وبلاگ

فناوری تبدیل گاز طبیعی به فرآورده های مایع (Gas to Liquids)، به فرایندی اطلاق می گردد که در آن بتوان، گاز طبیعی را به فراورده های باارزشی از جمله: متانول، دی متیل اتر، نفتا و سایر فرآورده های میان تقطیر (مانند گازوئیل و نفت سفید) و حتی بنزین تبدیل نمود. این فناوری هرچند بیش از 80 سال قدمت دارد، ولی در مقیاس تجاری، هنوز در ابتدای راه توسعه خویش قرار دارد. به طور کلی فرایند تبدیل گاز طبیعی به فرآورده های مایع شمال 4 مرحله است که عبارتند از:
1- خالص سازی گاز

2- تولید گاز سنتز (مخلوط منواکسید کربن و هیدروژن)
3- فرآیند فیشر – تروپش (تبدیل گاز سنتز به فرآورده های نفتی)
4- ارتقا و بالا بردن کیفیت محصول نهایی
LNG مایعی است بی بو، شفاف، غیر سمی با وزن مخصوص حدود 0/45 گرم بر سانتی متر مکعب که با تبرید و میعان گاز طبیعی در حدود 160- درجه سانتی گراد، در فشار حدود اتمسفریک تولید می شود. با میعان گاز طبیعی، حجم آن تا 600 بار کاهش می یابد و به همین دلیل جاذبه خاصی در حمل و نقل گاز طبیعی به صورت مایع به وجود می آورد. این نسبت کاهش حجم در مورد LPG حدود 250 بار، گاز طبیعی هیدراته NGH071 بار و گاز CNG حدود 200 بار است.
فصل اول: کلیات
(1-1) هدف
در این تحقیق ما قصد داریم فرایند GTL را مورد بررسی و ارزیابی قرار دهیم و از روند تهیه و فرایند آن اطلاعاتی به دست بیاوریم.
(2-1) پیشینه تحقیق
قدیمی ترین تأسیسات GTL جهان واقع در آفریقای جنوبی می باشند. اولین تأسیسات GTL جهان در دهه 1950 توسط شرکت ساسول ایجاد گردید. ظرفیت تأسیسات مذکور 150 هزار بشکه در روز می باشد. سپس شرکت موس گاز در دهه 1980 نیز تاسیساتی به ظرفیت 22500 بشکه در روز ایجاد نمود اما شاید بتوان عرضه تجاری فرآورده های GTL را همراه با شروع به کار تأسیسات Bintulu در مالزی همراه دانست. شروع به کار عملیات مهندسی و ساخت این تاسیسات در سال 1989 شروع گشت و اولین تولید در سال 1993 اتفاق افتاد. تاسیسات Bintulu، 12500 بشکه در روز ظرفیت دارد و شرکت شکل تکنولوژی SMDS خود را برای اولین بار در این تاسیسات به کار گرفت. در دسامبر 1997 در اثر انفجار در واحد Air Separations تاسیسات مذکور، تولید به طور کامل متوقف گردید و بعد از گذشت 28 ماه در ماه می سال 2000، پس از بازسازی کامل تاسیسات، تولید مجددا شروع گشت. تاسیسات Bintulu برای فرآورش و تبدیل 100 میلیون فوت مکعب گاز میدان فراساحلی Sarawak به فرآورده هایی از جمله فرآورده های میان تقطیر (نفتا، نفت سفید و گازوئیل) و همچنین روغن های روانساز می باشد. حدود 70 درصد از فرآورده های حاصل از تاسیسات مذکور به بازارهای آسیا، اروپا و آمریکا صادر می شود.

