتالیستی بستر سیال (FCC) 66
3-11 واکنش های هیدروکراکینگ 67
3-12 رفرمینگ 68
3-13 MTBE 70
3-14 آلکیل دار کردن و بسپارش 72
3-15 روش تحقیق 74
3 -16-hysys 86
3-17-مبدل های حرارتی و مشعل ها و بویلر 91
منابع و مراجع 109

1- فصل اول: آشنایی با پژوهشگاه صنعت نفت
پژوهشگاه صنعت نفت درابتدا با نام " اداره توسعه و تحقیقات شرکت ملی نفت ایران " درسال 1338 تاسیس شد. هدف اولیه این سازمان تحقیق و پژوهش درزمینه کاربرد مواد نفتی بوده است. بعد از پیروزی شکوهمند انقلاب اسلامی، نام این سازمان به مرکز پژوهش و خدمات علمی تغییر یافت و به توسعه فعالیتها درراستای اهداف فوق پرداخت. سپس طبق موافقت نامه اصولی سال 1368 شورای گسترش وزارت فرهنگ و آموزش عالی، به عنوان " پژوهشگاه صنعت نفت" با هدف انجام تحقیقات بنیادی، کاربردی و توسعه ای نامیده شد و به فعالیتهای خود ادامه داد. درحال حاضر پژوهشگاه صنعت نفت از 700 نیروی انسانی متخصص، مجرب و ماهر برخوردار است که شامل 80 دکتر ، 332 فوق لیسانس ،127 لیسانس، و بقیه نیروهای تکنسین و پشتیبانی می باشند. ازکل کارکنان حدود 66% دارای سمتهای پژوهشی می باشند. از این میان تعداد 385 نفر توانسته اند جایگاه والای عضویت هیات علمی پژوهشگاه راکسب نمایند که با درنظرگرفتن قابلیتهای دستگاهی و امکانات تکنولوژی ویژه، خدمات علمی، مشاوره ای و آزمایشگاهی را به صنایع نفت وگازو پتروشیمی ارائه می نمایند.
مرکز مطالعات و پژوهش های اکتشاف و تولید
این مرکز یکی از ارکان اصلی پژوهشگاه صنعت نفت می باشد که در آن طیف وسیعی از مطالعات و پژوهش ها ارائه می شود. این مرکز ابتدا در سال 1341 با نام "آزمایشگاه های مهندسی نفت" در محوطه تاسیسات نفتی ری بنا نهاده شد. بعد از انقلاب اسلامی شکوهمند به صنعت اکتشاف و تولید توجه خاصی بذل گردید و در سال 1378 آزمایشگاه های مهندسی نفت تجدید سازمان گردید و توسعه یافت. بعد از آن با استخدام متخصصان کارآمد و فعال و توسعه مرکز از نظر دستگاه های آزمایشگاهی و بالا بردن توان سخت افزاری و نرم افزاری به یک سطح پیشرفته، این مرکز وارد دوره نوینی از نظر انجام مطالعات و پژوهش ها و فعالیت های مشاوره ای با تآکید خاص بر توسعه میدان های مهم نفتی و گازی به صورت پروژه های پژوهشی گرید.

چشم انداز :
این مرکز، مرکز پژوهشی کارآمدی است که فعالیت های خودر بر تولید و توسعه فن آوری برای ساختن آینده ای بهتر متمرکز ساخته است. هدف ما فراهم ساختن ارزش افزوده و ایجاد ثروت از طریق فن آوری های نوآورانه درراستای مشارکت در فراهم آوردن یک زندگی با کرامت برای انسان ها است.

نیروی انسانی:
این مرکز یکی از ارکان لاینفک پژوهشگاه صنعت نفت می باشد که در زمینه های بالادستی طیف گسترده ای از مطالعات و پژوهش ها را ارائه می نماید این مرکز در سال (1961) در منطقه تاسیسات نفتی ری تحت عنوان آزمایشگاه های مهندسی نفت تاسیس شد.
در حال حاضر، این مرکز از چهار انستیتوی پژوهشی و مشاوره ای شامل تولید وبهره وری، مطالعات مخازن، تکنولوژی حفاری وازدیادبرداشت وپژوهشکده اکتشاف و تولید تشکیل شده است. پژوهشکده اکتشاف و تولید دارای هشت واحد پژوهشی شامل زمین شناسی مخزن، ژئوشیمی، ژئوفیزیک، گل وسیمان حفاری، آنالیز مغزه ها، PVT و مدل سازی و شبیه سازی مخزن است که فعالیت های مطالعاتی و پژوهشی آن در زیر به صورت خلاصه آمده است:
مراکز و واحدها
* پژوهشکده اکتشاف و تولید
* واحد پژوهش ژئوشیمی آلی
* واحد پژوهش پتروفیزیک
* واحد پژوهش زمین شناسی نفت
* بخش ژئوفیزیک
* واحد سیالات مخازن
* واحد حفاری و تکمیل چاه
* واحد طراحی مدلهای مخازن
* واحد پژوهش مغزه های نفتی و گازی
* واحد امور آزمایشگاه ها
* مرکز مطالعات تولید و بهره وری مخازن
* مرکز مطا لعات ازدیاد برداشت از مخازن
* مرکز مطلعات تکنولوژی حفاری
* مرکز مطالعات مخازن
* درباره واحد ارزیابی طرح و کنترل پروژه
* پژوهشکده علوم زمین
دانش فنی
* تکنولوژی حفاری
* سیستم نفتی و آنالیز مخزن
* مطالعات ژئوفیزیک
* مطالعات زمین شناسی
* مطالعات پتروفیزیک
* مطالعات و مدیریت مخازن
* مطالعات تولید و بهره وری
* ازدیاد و برداشت
* حفاری و تکمیل چاه
* طراحی و تولید نرم افزار
* خدمات علمی مغزه های نفتی و سیالات مخازن
* شبیه سازی مخزن

خدمات
* آزمایشگاه ها
* پژوهش مغزه های نفتی
* سیالات مخازن
* ژئوفیزیک
* زمین شناسی
* حفاری و تکمیل چاه
* طراحی مدل های مخازن
* پتروفیزیکی
* ژئوشیمی آلی
* دوره ها
* مطالعات تولید و بهره وری از مخازن
تکنولوژی
پرسنل ماهر و فن آوری پیشرفته از جنبه های اساسی سازمان ما است و ما بر ارزش افزوده فن آوری در کار پر رقابت اکتشاف و تولید واقفیم. مرکز مطالعات و پژوهش های اکتشاف و تولید بر ادامه و ترویج موارد زیر مصمم است:
* دستیابی به بهترین فن آوری و پرسنل
* کار گروهی جامع و چند جانبه
* حضور فعال در صنعت (انجام پروژه های متقاضی دار)
* انجام پروژه های بنیادی
* افزایش توان رقابت
اختراعات
اختراع ، 1 درصد نبوغ است و 99 درصد پشتکار. (توماس ادیسون) مرکز مطالعات و پژوهش های اکتشاف و تولید در استفاده و توسعه فن آوری هایی که موجب ترویج فرهنگ انجام عملیات اکتشاف و تولید به صورت بهینه می گردد عزمی راسخ دارد. تولید دانش فنی موارد ذیل از موفقیت های مرکز مطالعات و پژوهش های اکتشاف و تولید به شمارمی رود:
* برآورد میزان تخلخل از روی تصاویر CT-Scan
* تهیه سیمان فوق سبک با استفاده از فن آوری نانو
* بررسی آزمایشگاهی رسوب آسفالتن با استفاده از سیستم SDS
* پایش فن آوری در کاربرد MEOR برای حوزه نفتی ایران
* فن آوری مخازن هوشمند
* مطالعات مخزنی طراحی، تولید و توسعه نرم افزار مدل سازی پارس
* طراحی، تولید و توسعه نرم افزار پارس لاگ
* پژوهشکده شیمی و پتروشیمی
پژوهشکده شیمی و پتروشیمی با هدف دستیابی ده دانش فنی ساخت مواد شیمیایی مورد نیاز صنعت نفت تاسیس شد و دارای شش واحد پژوهشی است:
* پژوهش فرآورده های پتروشیمی
* پژوهش فرآورده های ویژه
* پژوهش مواد افزودنی به فرآورده های نفتی
* پژوهش تجزیه شناسایی و فرمولاسیون مواد
* پژوهش کودهای شیمیایی و مواد معدنی
* پژوهش سموم و دفع آفات
رئیس پژوهشکده: دکتر امیرناصر احمدی
زمینه های فعالیت
ساخت و جایگزینی مواد فعال سطحی، تهیه محصولات با ارزش افزوده از فرآورده های نفتی و پتروشیمی و دور ریز صنایع، کاربرد گوگرد و ساخت متفاوت گوگردی، ساخت مواد معدنی ، کنترل کیفیت سموم و کودهای شیمیایی، سنتز مواد افزودنی به روغن و سوخت، مواد افزودنی به لاستیک و پلاستیک، شناسایی و ساخت مواد افزودنی به سیالات حفاری، ساخت مواد شیمیایی ویژه با خلوص بالا، نانو تکنولوژی و کاهش مصرف سوخت، سنتز نانو ذرات مورد نیاز صنعت نفت، بررسی و سنتز سرعت دهنده ها و بازدارنده ها در تشکیل هیدارت گازی و مواد فعال سطحی، شیمی بالادستی ، علوم نوین ( مایعات یونی، غشاء، بیوکاتالیست و غیره).
امکانات و تجهیزات
راکتورهای آزمایشگاهی تحت فشار، راکتورهای شیشه ای در ابعاد مختلف، تجهیزات بنچ چند منظوره و تجهیزات آزمایشگاهی مختلف.
دستاوردها
این پژوهشکده با ارائه خدمات علمی و آزمایشگاهی به مراکز تولیدی و تحقیقاتی کشور و انجام پروژه های تحقیقاتی و نیمه صنعتی، سعی در ارتقای بهبود و رفع مشکل صنایع نفت، گاز ، پتروشیمی و صنایع وابسته را دارد. ثبت بیش از 38 اختراع، راه اندازی 19 واحد صنعتی تولید مواد شیمیایی مورد نیاز صنعت پتروشیمی کشور، ارائه 120 سخنرانی در همایشها و گردهمایی ها، چاپ 90 مقاله علمی در مجلات داخل و خارج کشور، برگزاری سمینارهای سالیانه مانند سمینارهای شیمی سبز، آگروشیمی و فرآورده های ویژه و … از دست اوردهای پژوهشکده می باشد.
علوم و تکنولوژی پلیمر
پژوهشکده علوم و تکنولوژی پلیمر با اهداف پژوهش جهت دست یابی به دانش فنی ساخت و بهینه سازی روشهای موجود ساخت مواد پلیمری مورد نیاز صنایع بالادستی نفت و گاز ، پژوهش درخصوص استفاده از پلیمرها و کسب دانش فنی و ارائه راه حل های لازم در مورد نیازهای علمی و فنی واحدهای عملیاتی صنایع بالادستی ، پژوهش در دستیابی به تولید گریدهای جدید برای کاربردهای معین و تنوع بخشیدن به محصولات پلیمری براساس نیاز صنایع پایین دستی در مجتمع های پتروشیمی و نیز پژوهش درخصوص افزایش ظرفیت مجتمع های پتروشیمی و دست یابی به تکنولوژیهای ابداعی و روشهای نوین پلیمریزاسیون برای تهیه پلیمرها، در سال 1368 تاسیس یافت. این پژوهشکده از چهار گروه پژوهشی ، سنتز پلیمر (پلیمریزاسیون) ، کاربرد و فرمولاسیون پلیمر ، طراحی و مهندسی پلیمر و خدمات علمی و آزمایشگاهی و مشاوره‎ای تشکیل شده است و مسئولیت آن بعهده آقای محمود همتی دکتری مهندسی پلیمر از دانشگاه امیر کبیر می باشد.

واحدها
* واحد سنتز پلیمر
* واحد خدمات علمی و آزمایشگاهی پلیمر
* واحد کاربرد وفرمولاسیون پلیمرها
* واحد طراحی و مهندسی پلیمرها
تجهیزات آزمایشگاهی
– اختلاط گر برابندر مجهز به محفظه های مخلوط کنهای داخلی از نوع بنبوری و cam ، اکسترودر تک پیچه ، قالبهای مورد استفاده در فرآیند پلیمرها
– اکسترودر دوپیچه برابندر
– غلطکهای آزمایشگاهی
– ویسکومتر مونی
– رئومتر لوله موئینه (capillary) – اختلاط گر برابندر مجهز به محفظه های مخلوط کنهای داخلی از نوع بنبوری و cam ، اکسترودر تک پیچه ، قالبهای مورد استفاده در فرآیند پلیمرها
– اکسترودر دوپیچه برابندر
– غلطکهای آزمایشگاهی
– ویسکومتر مونی
– رئومتر لوله موئینه (capillary)
فضای آزمایشگاهی و صنعتی
– پنج آزمایشگاه شناسایی و سنتز پلیمرها به مساحت 300 متر مربع
– چهار آزمایشگاه فرآیند و تعیین خواص پلیمرها به مساحت 200 متر مربع
– یک پایلوت تکنولوژی پلیمر به مساحت 350 متر مربع
دستاوردها
* بررسی زیست تخریب پذیری PE پتروشیمی تبریز
* بررسی انواع آلپاژهای پلیمری برای کاربردهای معین PVC/NBR, PP/PB, PP/PB, PP/EPDM, ABS/PVC, HIPS /PPO, PC/ABS
* فرمولاسیون محصولات پتروشیمی تبریز جهت دیرسوز نمودن(FR-ABR, FR-HIPS, FR-PE, FR-EPS (Flame retardancy
* فرمولاسیون و اصلاح PP گرید داخلی برای استفاده در کابل های مخابراتی و لوله های تراوا در آبیاری
* فرمولاسیون و کسب دانش فنی در زمینه ساخت چسب مورد نیاز برای اتصال تسمه نقاله
* بکارگیری لوله و آسترهای کامپوزیتی در منطقه پارس جنوبی تولید گریدهای جدیدHIPS ضد الکتریسیته ساکن (Antistatic)
* استفاده از پلی ایزوبوتیلن (PIB) به عنوان ماده جایگزین در فرمولاسیون (HIPS) پتروشیمی تبریز
* کاربرد ژل های پلیمر در ازدیاد برداشت از مخازن نفتی استفاده از غشاهای پلیمری در جداسازی آبهای تولیدی از مخازن نفت و گاز
* سنتز و تولید زرین های مبادله کننده یونی و سولفوناسیون آن در شرایط مشابه واحد EPS پتروشیمی تبریز و منعقد کننده های مصرفی صنایع پتروشیمی
* بررسی استفاده از پوشش های پلی یورتان جهت جلوگیری از خوردگی لوله های زیرزمینی
* بررسی استفاده از الیاف پل پروپیلن گرید داخلی با خواص مطلوب در گل حفاری
* سنتز لاستیک بوتیل رابر، EPDM ، پلی ایزوبوتیلن، پلی متیل متاآکریلات در مقیاس آزمایشگاهی ، بنچ و طراحی پایلوت
اهداف وسیاست ها
* بررسی و استفاده از تکنولوژیهای نوین سنتز پلیمرهای مورد نیاز صنایع نفت و گاز و پتروشیمی و صنایع مرتبط در مقیاس آزمایشگاهی ، بنچ و طراحی پایلوت
* بهینه سازی شرایط اجرای فرآیند پلیمریزاسیون و افزایش مقیاس
* پژوهش و مطالعات بنیادین تهیه پلیمرها از گاز طبیعی
* اصلاح فیزیکی و بعضاً شیمیایی پلیمرها بویژه از طریق آلیاژ سازی و آمیزه سازی پلیمرها بمنظور دست یابی به کاربردهای معین و خواص ویژه
* بررسی رئولوژی ، مورفولوژی و فرآیند پذیری مخلوط های پلیمری و مطالعه تجربی و تئوری اختلاط و آمیزه سازی پلیمرها
* مطالعه و بررسی تخریب پذیر نمودن پلیمرها و شناخت و توسعه روشهای مقابله با تخریب و پایدار سازی پلیمرها
* طراحی و فرمولاسیون آمیزه های لاستیکی ، پلاستیکی ، ساخت کامپوزیت ها و توسعه کاربردهای آن در مقیاس نیمه صنعتی و صنعتی
* تهیه فرمولاسیون ، آنالیز و بررسی انواع چسب ، رزین و پوشش ها
* مهندسی پلیمریزاسیون و مطالعه تئوری و تجربی فرآیندهای شکل دهی ، اختلاط و مدلسازی آنها
* خدمات علمی ، آزمایشگاهی و مشاوره ای به صنایع نفت و گاز و پتروشیمی و صنایع مرتبط
برنامه های آینده

انجام مطالعات بنیادین در خصوص محورهای دارای اولویت نفت و گاز و پتروشیمی مانند فناوری غشاهای پلیمریواستفادهآنهادر صنعت نفت

محور : بررسی و ساخت مواد پلیمری باتوجه به نیاز روزافزون کشور به مواد پلیمری که در صنایع گوناگون کاربرد دارند و با عنایت به هزینه های ارزی که سالانه برای واردات آنها به کشور هزینه می گردد ، لزوم سرمایه گذاری برای ساخت این مواد در داخل کشور بسیار مبرم و اساسی می باشد. در این محور ساخت مواد پلیمری بر پایه روشهای زیر است :

1- سنتز و تهیه آزمایشگاهی و تولید نیمه صنعتی
2- آمیزه سازی با استفاده از پرکننده ها و سایر مواد افزودنی در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی
3- آلیاژسازی به منظور بهبود خواص و دستیابی به محصولاتی با کیفیت برتر
4- شکل دهی مطلوب و مناسب پلیمرها و آلیاژهای جدید با بهره گیری از فرآیندهای شکل دهی متداول
رئیس پژوهشکده
دکتر محمود همتی
پژوهشکده پالایش
یکی از پژوهشکده های این پژوهشگاه است که از یک گروه تجزیه و ارزیابی مواد مشتمل بر دو واحد " تجزیه های شیمیایی ، فیزیکی ، و استاندارد " ، و "تجزیه های دستگاهی" و دو واحد پژوهشی " قیر و راهسازی "، و " ارزیابی نفت خام و حلالها و روش های تفکیک " تشکیل شده است
واحدها
* گروه تجزیه و ارزیابی مواد
* واحد پژوهش تجزیه های دستگاهی
* واحد پژوهش تجزیه های شیمیایی ، فیزیکی و استاندارد
* واحد پژوهش قیر وراهسازی
* واحد پژوهش ارزیابی نفت خام ، حلالها و روشهای تفکیک
تجهیزات آزمایشگاهی
* پژوهش تجزیه های دستگاهی
* واحد پژوهش قیر وراه سازی
* خدمات آزمایشگاهی درواحد نفت خام، حلالها و روشهای تفکیک
* آزمایشگاه استاندارد
زمینه های فعالیت
فعالیت های اصلی واحدهای این پژوهشکده در سه زمینه: تحقیقاتی، خدمات مشاوره ای ، و خدمات علمی و آزمایشگاهی به شرح زیر صورت می پذیرد.
فعالیت تحقیقاتی
اصلاح ساختار نفت خام و فرآورده ها، ارزیابی نفت های خام (تعیین مشخصات فیزیکی، شیمیایی و ترمودینامیکی)، بررسی و شناسایی و تولید انواع حلالهای شیمیایی ، تینرها و حلالهای نفتی مورد نیاز صنایع کشور، روشهای مختلف تفکیک و جداسازی مواد نفتی، نحوه تولید انواع قیرها، افزایش مرغوبیت فرآورده های قیری ، بهبود روشهای کاربرد قیر، فرموله کردن محصولات ویژه قیری ، کاربرد قیرهای طبیعی، تحقیق در زمینه قیرهای قطرانی و فراوردههای مربوطه ، اصلاح قیر با افزودنیهای مختلف از جمله پلیمرها، افزایش عمر آسفالت راهها، زمینه های مرتبط با راهسازی، و تدوین و اصلاح روشهای آزمایشگاهی.

خدمات مشاوره ای
حل مشکل صنایع در زمینه پالایش و تولید مواد و فرآورده های نفتی به منظور بهبود کیفیت مواد تولیدی، مشاوره با تولید کنندگان محصولات قیری و صنایع راهسازی کشور، انتخاب انواع روشهای مناسب تجزیه ای جهت استخراج، جداسازی و شناسایی کیفی و کمی مواد آلی و معدنی.

خدمات علمی و آزمایشگاهی
تفکیک ، تجزیه و شناخت مواد مختلف نفتی و شیمیایی توسط روشهای دستگاهی ، شیمیایی و فیزیکی، کنترل کیفیت مواد مصرفی صنایع گوناگون، کنترل کیفیت قیرهای صادراتی، قیرهای تولیدی پالایشگاههای کشور، بتون آسفالتی راهها، انواع مختلف محصولات ویژه قیری (نظیر پوشش لوله ها، درزبندها، ماستیک ها، پرایمرها ، قیرهای محلول،امولسیونهای قیری ،قیرهای پلیمری، مالچ و عایق های رطوبتی بام)،آزمایشهای استاندارد مربوط به نفت های خام ، فرآورده های نفتی، حلال ها، ومواد مصرفی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی.

دستاوردها
واگذاری دانش فنی چندمحصول ویژه قیری ، تولید امولسیونهای قیری در پالایشگاه، فرموله کردن و تولید بیش از 50نوع ماده و حلال خاص برای صنایع مختلف، تدوین انواع روشهای آزمایشگاهی و حل مشکل بسیاری از صنایع در زمینه پالایش و تولید مواد و فرآورده های نفتی

