يك فرايند شامل اجزايي است كه در واحدهاي عملياتي، مخلوط، جداسازي، گرم، سرد و تبديل مي‌شوند. اين اجزا از طريق مخلوط جريان بين تجهيزات جدا مي‌شوند. شبيه‌سازي به ما اين اجازه را مي‌دهد که رفتار يك فرايند را به وسيلهﻱ موازنهﻱ جرم و انرژي، معادلات حالت و واکنش‌‌های شيميايي پیش‌بینی کنیم. شما مي‌توانيد با استفاده از داده‌هاي ترموديناميكي قابل اطمينان، شرايط عملياتي واقعي تجهيزات را به دست آورده و رفتار واقعي را شبيه‌سازي كنيد. فرايند شبيه‌سازي شده به شما اجازهﻱ موازنهﻱ واحد، تجزيه و تحليل، مطالعهﻱ حساسيت و بهينه سازي را مي دهد. با استفاده از شبيه‌سازي شما مي توانيد در جهت سود دهي بهتر، فرايند را طراحي كنيد.

در دنیای رقابتی امروز شرکت‌های مهندسی و تولیدکنندگان به سرعت و دقت بیشتر در طراحی بهینه فرایندهای تولید نیاز دارند، این کار به صورتی انجام می‌گیرد که حداقل تکرار محاسبات را به دنبال داشته باشد. شبیه‌سازی فرایند ابزاری است مفید و ﻣﺆثر برای دست یابی به اهداف زیر:

 -انتخاب بهینه و درست تجهیزات مطابق با اهداف مورد نظر

   -ارزیابی صحیح تأثیر تغییرات خوراک، نوسانات و خارج از سرویس بودن تجهیزات

  - ایمنی، قابلیت اعتماد و سودمندی در طول عمر مجتمع

در جدول زير برخي از نرم افزارهاي رايج شبيه سازي به همراه مقايسه قابليت‌هاي هر يك ارائه شده است:

 

 منبع:

آشنایی با مهندسی شیمی - انتشارات اندیشه سرا ۱۳۸۷

 

برش هیدروکربنی بنزین از روشهای مختلفی تولید می شود که می توان آنها را به دو دسته کلی فیزیکی و شیمیایی تقسیم کرد. روشهای فیزیکی برمبنای جداسازی ترکیبات مختلف نفت خام از یکدیگر و تولید انواع برشها هیدروکربنی می باشد، اما روشهای شیمیایی از طریق انجام واکنشهای شیمیایی روی برخی ترکیبات هیدروکربنی سنگین و یا سبک و تبدیل آنها به  محصولات مورد نظر انجام می گیرد.

1- روشهای فیزیکی

در واقع تولید فیزیکی بنزین از طریق جداسازی برشهای مختلف نفت از یکدیگر، تنها از یک روش انجام می پذیرد و آن نیز روش تقطیر اتمسفری در پالایشگاه می باشد. می توان تقطیر اتمسفری را نخستین گام پالایش نفت خام در یک پالایشگاه دانست (شکل زیر ).

نفت خام پس از نمک زدایی، به داخل یک سری تبادلگر گرمایی پمپ می شود و دمای آن پس از تبادل گرما با فرآورده های خروجی به ºC 288 می رسد. سپس نفت خام در کوره ای (یعنی کوره های شعله مستقیم یا "کوره های لوله ای") حرارت بیشتری می بیند تا دمایش به حدود ºC399 برسد و پس از آن به منطقه تبخیر سریع تفکیک کننده های اتمسفری (محل ورود خوراک به برج که باعث فلش شدن خوراک و تبخیر ناگهانی آن می گردد) وارد می شود. دمای تخلیه کوره به اندازه کافی زیاد است (343 تا ºC399) تا موجب تبخیر تمام فرآورده های حرکت کننده به بالای منطقه تبخیر سریع برج، به علاوه حدود 10 تا 20 درصد باقیمانده های کف برج شود. این 10 تا 20 درصد تبخیر اضافی موجب می شود تا در سینی های بالای منطقه تبخیر سریع برج، نوعی تفکیک اجزاء به کمک جریان بازروانی درونی، مازاد بر جریانهای خروجی، صورت پذیرد.

جریان بازروانی از طریق مایع کردن جریان بخار خروجی بالای برج و بازگردانیدن بخشی از آن به بالای برج و همچنین، گردش جانبی و بازگردانی جریانها در قسمت پایینتر برج انجام می پذیرد. هر یک از فرآورده های جانبی که از برج خارج می شوند، مقدار جریان بازروانی در پایین منطقه خروج جریان را تقلیل می دهند.

اگر چه در برج تقطیر نفت خام، معمولا از ریبویلر استفاده نمی شود، غالبا چند سینی در زیر منطقه تبخیر سریع تعبیه می شود تا بخار آب از سینی پایین برای تبخیر باقیمانده نفت گاز از مایع در منطقه تبخیر سریع وارد ستون شود و بدین ترتیب، جریان خروجی پایین برج با نقطه ی اشتعال بالا بدست آید. بخار آب موجب کاهش فشار جزیی هیدروکربنها می شود و بنابراین دمای تبخیر مورد نیاز نیز کاهش می یابد.

