پایان نامه کارشناسی ارشد
گرایش سیستم های انرژی
چکیده
واحد تقطیر نفت خام یکی از مهمترین وبحرانی ترین واحد های عملیاتی هر پالایشگاه می باشد . این واحد غالباً نیازمند تجدید نظر در طراحی ساختار (Revamping) یا ایجاد تغییرات اندک در وضعیّت موجود آن بدون نیاز به کاهش یا افزایش دستگاههای اساسی فرآیند (Retrofiting) جهت دست یابی به ظرفیت بالاتر ، استحصال بیشتر فرآورده های مورد نظر ، کیفیت بالاتر و معمولاً سود اقتصادی بیشتر است. برداشتن محدودیّت ها و رفع گلوگاه از قابلیّتهای موجود معمولاً رایجترین روش جهت رسیدن به اهداف فوق با پذیرش کمترین ریسک می باشد.
اولین گام در تمامی پروژه های افزایش ظرفیت شناسایی قابلیّتها و محدودیّتهای سیستم موجود می باشد. در این پروژه نیز محدودیّتهای اساسی زیر شناسایی گردید:
توان بازیافت حرارت از جریان نفت سفید گردشی ( Kerosene Pump Around Duty )
بروز پدیده طغیان (Flooding) در برج تقطیر اتمسفری
توان حرارتی کوره
آنگاه با اِعمال روش تقطیر پیشرفته و نصب یک برج پیش تفکیک به جای ظرف Pre-flash Drum امکان رفع محدودیّتهای مذکور فراهم گردید.
تجزیه و تحلیل مطالب با شبیه سازی واحد موجود انجام گرفت و نتایج درخور توجهی به دست آمد. محدودیّتهای یاد شده فوق مرتفع شده ، امکان افزایش ظرفیّت حاصل گردید. مزایای اقتصادی ناشی از آن نیز قابل توجه می باشد.
واژگان کلیدی: تقطیر نفت خام ، افزایش ظرفیّت ، پیش گرمایش نفت خام ، تقطیر پیشرفته ، برج پیش تفکیک
هنگامی که یک شرکت پالایشی تصمیم به افزایش ظرفیت می گیرد طبیعتاً اولین واحدی که باید مورد ارزیابی قرار گیرد واحد تقطیر یا اصطلاحاً ( Topping Unit ) می باشد . سعی در برداشتن گلوگاهها از امکانات و قابلیتهای موجود که غالباً Retrofit Design گفته می شود ، کم هزینه ترین و سریعترین راه جهت دستیابی به ظرفیتهای تولید بالاتر با قبول کمترین ریسک می باشد.
بالا رفتن قیمت محصولات نفتی و به تبع آن هزینه های انرژی که به علت تحولات سیاسی و بین المللی صورت گرفته است باعث شد تا کشورهای صنعتی که بزرگترین مصرف کنندگان انرژی در جهان هستند تلاشهای بسیاری را به منظور بهینه سازی صنایع نفتی و پتروشیمیایی که بزرگترین و پر مصرف ترین صنایع از لحاظ مصرف انرژی می باشند ، انجام دهند . نتیجه این تلاشها عمدتاً به دو صورت زیر بیان می گردد :
کاهش مصرف انرژی به روش استفاده بهینه از انرژیهای موجود در واحد صنعتی مورد بحث
تجدید نظر در طراحی و ساختار واحدهای نفتی و پتروشیمی
معمولاً در روش اول نیازبه انجام تغییرات اساسی در ساختار واحد نمی باشد لذا هزینه های انجام شده کمینه خواهد بود . در حالیکه در روش دوم غالباً نیاز به انجام یک سری تغییرات جهت دستیابی به هدف مورد نظر می باشد .
در این بحث ابتدا مروری بر تئوری موجود در تقطیر معمولی خواهیم داشت. آنگاه به شرح تقطیر پیشرفته (Progressive distillation) و روشهای ممکن جهت اِعمال و به کارگیری آن (در واحد تقطیر 100 پالایشگاه آبادان) خواهیم پرداخت. سپس با انجام شبیه سازی شرایط مختلف فرایندی و میزان مصرف انرژی را در دو حالت تقطیر معمولی و پیشرفته مقایسه خواهیم کرد. همچنین توضیح مختصری در رابطه با شبیه سازی و نحوه انجام آن برای واحد مورد بحث داده خواهد شد.
تقطیر نفت خام
دستگاههای تقطیر نفت خام ، نخستین واحدهای فرآورش عمده در پالایشگاه هستند . این دستگاهها برای تفکیک نفت خام به روش تقطیر به اجزایی بر حسب نقطه جوششان به کار گرفته می شوند ، بدین ترتیب که منابع خوراک هر یک از واحدهای فرآورش بعدی با توجه به مشخصه های مورد نیازشان تهیه می شوند . به منظور دستیابی به بازدهی های بالاتر و هزینه های پایینتر ، تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می گیرد :
مرحله اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار جو
مرحله دوم ارسال باقیمانده دیر جوش مرحله اول به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلأ شدید عمل می کند .
از دستگاه تقطیر در خلأ ، برای جداسازی قسمت سنگینتر نفت خام به اجزاء مختلف استفاده می شود ، زیرا دمای بالایی که برای تبخیر این قسمت سنگین در فشار جو لازم است موجب کراکینگ گرمایی آن می شود که خود موجب ضایعات ناشی از تولید گاز خشک ، و همچنین تغییر رنگ محصول و قشر بستن تجهیزات براثر تولید کک می شود .
