صفحه 10 از 10: « پیشین 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

مهندسی شیمی

plangton31

کاربر

ارسالها: 5120

#91 Posted: 21 Jul 2011 14:24

كاربرد سيالات فوق بحراني در صنايع شيميايي
--------------------------------------------------------------------------------

نويسنده: سيدسعيد احمدپناه ، محمد نادر لطف الهي ، علي حقيقي اصل

سيالات فوق بحراني از نظر خواص انتقالي، مانند گازها (نفوذ پذيري بالا و ويسكوزيته كم) و از نظر قدرت حلاليت، شبيه حلال هاي مايع هستند. دلايل گسترش استفاده از اين سيالات را مي توان به شرح زير توضيح داد:
در اوايل دهه70 ، قيمت انرژي بر اثر اتفاقات جهاني به طور غير قابل پيش بين افزايش پيدا كرد كه اين مشكل بزرگي براي كشورهاي صنعتي بود. در نتيجه بيشتر مراكز تحقيقاتي و دانشگاهي به جايگزيني فرايندهايي با مصرف انرژي كمتر توجه كردند، استفاده از سيالات فوق بحراني براي جداسازي مخلوط ها يكي از اين فرايندها بود. در فرايند (Supercritical Flow SCFE Extraction) برخلاف عمليات استخراج مايع- مايع، بازيابي حلال به روش انبساط ناگهاني انجام مي شود و براي بازيابي حلال نيازي به عمليات تقطير نيست؛ اين موضوع باعث كاهش مصرف انرژي مي شود.
دليل ديگر گسترش سيالات فوق بحراني اين است كه فرايندهاي غذايي، آرايشي و دارويي و ... نيازمند رسيدن به درجه خلوص در حد استاندارد هستند. براي مثال بازيابي كامل حلال در صنايع دارويي و غذايي ضروري است. در حالي كه در روش هاي معمول مانند تقطير و استخراج مايع-مايع، بازيابي كامل حلال ميسر نيست.
دليل ديگر گسترش سيالات فوق بحراني اين است كه حلال هاي آلي به ويژه حلال هاي كلردار براي محيط زيست مضر هستند. به طوري كه امروزه ثابت شده كه حلال هاي كلردار و بعضي از حلال هاي آلي مورد مصرف درصنايع، از قبيل كلروفلوروكربن براي لايه ازن زيان آورند. بنابراين با جايگزيني گاز Co2 به عنوان حلال در فرايندهاي فوق بحراني اين مشكل حل شده است. گاز Co2 داراي خواص بي اثر بر روي محيط زيست است.
بنا به دلايل ياد شده امروزه فرايند سيالات فوق بحراني در بخش هاي مختلف علم و فن، گسترش يافته و كاربردهاي متنوعي در منابع علمي براي آن گزارش شده است. در بيشتر اوقات دي اكسيدكربن فوق بحراني به سيالات فوق بحراني ديگر ترجيح داده مي شود چون دماي بحراني آن پايين بوده و گاز Co2 ، غيرسمي و غيرقابل اشتعال است. در ادامه اين مقاله تعدادي از كاربردهاي سيالات فوق بحراني در زمينه هاي صنايع شيميايي، صنايع غذايي، صنايع دارويي، صنايع نفت و پتروشيمي و صنايع پليمر توضيح داده مي شود.

كاربرد سيالات فوق بحراني در صنايع شيميايي
سيالات فوق بحراني در صنايع شيميايي به دو صورت حلال و محيطي براي انجام واكنش استفاده مي شوند. از جمله كاربردهاي سيالات فوق بحراني به عنوان حلال، مي توان به استخراج قير از سنگ نفت زا، استخراج مواد پايه رنگ
(C.I Disperse Red&C.I.Disperse Red) و استخراج مشتقات نيتروفنل به وسيله دي اكسيد كربن فوق بحراني اشاره كرد. به علاوه بسياري از واكنش هاي هيدروژناسيون در محيط آب فوق بحراني قابل انجام است. در ادامه، چندين كاربرد ديگر براي سيالات فوق بحراني در صنايع شيميايي بيان مي شود.

توليد انرژي به وسيله اكسيداسيون زغال سنگ در آب فوق بحراني
يكي از روش هاي توليد انرژي، سوزاندن زغال سنگ در آب فوق بحراني است (Supercritical Water Oxidation)(SCWO) . در سال2003 برمجو (Bermejo) براي توليد انرژي به وسيله سوزاندن زغال سنگ در آب فوق بحراني دو روش جديد، يكي روش زغال سنگ پودر شده و ديگري روش بستر سيال فشرده پيشنهاد كرد.
براي مقايسه بازده فرايند اكسيداسيون در روش هاي مختلف، بايد اثر فشار و دما را روي انرژي توليد شده (Wp) و انرژي مصرف شده (Wc) و كار محوري بررسي كرد. تحقيقات برمجو نشان مي دهد كه كار محوري در فرايند اكسيداسيون در آب فوق بحراني5 درصد بيشتر از ديگر فرايندهاي توليد انرژي است، اما در عوض براي انجام فرايند اكسيداسيون كامل نياز به هواي اضافي نيست؛ در نتيجه بازده حرارتي در اين روش افزايش مي يابد. نتايج آزمايش ها نشان داد كه بازده اكسيداسيون در آب فوق بحراني با افزايش دما، رابطه اي مستقيم دارد. تا30 مگاپاسكال بازده فرايند بسيار سريع افزايش پيدا مي كند؛ اما وقتي فشار جريان خيلي بيشتر از30 مگا پاسكال باشد بازده فرايند اكسيداسيون كاهش مي يابد.

تجزيه آنيلين در آب فوق بحراني
آنيلين يك ماده سمي است كه به طور گسترده در صنايع شيميايي، لاستيك، پلاستيك و صنايع دارويي به عنوان يك ماده اوليه استفاده مي شود. در پساب اين صنايع مقداري آنيلين باقي مي ماند. به عنوان مثال در كشور چين هر سال80 هزار تن آنيلين به صورت پساب از صنايع مختلف خارج مي شود. آنيلين و بيشتر مشتقات آن به صورت بيولوژيكي، يا قابل تجزيه نيستند و يا تجزيه آنها بسيار مشكل و طولاني است. روش هاي الكتروليز و جذب سطحي به وسيله رزين و اكسيداسيون به وسيله ازن، از روش هاي سنتي تجزيه آنيلين هستند. در حين تجزيه آنيلين در روش هاي سنتي ياد شده، ممكن است محصولات مياني مانند پارا متيل فنل و اسيد كربوكسيل نيز توليد شود كه مواد مضري براي محيط زيست هستند. اكسيداسيون آنيلين توسط آب اكسيژنه در آب فوق بحراني يك روش مفيد و موثر براي تجزيه كامل آنيلين است كه توسط كي
(Xin-Hua qi) در سال2001 پيشنهاد شده است.

استخراج مواد شيميايي به وسيله دي اكسيد كربن فوق بحراني
يكي از كاربردهاي سيالات فوق بحراني در صنايع شيميايي، استخراج دي اتيل آمونيوم كرباميت است. از اين ماده در استخراج حلال هاي مايع و براي استخراج يون هاي فلزي سمي از جريان هاي آلوده استفاده مي شود. حلاليت دي اتيل آمونيوم دي اتيل تيوكرباميت در دي اكسيد كربن فوق بحراني در محدوده فشار10 تا30 مگاپاسكال و در محدوده دماي308/2 تا328/2 درجه كلوين و در حضور اتانل به عنوان كمك حلال و به صورت ديناميك توسط وانگ
(tao wang) در سال2002 بررسي شده است كاربرد ديگر سيالات فوق بحراني در صنايع شيميايي، استخراج ايزومرهاي دي هيدروكسي بنزن است.

كاربرد سيالات فوق بحراني در صنايع غذايي
سيالات فوق بحراني نسبت به حلال هاي مايع از مزاياي زيادي برخوردارند. از جمله اين مزاياي مي توان به موارد زير اشاره كرد:
1- فرايند استخراج بيشتر سيالات فوق بحراني در دماي پايين انجام مي شود. بنابراين، اين فرايند براي مواد حساس به دما مناسب است.
2- در فرايند سيالات فوق بحراني حلال به طور كامل از محصول قابل بازيابي است و به دليل كاهش مصرف حلال و استفاده مجدد از آن، از نظر اقتصادي با صرفه است.
3- عدم حضور حلال در محصول نهايي كه باعث بالا رفتن كيفيت محصول نهايي مي شود. در ادامه، چندين كاربرد سيالات فوق بحراني در صنايع غذايي بيان مي شود.

استخراج كلسترول (C27H45OH) از چربي گاو به وسيله دي اكسيدكربن فوق بحراني
اگر چه چربي وگوشت گاو يك ماده غذايي پرمصرف است اما وجود مقدار زياد كلسترول در آن باعث شده كه براي اكثر مردم غيرقابل استفاده باشد. روش سنتي استخراج كلسترول، به وسيله مقدار زيادي حلال هاي كلردار (مانند Dichloroethane) DCE )) بوده است كه سرطان زا هستند.
وادارامن (N.vadaraman) و همكارانش در سال2005 استخراج كلسترول از چربي گاو را با استفاده از دي اكسيدكربن فوق بحراني بررسي كرده اند. مقدار كلسترول استخراج شده با افزايش فشار يا افزايش شدت جريان Co2 ، افزايش مي يابد.

استخراج روغن زرده تخم مرغ (Egg Yolk Oil) (EYO) به وسيله دي اكسيد فوق بحراني
پودر زرده تخم مرغ
(Egg Yolk Powder)(EYP) حاوي مقدار زيادي فسفوليپيد (Phospholipid) است. فسفوليپيد در صنايع غذايي، دارويي و آرايشي كاربرد زيادي دارد. زرده تخم مرغ علاوه بر فسفوليپيد داراي كلسترول، گليسريد، پروتئين و رطوبت است. قسمت عمده زرده تخم مرغ را كلسترول تشكيل داده است، براي به دست آوردن فسفوليپيد بهتر است كلسترول از آن استخراج شود. به تازگي براي استخراج EYO ، از دي اكسيدكربن فوق بحراني استفاده مي شود.

پودر كردن روغن نارگيل به وسيله دي اكسيدكربن فوق بحراني
يكي ديگر از كاربردهاي سيالات فوق بحراني به فرايند انبساط سريع محلول فوق بحراني
(Rapid Expansion Of Supercrirical Solution(Ress) مربوط مي شود. در اين روش با انبساط سريع سيال فوق بحراني، ذرات حل شده در آن به صورت پودر با توزيع اندازه يكنواخت از سيال فوق بحراني جدا مي شود.
در صنايع شكلات سازي از روغن نارگيل به وفور استفاده مي شود. براي استفاده بهتر و نيز نگهداري آسانتر، روغن نارگيل بهتر است به صورت پودر و به صورت كريستال هاي V شكل توليد شود.

استخراج اسيدهاي چرب (Fatty Acids) از روغن سويا
روغن سويا از پرمصرف ترين روغن هاي دنياست. در حال حاضر روغن سويا54 درصد از روغن هاي موجود در بازار را تشكيل مي دهد. در توليد روغن سويا مقدار زيادي مواد به عنوان لجن سويا (Soybean Sludge) به صورت جانبي توليد مي شود. اين محصول جانبي در طي مراحل تصفيه، توليد مي شود كه از اجزاي زيادي از جمله توكوفرول (Tocopherol) (ويتامين E)، استرول (Sterol) (كامپسترول (Campesterol) و سيسترول (Sitosterol) ، اسكوآلن (Squalene) و اسيدهاي چرب تشكيل شده است. غلظت توكوفرول يا ويتامين E در لجن سويا،10 تا13 درصد است. اين ماده به عنوان آنتي اكسيدان و به عنوان افزودني در صنايع غذايي استفاده مي شود. استرول موجود در لجن سويا كه غلظت كمي هم دارد يك ماده خام بسيار مهم در توليد هورمون ها و ويتامين ها است. اسكوآلن نوعي هيدروكربن است كه بيشتر در توليد مواد آرايشي مو و در سنتز كلسترول به كار مي رود. مِندز (M.F.Mendes) و همكارانش در سال2001 استخراج ساير مواد موجود در لجن سويا را به منظور بالا بردن غلظت ويتامين E موجود در آن مورد بررسي قرار دادند.

