فصل اول
شرح فرآیند B1 و BD
آشنایی با مکان کارآموری :
تاریخچه
شرکت ملی صنایع پتروشیمی به منظور سرعت بخشیدن به فعالیت های اجرایی طرحهای توسعه صنایع پتروشیمی و استفاده از مشارکت و سرمایه گذاری داخلی و خارجی اقدام به تاسیس شرکتهای پتروشیمی سهامی عام بعنوان مجری طرحهای در دست اجرا نمود . در این راستا در اردیبهشت ماه 1377 شرکت پتروشیمی امیرکبیر بعنوان مجری طرح الفین ششم منصوب گردید .
مجتمع پتروشیمی امیرکبیر واقع در بندر امام در جنوب منطقه ویژه اقتصادی پتروشیمی و در سایت 4 حدوداً شمال غربی مجتمع پتروشیمی بندر امام واقع شده است .
شرکت پتروشیمی امیرکبیر طرح الفین ششم را در زمینی به مساحت 55 هکتار احداث کرده است . و زمان بهره برداری از اولین واحد یعنیHD اسفند ماه سال 1381 بوده است . تولیدات میانی این طرح عبارتند از :520 هزار تن اتیلن ، 185 هزار تن پروپیلن و 20 هزار تن بوتن -1، 260 هزار تن پلی اتیلن سبک خطی، 140 هزار تن پلی اتیلن سنگین ، 300 هزار تن پلی اتیلن سبک، 137 هزار تن بنزین پیرولیز 50 هزار تن بوتادین نفت کوره ( CFO) با ظرفیت 24 هزار تن در سال تولیدات نهایی این مجتمع می باشد .
کلیه واحدهای این مجتمع بجز واحد پلی اتیلن سبک هم اکنون در حال تولید است و پیش بینی بهره برداری واحد پلی اتیلن سبک با ظرفیت سالانه 300 هزار تن در سال اواخر سال 1387 می باشد .شرکت پتروشیمی امیرکبیر تامین کننده خوراک واحد هیدروژناسیون بنزین پیرولیز شرکت پتروشیمی بوعلی سینا به میزان 137 هزار تن در سال نیز می باشد . پروپیلن تولیدی واحد الفین مجتمع به عنوان خوراک در اختیار شرکت صنعتی نوید زرشیمی برای تولید پلی پروپیلن قرار می گیرد . کاربرد تولیدات پلیمری عمدتاً در لوله گاز و فاضلاب ، جعبه حمل و نقل، اسباب بازیو وسایل خانگی، ظروف مایعات، کیسه پلاستیکی و بطری می باشد. خوراک مورد نیاز مجتمع عبارتند از : رافینت، بوتان، برش C5 ، گاز اتان ، برش های سبک گاز مایع LPG می باشد که تماماً از پتروشیمی های خود منطقه ویژه تامین می شوند
بخش اول : شرح فرآیندB1
واحد بوتن-1 بمنظور تولید سالانه 20000 تن محصول بوتن-1 از پلیمریزاسیون گاز اتیلن طراحی شده است. محصول بوتن-1 از ترکیب دو مولکول اتیلن در حضور کاتالیستهای مایع در داخل فاز مایع که اکثرا از خود محصول می باشد بعمل می آید. مهمترین پارامترهایی که در راکتور باید کنترل گردد درجه حرارت و فشار است. کنترل کننده فشار روی شیر کنترل خوراک ورودی عمل می نماید و کنترل کننده درجه حرارت با فرمان دادن به شیر کنترل واقع درخروجی آب خنک کننده کولر، مقدارجریان آب ورودی را کنترل می کند.درصد تبدیل اتیلن به بوتن- 1 متاثر از تغییرات درجه فشار و حرارت راکتور است که بعدا تثبیت می شود. پارامتر عملیاتی اصلی و تعیین کننده مقدار جریان کاتالسیت های تزریقی می باشد. شرایط عملیاتی راکتور به قرار زیر است:
زمان اقامت(hr) در هر پالس
درصد تبدیل
درجه حرارت (0C)
فشار (barg)
قسمت جداسازی کاتالیست:
محصول خروجی راکتور، همواره مقداری کاتالیست بهمراه دارد. به منظور جدا کردن کاتالیست از محصول و آماده نمودن ان جهت تقطیر، ابتدا محصول به قسمت جدا سازی فرستاده می شود تا کاتالیست از آن جدا گردد. اینکارتحت کنترل فشار و حرارت انجام می گردد و کنترل کننده درجه حرارت مقدار بخار ورودی به هیتر را کم و زیاد می نماید. درجه حرارت تبخیر کننده فیلمی به صورت بوسیله سیستم کنترل فشار، بخار ورودی به ژاکت آن تنظیم می گردد. فشار این قسمت بوسیله شیر کنترل واقع در مسیر بخارات خروجی از ظرف فلاش درام کنترل و نتظیم می گردد.فشار و دمای عملیاتی فلاش درام به ترتیب barg23 و0C90 می باشد.