امکانات و تجهیزات
دستگاههای پیشرفته تجزیهICP , AAS,CHNO Analyzer, FT-IR, ّFT-, UV/VIS, GC/MS, SEM, X-Ray(XRF-XRD با انواع GC دتکت
اهداف وسیاست ها
* انواع فرآورده های قیری ، بهبود روش های کاربرد قیر ، فرموله کردن فرآورده های ویژه قیر و ساخت محصولات جدید قیری ، راهسازی ، افزایش عمر آسفالت راهها و …
* ارزیابی نمونه های نفت خام ، روش های مختلف تفکیک و جدا سازی مواد نفتی از مخلوط های مواد شیمیایی و گروه های هیدروکربنی مختلف ، بررسی و شناسایی و تولید انواع حلال های شیمیایی ، تینرها و حلال های نفتی مورد نیاز صنایع و … به فعالیت های تحقیقاتی ، مشاوره ای ، خدماتی می پردازد . این پژوهشکده علاوه بر کاربردهای پژوهشی در زمینه های مختلف خدمات علمی جوابگوی صنایع نفت ، گاز ، پتروشیمی و صنایع وابسته است .
رئیس پژوهشکده
آقای دکتر محمد تیموری
پژوهشکده گاز
جایگاه منحصرد به فرد گاز طبیعی بعنوان ماده اولیه جدید برای تولید محصولات کلیدی بر کسی پوشیده نیست و نفت به عنوان یکی از منابع مهم انرژی به جایگاه پایین تری نزول کرده است. بنابراین اغراق نکرده ایم اگر بگوییم در آینده ای نزدیک گاز طبیعی, همان جایگاه اکسیژن را در جهان خواهد داشت که همه به استنشاق آن نیاز دارند. با توجه به گرایش جهانیان به جایگزینی گاز به جای نفت به دلایل زیست محیطی و موقعیت جمهوری اسلامی ایران به عنوان دومین دارنده منابع گاز طبیعی بعد از روسیه، پژوهشگاه صنعت نفت وابسته به شرکت ملی نفت ایران مبادرت به تاسیس پژوهشکده گاز کرده است.
واحدها
* واحد پژوهش علوم گاز
* واحد بهره برداری و توسعه
* واحد مدلسازی و شبیه سازی
پروژه ها
* سولفیران
* زوج شدن اکسایشی متان (OCM)
* تبدیل گاز به مایع یا GTL
* فرموله کردن محلولهای تصفیه گاز با کارایی بالا و مطالعات ترمودینامیکی آنها
* استفاده از تکنولوژی پلاسما در پروژه تبدیل گاز
* ساخت واحد نیمه صنعتی تصفیه گاز
* ساخت نوع خاصی از کربن غربال مولکولی (CMS)
* پدیده هیدرات
* شبیه سازی بازیافت هیدروکربنهای موجود در گازهای خروجی از مجتمع GTL با ظرفیت bpd 73000
* توسعه نرم افزار برای شبیه سازی کوره های رفرمر
* بهبود انتقال حرارت در مبدلهای پوسته – لوله ای و کولرهای هوایی
* شبیه سازی واحدهای شیرین سازی گاز (فرایند آمین برای پالایشگاه کنگان و خانگیران(
* مدلسازی ریاضی حذف تک مرحله ای H2S از جریان گاز اسیدی در دما و فشار پایین با استفاده از محلول Chelate Iron
تجهیزات آزمایشگاهی
* واحد پژوهش علوم گاز
* واحد بهره برداری و توسعه
* واحد مدلسازی و شبیه سازی
همکاران
پژوهشکده گاز فارغ التحصیلهای زیر را با توانایی های بالا تحت استخدام دارد:
دو نفر دکتری مهندسی شیمی
یک نفر دکتری شیمی- فیزیک
دو نفر انشجوی دکتری مهندسی شیمی
یک نفر دانشجوی دکتری شیمی- فیزیک
ده نفرکارشناسی ارشد مهندسی شیمی
پنج نفر کارشناسی ارشد شیمی
یک نفر کارشناسی ارشد فیزیک
دو نفر کارشناسی مهندسی شیمی
پنج نفر کارشناسی شیمی
سه نفر تکنسین
زمینه های فعالیت
واحد پژوهش علوم گاز
* بررسی مشکلات و مسایل شیمیایی در صنایع گاز
* ساخت و بهبود و تعیین خصوصیات کاتالیست های فرایندهای تبدیل گاز
* ارائه مشاوره فنی و شیمیایی در صنایع گاز و صنایع مربوط به آن
واحد توسعه و بهره برداری
* مطالعات نیمه صنعتی
* افزایش مقیاس واحدهای آزمایشگاهی (Scale-up)
* رفع مشکلات عملیاتی و ارائه مشاوره فنی و مهندسی به صنایع گاز و صنایع مربوط به آن
* پیشبرد امکان سنجی ابتدایی و ارزیابی اقتصادی پروژه های تحقیقاتی گاز
* طراحی, ساخت, نظارت و مدیریت پروژه های نیمه صنعتی
واحد مدلسازی و شببیه سازی
* مدلسازی فرایندهای موجود در صنایع گاز و صنایع مربوطه با به کارگیری نرم افزارهای شبیه سازی تجاری
* توسعه برنامه های کامپیوتری جدید برای پروژه های تحقیقاتی مختلف در پژوهشکده گاز و صنایع دیگر
* بکار گیری تکنیک های جدید جهت افزایش بازیافت حرارتی و بهبود راندمان حرارتی مبدلهای حرارتی
* کاهش مصرف تاسیسات جانبی (آب و برق و بخار) در فرایندهای صنعتی
* اصلاح و بهبود عملکرد تجهیزات فرایندی موجود
فعالیت ها
* رفع مشکلات عملیاتی و ارایه مشاوره فنی و مهندسی در صنایع گاز و صنایع مربوط به آن
* انجام امکان سنجی و ارزیابی اقتصادی پروژه های تحقیقاتی مربوط به گاز
* حل مسائل مرتبط با شیمی و در صنایع گاز
* تعیین خصوصیات شیمیایی و فیزیکی کاتالیست ها در فرایندهای تبدیل گازی و ارایه مشاوره در زمینه فنی و شیمیایی مربوط به آنها
* مدلسازی فرایندهای موجود در صنایع گاز طبیعی و صنایع مربوط به آن با استفاده از نرم افزارهای تجاری شبیه سازی فرایندها
* گسترش تکنولوژیهای جدید در صنایع گاز مانند پدیده هیدرات
برنامه های آینده
واحد پژوهش علوم گاز
* بهبود و بهینه سازی فرایندهای OCM, GTL شامل گسترش کاتالیست با استفاده از راکتورها و سینتیک واکنش های جدید
* فرمولاسیون حلالهای جدید در فرایند شیرین سازی گاز و مطالعات ترمودینامیکی و سینتیکی مرتبط
* مطالعات ترمودینامیکی آزمایشگاهی و مدلهای مربوطه در تعیین حلالیت گاز و فرایندهای تصفیه گاز
* بهره گیری از شبیه سازی مولکولی در پیش بینی فرایندهای تبدیل گاز (خصوصا OCM) با استفاده از تکنولوژی پلاسما
* بهره گیری از روشهای جدید در تبدیل و تصفیه گاز
واحد بهره برداری و توسعه
* ساخت, نصب و راه اندازی واحد بازیابی آمین
* ساخت, نصب و راه اندازی واحد نیمه صنعتی PSA به منظور جداسازی N2 از CH4
* طراحی و ساخت واحد نیمه صنعتی راکتور اتوسیرکولاسیون به منظور حذف H2S از گاز طبیعی
* ساخت, نصب و راه اندازی تجهیزات تحقیقاتی برای کار بر روی پدیده هیدرات
واحد مدلسازی و شبیه سازی
* مدلسازی راکتور ستون حبابی دوغابی برای واکنش فیشر تروپش
* توسعه نرم افزار شبیه سازی کوره های غلظت شکن
* شبیه سازی واحدهای هیدروکراکینگ, هیدروتریتینگ و شیرین سازی گاز
* امکان سنجی جایگزینی محلولهای آمین معمولی با محلولهای عملکرد بالا (توسط نرم افزار)
* گسترش نرم افزار رفرمرهای شعله از بالا (Top Fired)
* مدلسازی راکتور اتو ترمال برای تولید گاز سنتز
* تکنولوژی بکارگیری HTE در پالایشگاههای نفت و گاز
* گسترش مدل سینتیکی و ترمودینامیکی برای تشکیل هیدرات
* پژوهشکده حفاظت صنعتی و محیط زیست
پژوهشکده حفاظت صنعتی و محیط زیست ، اهم فعالیت های تحقیقاتی و خدماتی خود را در راستای تشخیص، حذف و یا کاهش خوردگی و الودگی محیط زیست ، از طریق ارائه راه حل های علمی و فنی مناسب برای صنایع موجود و آتی کشور قرار داده است.
این پژوهشکده از چهار واحد تحقیقاتی مشتمل بر آلودگی محیط، میکروبیولوژی و زیست فن آوری، آب وپساب، خوردگی، و دو واحد خدمات آزمایشگاهی محیط زیست و حفاظت صنعتی تشکیل شده است.
واحد آلودگی محیط از بخش های پژوهشی هوا و آب و خاک تشکیل شده که هدف اصلی آن دستیابی به راه حل های مناسب به منظور پیشگیری، مقابله ، کاهش و حذف آلودگی آب، هوا و خاک ناشی از فعالیت های صنایع بخصوص نفت، گاز و پتروشیمی می باشد. این واحد با تجهیزات و امکانات ویژه خود فعالیت های متعددی از جمله بررسی، سنجش، کنترل و پیش بینی آلودگی هوا، آب و خاک در نقاط مختلف صنعتی را بر عهده دارد.
واحد میکروبیولوژی و زیست فن آوری با تکیه بر امکانات پیشرفته آزمایشگاهی موجود مسئول اجرای پروژه های تحقیقاتی بیوتکنولوژی نفت می باشد. افزون بر این، اجرای پروژه های میدانی با هدف رفع معضلات میکروبی صنایع نفت جزء فعالیت های این واحد است.
واحد تصفیه و بازیافت آب با تجهیزات آزمایشگاهی و نیمه صنعتی مناسب، انجام فعالیت هایی نظیر بررسی روش های مختلف تصفیه آب و پساب در صنایع مختلف بخصوص نفت، گاز و پتروشیمی را بر عهده دارد. فعالیت مهم دیگر این واحد بررسی تصفیه پذیری و طراحی سیستم های مناسب به منظور انطباق با سخت ترین استانداردهای زیست محیطی است.
واحد پژوهش خوردگی و واحد خدمات حفاظت صنعتی جمعاً زیر مجموعه گروه پژوهش خوردگی فلزات و مصالح صنعتی می باشد و وظایف انجام پروژه های تحقیقاتی و خدمات مرتبط با ارزیابیهای خوردگی و پایش آنرا بر عهده دارد.
هدف و رسالت اصلی واحد پژوهش خوردگی حل معضلات ناشی از خوردگی در تمامی صنایع خصوصاً نفت، گاز و پتروشیمی می باشد. این واحد با انجام پروژه های تحقیقاتی در راستای انتخاب مواد مناسب برای واحدهای صنعتی کشور، روشهای نوین پایش و کنترل خوردگی، ارزیابی بازدارنده ها و پوشش و فرمولاسیون آنها مدیریت خوردگی و مدیریت بازرسی بر پایه ریسک (RBI) جهت صنایع موجود و آتی و همچنین تجزیه و تحلیل علل شکست قطعات و عمر باقیمانده آنها فعالیت گسترده ای دارد.
واحدهای خدمات آزمایشگاهی حفاظت صنعتی و محیط زیست دارای آزمایشگاههای وسیع و مجهز بوده و انجام کلیه خدمات آزمایشگاهی استاندارد مرتبط با خوردگی و بررسی آن، نمونه برداری و اندازه گیری پارامترهای زیست محیطی را بر عهده دارد.
واحدها
* گروه خوردگی و مواد
* گروه محیط زیست
o واحد تصفیه و بازیافت آب
o واحد پژوهشی آلودگی محیط
o واحد خدمات آزمایشگاهی محیط زیست
* مرکز تحقیقات پوشش
* واحد خدمات آزمایشگاهی محیط زیست
* مرکز تحقیقات بیوتکنولوژی
o واحد پژوهشی میکروبیولوژی و زیست فن آوری
o واحد پژوهشی میکروبیولوژی و زیست فن آوری
o واحد پژوهشی میکروبیولوژی و زیست فن آوری
پروژه ها
* پروژه های واحد پژوهش تصفیه و بازیافت آب
* پروژه های واحد پژوهش آلودگی محیط
* پروژه های گروه خوردگی و مواد
* پروژه های واحد پژوهش بیوتکنولوژی پایین دستی
* پروژه های واحد خدمات آزمایشگاهی بیوتکنولوژی
* پروژه های واحد پژوهش بیوتکنولوژی بالادستی
طرح های تحقیقاتی
* طراحی تصفیه خانه های آب و رفع مشکلات آنها: داشتن آب آشامیدنی تمیز و سالم احتباج به یک سیستم تصفیه آب خوب دارد که طراحی و رفع مشکلات این سیستم ها از جمله اهداف ما می باشد.
* طراحی تصفیه خانه های پسآب و رفع مشکلات آنها: طراحی بهینه سیستم های تصفیه و سهولت بهره برداری از این سیستم ها جهت رسیدن به استاندارد خروجی و رفع اشکالات آنها که مورد توجه صنایع می باشد، از جمله فعالیت های اصلی ما است.
* بررسی کمی و کیفی آب و پسآب: طراحی بهینه سیستم تصفیه بستگی به بررسی های کمی و کیفی دقیق جریانهای فاضلاب داشته که در صورت جداسازی جریانها، میزان شدت جریان فاضلاب کاهش خواهد یافت.
* پایش و مدلسازی آلودگی آب وخاک و هوا: جهت بررسی وضعیت زیست محیطی نیاز به پایش و اندازه گیری آلاینده های مختلف نظیر هیدروکربنهای نفتی ، فلزات سنگین ، سموم و آلودگی حرارتی می باشد لذا با اندازه گیری آلاینده ها میزان آلودگی زمینه تعیین و با استفاده از مدل می توان نحوه انتشار آلایندها و نقاط بحرانی را تعیین نمود.
همچنین به منظور بررسی آلودگی هوا پارامترهای مختلفی نظیر SO2 , NOx , CO کل هیدروکربنها بجز متان ، متان و پارامترهای هواشناسی و توپوگرافی ضروری می باشد لیکن بدلیل هزینه بسیار زیاد برای پایش آلاینده ها جهت پیش بینی میزان آلودگی ناشی از منابع آلاینده در نقاط مورد نظر از مدلهای ریاضی استفاده می شود.
با استفاده از مدلهای فوق می توان مواردی همچون
o بررسی آلودگی هوا ناشی از یک واحد عملیاتی قبل از احداث آن
o بررسی آلودگی هوا ناشی از گسترش واحدهای موجود
o بررسی آلودگی هوا در اثر تغییر سوخت واحد
را مورد بررسی قرار داد که از نتایج آن جهت تغییر نوع سوخت ، ارتفاع دودکش و ارائه روشهای کنترلی و … می توان استفاده نمود.
* کاربرد فناوری نانو در محیط زیست : کاربرد فناوری نانو جهت پاکسازی ، کاهش و کنترل آلاینده های محیط زیست (آب،هوا،خاک) اهمیت فراوانی دارد . که موارد زیر قابل ذکر میباشد .
* کاربرد نانو حسگر ها در تعیین میزان آلاینده ها
* حذف فلزات سنگین (کروم و جیوه) از آب با استفاده از نانو ذره آهن صفر
* کاهش دی اکسید نیتروژن از هوا با استفاده از سیمان حاوی نانو ذرات تیتانیم دی اکسید فعال شده در نور مرئی
* کاهش MTBE از آب توسط نانو ذرات تیتانیم دی اکسید
* کاهش فنل از آب توسط نانو ذرات اکسید روی فعال شده در نور مرئی
* بررسی اثرات سوء کاربرد نانو ذرات بر سلامت انسان و محیط زیست
* پاکسازی و اصلاح خاک و آبهای زیرزمینی آلوده: خاک و آبهای زیر زمینی در اثر توسعه صنعتی به مواد سمی آلوده می گردند که با توجه به محدودیت منابع آب پاکسازی آن امری ضروری است که با استفاده از تکنولوژی های مختلف مانند Slurry Biodegradation Soil washing , Vapour extraction , Biotreatment , Land farming Thermal Desorption , Air sparging پاکسازی انجام می شود. شایان ذکر است انتخاب تکنولوژی های فوق پس از شناسایی و تعیین محدوده آلودگی و با توجه به نوع و غلظت آلاینده و خصوصیات فیزیکی خاک و آبهای زیر زمینی صورت میگیرد .
* مطالعات اکولوژیکی و ارزیابی اثرات آلاینده ها بر آبزیان: بدلیل نیاز انسان به آب عمدتاٌ شهرها و صنایع در مجاورت منابع آب استقرار و توسعه می یابند. به همین دلیل اکوسیستم های آبی مجاور با شهر ها و صنایع ممکن است در اثر تخلیه مواد دورریز سمی آلوده شوند. لذا در جهت کنترل آلودگی و شرایط اکولوژیکی اکوسیستم های فوق نیاز است ارزیابی های اکولوژیکی با هدف بررسی اثرات احتمالی آلاینده های دفعی بر آبزیان مورد مطالعه قرار گیرد تا بتوان از ظرفیت خودپالایی آبهای پذیرنده اطلاع حاصل نمود.
* کنترل آلودگی و مدیریت پسماند: با افزایش تقاضا برای مصرف سوختهای فسیلی فعالیتهای اکتشاف ، استخراج ، پالایش نفت خام و طرح توسعه پالایشگاه های موجود بطور چشمگیری افزایش یافت که در نتیجه کنترل آلودگی در محیط های مختلف نظیر موارد زیر بیش از گذشته می بایست مورد توجه قرار گیرد:
o کنترل ریخت و پاش مواد نفتی در دریا
o کنترل انتشار آلاینده های هوا
o کنترل مهاجرت آلودگی در آبهای زیرزمینی
همچنین به منظور کنترل پسماندهای جامد و مدیریت آنها تعیین میزان خطر ، طبقه بندی پسماندهای خطرناک و روش دفع مناسب آنها امری ضروری است.
* زیست فن آوری محیط زیست:
o حذف بیوکاتالیتیک گوگرد، نیتروژن و فلزات سنگین از برش های نفتی.
o ازدیاد برداشت نفت به روش میکروبی (MEOR).
o تولید میکروبی پلاستیک های زیست تخریب پذیر.
o تجزیه میکروبیولوژیک آلاینده های نفتی. تولید زیست سوخت با استفاده از میکروارگانیزم ها.
* میکروبیولوژی:
o گسترش کلکسیون میکروارگانیزم های صنعتی
o فرمولاسیون کیت های میکروبی
o فرمانتاسیون
o کنترل میکروبی آبهای صنعتی
خدمات آزمایشگاهی
آزمایشگاه های متالوژی
شناسایی آلیاژها با روش آنالیز نقطه ای (Spot test) براساس استاندارد ASTM STP550 و تعیین دقیق نوع آلیاژ و عملیات انجام شده بر روی آن براساس درصد عناصر موجود درآن.
انجام مراحل مختلف مربوط به آماده سازی نمونه های فلزی شامل پرداخت کاری مکانیکی و الکتروشیمیایی جهت بررسیهای متالوگرافی انواع آلیاژها و پوششهای فلزی بکمک انواع میکروسکوپ ها و امکانات تهیه میکروگراف از نمونه ها.
سختی سنجی آلیاژها و پوششهای فلزی به روشهای HB ، HV ، HK و کلیه روشهای HR منطبق با استانداردهای ASTM و ISO
انجام آزمایشهای مکانیکی شامل کشش، فشار، خمش و خستگی در محدوده دمای محیط الی 1000˚C براساس استانداردهای ASTM ، BS ، ISO و DIN با ظرفیت 200 KN
انجام آزمایشهای ضربه به روشهای Charpy و Izod در محدود دمایی -160˚C الی 150˚C و رسم منحنی های انتقال به کمک آن تا ظرفیت 750J
تعیین میزان ضریب انبساط طولی فلزات و سرامیکها و بررسی تحولات فازی در آنها بکمک دستگاه دیلاتومتری دیفرانسیل در محدوده دمایی -180˚C الی 1400˚C
انجام عملیات حرارتی بر روی نمونه های آزمایشگاهی در محیط های جوی ، خلاء و کنترل شده تا دمای 1400˚C
ضخامت سنجی و ترک یابی غیر مخرب در آلیاژها بوسیله دستگاه فراصوتی (Ultrasonic)
ترک یابی سطحی به روش غیر مخرب مواد نفوذ پذیر (Dye check)
تعیین میزان خاصیت نفوذ پذیری مغناطیسی در مواد پارامغناطیس براساس استاندارد ASTM A-342
متالوگرافی و بررسی های ساختار میکروسکوپی آلیاژها و رپکیابرداری به صورت غیرمخرب در محل و تعیین تحولات فازی در آنها
انجام بررسیهای خوردگی تنشی با انواع روشهای نیروی ثابت ، کرنش ثابت و سرعت کرنش ثابت در کلیه محلول های خورنده در دماهای مختلف و فشار جو
تعیین میزان حساسیت آلیاژها در برابر خوردگی مرزدانه ای بر اساس استاندارد ASTM A-262
علاوه بر انجام آزمایش های بالا ، بررسی های زیر نیز به کمک دستگاه های مذکور انجام پذیر می باشد:
بررسی وضعیت آلیاژهایی که در سرویس قرار داشته و تحت اثر پدیده های متالورژیکی تغییراتی در آنها بروز نموده و منجر به تضعیف آلیاژ شده است.
بررسی و تعیین علل شکست قطعات ناشی از شرایط عملیاتی و تجزیه و تحلیل سطوح شکست ایجاد شده (Fractography) ایجاد شده و تجزیه و تحلیل لازم
* بررسی کیفیت آلیاژها و پوششهای فلزی و برابر سازی آنها با استانداردهای مربوط
* تعیین عمر باقیمانده در تیوبهای کوره ها ، دیگهای بخار و ملحقات توربینهای بخاری و گازی
* اندازه گیری سختی فازها به روش میکروسختی
* تنش رهایی (Relaxation)
* انتخاب آلیاژ در فرآیندهای صنعتی
آزمایشگاه های آلودگی هوا
این بخش با سالها تجربه در زمینه اندازه گیری آلاینده های هوا و با در اختیار داشتن امکانات دستگاهی مجهز خدمات زیر را ارائه می دهد:
* نمونه برداری و اندازه گیری میزان ترکیبات گوگردی فعال در هوا
* اندازه گیری گازهای خروجی از دودکش
* نمونه برداری و تعیین ذرات معلق در هوا
* نمونه برداری و تعیین ضریب کدورت هوا
* اندازه گیری شدت سر وصدا
* سنجش درجه حرارت و رطوبت محیط (24 ساعته )
* نمونه برداری و آماده سازی اندازه گیری تولوئن ، بنزن در هوای محیط

پژوهشکده مهندسی توسعه فرایندهای شیمیایی
پژوهشکده مهندسی توسعه فرآیندهای شیمیایی در سال 1367 به عنوان یک گروه مهندسی تاسیس شد. این پژوهشکده با بهره گیری از پرسنل مجرب ، همکاری و مشارکت با صاحبان تکنولوژی در جهت توسعه دانش فنی و بومی سازی آن در زمینه های مختلف ، مطالعات امکان سنجی ، افزایش و کاهش مقیاس فرآیندها ، انتخاب فرآیندهای صنعتی جدید ، طراحی مفهومی ، بنیادی ، تفصیلی ، رفع گلوگاه ها و مشکلات صنایع مرتبط ، ساخت پایلوت های مهندسی و مدلسازی و مشابه سازی فرآیندها اقدامات وسیعی را دنبال مینماید.
1- واحد توسعه فرآیندها
2 – واحد طراحی تفصیلی
3 – واحد کنترل و مدلسازی و کنترل فرآیند ها
4-واحد پایلوت
زمینه های فعالیت های اصلی
* فعالیتهای این پژوهشکده در حوزه صنایع نفت ، گاز ، پتروشیمی و صنایع وابسته به شرح زیر است:
* توسعه فرآیند (توسعه دانش فنی
یکی از مهمترین اهداف تاسیس این پژوهشکده کسب و توسعه دانش فنی فرایندهای مختلف صنعتی خصوصا زمینه های وابسته به صنایع نفت و گاز و پتروشیمی است که شامل قسمتهای زیر می باشد :
* افزایش مقیاس / کاهش (Scale Up/Scale Down ) : پژوهشکده مهندسی با توجه به تجربیات خود و اصول متدلوژی جهت بزرگنمایی این توانایی را در خود می بیند که بتواند کارهایی را که از آزمایشگاه شروع و در مقیاس پیش نیمه صنعتی (Bench ) و نیمه صنعتی ( Pilot ) توسعه یافته است به مقیاسهای صنعتی برساند .در این راستا اطلاعات مورد نیاز جهت بزرگنمایی و طراحی مفهومی مورد توجه قرار میگیرد . در زمینه مهندسی معکوس و همچنین کاهش و ساخت پایلوت برای واحدهای صنعتی نیز این پژوهشکده دارای تجاربی می باشد .بطور کلی جهت توسعه دانش فنی و افزایش / کاهش مقیاس موارد ذیل قابل انجام است.

* شبیه سازی ، مدلسازی و کنترل : برای شناخت یک فرایند جدید ، اقتصادی ترین راه شبیه سازی آن می باشد البته بعلت عدم شناخت کافی از تمام پدیده های دخیل در یک فرایند و کمبود داده ها این کار همیشه امکان پذیر نیست و هنوز هم در مواردی مطالعات پایلوتی برای شناخت فرایند لازم است ولی به هر حال مدل سازی حتی با اعمال فرضیات ساده کننده می تواند نقش مهمی ایفا کند و از صرف بسیاری از هزینه ها جلوگیری کند این پژوهشکده هم اکنون مجهز به نرم افزارهای شبیه سازی تجاری است و بسیاری از کارهای طراحی ، بهینه سازی و رفع تنگناها را با استفاده از این نرم افزارها انجام می دهد . در موارد خاص این نرم افزارها قادر به شبیه سازی نیستند ( نظیر راکتورهای کاتالیستی ، جاذب ها و …)
* تولید PFD اولیه
بهینه سازی فرآیند
افزایش مقیاس

* طراحی پایه
* انتخاب فرآیند
مدلسازی و مشابه سازی فرآیند
تهیه فلسفه کنترل
تهیه نقشه های فرآیندی و جانمایی لازم
تهیه برگه های مشخصات
تهیه بسته طراحی بنیادی

* مهندسی تفصیلی
تجربیات و توانایی این پژوهشکده در زمینه طراحی واحدهای نیمه صنعتی مختلف در فرایندهای نفت ، گاز ، پتروشیمی و کارخانجات شیمیایی و نظامی بوده بطوری که نیروهای متخصص موجود می توانند بسته به درخواست در جهت طراحی مفهومی (Conceptual ) و مقدماتی (Preliminary ) و همچنین طراحی های نیادی (Basic ) و تفصیلی (Detail ) اقدام نمایند . از طرفی وجود افزاد و گروههای تخصصی در زمینه های طراحی ادوات و تجهیزات فرایندی باعث شده است که بر حسب درخواست طراحی و تهیه نقشه ها و مدارک مورد نیاز جهت خرید یا ساخت تجهیزات فرایندی نظیر مبدلهای حرارتی ، مخلوط کن ها ، ظروف تحت فشار و غیره توسط این پژوهشکده به انجام رسد .
* طراحی و تولید نقشه های لوله کشی
طراحی مکانیکی کلیه ادوات فرآیندی
طراحی مدارهای الکتریکی
طراحی مدارها و ادوات کنترلی
تهیه مدارک خرید
تظارت بر ساخت

* تامین کالا و تجهیزات
* ارزیابی فروشندگان
ارزیابی پیشنهادات
سفارش خرید

* راهاندازی و اجرا
* تهیه دستور العمل های راهاندازی
تست های راهاندازی مقدماتی
راهاندازی
راهبری عملیات

* مطالعات امکان سنجی
* برای یک واحد در مقیاس نیمه صنعتی و حتی نعتی این پژوهشکده پس از بررسی های لازم امکان سنجی فنی – اقتصادی جهت ساخت آن واحد انجام و پس از این بررسیها مواردی که ضرورتا باید مورد توجه قرار گیرد نظیر سرمایه گذاری اولیه ( Capital Investment ) ، انتخاب محل ( Site Selection ) سیستمهای پشتیبانی (Utility Facilities ) ، اطلاعات محیطی و موارد خاص دیگر بصورت یک بسته ( Package ) ارائه می دهد.
* آنالیز اولیه قیمتها
توسعه مدل اقتصادی
انتخاب مکان
نرخ بازگشت سرمایه
طراحی مفهومی

* خدمات علمی – فرهنگی
* همکاری با دانشگاهها در زمینه پروژههای کارشناسی ارشد و دکتری
ارائه دستاوردهای پژوهشی در کنفرانسها و نشریات بینالمللی
تحقیق بر روی کنترل و مدلسازی پیشرفته فرآیندها
*
* بررسی و رفع مشکلات عملیاتی و تصحیحات فرایندی
* پرسنل مجرب در این بخش قادرند که رفع مشکلات واحدهای مختلف صنعتی در زمینه های فرایندی و عملیات را در حد توان خود انجام دهند . در این راستا انجام Troubleshooting, Debottlenecking , Revamping واحد های مرتبط از زمینه های مورد علاقه جهت ادامه کار است ولی لام به ذکر است که در موارد مربوط به مهندسی پروسس و یا پالایش بیشتر مورد توجه وده و مواردی نظیر خوردگی و حفاظت صنعتی توسط پژوهشکده حفاظت صنعتی و محیط زیست قابل انجام خواهد بود.

* زمینه های فعالیت های فرعی
* 1- مشاوره ای علمی
* پژوهشکده مهندسی توسعه بعنوان بخشی از زمینه های کار خود امکان انجام فعالیت های زیر را دارد:
1-1 انجام طراحی واحد های صنعتی معمول در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
2-1همکاری فنی / مهندسی با دیگر مهندسین و مشاورین بصورت Joint Venture جهت تولید واحدهای صنعتی مورد نیاز با توجه به تجربیات و توان بالای نیروی متخصص
3-1برنامه ریزی و کنترل جهت اجرای طرحهای مختلف پژوهشی و صنعتی و همکاری تنگاتنگ با مدیریتهای طرح، جهت زمانبندی کارها بصورت Bar Chart و تعیین براوردها
4-1آموزش دادن پرسنل کارفرماو نیروهای مورد نیاز بصورت آموزشهای تئوری – عملی همراه با کار با نرم افزارهای فرایندی و مهندسی موجود، جهت ایجاد تخصص لازم و افزایش بهره وری نیروهای مهندسی

* 2- همیاری های فنی
واحدهای توسعه فرایند ها و مهندسی تفصیلی در این پژوهشکده پس از انجام طراحی های لازم قادرند بر حسب نیاز در عملیات راه اندازی و پیش راه اندازی و نظارت کارگاهی و غیره همکاری نمایند.

امکانات و تجهیزات
نرمافزارهایی نظیر Aspen , Autopipe , Pvelite , Auto Plant , Rebis , HTFS , BDK, HYSIS , REFNERY , HYSIS , PROLL
همچنین آزمایشگاههای این پژوهشکده توانایی بدست آوردن پارامترهای مختلف مورد نیاز طراحی فرآیندهای مختلف شیمیایی نظیر ضرایب نفوذ جرم ، ایزوترم جذب سطحی ، بررسی سینتیک واکنشهای شیمیایی و … را دارا میباشد.
واحد پایلوتهای مهندسی نیز مجهز به ادوات پایلوتی مدرن جهت انجام آزمایشها در مقیاس بعد از آزمایشگاه میباشد.

* دستاوردها

* بخشی از دستاوردهای این پژوهشکده به شرح زیر است:
* تبدیل گاز طبیعی به محصولات با ارزش (فرآیندهای GTL و OCM)
اجرای کامل طراحی پایه ، تفصیلی و ساخت و نصب واحد تولید پنتان به ظرفیت 5000 تن در سال
توسعه دانش فنی فرآیند سولفورزدایی از بنزین و (DMD) NGL
انتقال تکنولوژی فرآیندهای هایدروتریتینگ
انتقال تکنولوژی فرآیندهای ایزومریزاسیون
افزودنی های روغن ZDDP و سولفونات کلسیم
شیرینسازی گاز توسط فرآیند سولفیزان
طراحی پایه کارخانه زئولیت A4 به ظرفیت 15000 تن در سال
طراحی و مشاوره در خرید ادوات تصفیه بنزین بازیافتی خارگ به ظرفیت 1500 بشکه در روز
توسعه دانش فنی و طراحی بنیادی واحد ایزومریزاسیون LSRG پالایشگاه اراک به ظرفیت 6000 بشکه در روز
طراحی مهندسی و عملیات خرید واحد سولفورزدائی از پروپان ، بوتان و نفتای پتروشیمی خارگ به ظرفیت 1500 تن در روز
انتقال تکنولوژی و توسعه فرآیند FCC
* این دستاوردها در سایه تلاش همکاران پژوهشکده و توسعه هرچه بیشتر ارتباطات با سایر مراکز تحقیقاتی و مهندسی داخلی و خارجی حاصل گردیده است

مرکز تحقیقات کاتالیست:
تصور دنیای صنعتی مدرن بدون کاتالیست غیر ممکن است. حدود 85 درصد مواد شیمیایی حداقل از یک مرحله کاتالیستی در فرآیند تولید عبور می کنند. جنبه مهم دیگر، نقش کاتالیستها در حفاظت از محیط زیست می باشد که با سخت تر شدن قوانین بین المللی و نیاز به تولید سوخت های با کیفیت بالا، اهمیت آن دو چندان می شود. واحد کاتالیست پژوهشگاه از سال 1348 یک مجموعه تحقیقاتی شناخته شده در سطح کشور و مجری بسیاری از پروژه های پژوهشی کاربردی و ارائه کننده خدمات علمی – آزمایشگاهی و مشاوره ای بود که با توسعه اساسی صنایع شیمیایی و پتروشیمی کشور از یک سو و ملاحظلات زیست محیطی و تقاضای روزافزون بازار مصرف به سوخت های پاکیزه تر از طرف دیگر ، مدیریت پژوهشگاه صنعت نفت رابرآن داشت تا با تجدید ساختار و تاسیس یک سازمان جدید ، اهداف گسترده تری را در برنامه خود قرار دهد.
یکی از سرمایه های مهم مرکز بهره مندی از نیروی انسانی ماهر و متخصص در زمینه های مهندسی شیمی، شیمی، کاتالیست، مهندسی مواد، نانو تکنولوژی، عملیات پایلوت و …می باشد. مجموع همکاران رسمی و قراردادی در مراتب علمی دکترای تخصصی، کارشناسی ارشد، کارشناسی و تکنسینی بالغ بر 40 نفر می باشند.
مرکز تحقیقات کاتالیست یکی از مراکز ویژه پژوهشی صنعت نفت می باشد که در آستانه هزاره سوم به منظور پاسخگویی به نیازهای صنعت نفت جمهوری اسلامی ایران در بخش کاتالیست در یک سازماندهی جدید تاسیس شده است.
فعالیت های این مرکز در سه واحد پژوهشی ساخت کاتالیست در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی ، شناسایی و بررسی های راکتوری کاتالیست، مهندسی واکنش های کاتالیست و نیز گروههای تخصصی نانو تکنولوژی و بیو کاتالیست انجام می گیرد.
عمده اهداف و فعالیت های مرکز در راستای خدمت و ارائه مشاوره به شرکت های پالایش، پتروشیمی و گاز کشور در زمینه های زیر می باشد:
پایه های کاتالیستی، زئولیت ها، هیدروپروسسینگ، هیدروژناسیون/ دهیدروژناسیون، ریفورمینگ با بخار آب، تبدیل شیفت، کراکینگ کاتالیستی در بستر سیال، کاتالیستهای زیست محیطی، اکسیداسیون، مدلسازی واکنش های کاتالیستی، بازیافت فلزات گرانبها از کاتالیست های مستعمل، ارتقای نفت خام و برشهای سنگین نفتی به روش بیوکاتالیستی و هیدروکانورژن، تحقیق در زمینه ساخت نانو کاتالیست ها، نانو لوله های کربنی، فوتوکاتالیست ها و نانو ذرات اکسید تیتانیوم.
واحدها
* پژوهش شناسایی و بررسی های راکتوری
* مهندسی واکنش های کاتالیستی
* ساخت آزمایشگاهی و نیمه صنعی کاتالیست
گروه فناوریهای نوین
بخش مهندسی بیوکاتالیست
نانوتکنولوژی

خدمات آزمایشگاهی
امکانات و تجهیزات
پژوهشگاه صنعت نفت بیش از 5/4 میلیون دلار در مرکز تحقیقات کاتالیست سرمایه گذاری نموده است. یک مجموعه کامل از دستگاهها برای اندازه گیری خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کاتالیست ها موجود است. تعداد از آزمایش های ویژه به کمک امکانات خاص گروه آنالیز پژوهشگاه انجام می گیرد. تجهیزات موجود این مرکز عبارتند از:
دستگاههای آنالیز سطح، دستگاه اندازه گیری ذرات (PDA)، جذب اتمی، پایلوت های تست راکتوری کاتالیستهای هیدرودسولفوریزاسیون، سولفور زدایی، ریفورمینگ با بخار آب، شیفت در دمای بالا و پایین، هیدروکراکینگ، ریفورمینگ کاتالیستی، اتوکلاو های تحت فشار و سیستم های میکرو راکتوری در مقیاس آزمایشگاهی، مخلوط کن پودری، راکتورهای تحت فشار، فیلتر، سیستم تلقیح، اکسترودر، ماشین قرص زن، خشک کن پاشنده، انواع کوره، اسپکتروفتومتر، شیکر-انکوباتور، سانتریفوژ دور بالا مجهز به فریزر و هود بیولوژیک.
دستاوردها
* توسعه یک شبیه ساز داخلی برای بخش تبدیل کاتالیستی پالایشگاه تهران
* روژه های مشترک با شرکت نفتی NIPPON ژاپن برای شبیه ساز بازده محصول ، عمر کاتالیست و مصرف شیمیایی هیدروژن بخش هیدروکراکینگ پالایشگاه تبریز
* شبیه سازی واحد تبدیل کاتالیستی پیوسته (CCR) پالایشگاه اراک
* توسعه مدل سینتیکی برای فرآیند هیدروکانورژن
* طرح تحقیقاتی برای توسعه یک بانک اطلاعاتی برای فرآیندهای کاتالیستی صنعتی که در این بانک اطلاعاتی از قبیل شمای ظاهری فرآیند ، مدل های سینتیکی و اطلاعات کاتالیستها جمع آوری می شوند.
همچنین دانش های فنی قابل ارائه این مرکز عبارتند از:
کاتالیست های تبدیل با بخار آب، شیفت در دمای پایین، ریفورمینگ نفتا، متاناسیون، زئولیت4A، بازیافت فلزات گرانبها از کاتالیست های مستعمل، آلومینای کروی، شبیه سازهای طول عمر کاتالیست ریفورمینگ و بهره محصولات هیدروکراکینگ.
همچنین این مرکز آماده ارایه خدمات علمی و مشاوره ای در زمینه های توسعه و فرمولاسیون کاتالیست های جدید، ساخت کاتالیست به سفارش مشتری، شناسایی و ارزیابی راکتوری کاتالیست، بررسی سینتیک واکنشهای کاتالیستی و مدلسازی و شبیه سازی راکتورها و فرآیندهای کاتالیستی می باشد.