برج تقطیر اتمسفری، معمولا دارای 30 تا 50 سینی تفکیک است. جدا کردن مخلوطهای مرکب از نفت خام، نسبتا به آسانی انجام می شود و معمولا از 5 تا 8 سینی برای هر محصول جانبی به علاوه همین تعداد سینی در بالا و پایین سینی خوراک، ضروری است. بنابراین یک برج اتمسفری تقطیر نفت خام با چهار جریان جانبی خروجی به 30 تا 42 سینی نیاز خواهد داشت.

چون مواد سبکتر وارد مواد سنگینتر می شوند و با آنها در هر سینی درحال تعادل می باشند لذا جریانهای مایع جانبی که از برج خارج می شوند، مقداری مواد با نقطه ی اشتعال پایین به همراه خواهند داشت بدین ترتیب نقطه ی اشتعال مایعات خروجی از ستون را کاهش می دهند. در یک برج عریان سازی شامل 4 تا 10 سینی، این مواد سبک به کمک بخار آب تزریق شده از سینی پایینی، از جریان جانبی جدا می شوند. بخار آب و مواد سبک به منطقه تبخیر برج اتمسفری، در بالای نقطه ی خروج جریان جانبی مربوطه بازگردانده می شوند.

پنتان و مواد سنگینتری که از بالای برج خارج شده اند در چگالنده بالای برج تقطیر اتمسفری مایع می شوند. این بخش که جریان بنزین سبک بالای برج را تشکیل می دهد، دارای مقداری پروپان و بوتان و عمدتا همه مواد دیرجوشتر موجود در فاز بخار بالای برج می باشد. بخشی از این مایع به عنوان مایع بازروانی به بالای برج برگردانده می شود و بقیه به قسمت تثبیت واحد صنعتی گاز پالایشگاه فرستاده می شود و در آنجا پروپان و بوتان از بخش (Fº 180 – C₅ ) Cº82 – C₅  بنزین LSR جدا می شوند.

البته بنزین مستقیم تقطیر معمولا دارای اکتان پایینی است. بنابراین بخشی از آن برای افزایش اکتان تحت عملیات فرآیند های اصلاحی مثل رفورمینگ قرار می گیرد. خوراک این واحدها بنزین مستقیم و نفتا است که همگی عدد اکتان پایین دارند.

مشکل اساسی تولید بنزین از روش تقطیر، حجم محدود آن خصوصا برای نفت خام های سنگین می باشد. بطور مثال برای نفت خام با 34.2º API ،میزان بنزین و نفتای حاصل از تقطیر % 33.5 بوده، برای 26.4º API ، حدود % 24.4 می شود، و برای 23.8º API (نفت خام سنگین) به % 17.9 خواهد رسید. بنابراین روش تقطیر نمی تواند میزان کافی بنزین جهت بازار مصرف تولید نماید و لازم است از عملیات بر مواد سنگین (مازوت) و سبک (گازهای پالایشگاه) از روشهای شیمیایی جهت افزایش تولید بنزین استفاده نمود. 

2- روشهای شیمیایی

روشهای شیمیایی متعددی برای تولید بنزین وجود دارد ولی می توان مهمترین آنها را روشهای کراکینگ کاتالیستی، هیدروکراکینگ، و آلکیلاسیون دانست. هر کدام از این روشها به شکلهای مختلفی صورت می گیرد که هر روش متعلق به یکی از شرکتهای نفتی می باشد.

2-1- کراکینگ کاتالیزی

کراکینگ کاتالیستی مهمترین و رایجترین فرآیند پالایشگاهی برای تبدیل نفت خام های سنگین به مواد پر ارزشتری مانند بنزین و محصولات سبکتر است. در آغاز، کراکینگ به کمک گرما انجام می شد ولی فرآیند کاتالیستی بدلیل تولید مقدار بیشتر بنزین با عدد اکتان بالاتر و مقدار کمتری نفت کوره ی سنگین و گازهای سبک، تقریبا به طور کامل جایگزین کراکینگ گرمایی شده است. گازهای سبکی که در کراکینگ کاتالیستی تولید می شوند، در مقایسه با کراکینگ گرمایی محتوی اولفینهای بیشتری هستند.

 

جدول 1  مقایسه محصولات  کراکینگ گرمایی و کاتالیستی

 

فرآیند کراکینگ، تولید کربن (کک) می کند که روی ذرات کاتالیست زئولیت باقی می ماند و به سرعت، فعالیت آن را تقلیل می دهد. بمنظور حفظ فعالیت کاتالیست در سطح مورد نیاز باید کاتالیست را از طریق سوزاندن این کک با هوا بازیابی کرد. بنابراین کاتالیست بطور مداوم بین واکنشگاه و بازیاب در حرکت است (شکل زیر). واکنش کراکینگ، گرماگیر و واکنش بازیابی گرمازاست.