قسمت تقطیر:
برای جداسازی محصولات جانبی احتمالی تولید شده در راکتور محصول اصلی در دو مرحله تقطیر می گردد. در مرحله اول محصول از اتیلن تبدیل نشده باقیمانده، جدا شده و در مرحله بعد محصول بوتن-1 از برش تفکیک می گردد.
محصول برای ارسال به قسمت تقطیر ابتدا بعد از خروج از قسمت جداسازی کاتالیست در ظرف بنام جمع می گردد. فشاردر این ظرف بصورت کنترل می گردد.
بدین معنی که توسط شیر کنترل اتیلن از بالای ظرف بنام به داده شده و هنگام بالا رفتن فشار مواد از طریق به شبکه تخلیه و فشار تنظیم می گردد.شرایط عملیاتی ظرف barg5 /21 و0C45 می باشد. بمنظور برگشت دادن اتیلن تبدیل نشده به راکتور معمولا فشار برج را کمی بالاتر از فشار راکتور تنظیم می شود.
مقدار اتیلنی که از برج به راکتور برگشت داده می شود بایستی تحت کنترل فشار باشد و همینطور برای اینکه از تجمع ترکیبات سبک نظیر اتان و متان جلوگیری شود لازم است که این ترکیبات از طریق واقع در بالای ظرف رفلاکس درام به شبکه تخلیه شود. درجه حرارت برج بوسیله مقدار جریان بخار ورودی به بویلر که از کنترل کننده دمای زیر بستر سوم فرمان می گیرد، کنترل می گردد وشرایط عملیاتی برج فشار barg6/28،دمای رفلاکس درام 0C37و8/0R/D= می باشد.
فشار برج تقطیر بوتن-1، بوسیله شیر کنترلی که در خروجی کندانسور برج تعبیه شده است،کنترل می شود.فشار ظرف رفلاکس بوسیله یک خط تعادلی که بین آن ظرف و خروجی بالاسری برج، کشیده شده است نگه داشته می شود.در صورت نیاز موارد غیر قابل کندانس از طریق به شبکه تخلیه می گردد. درجه حرارت این برج نیز توسط کنترل کننده درجه حرارت که بصورت روی کنترل کننده جریان بخار ورودی به ریبویلر تاثیر می گذارد، کنترل می شود.شرایط عملیاتی برج بوتن-1 فشارbarg3/4،دمای رفلاکس درام 0C40و9/0R/D= می باشد.
بخش کاتالیست:
کاتالیست اصلی، می باشد که در ذخیره می گردد و فعال کننده آن (تری متیل آلومینیوم) می باشد که در با غلظت 4% وزنی ذخیره می شود(4% وزنی و 96% وزنی هگزان).
TEA از توسط پمپ به که نامیده می شود جهت مصرف روزانه ارسال می گردد.کاتالیست از طریق پمپ و کاتالیست از طریق جهت تزریق به راکتور ارسال می گردند.قبل از تزریق، مقداری حلال(هگزان یا بوتن-1) از طریق پمپهای به کاتالیست افزوده شده که این حلال و کاتالیست مورد نظر در با هم مخلوط می شوند ( جهت اختلاط و حلال و جهت اختلاط و حلال می باشند) و وارد راکتور می شوند.
راکتور:
اتیلن ورودی از مسیر الفین وارد شده که می باشد(جهت یکنواختی سیال ورودی به کمپرسور ) ،کمپرسور فشار اتیلن را از 8/20 به 6/28 میرساند.اتیلن خروجی ازکمپرسور وارد (خنک کننده ) می شود و از آنجا به سمت راکتور جریان می یابد.