2- فصل دوم: مقدمه ای بر کاتالیست
کاتالیست به ماده ای اطلاق می شود که سرعت فعل و انفعال شیمیایی را افزایش می دهد و خودش بدون تغییر باقی می ماند. ساخت کاتالیست مستلزم دانش و آگاهی وسیعی در مراحل مختلف ساخت می باشد. هنوز هیچ محققی قادر نبوده است با استفاده از اطلاعات موجود در کتب و نشریات، کاتالیستی با مشخصات فیزیکی و شیمیایی مشابه را تهیه نماید. برای ساخت کاتالیست تنها در اختیار داشتن ترکیبات شیمیایی آن کافی نیست و این ترکیبات تنها فاکتور لازم برای گزینش و فعالیت کاتالیست نخواهد بود؛ بلکه در اغلب موارد خصوصیات فیزیکی آن مثل: مساحت، سطح ویژه، اندازه ی ذرات، اندازه ی منافذ، چگونگی توزیع منافذ و ساختمان کریستالی نقش اساسی در میزان فعالیت و گزینش آن برای استفاده یک فعل و انفعال را بازی می کند. خصوصیات فیریکی و شیمیایی کاتالیست فعال باید به دقت در مراحل تهیه ی آن دنبال شود. می دانیم که افزایش سطح یک کاتالیست تاثیر چشم گیری بر مقدار جذب گازهای مختلف بر روی آن دارد و افزایش سطح باعث افزایش فعالیت کاتالیست می شود. علاوه بر سطح خصوصیات فیزیکی دیگری از جمله: دانسیته، اندازه ی منافذ، مقاومت در برابر فشار، مقاومت در برابر سایش و غیره نیز قابل توجه اند.
کاتالیست ها را با در نظر گرفتن فازی که در آن فعل و انفعال انجام می شود به دو گرئه هموژن و هتروژن تقسیم می کنند.وقتی که کاتالیست و ترکیب شوندگان هم فاز باشند سیستم کاتالیستی هموژن است و در مواقعی که فاز کاتالیست و ترکیب شوندگان یکی نباشد سیستم کاتالیستی از نوع هتروژن است. طول عمر و استمرار کاتالیست نیز از پارامترهایی است که مد نظر قرار می گیرند. عواملی همچون مسموم شدن، کک گرفتن و کلوخه ای شدن باعث افت فعالیت کاتالیست می شود. دلیل کلوخه ای شدن این کاتالیست ها می تواند بالا رفتن دما باشد، که با یک تثبیت کننده امکان جلوگیری از این پدیده شود. مسموم شدن کاتالیست نیز در اثر وجود عناصر گروه پنجم و ششم اصلی جدول تناوبی و یا یون های فلزی که دارای 5 یا تعداد بیشتری الکترون اوربیتال @ است، به وجود می آید. در حالت اول احیا کردن کاتالیست امکان پذیر است در صورتی که برای حالت دوم این کار به سادگی نمی تواند انجام شود. فولینگ نیز در نتیجه ی تولید کک بر روی سطح کاتالیست به وجود می آید. با سوزاندن کک تا حد زیادی این افت فعالیت برطرف می شود، در صورتی که فولینگ از نشست فلزات بر سطح کاتالیست به وجود آمده باشد عمل حذف این فلزات کاری بسیار دشوار و حتی غیرممکن است.
برای اینکه یک فعل و انفعال شیمیایی بین ترکیب شونده ها انجام شود فرایند عمل به ترتیب زیر خواهد بود:
1- انتقال ترکیب شیمیایی شرکت کننده در واکنش به سطح دانه های کاتالیست و سپس نفوذ در منافذ کاتالیست
2- جذب شیمیایی حداقل یکی از ترکیب شونده ها بر روی سطح منافذ کاتالیست
3- انجام فعل و انفعال بین ترکیب شوندگانی که جذب شیمیایی شده اند و ترکیب شوندگان دیگری که در فاز سیال و یا به صورت فیزیکی جذب شده اند.
4-دفع محصول فعل و انفعال از سطح منافذ و ورود به جریان سیال
از آنجایی که شکستن هیدروکربن ها به کمک بخار در مجاورت کاتالیست نیکل انجام می گیردو با توجه به اینکه این کاتالیست به سرعت توسط گوگرد مسموم شده و فعالیت خود را از دست می دهد، لذا خوراک باید عاری از گوگرد باشد. حال برای رفع این مشکل برای خوراک هایی مثل مرکاپتان ها و می توان از زغال فعال و یا اکسید روی استفاده کرد. از کاتالیست های مهم می توان به اکسید آهن برای تبدیل در دمای بالا، کاتالیست اکسید مس برای تبدیل در دمای پایین و کاتالیست های دوکاره برای فعل و انفعالات هیدروکراکینگ و هیدروژناسیون ، کبالت-مولیبدن و یا نیکل- مولیبدن برای تولید گازوییل در واحد تقطیر در خلا اشاره کرد.
موارد مورد استفاده در ساخت کاتالیست:
1 پایه ی کاتالیست : پایه ی کاتالیست قسمت بدنه ی کاتالیست را تشکیل می دهد و ترکیبات فعال کننده بر روی آن قرار می گیرند و گاهی این پایه اصلا فعالیت کاتالیستی ندارد و انتخاب پایه تنها به عنوان بدنه ی نگهدارنده برای ترکیبات فعال است. دلایل استفاده از این ترکیبات عبارتند از:
الف) دادن مساحت بیشتر به عوامل فعال کاتالیست؛
ب) افزلیش پایداری کاتالیست برای نگه داشتن ترکیبات فعال و جلوگیری از کلوخه ای شدن آن؛
ج) افزایش فعالیت و گزینش ترکیبات فعال؛
در انتخاب پایه به عواملی همچون امکان فعالیت کاتالیستی، مساحت سطح یا منافذ، گرمای ویژه، دانسیته، چگونگی تحت تاثیر قرار گرفتن خصوصیات مواد به وسیله ی پایه و … باید توجه کرد.
2 پروموترها: ترقی دهنده و یا فعال کننده نامیده می شوند. موادی هستند که در اثنای تهیه ی کاتالیست به اندازه ی خیلی کم به آن اضافه می کنند و این مواد به تنهایی فعالیت کاتالیستی قابل توجهی ندارند؛ اما تاثیر زیادی در بهبود فعالیت، پایداری و گزینش کاتالیست دارند.
3 تسریع کننده ها: موادی که به صورت مداوم به ورودی مسیر خوراک رآکتورهای کاتالیستی اضافه می شوند و نقشی مشابه پروموترها دارند و بهره دهی محصول مطلوب را افزلیش می دهند. مثل رقیق کننده ها که شامل گازهای خنثی، متان، بخار آب، ازت می باشد و باعث کاهش فشار جزئی، کنترل حرارت، تسریع کننده فعالیت و گزینش می شود.
4 گیرنده ها: مواد شیمیایی هستند که به سرعت خشک و محکم می شوند، که در موقع شکل دادن به کاتالیست اضافه می شوند. آلومینات کلسیم و سیمان را می توان جزو گیرنده ها نام برد.
روش های تهیه ی کاتالیست:
1 رسوب دادن: تکنیک رسوب دادن برای موادی مثل هیدروکسیدها، سولفورها، کربناتها و فسفاتها عملی است. ابتدا دو یا چند محلول را با هم مخلوط کرده ؛ در این مرحله می توان مواد گیرنده ، مواد نرم کننده، سیمان، فعال کننده، پروموترها و تسریع کننده ها را اضافه نمود و سپس در دمای بالا قرار داد و سوزاند. مزیت این روش بر دیگر روش ها استفاده ی کمتر از فلزات گرانبها به عنوان فلز فعال است.
2 تشکیل ژلاتین: این روش مخصوصا برای کاتالیست هایی که ترکیب اصلی آنها هیدروکسیدها هستند، مناسب است و تشکیل ژلاتین یک حالت خاص رسوب دادن است. مزیت این روش بدست آوردن کاتالیستی همگن است.
3 مخلوط کردن: در این روش مواد کاتالیستی مستقیما با پایه مخلوط شده و سپس مراحل دیگر از جمله قرص زنی و اکسترود کردن و خشک کردن صورت می گیرد.
4 تلقیح: در این روش قبل از اینکه مواد فغال کاتالیستی به پایه اضافه شوند پایه را ابتدا شکل می دهند و بعد پایه با محلول املاح فلز فعال پر شده و حلال این نمک ها به راحتی قابل تبخیرند ، این عمل بارها تکرار می شود تا غلظت لازم املاح کاتالیستی حاصل شود. در این روش مقدار زیادی فلز فعال استفاده می شود.
عملیات لازم برای تهیه ی کاتالیست:
الف) شستشو دادن: برای حذف ناخالصی ها از کاتالیست به کار می رود و تا موقعی ادامه پیدا می کند که در محلول زیر صافی ناخالصی دیده نشودو این در موردی است که کاتالیست به صورت ژله تولید شده و روی صافی شستشو داده می شود.
ب) خشک نمودن: این عمل اگرچه تاثیری بر خصوصیات فیزیکی کاتالیست ندارد اما در ابتدای امر مواد منفذدار از مایع اشباع می شوند و سطح خارجی با یک لایه ی نازک پوشیده شده است. با عمل خشک کردن در ابتدا مایع داخل منافذ تبخیرمی شود، بخار تولید شده در داخل منافذ مایع آن را بیرون می راند. اگر سرعت خشک شدن بالا باشد؛ میزان تولید گاز در داخل کاتالیست بالا رفته و باعث از هم پاشیدن کاتالیست بالا رفته و باعث از هم پاشیدن کاتالیست می شود.
عمل خشک کردن معمولا در اون آزمایشگاهی با دمیدن هوا و با اون های با بخار انجام می گیرد. دمای مورد استفاده از 60 درجه تا 200 درجه ی سانتی گراد متفاوت است و بستگی به نوع ساختار کاتالیست دارد.
ج) شکل دادن کاتالیست: بعد از خشک کردن مواد به صورت تکه تکه در می آیند که باید قبل از تکلیس و فعال نمودن، آنرا خورد و الک نمود و به اندازه ی مورد نظر درآورد. برای رآکتور با بستر ثابت از الک هایی با مش 6 تا 30 استفاده می شود و ذرات ریزتر که باعث افت فشار می شود دور ریخته می شوند. پودر حاصل را با عملیات پودر کردن و یا اکسترود کردن و با افزودن مواد گیرنده و استحکام دهنده و نرم کننده صورت می گیرد.
د) تکلیس و فعال نمودن: از نظر عملیاتی این عمل شبیه خشک نمودن است، با این تفاوت که در دماهای بالاتر از 200 درجه و حتی در برخی موارد در دمای بالاتر از 1200 درجه انجام می شود و در پروسه ی تکلیس خصوصیات فیزیکی و شیمیایی کاتالیست تغییر می کند.
با عمل تکمیس نه تنها اندازه ی منافذ بلکه چگونگی توزیع منافذ نیز تغییر می کندو با بالا بردن دمای تکلیس قطر منافذ میکرونی تغییر فاحشی یافته و نتیجتا حجم کل منافذ و مساحت آن به طور چشم گیری کاهش می یابد.
عموما کاتالیست خشک شده در دمایی حداقل معادل آنچه که در فعل و انفعال اعمال می شود، تکلیس و فعال می شوند. کاتالیست های هیدروکسیدی در دمایی بین 350 تا 750 درجه ی سانتی گراد تکلیس می شوند. به طور مثال کاتالیست های کراکینگ از نوع سیلیکا-آلومینا فعالیتشان در دمایی بین 650-750 درجه ی سانتی گراد و در مجاورت هوا تثبیت می شود.
عمل تکلیس را می توان در یک راکتور و یا کوره ی الکتریکی انجام داد.کاتالیست هایی که در فعل و انفعالات هیدروژناسیون و دی هیدروژناسیون استفاده می شوند در یک اتمسفر احیاکننده تکلیس و فعال می شوند کاتالیست های نیکل، کبالت، آهن یا مس با احیا نمودر اکسید آنها در مجاورت هیدروون در دمایی حدود 300 تا 500 درجه ی سانتی گراد تهیه می شوند. برای اکسید فلزاتی همچون کروم، مولیبدن و تنگستن این عمل باعث کاهش ظرفیت یونی فلز می شود.
پس از عمل احیا این کاتالیست ها باید در زیر جریان ازت و انیدرید کربنیک نگهداری شوند، تا دوباره اکسید نشوند زیرا ذرات ریز فلز تشکیل شده در جوار هوا فعالیت خود را از دست می دهند. برای جلوگیری از این موضوع عمل احیا در آزمایشگاه ها معمولا در رآکتور، قبل از شروع فعل و انفعال انجام می شود.

3- فصل سوم: پروژه ها و آزمایشگاه های مرکز تحقیقات کاتالیست
1- هیدروکانورژن:
عملیات کراکینگ در فشار 180 بار و دمای 950 درجه ی فارنهاید صورت می گیرد.کاتالیست آن جامد است و توانایی تبدیل خوراک سنگین به سبک را ندارد.30 درصد از نفتی که پالایشگاه ها می گیرند سنگین است.این نفت سنگین را در پالایشگاه ها نمی توان فراورش کرد.برای همین نیاز تبدیل آن به نفت سبک ضروری است.
به دنبال روشی برای تبدیل نفت سنگین به سبک، پژوهشگاه صنعت نفت پروژه ای را در سال 1381 تحت عنوان هیدروکانورژن (Heavy Residue Hydroconversion) یا HRH آغاز به کار کرد.این فرآیند دو مزیت دارد:
1) نفت فوق سنگین را که امکان جابه جایی با لوله را ندارد،در سر چاه نفت با کاهش میزان گوگرد و فلزات سنگین،قابل حمل با لوله می کند.
2) برای تبدیل بخش سنگین برج ها در پالایشگاه به نفت سبک
البته به طور کلی برای تبدیل نفت سنگین به سبک دو روش موجود است:1) توسط گاز هیدروژن و فشار و دمای بالا،باعث شکست در ساختار شویم. 2) با کم کردن میزان کربن موجود در نفت به صورت رسوب دادن کک در دیواره ی رآکتور،موجب سبک شدن نفت شویم که به این روش Delate coking گویند.این روش مشکلاتی نیز دارد.زیرا کک تشکیل شده بعد از مدتی قطور گشته و باید جدا گردد که جداسازی آن کمی مشکل است.
فرق این تکنولوژی با بقیه در این است که در روش های قبلی کاتالیزور ناهمگن و جامد است ولی در HRH کاتالیزور هموژن است.
در این روش آمونیوم مولیبدات (کاتالیزور) در آب حل می گردد وتوسط همزن های مخصوص داخل خوراک اولیه (نفت سنگین) پراکنده می گردد.این مخلوط حاوی 1 درصد آب است و اندازه ذرات آبی در حد میکرون است.این خوراک ابتدا تا دمای 200 درجه سانتی گراد پیش گرم می شود سپس با گاز که دمای 500 درجه دارد مخلوط می شود سپس این خوراک به دمای 500 درجه سانتی گراد و فشار 70 بار می رسد. ذرات آبی با افزایش ناگهانی دما تبخیر می شوند و اندازه آنها در حد نانومتر می شود.به صورتی که در یک مولکول خوراک سنگین،چندین ذره کاتالیست قرار می گیرد.در این فرآیند آمونیوم مولیبدن به سولفید مولیبدن تبدیل می شود که همان سولفید مولیبدن نقش کاتالیست را بازی می کند.اگر هیدروژن نباشد اولفین ها تحت این فشار و دما با هم زنجیره کربنی تشکیل می دهند و خوراک، سنگین میشود.محصولات فرآیند هیدروکانورژن متان،اتان،پروپان و ….و یک برش سنگین می باشد.این برش سنگین دوباره وارد چرخه ی سیستم می شود و بخش کمی از آن برای بازیافت کاتالیست می رود.
گوگرد موجود در نفت سنگین،فعالیت کاتالیست را مختل می کند و همچنین فلزات سنگین مانند نیکل و وانادیم نیز باعث کاهش فعالیت کاتالیست می شوند.
در سیتم بنچ فرآیند هیدروکانورژن ابتدا خوراک در آون تا حدی گرم می شود سپس به صورت جدا توسط همزن با کاتالیست مخلوط می شود.علت جدا مخلوط شدن این است که داخل رآکتور کاتالیست و نفت سنگین به خوبی و به صورت همگن مخلوط نمی شوند.سپس این مخلوط داخل رآکتور قرار می گیرد و از بالا توسط یک بخش حاوی مسیر ورود گازتوسط کپسول، گاز هیدروژن وارد رآکتور می شود.سپس یک لوله از سر رآکتور محصول را جمع آوری، و محصول وارد یک کندانسور شده و به مایع تبدیل می شود، سپس محصول وارد جداکننده می شود و بخش سنگین جدا شده و دوباره وارد رآکتور می شود.برای تنظیم فشار سیستم از فشار بازگشتی استفاده می شود.
در سیستم pilot هیدروکانورژن نیز ابتدا در مخزن جداگانه به مدت 2 ساعت کاتالیست و برش سنگین نفت با هم مخلوط می شوند و توسط پمپ به داخل پیش گرم کن فرستاده می شود.این مخلوط در پیش گرم کن تا دمای 200 درجه ی سانتی گراد گرم می شود.سپس به داخل رآکتور فرستاده می شود.در کنار رآکتور یک پیش گرم کن برای گاز هیدروژن وجود دارد که این گاز را تا دمای 500 درجه گرم می کند.گاز هیدروژن و خوراک هر دو به داخل رآکتور فرستاده می شوند و به دمای 500 درجه و فشار 70 بار می رسد.یک کولر برای خنک کردن محصول تعبیه گردیده و بعد از آن محصول به داخل کندانسور فرستاده می شود.سپس محصول از 2 جداکننده عبور داده می شود و بعد از جداکننده ها وارد ستون جاذب می شود تا مخلوط جذب و از محصول جدا شود.(این جاذب،جاذب سولفور و از جنس اکسید روی می باشد).سپس وارد ناکودرام می شود.در ناکودرام دو فاز مایع و گاز از هم جدا می شوند.مقداری از گاز دوباره وارد چرخه شده تا گاز هیدروژن را دوباره تجدید کند و مورد استفاده قرار گیرد.مقدار دیگری از گاز از سیستم خارج می شود.در ناکودرام فشار پایین است.
در بازیافت کاتالیست بخش سنگین که از جداکننده آمده است با مقداری گازوئیل مخلوط شده ، توسط steam گرم می شود.گازهای حاصل از سوختن وارد سیکلون شده و دو فاز جامد و گاز از هم جدا می شوند.به جامد جدا شده در این مرحله که از انتهای سیکلون بیرون می آید خاکستر گویند که بیشتر حاوی فلزات سنگین از جمله نیکل و وانادیم می باشد.سپس گاز جدا شده وارد scrober می شود.این گاز به دلیل داشتن و خاصیت اسیدی دارد.به همین دلیل گاز آمونیاک از روی آن عبور داده شده تا خنثی و باعث خوردگی محفظه نگردد.همچنین آب نیز به طور مداوم برای شست و شو از روی آن عبور داده می شود.در انتهای scrober فیلتر قرار داده می شود تا کاتالیست حاوی خاکستر را جمع آوری کند.در مرحله بعد محصول جمع آوری شده از روی فیلتر leaching می شود.بدین صورت که به آن آمونیاک و آمونیوم کربنات اضافه می شود و آمونیوم مولیبدات تشکیل و کاتالیست بازیافت می شود.
3-2 واحد ساخت کاتالیست:
کارهای انجام گرفته در این آزمایشگاه مربوط به ساخت کاتالیست می باشد.برای ساخت کاتایست از پودر استفاده می گردد.این پودر می تواند در اشل های نانویی و یا ابعاد بزرگتر باشد.پودرهای نانویی بسیار سبک تر از پودرهای عادی و در ابعاد کمتر از 100 نانومتر می باشند و بسیار مناسب ترند.برای تشخیص پودر نانویی از غیر نانویی از عکس های SEM و TEM استفاده می شود.TEM به دلیل عبور الکترون از نمونه می تواند اندازه دقیق ابعاد را به ما بدهد ولی در SEM بیشتر مورفولوژی و اشکال ابعاد مشخص می گردد.برای مشخصه ی نوع ماده نیز می توان
از XRD استفاده کرد.بعد از مشخص کردن پودر مناسب برای ساخت کاتالیست شکل دهی به نمونه مطرح می گردد.قبل از شکل دهی به منظور شکل گرفتن نمونه یک سری مواد افزودنی به آن اضافه می گردد.از جمله این مواد افزودنی باینرها،گرافیت،روان سازها،استحکام دهنده ها می باشند.گرافیت پودر سیاه رنگی است که به منظور روان ساختن نمونه استفاده می گردد تا پودرها به راحتی روی هم بلغزند و شکل دهی مناسب را پیدا کنند.از پلی وینیل الکل (چسب پلیمری) به منظور شکل دهی و افزایش مقاومت استفاده می شود.ماده ی افزودنی دیگر آب است که به منظور همگن سازی نمونه و مواد افزودنی استفاده می شود.پس از اضافه کردن این مواد به پودر،مرحله ی خشک کردن توسط آون تا دمای حداکثر 100 تا 150 انجام می پذیرد تا رطوبت خود را از دست دهد و در مرحله ی کلسینه کردن با کوره به المنت های کوره آسیب نزند.سپس نمونه در کوره تا دمای 1600 درجه ی سانتی گراد به مدت 2 الی 3 ساعت بسته به نوع کاتالسیت حرارت داده و کلسینه می شود.در مرحله ی کلسینه شدن، مواد اضافی از جمله گرافیت خارج و جای باقی مانده ، ایجاد حفره درون پایه کاتالسیت می کند.بسته به نوع کاتالیست،دمای آون و زمان اقامت درون آون قابل تغییر است.
برای اندازه گیری میزان و تعداد حفرات از ASAP استفاده می شود.بدین صورت که با عبور گاز نیتروژن از روی نمونه و میزان جذب و دفع آن در خلاء ، به ازای هر گرم کاتالیست،حجم حفره ها بدست می آید.امکان دارد پایه کاتالیست به صورت پودر باشد که با اضافه کردن کاتالیست و بسته به میزان غلظت آن رنگ پایه به طور کامل تغییر کند.مقدار کاتالیست اضافه شده یک مقدار بهینه دارد که با توجه به مقدار و نوع پایه کاتالیست بدست می آید.اگر کاتالیست افزوده شده از مقدار بهینه بیشتر باشد باعث کلوخه ای شدن آن و از بین رفتن سطح فعال کاتالیست می شود.
گاهی ممکن است مقدار آب افزوده شده زیاد باشد و نمونه شکل دوغاب به خود بگیرد.برای این منظور از دستگاه Spray drier استفاده می شود.بدین صورت که نمونه را داخل بشر ریخته و با مکش به داخل ظرفی که تا دمای 200 درجه سانتی گراد حرارت دارد،فرستاده می شود.سپس آب آن گرفته می شود و به صورت پودر خارج می شود.گاهی از دستگاه سانتریفیوژ نیز بدین منظور استفاده می شود.در سانتریفیوژ بخش مایع از جامد،و گاهی پودر های ریز از درشت جدا می شوند.پس از مرحله ی کلسینه کردن، پایه و کاتالیست در بالن ته گرد موجود در دستگاه روتاری ریخته شده و با حرارت کاتالیست روی پایه می نشیند.
در آزمایشگاه با انواع کوره ها از جمله جعبه ای،لوله ای، کوره با خلاء آشنا شدیم.سپس با دستگاه اولتراسونیک که توسط امواج صوتی عمل dispersing را انجام می دهد آشنا شدیم و همچنین دستگاه هموژنایزر نیز به همین منظور استفاده می شود.
پس از کلیه مراحل ساخت پایه و نشاندن کاتالیست،مرحله ی تست رآکتور انجام می گیرید.البته به دلیل گران بودن این مرحله قبل از آن می توان توسط روش های ارزان تر به مناسب بودن کاتالیست پی برد.از جمله این روش ها:
الف) ASAP : توسط این روش می توانیم به اندازه گیری میزان و تعداد حفرات ،خوب و مناسب بودن کاتالیست پی ببریم.
ب) با استفاده از TEM می توانیم شکل کاتالیست را مشاهده کنیم و با شکل کاتالیست مورد نظر خود مقایسه و بررسی کنیم.
ج) برای بررسی دقیق تر شکل و اندازه دقیق ذرات از SEM نیز می توان استفاده کرد.
د) با استفاده از XRD می توان از نوع کاتالیسیت مورد نظر خود مطمئن شویم
در غیر این صورت از تست رآکتور استفاده می شود که در ادامه توضیحات بیشتری ارائه خواهد شد.
3-3 بازدید از پایلوت شهرری:
بررسی های رآکتوری:
در این بخش کاتالیست را مطابق با شرایط عملیاتی که در پالایشگاه صورت می گیرد قرار می دهیم.ابتدا کاتالیست را داخل مکان مربوطه ریخته و با تنظیم جریان و تحت دما و فشار معین ،تست می شود.در کل بررسی کیفیت عملکرد کاتالیست برای آن فرآیند صورت می گیرد.
عملیات پالایشگاه:
نفت خام ورودی به پالایشگاه دارای مقادیری نمک در ساختار خود است که این نمک باعث جرم گرفتگی و خوردگی تاسیسات، همچنین تولید اسید از طریق نمک های کلردار می شود که قبل از تمامی عملیات روی نفت خام واحد نمک زدایی را قرار داده اند.
در واحد نمک زدایی با افزودن آب ترش عاری از سولفید هیدروژن جهت کمک به شکستن امولسیون و با استفاده از شبکه های الکتریکی عمل جداسازی نفت از آن نمک انجام می گیرید.بدین وسیله عمل نمک گیری از نفت خام در نمک گیر صورت می گیرد.
پس از نمک زدایی، خوراک باز هم گرم تر شده و وارد برج جداسازی اولیه می شود که در آن ترکیبات سبک،جدا شده و مستقیماً وارد برج اتمسفری تقطیر می شوند.بدین ترتیب 15 درصد از بار کوره کاسته می شود.
مایعات برج جداسازی اولیه نیاز به حرارت بالاتر دارند.به همین منظور وارد مبدل می شوند.مبدل برای این قبل از ارسال به کوره قرار می گیرد که از بار حرارتی کوره بکاهد و پس از کوره خوراک وارد برج تقطیر می گردند.برج تقطیر حدود 30 الی 50 سینی دارد تا محصولات مختلف از هم جدا گردند.برش های برج تقطیر را نفت،گازوئیل سنگین،گازوئیل سبک،کروزن،برش های سنگین که بعدا وارد بخش برج تقطیر خلاء می گردند را شامل می شود.برج تقطیر خلاء بعد از برج اتمسفر قرار می گیرد و در فشار خلاء جداسازی در این واحد صورت می گیرد.
واحد های دیگر پالایشگاه که برای ارتقاء کیفیت به واحدهای پایین دستی از قبیل کاهش گرانروی،تبدیل کاتالیستی،شکست هیدروژنی (آیزوماکس) و شست و شو با حلال ارسال می شود تا به مسیر فرآورده های نهایی هدایت می شود.در این پایلوت ما قسمت های شکست هیدروژنی،هیدرو دی سولفوریزاسیون،هیدروژن سازی و واحدهای HTS و LTS برای جذب CO حاصل از واکنش شیفت گاز آب را بازدید کردیم.
برش های سبکی مانند نفت پس از برج تقطیر اتمسفری به منظور گوگرد زدایی وارد واحد HDS و سپس وارد واحد
Plat forming می شود.در اینجا برای بالا بردن عدد اکتان و کیفیت بنزین این واحد را طراحی کرده اند.از طرفی دیگر VGO یا محصول برج تقطیر اتمسفری پس از عملیات هیدروکراکینگ به برش های نفت،کروزن و دیزل تبدیل شده و سپس با محصول واحد reforming مخلوط و به عنوان بنزین به کار رود.
قسمت هیدروکراکینگ نیاز به هیدروژن دارد،به همین منظور در پالایشگاه ها واحد هیدروژن سازی قبل از آیزوماکس قرار می گیرد.در پایلوت بازدید شده قسمت ها مجزا از یکدیگر کار می کردند و محصول یک واحد خوراک واحد دیگر نمی شود.
خوراک واحد هیدروژن سازی گاز متان عاری از سولفید هیدروژن است.عمر کاتالیست reformer حدود 5 سال است و عوامل مختلفی موجب کاهش فعالیت آن می شوند که عبارتند از:
1-کم بودن نسبت بخار آب به کربن گاز خوراک
2-وجود سولفید هیدروژن در خوراک
3-وجود گازهای سنگین نفتی در خوراک
4-سرد و گرم شدن های سریع در مواقع بستن و راه انداختن دستگاه
نسبت بخار به هیدروکربن،برابر 6 می باشد و خوراک در مجاورت اکسید نیکل (کاتالیست کوره) به متان،منوکسید کربن،دی اکسید کربن و هیدروژن تبدیل می شود.با توجه به تنوع کاتالیست های مصرفی در واحد هیدروژن جا دارد به صورت مجزا برای آن ها مشخصات ارائه گردد.از جمله:
اکسید روی،برج جذب کلر،هیدروژناسیون،تبدیل کننده در حرارت های بالا،تبدیل کننده در حرارت های پایین،رآکتور تبدیل کننده به متان را نام برد.در برج تبدیل کننده در حرارت بالا و در مجاورت کاتالیست های منوکسید کربن به دی اکسید کربن تبدیل می شود،سپس به برج جذب کننده ارسال و در برابر ماده ی شیمیایی منو اتانول آمین و یا دی گلیکوآمین،انیدرید کربنیک آن جذب و سپس به برج متان گیری ارسال می شود.
هیدروژن سازی:
در بخش هیدروکراکینگ (آیزوماکس) بری تبدیل زنجیره ی بلند و خطی هیدروکربنی به قطعات کوچکتر نیاز به گاز هیدروژن است.تامین گاز هیدروژن از واحد هیدروژن سازی صورت می گیرد.البته مقداری از این گاز از بخش کاتالیست رفرمینگ (catalyst reforming) در اثر تولید زنجیره ی کربنی شاخه دار تولید می شود.اما عمده ی آن از بخش هیدروژن سازی می آید.در این بخش گاز متان با بخار آب تولید گازهای ، و و مقدار کمی متان می کند.
+ → + + +
توسط آمین ها جدا می شود و نیز تحت واکنش شیفت که در 2 حالت دمای بالا (HTSC) و دمای پایین (LTSC) صورت می گیرد از مخلوط موجود جدا می گردد و در نهایت در پالایشگاه محصول حاوی دمای 96 درصد هیدروژن و 4 درصد گاز متان می باشد.البته در پتروشیمی به دلیل نیاز به خلوص بیشتر متان نیز حذف می شود.اما در نهایت مقدار کمی باقی می ماند که تحت واکنشی به نام متاناسیون از بین می رود.
+ → +
محصولات برج تقطیر واقع در پالایشگاه حاوی گوگرد می باشد که گوگرد آن باید حذف شود کاتالیست استفاده شده در این بخش (زینک اکساید) می باشد.این کاتالیست در طی فرآیند با تولید سولفید روی و بخار آب می کند.به این واکنش سولفورزدایی از گاز (Gas desulfurization) می گویند.البته این کاتالیست در طی واکنش مصرف می شود و بیشتر، نقش جاذب را ایفا می کند.اما به اصطلاح به آن کاتالیست گفته می شود.
بارگذاری کاتالیست:
در درون رآکتور برای اندازه گیری دما از ترموکوپل استفاده می شود که در درون ترموول (غلاف) گذاشته می شود که معمولاً در چند نقطه ی مختلف از مکان کاتالیست قرار داده می شود. بین غلاف و رآکتور فضای خالی وجود دارد که کاتالیست در این فضا قرار می گیرد که دور ترموول واشری شبیه سبد جوش داده می شود که کاتالیست ها روی آن ریخته می شود،میزان کاتالیست ریخته شده بسته به کاربرد آن متغییر است.
پایلوت بخش هیدروژن سازی:
ابتدا آب دیونیزه توسط پمپ به پیش گرمکن انتقال داده می شود.در سر راه آن فیلتر هایی تعبیه گشته که ناخالصی های موجود در آب که باعث تخریب رآکتور و کاتالیست می گردد را بگیرد.دما در پیش گرمکن در حدود 150-200 درجه سانتی گراد می باشد،آب به حالت بخار درآمده و وارد رآکتور می شود.آب خارج شده در رآکتور کندانس گشته و در ظرف مربوطه جمع آوری می شود، به محض دیدن آب در این ظرف شیر گاز متان باز می شود.گاز متان از طریق 2 کپسول واقع در کنار پایلوت تامین می گردند.به این دلیل از 2 کپسول استفاده می شود که به محض اتمام یک کپسول ،از کپسول دیگر استفاده شود.اتمام گاز متان توسط کنترولر مشخص می شود.عقربه ی کنترولر در مکان مدنظر قرار داده می شود و افت عقربه ی فشار گاز از مقدار مدنظر موجب دادن هشدار می شود.در نتیجه گاز متان نیز دارد.رآکتور با دمای 600 درجه سانتی گراد با بخار آب موجود واکنش می دهد.داخل رآکتور نیز از قبل، کاتالیست بار گذاری گشته است.محصول حاصل از واکنش توسط کندانسور سرد می شود و به دو فاز مایع و گاز تبدیل می شود.فاز مایع که بیشتر حاوی آب می باشد به داخل ظرف معین باز می گردد و مقداری از گاز برای آنالیز درصد اجزا به GC برده می شود.بقیه گاز به اتمسفر رها می شود.البته در پالایشگاه از این گاز محتوی هیدروژن در بخش بعد استفاده می شود.
پایلوت بخش هیدروکراکینگ:
ابتدا بار گذاری کاتالیست و نصب رآکتور در ژاکت صورت می پذیرد و پس از آن ،تست فشار انجام می پذیرد،حال تست فشار را به اختصار توضیح می دهیم:
برای تست فشار از گاز بی اثری مانند ازت () استفاده می شود.به این صورت که ابتدا وارد سیستم می شود،پس از مدتی خروجی را بسته و منتظر مانده تا فشار ثابت شود اگر افت فشار دیده شد و فشار ثابت نماند،نشتی گاز داریم.سپس گاز وارد سیستم می شود،گاز و توسط کپسول هایی که در اتاقکی در فاصله ی دورتری از سیستم می باشد،وارد کمپرسور می شود که در این مرحله گاز ها فشار بالایی دارند و سپس توسط شیرها و کنترولرهایی که در خطوط می باشد،فشار گازها به فشار مورد نظر می رسد.خوراک نیز در محفظه ای مشخص و در قسمت بالا تعبیه گشته ،ابتدا پیش گرم می شود و توسط پمپ به داخل رآکتور وارد می شود،گاز نیز وارد رآکتور می شود.خوراک داخل رآکتور با کاتالیست و گاز واکنش داده و عمل کراکینگ صورت می گیرد.خوراک VGO (vacuum gas oil) محصول برج خلاء می باشد،پس از رآکتور،محصول وارد کندانسور شده و پس از آن وارد جداساز (separator) می شود و سپس مقداری از آن برای آنالیز به GC برده می شود، به دلیل از دست نرفتن حرارت گاز و خوراک در مسیر،کلیه لوله ها با پشم شیشه عایق بندی می شود.در ادامه این پایلوت،بخش سولفورزدایی نیز وجود دارد،که در بخش پایلوت سولفورزدایی به طور کامل توضیح داده خواهد شد.
پایلوت سولفورزدایی:
در این پایلوت برای جذب در ستون رآکتور،از زینک اکساید () استفاده می شود.ابتدا خوراک به پیش گرم کن پمپ گشته و پس از آن وارد رآکتور شده و از روی زینک اکساید عبور کرده ، آن توسط جذب شده و واکنش زیر اتفاق می افتد:
+ → +
= یک نوع جاذب(adsorb) است.
به این واکنش gas desulfurization گفته می شود.سپس محصولات خروجی را از کندانسور عبور داده،حاصل را توسط شیر 3 راهه وارد ستون جذب توسط سود کرده به این صورت که سود از بالا توسط قیف درون ستون جذب ریخته شده و محصول توسط پمپ از درون ستون عبور داده می شود،در نتیجه یکبار دیگر سولفورزدایی می شود.
پایلوت HTSC و LTSC :
در پایلوت ها یک واکنش صورت می گیرد که این واکنش به صورت زیر است:
+ → +
در واحد LTSC این واکنش با کاتالیزور اکسید آهن در دمای پایین صورت می گیرد،به این خاطر این قسمت را به دو واحد تقسیم کرده که کاتالیزگر اکسید آهن در دماهای پایین تر فعالیت بهتری از خود نشان می دهد.در این واحد بخار آب توسط پیش گرم کن تولید می شود،همراه گازهای حاصل از واحد هیدروژن سازی و هیدروکراکینگ در راکتور مخلوط می شوند و توسط کاتالیزگر به تبدیل می شود و خوراک تقریباً عاری از می گردد تا در واحد بعدی که به HDS معروف است در دمای بالاتر و کاتالیزگر اکسید مس، باقیمانده را به تبدیل می کند تا در واحدهای بعدی توسط حلال های آمین از جمله MEA و DEA و MDEA از خوراک ما جدا گردد.همچنین در واحدهای HTSC و LTSC هیدرودی سولفوریزاسیون انجام می شود.