كاربرد سيالات فوق بحراني در صنايع دارويي
يكي از جديدترين كاربردهاي سيالات فوق بحراني، استفاده از آنها به منظور بلورسازي مواد است. در صنايع پليمري، دارويي و توليد مواد منفجره براي توليد محصول با توزيع اندازه مناسب، از فرايند باز تبلور استفاده مي شود؛ به ويژه در صنايع دارويي، توليد كريستال هاي يكنواخت از نظر توزيع اندازه ذرات، در داروهاي تزريقي بسيار مهم است.
بررسي هاي انجام شده نشان داده است در فشار90 بار، بعد از گذشت150 دقيقه و در فشار170 بار، بعد از گذشته60 دقيقه، تقريباً تمام اسيدهاي چرب استخراج مي شوند.

كاربرد سيالات فوق بحراني در صنايع نفت و پتروشيمي
خواصي مانند انتقال جرم، زمان استخراج كم وجدا سازي آسان حلال از مواد استخراج شده، باعث شده كه سيالات فوق بحراني در صنايع نفت و پتروشيمي كاربرد زيادي داشته باشند. از سيالات فوق بحراني براي استخراج بسياري از تركيبات نفتي مانند پارافين ها، آروماتيك ها و تركيبات گوگردي استفاده مي شود. همچنين از سيالات فوق بحراني براي تبديل تركيبات سنگين نفتي به تركيبات سبكتر و براي بازيابي بسياري از كاتاليست هاي غيرفعال شده استفاده مي شود. در سال1992 آژانس محافظت محيط زيست آمريكا(Environmental Protection Agency) (EPA) استخراج هيدروكربن هاي مورد نياز صنعت پتروشيمي از نفت خام به وسيله سيال فوق بحراني را به عنوان بهترين تكنولوژي در دسترس، اعلام كرده اند.

كاربرد سيالات فوق بحراني در صنايع پليمر
در صنايع پليمر توزيع اندازه ذرات پليمر توليد شده بسيار مهم است. در روش هاي معمول براي تغيير توزيع اندازه، ذرات را خرد مي كنند يا مي سايند، اما بسياري از مواد را نمي توان به آساني توسط فرايند خرد كردن به اندازه دلخواه درآورد. يكي از روش ها براي توليد پليمر با توزيع اندازه مطلوب روش باز تبلور است. از سيالات فوق بحراني مي توان براي گستره وسيعي از مواد به عنوان عامل باز تبلور استفاده كرد. چندين روش براي استفاده از سيالات فوق بحراني در باز تبلور مواد جامد پليمري وجود داردكه فرايندگاز ضد حلال (GAS) و فرايند انبساط سريع محلول فوق بحراني (RESS) از جمله آنهاست. كاربرد ديگر سيالات فوق بحراني در صنايع پليمر، جداسازي منومر از پليمر است. در زير يكي از كاربردهاي سيالات فوق بحراني در صنعت پليمر بيان مي شود.

- پودر كردن پلي اتيلن گليكول به وسيله دي اكسيدكربن فوق بحراني
در گذشته پودركردن پلي اتيلن گليكول (Poly Ethylene Glycol) به وسيله حلال هاي آلي مانند آلكان ها، آلكن (C1-C5) و (Chlorofluorocarbons) (CFCs) انجام مي گرفت. در سال هاي اخير تلاش هاي زيادي براي كاهش تخليه گازهاي مضر به اتمسفر و يا جايگزيني حلال هاي بي ضرر انجام شده است. فرايند Ress با حلال دي اكسيدكربن فوق بحراني، روشي مناسب براي پودر كردن پلي اتيلن گليكول است.

نتيجه گيري
در اين مقاله برخي از كاربردهاي سيالات فوق بحراني از جمله جداسازي اجزا از مخلوط، توليد پودر با توزيع اندازه مناسب، استخراج مواد موثر و توليد انرژي بيان شده است. اما پتانسيل اين روش خيلي بيشتر از كاربردهاي محدود بيان شده در اين مقاله است.
در سال هاي اخير، در دانشگاه هاي مختلف داخل كشور، پروژه هاي متعدد تحقيقاتي درباره سيالات فوق بحراني اجرا شده است.
با توجه به نتايج به دست آمده در داخل كشور و حجم قابل توجه نتايج و مقالات منتشر شده در منابع علمي خارج از كشور، زمان آن فرا رسيده كه بررسي هاي لازم براي اجراي اين فرايند در مقياس نيمه صنعتي (Pilot Plant) و صنعتي انجام شود. اين بررسي ها مي توانند سمت و سوي تحقيقات آينده را در اين زمينه در داخل كشور مشخص كنند.
- منابع و مراجع علمي اين مقاله در دفتر ماهنامه موجود است.
ماهنامه نفت پارس

من هم خدایی دارم

plangton31

کاربر

ارسالها: 5120

#92 Posted: 21 Jul 2011 14:25

مواد افزودني ضد سايش
--------------------------------------------------------------------------------

با افزايش روزافزون تقاضاي بازار روانكارها تحقيقات زيادي براي گسترش و بهبود عملكرد روغن ها در حال انجام است. علاوه بر روغن هايي كه داراي پايه نفتي (معدني) هستند، روغن هاي سينتتيك مانند استرهاي آلي و روغن هاي سيليكوني نيز براي بهبود عمل روانكاري، احتياج به مواد افزودني (Addetive) خود دارند.
به دليل پيچيدگي عملكرد مواد افزودني،
نمي توان آنها را بدون آزمايش و تعيين نسبت هاي آنها به روغن افزود. نسبت هاي ادتيو از طريق تحقيق و انجام آزمايش هاي كاربردي معلوم مي شود.
يكي از مهمترين افزودني هايي كه در روغن ها (پايه معدني و پايه سينتتيك) مورد استفاده قرار مي گيرد مواد افزودني ضد سايش (Anti Wear Addetive) هستند كه بسته به سختي كار، از انواع مختلف آنها استفاده مي شود.
ادتيو ضد سايش با تشكيل يك فيلم سطحي از طريق جذب فيزيكي و شيميايي، اصطكاك و ساييدگي را به كمترين ميزان ممكن مي رساند.
انواع مواد ضد سايش داراي تركيباتي از اكسيژن، گوگرد، فسفر و تركيبات آلي سرب هستند.
يكي از شاخص ترين مواد آلي ضدسايش، زينك دي آلكيل دي تيو فسفات (ZDDP) است كه به طور وسيع براي كاهش ساييدگي در پمپ هاي هيدروليك، دنده ها و انتقال دهنده ها و روغن هاي موتور مورد استفاده قرار مي گيرد.
تماس بين فلزات، حضور بعضي مواد ساينده و حمله اسيدهاي خورنده از جمله عوامل موثر در ساييدگي است. مكانيزم واكنش تركيبات ضد سايش كاملاً شناخته شده نيست، اما گمان
مي رود اين تركيبات با سطوح فلزي وارد واكنش شده و فيلم مقاوم محافظ را تشكيل مي دهند.
ساييدگي سطوح فلزي در قسمت هايي كه فشار و دمايي بالا دارند و روغن قشر نازكي در آن نقاط تشكيل مي دهد و نمي تواند از تماس سطوح فلزي با هم جلوگيري كند، بيشتر ديده مي شود.
مواد افزودني ضد سايش، يك فيلم نازك معدني روي فلز تشكيل مي دهند تا از خوردگي فلز زيرين جلوگيري كنند.
فيلم تشكيل شده داراي مقاومت كمتري ازفلز اصلي است. بنابراين اگر بين سطوح، تماس حاصل شود قبل از اين كه سطح فلز بخواهد آسيب ببيند، فيلم تشكيل شده شكسته مي شود. در صورت از بين رفتن اين فيلم واكنش شيميايي بين سطوح فلز و ماده افزودني دوباره انجام شده و فيلم جديدي جايگزين مي شود. بدين ترتيب اين مواد افزودني تا زماني كه بطور كامل از بين نروند، به وظايف خود عمل مي كنند.
مواد افزودني ضدسايش (Anti Wear Addetive) در اثر كاركرد زياد، خاصيت خود را از دست داده و ديگر قادر به حفاظت قطعات نخواهند بود.

بعضي از مواد افزودني ضد سايش در درجه حرارت هاي كاركرد بالاي100 درجه سانتگراد تجزيه مي شوند. به همين دليل است كه بايد از مواد افزودني ضد سايش كمكي در شرايط كاركرد درجه حرارت بالا استفاده شود.
نوعي مواد افزودني (EP) وجود دارند كه از مشتقات بورات هستند. اين مواد از ساييدگي جلوگيري كرده و كاهنده اصطكاك بين سطوح هستند. مكانيزم عمل اين مواد كاملاً متفاوت است. اين مواد، فيلمي كه با از بين رفتن خود مانع ساييدگي شوند تشكيل نمي دهند. آنها به مرور مصرف و در روغن كاهش مي يابند. در دماي بالا يا تحت بار زياد از اين نوع مواد استفاده مي شود. اين مواد با سطح فلز واكنش مي دهند و يك لايه غير قابل حل در روغن به وجود مي آورند. مشتقات بورات قابل حل در آب هستند كه به طور معلق در روغن مي مانند تماس با آب
مي تواند آن را از حالت تعليق خارج كرده و سبب كاهش اين تركيبات در روغن شود.