متوسط دماهای واکنشگاه بین Cº 480-540 و دماهای نفت ورودی بین Cº 260-425 ، و دماهای خروج از بازیاب Cº 815-650 می باشد. فرآیندهای کراکینگ کاتالیستی امروزی را می توان در دو گروه: واحدهای متحرک بستر و واحدهای سیال بستر، طبقه بندی کرد. در هر دو گروه تغییراتی طبق نظر طراح و یا سازنده صورت می گیرد ولی عملیات پایه در دو گروه بسیار شبیه یکدیگر است. فرآیند کراکینگ ترمافور (TCC) نمونه ای از واحدهای بستر متحرک، و کراکینگ کاتالیستی سیال بستر (FCC) نمونه ای از واحدهای مجهز به بستر سیال است. امروزه تعداد بسیار معدودی از واحدهای TCC در حال کار هستند، در حالی که واحدهای FCC بسیار رایج شده اند.

جریانهای فرآیندی واکنش در همه انواع واحدها مشابه هستند. خوراک نفت کوره (مازوت) داغ با کاتالیست داغ خروجی از فعال کننده در خط بالابرنده خوراک یا در واکنشگاه تماس حاصل می کند. با پیشرفت واکنش کراکینگ، فعالیت کاتالیست بدلیل پیدایش کک در سطح آن به سرعت فروکش می کند. کاتالیست و هیدروکربن به روش مکانیکی از هم جدا می شوند و نفت باقیمانده بر روی کاتالیست، پیش از ورود به بازیاب به وسیله بخار آب جدا می شود. بخار نفت از قسمت بالا گرفته می شود و به برج تقطیر جز به جز ارسال می گردد تا در آنجا به جریانهایی با گستره ی جوش مورد نظر تفکیک شود.

کاتالیست مصرف شده وارد بازیاب می شود و با سوخته شدن رسوب کک به کمک هوا، دوباره فعالیت خود را باز می یابد. دمای بازیاب به دقت تنظیم می شود تا در عین حال که مقدار کربن مورد نظر سوزانده می شود، از افزایش زیاد دما که منجر به کاهش فعالیت کاتالیست می شود احتراز گردد. گازهای خروجی در جداکننده های سیکلونی و رسوب دهندگان الکتروستاتیکی از ذرات کاتالیست تفکیک می شوند. در برخی از واحدها، پیش از تماس کاتالیست با نفت ورودی، اکسیژن جذب سطحی شده توسط کاتالیست، به هنگام خروج از بازیاب توسط جریان بخار آب از آن جدا می شود.

2-2- هیدروکراکینگ کاتالیستی

با اینکه هیدروژن دار کردن یکی از قدیمیترین فرآیندهای کاتالیستی در پالایش نفت است، ولی تنها در سالهای اخیر هیدروکراکینگ در آمریکا و سایر نقاط جهان توسعه زیادی یافته است. این توجه به هیدروکراکینگ چندین علت داشته که برخی از آنها عبارت اند از :

1-    نوع تقاضا برای فرآورده های نفتی تغییر کرده است و در خواست برای بنزین، در مقایسه با مواد میان تقطیر بالا رفته است.

2-    در سالهای اخیر هیدروژن با قیمت ارزان و به مقدار زیاد به عنوان فرآورده ی جنبی عملیات رفرمینگ (تبدیل) کاتالیستی به دست می آید.

3-    مسائل زیست محیطی که موجب محدودیت غلظتهای گوگرد و ترکیبات آروماتیکی در سوختهای موتوری شده است.

در سال 1927 فرآیند هیدروکراکینگ به صورت تجارتی به وسیله ی صنایع آی،جی،فاربن برای تبدیل لیگنیت به بنزین به کار رفت و در اوایل دهه ی 1930 شرکت تحقیقاتی و مهندسی اسو از آن برای بهبود کیفیت خوراکهای نفتی و فرآورده ها در آمریکا استفاده کرد ولی نخستین واحد هیدروکراکینگ تقطیری امروزی را شورون در سال 1958 به صورت تجارتی راه اندازی کرد. بعدها کاتالیستهای مرغوبتری تولید شدند که انجام عملیات در فشارهای متوسط را ممکن ساختند و از طرفی، تقاضا برای بنزین با عدد اکتان بالا و کاهش مصرف سوختهای تقطیری، لزوم تبدیل مواد نفتی دیر جوشتر را به بنزین و سوخت جت فرآهم ساخت.