3-4 آزمایشگاه بررسی خصوصیات سطحی:(بررسی های فیزیکی)
دستگاه های اندازه گیری سطح به 3 روش استاتیک،دینامیک و وزنی کار می کند.در روش دینامیک با اندازه گیری جریان گاز مورد نظر،سطح کاتالیست اندازه گیری می شود.در استاتیک این اندازه گیری تحت خلاء صورت می گیرد و در نهایت در روش وزنی توسط یک ترازوی حساس،میزان گاز جذب شده از تفاوت وزن نمونه قبل و بعد از آزمایش بدست می آید.
BET :
این روش توسط 3 دانشمند مطرح گردید.این دانشمندان با استفاده از روابط به این نتیجه رسیدند که تا فشار حدود 0.35 ،جذب روی سطح کاتالیست به صورت تک لایه صورت می گیرد که بر این اساس معمولاً اندازه گیری در فشار نسبی 0.3 تنظیم می گردد.
دستگاه Belsorp:
این دستگاه برای اندازه گیری منافذ موجود در کاتالیست در ابعاد نانومتر می باشد.برای اندازه گیری،ابتدا نمونه با قیف درون بورت (جای نمونه) ریخته تا ذرات به دیواره نچسبد و در خلاء مشکل ایجاد نکند.(در مرحله گاز زدایی این خلاء صورت می گیرد که در ادامه توضیح داده خواهد شد).سپس فیلتر خلاء، سر بورت قرار داده می شود تا ذرات تحت خلاء به داخل دستگاه کشیده نشوند.زیرا با ورود ذرات به دستگاه،هم خطای نمونه در توزین ایجاد می شود و هم باعث خرابی دستگاه می شود.سپس نمونه گاز زدایی می شود.بدین صورت که معمولاً نمونه به مدت 3 ساعت در دمای 300 درجه سانتی گراد در خلاء کامل قرار داده می شود.البته این دما بسته به نوع کاتالیست می باشد.کاتالیست های معدنی به دلیل مقاومت بیشتر نیاز به دماهای بالاتر از 300 درجه سانتی گراد دارند.اما کاتالیست های آلی به دلیل مقاومت کمتر تجزیه در اثر دماهای بالا،در دمای کمتری گاز زدایی می گردند.گاز زدایی به منظور تخلیه ی هوا و گاز های دیگر از منافذ نمونه صورت می گیرد.
جدا کردن بورت از سیستم خلاء،بدین صورت است که ابتدا دکمه purge را فشار می دهیم سپس سیستم با وارد کردن گاز بی اثر نیتروژن به درون بورت،فشاری را ایجاد می نماید تا بورت به راحتی از خلاء خارج شود و از سیستم جدا گردد.سپس نمونه در جای خود داخل دستگاه Belsorp قرار داده می شود.دستگاه، خلاء ایجاد می کند و یک گاز بی اثر مانند Ar یا از روی نمونه عبور داده و منافذ موجود در کاتالیست با این گازها پر می شوند.
این عمل با اعمال فشارهای نسبی نسبت به محیط صورت می گیرد و توسط نرم افزار متصل به دستگاه نمودار فشارهای نسبی بر حسب حجم گاز جذب شده،توسط کاتالیست رسم می شود.
ابتدا برای جذب، مخزن حاوی نیتروژن مایع با دمای 77 درجه کلوین به صورت اتوماتیک بالا آمده و بورت های حاوی نمونه های ما را دربر می گیرد.در دمای پایین ازت، جذب حفرات نمونه گردیده و نمودار به صورت صعودی به سمت حجم گاز اشغالی می رود.این کار معمولاً تا فشار نسبی یک ، یا همان محیط ادامه می یابد.سپس مخزن حاوی نیتروژن مایع،پایین آمده و از نمونه جدا می شود.هنگامی که نمونه به دمای محیط برسد،دفع از نمونه صورت می گیرد و فشار نسبی کاهش پیدا می کند و در جهت عکس نمودار جذب حرکت کرده تا به فشار نسبی پایین برسد.این نرم افزار نمودار برحسب را نیز رسم می نماید که شعاع حفرات است.قله ی نمودار نشان دهنده ی بیشترین حفراتی است که این شعاع را دارا می باشند.
در کل این دستگاه،توزیع منافذ،شعاع منافذ،بیشترین شعاع منافذ و میزان سطح فعال نمونه را نشان می دهد.
دستگاه Quantasorp:
ابتدا نمونه را داخل لوله ای U شکل ریخته و آن را توزین می نماییم.سپس به هیتر متصل به دستگاه،وصل نموده و تا دمای 300 درجه سانتی گراد به مدت 1 ساعت گاز را از روی آن عبور داده تا تمامی گازهای درون آن خارج گردد.بعد از گاز زدایی نمونه را به قسمت جلوی دستگاه متصل می نماییم.حال با تنظیم فشارهای و هلیوم، نسبت این دو گاز را روی 0.3 تنظیم می نماییم.مخلوط این دو گاز (mixed gas) به دو شاخه تقسیم می شود.یک شاخه به عنوان مرجع قرار می گیرد و تا پایان،ثابت باقی می مانند و شاخه دیگر از روی نمونه عبور می کند.در ابتدای امر عدد روی نمایشگر که بیانگر اختلاف فلوی گاز است،عدد صفر را نشان می دهد و توپک های نمایشگر دیگر هم تراز یکدیگر می باشند.بعد از برقراری این شرایط مخزن حاوی نیتروژن مایع به صورت اتوماتیک بالا آمده و لوله حاوی نمونه را در بر می گیرد.می دانیم با کاهش دما جذب افزایش می یابد،در نتیجه هنگامی که دمای نمونه کاهش می یابد،گاز در حال عبور از نمونه جذب منافذ گردیده و فلوی این شاخه نسبت به مرجع کمتر می شود و نمایشگر عدد منفی را نشان می دهد.این امر تا زمانی که کلیه منافذ توسط اشغال شوند،ادامه می یابد.و بعد از آن فلوی این شاخه به تدریج با شاخه مرجع یکسان می شود.مخزن حاوی ازت مایع به پایین آمده و از نمونه جدا می شود،سپس سشوار دستگاه به طور اتوماتیک روشن شده و دمای نمونه را به دمای محیط می رساند.افزایش دما شرایط را برای واجذب نیتروژن فرآهم می آورد.در نتیجه نمونه با واجذب نیتروژن،فلوی شاخه ی عبوری از روی نمونه را نسبت به مرجع افزایش می دهد (نمایشگر عدد مثبت را نشان می دهد).همزمان با این امر،شمارنده ی دستگاه تغییر می یابد تا در انتها یک عدد ثابت به ما بدهد.در هر آزمایش باید مقداری از گاز ازت را به منظور کالیبره کردن سیستم از قسمت گاز زدایی به وسیله سرنگ بر داشته و به شاخه ی عبوری از نمونه تزریق نماییم.محاسبه ی این مقدار گاز ازت به روش تجربی و با استفاده از آزمایشات گذشته صورت می گیرد.توسط نرم افزار متصل به دستگاه و رسم نمودارهای مربوطه سطح کاتالیست (pore valume) محاسبه می شود.
دستگاه AFM :
AFM مخفف Atomic Force Electron ،با نیروی اتمی کار می کند.
این دستگاه از یک تیپ (Tip) از جنس سیلیکون می باشد.هنگامی که نمونه در جای خود قرار می گیرد،دستگاه به طور اتوماتیک تا حد شعاع واندروالس 2 اتم، تیپ را پایین آورده و ثابت می شود.این دستگاه برای اندازه گیری نمونه های پودری و پلیمری که رسانایی ایجاد نمی کنند،می باشد.چون اساس کار این دستگاه با نیروی حاصل از الکترون می باشد،در صورت رسانا بودن باعث تجمع اشعه در یک نقطه و انحراف اشعه می شود،در نتیجه نمونه هایی که خاصیت مغناطیسی دارند و یا در دمای بالا از خود خاصیت مغناطیسی نشان می دهند،قابل اندازه گیری با این دستگاه نمی باشند.آماده سازی نمونه به این صورت است که نمونه ی پودری را در یک ماده ی فرار که نمونه را حل نکند مخلوط کرده و در دستگاه اولتراسونیک قرار داده تا به خوبی پراکنده شوند،نمونه را در جای خود داخل دستگاه قرار داده و بعد از ثابت شدن تیپ اشعه ی لیزر به نمونه برخورد کرده و از بازگشت آن تصویر نمونه روی کامپیوتر نمایان می شود.از این تصویر می توان شکل ظاهری ابعاد و حدود آن را بدست آورد.
دستگاه ASAP 2000 :
به دلیل یکسان بودن اساس کار تمامی این دستگاهها تنها به تفاوت و شباهت های این دستگاه با بقیه می پردازیم.این دستگاه بسیار شبیه Belsorp می باشد.نمونه داخل بورت ریخته می شود.اما تنها توانایی اندازه گیری یک نمونه را دارد ولی Belsorp چند نمونه را به طور همزمان می تواند اندازه بگیرد و همچنین این دستگاه نیز با خلاء کار می کند.نسبت به دستگاه Quantasorp منافذ ریزتری را اندازه می گیرد.این دستگاه مانند AFM شکل منافذ را به ما نمی گوید ولی می تواند نشان دهد که آیا منافذ بطور یکنواخت پراکنده شده اند یا خیر.همچنین قطر منافذ را نیز به ما می دهد.این دستگاه و Belsorp هر دو توانایی اندازه گیری مساحت سطح فعال را نیز دارند.به این صورت که بعد از نشاندن کاتالیست روی پایه،این دستگاه گازی را که توسط کاتالیست مربوطه جذب می شود،از روی نمونه عبور داده و با توجه به همان اساس کار دستگاه های قبلی ،سطح فعال که توسط کاتالیست اشغال شده است را محاسبه می کند.
دستگاه porosimeter 2000 :
این دستگاه برای اندازه گیری حفرات با قطر حدود 100 آنگستروم (منافذ نسبتا درشت)، می باشد.در بعضی موارد کاتالیست با ابعاد نانو مناسب نمی باشد و منافذ کاتالیست باید از حد نانو درشت تر باشند.
این ابعاد نسبتاً درشت را،نمی توان با دستگاه های قبلی ذکر شده،اندازه گرفت،زیرا گاز نمی تواند منفذ را به طور کامل پر کند و از اتم نسبتاً سنگین جیوه استفاده می شود.بدین صورت که جیوه را با فشار حدود 2000 بار به داخل منفذ می فرستند تا منافذ را پر کند و حجم جیوه ی مصرف شده روی دستگاه نشان داده می شود.به دلیل سمی بودن جیوه،از دستگاه دیگری برای پر کردن جیوه در جای نمونه استفاده می نماییم.پس از شستن و خشک کردن ظروف،نمونه را داخل ظرف مورد نظر ریخته و وزن نمونه را یادداشت می نمائیم.سپس ظرف محتوی نمونه را در جای مناسب قرار داده و شیر خلاء را باز می کنیم و حدود 3 الی 4 دقیقه صبر کرده تا خلاء ایجاد شود،سپس شیر مربوط به جیوه را باز تا ظرف از جیوه پر شود.سپس شیر خلاء را بسته و شیر هوا را باز، تا خلاء شکسته و قابل جدا شدن بشود.ظرف محتوی نمونه در اتوکلاو قرار داده می شود.ابتدا و انتها ظرف توسط دو سوزن احاطه می گردد تا جریان رسانایی برقرار شود (جیوه رسانا است).حال شیر مربوط به روغن را باز نموده تا روغن کل محفظه را پر نماید،به دلیل اعمال فشار یکسان از همه جهت به ظرف شیشه ای حاوی نمونه و جیوه،این ظرف نمی شکند.بعد از تنظیم دستگاه و روشن و آماده کردن نرم افزار متصل به دستگاه،اعمال فشار توسط سیلندر و پیستون درون سیستم به روغن داخل اتوکلاو آغاز می شود.فشار تا 2000 بار بالا می رود و در هر فشار،حجم جیوه ی پر کننده ی حفرات،توسط نمایشگر نشان داده می شود و نرم افزار نمودار فشار بر حسب حجم جیوه مصرفی را رسم نموده و در نهایت مساحت کاتالیست بدست می آید.
دستگاه TPD/TPR (برنامه دمایی جذب و دفع):
این دستگاه بیشتر جنبه ی تحقیقاتی دارد.زیرا 9 کانال برای ورود گاز دارد و هر گازی را می توان به دستگاه متصل کرد.این دستگاه دمای دقیق احیای کاتالیست را به ما می دهد.در صورت دقیق نبودن دمای احیا،کاتالیست به خوبی احیا نمی شود.در TPR حدود 0.05 گرم از نمونه داخل لوله ی U شکل که یک طرف آن موئین است ریخته می شود.گاهی از پشم شیشه برای پایین نیامدن نمونه داخل لوله استفاده می نمایند.این کار به دلیل داشتن دمای دقیق نمونه توسط ترموکوپل می باشد.لوله را درون جای مربوطه،احاطه توسط ژاکت قرار می دهیم.ابتدا با عبور گاز هلیوم تا دمای 250 درجه سانتی گراد نمونه را خشک و گاز زدایی می نمائیم.سپس مخلوط 5 درصد هیدروژن از آرگون از روی نمونه عبور داده و برنامه حرارتی مناسبی به دستگاه داده می شود(معمولا تا دمای 850 درجه سانتی گراد با شیب 5 درجه در دقیقه) ،هر جا جذب هیدروژن اتفاق بیفتد توسط نرم افزار دستگاه با رسم نمودار، مشخص می شود.معمولا قله ی پیک، بهترین دمای احیا می باشد.گاهی نمودار حاوی چند قله می باشد که این نشان دهنده ی عدم توزیع یکنواخت حفرات و یکسان نبودن اندازه ی آن است (معمولا بلندترین قله به عنوان دمای بهینه ی احیا در نظر گرفته می شود).علت عبور گاز هیدروژن این است که احیای کاتالیست در صنعت توسط این گاز صورت می گیرد.
مخزن کناری جای نمونه ،به منظور گرفتن رطوبت گاز ورودی استفاده می شود.
TPD: در همین دستگاه،TPD نیز مشابه TPR صورت می گیرد.با این تفاوت که از گاز آمونیاک به جای هیدروژن استفاده می شود.جای نمونه آن نیز لوله ی U شکل است که در یک سمت آن یک حباب تعبیه شده،ابتدا با عبور گاز آمونیک اتفاق می افتد و نمودار آن مشابه TPR توسط نرم افزار رسم گردیده و دمای قله به عنوان دمای بهینه احیای کاتالیست معرفی می گردد.این نرم افزار با سوار کردن نمودارها به روی هم امکان مقایسه را فراهم می آورد.

3-5 آزمایشگاه بررسی های شیمیایی:
در این آزمایشگاه درصد پلاتین،رنیوم و عناصر دیگر در نمونه اندازه گیری می شود.کار دیگر این آزمایشگاه ، فعال بودن یا نبودن کاتالیست کار کرده در پالایشگاه را مشخص می کند.
تست پلاتین: 0.9 گرم از نمونه را برداشته در 500 درجه سانتی گراد کلسینه کرده ، سپس با اسید سولفوریک پایه ی آلومینا را حل می کنیم.پلاتین در محلول به صورت جامد باقی می ماند.به همین منظور محلول را فیلتر کرده کاغذ صافی را همراه جامد روی آن در کوره سوزانده و سپس در تیزاب سلطانی حل می کنیم تا پلاتین حل شود.برای حل کردن سیلیکات های موجود در نمونه به محلول HF نیز اضافه می نمائیم.محلول حاصل را با محلول زیر فیلتر مخلوط کرده و برای تشکیل کمپلکس رنگی و تشخیص نمونه در دستگاه اسپکتروفتومتر به آن کلرید قلع اضافه و به مدت 1 ساعت برای تثبیت رنگ صبر می نماییم و تا حداقل 4 ساعت اندازه گیری باید صورت گیرد.در نهایت در بالن ژوژه ی 250 میلی لیتری به حجم می رسانیم.
دستگاه اسپکتروفتومتر را آماده می نماییم.دستگاه را با 3 استاندارد کالیبره نموده و جذب نمونه ها را می خوانیم و توسط محاسبات ،غلظت (درصد پلاتین) محاسبه می گردد.
تست رنیوم: 1.1 گرم از نمونه را برداشته و در دمای 500 درجه سانتی گراد کلسینه می نماییم.برای حل نمونه ،روی هیتر به آن اسید فسفریک اضافه نموده و بسته به نوع پایه و کاتالیست مدت زمان اقامت تا شفاف شدن نمونه (حل کلیه کاتالیست) متفاوت است.برای ایجاد کمپلکس رنگی به محلول α-فوریک و استنسو فلوراید اضافه می نماییم.محلول به رنگ قرمز اناری درآمده سپس در بالن ژوژه ی 100 میلی لیتری به حجم می رسانیم.و مانند تست قبل 3 استاندارد را تهیه نموده ،دستگاه را با آن کالیبره نموده در طول موج معین خود،قرار داده و بعد از آن جذب نمونه ها را می خوانیم و در نهایت درصد رنیوم محاسبه می شود.
برای پایه هایی که به راحتی داخل اسید حل نمی شوند،از روش کمک ذوب که به دو طریق است استفاده می نماییم:
روش اول: برای مثال اگر پایه ی ما، α-آلومینا و کاتالیست Co و Mo باشد،ابتدا Co و Mo را توسط اسید حل کرده ،محلول را صاف کرده کاغذ صافی را داخل کوره سوزانده ،سپس به آن کمک ذوب اضافه می نماییم.کمک ذوب با پایین آوردن دمای ذوب α-آلومینا،موجب حل شدن آن می شود.دوباره آن را داخل کوره قرار می دهیم.حال با زدن اسید،پایه نیز حل می گردد.برای اطمینان که اگر حاوی سیلیکات هم باشد به آن HF نیز اضافه می نماییم.HF به دلیل قابلیت حل کردن شیشه در خود باید در ظروف پلی اتیلنی استفاده شود.
روش دوم: در این روش در طی یک مرحله به پایه و کاتالیست کمک ذوب را اضافه می نماییم.سپس داخل کوره قرار داده و بقیه مراحل صورت می گیرد.
علت استفاده از دو روش این است که برای فلزاتی که دمای ذوب پایینی دارند اگر از روش دوم استفاده نماییم،یعنی به یک باره کمک ذوب را اضافه نماییم،فلز تبخیر و از محیط عمل خارج می شود و این باعث خطای زیادی در وزن و آزمایش ما می شود.