مواد افزودني ضد سايش (Anti Wear Addetives)
برروي اجزاي موتورهايي كه در شرايط سخت كار مي كنند و عمل روانكاري در آنها داراي مرزهاي بخصوصي است ممكن است ساييدگي رخ دهد .
مواد افزودني ضدسايش از چنين ضايعاتي جلوگيري مي كنند. به اين ترتيب كه در صورت شكسته شدن فيلم روغن، دماي ناحيه شكسته شده افزايش مي يابد و در آن دما، ماده افزودني با سطح فلز وارد واكنش مي شود و موجب ايجاد فيلم مقاوم محافظ مي شود.
تركيبات زينك دي آلكيل (يا دي آريل) دي تيو فسفاتها به عنوان مواد ضد افزودني در
روغن هاي موتور و صنعتي به كار مي روند.
در تهيه اين تركيبات از واكنش بين الكل (P2S5) استفاده مي كنند و محصول بدست آمده را با اكسيد روي (ZnO) واكنش مي دهند.
در اين واكنش R مي تواند گروه آريل يا آلكيل باشد. نوع آلكيل به عنوان ضد سايش موثرتر است، اما نوع آريل داراي پايداري حرارتي بيشتري بوده و پايداري هيدروليكي آن كمتر است.
آلكيل هاي مورد استفاده عبارتند از: پروپيل، بوتيل، هگزيل، اكتيل و مخلوط آنها.
هر چه طول زنجير آلكيل بيشتر باشد پايداري ضد سايش نيز بيشتر مي شود. زنجيرهاي شاخه دار باعث كاهش پايداري تركيب مي شوند.
به طور نرمال غلظت ماده افزودني (ZDDP) در روغن موتورهاي با كيفيت بالا، به اندازه اي است كه ميزان فسفر و روي موجود در روغن موتور بين0/2 تا0/05 درصد شود. در بعضي از استانداردها، ميزان استفاده از اين ماده محدود شده است مثلاً در استاندارد (MIL-L-46152B) مقدار ماكزيمم فسفر در روغن تا0/14 درصد تعيين شده است. بعضي از سازندگان موتور مانند شركت فورد و جنرال موتورز معتقدند كه اين ماده بر روي سيستم كاتاليتيك گازهاي خروجي اثرات منفي دارد.
موتورهاي مورد استفاده در قطارها، نياز به روغن هاي ديزل با كيفيت بالا دارند. در بسياري از اين موتورها كه ياتاقان هاي آنها از نقره ساخته شده است، نبايد از روغن هايي كه بيش از 10ppm فلز روي دارند و از ماده افزودني ضد سايش (ZDD) استفاده كرده اند، استفاده شود. چون اگر مقدار روي، بيش از 10ppm باشد ياتاقان هاي نقره اي در اثر واكنش الكتروشيميايي خورده مي شوند.
تعداد زيادي از موتورها ممكن است از مبدل هاي كاتاليستي در اگزوز استفاده كنند. اين مبدل ها باعث كم كردن هيدروكربورهاي سوخته نشده، مونوكسيد كربن و اكسيدهاي نيتروژن در گازهاي خروجي اگزوز مي شوند.
از آن جايي كه كاتاليست ممكن است با بعضي از مواد افزودني وارد واكنش شود در استفاده از مواد افزودني ضدسايش كه داراي عناصر فسفر و روي هستند بايد بيشتر دقت كرد. در بيشتر موارد سيستم هاي كاتاليستي با روغن هايي كه داراي مواد پاك كننده فلزي و مواد ضدسايش فسفره تا ميزان 300ppm باشند مشكلي ندارند.

كاهش خصوصيات مواد افزودني
مواد افزودني به دو صورت از بين مي روند، يا مصرف مي شوند و يا تغيير شيميايي مي يابند. در صورت وجود هر يك از اين موارد در روغن ديگر نمي توان از آن روغن استفاده كرد و بايد آن را تعويض كرد.
بعضي مواد افزودني نسبت به حرارت حساس هستند آنها ممكن است تبخير شوند يا ساختمان مولكولي آنها شكسته شود. به علاوه وجود حرارت و آلودگي و كاهش اثر ماده افزودني باعث از بين رفتن پايه شده و روغن را به پايان عمر مفيد خود نزديك مي كند.

بررسي علل تخريب مواد افزودني
به دو دليل اصلي روغن خاصيت روانكاري خود را از دست مي دهد. اين دو دليل عبارتند از:
آلودگي ( چه از منابع داخلي يا خارجي) و كاهش خصوصيات داده شده به روغن توسط مواد افزودني.
آلودگي مهمترين عامل ايجاد سايش است و بايد از بين برود.آلودگي هاي خارجي مانند: گرد و غبار، آب، مواد خورنده، عوامل اصلي ايجاد
سايش هستند، اما آلودگي داخلي يعني فلز ساييده نيز در ماشين آلات به اين مسئله دامن مي زند. به طور نرمال آلودگي ها به تدريج در روغن جمع مي شوند. در صورتي كه شرايط كار سخت نباشد اين آلودگي ها از بين مي روند اما در صورتي كه شرايط كار سخت باشد به تدريج به ميزان آلودگي افزوده مي شود و تجمع آنها باعث بروز خطراتي مي شود.
كيان نوايي، نشريه شماره22 مواد شيميايي
ماهمامه نفت پارس

من هم خدایی دارم

plangton31

کاربر

ارسالها: 5120

#93 Posted: 21 Jul 2011 14:26

تاثير آنتي اكسيدانها بر روي روانكارها
--------------------------------------------------------------------------------

پارافين ها مقاومت بيشتر و آروماتيك ها مقاومت كمتري در برابر اكسيداسيون دارند. از طرفي بر اثر اكسيداسيون روانكارها، الدئيدها و تركيبات اسيدي توليد مي شود و وجود اين تركيبات در روغن، موجب خوردگي، افزايش ويسكوزيته، ايجاد لاك، رسوبات قيري و ديگر تركيبات غيرقابل حل مي شود.
آزمايشها نشان مي دهد كه براي رفع پيامدهاي نامطلوبي كه از آن ياد شد، روش هاي پالايش روغن پايه مي تواند سهم بسزايي داشته باشد.
برخي از متخصصان روش هاي پالايشي هيدروكراكينگ و برخي روش هاي توليد روغن با حلال را در كاستن از پيامدهاي نامطلوب اكسيداسيون روغن توصيه مي كنند.

روش هيدروكراكينگ
در روش هاي هيدروكراكينگ كليه تركيبات غيرمفيد حذف شده و به علت نبود باندهاي دوگانه، اكسيداسيون كمتر اتفاق
مي افتد. در اين روش گوگرد و نيتروژن موجود در روغن پايه نيز كه حالت آنتي اكسيدان طبيعي دارند حذف مي شود و مقاومت آن كمتر مي شود. بنابراين براي رفع مشكل، به اينگونه روغنها مواد آنتي اكسيدان اضافه مي شود تا در برابر اكسيداسيون مقاوم تر شوند.
به طور كلي در اغلب روغن هاي معدني، اكسيداسيون، براثر يك رشته واكنش هاي زنجيره اي به وجود مي آيد كه ناشي از وجود پراكسيدهاي آلي است. در حال حاضر چند نوع آنتي اكسيدان در ساخت روغن هاي معدني رايج است كه عبارتند از: تركيبات گوگرددار، تركيبات فسفر دار، آمين هاي آروماتيك، تركيبات فنلي، تركيبات ZDDP و تركيبات آلي فلزي مس دار.

آنتي اكسيدانها و موارد مصرف آنها
آنتي اكسيدانها مواد افزودني هستند كه باعث غيرفعال شدن سطوح فلزي، تجزيه پراكسيدها و جلوگيري از پيشرفت اكسيداسيون روغن مي شوند. به عبارت ديگر به يكي از پراكسيدهاي آلي موجود در روغن واكنش نشان داده و زنجيره واكنش ها را قطع مي كنند.
آنتي اكسيدانها معمولاً در روغن هاي موتوري، ATF ، دنده، توربين، كمپرسور، هيدروليك، فلزكاري و گريس مورد استفاده قرار مي گيرند.

اكسيداسيون در روغن ها
اكسيداسيون ناخواسته يا به اصطلاح خودبه خودي كه در ورغن ها اتفاق مي افتد، شامل4 مرحله به شرح زير است:
مرحله شروع: در اين مرحله براثر انتقال انرژي به مولكولهاي روغن ناشي از حرارت يا نور ماورا بنفش يا فشارهاي مكانيكي ذره، واكنش پذير مي شود و يونهاي فلزي به عنوان كاتاليست در واكنش عمل مي كند. در اين پروسه R-R يا R-H به صورت همولتيك شكسته مي شود و به دو راديكال تبديل مي شود. R-R R+R
مرحله انتشار يا تكثير: در اين مرحله يك راديكال الكيل با اكسيژن واكنش مي دهد و يك الكيل پراكسي راديكال (ROO) ايجاد مي شود. اين واكنش به سرعت انجام مي شود و در دومين مرحله، الكيل پراكسي راديكال (ROO) به مولكول هيدروكربن حمله كرده و هيدروژن را از مولكول مي گيرد و يك R ديگر بوجود مي آيد. راديكال الكوكسي به علت تركيب شدن سريع با اكسيژن و غلظت بالاي اكسيژن، داراي سرعت بيشتري نسبت به واكنش راديكال پراكسي با هيدروكربن است.

مرحله انشعاب: اين مرحله، در دماي بالاي موتور و با شكستن هيدرواكسايد به RO و OH شروع و ايجاد مي شود. در نتيجه در سيستم، آب و الكل بوجود مي آيد و در نهايت راديكالهاي RRHCO منجر به توليد آلدئيد و كتون مي شوند و در ادامه آلدئيد و كتون واكنش مي دهند و باعث ايجاد لجن شده كه به علت وزن مولكولي و عدم حلاليت، در روغن رسوب مي كند.
مرحله خاتمه زنجير: در اين مرحله واكنش زنجيري از طريق تركيب راديكالها پايان مي پذيرد.

كاتاليستهاي فلزي موثر در تخريب روغن
فلزات ساييده شده از بدنه موتور به عنوان يك كاتاليست در مرحله آغازين اكسيداسيون نقش بسزايي دارند و هيدرو پراكسيدها را در مرحله انتشار تجزيه مي كنند. اين كار توسط مكانيسم ردوكس انجام مي شود.
مكانيسم تشكيل لجن در روغن در حرارت بالا
اكسيداسيون با افزايش درجه حرارت افزايش مي يابد. اين واكنش در درجه حرارت بالاي 70 درجه سانتيگراد قابل توجه است وبراي هر 10درجه بالاتر از 70درجه سانتيگراد، اكسيداسيون دو برابر مي شود. البته نبايد فراموش كنيم كه روغنها در درجه حرارت پايين هم اكسيد مي شوند. در دماي پايين اكسيداسيون منجر به ايجاد پراكسيد، الكل، آلدئيد،كتون و آب مي شود در حاليكه در دماي بالا توليد لجن ميكند و باعث افزايش ويسكوزيته روغن مي شود.

راديكالهاي SCAVENGER
راديكالهاي SCAVENGER به عنوان آنتي اكسيدانهاي اوليه شناخته شده اند و يك اتم هيدروژن آزاد مي كنند و خود نيز به صورت راديكال در مي آيند و آنگاه با راديكالهاي آلكيل يا پر اكسي واكنش
مي دهند و در نتيجه از واكنشهاي راديكال زنجيري جلوگيري مي كنند .فنوليك غير آزاد و آمينهاي آروماتيك دو دسته از آنتي اكسيدانهاي اوليه براي روغن هستند.
آنتي اكسيدانهاي نوع دوم ZDDP و تيو اترها هستند كه باعث متلاشي شدن پر اكسيد مي شوند.
بعضي از آنتي اكسيدانها، نوع دوم نقش غير فعال كردن يونهاي غير فلزي ناشي از بدنه موتور را به عهده دارند.
روشهاي غير فعال كردن يونهاي فلزي براي اينكه تبديل به كاتاليست نشوند به دو طريق انجام مي شود.
- استفاده از ليگاندهاي كمپلكس دهنده كه با يونهاي فلزي كمپلكس ميدهد و باعث جلوگيري از نقش كاتاليزور مي شود.
- يك فيلم روي سطح فلز تشكيل و مانع ورود يونهاي فلزي به روغن مي شود.
آمين هاي آروماتيك: يك دسته از ادتيوهاي آنتي اكسيدان، آمينهاي آروماتيك هستند كه به عنوان آنتي اكسيدانهاي اوليه نام برده مي شوند. آلكيلات دي فنيل آمينها از اين دسته ادتيوها است.
در بسياري از فرمولاسيون هاي روغن، از مخلوطي از آنتي اكسيدانها كه اثر تقويتي روي هم دارند استفاده مي شود. همين امر باعث بالا رفتن سطح كارايي و طول عمر بيشتر روغن مي شود.

نقش روغن پايه در كارايي آنتي اكسيدانها
لازم به ذكر است كه مقاومت در برابر اكسيداسيون تنها به ماده افزودني بازدارنده اكسيداسيون بستگي ندارد بلكه كيفيت تصفيه روغن نيز تاثير زيادي در مقاومت روغن در برابر اكسيداسيون دارد. اگر روغن پايه از كيفيت پالايشي خوب برخوردار باشد در صورت افزودن مواد بازدارنده اكسيداسيون به آن داراي مقاومت بسيار خوبي در برابر اكسيداسيون خواهد بود جدول زير طبقه بندي روغن پايه API را نشان ميدهد.