برای هر پالایشگری موازنه ی فرآورده ها از اهمیت زیادی برخوردار است. البته راههای بسیاری برای موازنه ی فرآورده ها با توجه به میزان تقاضا وجود دارد ولی روشهای نسبتا معدودی می توانند انعطاف پذیری هیدروکراکینگ کاتالیستی را ارائه دهند. برخی از مزایای هیدروکراکینگ عبارت اند از:

1-    موازنه بهتر بنزین و تولید فرآورده های تقطیر شده

2-    بهره ی بیشتر تولید بنزین

3-    بهبود کیفیت اکتان و حساسیت گروه بنزین

4-    تولید مقادیر نسبتا زیاد ایزوبوتان در بخش بوتان

5-    مراحل تکمیل کراکینگ کاتالیستی سیال بستر به منظور پالایش مواد خام سنگین کراکینگ، آروماتیکها، نفتهای حلقوی، و نفتهای واحد کک سازی به بنزین، سوخت جت و نفت کوره ی سبک

در پالایشگاه های امروزی، کراکینگ کاتالیستی و هیدروکراکینگ به صورت گروهی کار می کنند. در کراکینگ کاتالیستی از نفت گازهای اتمسفری و خلاء که پارافینی هستند و آسانتر شکسته می شوند به عنوان خوراک استفاده می شود در حالی که خوراک هیدروکراکینگ، گازوئیل سنگین حلقوی و VGO که آروماتیکی ترند و نیز فرآورده های تقطیری حاصله از واحد کک سازی می باشند. این جریانها بسیار نسوز بوده و در مقابل کراکینگ کاتالیستی مقاوم اند در حالی که فشارهای بالاتر و اتمسفر هیدروژن هیدروکراکینگ، باعث بهبود کراکینگ آنها می شود. کاتالیستهای زئولیتی جدید برای کراکینگ به اصلاح بهره ی تولید بنزین و اکتانها از واحدهای کراکینگ کاتالیستی و نیز کاهش منابع حلقوی و تولید گاز کمک می کنند. نفتهای حلقوی که از عملیات کراکینگ با کاتالیستهای زئولیتی به دست می آیند، به شدت آروماتیکی می باشند و برای سوختن نا مناسب هستند، بنابراین خوراکهای بسیار خوبی برای واحد هیدروکراکینگ محسوب می شوند.

گاهی اوقات موادی در گستره ی جوش سوخت دیزل در خوراک واحد هیدروکراکینگ گنجانده می شود تا بدین ترتیب فرآورده های سوخت جت و بنزین موتور تولید گردد. هم از فرآیند جریان مستقیم و هم از فرآیند FCC LCO می توان استفاده کرد و در برخی موارد LCO صددرصد به کار گرفته می شود.

علاوه بر مواد میان تقطیر و نفتهای حلقوی که به عنوان خوراک واحدهای هیدروکراکینگ به کار می روند، می توان از نفت کوره های باقیمانده و باقیمانده ی تقطیر در خلاء استفاده کرد. معمولا چنین موردی نیاز به فن آوری متفاوتی دارد.عملیات هیدروکراکینگ را به دو نوع فرآیند کاری تقسیم می کنیم:

-         فرآیندهایی که بر روی خوراکهای تقطیر شده انجام می شوند (هیدروکراکینگ)

-         آنهایی که بر روی مواد باقیمانده ای صورت می گیرند (فرآورش با هیدروژن)

این فرآیندها مشابه اند و بعضی فرآیندهای به ثبت رسیده را می توان در مورد هر دو نوع خوراک، اعمال کرد. ولی تفاوتهای عمده بین این دو فرآیند، مربوط به نوع کاتالیست و شرایط عملیات است. در طول مراحل طراحی واحد هیدروکراکینگ، می توان فرآیند را به گونه ای طرح ریزی کرد که بتواند باقیمانده ی سنگین را به سوختهای سبکتر، و یا نفتاهای تقطیر مستقیم را به گازهای مایع تبدیل کند. چنین کاری پس از احداث واحد صنعتی، دشوار است زیرا فرآورش باقیمانده ها با توجه به حضور عواملی چون آسفالتنها، خاکستر و فلزات در خوراک، نیاز به شرایط ویژه ای دارد. منابع خوراک و فرآورده های نوعی برای واحدهای هیدروکراکینگ در جدول ۲ آمده است.

 

جدول ۲  محصولات مختلفی که به وسیله خوراک های متفاوت وارد شده به واحد هیدروکراکینگ ایجاد می شود.

 

با اینکه صدها واکنش شیمیایی به طور هم زمان در طی هیدروکراکینگ صورت می گیرند، نظر عمومی چنین است که مکانیزم هیدروکراکینگ همان مکانیزم کاتالیستی است، به علاوه هیدروژن دار شدن که به دنبال آن صورت می گیرد. کراکینگ کاتالیستی، شکسته شدن پیوند کربن- کربن ، و هیدروژن دار شدن، افزایش هیدروژن به پیوند دوگانه کربن- کربن است.

این واکنشها نشان می دهند که کراکینگ و هیدروژن دار شدن مکمل یکدیگرند زیرا کراکینگ، اولفینها را برای هیدروژن دار شدن بعدی تولید می کند، در حالی که واکنش هیدروژن دار شدن، به نوبه ی خود، گرمای لازم برای کراکینگ را تامین می کند. واکنش کراکینگ، گرماگیر و واکنش هیدروژن دار شدن، گرمازاست. در کل واکنش، ایجاد گرما می کند زیرا مقدار گرمای آزاد شده در نتیجه ی واکنشهای هیدروژن دار شدن، بسیار بیشتر از مقدار گرمای مصرفی در واکنشهای گرماگیر کراکینگ است. این گرمای اضافی موجب افزایش دمای واکنشگاه و افزایش سرعت واکنش می شود. برای جذب مقدار گرمای اضافی واکنش، هیدروژن سرد در واکنشگاه تزریق می شود.

