17226

17226

طراحي فرآيند تلفيقي گوگردزدايي هيدروژني و اكسايشي

كارشناسي ارشد

ترموديناميك و سينتيك

بهمن 1395

دكتر محمدرضا دهقاني

مهندسي شيمي نفت و گاز

روند تدريجي كاهش حد مجاز ميزان گوگرد در سوخت توسط اتحاديه اروپا در سال‌هاي اخير نشان دهنده‌ي اهميت فرآيند گوگردزدايي است. كاهش ميزان گوگرد موجود در سوخت به كم‏تر از ppmw 10، با استفاده از فرآيند گوگردزدايي‏هيدروژني معمول نيازمند شرايط عملياتي بالا و در نتيجه افزايش هزينه‏ها است. در بين روش‌هاي گوناگون گوگردزدايي، كه براي جايگزيني و يا تكميل فرآيند گوگردزدايي‏هيدروژني مطرح مي‌‌شوند، گوگردزدايي‏اكسايشي يكي از بهترين گزينه‌ها است. زيرا اين روش نياز به شرايط عملياتي سخت ازجمله دما و فشار بالا و هم‏چنين استفاده از هيدروژن گران‏‏قيمت ندارد. با توجه به مطالب فوق، هدف اين پژوهش، پيشنهاد و ارزيابي يك فرآيند گوگردزدايي با بهره‏وري و گزينش‏پذيري بالا در مقياس صنعتي است. فرآيند پيشنهادي، تلفيق دو فرآيند گوگردزدايي‏هيدروژني و اكسايشي به منظور بهبود شرايط عملياتي است. تركيبات آلي گوگرددار موجود در خوراك هيدروكربوري (C10-C30)، بنزوتيوفن و دي‏بنزوتيوفن هستند و مقدار گوگرد موجود در آن‏ها ppmw 22600 است. براي اين منظور در مرحله اول فرآيند گوگردزدايي‏هيدروژني متشكل از يك راكتور جريان پلاگ سه بستري در مقياس صنعتي تحت شرايط ملايم ℃ 311 و 24 بار و جريان گازي شامل wt% 35 هيدروژن، شبيه‏سازي شده و مقدار گوگرد موجود در خوراك به ppmw 1148 كاهش يافته است. در مرحله دوم براي حذف گوگرد موجود در دي‏بنزوتيوفن، خوراك هيدروكربوري وارد واحد گوگردزدايي‏اكسايشي مي‏شود. اين واحد از دو بخش واكنش اكسيداسيون و استخراج مايع - مايع تشكيل شده است. بخش واكنش از سه راكتور مخزني همزن‏دار سري تشكيل شده است. براي انجام اين واكنش از هيدروژن‏پراكسيد (wt% 30) و استيك‏اسيد به ترتيب به عنوان اكسيدكننده و كمك‏اكساينده استفاده شده است. پس از آن براي حذف تركيبات آلي گوگرددار اكسيد‏شده از واحد استخراج مايع - مايع استفاده مي‏شود. استونيتريل به عنوان حلال با گزينش‏پذيري بالا انتخاب شده و با نسبت حجمي 1:1 نسبت به هيدروكربورها منجر به حذف كامل گوگرد مي‏شود. سپس حلال براي استفاده مجدد بازگرداني‏ مي‏شود. سرانجام، فرآيند طراحي‏ شده از نظر هزينه و شرايط عملياتي فرآيند بهينه‏سازي گرديد و به دليل كاهش شرايط عملياتي فشار (70 بار به 24بار) و دما (℃ 370 به ℃ 311) در بخش واكنش، شاخص ايمني فرآيند نسبت به فرآيند گوگردزدايي‏هيدروژني معمول 2 واحد كاهش يافته و در نتيجه منجر به افزايش قابل توجه ايمني فرآيند شده كه در پايان فصل چهارم و پيوست (الف) به تشريح كامل آن پرداخته شده است.

1396/02/12

1/1/1900 12:00:00 AM

Gradual reduction of the sulfur limits in fuels by the European Union in recent years indicates the importance of desulfurization process. Reducing the amount of sulfur in fuels to less than 10 ppm by conventional hydrodesulfurization process requires severe operating conditions an​d high investment an​d operating costs. Among the various desulfurization methods that are used for completion the hydrodesulfurization process, oxidative desulfurization is one of the best options because this method doesn’t require harsh temperature an​d pressure as well as the consumption of expensive hydrogen gas. According to the above, this paper is addressed a desulfurization process with high efficiency an​d selectivity in industrial scale. The proposed process is combined with two hydrodesulfurization an​d oxidative desulfurization. Organic sulfur compounds that are present in hydrocarbon feed (C1-C30) are Benzothiophene an​d dibenzothiophene by 22600 ppm sulfur. For this purpose in the first stage a hydrodesulfurization process that includes a plug flow reactor under mild conditions i.e. 311 ℃ an​d 24 bar an​d 35 wt% of hydrogen gas flow is simulated. As a result, the amount of sulfur is reduced to 1148 ppm. In the second stage for removing the residual sulfur, the hydrocarbon feed is introduced into an oxidative desulfurization process. Two sections are present in oxidative desulfurization process: oxidation reaction an​d liquid-liquid extraction. The reaction section consists of three continuous stirred tank reactors. For performing the oxidation reaction hydrogen peroxide is used as an oxidant (30 wt%) an​d acetic acid as co-oxidizer. Then for removing the oxidized organic sulfur compounds, liquid-liquid extraction unit is used. Acetonitrile with high selectivity is used as a solvent an​d the volume ratio of 1:1 with respect to hydrocarbons is caused to complete sulfur removing. Then solvent is recovered for reuse. Finally the process was optimized in terms of cost an​d process operating conditions an​d because of the reduction of operating conditions (pressure: 70 to 24 bar, temperature: 360 ℃ to 311 ℃) in reaction section, the Inherent Safety Index (ISI) in comparison of hydrodesulfurization process is reduced an​d as a result the safety of the process is increased dramatically.