) نمک زدایی از نفت خام
چنانچه نمک موجود در نفت خام از 10 lb/ 1000 bbl ( بر حسب مقدار NaCl ) بیشتر باشد ، نفت خام باید نمک زدایی شود تا از قشر بستن و خوردگی براثر نمک در سطوح انتقال گرما و همچنین تولید اسیدها از طریق تجزیه نمکهای کلر دار جلوگیری به عمل آید . به علاوه ، برخی از فلزاتی که به صورت ترکیبات غیر آلی محلول در آب که با نفت خام تولید امولسیون نموده و سبب غیر فعال شدن کاتالیزور در واحدهای فرآورش کاتالیستی می شوند ، نیز ، در فرآیند نمک زدایی حذف می شوند
گرایشی که برای پالایش نفت خامهای سنگینتر وجود دارد ، بر اهمیت نمک زدایی مؤثر نفت خام افزوده است . معیاری که برای نمک زدایی از نفت خام تا سالهای اخیر مورد استفاده قرار می گرفت ، حضور 10 lb نمک یا بیشتر ( برحسب NaCl ) در 1000 bbl نفت خام بوده است . ولی اکنون بسیاری از شرکتها تمامی نفت خامها را نمک زدایی می کنند . در توجیه این عمل اضافی ، کاهش قشر بستن و خوردگی دستگاهها و افزایش طول عمر کاتالیزور عنوان می شود . در صورتی که مقدار نمک نفت خام بیش از 20 پوند در هر هزار بشکه باشد ، از نمک زدایی دو مرحله ای استفاده می شود ، و در مواردی باقیمانده ها به روش کاتالیستی فرآورش می شوند ، برای برخی از نفت خامها از نمک زدایی سه مرحله ای استفاده می شود .
نمک در نفت خام بصورت حل شده و یا بصورت بلورین و معلق در آب که با نفت خام امولسیون می دهد وجود دارد . اساس روش نمک زدایی از نفت خام ، شستشوی نمک موجود با آب است . در اینجا مسائلی در اختلاط مؤثر و اقتصادی آب و نفت و همچنین مرطوب سازی ذرات جامد معلق با آب و جدا سازی آب شستشو از نفت بروز می کند . pH ، چگالی و ویسکازیته نفت خام و همچنین نسبت حجم آب شستشو به حجم نفت خام در سهولت تفکیک و بازدهی مؤثرند .
دومین هدف مهم از نمک زدایی ، حذف مواد جامد معلق در نفت خام است . این مواد معمولاً عبارتند از : ذرات ریز ماسه ، رس ، خاک و ذرات اکسید آهن و سولفید آهن جدا شده از خطوط لوله ، مخازن و نفت کشها ، و سایر منابع آلاینده ، که در مرحله انتقال ویا بهره برداری وارد نفت خام می شوند . %60 و یا حتی % 80 کل ذرات جامد معلق بزرگتر از 8/0 میکرون باید حذف شوند .
نمک زدایی به روش اختلاط نفت خام با 3 تا 10 درصد حجمی آب ، در دماهای 90 تا 150 درجه سانتی گراد انجام می شود . نسبت آب به نفت خام و نیز دمای انجام این عملیات ، توابعی از چگالی نفت خام هستند .
(جداول در فایل اصلی موجود است)
Abstract
Crude distillation is one of the central and critical operating processes in a petroleum refinery and often revamping or retrofitting of the atmospheric column is necessary to increase throughput, fractionation product yield and quality and, ultimately, profit. Existing facility debottlenecking is an attractive method for increasing production with a minimum risk.
The aim of this work is to examine and to show the effect of the adding a prefractionator tower at the upstream of the atmospheric tower of on the energy conditions of the unit .
Preflash column is a distillation tray tower. It operates at around 180-200 Deg C with 4 barg top pressure. Located in Crude preheat train at a place where Crude is likely to attain about 180-200 Deg C, it separates water vapor, LPG and Naphtha fractions from the Crude as products.
From the bottom of the preflash column, remaining Crude will continue to go through the preheat train, fired heater and then to the flash zone of the Crude Column.
Because of eliminating all of the light ends ,LPG and most of Naphtha from the Crude, thereby reducing the load on the atmospheric Crude tower, heater and Kerosene pumparround cooler duty.
The plant is considered including its exchanger network, the furnace and the main column which is characterised by two pumparound and two side strippers.
The analysis started from a simulation of existing plant: all the data utilized in the simulation were obtained from the plant considered at steady state condition and with the most frequent product specifications. The simulation is implemented, by means the ”HYSYS REFINERY” software. The feed was characterised by exploiting the true boiling point (T.B.P.) curve of the crude, whereas the products were identified by means of the corresponding ASTM-D86 curve. Good agreement was obtained between the field data and the model calculated ones.
The first step in any revap or retrofit is to properly determine the unit’s capabilities and limits. The atmospheric column performance limited crude throughput and product yields. Simulation analysis showed that the major equipment limitations (on the mentioned plant) is :
Duty of Kerosene Pump Around and related exchangers
Furnace Duty
Atmospheric column diameter
The results obtained show that this solution can be economical. In the other word, doing this idea will increase the plant throughput with corresponding advantages in the economy.
Keywords: Revamping, Preflash, Prefractionator, Progressive Distillation, Crude Distillation