:
سرب پنجمین فلز پرمصرف در سطح جهان است كه كاربردهای متنوعی در صنایع فلزی، شیمیایی ، نظامی و… دارد كه امروزه بیشترین مصرف آن در ساخت باتری های اتوموبیل میباشد. در سالهای گذشته بیشترین منبع مورد استفاده در تولید شمش سرب، استفاده از كانسارهای این فلز با ارزش بوده است. در حالیكه در 20 سال گذشته بدلیل روند نزولی میزان ذخایر معادن و نیز مشكلات زیست محیطی انباشت مصنوعات ساخته شده از سرب بازیافت این فلز مورد توجه قرار گرفت. به نحوی كه امروزه بیش از 80 درصد شمش سرب تولیدی در دنیا از باتریها و نیز پسماندهای حاوی سرب استحصال میشود. كانه سرب به همراه عنصر روی بوده و لذا استحصال شمش این دو فلز بطور موازی میباشد. پسماند كارخانه های تولید شمش سرب و روی نیز حاوی فلز سرب میباشد اما بدلیل ساختار مینرالی خاص آن به روشهای معمول قابل بازیافت نمیباشد. لازم به ذكر است كه سنگ معدن حاوی سرب بطور معمول حاوی 3,5 تا 4 درصد سرب است درحالیكه پسماند كارخانه تولید شمش روی حاوی حداقل 7,5 درصد سرب میباشد. در این پایان نامه دو روش معروف استحصال سرب از كیك حاوی این ماده (روش فلوتاسیون و روش محلولهای نمكی) بررسی و مقایسه شده وپارامترهای روش جدید محلولهای نمكی بهینه

 سازی شده است.

فصل اول: کلیات
1-1- هدف
هدف از این تحقیق ارزیابی روش و بهینه سازی پارامترهای فرآیند بازیابی سرب از كیك های واحد انحلال كارخانه تولید شمش روی به روش محلولهای نمكی میباشد. دو دلیل عمده انجام تحقیقاتی پیرامون این مبحث را ضروری مینماید، یكی مشكلات زیست محیطی ناشی از دفع كیك های حاوی سرب و سایر فلزات سنگین در اطراف كارخانه ها است كه از سویی نیاز به زیرسازی بسیار پرهزینه داشته و از سویی احتمال نفوذ فلزات سنگین از جمله سرب به آبهای زیر زمینی دور از ذهن نخواهد بود . و از سویی دیگر افزایش بی سابقه   قیمت سرب در سال اخیر میباشد كه در صورت اجرای چنین طرحی، منابع درآمدزا را، افزایش خواهد داد. در خصوص قیمت سرب لازم به ذكر است كه قیمت این ماده معدنی در دوسال اخیر به دو برابر میانگین قیمت سرب در 50 سال گذشته رسیده است. همین مطلب، هزینه تجهیزات فرآیند بازیافت سرب را توجیه میكند. تا پیش از این میزان سرب موجود در پسماندهای واحد انحلال به حدی نبود كه بازیابی آنها اقتصادی باشد . در نتیجه بازیابی آن از پسماند مورد توجه كارخانجات قرار نمیگرفت. روشهای حرارتی (پیرو متالورژی) متعددی از جمله استفاده از كوره ویلز و Slag Fuming جهت بازیابی سرب از پسماندهای واحد انحلال شناخته شده است و سابقه علمی و عملی دارد. از آنجا كه احداث چنین واحدهایی سرمایه گذاری نسبتاً زیادی نیاز دار د و همچنین انتخاب چنین روشهایی از توجیه مالی و اقتصادی خیلی كمی برخوردار است، استفاده از روشهای شیمیایی بازیابی سرب مورد توجه دست اندركاران این صنعت قرار گرفته است.
جنبه های مجهول و مبهم و متغیرهای مربوط به پرسشهای این تحقیق، دستیابی به فرآیندی مطمئن و اقتصادی جهت بازیابی سرب و بهینه كردن مصرف مواد شیمیایی مورد نیاز میباشد.
متغیرهای مربوط شامل استفاده از Reagent های مختلف و انتخاب بهترین Reagent، شرایط فرآیند از قبیل PH، دما، زمان اقامت و نهایتاً تثبیت فرآیند مناسب میباشد.
یكی از مهمترین دیدگاه های این ط رح از آنجا ناشی میشود كه پروژه ای در منطقه انگوران در دست بررسی میباشد كه ظرفیتی معادل با 100 هزار تن شمش روی در سال میباشد. به این ترتیب پس از راه اندازی كارخانه ، كیك ناشی از كارخانه فوق حجم قابل ملاحظه ای خواهد داشت و بازیافت سرب از آن منبع درآمد مناسبی جهت عوامل توسعه طرح خواهد بود.
2-1- پیشینه تحقیق
بازیابی سرب از پسماند واحد انحلال كنسانتره های سولفوره سابقه علمی و عملی بیش از 50 سال را دارد ولی بازیابی سرب از پسماند واحد انحلال كانی های اكسیده سیلیكاته با روش هیدرومتالورژی تاكنون در مقیاس صنعتی انجام نشده است.
در این ارتباط معدودی از شركتهای مهندسی دارنده تكنولژی در جهان از قبیل شركت كالسیمین، شركت كاهنربا و Reunidas Tecnicas اسپانیا مطالعات و آزمایشاتی داشته اند كه نتایج تحقیقات و بررسیهای این شركتها در طرح آورده شده است. مطالعات انجام شده تحت عنوان شرکت TR اسپانیا بصورت توضیح كلی فرآیند بازیافت توسط محلولهای نمكی در فصل چهارم ارائه شده و نتایج آزمایشات انجام شده توسط شركت كالسیمین وكاهنربا بر روی كیك های موجود در منطقه انگوران در فصل پنج و شش آورده شده است.