(نمودار و جداول در فایل اصلی موجود است)
3 لوپ برای جریانهای ورودی به راکتور وجود دارد که هر کدام شامل یک پمپ و یک مبدل می باشد که 2 لوپ آن در سرویس و یک لوپ آن آماده باش است. محتویات راکتور از پایین راکتور وارد پمپ ( )شده و خروجی از پمپ وارد مبدل (کولر) می گردد، سرد شده و از بالای راکتور وارد آن می گردد. چون واکنش درون راکتور گرما زا است، این عمل جهت خنک نمودن و کنترل نمودن دمای راکتور جهت جلوگیری ازپلیمریزاسیون ناخواسته انجام می شود (دمای ورودی به ، و خروجی از آن می باشد). لوپ بعدی نیز همین کار را انجام می دهد. هر لوپ که پلیمر بگیرد باید با آب کولینگ بیشتری خنک شده و دمای خروجی از آن نیز بالاتر خواهد بود. با کنترل دمای مواد خروجی و ورودی به راکتور، دمای خود راکتور نیز کنترل می شود. یکی دیگر از کارهایی که این لوپها انجام می دهند، مخلوط نمودن و یکنواخت سازی مواد ورودی به راکتور( ، و اتیلن و بوتن-1) می باشد.
با کنترل دمای راکتور، فشار راکتور نیز کنترل می گردد. و به خروجی یکی از تزریق شده و وارد راکتور می گردند. بعد از انجام واکنش محتویات راکتور شامل،بوتن-1،اتیلن،کاتالیستها، و مقدار بسیار جزئی از اتان و متان را خواهیم داشت.
محصول خروجی از راکتور از لوپی که کاتالیست ( و ) به آن تزریق نمی شود، گرفته می شود.این محصول بعد از خروج از راکتور وارد فیلترهای شده( جهت جدا سازی پلیمرهای ناخواسته توسط مشها)،پلیمرهای ناخواسته جدا شده و وارد می گردد. به خروجی پمپهای ماده آمین جهت توقف واکنش برای جلوگیری از پلیمریزاسیون ناخواسته تزریق می گردد. تزریق آمین توسط انجام می شود.
مواد خروجی از وارد شده در آنجا شده و آمین با مواد خروجی از کاملتر ترکیب شده و واکنش کاملا متوقف گشته و از آنجا وارد قسمت جداسازی کاتالیستها و آمین می گردد که اولین مرحله آن یا می باشد.سیال تا اینجا مایع است، در این قسمت مواد با تبادل دما نموده و به صورت بخار در می آید. دمای خروجی ان 91 می باشد، خروجی از مبدل وارد ( ) می گردد. مواد سبکتر آن که بوتن-1 و اتیلن است بصورت گاز از بالای خارج شده و مواد سنگینتر که شامل کاتالیستها و آمین و مقدار زیادی بوتن-1 و اتیلن و می باشد در پایین درام جمع می شود. مواد تجمع یافته در پایین وارد شده که کار آن جداسازی کاتالیست می باشد و در واقع یک مبدل عمودی با 2 ژاکت می باشد که در اثر اختلاف دمای بین بوتن-1 و اتیلن با کاتالیست کار می کند و از این طریق کاتالیست جدا می شود ، دمای آن در 100% ظرفیت 120 می باشد .
کاتالیستها در پایین یا جمع می شوند و اتیلن و بوتن-1 خروجی از بالای وارد شده که مقداری از مواد از بالای این جهت رقیق سازی وارد شده و مقدار بیشتر آن از بالای به سمت خروجی از بالای یا می رود با آن ترکیب شده، وارد می شود که تبدیل به مایع شده و وارد می شوند. فشار با راکتور برابر و 23می باشد. دمای ورودی به ، 3/89 و دمای خروجی از آن 8/25 می باشد. خروجی از به بخش distillation وارد می گردد. در این قسمت دو برج وجود دارد که و می باشند. هدف از ، جداسازی اتیلنهای واکنش نداده و برای جداسازی بوتن-1و می باشند. T-501 دارای 25 سینی بوده و دمای بالای آن 4/51 و پایین آن 4/131می باشد. فشار آن 6/28 است و جهت جداسازی اتیلنهای واکنش نداده می باشد. مواد از بالای آن وارد شده و از آنجا وارد می گردد که بیشتر شامل اتیلن واکنش نداده و مقدار بسیار جزئی اتان و متان است.