دستگاه جذب اتمی:
برای تعیین درصد فلزاتی که ارزش چندانی ندارند از دستگاه جذب اتمی استفاده می شود.ابتدا نمونه را توزین و به صورت محلول درآورده و در بالن به حجم می رسانیم.برای تعیین درصد هر عنصر معین از لامپ مربوط به آن استفاده می نماییم.لامپ را در جای خود قرار داده،با توجه به عنصر و توسط منابع طول موج و جریان لامپ را تنظیم می نماییم،سپس دستگاه را در حالت set up قرار داده با پیچ های مربوط به لامپ بیشترین جریان ممکن را قرار داده و با پیچ های مربوط berner را تنظیم کرده تا جریان لامپ تنظیم باشد.سپس شیر هوا و استیلن را باز و با زدن جرقه شعله روشن می شود.ابتدا با آب دی یونیزه و بعد از آن با استانداردهای تهیه شده از قبل دستگاه را کالیبره می نماییم.نمونه را قرار داده ،توسط nebulizer به درون شعله کشیده می شود،سپس عدد روی نمایشگر را می خوانیم.اگر عدد بین رنج استانداردهای ما باشد مورد قبول است،اگر بیشتر بود نمونه باید آنقدر رقیق شود تا در رنج قرار بگیرد.در غیر این صورت (کمتر از رنج) همان عدد را در محاسبات اعمال می نماییم.

دستگاه های اندازه گیری پارامترهای فیزیکی کاتالیست:
بالمیر:این دستگاه میزان مقاومت کاتالیست را در برابر سایش محاسبه می کند.بدین صورت که 100 گرم از نمونه را توزین،داخل مخزن قرار داده پس از 45 دقیقه گردش از مش 40 عبور داده و توسط وزن زیر الک درصد مقاومت سایش کاتالیست محاسبه می شود.
مقاومت الکتریکی:برای این کار کاتالیست را 2 ساعت در دمای 300 درجه سانتی گراد قرار داده،سپس در دسیکاتور به دمای محیط می رسانیم.بعد از عبور از مش 40 داخل ظرف استوانه ای حاوی ساچمه ریخته به طوری که ساچمه ها ،نمونه را بپوشاند.سپس اعمال نیرو را آغاز،و نیرو را تا حدود 60 نیوتن افزایش می دهیم.در نهایت نمونه را الک و توسط وزن زیر الک نیزان مقاومت نمونه محاسبه می شود.
دانسیته ظاهری:نمونه الک شده را به آرامی درون استوانه ی 250 سی سی ریخته ،آن را وزن نموده و در فرمول زیر قرار می دهیم:
حجم استوانه/وزن استوانه + ماده = دانسیته ظاهری

اندازه گیری سیلیس:
اگر مقدار سیلیس نمونه کمتر از 4 تا 5 درصد باشد توسط دستگاه جذب اتمی اندازه گیری می نماییم.در صورت بالا بودن سیلیس دستگاه اتمیک جواب نمی دهد و از روش گراویمتری استفاده می نمائیم.اساس این روش خارج کردن سیلیس از نمونه می باشد.نمونه را داخل بوته قرار داده توزین نموده و بوته را روی هیتر قرار می دهیم،آنگاه به آن HF اضافه تا روی سطح نمونه را بگیرد.سپس چند قطره اسید سولفوریک به آن اضافه می کنیم و به ملایمت حرارت داده تا دود سفید رنگی تولید شود.در این حالت سیلیس به صورت از محیط خارج می شود.نمونه را خشک کرده و در کوره تا دمای 1000 درجه سانتی گراد حرارت می دهیم سپس داخل دسیکاتور قرار داده تا هم خنک شود و هم رطوبت به خود نگیرد.اگر سیلیس نمونه بالا باشد،پودر سفید رنگی مشاهده می نماییم.وزن ثانویه را یادداشت کرده و از اختلاف وزن ها درصد سیلیس نمونه بدست می آید.برای اطمینان می توان این عمل را 2 تا 3 بار انجام داد.به این علت که در بار اول ممکن است تمام سیلیس نمونه خارج نشود و درصد دقیقی از سیلیس به ما ندهد.
تست های کربن فعال:
این تست ها شامل،تست pH ،متیلن بلو،رطوبت،خاکستر،عدد یدید می باشد.
1- رطوبت (moisture):مقداری از نمونه ی وزن شده را به مدت 3 ساعت داخل آون در دمای 150 درجه قرار داده و پس از بیرون آوردن،وارد دسیکاتور می نماییم تا رطوبت نگیرد،بعد از آن نمونه را وزن کرده و با توجه به اختلاف وزن و روابط،میزان رطوبت محاسبه می شود.
2- عدد یدید: نمونه ای که رطوبت آن گرفته شده را تا 1 گرم وزن نموده داخل ارلن مایر ریخته، cc 10اسید کلرید ریک یک به یک به آن اضافه نموده ،حرارت داده تا 1 دقیقه به طور کامل بجوشد،سپس تا دمای محیط سرد می نماییم.بعد از آن cc 100 محلول ید 0.1 مولار داخل ارلن ریخته، 30 ثانیه تکان داده تا یدها جذب شوند،محلول را صاف نموده، cc 20 ابتدایی را دور ریخته، cc 50 از این محلول صاف شده را توسط سدیم تیوسولفات 0.1 مولار تیتر می نماییم.با توجه به حجم مصرفی تیوسولفات و مولار آن و روابط عدد یدید محاسبه می گردد.
3- خاکستر:نمونه ای که رطوبت آن گرفته شده را وزن نموده،داخل بوته ریخته،در دمای 650 درجه به مدت 3 الی 16 ساعت قرار داده،وزن نموده و از اختلاف حاصل،این پارامتر محاسبه می شود.
4- متیلن بلو: 1 گرم از کربن اکتیو خشک را وزن ،در بشر cc 250 ریخته ،سپس بورت را با محلول متیلن بلو 1 درصد پر نموده و کم کم به نمونه اضافه می نماییم تا تغییر رنگ مشاهده شود.این کار را ادامه تا با یک قطره رنگ محو شود.با استفاده از حجم مصرفی متیلن بلو،محاسبات را انجام و عدد متیلن بلو بدست می آید.
3-6 آزمایشگاه نانو:
نانو کاتالیست:توسط این علم می توان ذرات را تا حد نانو ریز کرده تا همه ی سطح کاتالیست را بپوشاند.
سیال فوق بحرانی:
به طور معمول،کاتالیست را که به صورت نمک می باشد (برای مثال نمک پلاتین) حل نموده،آن را از روی پایه عبور داده تا محلول جذب پایه گردد.سپس توسط گاز آن را احیا نموده تا همه چیز به جز خود کاتالیست باقی بماند.در این موارد حلال معمولاً آب می باشد.مایعات به دلیل ویسکوزیته و کشش سطحی بالا و نفوذ پذیری کم در پر کردن حفرات پایه کاتالیست مشکل ایجاد می نمایند،به طوری که ذرات مایع به هم چسبیده و هنگامی که حلال خارج می شود،ذرات را روی حفره باقی گذاشته و باعث مسدود شدن حفرات و سطوح فعال می شوند.گازها خصوصیت نفوذپذیری بالایی دارند،اما قابلیت حل کردن نمک کاتالیست را ندارند.به همین منظور سیال فوق بحرانی بهترین گزینه می باشد،زیرا مانند مایعات دانسیته بالایی را دارا و مانند گازها نفوذپذیری بالایی دارند.در تعریف،سیال فوق بحرانی،بالاترین دما و فشاری که یک ماده خالص در حالت تعادل بخار- مایع می باشد را گویند.مهمترین خصوصیت سیال فوق بحرانی این است که کشش سطحی نزدیک به صفر دارد و از این لحاظ بسیار شبیه گازها می باشد.از جمله بهترین سیالات فوق بحرانی می باشد زیرا در دمای 32 درجه سانتی گراد و فشار 74 بار فوق بحرانی می شود.از جمله خصوصیات قابل توجه این سیال فوق بحرانی در دسترس بودن آن،سمی و آتش گیر نبودن آن است.با افت دما نیز می توان را از محیط خارج نمود به عبارتی سیستم،کنترلی توسط دما و فشار می باشد و این بهترین نوع سیستم های کنترلی می باشد.
اما غیر قطبی و توانایی حل کردن نمک های فلزات (برای مثال پلاتین) را در خود ندارد.برای حل این مشکل می توان:
1- از ترکیبات آلی- فلزی استفاده کرد،تا بخش آلی را در خود حل و بخش فلزی نمک را در خود حل نماید،اما این ترکیبات بسیار گران و مقرون به صرفه نمی باشند.
2- از کمک حلال ها (co-solvent) استفاده نمود،که آنها عملی مشابه با ترکیبات آلی- فلزی را انجام می دهند.یعنی با واسطه شدن دو بخش غیر قطبی و قطبی نمک فلزات را در خود حل نمایند،از جمله متانول،اتانول و اکثر الکل ها می باشند.
از آب نیز می توان به عنوان سیال فوق بحرانی استفاده نمود،اما آب به دلیل بالا بودن دمای فوق بحرانی و غیر قطبی شدن در دمای بالا،سیال مناسبی نمی باشند.
تهیه کاتالیست به روش فوق بحرانی:
این قسمت از یک رآکتور و حمام آب گرمی که اطراف آن را احاطه کرده و کپسول تشکیل شده است درون رآکتور روی بستری نمک کاتالیستی،متانول و مگنت را قرار می دهیم.ابتدا در حمام،آب سرد در اطراف رآکتور جریان می یابد،سپس شیر ورودی را باز کرده و رآکتور را از گاز پر می کنیم.بعد از اختلاط با متانول و کاتالیست مولیبدن، آب گرم را توسط حمام در اطراف رآکتور جریان می دهیم تا محلول ما به صورت فوق بحرانی شود.سپس شیر تخلیه را باز نموده تا موجود در رآکتور تخلیه کردد.در کنار ساخت کاتالیست،تست رآکتوری قرار دارد که در آن رفرمینگ نفت و تبدیل آن به بنزین توسط کاتالیست مربوط صورت می گیرد.
تست رآکتوری از قسمت هایی از جمله رآکتور،ژاکت،شیرهای مختلف برای کنترل جریان separator ،فیلترها، mass flow ،کندانسور،سری پمپ هایی برای تامین دبی گازهای مورد نیاز و خوراک تشکیل شده است.که این قسمت ها در بخش پایلوت توضیح داده شده اند.
3-7 آزمایشگاه بیورآکتوری و بیوکاتالیستی:
فعالیت ها و پروژه های صورت گرفته در این آزمایشگاه عبارت اند از:
1) گوگرد زدایی از نفت
2) جداسازی باکتری ها برای upgrading نفت
3)جداسازی بیوکاتالیست
دستگاه های موجود در این آزمایشگاه به صورت زیر می باشد:
1) اتوکلاو: این دستگاه برای استریل کردن ظروف کشت باکتری می باشد.برای استریل کردن توسط این دستگاه دما را روی 120 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه قرار می دهند.
2) هود بیولوژیکی: این هود بر خلاف هودهای عادی،هوا را از روی فیلتر موجود در بالای هود عبور داده و هوای تمیز عاری از باکتری را به پایین می فرستد.
3) انکیباتور: این دستگاه شرایط را برای کشت باکتری فرآهم می آورد و قابلیت تغییر دما را دارد.
4) shaker : برای کشت باکتری در محیط مایع از این دستگاه که قابلیت هوادهی و هم زدن نیز دارد استفاده می شود.
5) اسپکتروفوتومتر: این دستگاه برای اندازه گیری کدورت،میزان کینولین و پروفین استفاده می شود.
از جمله دستگاه های دیگر موجود در این آزمایشگاه : سانتریفیوژ،pH سنج،فریزر،آون می باشد.

3-8 توضیحاتی در باب کاتالیست:
-Catalysis & Catalysts manufacture:
در این قسمت در رابطه با کاتالیست ها و طریقه ی ساخت آن صحبت می شود که برای تشکیل کاتالیست ها باید توجه کرد: الف) مساحت ب) پراکندگی
برای ساخت یک کاتالیست خوب باید مساحت زیادی داشته باشیم که طریقه ی محاسبه ی سطح کاتالیست ها در آزمایشگاه فیزیک گفته شد.مورد بعدی که باید مورد توجه قرار گیرد این است که عناصر به صورت تک اتمی در روی سطح بنشیند که در عمل امکان پذیر نمی باشد و معمولاً به صورت کلاستر ها (خوشه) چند اتمی (6 تا 7 اتمی) می باشد.زمانیکه خوشه ها بیشتر شود واکنش مطلوب را تقویت نکرده و به سراغ دانش های دیگری که مورد نظر نیست می رود،پس باید کاتالیست ها خوب پخش شوند.

انواع شکل های کاتالیست:
1- بی شکل (irregular granule)
2- کروی (sphere): رایج ترین شکل کاتالیست می باشد
3- قرص (pellet)
4-اکسترود (extruded cylindrical)
5-حلقه ای (Ring)
6-چند سوراخه (Multi Ring)
7-wagon wheel
8-Trilobe
9-Mono lenth ceramic : گازهای خروجی از ماشین که حاوی و می باشند را با گذراندن از این بسترهای کاتالیستی به گازهای و که بی خطر هستند تبدیل می کنند.
10- Foam: ساختار اسفنجی را گویند.
سرعت فضایی:
سرعت عبور جریان خوراک (گاز یا مایع) و یا حجمی که به صورت گاز یا مایع عبور می کند به حجم کل رآکتور و یا کاتالیست گفته می شود که واحد آن بر ساعت () می باشد.
طبقه بندی رآکتورها:
1- Fixed bed catalysts: عمده ترین نوع کاتالیست می باشد
2- Moving bed catalysts: معمولاً از کاتالیست های کروی استفاده می شود
3- Slurry- reactor: ذرات به اندازه ی µm 25 می باشد.
4- Fluidized-bed & entrained-flow reactor: ذرات به اندازه mµ20 تا µm 200 می باشد.
5- Mono lite

پایه های کاتالیستی (catalysts support):
1- Stabilized active phase: فاز فعال را تثبیت کرده و اجازه تکان خوردن ندهد.
2- Access to active sites: ساختار منافذ پایه ها به صورتی است که دسترسی به سایت های فعال باشد.

پایه های رایج کاتالیست ها :
1- آلومینا (Alumina): رایج ترین پایه می باشد که در فرایندهای زیر استفاده می شود:
Hydrocracking,Hydrogeneration,dehydrogenation,hyddrotretion,FCC,reforming,car exhastraction
2- سیلیکا (silica): سیلیکا به خودی خود پایه ی نسبتا خوبی نیست ولی به صورت مرکب پایه ی خوبی به حساب می آید. در فرآیندهای polymerization,hydrogenation,oxidation استفاده می شود.
3- سیلیکا – آلومینا (silica-Alumina): در فرآیندهای Ammoxidation,dehydrogenation استفاده می شود.
4- زئولیت ها (zeolites):منافذی که در پایه های رایج کاتالیست می باشد به صورت یکسان نیست ولی خصوصیت مهم زئولیت ها این است که یک ساختار همگن منافذ را دارا می باشد.اکثراً سنتزی می باشند ولی طبیعی آن نیز موجود است.در فرآیندهای FCC,hydrocraking کاربرد دارد.
روش های تولید کاتالیست:
1- هم رسوبی (co-precipitation)
2- تلقیح (impregnation)
به جز سنتز متانول و شیفت دما بالا و دما پایین،عمدتاً از تلقیح استفاده می شود.
روش هم رسوبی: پایه و کاتالیست همزمان با هم رسوب داده می شوند و خشک کرده به شکل پودر درآورده و شکل دهی مکانیکی می کنیم.
روش تلقیح:پایه جامد را برداشته حال روی این پایه اجزاء فعال را می نشانیم.اگر حجم محلول تلقیح نسبت به حجم پایه بزرگتر باشد، wet impregnation گفته و به صورت زیر عمل تلقیح را انجام می دهیم:
در این روش پایه از روی محلول فعال در دما و فشار تعیین شده و در زمان کافی عبور داده می شود و سپس وارد محفظه ای می شود و به قسمت که عملیات خشک سازی صورت گیرد.
زمانی که حجم محلول تلقیح نسبت به حجم پایه کمتر است dry impregnation گفته می شود که در این قسمت محلول فعال توسط روش هایی به صورت ذرات خیلی ریز روی پایه ها می نشیند.
روش های غیر فعال شدن کاتالیست (types of deactivation):
1- Coking : از جمله مواردی است که باعث از کار افتادن کاتالیست می شود که در شرایط دمای بالا و بعضی گونه های مواد باعث تقویت تشکیل coking می شود.به این صورت که coke به مرور زمان از طریق بستن منافذ و یا نشستن روی قسمت فعال کاتالیست باعث از بین رفتن فعالیت می شود.
2- Sintering : تحت دمای بالا،باعث از بین رفتن قسمت های فعال کاتالیست می شود،به این صورت که ذرات سطح فعال را به شکل توده درآورده و باعث کاهش یافتن سطح فعال کاتالیست می شود.
3- مسمومیت (poisoning): در این حالت به دلیل واکنش شیمیایی ایجاد شده به هیچ وجه مانند حالت coking نمی توان به حالت اول برگشت و این فرآیند برگشت ناپذیراست که این سموم از طریق خوراک وارد می شود.مانند آرسنیک.
4- Vapor Transpore : انتقال فاز فعال به صورت بخار است.به این صورت که دما و فشار واکنش به سمتی می رود که اجزای فعال کاتالیستی بخار می شود.

3-9 ترکیب نفت خام :
نفت خام اساًساً مخلوطی از هیدروکربن هاست و حتی عناصر غیر هیدروکربنی آن نیز معمولاً به صورت مولکول های پیچیده ای هستند که خاصیت هیدروکربنی در نفت خام غلبه دارد . ولی نفت خام در عین حال حاوی مقادیر اندکی اکسیژن،گوگرد،نیتروژن،وانادیم،نیکل و کرم است .هیدروکربن های موجود در نفت خام در3 گروه طبقه بندی می شوند پارافین ها ، نفتن ها ، آروماتیک ها .علاوه بر این گروه چهارمی نیز وجود دارد یعنی همان اولفین هایی که در نتیجه فرایند هیدروژن زدایی از پارافین ها و نفتن ها تشکیل می شود
پارافین ها : مشخصه ی هیدروکربن های پارافینی اتصال اتم های کربن بوسیله ی پیوند شده است . نفت خام دارای مولکول هایی است که تا 70 اتم کربن دارند بنابراین تعداد هیدروکربن های پارافینی ممکن بسیار زیاد است .
آروماتیک ها : هیدروکربن های آروماتیکی شامل یک حلقه ی بنزنی سیرنشده ولی بسیار پایدار می باشند و اغلب مانند یک ترکیب سیرشده عمل می کنند .
اگر
api
آنگاه :
< sarendenCo55
< نفت خام 31.1
نفت خام متوسط 31.1-22.3
نفت خام سنگین 10-22.3
نفت خام فوق سنگین < 10

چرا عملیات پالایش را انجام می دهیم ؟
نفت خام مجموعه ای از برش های مختلف است که مستقیماً قابل استفاده نیست پس آن را پالایش می کنیم تا مولکول ها را تنظیم کند و همچنین عمل ایزومراسیون را انجام دهد تا محصولات استاندارد ایجاد نماید و آلایند های مورد نیاز که باعث آلودگی می شود را حذف کند .
عملیات پالایش :
1- جداسازی ( تفکیک)
2-تبدیل
3-اختلاط
چرا پالایشگاه ها شبیه هم نیستند ؟
هر پالایشگاه بر اساس نیاز مازاد در آن زمان است و پالایشگاه ها باید خودشان را با تغییرات زمان هماهنگ کنند . نفت خام برای اینکه به محصولات پالایش شده تبدیل شود عملیات زیر روی آن انجام می شود. مرتب سازی که عمدتاً با تقطیر جزئی و تفکیک انجام می شود البته قبل از ورود به برج تقطیر نمک زدایی می شود پس از مرتب سازی عملیات شکست انجام می شود که کراکینگ visbreaking از آن جمله است .سپس دوباره عملیات مرتب سازی انجام می شود به طوریکه ایزومراسیون اتفاق بیفتد و سپس خالص سازی و بلندینگ (lendingB) که در این مرحله ناخالصی ها حذف می شود و محصولات را به مشخصه ای که مورد نظر است می رسانیم .

3-10 کراکینگ کاتالیستی بستر سیالcatalyst cracking(FCC)) (Fluid:
یکی از فرآیند هایی که به upgrading می شناسیم کراکینگ کاتالیستی است. با استفاده از این فرآیند بنزین را ازoil gas mvacum می کشیم .
خوراک FCC دیزل برج خلاء می باشد و کاتالیزگر مورد استفاده در فرایند FCC به صورت ذرات بسیار ریز است که در زمان هوادهی توسط بخار به صورت سیال درمی آید کاتالیزگر سیال به طور مداوم بین قسمت واکنشگاه و قسمت احیا جریان دارد و به صورت عامل انتقال گرما از احیاگر به خوراک نفت و واکنشگاه عمل می کند . یکی از مهمترین تفاوت های فرایندی بین واحد های FCC مربوط به محل واکنش کراکینگ و کنترل آن است. میزان پیشرفت واکنش کراکینگ با تغییرعمق بستر (زمان) و دما تنظیم می شد با به کارگیری کاتالیزگرهای زئولیتی در پالایشگاهها پیشرفت واکنش کراکینگ در خط بالابرنده (یا خط انتقال ) به حدی افزایش یافت که نیاز به تغییرات عملیات در واحدهای موجود احساس شد در نتیجه اغلب واحد های جدید طوری طراحی شدند که با پایین ترین سطح بستر در واکنشگاه عمل می کنند و کنترل واکنش از طریق تغییر سرعت جریان کاتالیزگر صورت می پذیرد .
جریانات های خوراک تازه و خوراک بازگشتی با استفاده از تبادلگرهای گرمایی با کوره پیش گرم شده در قاعده ی خط بالا برنده ی خوراک با کاتالیزگر احیا شده ی داغ مخلوط می شود .
گرمای کاتالیزگر خوراک را تبخیر می کند و آن را دمای مورد نظر برای واکنش می رساند . مخلوط کاتالیزگر و بخار هیدروکربن مسیر خط بالا برنده را طی کرده وارد واکنشگاه می شود . واکنش های کراکینگ از زمان تماس با کاتالیزگر در خط بالابرنده آغاز می شوند و تا زمان جداسازی کاتالیزگر از بخار هیدروکربن در واکنشگاه ادامه می یابند . بخار هیدروکربن به ستون تقطیر جزبه جز فرستاده می شود تا فراورده های مایع و گازی از هم جدا شوند .

3-11 واکنش های هیدروکراکینگ :
کراکینگ کاتالیزی شکسته شدن پیوند تکین کربن-کربن و هیدروژن دار شدن، افزایش هیدروژن به پیوند دوگانه کربن-کربن است .کاتالیزگر هیدروکراکینگ را نمک های فلزات،اکسیژن،ترکیبات آلی نیتروژن دار و گوگرد موجود در خوراک مسموم می کنند.خوراک را هیدروژن دار می کنند تا اولفین های سیر شده ترکیبات گوگردی،نیتروژنی و اکسیژنی حذف شوند . برخی از فلزات بر روی کاتالیزگر باقی می مانند . ترکیبات نیترژنی و گوگردی در نتیجه ی تبدیل به آمونیاک و هیدروژن سولفید حذف می شوند با اینکه به نظر می رسد که ترکیبات آلی نیتروژنی به محصولات سم دائمی به کاتالیزگر اثر می کنند ولی آمونیاکی که از واکنش این ترکیبات با هیدروژن تولید می شود اثر دائمی بر کاتالیزگر ندارد برای بعضی از انواع کاتالیزگرهای هیدروکراکینگ،هیدروژن سولفید با غلضت کم، به عنوان کاتالیزگر بازدارنده ی سیرشدن حلقه های آروماتیکی عمل می کند . در صورتی که تولید بنزین به میزان بیشینه مورد نظر باشد . این وضعیت مفید است زیرا هم باعث حفظ هیدروژن می شود و هم فراورده با عدد اکتان بالاتر تولید می شود .
در واحد عمل آوری با هیدروژن تعدادی از واکنش های هیدروژن دار شدن، نظیر سیرشدن اولفینها و سیرشدن حلقه های آروماتیکی صورت می گیرد . ولی میزان کراکینگ در شرایط عملیاتی به کار رفته تقریباً ناچیز است. واکنش های گوگرد زدایی و نیتروژن زدایی شدیدا گرمازا است . تعدادی کاتالیزگر برای هیدروکراکینگ مورد استفاده قرار می گیرند که ترکیب آنها با توجه به فرایند مربوطه، نوع خوراک و فراورده های مورد نظر تهیه می شود . اکثر کاتالیزگر های هیدروکراکینگ مخلوط متبلور سیلیس-آلومین هستند که مقدار کمی از فلزخاکهای کمیاب در داخل شبکه بلوری آنها به طور یکنواخت توزیع شده است .قسمت سیلیس-آلومین کاتالیزگر واکنش کراکینگ را فعال می سازد در حالی که فلزات خاکهای کمیاب واکنش هیدروژن دار شدن را فعال می کنند.در نتیجه ی استفاده از کاتالیزگر فعالیت آن کاهش می یابد و باید دمای واکنشگاه را در طول عمل افزایش داد تا سرعت واکنش افزایش یابد و میزان تبدیل حفظ شود . گزینش پذیری کاتالیزگر نیز با طول عمر آن تغییر می کند و افزایش دما برای حفظ میزان تبدیل باعث افزایش تولید گاز و کاهش نفتا می شود.