واکنشهای هیدروکراکینگ، معمولا در دمای بین 290 تا Cº400 و فشارهای بالای واکنشگاهی بین  8275 تا kPa 13800 صورت می گیرد. گردش مقدار زیاد هیدروژن همراه با خوراک از آلودگی بیش از حد کاتالیست جلوگیری می کند و امکان می دهد که کاتالیست به مدت طولانی بدون نیاز به بازیابی، بصورت بستر آکنده کار کند. به منظور حذف سموم کاتالیست و افزایش طول عمر آن، خوراک باید به دقت آماده شود. برای حذف ترکیبات گوگردی و نیتروژنی و نیز فلزات، خوراک را پیش از ارسال به اولین مرحله ی هیدروکراکینگ هیدروژن دار می کنند و گاهی نیز برای این منظور از اولین واکنشگاه در زنجیره ی واکنشگاه ها استفاده می شود.

2-3- آلکیلاسیون

اگر چه آلکیل دار کردن در فشار و دمای بالا بدون نیاز به کاتالیزگر میسر است، ولی تنها فرآیندهایی از اهمیت اقتصادی برخوردار هستند که در دمای پایین و در مجاورت سولفوریک اسید، هیدروفلئوریک اسید و یا سایر کاتالیستها انجام می شوند. واکنشهای آلکیل دار کردن در این نوع فرآیندها، پیچیده اند و منجر به فرآورده هایی با گستره جوش وسیع می شوند. با انتخاب مناسب شرایط عملیاتی، بیشتر فرآورده ها در گستره جوش بنزین با عداد اکتان موتوری 88 تا 94 و اعداد اکتان پژوهشی 94 تا 99 قرار می گیرند.

در دهه 1930 گروهی  از محققان شرکت UOP کشف کردند که ایزوآلکانها در حضور اسیدهای قوی در شرایط نسبتا متوسط و ملایم با آلکن ها واکنش می دهند و هیدروکربنهای اشباع شده بوجود می آورند.

فرآورده اصلی آلکیلاسیون طبق واکنش زیر براساس ایزوبوتان و بوتن ها، آلکیلات است که نوعی ترکیب پارافینی شاخه دار 8 کربنه می باشد و دارای عدد اکتان بالایی است:

ایزومرهای ایزواکتانهای شاخه دار مثل دی متیل هگزان ها (DMH) و بخصوص تری متیل پنتانها (TMP) مطلوبترین محصولات این واکنش می باشند که تقریبا دارای عدد اکتان بالایی (95-100) می باشند.

اولین بار، واحد صنعتی آلکیلاسیون در سال 1938 تاسیس شد. در دهه 1940 بدلیل تقاضای بالای سوخت هواپیما در طول جنگ جهانی دوم میزان تولید آن نیز بشدت افزایش یافت. در نیمه دوم دهه 1950 پالایشگاه ها از تولید بنزین هواپیما، به تولید درصدی از ترکیب بنزین موتورهای اتومبیل رو آوردند، اما در دهه 1950 و 1960 تقاضا و در نتیجه تولید رشد چندانی دراین زمینه نداشت، زیرا هزینه اضافه کردن این ترکیب به بنزین بالا بود. پس از آن آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA) در دهه های 1970 و 1980 شروع به فازبندی اصلاح ترکیب بنزین موتورهای اتومبیل نمود که این تقاضای تولید آلکیلات را بالا برد.

روش آلکیلاسیون معمولا با کیفیت ترین بنزین را در میان روشهای دیگر تولید می کند. تاکنون این روش تنها از طریق فعل و انفعال، واکنش دهنده های سبک پارافینی ایزوبوتان با اولفینهای سبک مثل بوتنها در مجاورت اسیدهای مایع قوی (H₂SO₄ و HF) انجام می شد که همراه با مشکلات فراوانی نیز بود. به همین جهت برای حل این مشکلات، تحقیقات وسیعی برای ساخت یک کاتالیست جامد و مناسب صنعتی در حال انجام است تا بتوان این فرآیند را در کنار کاتالیست جامد انجام داد. اما سیستم کاتالیست جامد هنوز بطور صنعتی مورد استفاده قرار نگرفته است.

شکل زیر واحدهای فرآیندی از جمله واحد آلکیلاسیون را در یک پالایشگاه پیشرفته نشان می دهد. می بینید که واحد آلکیلاسیون از طریق انجام واکنش روی ترکیبات سبک و کم ارزش، آنها را تبدیل به آلکیلات که سنگینتر و با ارزشتر است می کند. در این رابطه گازهای اولفینی می توانند از واحد FCC به واحد آلکیلاسیون تغذیه شوند.