صنایع شیمیایی و پتروشیمی اغلب با مواد شیمیایی خطرزا و واحدهای عملیاتی تحت شرایط دما و فشار بالا نظیر راکتورها و تانک های ذخیره سروکار دارند. بنابراین احتمال وقوع حوادثی از قبیل انفجار، آتش سوزی و نشت مواد سمی در آنها وجود دارد. این حوادث ممکن است به علت اشکالات فرایندی، نقص دستگاه ها و یا خطاهای انسانی ایجاد شوند. رشد صنایع در کنار رشد جمعیت انسانی نه تنها باعث تکرار حوادث، بلکه موجب افزایش خسارات ناشی از حوادث نیز شده است. بعضی مواقع این خسارات سنگین و جبران ناپذیر می باشند. امروزه ایمنی فرایندها جهت جلوگیری از حوادث و یا کاهش خسارات ناشی از آنها به طور جدی مورد توجه قرار گرفته است.
2-1- ضرورت ایمنی از دیدگاه آمار
– کشته شدن 20 نفر و مجروح شدن 220000 نفر ناشی از نشت گاز سمی دی اکسین در ایتالیا در سال 1976.
– کشته شدن 2000 نفر و مصدوم شدن بیش از 200000 نفر به علت نشت گاز سمی متیل ایزوسیانات در سال 1984 در بوپال هندوستان.
– کشته شدن 2 کارگر در حادثه انفجار نیروگاه اتمی چرنوبیل و نشت مواد رادیواکتیو در سطح وسیع و به دنبال آن از بین رفتن بیش از 29

 نفر بر اثر قرار گرفتن در معرض گازهای رادیواکتیو در سال 1986.

– کشته شدن 16 نفر ناشی از انفجار ابر بخار پروپان سال 1988 در امریکا.
– کشته شدن 23 نفر بر اثر انفجار توپ آتش ایزوبوتان در سال 1989 در امریکا.
– کشته شدن 35 نفر بر اثر آتش سوزی و انفجار هیدروکربن در سال 1990 در هندوستان.
– کشته شدن 10 نفر بر اثر آتش سوزی نفتا در سال 1997 در هندوستان.
– کشته شدن 60 نفر بر اثر آتش سوزی و انفجار مخازن LPG در سال 1997 در هندوستان.
– کشته شدن 3 نفر و مجروح شدن بیش از 43 نفر بر اثر انفجار پالایشگاه الاحمدی در کویت در سال 2000.
– کشته شدن 22 نفر و ناپدید شدن 15 نفر و مجروح شدن بیش از 650 نفر بر اثر انفجار یک واحد عظیم پتروشیمی در شهر تولوز فرانسه در سال 2001.
آمار ذکر شده در بالا می تواند دلیل بسیار خوبی برای لزوم رعایت اصول ایمنی نه تنها در واحدهای شیمیایی بلکه در تمام زمینه ها باشد.
حوادث فوق الذکر هرچند که از نظر چگونگی اتفاق و نوع ماده شیمیایی با یکدیگر متفاوتند، اما در چند مورد اساسی اشتراک دارند که عبارت هستند از عدم کنترل آتش، انفجار و یا نشت مواد سمی و در نتیجه کشته و زخمی شدن افرادی در داخل و خارج از واحدهای فرایندی، ماندگار بودن اثرات ناشی از این حوادث و آلودگی محیط زیست.