Refrenecec:Lubricant additives
advanced organic chemistry
ترجمه و تلخيص: مهندس شهريار كشاورز

منبع: ماهنامه نفت پارس

من هم خدایی دارم

plangton31

کاربر

ارسالها: 5120

#94 Posted: 21 Jul 2011 14:27

معرفي فرآيندهاي توليد روغن پايه مرغوب
--------------------------------------------------------------------------------

موتورهاي جديد براي کارکرد بهتر با کمترين ميزان توليد آلاينده ها و کمترين ميزان اتلاف سوخت به روغن هايي با کارايي بسيار بالا نياز دارند. توليدکنندگان روغن براي رسيدن به اين منظور از روغن هاي گروه2 و3 با انديس گرانروي (VI) بالا، قابليت اشباع بسيار بالا و سولفور بسيار پايين استفاده مي کنند. طبق تقسيم بندي API ، روغن هاي پايه براساس مشخصات فيزيکي آنها در4 گروه، مطابق جدول1 طبقه بندي مي شود. دراين جدول مشخصات فيزيکي و شيميايي روغن هاي طبقه بندي شده API به همراه ترکيبات، فرايندهاي توليد آنها و شرکت هاي صاحب تکنولوژي اين فرايندها آمده است.
همانطور که ملاحظه مي شود با افزايش شماره گروه استاندارد روغن، شاخص گرانروي روغن هم افزايش مي يابد. به غير از روغن هاي گروه1 که از روش استخراج با حلال به دست مي آيند روغن هاي گروه هاي ديگر همگي از روش هاي کاتاليستي با تلفيقي از روش هاي استخراج با حلال و روش هاي کاتاليستي، حاصل مي شوند.
امروزه نيمي از بازار روانکارها به روغن هاي پايه پارافيني اختصاص يافته است. در آمريکاي شمالي بسياري از کارخانه هاي گروه1 به واحد توليدي روغن هاي پايه گروه2 تبديل شده اند و يا به سمت تعطيلي پيش رفته اند.
اين تحولات بيشتر از5 سال طول نخواهد کشيد. بازار جهاني مربوط به روغن هاي پايه گروه هاي2 و3 از حدود11 درصد در سال1995 به حدود23 درصد در سال2002 رشد يافته است.
براساس برنامه ريزي ها، پيش بيني مي شود که اين رشد به32 درصد تا سال2006 برسد که اين امر رشد قابل توجهي براي صنايع پالايشي در يک دوره11 ساله است.
1- فرايندهاي توليد روغن هاي پايه2و3 (روغن هاي پايه مرغوب)
در اين مقاله به فرايندهاي توليد روغن هاي پايه گروه2و3 با کيفيت بالا اشاره شده است و در ادامه به شرح قسمت هاي مختلف اين فرايند پرداخته خواهد شد.
فرايند هايدرو کراکينگ
اين فرايند جايگزين فرايند استخراج با حلال مي شود. دراين روش از طريق هيدروژندار کردن ترکيبات پلي آروماتيکي روغن به ترکيبات حلقوي پلي نفتني و شکستن حلقه هاي پلي نفتني به نرمال پارافين ها و ايزومريزاسيون نرمال پارافين ها در دماها و فشارهاي بالا، شاخص گرانروي منبع خوراک روغن افزايش داده
مي شود. بسته به نوع نفت خام، منبع خوراک مي تواند به VI ا100 تا125 و گاهي به بزرگي130 ارتقا يابد. دراين فرايند بخش عمده گوگرد و نيتروژن و آروماتيکها حذف مي شود.
تجهيزات کليدي اين فرايند بايد براي فشارهاي تقريباً200 بار و دماهاي400 درجه سانتيگراد طراحي شود. به علاوه مقدار هيدروژن نسبتاً بالايي هم مورد نياز است. ميزان بازدهي مجموعه هاي توليد روغن به روش هايدروکراکينگ- هايدروتريتينگ، بسته به نوع نفت خام،10 تا40 درصد بيشتر از فرايندهاي قديمي استخراج با حلال است.
به تازگي تحقيقاتي نيز در زمينه الحاق تکنولوژي هاي پيشرفته هايدروتريتينگ به واحدهاي استخراج با حلال به منظور بهبود خواص روغن موتور توليدي انجام شده است که به اين فرايندها، فرايندهاي هايبريد (Hybrid) گفته مي شود.
در فرايند هايبريد با توجه به نوع خوراک اوليه يا بنا به نياز مي توان از هر يک از واحدها به تنهايي استفاده کرد به طوري که، براي برشهاي سبک فقط از واحد استخراج يا حلال اين فرايند استفاده کرد و به مرحله کاتاليستي نياز نيست. براي خوراک DAO حاصل از واحد آسفالتزدايي نيز مي توان فقط از واحد تبديل کاتاليستي و بدون مرحله استخراج با حلال استفاده کرد. در حالتي که خوراک DAO از نظر ترکيبات آروماتيکي و مواد نيتروژني غني باشد مي توان از دو مرحله فرايند هايبريد استفاده کرد.