كاتاليستها در پايينياجمع مي شوند و اتيلن و بوتن-1 خروجي از بالاي واردشده كه مقداري از مواد از بالاي اينجهت رقيق سازي وارد شده و مقدار بيشتر آن از بالايبه سمت خروجي از بالاي يامي رود با آن تركيب شده، وارد مي شود كه تبديل به مايع شده و وارد مي شوند. فشاربا راكتور برابر و 23مي باشد. دماي ورودي به ،3/89 و دماي خروجي از آن 8/25 مي باشد. خروجي از به بخش distillation وارد مي گردد. در اين قسمت دو برج وجود دارد كهو مي باشند. هدف از، جداسازي اتيلنهاي واكنش نداده وبراي جداسازي بوتن-1ومي باشند. T-501 داراي 25 سيني بوده و دماي بالاي آن 4/51 و پايين آن4/131مي باشد. فشار آن 6/28 است و جهت جداسازي اتيلنهاي واكنش نداده مي باشد. مواد از بالاي آن واردشده و از آنجا وارد مي گردد كه بيشتر شامل اتيلن واكنش نداده و مقدار بسيار جزئي اتان و متان است.
خروجي ازبه چند بخش تقسيم مي شوند، بخشي كه گاز است، از بالايبه مقدار25،پرج ممتد جهت جداسازي اتان و متان داريم زيرا اتان و متان سم واحد است و از مسير گازها از بالاي آن حدود600 اتيلن واكنش نداده به سمت راكتور مي رود(جهت شركت در واكنش)، مسيري ديگر جهت تامين فشار استفاده مي گردد. از پايين نيز(مسير مايع)، به سمت برج را داريم.از پايين برج مواد خروجي جهت تامين دما و فشار برج وارد مي گردند و بخشي از آن حدود2500خوراك مي گردد، جهت جداسازي بوتن-1 و فشار،3/4 مي باشد. اين افت فشار توسط يك ارفيس انجام مي گردد. T-502 داراي 20 سيني است و دماي بالاي آن 7/46 و پايين آن 5/127و فشار آن barg3/4 مي باشد.
مواد از بالاي برج وارد(كندانسور) شده و از آنجا واردمي گردد كه بوتن-1 مي باشد و از آنجا واردمي گردد. از اين پمپ در هر ظرفيتي3550را به صورت برج در مي آوريم و بقيه به صورت محصول بهو انتقال مي یابد كه يكي از آنها هميشه در حال ارسال و ديگري در حال لول گيري است. خروجي از آنها توسط پمپهاي وو بهكه تانك محصول مي باشد ارسال مي گردد. مواد خروجي از پايينداراي دو مسير مي باشند كه يكي از ان آنها به سمترفته جهت تامين فشار و دماي برج و ديگري وارد(كولر)شده و محصولاز پايين بدست مي آيد و از آنجا وارد ميگردد و توسط به واحد الفين ارسال مي گردد.
فصل دوم
تئوري فرايند واحد B1 و BD
بخش اول : تئوري فرايند B1
هدف از فرآيند، توليد بوتن-1با استفاده از اتيلن با خلوص بالا به عنوان خوراك مي باشد. بوتن-1 بعنوان كوپليمر در توليد گريدهاي مختلف پلي اتيلن استفاده مي شود.فرآيند الفابوتل كه در يك فاز مايع در تماس با يك كاتاليست حل شده عمل مي كند، بطور انتخابي اتيلن را به بوتن-1دايمريزه مي كند.
ترموديناميك و سينتيك:
بعضي از واكنشهاي شيميايي در شرايط دمايي و فشاري معين100% كامل مي شوند يعني تمام واكنش دهنده ها به محصولات تبديل مي شوند. ديگر واكنشها در تعادلند يعني فقط قسمتي از واكنش دهنده ها تبديل مي شوند. مقدار محصولات و واكنش دهنده هاي موجود در تعادل به شرايط عمليات بستگي دارد و توسط ترموديناميك ديكته مي شود. ترموديناميك،زمان مورد نياز براي رسيدن به تعادل يا كامل شدن يك واكنش را ذكر نمي كند. براي فرآيند بوتن-1 واكنش 100%كامل مي شود يعني تمام اتيلن به محصولات تبديل مي شود.