:
از اواسط قرن هفدهم که انسان در راه صنعتی شدن گام برداشت و منافع و رفاه خود را در پیشرفت صنعتی جستجو می نمود تا به امروز که حدود 350 سال میگذرد، میلیونها نفر جانشان دستخوش ناآشنایی و عدم تجربه و بی تفاوتی گردیده است و حقیقت تلخ آن است که هر تصادف و یا هر حادثه بارها تکرار شده است.
موضوعی که در کنار رشد صنعتی مورد توجه قرار گرفت مخاطرات و ریسکها می باشند که جزئی لاینفک از صنعت خصوصا صنایع شیمیایی میباشند. کنترل این خطرات و جلوگیری از وقوع حوادث سبب شد تا مهندسان، ایمن سازی را به عنوان جزئی از اصول مهندسی کار خود قرار دهند و بدین ترتیب ایمنی (safety) و طراحی واحدهای فرآیندی ایمن جزء دغدغه های فکری مهندسان گردید.
اهمیت ایمنی در صنعت از دو دیدگاه مطرح گردیده است.
1- حفاظت از جان افراد و کارمندان
2- جنبه های اقتصادی
بی شک در طول قرن های متمادی هیچ چیز برای انسان مهم تر از حفاظت جان نبوده است از این رو ساخت واحد فرآیندی به گونه ای که در حین انجام کار جان کسی به خطر نیفتد بدیهی می نمود. وقوع حوادثی همچون بوپال هند اهمیت این موضوع را یادآوری می نمود.
از سویی دیگر نصب سیستم های ایمنی و یا به عبارت بهتر، ساخت واحدهای فرآیندی ایمن همراه با تحلیل هزینه های اقتصادی بود، اما

 هزینه های اقتصادی ناشی از حوادث در کارخانه ها نشان داد که اینگونه هزینه ها نه تنها اضافی نبوده بلکه لازمند و سرمایه داران را بر آن داشت تا تعاملی را بین هزینه های اقتصادی و نصب سیستمهای ایمنی برقرار نمایند تا از هزینه های ناشی از وقوع حوادث در امان بمانند.

برای یک سازمان فقدان یک متخصص که سالها برای تربیت او سرمایه و وقت مصرف شده، زیان سنگینی به شمار می آید.
در سازمانهای تولیدی که اصول ایمنی و حفاظت فنی رعایت نمی شود، روحیه کارکنان نیز ضعیف و متزلزل است و حتی امکان دارد کارگر خوب و درجه اول از خدمت در چنین سازمان هایی امتناع بورزد. بنابراین اجرای تدابیر و برنامه هایی به منظور رعایت ایمنی و حفاظت فنی کارکنان، در درجه اول اهمیت، در راستای تامین و نگهداری نیروی انسانی قرار دارد.
ایمنی به مجموعه تدابیر، اصول و مقرراتی گفته می شود که با به کار گرفتن آنها بتوان نیروی انسانی و سرمایه را در مقابل خطرات مختلف و محتمل در محیط های صنعتی به نحو موثری حفظ و حراست کرد ویک محیط کاری بی خطر و سالم جهت افزایش کارایی کارکنان به وجود آورد.
دسته بندی خسارات بر اساس قابلیت سنجش آنها:
1- خسارات قابل سنجش- این خسارات شامل کلیه هزینه هایی می شود که باید برای جبران خسارت پرداخت گردد. مانند: هزینه های درمانی، هزینه تعمیرات، حقوق ایام بیماری و از کار افتادگی و مستمری بازماندگان و…
2- خسارات غیر قابل سنجش – این دسته، خساراتی هستند که آثار آنها غالبا در دراز مدت خلاصه می شود و به آسانی نمی توان مقدار آنها را از نظر کمی برآورد کرد. به عنوان مثال ناراحتی ها و تالمات روحی فرد حادثه دیده و سایر کارگران همجوار محل حادثه و همچنین زیان از دست دادن نیروی انسانی ماهر و کار آزموده از جمله این خسارات به حساب می آیند. با توجه به بررسی های بعمل آمده در اکثر
کشور های صنعتی مشخص شده است که هزینه های غیر مستقیم هر حادثه حداقل چهار برابر هزینه های مستقیم است که حتی این رقم در کشور های مختلف فرق می کند (مثلا در استرالیا در حدود 12 برابر)… با عنایت به افزایش هزینه های ناشی از کار در ایران و عنایت به سیر صعودی غیر منطقی آن، چنین به نظر می رسد که تولید در کشور ما به لحاظ ضایعات نیروی انسانی ناشی از کار، از هزینه بسیار بالایی برخوردار است. همان طوری که مشاهده می شود (جدول 1) در حالی که در دهه 1360 تعداد بیمه 4 برابر شده است بدین معنا که سرعت افزایش هزینه مستمری 2/5 برابر شده است که شتاب آن نزدیک سه برابر شتاب افزایش تعداد بیمه شدگان است. و همه این ارقام که فقط شامل هزینه های مستقیم می باشند. لزوم توجه بیشتر به مقوله ایمنی و پیش گیری از حوادث ناشی از کار را آشکار می سازد.