در اين فرايند قسمتي از اکسترکت، جذب واحد تبديل کاتاليستي شده، به ترکيبات روغني تبديل مي شود. روغن هاي پايه اي که از اين فرايند (فرايند شل)به دست مي آيند، انديس گرانروي بالا و رنگ شفاف تري دارند و مقادير کربن باقيمانده کمتري نسبت به واحد استخراج با حلال موجود در فرايند دارند. فرايند هايبريد ظرفيت توليد روغن را که مي تواند از واحد استخراج با حلال به دست آيد به ميزان60-30 درصد افزايش مي دهد که با توجه به نوع خوراک و کيفيت روغن پايه در اين محدوده متغير است. در ضمن بازده محصولات جانبي حدود5 الي30 درصد خوراک اصلي و مقدار تقريبي آنها حدود15 درصد گاز،25 درصد بنزين و نفت سفيد و60 درصد نفت گاز است.
در اين فرايند با استفاده از کاتاليست هاي مخصوص مي توان محصولاتي با انديس گرانروي بالاتر از145 توليد کرد. به طوري که ترکيبات مومي (Slack Wax) با تبديل کاتاليستي اين فرايند و ايزومريزاسيون همراه با دو مرحله تقطير جزيي و واکسزدايي، به روغن هايي با انديس گرانروي خيلي بالا تبديل مي شوند که به طور عمده شامل ترکيبات ايزوپارافيني، مقادير جزيي از نفتن ها و حلقه هاي آروماتيکي به مقدار کمتر از0/3 درصد وزني هستند. خاصيت اين روغنها مشابه با روغن هاي سنتزي پلي آلفا الفينهاست که قابل مخلوط سازي با ساير روغنها براي بسياري از کاربردها هستند. از اين نوع روغنها براي توليد روغن هاي چند درجه اي باکيفيت بالا استفاده مي شود.
گزينه هاي مختلفي براي رسيدن به اين منظور وجود دارند که عبارتند از:
1- فرايند هايستارت (Hystart) که در آن کيفيت خوراک روغن (VGO) توسط عمليات هيدروژناسيون قبل از مرحله استخراج با حلال بهبود مي يابد.
2- فرايند آر.اچ. سي (RHC) که بر مبناي عمليات هيدروژناسيون بعد از مرحله استخراج با حلال است و هزينه هاي سرمايه گذاري را به طرز قابل توجهي کاهش مي دهد.
فرايند هايستارت
تصفيه هيدروژني خوراک واحد آروماتيک زدايي به روش حلال را فرايند هايستارت مي گويند. در اين روش اندازه واحد آروماتيک زدايي کوچکتر و ميزان محصول روغن بيشتر مي شود. در روش هايستارت مواد خالص يافته موم دار در يک هايدروتريتر (Hydrotreater) (گوگردگيري و نيتروژن گيري) قبل از مرحله پالايش با حلال با شدت ملايم (دماي340 تا370 درجه سانتيگراد و فشار جزيي هيدروژن بين50 و70 بار) فراوري مي شوند. ترکيبات سولفوري محصول جانبي واحد آروماتيک زدايي (اکسترکت) کم مي شود و نصب واحد تصفيه پاياني براي روغن پايه و يا واحد سولفورزدايي براي محصول جانبي اکسترکت مورد نياز نخواهد بود. اين فرايند براي پالايش کننده هايي که مجبورند نفت هاي خام فقير حاوي روغن هاي با ميزان بازدهي کم را فراوري کند، امتيازاتي دارد كه عبارتند از:
1- ميزان بازدهي روغن توليدي10 الي15 درصد افزايش مي يابد.
2- ميزان بازدهي در واحد موم گيري2 تا6 درصد افزايش مي يابد.
3- موجب يک کاهش کوچک در شدت چرخش حلال در واحدهاي پالايش با فورفورال يا ان.ام.پي NMP مي شود که اين امر باعث صرفه جويي در مصرف انرژي در اين واحد خواهد شد.
4- محصول مياني اکسترکت Extract توليد شده به صورت قابل توجهي سولفور اندک دارد (به خاطر60 تا80 درصد گوگردگيري) که اين امر اجازه مي دهد تا از محصول اکسترکت به عنوان يک برش اختلاطي در روغن هاي سوختي استفاده کنيم.
فرايند RHC
اين فرايند توسط شرکت اکسون مطالعه و براي اولين بار در سال1999 در بيتاون (Baytown) آمريکا به اجرا گذاشته شد. موفقيت اين طرح به اين خاطر است که با يک هزينه پايين حاصل از ترکيب اين فرايند و با يک واحد پالايش با حلال روغن، مي توان روغن پايه گروه يک را به روغن پايه گروه دو ارتقا داد.
پس از ورود خوراک رافينيت به واحد RHC شاخص گرانروي و ميزان ترکيبات اشباع در راکتورهاي تبديل هيدروژني ارتقا مي يابد و سپس در راکتور تصفيه با هيدروژن، خصوصيات روغن تثبيت مي شود. محصولات توليد شده سپس براي موم زدايي به واحد موم گيري با حلال فرستاده مي شود. پس از عبور خوراک از واحد RHC ميزان ترکيبات اشباع و شاخص گرانروي آن به طور قابل ملاحظه اي بالا مي رود.
محصولات خروجي از RHC در طبقه بندي گروه دو API قرار مي گيرد اما به دليل اينکه انديس گرانروي (VI) و فراريت محصول به دست آمده کمي پايين تر از روغن هاي گروه دو است، بنابراين آنها را روغن هاي گروه دو مثبت
(Group-II-Pluse) نامگذاري مي کنيم.
پايين بودن هزينه سرمايه گذاري ادغام اين فرايند با فرايند استخراج باحلال موجود، يكي ديگر از مزاياي مهم اين است که در اين فرايند فقط برش هاي روغن انتخاب شده ارتقا داده مي شود.
واحد RHC فقط برش هاي انتخابي از برج تقطير در خلاء را به صورت موثر عمل آوري
مي کند وهر برش انتخابي هم محصول روغن مجزا توليد مي کند.
فرايند موم گيري کاتاليستي- فرايندهاي ايزومريزاسيون هيدروژني
موم گيري کاتاليستي که از20 سال گذشته به جاي موم گيري با حلال پيشنهاد شده است از تکنولوژي فرايند هيدروژناسيون براي شکستن زنجيره هاي بلند مولکولهاي پارافين به محصولات نفتي سبک در يک راکتور بستر ثابت تشکيل شده است. اين فرايند براي تمام محدوده هاي گرانروي منابع روغن هاي پايه روانسازي (LOBS) قابل اجراست.
همچنين ميزان ذرات گوگردي و نيتروژني که به طور معمول در روغن هاي پايه حاصل از فرايندهاي استخراج با حلال وجود دارند در عملکرد اين فرايند خللي ايجاد نمي کند. فرايندهاي کاتاليستي موم زدايي در مقايسه با واحدهاي موم گيري با حلال، محصولات (روغن هاي موتور، روغن هاي صنعتي و محصولات ميان تقطير) با نقطه ريزش پايين تر توليد مي کنند و محصولات نهايي به طور عمده از نوع هيدروکربورهاي اشباعي هستند. از نظر
هزينه هاي سرمايه گذاري و عملياتي نيز با صرفه تر از واحدهاي موم زدايي با حلال هستند و به فضاي کمتري احتياج دارند. در اين حالت، پالايشگاه نيازي به توليد موم ندارد و در عوض محصولات با ارزش LPG ، نفت سفيد، نفت گاز و بنزين توليد مي شود. در روش هاي کاتاليستي مواد افزودني کمتري مصرف مي شود و در بيشتر موارد به واحد تصفيه هيدروژني نيازي نيست.
فرايند مومگيري کاتاليستي
(Catalitic Dewaxing)
واکنش هاي اصلي در اين فرايند شکسته شدن هيدروکربورهاي مومي به ترکيبات با انديس گرانروي بالا، بنزين و گاز است. فرايندهاي مختلفي براي تبديل کاتاليستي فرايندهاي موم گيري معرفي شده اند که مهمترين آنها تحت اختيار شرکت هاي صاحب ليسانس Chevron، Mobil و BP است. از جمله مزاياي مهم اين فرايندها عملکرد آنها در شرايط متوسط عملياتي و نياز آنها به مصرف کمتر هيدروژن است.
در ضمن در صورت استفاده از اين فرايندها در مواردي براي تصفيه نهايي و خالص سازي به تصفيه پاياني نيازي نيست.
فرايند مومگيري ايزومري
(ISO Dewaxing)
موم گيري ايزومري از کاتاليست هاي مخصوص با عملکرد دوگانه و با قدرت شکستن برخي از مولکول هاي موم ها به محصولات سبکتر و ايزومريزاسيون، بخش ديگري از موم ها به ايزوپارافين ها با نقطه ريزش پايين تر هستند، که اين امر باعث افزايش ميزان بازدهي و شاخص گرانروي (VI) روغن مي شود. فرايند مومگيري ايزومري در فشارهاي بالاتر از روش موم گيري کاتاليستي که قبلاًً توضيح داده شد، عمل مي کنند و کاتاليست هاي فلزي اصيل و قيمتي مورد استفاده در آنها، کاربرد آنها را براي خوراکهايي که شامل مقدار کمي از مواد قطبي هستند (مثلاً براي روغن هاي هيدروکراکينگ شده يا رافينيت هاي به شدت هيدروتريتينگ شده از استخراج با حلال) ، محدود مي کنند.
دو مجموعه بسيار مهم که مقوله فرايند
موم گيري را پوشش مي دهند، شرکت چِوْرن با تکنولوژي موم گيري ايزومري کاتاليستي و شرکت اکسون هستند. شرکت اکسون از کاتاليست MSDW براي اين فرايند استفاده
مي کند.
معرفي تکنولوژي مومگيري کاتاليستي MSDW
MSDW روغن هاي مومدار و رافينيت ها را براي تبديل به روغن هاي پايه با نقطه ريزش فوق پايين(40- درجه سانتيگراد و پايين تر) پوشش مي دهد و يک جهش شديد در شاخص گرانروي روغن (VI) فراهم مي کند.
در اين تکنولوژي مولکول هاي واکس توسط فرايند ايزومريزاسيون هيدروژني Hydroisomerization گرفته و دفع مي شوند.
برش هاي گرفته شده از برج خلاء (VGO) به عنوان خوراک، به طور مستقيم به برج LHDC وارد مي شوند که در آن ميزان سولفور و نيتروژن کاهش يافته وترکيبات آروماتيکي هم اشباع
مي شوند. بسته به نوع نفت خام براي ميزان متوسط بازدهي عملکرد واحد LHDC بين60 تا80 درصد، حدود165 تا415 متر مکعب هيدروژن در هر تن متريک از نفت خام لازم است. سپس محصولات شکسته شده وارد واحد MSDW مي شود. در اين واحد کاتاليستهاي MSDW در ابتدا توسط فرايند ايزومريزاسيون نرمال پارافين ها نقطه ريزش روغن را پايين مي آورد . ميزان هيدروژن مصرفي در اين واحد کمتر است و معمولاً بين20 تا80 متر مکعب هيدروژن در هر تن روغن خام است.
مرحله نهايي، فرايند تصفيه هيدروژني روغن به منظور تثبيت رنگ روغن است. بازدهي اين فرايند بين85 تا97 درصد است. از مزاياي مهم اين فرايند اين است که در توليد محدوده وسيعي از محصولات روغن پايه گروه2 يا3 انعطاف پذير است. به تازگي شرکت اکسون تکنولوژي کاتاليست MSDW را با تکنولوژي جديد کاتاليست تصفيه هيدروژني روغن به نام کاتاليست MAXSAT ادغام کرده است. از مزاياي مهم اين نوع کاتاليست اين است که از نظر اقتصادي کاملاً مقرون به صرفه بوده و فعاليت اشباع سازي آن بسيار زياد است، مقاومت آن براي ترکيبات گوگردي بسيار بالاست و دانسيته آن نيز پايين است که منجر به کاهش قيمت تمام شده کاتاليست ها مي شود.
از ديگر کاربردهاي اخير تکنولوژي MSDW فرايند (MWI) است که از آن به منظور هيدرو ايزومريزه کردن واکسهاي حاوي روغن با5 تا25 درصد روغن که در آن70 درصد از مقدار موم مي تواند به ايزومرهايي با VI هاي بالا تبديل شود، براي توليد روغن هاي پايه با VI بالا مخصوصاً توليد روغن هاي گروه3 با+130=VI استفاده مي شود. اغلب، اندازه پلنت محدود به حجم واکس حاوي روغن در دسترس در هر موقعيت مي شود و همچنين قابليت اقتصادي آن وابسته به مقدار جريان خوراک واکس است. بسته به کيفيت واکس، خواص محصول و بازدهي ها مي توانند تغيير کنند، اما در واکس هاي معمول که حاوي روغن بين5 تا25 درصد است بيش از70 درصد از ترکيب واکس را مي توان به ايزومرهاي با VI بالا تبديل کرد.
تصفيه پاياني به روش هيدروژني (هايدرو فينيشينگ)
اين فرايند يک نوع فرايند کاتاليستي در شرايط عملياتي متوسط با هيدروژن است که ترکيبات نامرغوب در مجاورت کاتاليست با هيدروژن ترکيب شده و به ترکيبات مورد نظر تبديل مي شوند. عمليات هيدروژنه کردن در آخرين مراحل و بعد از عمليات استخراج با حلال به منظور حذف ترکيبات نامطلوب و فعال شيميايي که بر رنگ و پايداري رنگ روغن ها تاثير منفي مي گذارند و به منظور احياي خاصيت ضد امولسيوني در دماي بالا در حضور کاتاليزورهاي کبالت- موليبدن انجام مي شود. اين فرايند باعث حذف مواد زايد اکسيژني ترکيبات سولفوردار و نيتروژن دار آلي مي شود که بر رنگ و پايداري رنگ روغن ها تاثير جدي گذاشته اما قادر به حذف مولکول هاي آروماتيکي نيست. از آنجا که ترکيبات نيتروژني در فشار معمولي به سختي هيدروژنه مي شوند در مقايسه با ساير فرايندهاي کاتاليستي، فرايند فوق در فشار معمولي بالاتري انجام مي گيرد.
پرسش هاي اساسي براي تصميم گيري در مورد توجيه پذيري اقتصادي سرمايه گذاري فرايندهاي جديد
1- ميزان درصد تبديل براساس نوع خوراک (منبع نفت خام موجود)، چگونه تغيير مي کند؟
2- بازار فروش و قيمت محصولات روغن پايه گروه1 و2و2+ يا روغن هاي پايه گروه3 توليدي چقدر است؟
3- آيا براي سوخت توليد شده در يک پروژه هايدروکراکينگ، هايدروتريتينگ و هايدروديواکسينگ با فشار بالا به عنوان محصول جانبي، بازار فروشي وجود دارد؟
4- ميزان انرژي مصرفي و هزينه هاي توليد آن چقدر است؟
5- مشخصات کاتاليست هاي فرايندي به تفکيک نوع فرايند به همراه هزينه هاي تامين و تعويض آنها چقدر است؟
6- هيدروژن مصرفي چه مشخصاتي دارد و قيمت آن چقدر است؟
7- چه نوع امکاناتي براي طراحي و ساخت بخش هاي مختلف اين فرايند در داخل کشور مهيا است؟
8- زمان بازگشت سرمايه چقدر است؟
9- چه سطحي از سرمايه مي تواند توجيه شود؟
پاسخ سئوالات بالا مشخص مي کند که آيا نياز به ارتقاي واحد توليد روغن گروه يک احساس مي شود يا نه و اگر بلي، چه گزينه اي از گزينه هاي سه گانه منجر به بيشترين ميزان بر گشت سرمايه منجر مي شود؟
نشريه روانسازها- شماره5
مهندس رازي فر، دانشجوي كارشناسي ارشد مهندسي شيمي

ماهنامه نفت پارس

من هم خدایی دارم

plangton31

کاربر

ارسالها: 5120

#95 Posted: 21 Jul 2011 14:29

واكس هاي نفتي و روش هاي استخراج آنها
--------------------------------------------------------------------------------

واكس ها هيدروكربن هايي هستند كه از نفت خام استخراج مي شوند. وجود تركيبات شيميايي با ارزشي نظير پارافين هاي نرمال، نظر هر شيمي داني را به خود جلب مي كند. با استفاده از واكنش هاي شيميايي مي توان مواد با ارزشي را بدست آورد كه در صنايع مختلف مورد استفاده قرار بگيرد.
واكس هاي نفتي را برحسب مواد اوليه اي كه از آن به دست مي آيند، مي توان به سه دسته تقسيم كرد.

الف: واكس هاي پارافيني
اين نوع واكس از مواد اوليه با نقطه جوش پايين به دست آمده و بيشتر تركيبات سازنده آن از هيدروكربن هاي نرمال پارافيني تشيكل يافته است. بيشتر هيدروكربن هاي شاخه دار (در صورت وجود) از نوع ايزو پارافين ها هستند. هيدرو كربن هاي سازنده واكس داراي20 تا40 مولكول كربن مي باشند و جرم مولكولي آنها بين280 تا560 متغير است. هم چنين در دماي عادي جامد بوده و ويسكوزيته آن حدود 35-45 SUS (در100 درجه سانتي گراد) و كريستال هاي آن به صورت سوزني يا صفحه اي است.

ب: واكس هاي ميكروكريستال
واكس هاي ميكروكريستال از واكس گيري مواد اوليه سنگين (مواد اوليه با نقطه جوش بالا) به دست مي آيند. كريستال هاي آن از انواع پارافيني ريزتر بوده و جرم مولكولي آن حدود800-450 وتعداد تركيبات كربن سازنده آن بين57-32 مي باشد.
واكس هاي ميكروكريستال در مقايسه با انواع پارافين ها با اسيد سولفوريك، اسيد نيتريك و اسيد سولفونيك بهتر تركيب مي شوند و علت اين تركيب، وجود هيدروژن، روي كربنِ نوع سوم است. انواع اكسيده شده اين واكس ها در صنايع توليدي واكسِ كف اطاق (POLISH) استفاده مي شود. هم چنين در توليد رنگ به عنوان پيگمان سوسپانسيون به كار گرفته مي شوند.