سينتيك، سرعت يك واكنش شيميايي را ديكته مي كند.سرعت واكنش به شرايط واكنش وابسته است اما با استفاده از كاتاليستهاي مناسب اين سرعت قابل تغيير است. بوسيله يك كاتاليست مناسب عموما بر شدت يك واكنش افزوده مي شود.به عبارت ديگر،ترموديناميك تعادل نهايي را با فرض اينكه زمان بينهايت باشد ديكته مي كند.سينتيك پيشگويي تركيب درصد را بعد از زماني محدود ممكن مي سازد. به علت اينكه با تكامل واكنشها زمان هميشه محدود است،سينتيك عموما حكمفرماست.يك كاتاليست به طور كامل مصرف نمي شود اما مي تواند توسط ناخالصيهاي موجود در خوراك غير فعال شود.
كاتاليست و تئوري واكنش:
فعاليت،انتخاب كنندگي،پايداري كاتاليست، مشخصه هاي اصلي يك كاتاليست، جدا از خواص فيزيكي آن، بصورت زیر تعریف می شوند:
فعاليت: كه توانايي كاتاليست براي افزايش سرعت واكنش درگير در آن را بيان مي كند، به وسيله دمايي كه درآن دما كاتاليست مي بايد بكار گرفته شود تا براي يك خوراك و شرايط عملياتي داده شده، خصوصيات و مقدار محصول مورد نياز به دست آيد، اندازه گيري مي شود.
انتخاب كنندگي: توانايي همراهي كاتاليست، با واكنش هاي مطلوب به جاي ديگر واكنشها را بيان مي كند. انتخاب كنندگي براي يك خوراك و شرايط عملياتي داده شده، توسط مقدار محصول بوتن-1 اندازه گيري مي شود.
پايداري: تغيير عملكرد كاتاليست نسبت به زمان (به عنوان مثال فعاليت و انتخاب كنندگي)وقتي شرايط عملياتي و خوراك پايدار هستند را مشخص مي كند. عمدتا آلوده كننده ها هستند كه از طريق ممانعت از فعاليت كاتاليست،پايداري را تحت تاثير قرار مي دهند.
واكنشهاي شيميايي:
كاتاليست مورد استفاده در واكنش توليد بوتن-1،اتيلنهاي گازي حل شده در فاز مايعي كه خود آن، محصول واكنش است را به بوتن-1 تبديل مي نمايد.
بوتن-1 اتيلن + اتيلن
اين واكنش ديمريزاسيون در مجاورت تركيبات تيتانيمي كه توسط الكيل آلومينيوم" " فعال مي گردد بخوبي انجام مي گيرد.تيتانيم كه پايه كاتاليست فرآيند الفا بوتيل است طي سه مرحله ذيل در واكنش شركت مي كند:
دو مولكول اتيلن روي يك اتم تيتانيم تشكيل كمپلكس مي دهد
هر دو مولكول اتيلن با هم كوپل مي گردند كه اين به وسيله تيتانيم() كه از نوع حلقوي فلزي مياني است انجام مي پذيرد.
هيدروژن دوم مولكول به طرف ديگر مولكول انتقال پيدا كرده و در نهايت بوتن-1 تشكيل مي گردد.
خصوصيات حلقوي مولكول مياني،تمايل شديد آن به دايمر شدن، نشان مي دهد عدم وجود هيدروژن آزادتمايل واكنش را به بوتن-1 تشديد مي نمايد و از توليد ايزومر بوتن-2 جلوگيري مي كند.
واكنشهاي جانبي:
تشكيل بوتان نرمال:
مقدار كمي بوتان نرمال در طي انجام واكنش تشكيل مي گردد (كمتر از 1500)كه اين امر دليل بر توليد مطلوب بوتن-1 مي باشد و بوتان نرمال و بوتادين به مقدار خيلي كم توليد مي شود.اما با وجود اين بوتادين با اتيلن موجود به سرعت واكنش داده و هگزادين توليد مي گردد.