:
پیشرفت روز افزون بشر در زمینه كامپیوتر ها و توان بالای محاسباتی آنها بر سرعت تحقیقات افزوده و از این طریق كمك بزرگی به توسعه علم وتكنولوژی نموده است. صنایع شیمیایی نیز از این ره آورد قرن بیست و یكم بی نصیب نمانده اند بطوریكه امروزه، استفاده از كامپیوترها جزئی لاینفك از هرگونه برنامه تحقیقاتی در زمینه طراحی فرایندها و واحدهای صنعتی بشمار می رود. در حقیقت در سالهای اخیر طراحی واحدهای صنعتی با استفاده از مدل سازی و شبیه سازی واحدهای صنعتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این روش محققین را قادر ساخته تا در كمترین مدت و بدون صرف هزینه های هنگفت یك واحد صنعتی ر ا طراحی نمایند و اثرات تغییرات پارامترهای مختلف برروی سیستم را مطالعه نموده و با توجه به شرایط موجود، بهترین طراحی را در كوتاه ترین زمان ارائه دهند. بطور مثال با مدل سازی و شبیه سازی یك راكتور، میتوان اثرات تغییر نوع و میزان خوراك ورودی، فشار، درجه حرارت و… را بر روی توزیع محصولات خروجی، براحتی و در كوتاهترین زمان ممكن مشاهده نموده و با توجه به نیاز بیشتر به محصولی خاص، این پارامترها را تغییر داده و بهترین شرایط را برای رسیدن به هدف مشخص نمو د .موردی كه مادر اینجا به بررسی آن می پردازیم پیرو لیز یا شكست حرارتی (Thermal Cracking) پروپان می باشد؛ این فرایند منجر به تولید اولفین ها و دی اولفین ها و تا حدی آروماتیك ها می گردد كه همگی از مواد پایه و مهم درصنایع پتروشیمی بشمار می روند.
برای شبیه سازی یك راكتور شكست حرارتی، لازم است ابتدا مدل سینتیكی مناسبی كه مكانیزم واكنش های شكست حرارتی را مشخص میكند، در نظر گرفته شود. مدلی كه در اینجا مورد استفاده قرار گرفته، مدل مولكولی است كه توسط (Sundaram (1976 و Froment و

 بر اساس تحقیقات انجام شده بر روی یك واحد نیمه صنعتی شكست حرارتی، ارائه شده و نتایح حاصل از بكارگیری آ ن با نتایج صنعتی بخوبی مطابقت داشته است. در مرحله دوم، بكمك مدل سینتیكی مورد نظر ، بر روی تركیبات موجود در راكتور، موازنه جرم نوشته می شود و سپس با توجه به مشخصات حرارتی سیستم و مشخصات ساختمانی راكتور و خصوصیات سیال، موازنه حرارتی و موازنه مومنتم انجام میشود . نهایتا با شبیه سازی مدل ساخته شده و اعمال شرایط مرزی مناسب توسط نرم افزار Fluent 6.2، تركیب درصد هر یك از اجزاء موجود در مخلوط گازی درون راكتور، فشار، درجه حرارت و میزان تبدیل در هر نقطه از طول راكتور مشخص میشود.