ج: پترولاتوم
اگر عمل واكس گيري بر روي مواد باقي مانده تقطير انجام شود واكس حاصل را پترولاتوم مي نامند. كريستال هاي آن از دو نوع قبلي ريزتر بوده و مقداري روغن را در خود نگه داري مي كنند به طوري كه معمولاً حالت ژلاتيني دارند.
جرم مولكولي آن بين980-560 و نقطه ذوب آن بين85-55 درجه سانتي گراد است. در مواقعي كه بخواهند پترولاتوم را بدون استفاده از حلال و حرارت پخش كنند، از پترولاتوم امولسيون شده در آب استفاده مي شود. براي اين منظور بايستي مخلوطي از واكس ذوب شده در آب داغ با استفاده از يك امولسيون كننده نظير تترا اتانول آمين تهيه كرد.
جدول(1-1) خواص فيزيكي و شيميايي واكس هاي پارافيني - ميكروكريستال و پترولاتوم را نشان مي دهد.

بررسي خواص فيزيكي و شيميايي واكس هاي پارافيني
بررسي خواص فيزيكي و شيميايي واكس مي تواند تا حدي در شناسايي ساختمان شيميايي واكس ها مورد استفاده قرار گيرد. به طور كلي شناسايي خواص واكس ها را مي توان به سه دسته تقسيم كرد:
الف: روش هاي فيزيكي (نقطه ذوب، درصد روغن، ويسكوزيته، ضريب شكست، جرم مخصوص ...)
ب: آزمايش هايي كه بيشتر جنبه مكانيكي داشته و بيشتر در صنايع، به منظور شناخت خصوصيات واكس به هنگام مصرف بر روي آن انجام مي گيرد. (مقاومت در مقابل كشش، مقاومت در مقابل سايش، جلاي واكس، انعطاف پذيري)
ج: بررسي ساختمان شيميايي تركيبات سازنده واكس

1- اسپكترومتر جرمي:
با استفاده از اسپكترومتر جرمي در دماي زياد مي توان نوع تركيبات و درصد هر يك از آنها را در واكس تعيين كرد.

2- كروماتوگراف گازي:
در اين روش، پيك هاي حاصل از گاز، كروماتوگرافي واكس را تعيين كرده و از مقايسه آن با پيك هاي استاندارد به دست آمده مي توان تركيبات سازنده واكس و نيز با محاسبه سطح زير هر پيك، درصد آن تركيب را در واكس تعيين نمود.
روش اسپكترومتر جرمي در مقايسه با روش هاي ديگر براي شناسايي تركيبات سازنده واكس روشي مناسب است. در مواقعي كه استفاده از اين روش ممكن نباشد مي توان با روش ساده زير تا حدودي تركيبات سازنده واكس را شناسايي كرد. روش عمل بدين صورت است كه ابتدا خواص فيزيكي مهم واكس نظير نقطه ذوب، ضريب شكست، ويسكوزيته، چگالي و غيره را تعيين كرده و از مقايسه آن با خواص فيزيكي هيدروكربن هاي پارافيني، هيدروكربور پارافيني معادل واكس را مشخص كرد.

روغن گيري از واكس
Slack Wax به دست آمده از واحد واكس گيري بر حسب شرايط عمل، حاوي15 تا50 درصد روغن است. جهت روغن گيري از واكس از3 خاصيت فيزيكي واكس و روغن استفاده مي شود.

روغن گيري از واكس با استفاده از تفاوت نقطه ذوب واكس و روغن
اين روش كه Sweating ناميده مي شود به خاطر پايين بودن راندمان عمل و محدوديت هاي موجود از لحاظ ماده اوليه، چندان مورد توجه نيست. با استفاده از اين روش تنها مي توان از واكس هاي پارافيني روغن گيري كرد، زيرا در هنگام گرم كردن واكس، وجود بلورهاي درشت در واكس هاي پارافيني فضاي آزادي را جهت جريان روغن ايجاد مي كند. درصد روغن موجود در واكس مورد عمل و شرايط گرم و سرد كردن آن، دو عامل موثر در كيفيت محصول به دست آمده است. براي روغن گيري از واكس ابتدا آن را ذوب كرده و به بالاترين قسمت سيني هايي كه به صورت پلكاني روي هم قرار گرفته اند، فرستاده مي شود تا در آنجا سرد شود. سپس واكس سرد شده را به تدريج گرم كرده و حين گرم شدن آن، قطرات روغن از درون بلورهاي واكس به پايين تراوش مي كند و به وسيله لوله هايي كه در اطراف سيني تعبيه شده است از سيستم خارج مي شود. سرعت گرم كردن واكس بايد حتي الامكان كم باشد(1تا2 درجه فارنهايت در ساعت)
از واكس باقي مانده در بالاي سيني، در هر مرحله اي نمونه برداري شده و هنگامي كه درصد روغن در آن به مقدار مورد نظر كاهش يافت عمل گرم كردن بر روي آن قطع مي شود. واكس باقي مانده در بالاي سيني جمع آوري مي شود.
با استفاده از اين روش نه تنها مي توان واكس را از روغن جدا كرد بلكه مي توان واكس هايي با نقطه ذوب هاي مختلف به دست آورد. از معايب اين روش مي توان به طولاني بودن زمان عمل(حدود70 ساعت) و بالا بودن درصد روغن در واكس اشاره كرد.

روغن گيري با حلال
معمولاً در روغن گيري از واكس از همان حلال مصرفي در واحد واكس گيري استفاده مي شود. حلال هاي مصرفي در واحد روغن گيري از واكس، مخلوطي از تولوئن و متيل اتيل كتن، متيل ايزوبوتيل كتن، و دي كلرو اتان را تشكيل مي دهند. روش عمل همانند روش واكس گيري از روغن موتور است. مزيت هاي اين روش بر روش هاي ديگر شامل موارد زير است:
الف: علاوه بر جداسازي روغن از واكس با اين روش مي توان واكس را با برش هاي مختلف و بر حسب نقطه ذوب آنها از يكديگر جدا كرد.
ب: قابليت انعطاف آن زياد بوده و در مورد مواد اوليه آن هيچ گونه محدوديتي وجود ندارد. ج: مقدار روغن باقي مانده در واكس نسبت به روش هاي ديگر كمتر است.
د: از آنجايي كه در اين روش از همان حلال واحد واكس گيري استفاده مي شود هزينه توليد تقريباً50 درصد كاهش مي يابد.

جدا كردن بعضي از انواع هيدروكربن هاموم هاي پارافيني: استخراج موم ها معمولاً از طريق استفاده از حلال و يا رسوب گيري، (در اثر سرد كردن) از فرآورده تقطير خلا صورت مي گيرد. اين موم ها اساساً از نرمال پارافين ها با18 تا35 اتم كربن تشكيل شده ند. موم هاي پارافيني متداول در دمايي بين45 تا65 درجه سانتي گراد ذوب مي شوند و مخلوطي از هيدروكربن هاي پارافيني نرمال از C22 تا C30 هستند.
موم هاي ميكرو كريستالين: اين موم ها در دماي بالاتري ذوب مي شوند(90 درجه سانتي گراد) و جرم مولكولي بيشتري دارند(400 تا800) و آنها را مي توان از باقي مانده (و نه از فرآورده) تقطير خلا جدا كرد.
هم چنين مي توان نرمال پارافين ها را به كمك الك هاي مولكولي يا تركيبات اوره از بعضي برش هاي نفتي جدا كرد.
پارافين ها(نرمال پارفين ها): از مخلوط نرمال پارفين ها يا10 تا20 اتم كربن، بر حسب برشي كه از آن استخراج شده اند خلوص ساختمان نرمالشان مي تواند از98 درصد هم تجاوز كند.
الك هاي مولكولي كه به كار مي روند «لند» نام دارند و عبارتند از زئوليت هاي بلورين سنتزي به فرمول عمومي زير:

MC12/n[(AL2O3)12.(SiO2)12]27H2O
كه در آن MC يك كاتيون با بارn را نشان مي دهد. شبكه بلورين مكعبي اين زئوليت ها از چهار وجهي هاي SiO4 و ALO4 تشكيل شده است. اين ساختمان خلل و فرجي را به وجود مي آورد كه قطر آنها بستگي به كاتيون به كار رفته دارد.
هيدروكربن هاي نرمال پارافيني مي توانند در اين خلل و فرج نفوذ كنند در حالي كه هيدروكربن هاي شاخه دار و حلقوي نمي توانند داخل اين منافذ بشوند.
الك هاي 4A ، زئوليت هاي از نوع A و به فرمول عمومي زيرند:

0/96Na2O-1/00 Al2O3-0/02 SiO2

و فقط مولكول هايي را كه از 4A كوچكترند، جذب مي كنند. الك هاي 5A همان الك هاي 4A هستند با اين تفاوت كه75درصد سديم آن به وسيله كلسيم جانشين شده است قطر خلل و فرج 5A است. اين الك هاي مولكولي براي استخراج نرمال پارافين ها به كار مي روند. در استخراج نفت سفيد نرمال، پارافين هايي كه حاصل مي شوند،10 تا13 اتم كربن دارند درحالي كه در استخراج گازوئيل، پارافين هاي C14 و C18 به دست مي آيد.
استخراج با اوره: اين روش بر اين اساس قرار دارد كه اوره قادر است با پارافين هاي خطي، كمپلكس هاي متبلور تشكيل دهد(شكل1). در اين كمپلكس ها، مولكول هاي اوره CO(NH2)2 فنروار بر روي يال هاي منشور هاي شش گوشي قرار گرفته اند. اين مولكول ها به وسيله پيوندهاي هيدروژني (كه در شكل1 با نقطه چين مشخص شده اند) در جاي خود نگهداري مي شوند. بدين ترتيب اين مولكول ها كانالي تشكيل مي دهند كه در داخل آن مولكول هاي پارافيني (به شرط آنكه شاخه نداشته باشند) قرار مي گيرند. قطر داخلي كانال ها 4/7A است.
خلوص نرمال پارافين هايي كه به وسيله اوره استخراج مي شوند كمتر از پارافين هايي است كه با روش الك مولكولي به دست مي آيند. حتي در بعضي شرايط داراي5 درصد ساختمان ايزو هستند. آلكان هاي5،4،3 اتم كربن دار، با اوره تركيب افزايشي نمي دهند.
اولين مولكول پارافيني كه تركيب افزايشي مي دهد هگزان است و پس از آن پايداري كمپلكس اوره- پارافين با جرم مولكولي هيدروكربن افزايش مي يابد.
هيدروكربن هاي شاخه دار در صورتي مي توانند تركيب افزايشي بدهند كه استخلاف ها بر روي كربن2 و يا3 بوده و زنجير اصلي نيز بيش از11 اتم كربن داشته باشد. اگر استخلاف متيل در كربن4 يا5 باشد زنجير اصلي بايد بيش از15 اتم كربن داشته باشد.
در صورتي كه گروه هاي دي متيل3،2 و4،3 وجود داشته باشند، زنجير بايد بيش از18 اتم كربن داشته باشد. بر حسب آنكه اوره به شكل متبلور و يا محلول باشد، روش ها با يكديگر اختلاف پيدا مي كنند.
مي توان تيو اوره CS(NH2)2 را جانشين اوره كرد ولي در اين صورت، روش جدا كردن، خاصيت گزينش پذيري خود را از دست مي دهد زيرا هيدروكربن هاي شاخه دار و نفتن ها نيز جذب مي شوند.