3-12 رفرمینگ :
در رفرمینگ کاتالیزگر تغییر در نقطه ی جوش ماده ای که از این واحد می گذرد نسبتاً کم است زیرا مولکول های هیدروکربن شکسته نمی شوند بلکه ساختارهای آنها بازآرایی می شوند تا آروماتیک های با عدد اکتان بالا تولید شوند. بنابراین رفرمینگ کاتالیزی به جای افزایش بهره ی تولید بنزین موتور ابتدا عدد اکتان آن را افزایش می دهد ; در واقع بهره ی تولید به واکنش های هیدروکراکینگ که در عملیات رفرمینگ تحقق می یابند کم می شود .
خوراک ها : منابع خوراک نوعی برای واحد های رفرمینگ کاتالیزی عبارت اند از بنزین های سنگین تقطیر مستقیم و نفتا ها .
ماده ی فعال در بیشتر کاتالیزگرهای رفرمینگ کاتالیزی پلاتین است.بعضی فلزات، هیدروژن سولفید، آمونیاک ̦ نیتروژن آلی و ترکیبات گوگردی کاتالیزگر را غیر فعال می کنند . معمولا برای حذف این مواد ̦ عمل آوری مقدماتی خوراک ̦ به صورت عمل آوری با هیدروژن صورت می گیرد . در واحد عمل آوری با هیدروژن ̦ از کاتالیزگر کبالت-مولیبدن استفاده می شود تا گوگرد آلی و ترکیبات نیتروژن دار را تبدیل به هیدروژن سولفید و آمونیاک کند که این مواد بعداً همراه با هیدروژن عمل نکرده از سیستم حذف می شوند فلزات موجود در خوراک به وسیله ی کاتالیزگر واحد عمل آوری با هیدروژن حفظ می شوند هیدروژن مورد نیاز برای واحد عمل آوری با هیدروژن از واحد رفرمینگ کاتالیزی بدست می آید .
فرایند های رفرمینگ بر حسب تعداد دفعات احیای کاتالیزگر به صورت پیوسته چرخه ای یا نیم احیاگر طبقه بندی شده اند. تجهیزات فرایند پیوسته طوری طراحی شدند که حذف و جایگزینی کاتالیزگر را طی انجام عملیات ممکن می سازند. در نتیجه کاتالیزگر به طرز پیوسته احیا شده و فعالیت آن در حد بالا حفظ می شود چون هم رسوب کردن کک وهم بازده ی تعادل ترمودینامیکی فراورده رفرمینگ در فشار پایین مساعد می شوند امکان حفظ فعالیت کاتالیزگر در سطح بالا از طریق احیای پیوسته ی کاتالیزگر امتیاز اصلی این نوع واحد است این امتیاز باید با توجه به هزینه ی سرمایه گذاری بیشتر و هزینه های عملیاتی کمتر مربوط به سرعت های پایین تر هیدروژن بازگشتی و فشارهای مورد نیاز برای حفظ رسوب کردن کک در حد قابل قبول ارزیابی شود .
تمامی کاتالیزگر های رفرمینگ که امروزه متداول هستند حاوی پلاتین و سیلیس پایه یا سیلیس-آلومین پایه می باشند. در بیشتر موارد رنیم نیز با پلاتین ادغام می شود تا کاتالیزگر پایدارتری تشکیل گردد و امکان عملیات در فشارهای پایین تر فراهم شود . تصور می شود که پلاتین به عنوان جایگاه کاتالیزگر برای واکنش های هیدروژن دار شدن و هیدروژن زدایی به کار می رود و آلومین کلردار شده جایگاه اسیدی لازم برای واکنش های همپارش حلقوی شدن و هیدروکراکینگ را تامین می کند. فعالیت کاتالیزگر رفرمینگ تابع سطح، حجم منافذ و مقدار پلاتین فعال و کلر است . فعالیت کاتالیزگر در طی عملیات، در نتیجه رسوب کردن کک و اتلاف کلر فروکش می کند. در فرآیند فشار قوی تا 200 بشکه خوراک به ازای هر پوند کاتالیزگر فراوری می شود بدون اینکه نیازی به احیا باشد فعالیت کاتالیزگر را می توان از طریق اکسایش در دمای بالا و به دنبال آن کلردار کردن کاتالیزگر برقرار کرد .

3-13 MTBE:
در گذشته برای افزایش عدد اکتان از تترا اتیلن سرب استفاده می شد اما به دلیل سمی و مضر بودن آن برای انسان و محیط زیست از متیل ترشیو بوتیل اتر (MTBE) به جای آن استفاده گردید.اما به مرور زمان MTBE نیز ایجاد مشکلاتی نمود.این ماده به بخش سبک و میانی بنزین اثر می گذارد و بنابراین می توان بر استارت سرد،گرم شدن سریع موتور و شتاب گیری در رانندگی، پایدار و کاهش تشکیل سرب در موتور تاثیر بگذارد.افزودن متیل ترشیو بوتیل اتر بیش از 15 درصد مجاز نمی باشد،طوری که درصد وزنی اکسیژن از 87 درصد وزنی تجاوز ننماید.
MTBE که به منظور افزایش درجه آرام سوزی به بنزین اضافه می شود ماده ای است که باعث کاهش گاز خطرناک سمی و مونوکسید کربن می شود.
ترکیبات اکسیژن دار در هر ترکیب آلی حاوی اکسیژن مانند MTBE و ETBE ،اترها و الکل ها را شامل می شود که به سوخت افزوده می شوند تا کربن مونوکسید موجود در دود خروجی از موتورها را تقلیل یابد.تولید MTBE طبق واکنش زیر و در فاز مایع تحت کاتالیست پلاتین روی پایه آلومینا انجام می گیرد:
ایزوبوتن + متانول → متیل ترشیو بوتیل اتر
مراحل انجام واکنش بالا به صورت زیر است:
1- تولید گاز سنتز از خوراک هیدروکربن
2- تبدیل گاز سنتز به متانول
3- تولید ایزوبوتیلن به وسیله کراکینگ آلکیلاسیون
4- ایزومریزاسیون و هیدروژناسیون هیدروکربن های سبک
5- تبدیل متانول و ایزوبوتیلن به MTBE

3-14 کاتالیست تجاری خوب و مناسب:
کاتالیستی مناسب می باشد که فعالیت و گزینش پذیری و پایداری خوبی داشته باشد که به مرور زمان بتواند فعالیت و گزینش پذیری اش را حفظ نماید.اما به مرور زمان در درون رآکتور به علت تشکیل کک،کلوخه ای شدن،مسموم شدن،انتقال جزء فعال به صورت بخار،کاتالیست دستخوش تغییر گشته،فعالیت آن کاهش یافته و نیاز به احیا پیدا می کند.برای کلوخه ای شدن دمای رآکتور را 0.3 تا 0.5 برابر دمای ذوب کاتالیست قرار می دهند.اما کاتالیست به دلیل واکنش های شیمیایی با ، ، و به صورت گونه های فرار اکسیدی-هالیدی-سولفیدی در می آید و انتقال جزء فعال کاتالیست به صورت بخار اتفاق می افتد.
احیای کاتالیست:
برای استفاده ی مجدد از کاتالیست و حذف سموم و کک،کاتالیست باید احیا گردد.مراحل احیای کاتالیست به صورت زیر می باشد:
الف) سوزاندن کک های تشکیل شده روی سطوح و منافذ کاتالیست
ب) بازپراکندن مجدد پلاتین روی سطح
ج) حذف رطوبت اضافی
د) احیای کاتالیست پیش از بازگرداندن آن به رآکتور
که به اختصار به توضیح این موارد در زیر می پردازیم:
الف) برای سوزاندن کک، 0.6 تا 0.8 درصد مولی اکسیژن را با سرعت آرام وارد سیستم می نماییم که سوزاندن به صورت سریع رخ ندهد.زیرا افزایش ناگهانی دما،موجب کلوخه ای شدن کاتالیست می گردد.
ب) برای حذف کلوخه های کاتالیست پلاتین از کلرزنی استفاده می شود.قبلاً برای کلرزنی از کلر آلی یا استفاده می گردید اما در پژوهشگاه صنعت نفت از استفاده گردید.زیرا ،کلر را به صورت اتمی به سیستم تحویل می دهد.
مراحل انجام کلرزنی به صورت زیر می باشد:
1- حمله ی کلر به ذرات پلاتین و تشکیل β-
2- انتقال فاز بخار کلراید
3- جذب مولکول
4- کلریناسیون تا تشکیل کمپلکس [acid
5- احیای کمپلکس [acid
با احیای کمپلکس [acid ،پلاتین به کلاسترهای کوچکتر تبدیل می شود.
به دلیل استفاده از و با توجه به خورنده بودن آن،سیستم رآکتوری باید مقاوم به باشد.
سیستم میکرورآکتوری کلرزنی:
این سیستم کاملاً مشابه با سیستم های رآکتوری ذکر شده در قسمت پایلوت می باشد،با این تفاوت که توسط پمپ های سرنگی (برای افزایش دقت کار) به رآکتور تزریق می گردد.این کاتالیست پلاتین احیا شده،فعالیت و گزینش پذیری به مراتب بالاتری از کاتالیست اولیه دارد.این نشان از موفقیت احیای کاتالیست پلاتین توسط می باشد.

آلکیل دار کردن و بسپارش:
افزایش یک گروه آلکیل به هر ترکیب یک واکنش آلکیل دار کردن است ولی در واژه شناسی پالایش نفت،واژه ی آلکیل دار کردن در مورد واکنش های اولفین های داراری وزن مولکولی پایین به یک ایزوپارافین،به منظور تشکیل ایزوپارافین های دارای وزن مولکولی بالاتر به کار می رود.اگر چه این واکنش چیزی جز عکس واکنش کراکینگ نیست.
آلکیل دار کردن در فشار و دمای بالا بدون نیاز به کاتالیزگر میسر است ولی تنها فرآیند هایی از اهمیت اقتصادی برخوردارند که در دمای پایین و در مجاورت اسید سولفوریک یا هیدروفلوئوریک اسید انجام می شوند.
مهم ترین متغیرهای فرآیند دمای واکنش،قدرت اسید،غلظت ایزوبوتان و سرعت فضایی اولفین هستند.تغییرات در این متغیرها بر کیفیت و بهره ی فرآورده موثر است.
از اولفین ها و ایزو بوتان به عنوان خوراک واحد آلکیل دار شدن استفاده می شود.اولفین ها عمدتاً در واحد کک سازی و کراکینگ کاتالیزی تشکیل می شوند.بوتن ها و پروپن رایج ترین اولفین ها را تشکیل می دهند ولی بعضاً اتیلن و پنتن نیز وجود دارد.در صنعت می توان اولفین را از طریق هیدروژن زدایی از پارافین ها و کراکینگ ایزوبوتان برای خوراک واحد آلکیل دار شدن تهیه کرد.
واحد های هیدروکراکینگ و کراکینگ کاتالیزی مقدار زیادی از ایزوبوتان مورد استفاده در واحد آلکیل دار کردن را تولید می کنند ولی می توان این ماده را از واحدهای رفرمینگ کاتالیزی تقطیر نفت خام و فراورش گاز طبیعی نیز بدست آورد.
بعضی اوقات از طریق همپارش بوتان مقدار بیشتری ایزوبوتان برای خوراک واحد آلکیل دار شدن تولید می شود.
فرآورده های خروجی از واحد آلکیل دار شدن به جز آلکیلات عبارتند از: مقداری پروپان و بوتان که همراه با خوراک وارد واحد شده اند،همچنین،مقدار کمی قطران که از واکنش های بسپارش بدست می آید،در این فرآورده ها وجود دارد.
برای تولید بنزین آلکیلات با عدد اکتان بالا در مقیاس صنعتی،تنها از اسید سولفوریک و هیدروفلوریک اسید به عنوان کاتالیزگر استفاده می شود ولی برای تولید اتیل بنزن،کومن و آلکیل بنزن با زنجیره های بلند از کاتالیزگر های دیگراستفاده می شود.
ایزومریزاسیون:
پارافین ها را به ایزومرهای آن تبدیل می کند.هر چه این ایزومرها شاخه دار تر باشند عدد اکتان بالاتر است.

3-14 روش تحقیق :
به طور کلی مبحث به دو بخش اصلی تقسیم می شود که عبارتند از :
1)روش تحقیق علمی
2)طراحی آزمایش
و بخش دوم نیز از دو دسته 1)اصول و مبانی آماری 2)بهینه سازی پروژه های تحقیقاتی تشکیل شده است .
ابتدا به بخش اول (روش تحقیق علمی)می پردازیم:
وقتی شخصی کار علمی انجام می دهد بهتر است طبق روشی عمل کند که همان روش تحقیق است وجود این روش باعث سرعت پیشرفت او می شود.
– چگونه یاد می گیریم :
. برای آموختن نیاز به داشتن احساس نسبت به موضوع مورد نظر است که این احساس موجب عمل کردن نسبت به آن می شود.در حقیقت احساس باعث عمل و عمل باعث احساس می شود .
. مورد بعدی که در واقع همان ترجمه ی کلمه ی "attitude" است یعنی اولین برخورد و نحوه ی احساس نسبت به موضوعی باعث برداشت های مختلفی از آن و همان موقعیت نسبت به موضوع می شود.
. این موقعیت (که می توان آن را مشابه قضاوت در نگاه اول دانست) در موقعیت تحقیق و تمامی مراحل آن نقش به سزایی دارد .
– تفاوت تحقیق و کشف ناگهانی :
تحقیق به کاری گفته می شود به صورت منسجم و با برنامه ریزی انجام می شود اما کشف بدست آوردن اتفاقی یک مورد جدید است. مثال هایی از کشف ناگهانی :
. کشف پنی سیلین توسط " fleming Alexander".او در حین کار روی موضوع دیگری ناگهانی آن را کشف کرد.
.کشف رابطه ی بین مغناطیس و الکتریسیته توسط "Orested"
پس تحقیق علمی از عناصر پیشرفت سریع می باشد . این روش خود ملزوم هایی دارد که در ادامه به بیان آنها می پردازیم . برای تحقیق کردن به زمان زیادی نیاز داریم اما عنصر زمان شرط لازم برای تحقیق است ولی کافی نیست چون صرف زمان زیاد حتماً ما را به نتیجه نمی رساند بلکه کیفیت کار هم مهم است .
در حقیقت تحقیق باید سیستماتیک باشد،برنامه ریزی مناسب داشته باشد و همین طور برنامه ریزی اجرا شود. به تعویق انداختن تحقیق باعث تاخیر در آن می شود .
پس به طور خلاصه ملزم های تحقیق : 1)داشتن موقعیت مناسب از آن (علاقه و احساس به موضوع)
2)تعیین اهداف تحقیق 3)داشتن پیش نیاز از موضوع مورد تحقیق 4)تصمیم برای انجام کار هستند .
برای هر تحقیق نیاز به داده داریم که برای مثال در گرایش علوم و مهندسی این داده ها،آزمایشگاهی هستند . معمولاً محققان تمایل به داده های کمی دارند . این داده ها اکثراً در روش آماری استفاده می شوند.
روش تحقیق علمی معادل عبارات زیر است :
scientifc method = method of creative = method of problem solving
– محقق کیست :
برخلاف تصور عموم محقق صرفا فردی مشهور نیست،هر کسی که به دنبال تحقیق در مورد موضوعی باشد،محقق نام دارد .
– تکمیل تحقیق :
یک تحقیق معمولاً توسط دانشجوبان کارشناسی ارشد(MS) و گاهی کارشناسی (BS)تکمیل می شود .
– محدوده ی تحقیق :
با توجه به موضوع و نوع تحقیق،محل آن فرق می کند و حتماً با استفاده از لوله ی آزمایش انجام نمی شود .یک تحقیق می تواند در آزمایشگاه،با استفاده از کامپیوتر،در محل کار و حتی در حال استراحت و فراغت انجام شود .

هدف از تحقیق :
روش تحقیق به دو بخش 1)توسعه علم در یک زمینه خاص (تئوری) 2)تولید یک محصول جدید یا نسل جدیدی از
محصولات (کاربردی) تقسیم می شود.
این تحقیقات معمولاً از طرف بنیادها (بیشتر در زمینه ی محض و علوم پایه ای و تئوری ) و یا موسسات و
شرکت های صنعتی (در زمینه های کاربردی ) حمایت می شوند .
هر تحقیقی از 2 بخش آنالیز (تحلیل و بررسی جزء به جزء موضوع) و ترکیب کردن اجزای مورد بررسی تشکیل می شود .
تحقیق عموماً در زمینه های زیر انجام می شود :

1-علوم پایه 2- گرایشات مهندسی 3- علوم رفتاری (جامعه شناسی ، تربیت و…) 4- پزشکی 5- انسان شناسی6-علوم توصیفی

تاریخچه ی روش تحقیق :
نخستین بار توسط bacon francis (1626-1561) انجام شد که او به کارهای تجربی تاکید زیادی داشت .
همین طور گالیله آزمایشات تجربی انجام می داد که خود باعث تقویت بیشتر این روش میشود.
تحقیق در دانشگاه ها :
عموماً در مقاطع لیسانس ، کارشناسی ارشدو دکترا انجام می شود و همین طور تحقیقاتی بین دانشگاه و صنعت صورت
می گیرد .
تحقیق در صنعت :
در زمینه های توسعه محصول جدید ، توسعه یک فرایند جدید و انتقال تکنولوژی است .
که استراتژی آن ها انجام کار مشترک و همچنین کاهش زمان برای تولید یک تکنولوژی می باشد .
تعریف روش تحقیق :
ـــ روش تحقیق ابزاری است که محقق از آن استفاده می کند و یه واسطه ی آن خطای ذاتی پایین آمده و همین طور
راندمان بالا می رود.

ـــ این روش مجموعه ای از افکار و اندیشه هاست که به راه های مختلفی جمع بندی شده است که خود موجب افزایش
احتمال موفقیت می شود.

لازم به ذکر است که روش تحقیق 100% ما را به موفقیت نمی رساند .
زمینه های تاریخی روش تحقیق :
در این جا نمونه هایی از روش هایی که پیشینیان از آنها برای تحقیق و جستجو استفاده می کردند ، آمده است :
. بابلی ها با استفاده از مشاهدات خود موقعیت خورشید و ماه را پیش بینی می کردند .(معادل همان مشاهده دقیق )
البته این مشاهدات به صورت مذهبی تفسیر می شد نه به صورت علمی .
. یونانیان از منطق ب تفسیر کردن استفاده می کردند.1
.فرضیه که راه هایی ست که ما را به جواب می رساند ، حدود 600 سال قبل از میلاد توسعه پیدا کرد .
.فیثاغورس معتقد بود که فرضیات درست هستند و نتیج داده های آزمایش در اره تفسیر و تایید فرضیات استفاده می شوند او خود از آزمایش و نتیجه گیری هم استفاده می کرد .
.ارشمیدس نتایج آزمایشات را قبول داشت و معتقد بود در صورت تطابق آنها با فرضیات ؛ فرضیه ها درست هستند .
. ارسطو از منطق صوری استفاده می کرد و برخی ایده ها مطلق در نظر می گرفت .
.در قرون وسطی ، به علت حکمرانی کلیساها و روی آوردن به خرافات ، روش های نوین کنار گذاشته شده و دوباره خرافات به روی کار آمد .
.در قرن 16 میلادی نیز منطق ارسطویی کنار گذاشته شد .
. فرانسیس بیکن پایه گذار علوم جدید است که منطق استقرایی (جزء به کل ) را خلق کرد .
.گالیله نیز از نتایج آزمایشگاهی استفاده می کرد .
. نیوتن ریاضیات را به عنوان ابزار تحقیق معرفی کرد .
. مندلیف از طبقه بندی برای تحقیقاتش استفاده کرد .
و بسیاری دیگر از دانشمندان که زحمات آنها موجب شکل گیری روش تحقیق امروزی شده است .
که می توان این نتایج را از آنها گرفت :
1-روش علمی مرحله به مرحله توسعه یافته است .
2-این روش توسط افراد زیادی به آهستگی رشد کرده است .
3-این روش ساکن نیست و هم چنان در حال توسعه است .
4- دانش سریعتر از روس علمی توسعه یافت .

یکی از مهم ترین نکاتی که در این مبحث دریافتیم این بود که روش علمی مثل یک جعبه ابزار است برای استفاده واافزایش موفقیت در تحقیق . بسیار مهم است که از این ابزار بهترین استفاده را بکنیم .

قدم های اصلی روش تحقیق :
1) مشاهده
2) فرضیه

3) طراحی آزمایش
4) نتیجه گیری

1)مشاهده : (observation)
در هر تحقیقی باید درباره ی موضع پیش نیاز های لازم و ذهنی منتقد نسبت به موضوع داشته باشیم . مشاهده صرفاً به معنای دیدن نیست بلکه زیر سوال بردن موضوع برای شناخت بهتر است . مشاهده وبررسی دارای 2 ویژگی مشاهده برای تعریف مسئله و مشاهده برای جمع آوری داده ها است .

برای تعریف پروژه نیاز به اقدامات زیر داریم :
. مشاهده در جمع آوری داده ها
. مشاهده برای فرضیه سازی
. مشاهده از طریق سایر حواس (شنیدن،مطالعه و…)
. یادداشت مشاهدات
. استفاده بهینه از مشاهدات

در هر پروژه ای برای منظم پیش رفتن کار بهتر است همه چیز را یادداشت کنیم که می توان به قواعد زیر اشاره
کرد :
. کیفیت دفتر یادداشت . یادداشت به طور خلاصه،سریع،بدون انجام محسبات . یادداشت هر گونه تغییر در کار و مراحل . ذکر شرایط داده ها (دما و فشار آزمایشگاه ) . ذکر منابع و کتاب های مورد استفاده ، کلیه ی نمودارها ، اشخاص و اماکن مورد استفاده . یادداشت خلاصه ای از هدف کار و کلیه ی واحد ها

2)فرضیه (hypothesis )
با توجه به آزمایش مربوطه و با بررسی پارامترها و آزمایش هایی که دیگران از قبل انجام داده اند و با استفاده از ایده های شخصی ، فرضیه مربوط به آزمایش خود را طرح ریزی می نماییم و باید به این نکته توجه داشت که از هر فرضیه ای برای رسیدن به جواب نباید استفاده نمود .

3) طراحی آزمایش (design experiment)

طراحی آزمایش امروزه به عنوان یک رشته در دانشگاه ها تدریس می شود، پیشینه ی این رشته به دهه ی 1920 میلادی برمی گردد . پایه گذار این رشته Fischer.R.S بوده است . شرکت آمریکایی ICI2 در رشته های مختلف خود از طراحی آزمایش استفاده نمود .در سال 1985 میلادی محقق ژاپنی به نام
aguchit chenichi با به کارگیری طراحی آزمایش در صنایع باعث پیشرفت سریع ژاپن در صنعت گردید .

به طور معمول امروزه در آزمایشات از روش های سنتی استفاده می شود.اما امروزه صحت نتیجه های گرفته شده از
آزمایشات به روش سنتی زیر سوال برده شده است.حال به اختصار به روش سنتی می پردازیم:
در روش سنتی،برای بررسی اثر یک متغیر روی راندمان واکنش،بقیه پارامترهای موثر موجود در آزمایش را ثابت نگه داشته و با تغییر پارامتر مورد بررسی اثر آن را روی راندمان مورد مطالعه قرار می دهند.این آزمایش را حداقل 4 بار باید انجام داد تا نتیجه قابل اعتماد باشد و عدد نهایی میانگین نتایج این 4 آزمایش می باشد.با توجه به این که پارامترهای ثابت در چه شرایطی قرار گرفته باشند،برای مثال در حالت حداکثر یا حداقل خود،اثر پارامتر مورد بررسی می تواند کاملاً متفاوت باشد.این اشکال اساسی وارد بر روش سنتی موجب استفاده از روش نوین طرح های آماری گردید.
دلایل نیاز به طرح های آماری عبارت اند از:
1)کمک به تحلیل ویژگی های داده ها
2) پیش بینی روند داده ها در آزمایشات آینده
3) حل مسائل پیچیده آماری
4) نتیجه گیری قاطع و مستند
و در نهایت مهم ترین علت آن:طراحی آزمایش به روش آماری به ما کمک می کند تا حداکثر صحت(Maximum accuracy)،حداکثر دقت (precision Maximum) و حداکثر صرفه جویی از لحاظ مواد و زمان را داشته باشیم.
حال به بررسی پارامترها و اصول طراحی آماری می پردازیم:
برای بررسی یک پارامتر در یک جامعه به دلیل دسترسی نداشتن به کل اعضای آن،نیاز به نمونه گیری از جامعه داریم،این نمونه باید معرف ویژگی های آن جامعه باشد.نتایج به دست آمده از این نمونه گیری باید دو ویژگی زیر را داشته باشد:
1)تمایل به مرکز داده ها 2) پراکندگی.
بررسی این دو ویژگی توسط پارامترهای واریانس،میانگین،انحراف معیار،میانه،مد و دامنه انجام می گردد.
از جمله طرح های مورد استفاده در رشته های شیمی و مهندسی شیمی عبارت اند از:
1) Factorial designs
2) Fractional Factorial designs
3) Plackett-Burman designs

حال به اختصار به شرح Factorial design می پردازیم:
در این روش هر متغیر روی یک محور قرار می گیرد و کلیه حالات هر متغیر روی محور خود مشخص می شود،در این صورت کلیه حالات ممکن بررسی می شود.به حالات ممکن روی هر متغیر سطح گفته می شود که هر سطح را می توان با علامت اختصاری معین کرد.برای مثال،برای دو سطح متفاوت علامت مثبت و منفی یا سطح بالا و پایین اختیار نمود.تعداد کل آزمایشات برابر است با: تعدا متغیرهای مورد بررسی به توان تعداد سطح.
می توان برای هر آزمایش نامی در نظر گرفت،آزمایشی که در آن همه ی متغیرها سطح پایین هستند،شماره ی (1) و نام هر آزمایش به نام حرف کوچک متغیری که سطح بالا دارد،اختصاص می یابد،و اگر 2،3 و یا همه ی متغیرها سطح بالا باشند،به نام تمامی متغیرهای سطح بالا نامیده می شود.
برای بررسی اثر هر متغیر از فرمول زیر استفاده می نماییم:
effect() = –
متغیر دارای دو حالت H و L می باشد.
n = تعداد آزمایشاتی که در حالت معین H یا L دارد.
R = پاسخ آزمایش.
برهمکنش: هنگامی که اثر یک متغیر بستگی به سطح یک متغیر داشته باشد،می گوییم بین این دو متغیر برهمکنش وجود دارد.برای بررسی اثر برهمکنش بین دو متغیر،از حاصل ضرب حالت دو متغیر استفاده می نماییم (منظور از حالت همان سطح بالا و پایین یا مثبت و منفی می باشد) و در نهایت برای بررسی این اثر از فرمول ذکر شده در بالا
(effect()) استفاده می نماییم.اگر این عدد بدست آمده از فرمول،مثبت،برهمکنش مثبت یا synergistic ،و اگر منفی باشد،برهمکنش منفی یا antagonistic است.
در زیر یک نمونه مثال آورده شده است:

STIFFNESS
DRYING TIME
TEMPRETURE
SOLID%
شماره آزمایش
115
5
85
40
1
130
5
85
45
2
120
5
95
40
3
135
5
95
45
4
130
7
85
40
5
165
7
85
45
6
125
7
95
40
7
160
7
95
48
8

در این مثال برای متغیر solid آزمایشات با عدد 40 را سطح پایین یا منفی (-) در نظر گرفته و آزمایشات با عدد 45 و به بالا را سطح بالا یا مثبت (+) در نظر می گیریم.در نتیجه effect solid به صورت زیر محاسبه می شود:
effect (solid) = – = 25
در نتیجه با افزایش مقدار solid،پاسخ یعنی stiffness افزایش می یابد.
4) نتیجه گیری (Induction):
در نتیجه گیری محدوده ی آزمایش،نتایح حاصل از جداول و نمودارها ذکر می گردد.