فصل اول
1-1- صنعت پتروشیمی:
پتروشیمی امروزه به صنایع بزرگی اطلاق میشود كه مواد اولیه آ ن از نفت و گاز طبیعی بدست آمده و محصولات آن در كلیه شئونات زندگی بشر مصرف دارند.
درحقیقت، پتروشیمی صنعتی است وابسته به نفت كه از مواد نفتی محصولات غیر نفتی تولید میكند این صنعت درحدود هفتاد سال قبل ، با تهیه الكل ای زوپروپیل (ایزوپروپانول) از پروپیل آغاز شد و سی سال پیش از آن بود كه اولین دوره پتروشیمی در یكی از دانشگاه های امریكا در ایالات تگزاس برگزار شد.
صنعت پتروشیمی به دلیل عوامل زیر، از رشد چشمگیری در این مدت ك وتاه برخوردار بوده است:
1) وفور و ارزانی مواد اولیه
2) ارزش افزوده محصولات پتروشیمی
ارزش افزوده فرآورده های نهایی نزدیك به ده تا پانزده بر ابر ارزش مواد اولیه آن می باشد. بررسی های به عمل آمده نشان میدهد كه در حال حاضر از كل هیدرو كربن های تولیدی در جه ان فقط 5% بعنوان مواد اولیه در صنایع پتروشیمی به مصرف می رسد. ولی ارزش فراورده های ساخته شده از این 5% در حدود دو برابر ارزش محصولات نفتی است كه از بقیه 95% هیدروكربن های تولیدی به فروش می رسد.
3) تنوع فراورده های پتروشیمی و اهمیت آنها در رابطه با زندگی بشر
4) امكان جایگزینی فراورده های پتروشیمی با فراورده های طبیعی در ابعاد مختلف
5) تنوع روش ها و طرق ساخت یك محصول پتروشیمی با استفاده از مواد اولیه متفاوت
6) امكان تولید زیاد و سریع محصولات پتروشیمی
7) بهبود در سایر تكنولوژی ها در رابطه با مصرف محصولات پتروشیمی
در حقیقت گسترش صنایع پتروشیمی اثرات چشمگیر و پر اهمیتی در پیشرفت اقتصادی و توسعه صنایع و بالا بردن سطح تكنولوژی در جهان داشته است. مجموعه عوامل فوق سبب شده تا امروزه، تولید فراورده های پتروشیمی بعنوان یك صنعت مهم در كشورهای توسعه یافته صنعتی و یك آرمان و هدف برای كشورهای در حال توسعه مطرح باشد، علی الخصوص كشورهای خاورمیانه كه از منابع غنی نفت و گاز برخوردارند.
در حال حاضر، آمریكا بزرگترین تولید كننده محصولات پتروشیمی در جهان است این صنعت در آمریكا بعد از جنگ بین المللی دوم با سرعت چشمگیری توسعه پیدا كرد بطوریكه از سال 1980 تقریباً نیمی از ارزش تولیدات آن را گروه صنایع شیمیایی تشكیل می داد كه از این گروه هم حدود 90% آن مربوط به ارزش محصولات پتروشیمی است. بعد از امریكا ژاپن از نظر تولید محصولات پتروشیمیایی در مقام دوم جهان قر ار دارد. قسمت اعظم صنایع پتروشیمی ژاپن از سال 1957 به بعد پایه ریزی شد، اما رشد این صنایع آنقدر سریع و چشمگیر بود كه ژاپن را در مدت نسبتاً كمی به مقام دوم تولید كننده در جهان ارتقاء داده است.
در كشورهای اروپای غربی هم قسمت اعظمی از تولیدات صنعتی مربوط به صنایع پتروشیمی است. بیشتر مواد پتروشیمی در اروپا و بویژه آلمان حتی قبل از اینكه در سایر نقاط جهان شناخته شوند، تهیه می گردید. با توجه به حجم و ارزش تولیدات این كشور نیز در رده سوم قرار میگیرد.