منابع:
1- نتايج موجود در واحد كنترل كيفيت
2-Industriial Wax
3-Hydrocarbon

ماهنامه نفت پارس

من هم خدایی دارم

plangton31

کاربر

ارسالها: 5120

#96 Posted: 21 Jul 2011 14:31

عوامل خوردگي در كوره ها و ديگ هاي بخار
--------------------------------------------------------------------------------

عوامل خوردگي در كوره ها و ديگ هاي بخار

نويسنده: نصراله صلاحي

كوره ها و ديگ هاي بخار در كليه صنايع از جمله صنايع نفت يكي از ادوات كليدي هستند كه بيش از هر قسمت ديگر در معرض اختلال، توقف ويا شرايط خطرناك و ناايمن قرار دارند.
بروز اشكال، منجر به از سرويس خارج شدن آنها مي شودو كل سيستم عملياتي به اجبار متوقف شده و از مدار توليد خارج مي شود. علاوه بر اين، هزينه هاي فراواني را(كه با توجه به واحد مربوطه ميزان آن متفاوت است) بايستي جهت رفع مشكلات بوجود آمده و به كار اندازي سيستم متحمل شد. هم چنين با توجه به نياز بازار و كاهش مواد توليدي توقف توليد طي اين مدت ضمن كاهش بهره برداري از سيستم ممكن است مشكلات اقتصادي و اجتماعي را نيزبه همراه داشته باشد.
يكي از مشكلات اساسي كه مي تواند باعث بروز مشكل براي كوره ها باشد، خوردگي در نقاط و وسايل مختلف آن است كه ضمن هدر روي مقدار زيادي انرژي، آسيب هاي مكانيكي متعددي به كوره وارد مي كند. از آنجا كه هر كوره از بخش هاي متعددي همچون بدنه، اطاقك احتراق (Fire Chamber)، دودكش، مشعل و ساير تجهيزات جانبي تشكيل شده، لذا علل خوردگي و راه حل هاي پيشنهادي در هر يك از بخش ها به طور مجزا مورد بحث و بررسي قرار مي گيرد.

بدنه كوره ها
معمولاً بدنه يا ديواره خارجي كوره ها را از ورقه استيلً3/16 و كف آن را از ورقه 1/4 مي سازند.
در طراحي ها عموماً اتلاف حرارتي از بدنه كوره حدود2 درصد منظور مي شود. نوع و ضخامت عايق كاري بدنه داخلي كوره بايد طوري در نظر گرفته شود كه دماي سطح خارجي كوره بيش از (1800F) 82 C0 نشود. اصولاً عايق كاري و عايق هاي به كار رفته در كوره ها از نظر سرويس دهي مناسب، عمر معيني دارند و به مرور زمان ساختمان كريستالي آنها تغيير يافته و ضخامت آنها كم مي شود و اين تغييرات ساختماني سبب تغيير ضريب انتقال حرارت و اتلاف انرژي به بيرون خواهد بود. مطالعات ميكروسكپيك و كريستالوگرافيك چند نمونه عايق كار كرده، با نوع تازه آن مويد اين مطلب است.
در صورتي كه عايق ديواره هاي كوره بر اثر بنايي ناصحيح، عدم انجام صحيح Curing بر مبناي دستورالعمل، حرارت زياد و يا شوك هاي حرارتي ترك بردارد، نشت گاز هاي حاصل از احتراق كه عبارتند از: So x، No x، N2،Co2 (درصورتي كه نفت كوره به عنوان سوخت مصرف شود) و بخار آب در لابلاي اين ترك ها و تجمع آنها در لايه بين بدنه كوره و عايق ديواره و سرد شدن تدريجي آنها تا دماي نقطه شبنم، باعث خوردگي بدنه مي شود.
تداوم اين امر ضمن اتلاف مقدار بسيار زياد انرژي (از طريق بدنه كوره به محيط اطراف)، باعث ريختن عايق و در نتيجه اتلاف بيشتر انرژي و گسترش خوردگي بر روي بدنه كوره و ساير نقاط آن خواهد شد.
در يك بررسي ساده بر روي كوره اي كه چندين سال از عمر عايق آن مي گذشت ملاحظه شد كه دماي اندازه گيري شده واقعي سطح كوره در اكثر نقاط بسيار بيشتر از ميزان طراحي است. اين مقدار در بعضي از موارد به 200 0C نيز
مي رسيد. در اين كوره ضمن جدا شدن عايق از ديواره كوره و گسترش خوردگي در نقاط مختلف بدنه، گرم شدن بدنه كوره نيز موجب خم شدن ديواره ها شده و سرعت خوردگي را افزايش داده و باعث خرابي قسمت هاي مختلف كوره شده است.
به طور كلي براي جلوگيري و يا كاهش مشكلات خورندگي بر روي بدنه كوره لازم است به هنگام تعميرات اساسي ضمن توجه به عمر عايق ديواره در صورتي كه عمر آنها از حد معمول گذشته باشد (البته با توجه به درجه حرارتي كه درهنگام كار كردن واحد درمعرض آن بوده اند) آنها را با عايق مناسب و استاندارد تعويض كرد و در صورت وجود ترك (قبل و يا بعد از بنايي)، محل ترك ها را با الياف مخصوص KAOWOOL پر كرد.
هم چنين در بنايي، عمليات Curing را مطابق دستور العمل انجام داد تا پيوند هيدروليكي در عايق هاي بكار رفته در بنايي، به پيوند سراميكي تبديل شده و ميزان رطوبت باقيمانده در ديواره از 0.04 gr/m2 بيشتر نشود.
البته چنان چه Ceramic Fiber (الياف سراميكي) به عنوان عايق ديواره كوره مورد استفاده قرار گيرد، بدليل عدم نياز به Curing و Drying و سبكي وزن، مشكلات احتمالي استفاده از عايق هاي نيازمند به Curing را نخواهيم داشت. ضمن اين كه عمر بيشتر و چسبندگي بهتري به ديواره، نسبت به ديگر عايق هاي موجود دارند.

تيوب ها يا لوله هاي داخل كوره ها
معمولاً كوره ها متشكل از دو بخش RADIATION و CONVECTION هستند كه بايستي ظرفيت گرمايي (DUTY) كوره از نظر درصد، تقريباً به نسبت70 و30 درصد بين اين دو بخش تقسيم شود.
از آنجا كه لازم است سيال به اندازه دماي مورد نظرگرم شود بايستي حرارت مورد نياز خود را از طريق هدايتي از لوله ها و تيوب هاي داخل كوره دريافت كند، اين لوله ها نيز حرارت مورد نياز براي اين انتقال حرارت را از طريق تشعشعي و جابه جايي در اثر احتراق سوخت در داخل كوره جذب مي كنند، انتخاب آلياژ مناسب جهت لوله با توجه به نوع سيال و تركيبات آن و ميزان حرارت دريافتي توسط لوله و در معرض شعله قرار گرفتن از اهميت بسزايي برخوردار است.
مسائلي كه به بروز مشكلاتي براي تيوب ها منجر مي شود عبارتند از :
سرد و گرم شدن ناگهاني لوله، گرم شدن بيش از حد لوله و بالا رفتن دماي تيوب از حداكثر مجاز آن، در معرض شعله قرار گرفتن و برخورد شعله به لوله (impingement) ، ايجاد يك لايه كُك بر روي جداره داخلي لوله، Carborization، Hogging، Bending، Bowing، Sagging، Creeping ، خوردگي جداره داخلي لوله بر اثر وجود مواد خورنده در سيال عبوري، خوردگي جداره بيروني لوله در اثر رسوبات حاصل از احتراق سوخت مايع بر روي جداره خارجي لوله، كاركرد لوله بيش از عمر نامي آن (80 هزار الي 110 هزار ساعت).
سرد و گرم شدن ناگهاني لوله، ممكن است به Creeping (خزش) كه نتيجه آن ازدياد قطر لوله مي باشد منجر شود كه در اين صورت احتمال پارگي لوله و شكنندگي آن را افزايش مي دهد. چنانچه در اثر Creeping مقدار ازدياد قطر از2 درصد قطرخارجي لوله بيشتر شود، لوله مزبور بايستي تعويض شود.
در يك اندازه گيري عملي كه براي برخي از تيوب هاي هشت اينچي و شش اينچي كوره
H-151 (كوره تقطير در خلا) در پالايشگاه اصفهان در هنگام تعميرات اساسي صورت پذيرفت، محاسبات زير بدست آمد:

براي تيوب8 اينچ
OD=8.625 (اصلي)
OD=8.75 (اندازه گيري شده)
(OD)=0.125 (افزايش قطر لوله)

(OD)ALLOWABLE=8.625x2%=0.1725
هنوز مي توان از تيوب مزبور استفاده كرد.

براي تيوب6 اينچ
OD=8.625 (اصلي)
OD=8.675 (اندازه گيري شده)
(OD)=0.05 (افزايش قطر لوله)

(OD)ALLOWABLE=6.625x2%=0.1325

كه هنوز مي توان از تيوب شش اينچي مزبور استفاده كرد.
همان طور كه پيداست تيوب8 اينچي حدوداً بيش از دو برابر تيوب6 اينچي ازدياد قطر داشته است

براي لوله6
كوره H-101 (اتمسفر يك)
OD=6.625 (اصلي)
OD=6.635 (اندازه گيري شده)
(OD)=0.01 (اندازه قطر لوله)