Hysys :
به وسیله ی نرم افزار hysys می توان شبیه سازی فرایندهای شیمیایی را انجام داد. پس از باز نمودن نرم افزار صفحه ی سفید بالای تصویر را کلیک می کنیم و در پایین صفحه به ترتیب گزینه های ریز را می بینیم.
1- Component : در این قسمت اجزای یک جریان را مشخص می کنیم، بدین صورت که گزینه ی add را کلیک کرده؛ نمایشگر لیست مواد تعریف شده برای hysys را نمایش می دهد. ما در اینجا تمام موادی که در حین شبیه سازی به آن نیازمندیم را انتخاب می کنیم. لیست اسامی مواد به سه صورت: الف) نام کامل ماده، ب) اسم اختصاری آن، ج) فرمول بسته شده ی مواد ؛ را به وسیله ی double click و یا گزینه ی add به ستون selected component منتقل می کنیم، در صورت اشتباه و یا حذف ماده ای در لیست می توان از گزینه ی remove استفاده کرد. ممکن است ماده ای را search کنیم و چند اسم یکسان به ما بدهد، گاهی این مواد فقط از نظر جرم مولکولی با هم مشابه هستند و گاهی هیچ تفاوتی با یکدیگر ندارند. اگر روی مواد مورد نظر کلیک کنیم ، نرم افزار به ما خصوصیاتی از جمله: دما و فشار بحرانی، معادله ی آنتوان و ضرایب آنتوان آن ماده ، دانسیته و نقطه ی جوش نرمال آن ماده را به ما می دهد.
2- Fluid package (fluid pkgs) : پس از کلیک روی گزینه ی add در سمت چپ؛ کلیه ی معادلات مورد نظر که اغلب معادلات ترمودینامیکی از جمله معادلات حالت و معادلات EOS هستند، را نشان می دهد. تعیین این معادلات در شبیه سازی برای نزدیک شدن به واقعیت و یا حالت عملی می باشد. زمانی که مواد قطبی مانند آب در دسته ی موادی که در component انتخاب کرده بودیم باشدباید از معادله ی Activity Model استفاده کرد و اگر فقط هیدروکربن بود معادله ی Penge Rabinson بهترین گیزینه خواهد بود.
3- Oil manager : در این قسمت فرایندهای پالایشی را شبیه سازی می کنیم و میدانیم که در پالایش در اغلب اوقات برشی از نفت خام، و یا خوراکی از انواع مختلف هیدروکربن، گوگرد، فلزات و … داریم که ترکیب درصد این برش مشخص نیست و تنها با خواصی از جمله ویسکوزیته و دانسیته و نقطه ی جوش نرمال و … می توان جریان را تعریف کرد.
4- Reaction : برای زمانی که واکنش داریم، در مثال 7 در این مورد توضیح خواهیم داد.
5- Hypothetical
برای شبیه سازی نیاز به یک سری ادوات و لوازم داریم که با زدن کلید F4 در گوشه ی تصویر نمایش داده می شوند. گاهی در حین شبیه سازی متوجه می شویم که در اجزای خوراک و یا در درصدهایشان اشتباهی صورت گرفته است.از گزینه ی بشری که در بالای صفحه ی نمایشگر است استفاده می کنیم و لیست اولیه را به ما می دهد.
چراغ سبز بالای تصویر Solvent Active برای زمانی است که شبیه سازی ما Run می شود؛ اگر چراغ قرمز شود Solvent Modeling پیش می آید و برنامه Run نمی شود.
برای انتخاب جریان در ادوات در سمت چپ فلش آبی را انتخاب کرده و در صفحه ی شبیه سازی قرار می دهیم با Double click روی آن اطلاعات مربوط به آنرا وارد می کنیم. در قسمت Work sheet: گزینه ی اول condition می توان نام جریاهن و از میان درصد بخار و دما و فشار 2 تا را وارد کنیم، چون درجه ی آزادی سیستم 2 است.باید توجه شود که سیستم آحاد را درست انتخاب کنیم. برای تعیین سیستم آحاد در قسمت Tool گزینه ی prepences ،variables سیستم را مشخص می کنیم. اگر کادری در hysys آبی رنگ باشد قابل تغییر است ولی اگر مشکی باشد غیر قابل تغییر است. در این قسمت می توان یک سیستم آحاد را تعیین و گزینه ی Clone را کلیک کرده گزینه ها همه آبی شده و می توان هر کدام از آنها را تغییر داد و در طول شبیه سازی ثابت می مانند. پس از تعیین 2 متغیر شدتی باید یکی از گزینه های Molar Flow ، Mass Flow ، Valume Flow را به عنوان متغیر مقداری مشخص کنیم.
گزینه ی دوم : composition : دراین قسمت مواد را در جریان بر اساس مولی یا جرمی و یا دبی مولی و یا جرمی وارد می کنیم. حال اگر درصد مواد را نداشتیم مثلا زمانی که یک برش نفتی با مواد تشکیل دهنده ی مشخص و درصدهای نامشخص در قسمت Hypothetical را Add کنیم، دراین صورت باید خواصی از جمله ویسکوزیته ، دانسیته و یا نقطه ی جوش نرمال جریان را داشته باشیمو با وارد کردن آنها گزینه ی Estimate Unknown Prop را انتخاب می کنیم که دیگر خواص را برای ما پیش بینی می کند.
حال باید Hypo تعریف شود، صفحه را بسته و در قسمت Add Component ، Add Hypo را کلیک کرده و انتخاب می کنیم.
برای به راه انداختن هر وسیله ای در Hysys باید جریان های ورودی و خروجی آن را مشخص کنیم جریان های ورودی و خروجی باید انتخاب شوند یعنی تمام جریان های آزاد و غیرمستقل را به ما نشان می دهد، ولی جریان های خروجی به دلخواه مانام گذاری می شوند. برای هر وسیله ای یک نوع گرمادهی تعریف می شود و اگر وسیله به صورت آدیاباتیک کار کند قسمت energy را خالی می گذاریم. ولی اگر به صورت ایزوترمال و یا تبادل حرارتی داشته باشیم یک حرف یا اسم را تایپ می کنیم. حال برای ایزوتزمال کردن آن از set استفاده می کنیم.
Set :
رابطه ی خطی میان پارامتر مستقل و وابسته ایجاد می کند، برای ایزوترمال کردن می دانیم که دمای خروجی و دمای ورودی یکسان استیعنی دمای خروجی وابسته به دمای ورودی (مستقل) است، و رابطه ی خطی به صورت زیر است:
Tout=a+bTin
روی Set کلیک کرده ، در صفحه ی اول دمای وابسته را در قسمت Select Var و دمای مستقل را در قسمت Sorce انتخاب می کنیم و در صفحه ی بعد گزینه ی Multipllier یعنی شیب که برای ایزوترمال 1 است و Off Set یعنی عرض از مبدا که برای ایزوترمال صفر است.
هر دستگاه یک ∆P می خواهد که باید برای آن مشخص شود.
رسم نمودار در Hysys :
ابتدا در نوار بالای صفحه گزینه ی Tool، Data book را انتخاب می کنیم. به طور مثال می خواهیم دما را بر حسب درصد مولی از 70_100 درجه ی سانتی گراد با گام 5 رسم کنیم. درمتغیری را که می خواهیم رسم کنیم صدا می زنیم ، گزینه ی lnd را برای دما و گزینه ی dep را برای درصد مولی قرار می دهیم. سپس low bound را 70، و high bound را 100 و step size را 5 قرار می دهیم، بعد گزینه ی Start را می زنیم و Result نمودار را رسم می کند و اگر گزینه ی cross hair را بزنیم در هر نقطه می توانیم x وy را نیز داشته باشیم.

راکتورها:

برای شبیه سازی راکتور باید واکنش را برای Hysys تعریف کنیم در قسمت Reaction لیست مواد را در Rxn Component وارد کرده و در ستون Stoch Coeff ضریب استوکیومتری هر ماده را جلو آن قرار می دهیم، برای واکنش دهنده ها ضریب استوکیومتری باید منفی باشد، در صورتی که بالانس عدد صفر را نشان دهد یعنی موازنه صورت گرفته است و در قسمت Basis ترکیب شونده ای که می خواهیم درصد تبدیلش را حساب کنیم را انتخاب می کنیم. پس از این مراحل فاز واکنش را از ما می خواهد که از بین گزینه های Aqueous Phase (آبی)، Combined liquid (هم آبی هم آلی)، Overal (هم گازی هم مایع) ،Vapor (گاز) ، liquid (مایع) با توجه به مواد درگیر در واکنش یکی را انتخاب می کنیم.
Set Selection : در اینحا دسته بندی واکنش ها و اینکه چه واکنشی در چه راکتوری صورت گیرد مشخص می شود. روی واکنش کلیک کرده و سپس Add set سپس واکنش را در قسمت Active list قرار داده بعد Add To Fluid Pkgs واکنش مورد نظر در راکتور قرار می گیرد در قسمت ادوات ما 5 نوع راکتور داریم:
1- Conversion 2- Equilibrium 3- Gips 4-CSTR 5-plug
می دانیم که در صنعت راکتورهای CSTR و Plug کاربرد بیشتری دارند. اگر درصد تبدیل راکتور را مسئله گفته بود از راکتور Conversion استفاده می کنیم ، اگر واکنش به صورت Hydrogene Catalist یا Kinetic یا simple rate بود یکی از راکتورهای CSTR یا Plug را انتخاب می کنیم. واکنش kinetic واکنشی است که اسوکیومتری و K1 سرعت واکنش رفت و K2 سرعت واکنش برگشت را داشته باشیم یعنی برای واکنش های یک طرفه و دو طرفه کاربرد دارد. واکنش Simple Rate تنها برای واکنش های دوطرفه استو زمانی که استوکیومتری و ثابت تعادل و یکی از ثابت سرعت های رفت و یا برگشت را داشته باشیم به کار می رود.
در قسمت Basis متغیر به کار رفته در معادله ی سرعت را از ما می پرسد، که اغلب غلظت، و یا برای گازها فشار جزئی است و سپس واحدهای سرعت واکنش و متغیر به کار رفته در معادله ی سرعت را طبق مسئله مشخص می کنیم. پوشه ی بعدی parameter3 ضریب به کار رفته در فرمول ثابت سرعت واکنش را از ما می خواهد. انر‍ی فعال سازی و ضریب ثابت (A) و m که یکی از اعداد 0 یا 0.5 یا 1 است.
در راکتور های CSTR و Plug گزینه ای به نام Diameter را باید پر کنیم که مربوط به اندازه ی راکتور است، که برای CSTR حجم کافی است اما برای Plug به جز حجم طول راکتور را نیز باید وارد کنیم. برای کاتالیستی کردن راکتور گزینه ی Void Fraction که نسبت فضای خالی به مقدار کل فضا است و عددی بین صفر و یک است را باید پر کنیم که اگر راکتور کاتالیستی نباشد این گزینه را باید 1 قرار دهیم.
در مباحث راکتور ذکر شده است که اگر درجه ی واکنش کوچکتر از یک بود ترجیحا از راکتور CSTR و در غیر این صورت از راکتور Plug ترجیحا استفاده گردد.
گاهی دو واکنش موازی داریم ؛ دو واکنش را به صورت جداگانه برای Hysys تعریف کرده و آنها را در یم set قرار می دهیم. از راکتور گیبس زمانی استفاده می کنیم که واکنشی نداشته باشیم ولی مطمئن باشیم که واکنش به صورت تعادلی است ؛ Hysys انر‍ی گیبس مواد ورودی و خروجی را دارد و سپس خود استوکیومتری را برای مواد حدس می زند.
Separation : جداسازی را با درصد مولی های مختلف انجام می دهد مانند Flash .
Devider : جریان را فقط تقسیم می کند یعنی درصد مواد خروجی از هر شاخه یکسان است؛ انند سه راهی (T) تنها نکته این است که درصد مواد ورودی را باید مشخص کنیم بگوییم که این مواد با یکدیگر هم فشار هستند و یا غیر هم فشارند. البته در صنعت اختلاط مواد غیر هم فشار را نداریم.

برج تقطیر:

زمانی که اطلاعاتی درمورد برج تقطیر نداریم و می خواهیم تعداد سینی ها، سینی ورودی خوراک، دمای کندانسور و جوش آور و… را بدست آوریم، باید برج تقطیر Shortcut Distillation را در محیط شبیه سازی قرار دهیم، در پوشه ی اول ورودی و خروجی Z را برای برج تعریف می کنیم، نوع کندانسور را نیز مشخص می کنیم. اگر کندانسور کامل بود یعنی محصول بخار نداشتیم از Full Reflux و در غیر این صورت از کندامسور جزئی Partial Condansor را انتخاب می کینم. در مرحله ی دو Disgn parameter برای ماده ی سبک در پایین برج و ماده ی سنگین در بالای برج را اعداد بسیار کوچکی قرار داده و مقدار مایع برگشتی به برج را نیز طبق مساله وارد می کنیم. با استفاده از نتایج این برج مانند دمای کندانسور، دمای ریبویلر، تعداد سینی ها، سینی خوراک، انر‍ی کندانسور و انری ریبویلر می توان برج تقطیر را طراحی کرد. یک برج تقطیر از ادوات انتخاب کرده و اطلاعات درمورد برج تقطیر و جریان های ورودی و خروجی را در 4 صفحه مشخص می کنیم. برج تقطیر تنها وسیله ای است که درجه ی آزادی آن برابر صفر نیست و کلید Run دارد.
(3+تعداد مواد*2)*تعداد سینی ها=تعداد معادلات
نرم افزار قادر است به تعداد بالا معادلات را محاسبه کند و نیاز به یک ترکیب دوتایی مناسب دارد که می توان با وارد کردن اطلاعاتی که از برج Shortcut یادداشت کردیم و با مقایسه ی ستون های Specified value با Current value و در صورت نزدیک بودن اعداد به یکدیگر برج را فعال نمود.
گاهی در برج تقطیر واکنشی صورت می گیرد که باید در برج و در قسمتReaction،Set مربوط به واکنش را که از قبل تعریف کرده ایم قرار داده و اولین و آخرین سینی که در آن واکنش انجام می شود را طبق داده های مساله کامل کنیم، دیگر مراحل شبیه برج تقطیر معمولی است.
برج جذب آمین:
در این برج دو جریان خوراک و حلال را تعریف می کنیم، خوراک از پایین برج و حلال از بالای برج وارد می شوند. حلال آمین CO2و H2S گاز ترش را جذب کرده و دو جریاهن Sweet Gas از بالای برج و Rich Gas از پایین برج خارج می شود، در Sweet Gas مقدار H2S&CO2 باید خیلی کم باشد، در این صورت برج کارایی خوبی داشته است. برای تعیین میزان CO2 در جریان های خروجی روی صفحه ی شبیه سازی کلیک راست کرده و در select variable وضعیت را از ام گذاری مواد به درصد مولی CO2 یا H2S قرار می دهیم و در این قسمت می توان به جای نام جریان ها، دمای جریان ها، دبی جرمی ، دبی مولی و… را جایگزین کرد.
برج استخراج مایع-مایع:
تفاوت این برج با برج جذب آمین این است که: 1- تعادل مایع-مایع است در صورتی که برج جذب مایع- بخار است. 2- خوراک از بالا و حلال از پایین وارد برج می شوند.
Recycle : با قرار دادن recycle ، تعریف ورودی و خروجی آن را باید مشخص کنیم. وجود recycle از این جهت مفید است که مواد واکنش دهنده بعد از راکتور دوباره برای انجام واکنش وارد راکتور می شوند و از این جهت مضر است که دبی ورودی به راکتور بالا رفته و زمان ماند مواد کمتر شده و درنتیجه درصد تبدیل کاهش پیدا می کند.
Spreed sheet (SPRDSHT-1) :
برای معرفی پارامتری ترکیب دیگر پارامترهای معرفی شده برای Hysys ، به کار می رود. گاهی می خواهیم این پارامتر را بر حسب پارامترهای دیگر رسم کنیم. از طرفی دیگر هیچ محاسبه ای را با ماشین حساب و یا خارج از محیط شبیه سازی انجام نمی دهیم و تمام محاسبات در این قسمت با دادن فرمول انجام می شود.

مبدل حرارتی
مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت موثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می گردد. از رایج ترین مبدل های حرارتی رادیاتور خودرو و رادیاتور شوفاژ است.
مبدل های حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار می گیرند.
انواع مبدل های حرارتی
مبدل های هوا خنک(air cooler)
مبدل های پوسته و لوله(shell and tube)
مبدل های صفحه ای
استاندارد های مرتبط
* TEMA که توسط انجمن تولیدکنندگان مبدل های لوله ای (آمریکا) تدوین شده است. برای طراحی و ساخت مبدل های پوسته لوله ای مورد استفاده قرار می گیرد.
* API ۶۶۰ که توسط انجمن نفت آمریکا تدوین شده است و برای طراحای و ساخت مبدل های پوسته لوله ای استفاده می گردند.
* API ۶۶۱ که توسط انجمن نفت آمریکا تدوین شده است و برای طراحی و ساخت مبدل های هوا خنک استفاده می گردند.
* ASME Sec VIII که برا ی طراحی مکان یکی مبدل های حرارتی فشار بالا استفاده می گردد.
اصول طراحی مبدل های حرارتی صفحه ای
مبدل حرارتی صفحه ای اساسا" با توجه به سادگی نت و با توجه به نیازهای صنایع غذائی در دهه ۱۹۳۰ ابداع شدند و طراحی بهینه آن در دهه ۱۹۶۰ با تکامل موثرتر هندسه صفحات ، مونتاژ اجزا و مواد بهینه تر برای ساخت واشرهای مورد استفاده در این نوع مبدل ها کارآمدتر از گذشته مورد بازبینی قرار گرفت و موارد استفاده از آنها به تمامی صنایع راه پیدا کرد و توانسته است از رقیب خود (مبدل های لوله ای ) پیشی بگیرد . به دلیل تنوع بسیار زیاد محدوده های طراحی این نوع مبدل ها که در نوع صفحات و آرایش آنها قابل بررسی است عملا شرکت های سازنده آنها اطلاعات محرمانه طراحی را اعلام نمی کنند .
مبدل های صفحه ای واشردار تشکیل شده است از تعدادی صفحات نازک با سطح چین دار و یا موج دار که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا می کنند .صفحات دارای قطعاتی در گوشه ها هستند و به نحوی چیدمان شده اند که دو سیال عامل بصورت یک در میان میان صفحات جریان دارند .طراحی و واشربندی بهینه این امکان را ایجاد می کند که مجموعه از صفحات در کنار یگدیگر تشکیل یک مبدل صفحه ای مناسب را بدهند . .مبدل های حرارتی صفحه ای معمولا "در جریان سیالتی با فشار پائین تر از ۲۵bar و دمای کمتر از ۲۵۰ درجه محدود می شوند .از آنجا که کانالهای جریان کاملا کوچک هستند جریان قوی گردابه ای و توربولانس موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال حرارت و افت فشارها می گردد بعلاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی باعث کاهش تشکیل رسوب می شود . واشرها از نشتی سیال به بیرون مبدل جلوگیری می کنند و سیال ها را در صفحات به شکل مورد نظر هدایت می نمایند. شکل جریان عموما" به نحوی انتخاب می شوند که جریان سیالها خلاف جهت یکدیگر باشند .
انواع مبدل های صفحه ای
1. صفحه ای حلزونی با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی و با استفاده از مندرل و جوش دادن لبه های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند ، شکل داده می شود . در هر یک از دو مسیر حلزونی یک جریان ثانویهایجاد می شود که تنتقال حرارت را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش میدهد این نوع مبدل های حرارتی بسیارفشرده هستند و طبعا گرن قیمت تمام می شوند .سطح انتقال حرارت برای این مبدل ها درمحدوده ۰٫۵ تا m۲۵۰۰ و فشارکارکرد تا ۱۵ بار و دمای ۵۰۰ سانتیگراد محدوده می شود . این نوع مبدل بیشتر در کاربرد سیال لجن آلود ، مایعات لزج و مایعاتی با ذرات جامد معلق شامل ذرات بزرگ و جریان دو فازی مایع – جامد استفاده می شود . 2. لاملا مبدل حرارتی نوه لاملا (ریمن ) شامل مجموعه کانالهای ساخته شده از صفحات فلزی نازک است که بطور موازی جوشکاری شده است .بدلیل آشفتگی زیاد جریان توزیع یکنواخت جریان و سطوح صاف بسادگی رسوب نمی گیرند .این طرح از مبدل می تواند تحمل فشار تا ۳۵ بار و دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای تفلون و ۵۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای آزبست می باشد . 3. صفحه ای واشردار
خصوصیات مکانیکی صفحه ای واشردار
یک مبدل حرارتی صفحه ای تشکیل شده است از صفحات ثابت ، صفحات فشار دهنده و تجهیزات پنوماتیکی و یا مکانیکی متعلقه و connection ports ها. سطح انتقال حرارت از یک سری صفحات با مجاری ورودی و خروجی تشکیل می شود .

مجموعه صفحات و فریم اصلی
هنگامیکه تعدادی از صفحات این نوع مبدل ها بهم فشرده می شوند و تشکیل مبدل صفحه ای را می دهند سوراخهای واقع در گوشه های این صفحات تشکیل تونلها و یا مجاری پیوسته ای را می دهند که سیال را از مبدا ورودی به صفحات هدایت می کند که در انجا با توجه به شکل شیارهای صفحات بین آنها توطیع می شود .مجموعه این دسته از صفحات با وسائل مکانیکی و یا هیدرولیکی بهم فشرده می شوند . جویهای جریان سیال که در مابین صفحات و خروجی گوشه های ان تشکیل می شود به نحوی چیدمان شده است که جریانهای سرد و گرم انتقال حرارت بشکل یک درمیان در کنار یکدیگر قرار می گیرند بطوریکه همیشه دارای چیدمان مخالف جهت حرکت جریان می باشند .در طی عبور از مبدل حرارتی ، سیال گرمتر بخشی از انرژی حرارتی خود را از طریق دیواره صفحه ای نازک به سیال سردتر در سمت دیگر منتفل می کند و در نهایت سیالها به حفره های لوله ای شکلی که در انتهای دیگر مجموعه صفحات وجود دارد سرازیر می شوند و از مبدل خارج می شود .این صفحات می توانند تا صد عدد در یک مبدل در کنار هم قرار گیرند و خدمات حرارتی خود را به صنعت ارائه دهند . مجموعه صفحات بین دو صفحه فلزی انتهائی بوسیله پیچ بهم وصل می شوند. صفحات و قطعات منفصل فریم از میله حامل بالائی آویزان هستند و در انتهای مبدل بوسیله میله راهنما نگهداری می شوند. میله حامل و میله راهنما به قطعه ثابت فریم پیچ و مهره می شود و بجز مبدل های کوچک بقیه به تکیه گاه انتهائی متصل می شوندهر چند این نمی تواند همیشه یک قاعده کلی باشد. مجموعه صفحات مانند دسته لوله ها در مبدل های پوسته ای و لوله ای است با این تفاوت مهم که دو سمت جریان گرم و سرد در یک مبدل حرارتی صفحه ای معمولا دارای مشخصه های هیدرودینامیکی یکسانی می باشد. صفحه فلزی مبدل جزء اساسی این سیستم حرارتی محسوب می شود که اندازه بزرگترین صفحه از ۳/۴ متر ارتفاع و ۱/۱ متر عرض می باشد.نرخ انتقال حرارت برای یک صفحه در محدوده رنج ۰۱/۰تا ۶/۳ متر مربع قرار دارد که برای اجتناب از توزیع غیریکسان سیال درعرض صفحه ،حداقل نسبت طول/عرض حدود ۸/۱ انتخاب می شود. ضخامت صفحات مبدل در محدوده رنج ۵/۰ تا ۲/۱ میلی متر که در فواصل ۵/۲ تا۵ میلی متر از یکدیگر قرار گرفته اند تا قطر هیدرولیکی ۴ تا ۱۰ میلی متر را برای کانال عبور جریان ایجاد کند .
واشر بندی
با واشر بندی و عایقکاری دور لبه صفحه خارجی می توان از نشتی جریان از کانالهای صفحات به محیط بیرون جلوگیری نمود. صفحات می توانند از جنس استنلس استیل ،تیتانیوم ، تیتانیوم-پالادیوم ، و…. ساخته شوند که با توجه به ضریب هدایت گرمائی متفاوتی که دارا می باشند در طراحی مورد توجه واقع می شوند .
ماده ضریب هدایت گرمائی
استنلس استیل(۳۱۶) ۱۶٫۵ تیتانیوم ۲۰ اینکونل ۶۰۰ ۱۶ اینکولوی ۸۲۵ ۱۲ هستلوی C -۲۷۶ ۶/ ۱۰ مونل ۴۰۰ ۶۶ نیکل ۲۰۰ ۶۶ کاپرونیل ۱۰/۹۰ ۵۲ کاپرونیل ۳۰/۷۰ ۳۵
انواع صفحات مبدل
در عمل محدوده نسبتا متنوع و زیادی از انواع صفحات مبدل وجود دارد اما به بررسی دو نوع نسبتا جدید از این صفحات می پردازیم که کاربرد وسیعتری دارند .این دو نوع بنامهای شورون(chervron )و واشبرد (washboard) در دسترس هستند .البته با توجه به تغییرات زیاد انتقال حرارت و فشار در هر الگوی صفحات موجدار روشهای پیشگوئی انتقال حرارت و فشار بر اساس داده های تجربی همان الگوی مشخص استوار می باشد . در صفحات نوع واشبرد ، صفحات مجاور بصورتی مونتاژ می شوند که کنال جریان سیال حرکتی آشفته و گردابی با سیال می دهد .این الگوی موجدار زاویه ای بنام دارد که از آن به زاویه شورون نام می بریم .
که این زاویه در صفحات مجاور هم معکوس می شوند بصورتیکه وقتی صفحات به یکدیگر محکم می شوند موجهای سطحی نقاط تماس زیادی برقرار می کنند که به همین دلیل صفحات مبدل می تواند از مواد بسیار نازک تا حدود ۶/۰ میلیمتر طراحی شوند .تغیرات زاویه حدود بین رنج ۶۵و ۲۵ درجه می باشد که این زاویه تعیین کننده مشخصه های انتقال حرارت و افت فشار صفحه مبدل می باشد.
مزایای مبدل های صفحه ای
* تنوع در طراحی صفحات و چیدمان شیارها و سایز و زوایا
* سطح انتقال حرارت با توجه به امکان در تغییر تعداد صفحات و شکل بندی ان براحتی قابل وصول است .
* انتقال حرارت بهینه که بدلیل درهم بودن جریان و کوچکی قطر هیدرولیکی برای هر دو سیال عامل دارای ضریب انتقال حرارت بزرگ هستند .
* باتوجه به فشردگی صفحات سطح انتفال حرات به حجم ارزشمند است .
* اتلاف حرارت بسیار ناچیز دارد و نیاز به عایقکاری ندارد
* در حالت خراب واشر لاستیکی دو سیال تحت هیچ شرایطی مخلوط نمی شوند .
* مبدل های حرارتی صفحه ای بدلیل توربولانس جریان درصد بسیار کمی رسوب گذاری دارد .
مبدل های صفحه ای بصورت ویژه ای فشرده هستند و در نرخ انتقال حرارت حرارت مشابه فضای محدودتری در مقایسه با مبدل های لوله دارد ضمن اینکه حجم کم و وزن کمتر و به طبع آن هزینه های کمتر در ساخت و بهره برداری و نگهداری را به همراه دارد .البته این نوع مبدل مانند همه تجهیزات صنعتی دارای محدودیتهائی هستند .
حداکثر فشار کارکرد ۲۵ بار و در موارد کاملا خاص حداکثر ۳۰ بار حداکثر دما و با واشرهای مخصوص حداکثر حداکثر دبی جریان سطح انتقال حرارت ضریب انتقال حرارت واشرهای لاستیکی محدودیت در حداکثر دمای قابل دستیابی و فشار کارکرد و نوع سیال را برای طراحی این نوع مبدل ها ایجاد می کند .ضمنا هندسه پیچیده کانالهای جریان باعث افزایش ضریب اصطحکاک در مبدل های حرارتی صفحه ای می شوند . علت اصلی عدم پیشرفت استفاده از این نوع مبدل های در صنایع محدودیت ساخت صفحات بزرگ به جهت محدودیت در پرسکاری و ساخت صفحات می باشد .که عملا مبدل های حرارتی با اندازه های بیشتر از قابل ساخت نیستند یعنی در واقع بصرفه هم نیستند . دبی های بزرگ جریان باعث افت فشارهای اضافی خواهد شد که از این منظر باعث محدودیت در ظرفیت گرمائی می شود که در مرتبه بالاتر طراحی واشرها به ترتیبی نیست که در فشارو دماهای بالاتر بتوان از این نوع مبدلها سود جست . مبدل های حرارتی صفحه ای را نمی توان برای کولینگ هوا استفاده کرد و حتی برای تبادل حرارت در کوپلهای هوا-هوا و یا گاز-گاز نیز مناسب نیستند ضمنا سیالاتی با لزجت بالا بویژه وقتی خنک کاری مورد نظر باشد با توجه به اثرات توزیع جریان در این نوع مبدلها ناکارآمد جلوه می کنند .ضمنا سرعتهای کم جریان سیال کمتر از ، ضرایب کوچک انتقال حرارت و به تبع آن بازدهی غیر بهینه را در مبدلهای صفحه ای ایجاد می کند که به همین علت در سرعتهای کمتر از نمی توان از این نوع مبدلها سود جست . مبدلهای حرارتی صفحه ای برای انجام کندانس خیلی مناسب نیستند که این مورد بخصوص در مورد بخارها در خلا نسبی صدق می کند زیرا فاصله های باریک صفحات و توربولانس ایجاد شده باعث بوجود آمدن افت فشارهای قابل ملاحظه ای در سمت بخار می شود .هرچند با توجه به پیشرفتهای حاصل شده در حال حاضر مبدل های حرارتی صفحه ای با طراحی های ویژه را می توان در سیستم های تبخیر و کندانس نیز استفاده کرد . مسیرها و چیدمان جریان
واژه مسیر یاگذرگاه (passage) در مبدل های حرارتی صفحه ای به دسته ای از کانالها گفته می شود که در آنها جهت جریان یکسان باشد . شکل ذیل چیدمان تک مسیری را که بنام چیدمان "U"و "Z" اطلاق می شود را مشاهده می کنید که هر چهار دهنه ورودی و خروجی در صفحه سر همگرا هستند (fixed-head plate ) که این خاصیت امکان دمونتاژ مبدل را برای تعمیرو نگهداری بدون ایجاد مشکل در سیستم لوله کشی خارجی آن را فراهم می کند ضمنا دراین نوع چیدمان توزیع جریان توربولانس تر از چیدمان نوعZ می باشد .
چیدمان چند مسیره شامل مسیرهای متصل شده بشکل سری هستند که در شکل زیر چیدمان شکل بندی با دو مسیر و سه یا چهارکانال نمایش می دهند که باختصار آنرا و یا می نامند .این سیستم بجز صفحه مرکزی که در آن جریان هم جهت روان است دارای جریان مخالف جهت می باشد .
شکل زیر سیستم جریان دو مسیر -یک مسیر (شکل بندی نوع ۱/۲) را نشان می دهد که در آن یک سیال در مسیر خط چین و سیال دیگر در دو مسیر خط توپر جریان دارد .در این نوع چیدمان نیمی از مبدل دارای جریان مخالف و نصف دیگر دارای جریان هم جهت می باشد که از آن به عنوان سیستم نامتقارن نام برده می شود و اگر یکی از سیالهای مورد استفاده دارای دبی حجمی بزرگتر از دیگری و یا افت فشار مجاز کوچکتر از جریان دیگر باشد مورد استفاده قرار می گیرد .
چیدمانهای چند مسیره همیشه باید ورودی و خروجی مبدل در هر دو سر ثابت و متحرک وجود داشته باشد .معمولا تعداد مسیرها، تعدادکانالها (مسبر جریان در دوصفحه مجاور )به ازای هر مسیر ،برای دو سیال یکسان و بصورت متقارن باشد.
توزیع غیرمتقارن در هر سیستم با کانالهای متصل بهم منجمله مبدل های صفحه ای می تواند مشکل آفرین باشد که مسئله باید در طراحی این نوع سیستمهای حرارتی بسیارمورد توجه قرار گیرد.
سطوح کاربرد و استفاده مبدل های حرارتی صفحه ای
مبدل های حرارتی صفحه ای با داشتن مشخصات خاص بطور گسترده ای در صنایع غذائی مورد استفاده قرار می گیرند که به دلیل همین خاصیت یعنی تعمیر و نگهداری آسان و تمیز کاری بسیار راحتر دامنه نفوذ خود را حتی تا صنعت خودرو سازی نیز گسترش داده است . کاربردهای عمومی مبدل های حرارتی صفحه ای اصولا در شرایط فازی مایع – مایع و جریانهای توربولانس می باشد. از موارد بسیار مهم استفاده از این نوع سیستم های حرارتی می توان به سیستم های خنک کن مرکزی که از آب دریا بعنوان چاه گرمائی استفاده می کند ،اشاره کرد وهمچنین وقتی بحث موادخورنده مطرح است برگ برنده مبدل های حرارتی صفحه ای در استفاده بدون محدودیت از مواد با تحمل خوردگی بالا در ساخت صفحات مبدل می باشد که می توان به عنوان نمونه از تیتانیوم در آن نام برد . برخی اطلاعات مهم و ارزشمند در مبدل های حرارتی صفحه ای در پایان این بخش باعث آشنائی بیشتر با این تجهیز صنعتی ارزشمند می گردد .
خوردگی وقتیکه از مواد با خورندگی بالا استفاده می کنیم مبدل های حرارتی صفحه ای بهتر گزینه است حتی اگر این مبدل را با صفحات گران قیمت بسازیم در مقایسه با مبدل های دیگر بصرفه ترند ضمنا با توجه به نازکی صفحات این نوع مبدل ها عملا نیازی به گرفتن اضافه ضخامت در زمان طراحی نسبت به انواع دیگر بسیار ناچیز می باشد البته با توجه به وجود جریان آشفته در صفحات این نوع مبدل ها وقتی که مواد شیمیائی با خورندگی بالا در این صفحات جریان دارد باید از مواد با کیفیت تر برای ساخت صفحات استفاده کنیم که البته با لحاظ تمام این شرایط ارجحیت استفاده ازاین نوع مبدل ها اثبات شده است .
انتخاب مواد برای ساخت صفحات مبدل با توجه به تجربه های سازندگان در جدول صفحه قبل خلاصه که در سفارش این نوع مبدل ها می تواند به کارشناسان تعمیر و نگهداری و یا طراحان کمک شایانی نماید . افزایش غلظت مواد خورنده در یک لایه رسوبی سطحی که با اثر دمائی دیواره فلزی که زیر رسوب قرار دارد خوردگی موضعی را افزایش می دهد که می تواند باعث تخریب قابل ملاحظه گردد که در مبدل های صفحه ای این مشکل کمتر دیده می شود چون تمایل به رسوب گذاری با توجه به جریان همیشه آشفته گذرهای جریان در این نوع صفحات کمتر از مبدل های نوع دیگر می باشد .مشکل تشکیل رسوب مبحث مهمی را در طراحی مبدل های حرارتی به خود اختصاص می دهد اما بیشتر این اطلاعات بصورت تجربی در اختیار سازندگان قرار دارد اما با توجه به دلائل زیر عدم تمایل به تشکیل رسوب در مبدل های حرارتی بسیار کمتر از مبدل های نوع لوله ای می باشد .
جریان توربولانس باعث عدم ماند مواد معلق می شود
نمودارتغییرات سرعت در مقطع صفحه با توجه به عدم وجود ناحیه سرعت پائین یکنواخت می باشد .
با توجه به سطح صاف صفحات مبدل امکان صیقلی کردن آنها وجود دارد .
دپوی مواد خورده شده با توجه به نرخ بسیار پائین رسوب گذاری عملا ناچیز بشمار می آید .
با توجه به سادگی تمیز کاری مبدل های صفحه ای عملا زمان مورد نیاز برای تشکیل رسوب ارضاء نمیشود .
محاسبات انتقال حرارت و افت فشار
با توجه به اشکال مختلف طراحی مبدل های حرارتی طراحی این نوع مبدل ها بسیار تخصصی است .طراحی این نوع مبدلها بر خلاف مبدل های پوسته ای به طور کاملا" انحصاری در اختیار سازندگان آن می باشد .هرچند سعی فراوانی برای بهینه سازی دقت روابط انتقال حرارت و افت فشاردرمبدل های حرارتی صفحه ای شده است اما اکثر این روابط نمی توانند بطور عمومی بکار روند ودارای قابلیت پیش بینی زیادی باشند .متاسفانه روشهای طراحی که ارائه شده است اکثرا"تقریبی هستند و برای تعیین اولیه اندازه نامی واحدهای صفحه ای برای یک وظیفه گرمائی مشخص مناسب می باشند .
مساحت سطح انتقال حرارت
موجهای ایجاد شده در صفحه مساحت صفحه را در مقایسه با سطح اولیه افزایش می دهد که برای بیان این افزایش نسبت به طول تصویر شده ضریبی بنام ضریب افزایش سطحی استفاده می شود که تعریف آن بصورت ذیل فرموله می شود :
طول تصویر شده / افزایش طول
مقدار تابعی از گام و عمق موج و یا گام صفحه است ضریب افزایش طول بین ۱۵/۱ و۲۵/۱ متغیر است . مقدار نسبت مساحت موثر واقعی که توسط سازنده اعلام می شود به مساحت سطح تصویر شده می باشد :