تشكيل اوليگومرهاي هگزان:
بوتن-1 به تنهايي با خودش واكنش نمي دهد اما با اتيلن واكنش داده و با كمك يك مولكول حلقوي فلزي مياني يك تريمر توليد مي گردد.
تشكيل پليمر:
كاتاليستهاي زيگلر بر پايه تيتانيم ابتدا بر اساس قابليت آنها مبني بر پليمريزاسيون اتيلن به مواد با جرم مولكولي بالا مورد توجه قرار گرفتند.در فرآيند كاتاليستي الفابوتيل، با افزودن يك ماده اي كه باعث تثبيت كمپلكس تيتانيم() مي گردد،از واكنش پليمريزاسيون جلوگيري بعمل مي آيد.
اثرات جانبي درجه حرارت
واكنش ديمريزاسيون اتيلن و توليد بوتن-1 در درجه حرارت متوسط انجام مي شود. با افزايش درجه حرارت، فعاليت كاتاليست زياد شده و واكنش به سمت تشكيل بوتن-2 و تركيبات هگزن پيش مي رود و همينطور با زياد شدن درجه حرارت در راكتور، تشكيل پليمربطور قابل ملاحظه اي افزايش خواهد يافت.درجه حرارت بهينه واكنش 53 است و حداكثر درجه حرارت راكتور نمي تواند از55 بيشتر باشد.
سموم واكنش
اصلي ترين سموم كاتاليست عبارتند از ،،،مي باشد.كه اين مواد باعث غير فعال شدن كاتاليست مي گردند. افزايش سموم موجود در خوراك را مي توان با زياد كردن نسبت كاتاليستها بالانس نمود.
مكانيسم واكنش تشكيل بوتن-1
||
—
Ti + → Ti < | →= — —
—
||
واكنش بالا گرمازا است،گرماي واكنش برابر با18 اتيلن است
تشكيل بوتان نرمال و بوتادين توسط عدم تجانس:
واكنش نامتناسب بوتن-1:
بوتادين بوتان بوتن-1
تشكيل هگزادين: بوتادين با اتيلن واكنش داده و هگزادين توليد مي گردد:
هگزادين اتيلن بوتادين
تشكيل بوتن-2 :
شرايط عملياتي انتخاب شده محدود ساختن مقدار بوتن-2،سيس و ترانس را كه از ايزومريزاسيون بوتن-1 نتيجه مي شود را ممكن مي سازد. بعنوان مثال حجم بوتن-2 سيس و ترانس براي هر جزء از حد100پايين تر است.
توليد هگزن:
محصول بوتن-1 مي تواند با اتيلن واكنش داده و يك تريمر بدهد از طريقMetal Cyclic Titanium مياني همانند شرح قبلي.ثابت سرعت واكنش اصلي خيلي زيادتر است نسبت به واكنش تريمريزاسيون.
ثابت سرعت واكنش ديمريزاسيون از واكنش تريمريزاسيون بيشتر است. با اين وجود لازم است كه مقداري به اتيلن تبديل شده و در واكنش تريمريزاسيون به حداقل برسد. متيل پنتن و اتيلن بوتن همانند واكنش بوتن-1 با اتيلن واكنش داده به سوي ايزومرهاي هگزن پيش مي روند.
خواص كاتاليستهاي مورد استفاده در واحد:
كاتاليست مورد نياز براي توليد بوتن-1 از دو تركيب زير حاصل مي شود:
، تري اتيل الومينيوم كه 23 درصد وزني آن را آلومينيوم تشكيل مي دهد.
() كمپلكس تيتانيم با يك عامل تقويت كننده با فرمول شيميايي، كه اين تركيب را تثبيت مي نمايد. فعاليت سيستم كاتاليست تابعي از يك نسبت مولياست كه بايد در حدود 3 باشد.
كاتاليست :()
كاتاليست كه به صورت غليظ به واحد بوتن-1 مي آيد و در آنجا ذخيره مي شود بايد با دقت كامل مراقبت و كنترل گردد چرا كه خالص به محض تماس با هوا يا آب شديدا واكنش مي دهد. بنابراين مخزن سازي كاتاليست و تمامي لوله هاي مربوطه و پمپ آن بايد توسط يك هيدروكربن خشك، تميز و بوسيله نيتروژن پرج گردد. بعد از شروع پمپاژ كاتاليست به قسمت واكنش بوتن-1، غلظت كاتاليست در راكتور خيلي كم خواهد بود. محلولهاي خيلي رقيق از كاتاليست همانند غلظت مورد نياز در واكنش تقريبا خطرناك نيستند ولي با اين همه بايد مراقبتهاي لازم را بعمل آورد.