 منابع:

[1]         جیز اچ. گری، گلن ای. هندروک،"پالایش نفت (فناوری و اقتصاد)"، ترجمه سید مهبد مهدی بصیر ، محمد باقر پور سید، گیتی ابوالحمد، مرکز نشر دانشگاهی 1380

[2]  Alkylation for motor fuels, 88A, Supplement A, by SRI (PEP) 1998        

[3]        Alkylation for motor fuels, 88A, Supplement B, by SRI (PEP) 2002

 

 

مصرف بنزین از سال 1306 هجری خورشیدی همراه با ورود اولین خودروها به ایران آغاز شد. از آن روزگار تا امروز تحولات زیادی در بازار تولید و مصرف این فرآورده به وجود آمده است. در شکل 1 مقادیر مصرف بنزین را از سال 1306 تا 1384 هجری خورشیدی بر حسب هزار لیتر در روز ارائه شده است. همان طور که از نمودار شکل 1 برمی آید، تقریبا از سال 1350 رشد بسیار سریع مصرف بنزین به دلیل ورود خودرو های بیشتر به بازار، آغاز شد و تا سال 1384  نیز با آهنگ سریعتری همچنان ادامه دارد.

 

در سال 1384 کشور ما با مصرف روزانه 67 میلیون لیتر بنزین موتور در بین کشورهای جهان در رتبه دهم قرار داشته است. در بین استان های کشور استانهای تهران، اصفهان و خراسان رضوی به ترتیب به سهم 23.1، 7.5 و 6.8 درصد بیشترین میزان مصرف و استان های خراسان شمالی، ایلام، و کهکیلویه و بویراحمد به ترتیب با سهم 0.5 ، 0.6 و 0.7 درصد کمترین میزان مصرف بنزین موتور را به خود اختصاص داده اند. استان تهران به علت تراکم جمعیت زیاد بزرگترین مصرف کننده بنزین در بین استانهای کشور است. بخش عمده بنزین مصرف شده در کشور به جهت وجود مشکلات ساختاری زیر به هدر می رود.   

-         بکاربردن وسایل نقلیه فرسوده در حمل و نقل شهری و بین شهری

-         تولید اتومبیل های غیر استاندارد با مصرف بالا توسط سازندگان خودرو

-         تنظیم نبودن موتور بسیاری از خودرو ها برای مصرف بهینه سوخت

-         ساختار غلط مدیریت ترافیکی شهری

-         ضعف ساختار حمل و نقل شهری در شهرهای بزرگ

رشد مصرف بنزین موتور در سال 1383 با افت 3.6 درصد نسبت به سال 1382 به سطح 7.8 درصد تنزل یافت. متاسفانه این کاهش رشد در سال بعد ادامه نیافت و با افزایشی معادل 2.6 درصد در سال 1384 به سطح 10.4 درصد رسید.

تولید بنزین موتور تا قبل از جنگ تحمیلی کشور پاسخگوی نیاز داخل بود. اما با آغاز جنگ تحمیلی و صدمه دیدن تعدادی از پالایشگاه ها، تولید این فرآورده کاهش یافت و به ناچار برای تامین نیاز کشور، واردات آن از سال 1361 آغاز گردید. در این سال حدود 440 میلیون لیتر بنزین موتور (روزانه 1.2 میلیون لیتر) وارد کشور شد. با گسترش دامنه جنگ و افزایش مصرف، واردات این فرآورده به شدت افزایش یافت بطوری که در سال پایانی جنگ تحمیلی (سال 1367) واردات آن به 1.8 میلیارد لیتر (روزانه 5 میلیون لیتر) رسید.

با پایان یافتن جنگ تحمیلی و بازسازی پالایشگاه ها تولید این فرآورده افزایش یافت و واردات آن رو به تنزل نهاد و به کمترین سطح خود یعنی 0.9 میلیون لیتر در روز در سال 1369 رسید. با آزاد شدن عرضه بنزین در سال 1370، مصرف این فرآورده سریعا افزایش یافت و علیرغم راه اندازی پالایشگاه اراک در سال 1372 و پالایشگاه بندرعباس در سال 1376 به دلیل سبقت گرفتن رشد مصرف از رشد تولید متاسفانه واردات آن همچنان ادامه یافت و از سال 1380 به بعد به شدت رو به فزونی نهاد بطوری که واردات این فرآورده در سال 1384 به سطح 9 میلیارد لیتر (24.8 میلیون لیتر در روز) رسید. به عبارت دیگر در این سال 37 درصد از مصرف بنزین موتور نیاز کشور از طریق واردات جبران گردید. (شکل ۲)

 

در حال حاضر نهُ پالایشگاه نفت در نقاط مختلف کشور مشغول به کار هستند که جمعا در حدود 40 میلیون لیتر در روز بنزین تولید می کنند. همان طور که اشاره شد، این تنها بخشی از مصرف روزانه بنزین در کشور را تامین می کند و بقیه از طریق واردات تامین می گردد.

بنزین در پالایشگاه های کشور عمدتا به وسیله واحدهای تقطیر، تبدیل کاتالیستی و هیدروکراکینگ تولید می شود و مقدار بسیار اندکی از طریق کراکینگ کاتالیستی (در پالایشگاه آبادان) ایجاد می گردد. مشاهده می شود که در سراسر کشور واحدهای مهم و موثری مثل کراکینگ کاتالیستی (FCC) تنها یکی وجود دارد و آلکیلاسیون برای تولید بنزین اصولا وجود ندارد.