فاصله متوسط کانال جریان سیال
کانال جریان ، مجرائی است که بوسیله صفحات جسبده بهم بین واشرهای لاستیکی تشکیل می شود . به دلیل پیچدگی سطح مقطع سطوح موجدار متوسط فاصله به صورت ذیل فرموله می شود.

گام صفحه نباید با گام موج اشتباه شود .فاصله کانال برای محاسبه سرعت جرمی و عدد رینولدز مناسب می باشد و بنابراین مقدار موثری می باشد که معمولا توسط سازندگان مشخص نمی شود .اگر گام صفحه مورد نیاز باشد می توان از طول صفحات فشرده که معمولا روی نقشه ها مشخص می شوند بصورت ذیل محاسبه می گردد :
که در آن تعداد کل صفحات می باشد .
قطر معادل کانال قطر معادل کانال با رابطه زیر محاسبه می شود:
سطح تر شده / سطح جریان در کانال ۴
(رابطه kumar) با این تقریب که می باشد .
ضریب انتقال حرارت هر سعی و تلاشی برای حدس ضریب فیلم انتقال حرارت در مبدل های حرارتی صفحه ای شامل بسز روابطی است که برای انتقال حرارت بین گذرگاههای جریان در دسترس هستند .روابط متداول برای محاسبات چنین گذرگاههای استفاده از روابط لوله هاست با این فرق که با تعریف قطر معادل برای گذرگاه غیردایره ای این قطر بجای قطر لوله دایره ای در رابطه جایگزین می شود :
که در آن قطر معادل تعریف شده بوسیله معادلات صفحه قبل است . مقادیر و n بستگی به مشخصه های جریان و زوایای شورون دارند که در جدول زیر می توان آنرا بدست آورد .انتقال از جریان آرام به آشفته در اعداد رینولدز کم رخ می دهد و در نتیجه مبدل های حرارتی صفحه ای ضرایب انتفال حرارت بزرگی را ایجاد می کنند . روش کاملا مستندی که برای حدس انتقال حرارت و افت فشارهای مبدل حرارتی صفحه ای برای محدوده وسیعی از صفحات با الگوی شورون وجود دارد را در ادامه به بحث خواهیم نشست . عد رینولدز بر مبنای سرعت جرمی در کانال بصورت دیل فرموله می شود :
و سرعت جرمی در کانال با رابطه ذیل ارائه می شود :
که در این رابطه تعداد کانال به ازای هرگذر بدست می آید :
که در آن تعداد کل صفحات و تعداد گذرها می باشد .
افت فشار در کانال
کل افت فشار شامل افت فشار اصطحکاکی کانال و افت فشار دهانه های خروجی و ورودی می باشد ضریب اصطحکاک برای افت فشار اصطحکاکی توسط معدله ذیل تعریف می شود :

که در این فرمول طول موثر جریان سیال بین دهانه های ورودی و خروجی می باشد و این طول موثر باید ضریب افزایش شکل موجی سطح نیز در نظر گرفته شود .این اثر در تعریف ضریب اصطحکاک و قطر معادل برای محاسبه عدد رینولدز به کمک رابطه kummar وارد شده است .بنابراین می توان را در نظر گرفت که فاصله عمودی دهانه ها می باشد که در شکل صفحات آنرا دیده ایم . ضریب اصطحکاک معادله افت فشار کانال بصورت ذیل فرموله می گردد :
مقادیر و در جدول صحه قبل بصورت توابعی از عدد رینولدز برای مقادیر متفاوت زاویه شورون ارائه شده است برای چیدمان های متفاوت سطح صفحه ، ضریب اصطحکاک برحسب عدد رینولدز باید توسط سازنده ارائه گردد .

افت فشار دهانه های ورودی و خروجی
مجموع افت فشار در دهانه های ورودی و خروجی جریان به فضای مابین دو صفحه مجاور (کانال ) می تواند بصورت تقریب ۴/۱ برابر مقدار هد سرعتی جریان تخمین زده شود بنابراین :
که در آن :
و در این فرمول کل نرخ جریان جرمی در دهانه و قطر دهانه است .
در نتیجه کل افت فشار اصطحکاکی کانال و دهانه ها عبارتست از :
ضریب کلی انتقال حرارت ضریب کلی انتقال حرارت برای سطح تمیز مطابق آنجه از یافته های انتقال حرارت بیاد داریم عبارتست از :
و تحت شرایطی که صفحات رسوب می گیرند و یا اصولا" در زمانهای بهره برداری می توان فرمول ذیل را جایگزین نمود :

که در آن c ,h به ترتیب نشانگر جریانهای گرم و سرد می باشد .رابطه بین برای شرایط تمیز و برای شرایط رسوب گرفته و ضریب تمیزی CF بصورت ذیل فرموله می شود :

مساحت سطح انتقال حرارت
رابطه موازنه گرمائی در مبدل های حرارتی صفحه ای مشابه مبدل های حرارتی لوله ای می باشد و مقدار حرارت مورد نیاز Q برای جریانهای سرد و گرم عبارتست از :

از سوی دیگر مقدار حرات مورد نیاز بدست آمده Qf برای شرایط رسوب گرفته بصورت ذیل تعریف می شود :
که در این معادله کل مساحت افزایش یافته بدلیل حرارت صفحات موثر یعنی می باشد که عدد ۲ مربوز به دو صفحه در مجاورت صفحات سر می باشد . در چیدمان های چند گذر یکسوی صفحه جداکننده گذرها دارای جریان هم جهت هستند که اثر ناچیزی بر متوسط اختلاف دما خواهد داشت .اگر جریان در تمامی گذرها هم جهت باشد برای بدست آوردن متوسط اختلاف دمایئ ضریب تصحیح f بکار می رود در غیر اینصورت برای آرایش مخالف جهت از متوسط واقعی اختلاف دما بشکل رابطه ذیل استفاده می شود :
که در آن و اختلاف دمای سیال گرم و سرد در انتهای ورودی و خروجی مبدل حرارتی هستند .
نمونه کاربرد روابط در طراحی مبدل های حرارتی صفحه ای
فرض می کنیم برای فرآیندی خاص سازنده ای مبدل حرارتی صفحه ای را پیشنهاد می کند برای محاسبه مقادیر نامی عملکرد مبدل مذکور بصورتی که در صفحات بعد خواهیم داد پیش خواهیم رفت .
مثال : اب سرد بوسیله جریان آب wastewater گرم خواهد شد .جریان آب سرد با نرخ جرمی ( ) در ۲۲ درجه سانتیگراد وارد مبدل حرارتی صفحهای می شود و تا ۴۲ درجه گرم می شود آب wastewater دارای همان نرخ جریان می باشد و در ۶۵ درجه وارد مبدل می شود و در ۴۵ دجه از آن خارج می شود .حداکثر افت فشار مجاز برای هر جریان می باشد .

محاسبات نشان می دهد که این مبدل حرارتی نسبتا" بزرگی است و می تواند علاوه بر جوابگوئی به نیازها و مشخصه های فرآیند ، کوچکتر انتخاب شود . لذا اضافه سطح طراحی برابر ۳۰٪ برای کاهش هزینه سرمایه گذاری ، ترجیح داده می شود و برنامه زمان بندی تمیزکاری می تواند بر طبق آن تنظیم گردد .بنابراین طرح پیشنهاد شده می تواند اصلاح گردد و مقادیر نامی عملکرد آن مجددا تعیین گردد . تحلیل افت فشار : برای محاسبه ضرائب اصططکاک سیال گرم و سرد با استفاده از معادله ضریب اصطحکاک می توان محاسبه کرد :
افت فشار اصططکاکی مربوط به جریانهای سرد و گرم با فرمول محاسبه می شود .
افت فشار در دهانه های ورودی و خروجی از معادله محاسبه می شود .با تعیین سرعت جرمی در دهانه ها :

محاسبه نشان می دهد که مبدل پیشنهاد شده فرآیند مورد نیاز و محدودیت افت فشار را جوابگو خواهد بود اما این مبدل می تواند کوچکتر باشد مگر آنکه تحت شرایط سخت رسوب استفاده شود .
مشعل :
مشعل Draft :

اکثرمشعل های شناخته شده از نوع Forced Draft هستند . این نوع مشعل به این صورت کار میکند که اکسید دهی به آن تحت فشسار صورت میگیرد . احتراق درون مشعل به وسیله دمنده صورت میگیرد . این نوع مشعل ها معمولا در صنایع شیمیایی و پتروشیمی در هیتر های سیالی کاربرد دارد . نکته مهم و مورد توجه در مشعل ها میزان انتقال حرارت است . در مشعل Natural – Draft معمولا شعله بلند تر از Forced Draft است ولی پیک دمایی آن پایینتر است . سیستم Forced Draft صدای بیشتری را در مقایسه با سیستم Natural Draft تولید میکند و این به خاطر وجود ادواتی از جمله فن و دمنده است .
Heating Tyre :
مشعل ها از نظر عملیاتی به دو صورت حرارت مستقیم و حرارت غیر مستقیم طبقه بندی میشوند . در حرارت مستقیم هیچ واسطی میان مواد اولیه و شعله وجود ندارد . در حرارت غیر مستقیم یک سطح واسطی میان بار و شعله قرار میگیرد مانند لوله های تشعشعی . این صفحه به این دلیل قرار میگیرد که از تماس محصولات احتراق با مواد اولیه جلوگیری کند تا مواد را آلوده نکند .جنس سطوح واسط از نوع سرامیک است گرچه در بعضی از مواقع از فلزات نیز استفاده میشود .
کاهش راندمان را به دو صورت خواهیم داشت : 1- تغییرات شیمیایی محصولات 2- تغییرات فیزیکی در سطوح واسط
فرایندهای متالوژی مثالی از تغییرات شیمیایی است که یک حفاظ از گازهای هیدروژن , نیتروژن , منو اکسید کربن و مقدار ناچیژی آب و اکسیژن روی فلز مینشیند و با کاهش انتقال حرارت راندمان را کاهش میدهد و یک مثال از تغییرات فیزیکی در خشک کن به وسیله پوشش یا جوهری که روی سطح پارچه ای در خشک کن است که گازهای احتراق میتوانند سطح را قبل از ورقه و جایی که جوهر قرار گرفته از بین ببرند .
نوع دیگر این کوره ها به صورت حرارت غیر مستقیم است که در آن گازهای از مواد اولیه جدا هستند و این به خاطر دلایل امنیتی است .برای مثال در فرایندی که سیال باید حرارت ببیند از لوله های فلزی داخل کوره استفاده میشود . این نوع کوره ها در فشار های بالا کار میکنند که این دلیلی است برای استفاده از لوله های فلزی , زیرا سیالات درون لوله ها اغلب هیدروکربن هستند و در فشارهای اتمسفری اگر به مقدار کافی در معرض اکسیژن قرار گیرند امکان اشتعال در حرارتهای بالا وجود دارد .
سیکلون یا جدا کننده گرد و غبار :

این وسیله یک اتاقک مخروطی شکل است که برای تمیز کردن جریان های گازی و یا هوا از گرد و غبار و یا ذرات سنگین طراحی شده است . با ورود جریان گاز به داخل سیکلون حرکت سریع پیچشی گریز از مرکزی درون آن ایجاد میشود و سبب میشود ذرات سنگین به سمت پایین ریخته و جریان عاری از آنها از بالای آن خارج شود . سعت ورود هوا به یک سیکلون 10 تا 20 متر بر ثانیه است که معمولا نزدیک 16 متر بر ثانیه میباشد . کیفیت جدا سازی در سرعت های پایین کاهش پیدا میکند . فع آلودگی های جامد از هوا و جریان های گازی از مهمترین دلایل تقاضا برای این وسیله است . سیکلون ها در سرعت بالایی از هوا موثر عمل میکنند و مزایای سیکلون به عنوان جداکننده مواد عبارتست از :
1- ساختمان ساده
2- نبود تحرکات در اجزا
3- اقامت کمتر مواد در وسیله
4- هزینه های کارکرد و سرمایه گذاری پایین
5- افت فشار ثابت

بویلر های بازیافت حرارتی (WBH) :
بویلر دستگاهی است که در آن با استفاده از گرمای احتراق آب به بخار تبدیل میشود
طبقه بندی بویلر ها بر اساس طبیعت منبع حرارتی :
1- انرژی از طریق مواد سوختی تامین میشود
2- تامین انرژی از طریق گازهای خروجی از فرایندهای شیمیایی
3- انرژی الکتریکی
4- واکنشهای هسته ای
یکی از مشکلات این وسیله تخلیه ضایعات جامد , مایع و گاز به محیط و ایجاد عوارض زیست محیطی است . زمانی که درجه حرارت بالاتر است حجم گازهای حاصل از احتراق بالاتر است و بازیابی انرژی برای تولید آب داغ و یا بخار به صرفه تر است . از مزایای بویلر میتوان به کاهش آلودگی آب و هوا اشاره کرد و دیگر کاهش تجهیزات ازجمله فن و دودکش . برای تعیین مشخصات یک سیستم موثر باید طبیعت جریان مانند آلاینده بودن , خورنده بودن و غیره توجه کرد . مواردی که در طراحی اولیه به آن توجه شود :
1- مسائل مربوط به ذرات غبار چسبنده
2- غبارهای سنگین
مسائل مربوط به ذرات غبار چسبنده در بخش جابجایی باید حذف گردد و در صورت نشستن آن روی مبدل در انتقال حرارت مشکل ایجاد میکنند و کارایی بویلر را پایین می آورد و از طرف دیگر گازهای داغ حاوی ذرات سنگین باعث ایجاد سایش در سیستم میشود . این سایش را میتوان با استفاده از قیف و سپرها و صفحات ویژه از بین برد . برای عدم سایش میتوان سرعت جریان گاز را نیز کاهش داد و این خود نیازمند بویلر بزرگتر و مطمئنا هزینه بیشتر خواهد بود .
غلظت خاکستر در جریان ورودی به بویلر باید از 5/0 گرم بر نیوتن مترمربع کمتر باشد که برای این امر از مکانیزم ضربه ای و دمنده دوده استفاه میشود از دیگر عواملی که بای توجه شو این است که اگر دمای گازها در حین تبادل حرارت به نقطه شبنم برسد باعث ایجاد اسیدهای گوگردی و کربنیک شده که این مواد خوردگی را در پی دارند .
انواع خوردگی :
1- خوردگی در دمای بالا
2- خوردگی در دمای پایین
خورگی در دمای بالا نیز به دو قسمت تقسیم میشود :
الف : خوردگی فاز مایع ناشی از نمکهای آلکانی ذوب شده
ب : خوردگی ناشی از حضور کلرید هیدروژن و کلرین
خوردگی فاز مایع مانند کلرید های فلزی با نقطه ذوب پایین که روی سطح لوله نشست کرده و آسیب میرساند . از روشهای کاهش این نوع خوردگی میتوان به موارد زیر اشاره کر :
1- کاهش دمای به دماهای ذوب نمکها
2- تمیز کردن سطوح لوله ها
3- افزایش فضای تابشی که به کاهش دمای گاز کمک میکند
4- ایجاد گردش جریان گاز که به پایین آمدن دمای گاز ورودی به بویلر صورت میگیرد
خوردگی کلرید هیدروژن و کلرین :
در طی فرایند احتراق مواد حاوی کلرین هیدروژن کلرید تولید میکنند و در دمای بالای 800 درجه فارنهایت رخ میدهد و در دماهای بالا باید به این موضوع توجه شود .
خوردگی در دماهای پایین :
این خوردگی در اثر وجود هیدرو برمید اسید , سولفوریک اسید و هیدرو کلریک اسید در جریان گاز و رسیدن این مواد به دمای نقطه شبنم ایجاد میشود .
عوامل موثر در انتخاب نوع بویلر :
1- بار حرارتی و دمای گازهای در دسترس جهت بازیافت حرارتی
2- طبیعت شیمیایی و خوردگی گازها
3- میزان غبار و طبیعت آن در گازها
4- تحت فشار بودن یا تحت مکش بودن گازها
5- فضای مورد نیاز و در دسترس محل خروجی جریان گاز و تجهیزات جانبی کوره از قبیل پیش گرم کن
بویلر از نوع Fire Tube :
گازهای حاصل از احتراق در داخل لوله ها جریان داشته و در محفظه ای که لوله ها را در بر دارد محتوی آب است . از خصوصایت این بویلر میتوان به تولید بخار با فشار پایین اشاره کرد و برای تولید بخار با فشارهای مناسب نیست .
بویلر Water Tube :
در این بویلر آب در داخل لوله جریان دارد و گازهای داغ از احتراق از روی لوله ها میگذرد . در این بویلر تولید بخار با فشار بالا مناسب است . تمیز کزدن سطح لوله آسانتر و سوختهای کثیف را هم میتواند بسوزاند . به منظور به حداقل رساندن میزان رسوبهای مواد چسبنده میتوان آنها را در ناحیه هایی با دمای گاز بالا قرار داد .
ضریب انتقال حرارت این نوع لوله ها در بویلر ها بیشتر از بویلرهای Fire tube سطح تبادل را کاهش میدهد و هزینه کمتری در بر دارد .
انواع بویلر های Water Tube :
1- Bent Tube
2- Stright Tube
Bent Tube به صورت چند ظرفه که دو , سه یا چهار درام دارد که درام پایینی جهت حذف لجنها و تغلیظ نمکها و درامهای بالا , درامهای آب و بخار نامیده میشوند . طراحی لوله ها ممکن است زاویه دار و یاعمودی و به صورت دسته لوله باشد و از بفل ها در مسیر گاز استفاده می شود.
از مزیت bent نسبت بهstraight میوان به موارد زیر اشاره کرد :
1- نرخ بخار تولیدی بیشتر
2- تولید بخار خشک
3- پاسخ سریعتر نسبت به تغییرات بار
4- امکان افزایش ظرفیت بویلر بدون افزایش قطر درامها
5- تشکیل کمتر رسوب و گرفتگی داخل لوله ها به دلیل وجود درام پایینی
6- امکان دسترسی بیشتر برای بازرسی و تمیزکاری و نگهداری
7- انعطاف پذیری بیشتر در طراحی
8- امکان انبساط و انقباض لوله ها
9- نیاز به فضای کمتر برای خارج کردن لوله ها
مبدل هایی با لوله های عمودی برای گازهای غبارهای سنگین کارایی بهتری دارند .جهت طراحی بویلر باید به پارامترهای زیر توجه شود :
1- طبیعت گاز ورودی به بویلر و چگونگی تشکیل آن
2- جریان گاز بر حسب واحد جرمی
3- آنالیز گازها , تعیین بخار آب , کلرید هیدروژن , اکسیدهای سولفور کلرید و گازهای دیگر که امکان خوردگی را بالا میبرد
4- غلظت خاکستر در جریان گاز و آنالیز آن
5- پارامترهای بخارو آب و خوراک مانند فشار و دمای آن
6- افت فشارهای مجاز گاز که هزینه عملیاتی را تعیین میکنند
7- خلوص بخار مورد نیاز و شیمی آب خوراک ( برای وسایل بعدی که پس از ری بویلر قرار میگیرند مانند توربین )
8- محدودیتهای فضایی
رسوب زدایی بویلر
پس از کارکرد طولانی بویلر رسوبی روی سطح لوله ها و کوره ایجاد میشود . این رسوب ممکن است به خاطر استفاده از سوخت سنگین باشد . اگرچه سوخت قبل از احتراق گرم و فیلتر میشود ولی هنوز هم دارای ناخالصی است . به علاوه احتراق ناقص نیز ایجاد دوده میکند . خود دوده ممکن است آتش بگیرد و ایجاد نقاط داغ محلی نماید و در نتیجه آسیب به اجزای بویلر بزند و از دیگر مضرات دوده میتوان حمل حرارت به سمت دودکش را نیز ذکر کرد .
روشهای برطرف کردن رسوب :
1- دمنده های دوده
2- مکانیزم ضربه ای
دمنده های دوده :
تجهیزاتی که برای حذف رسوبها در بویلر نصب میشوند . لوله های توخالی که سوراخهای بسیار ریزی در بدنه آن ایجاد شده است معمولا از بخار آب به عنوان ماده واسط دمنده دوده استفاده میشود . ابتدا با استفاده از شیر تخلیه آب احتمالی از داخل بخار گرفته میشود و بخار خشک با فشار و سرعت مناسب وارد لوله شده و در حالی که لوله حرکت میکند بخار خروجی از بدنه رسوبهای روی سطح لوله های انتقال حرارت را از بدنه جدا کرده و با خود حمل می نماید و نهایتا به همراه گازهای حاصل از احتراق از بویلر خارج میشود . از انواع دمنده میتوان مارپیچی , رفت و برگشتی , چرخشی و نوسانی را نام برد .
مکانیزم ضربه ای :
با زدن ضربه به سطوح گرمایی بخش جابجایی بویلر که رسوب گرفته دسته لوله ها مرتعش شده و مواد نشست کرده روی آن به پایین میریزد .نیازی به هوا یا بخار به عنوان واسط نیست . پارامترهای موثر این مکانیزم عبارت است از : انرژی ضزبه , فرکانس ضربه , رفتار ارتعاشی سطح حرارتی , معلق بودن سطح حرارتی و مشخصات ویژگیهای سطح رسوب
نتیجه گیری :
گازهای حاصل از سوزاندن باقیمانده های سنگین نفتی واحد هیدروکانورژن از نوع کثیف و حاوی ذرات جامد و خاکستر است به عبارت بهتر هدف از سوزاندن باقیمانده , تبدیل ترکیبات فلزی به اکسیدهای مربوطه و جمع آوری آنها میباشد .بویلر نوع Water Tube مناسب است و توانایی تولید بخار با شدت متوسط و بالا را دارد . لوله های عمودی به خاطر نشست کمتر جامد بهینه تر است . برای جمع آوری خاکستر ها در داخل بویلر از مکانیزم Soot Lowing Rapping استفاده میکنیم . در صورت احتمال خوردگی در دمای بالا میتوان از Super Heater و در صورت عدم شرایط خوردگی به خصوص دمای پایین از Economizer استفاده کرد .

منابع و مراجع:
1- کاتالیست های هترو‍نی/رستم مندگاریان
2- https://Ripi.ir
3-sciencedirect.com https://
4- فرآیند پالایش / گیتی ابولحمد / چاپ اول
5- پالایش نفت خام / تقی زاد / چاپ اول

1 منطق خود به دو بخش صوری و تحلیلی تقسیم می شود که بخش صوری صغری کبری و یا نتیجه است که در آن زمان
قسم صوری کاربرد داشت.

—————

————————————————————

—————

————————————————————

1