(OD)ALLOWABLE=6.625x2%=0.1325

بالا نگه داشتن دماي پوسته تيوب ها سبب كاهش مقاومت لوله ها و كاهش عمر مفيد و گارانتي حدود يكصد هزار ساعتي آنها مي شود.
تجربه نشان داده است كه اگر به مدت6 هفته سطح خارجي (پوسته) لوله اي 900C بيش از مقدار طراحي در معرض حرارت قرار بگيرد، عمر تيوب ها نصف مي شود.
يكي ديگر از مشكلات پيش آمده براي لوله ها، برخورد شعله به لوله (IMPINGEMENT) است كه باعث OVER HEATING كوره و در نهايت HOT SPOT مي شود. اين امر مي تواند ضمن لطمه زدن در محل برخورد شعله به لوله، باعث تشديد عمل كراكينگ مواد داخل لوله شود و مواد مزبور به دو قسمت سبك و سنگين تبديل گردند.
مواد سنگين به جداره داخلي لوله چسبيده و كك ايجاد مي كنند. به ازاي تشكيل يك ميلي ليتر ضخامت كك با توجه به ضريب هدايتي كك كه برابر.........................مي باشد براي يك شارژ حرارتي معمول در قسمت تشعشعي كوره H-101 (اتمسفر يك) كه برابر با ....................... مي باشد، معادل فرمول زير است:
مي بايستي 300C دماي پوسته تيوب بالاتر رود تا سيال موجود در تيوب به همان دماي مورد نظر برسد. در اين صورت ملاحظه مي شود بالا رفتن دماي تيوب به چه ميزان اتلاف سوخت و انرژي، داشته و به طور كلي به مرور زمان چه لطمه ها و آسيب هايي به كل كوره وارد مي شود. به عبارت ديگراختلاف دماي پوسته تيوب هاي كوره كه در طراحي عموماً 1000F بالاتر از دماي متوسط سيال درون آن در نظر گرفته مي شود، به مرور زمان با تشكيل كك (با رسوبات بيروني) بيشتر مي شود.
مشكل ديگر كه به علت دماي بالا براي تيوب هاي كوره ها ايجاد مي شود خميدگي در جهت هاي مختلف اين تيوب هاست.
يكي ديگر از مسائلي كه باعث خم شدن و شكستگي لوله ها مي شود پديده كربوريزيشن (carborization) است كه بر اثر تركيب كربن با آهن پديد مي آيد :............................... اين واكنش كه باعث توليد كربور آهن خواهد شد در دماي بالاتر از 7000c ايجاد مي شود
( 7000cتا 14000c). اين حالت عمدتاً در زمان Curing و drying كوره پديد مي آيد. البته Hot spot نيز بيشتر در اين زمان ها اتفاق مي افتد.
وجود ناخالصي هاي مختلف مثل فلزات سديم، واناديم، نيكل و غير فلزاتي مثل گوگرد و ازت به صورت تركيبات آلي در سوخت هاي مايع، مسائل عديده اي را باعث مي شوند كه از آن جمله كاهش انتقال حرارت از طريق سطح خارجي تيوب به سيال درون تيوب است كه به علت تشكيل رسوبات مربوط به ناخالصي هاي مزبور بخصوص رسوبات فلزي بر روي تيوب هاست. به همين دليل براي رسيدن به دماي مورد نظر سيال موجود در لوله، مجبور به مصرف سوخت بيشتر خواهيم شد. در نتيجه مشكلات ايجاد گرماي بيشتر در كوره و مسائل زيست محيطي در اثر تشكيل SOX، NOX و ... را خواهيم داشت. از طرفي به دليل نشست اين رسوب ها بر روي تيوب ها مسئله خوردگي و سوراخ شدن پيش خواهد آمد. علت اين خوردگي كه از نوع High temp corrosion مي باشد پديده سولفيديش است كه در دماهاي بين630 تا700 درجه سانتي گراد بوقوع مي پيوندد. همان طور كه گفته شد علت اصلي آن وجود عناصر واناديم، گوگرد، سديم و نيكل به همراه گازهاي حاصل از احتراق سوخت است.
فلزات ذكر شده (بصورت اكسيد) به كمك اين گازها بالا رفته و بر روي تيوب هاي قسمت تشعشع و جابه جايي مي نشينند. خوردگي و سوراخ شدن تيوب، بر اصل اكسيد شدن و تركيب عناصر مزبور باآلياژ تيوب استوار بوده كه باعث ايجاد تركيبات كمپلكس با نقطه ذوب پايين مي شود.
تركيب اوليه پس از Na2SO4 ، سديم وانادايت به فرمول Na2O6V2O5 است كه نقطه ذوب آن6300c مي باشد. عمده تركيبات ديگر كه شامل كمپلكسي از تركيب پنتا اكسيد واناديم و سديم است در شرايطي به مراتب ملايم تر و درجه حرارتي پايين تر ذوب مي شوند، براي مثال مخلوط واناديل واناديت سديم به فرمول 5Na2OV2O4 11V2O5 و متاوانادات سديم به فرمول Na2OV2O5 در 5270c ذوب مي شوند. ذوب اين كمپلكس ها شرايط مساعدي را براي تسريع خوردگي بوجود مي آورد. در اينجا تركيبات حاصل از احتراق نه تنها به نوع ناخالصي بلكه به نسبت آنها نيز بستگي كامل دارد و در مورد واناديم ميزان سديم از اهميت خاصي برخوردار است.
البته سديم واناديل وانادايت پس از توليد و ذوب شدن، با فلز آلياژ مربوط به تيوب، تركيب شده و بر اثر سيال بودن از سطح آلياژ كنار رفته و سطوح زيرين تيوب مربوطه در معرض تركيب جديد قرار مي گيرد. ادامه اين وضع به كاهش ضخامت تيوب و در نهايت سوراخ شدن و از كار افتادن آن منجر مي شود.

مشعل ها و سوخت
نقش كيفيت نوع سوخت و نوع مشعل ها شايد از همه عوامل ياد شده در كاركرد مناسب، راندمان بيشتر و كاهش خوردگي بيشتر برخوردار باشد . چنانچه از مشعل هاي Low excess air و يا نوع مرحله سوز (stage burning) استفاده شود، هواي اضافي مورد نياز به ميزان قابل توجهي كاهش يافته و به حدود3 و5 درصد مي رسد كه ضمن كاهش و به حداقل رساندن گازهاي خورنده و مضر زيست محيطي مثل NOx ، Sox ، در بالا بردن راندمان كوره بسيار موثر خواهد بود. اين امر باعث كاهش مصرف سوخت شده، و در نتيجه باعث كاهش گازهاي حاصل از احتراق و آسيب رساندن به تيوب ها، بدنه كوره و دود كش ها خواهد شد. وضعيت عملكرد مشعل ها بايستي به طور مداوم زير نظر باشد. بد سوزي مشعل ها مي تواند دلايل متضادي، همچون نامناسب بودن سوخت، عيب مكانيكي، كك گرفتگي سرمشعل و يا بالعكس، رفتگي و سائيدگي (Errosion) بيش از حد سر مشعل، كمبود بخار پودر كننده و ... داشته باشد.
وجود مواد آسفالتي، افزايش مقدار كربن باقيمانده (carbon residue) ، بالا بودنِ مقادير فلزات مثل سديم، نيكل، واناديم و هم چنين سولفور در سوخت مسائل متعددي را در سيستم احتراق ايجاد مي كند كه اين مسائل به طور كلي به دو دسته تقسيم مي شوند.

الف- مسائل عملياتي قبل از مشعل ها و احتراق:
اين مسايل در اثر وجود آب و نمك ها و ته نشين شدن آنها در ذخيره سازي نفت كوره بوجود مي آيند. در اين رابطه عدم تخليه مداوم مخزن ذخيره سازي، خوردگي و مشكلات ايجاد شده به طور خلاصه عبارتست از:
تشكيل لجن (sludge) در مخزن در اثر عدم استخراج كامل نفت كوره و آب،انباشته شدن لجن در فيلترها در اثر محصولات ناشي از خوردگي و پليمريزاسيون هيدروكربورهاي سنگين به علت اثر كاتاليزوري محصولات ناشي از خوردگي،انباشته شدن لجن و صمغ هاي آلي در گرم كننده سوخت، گرفتگي و خوردگي در نازل هاي پودر كننده نفت كوره (Atomizer) .

ب- مسائل عملياتي بعد از مشعل ها و احتراق:
ايجاد خوردگي در مناطق گرم وسرد كوره ها و ديگ هاي بخار، ايجاد رسوبات بر روي لوله هاي قسمت جابه جايي كوره و قسمت سوپر هيت ديگ هاي بخار، كاهش ضريب انتقال حرارتي در اثر رسوبات و در نهايت افت راندمان حرارتي در اثر افزايش دماي گازهاي خروجي حاصل از احتراق از دودكش كوره.
در اثر احتراق سوخت هايي كه داراي مقادير زيادي كربن باقيمانده و خاكستر باشند، مقادير متنابهي رسوب در قسمت هاي جابه جايي كوره و يا قسمت سوپر هيت ديگ هاي بخار توليد مي شوند. اين رسوبات به سختي در اثر عمليات دود زدايي از سيستم خارج مي شوند. مسئله سازترين سوخت ها، سوخت هايي است كه در آنها نسبت واناديم به سديم 12 Na كمتر از10 باشد.
به غير از مشكلات ايجاد شده توسط اكسيدهاي سديم و واناديم، فلز نيكل نيز كه در سوخت وجود دارد با اكسيژن تركيب شده و اكسيدهاي نيكل را به صورت رسوباتي بر روي لوله ها بوجود مي آورد.
براي جلوگيري از ايجاد خوردگي توسط اكسيدهاي واناديم و يا كاهش سرعت آن اقدامات زير لازم است:
1-كاهش مقدار اكسيژن موجود در گازهاي حاصل از احتراق، كه اين مقدار اكسيژن را مي توان با تنظيم مقدار هواي اضافي كوره يا ديگ بخار كنترل كرد و نسبت به كاهش آن اقدام نمود. در اين حالت راندمان حرارتي به طور چشمگيري افزايش مي يابد.
2- جلوگيري از تشكيل گاز So3 (انيدريد سولفوريك) يا كاهش آن در اثر كاهش هواي اضافي از35 درصد به ميزان10 درصد، كه در اين صورت ميزان تبديل گاز انيدريد سولفورو (SO2) نصف مي شود.
3-افزايش نقطه ذوب رسوبات تشكيل شده در سطوح لوله ها، به طوري كه در شرايط عملياتي موجود اين رسوبات به نقطه ذوب خود نرسند. اين امر با افزودن تركيبات منيزيم، به علت داشتن اختلاف پتانسيل شيميايي زياد و اورتوواناديم (3MGO-V2 O5) كه داراي نقطه ذوب بالايي هستند (حدود 1120 0c) ، ميسر مي شود.
4- مناسب ترين روش جلوگيري از خوردگي بواسطه وجود ناخالصي هاي موجود در سوخت مايع، استفاده از سوخت هاي گازي و بخصوص گاز طبيعي است كه ضمن داشتن صرفه اقتصادي، با يك سرمايه گذاري اوليه به نسبت كم مي توان مشكلات خوردگي ذكر شده را به شدت كاهش داد.
براساس برآورد اقتصادي انجام شده در پالايشگاه اصفهان، تعويض سوخت مايع و جايگزيني آن با سوخت گاز طبيعي، پس از بيست ماه، بازگشت سرمايه گذاري را در پي خواهد داشت. در عين حال گاز طبيعي مشكلات ذكر شده مربوط به مصرف سوخت مايع و هم چنين عدم مصرف بخار به عنوان بخار پودر كننده كاهش قابل ملاحظه مسائل زيست محيطي را به همراه دارد. به واسطه مصرف سوخت مايع (توليد NOx، Sox) ، به اندازه تفاضل قيمت جهاني سوخت گاز مصرفي و سوخت مايع، كه يا به فروش مي رسد و يا به عنوان خوراك واحد RFCC مورد استفاده قرار مي گيرد، سود عايد
مي كند.

تجهيزات جانبي
مهم ترين تجهيزات جانبي مورد استفاده در كوره ها را عموماً دوده زداها (SOOT BLOWERS) و آنالايزرها (O2 ANALAYZER) يا اخيراً (CO2 ANALYZER) تشكيل مي دهند.
با استفاده روزانه از دوده زدا (يك بار در روز) در يك كوره ملاحظه شده كه بلافاصله ده درجه سانتي گراد دماي سيال خروجي از كوره افزايش مي يابد، به عبارت ديگر به ميزان همان ده درجه سانتي گراد اضافي، سوخت مصرفي كوره كاهش مي يابد. ضمن اين كه تركيبات مضر و خطرناك كه هم باعث مسائل خوردگي مي شوند و هم انتقال حرارت را كاهش مي دهند، از روي لوله ها زدوده مي شوند. استفاده از ساير تجهيزات جانبي پيشگرمكن هاي هوا AIR PREHEATERS و لوازم بازيافت حرارتي از دودكش ها FORCED AND INDUCED FANS، و يا ECONOMIZER در ديگ هاي بخار باعث كاهش سوخت مصرفي و در نتيجه كاهش مشكلات ايجاد شده در كوره ها و ديگ هاي بخار مي شود.

منبع
1 - اصفهان.تجربيات بدست آمده در شركت پالايش نفت
ماهنامه نفت پارس

من هم خدایی دارم

صفحه 10 از 10: « پیشین 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

علم و دانش /

مهندسی شیمی

برای دسترسی به این قسمت میبایست عضو انجمن شوید. درصورتیکه هم اکنون عضو انجمن هستید با استفاده از نام کاربری و کلمه عبور وارد انجمن شوید. در صورتیکه عضو نیستید با استفاده از این قسمت عضو شوید.

↑ بالا