نکته جالب توجه که با دقت به جدول 1 به ذهن می رسد، بازده پایین واحدهای پالایشی کشور برای تولید بنزین است. درصد بنزین در محصولات پالایشگاه های کشور نسبت به پالایشگاه های مدرن بسیار پایین است. و از طرفی مواد کم ارزشی مثل مازوت، باقیمانده ها و گازهای پالایشگاه به میزان زیادی تولید می شود.

 

جدول 1  ظرفیت تولید بنزین در پالایشگاه های کشور

 منابع:

-   آمار نامه مصرف فرآورده های نفتی انرژی زا، انتشارات روابط عمومی شرکت ملی پالایش و پخش فرآورده های نفتی ایران، به کوشش حسین آقایان، 1384

 -  مطالب مندرج در پایگاه اینترنتی شرکت ملی پالایش و پخش فرآورده های نفتی ایران www.NIORDC.ir

 

کتاب "طراحي مبدل هاي حرارتي با Aspen HTFS+ 2006" در رابطه با آموزش طراحی مبدل های حرارتی بوسیله نرم افزار Aspen HTFS+ 2006 نوشته شده است و مي‌تواند مورد استفاده‌ي مهندسان شيمي، فرايند، مکانيک سيالات و کليه‌ي شاخه‌هايي که مربوط به طراحي و محاسبات حرارتي و مکانيکي مبدلهاي حرارتي مي شود، قرار گيرد. نسخه‌ي نرم‌افزار HTFS+  که در اين کتاب براي کار مد نظر قرار گرفته مربوط به سال 2006 مي شود که توسط شرکت AspenTech منتشر شده است. اين بسته‌ي نرم افزاري شامل برنامه‌هاي زيادي مي‌شود که براي طراحي مهم‌ترين انواع مبدل‌ها مناسب است.

برنامه Tasc+ براي طراحي مبدل‌هاي پوسته و لوله به کار مي‌رود. برنامه Acol+ براي مبدل‌هاي گازي و کولرها است و برنامه‌ي Plate+ نيز براي مبدل‌هاي صفحه‌اي کاربرد دارد. همچنين برنامه‌ي Teams براي طراحي و محاسبات کامل ساختار مکانيکي مبدل‌هاي پوسته و لوله مناسب است. البته اين نرم‌افزار شامل برنامه‌هاي ديگري نيز مي‌شود که برنامه هاي نرم افزار B-JAC از آن جمله هستند. برنامه‌ي Hetran کاري مشابه برنامه‌ي Tasc+ انجام مي‌دهد و برنامه‌ي Aerotan نيز عملکردي مشابه برنامه‌ي Acol+ دارد. برنامه هاي جديد HTFS+  نسبت به برنامه‌هاي سابق B-JAC خصوصيات و برتري‌هاي ويژه‌اي دارند.

شرکت Aspen Tech پيش از اضافه کردن نرم افزار HTFS به زير مجموعه‌ي خود، دربسته‌هاي نرم‌افزاري Aspen Suite برنامه‌اي تحت عنوان B-JAC منتشر مي‌نمود که براي طراحي مبدل‌هاي حرارتي به‌کار مي‌رود. نسخه‌هاي قبلي برنامه HTFS نيز توسط شرکت Hyprotech منتشر مي‌شد که مي‌توانست با نرم افزار Hysys در ارتباط باشد. اما هم اکنون HTFS توسط شرکت Aspen Tech خريداري شده و جزء خانواده‌ي برنامه‌هاي Aspen مي‌باشد. اين تغيير مديريت در انتشار نرم‌افزار، روي خود برنامه نيز تاثير گذاشته و باعث تغييرات اندکي در روش‌هاي محاسباتي و تغييرات زيادي در محيط گرافيکي نرم‌افزار شده است.

کتاب مشتمل بر 10 فصل مي‌شود. ابتدا در فصل اول به شرح مختصري در رابطه با مبدل‌هاي حرارتي و روش‌هاي کلي محاسبات انتقال حرارت در سيالات پرداخته شده است. در فصلهاي 2 تا 6 شرح کامل برنامه‌ي Tasc+ آمده و بعد از آن در فصل 7 مثال‌هايي را براي آشنايي بيش‌تر با برنامه Tasc+ بيان شده است. در فصل 8 به شرح نکات مهم برنامه‌ي Teams به همراه حل تعدادي مثال از همان برنامه آورده شده است. در فصل 9 شرح برنامه Acol+ به همراه مثال‌هاي آن آمده است. و سرانجام در فصل 10 در رابطه با برنامه Plate+ توضيحاتي داده و مثالهايي حل شده است. کتاب به همراه CD ارائه مي شود. اين CD شامل يک نسخه کامل از برنامه Aspen HTFS+ 2006 به همراه فايل هاي مثال هاي آمده در کتاب و تعدادي هندبوک براي طراحي مي بدل مي شود.

براي تهيه کتاب مي توانيد به کتاب فروشي هاي کتب فني مهندسي مراجعه کنيد. 

ناشر: ميدان انقلاب- ابتداي کارگر جنوبي – بين نظري و روانمهر – بن بست گشتاسب – پ 56 – ط 2 – انتشارات انديشه سرا (تلفن 66481146 – 66481145)

 

Aspen HTFS+ 2006

نرم افزار Aspen HTFS+ 2006 بسته ای شامل برنامه های متنوع است که برای طراحی و محاسبات انواع مبدلهای حرارتی بکار می رود. این برنامه ها و روش های محاسباتی موجود در آنها همه مسائل مربوط به طراحی و انتخاب مبدل های حرارتی رایج در صنعت را تحت پوشش قرار می دهند. تعدادی از مهمترین برنامه های این نرم افزار شامل موارد زیر می شود:

Tasc+ : این برنامه برای محاسبات طراحی و انتخاب مبدل های حرارتی پوسته و لوله (Shell & Tube) و دابل پایپ، ابزاری مناسب و قدرتمند است. این برنامه با توجه به بانکهای اطلاعاتی متنوع خود می تواند مبدل حرارتی را با توجه به استانداردهای معتبر طراحی کند. برنامه با در نظر گرفتن تعریف کاربر از ترکیبات حاضر در عملیات و شرایط عملیاتی، محاسبات لازم برای طراحی را انجام می دهد. اصلاح برخی روش های ورود اطلاعات به این برنامه موجب برتری آن از برنامه مشابه خود در B-JAC به نام Hetran شده است. یکی از موارد مهم این اصلاحات، تغییراتی است که در شیوه ورود خواص سیالات ایجاد شده است.

برنامه با استفاده از مود های مختلف محاسباتی هم می تواند مبدل تازه ای را طراحی کند و هم مبدلی را برای امکان بکاربردن در عملیاتی دیگر بررسی کند. برخی از نتایج بدست آمده ی این برنامه شامل اطلاعات کامل صفحه TEMA Sheet ، محاسبات خواص حرارتی و ضرایب انتقال حرارت، شکل کلی مبدل، و همچنین تخمین قیمت کل مبدل می شود.

 

Teams : این برنامه برای طراحی کامل همه قطعات مکانیکی مبدلهای پوسته و لوله بکار می رود. کاربر با وارد کردن اطلاعات لازم برای محاسبات خصوصیات قطعات مبدل مورد نظر خود، می تواند نتایج کاملی از محاسبات مکانیکی برنامه داشته باشد.

 

برخی از این اطلاعات ورودی می تواند نتایج مکانیکی ایجاد شده توسط برنامه Tasc+ باشد که از طریق یکی از منو های برنامه Tasc+ به برنامه Teams وارد می شوند. برخی از نتایج مهم این برنامه شامل مشخصات مکانیکی همه قطعات مبدل، نقشه کامل همه اجزاء برای ساخت، و همچنین قیمت همه اجزاء و در نهایت قیمت کل مبدل می شود. البته این برنامه توانایی طراحی و محاسبه ظرف های (vessel) استوانه ای تحت فشار با سر هایی به اشکال مختلف را نیز دارد و می توان در ابتدا برنامه را برای محاسبه تنها یک ظرف تحت فشار تنظیم کرد.

Acol+ : این برنامه توانایی طراحی کولرهای هوا خنک و همچنین مبدلهای مشابه کولرها را دارد. این برنامه با استفاده از مود های متنوع می تواند برای طراحی یک مبدل جدید یا انتخاب و بررسی پاسخ دهی یک مبدل در یک فرآیند جدید بکار رود. این برنامه بانک های اطلاعاتی زیادی در رابطه با قطعات مختلف مبدل دارد مثلا شامل پارامتر های محاسباتی چندین نوع پره مختلف می شود که در مبدل های کولر بکار می روند.

 

کاربر با وارد کردن اطلاعات لازم نتایج محاسبات طراحی را در اختیار خواهد داشت. برخی از نتایج مهم برنامه شامل صفحه API Sheet ، نتایج محاسبات خواص و ضرایب انتقال حرارت، شکل کلی مبدل، و همین طور قیمت مبدل می شود.

 

Plate+ : این برنامه برای طراحی مبدلهای حرارتی صفحه ای طراحی شده است. بانکهای اطلاعاتی این برنامه شامل صفحه های انتقال حرارت استاندارد مبدلهای صفحه ای می شود که توسط معتبرترین سازنده های این نوع مبدلها طراحی شده و بکار می روند. این برنامه نیز شامل مود هایی برای طراحی مبدل جدید یا بررسی و انتخاب مبدل در یک فرآیند دیگر می شود. نتایج مهم این برنامه شامل حاصل محاسبات خواص و ضرایب انتقال حرارت، افت فشار محاسبه شده، و شکل کلی مبدل می شود.

 

منبع:

ابوالفضل جاوونی، "طراحی مبدل های حرارتی با Aspen HTFS+ 2006" ، انتشارات اندیشه سرا، پاییز 1387