كاتاليست :
كاتاليست، آنچنان خطرناك نيست ولي بايد از تماس ان با آب و هوا جلوگيري شود. همانند هيدروكربنهاي ديگر قابل اشتعال مي باشد و هنگام كار با آن بايد از عينك ايمني و دستكش پلاستيكي استفاده كرد.
سموم فعاليت كاتاليست:
سموم اصلي كاتاليست كه باعث از بين رفتن فعاليت آن مي شود ناخالصيهايي مانند،،مي باشد كه با كاتاليستهاي و واكنش داده و باعث تغيير خواص آنها مي گردد. جهت از بين رفتن اثرات سوء ناخالصيهاي مزبور لازم است كه شدت جريان هردو كاتاليست افزوده شود. ناخالصيهاي ديگري كه مي توانند روي واكنش اثر نامطلوبي داشته باشند، اتان و متان مي باشد.اين ناخالصيها مستقيما روي كاتاليست اثري ندارد اما بالا رفتن غلظت آنها باعث كاهش قابليت تماس اتيلن با كاتاليست مي گردد.
اهميت كنترل راكتور بوتن-1:
درصد تبديل به ازاء هر پاس راكتور بايد در حدود 85-80 درصد باشد.براي رسيدن به اين ميزان درصد تبديل بايد درجه حرارت و فشار راكتور بطور مناسب كنترل گردد. راكتور بوتن-1 در درجه حرارت نقطه حباب كار مي كند و تركيب آن خيلي نزديك به يك مخلوط دوتايي اتيلن و بوتن-1 مي باشد.فشار كل راكتور برابر مجموع فشارهاي جزئي اجزاء داخل آن مي باشد كه با تغيير درجه حرارت فشار بخار اجزاء نيز تغيير مي يابد. فشار كلي داخل راكتور" P" برابر است با:
(4-1)
كه در اين رابطه:
- : جزء مولي اتيلن
-: جزء مولي بوتن-1
-: فشار بخار اتيلن ( تابعي از درجه حرارت است)
-: فشار بخار بوتن-1 (تابعي از درجه حرارت است) و1 =+
چون فرض بر اينست كه مايع داخلي راكتور حاوي دوجزء اتيلن و بوتن-1 مي باشد.از روابط بالا مي توان رابطه زير را براحتي بدست آورد:
(4-2)
فقط تابعي از درجه تبديل در راكتور است. درجه حرارت داخل راكتور را مي توان با كم و زياد كردن دبي جريان آب خنك كننده ورودي به كولرهاي، كنترل نمود و فشار مي تواند با كم وزياد شدن خوراك اتيلن توسط شير كنترل مربوطه كنترل شود.
بطور خلاصه مي توان گفت در قسمت واكنش اگر درجه حرارت و فشار تثبيت شود مي توان زمان اقامت در راكتور را نيز ( بوسيله گرفتن محصول از لوپ راكتور، با در نظر گرفتن ارتفاع سطح مايع در داخل راكتور) تثبيت نمود. تنها پارامتر باقيمانده شدت جريان كاتاليستها مي باشد. زمانيكه فشار و درجه حرارت داخل راكتور تثبيت گرديد، فقط با تغيير مقدار دبي كاتاليستها افزايش و يا كاهش خوراك اتيلن ورودي ميسر خواهد شد.كه اين عمل بطور خودكار توسط يك كنترل كننده نسبت جريان كاتاليستها انجام مي شود. خوراك ورودي راكتور با تغيير دادن جريان كاتاليست، قابل تغيير خواهد بود. تا زمانيكه شدت جريان خوراك به مقدار معين برسد. براي افزايش بازده توليد بوتن-1، اتيلن تبديل نشده را در برج تقطير از محصول جدا كرده و به راكتور برگشت داده مي شود.
نقطه حباب كه به آن اشاره شد، بدين معناست كه محصول در داخل راكتور كلا مايع است ولي در استانه شكل گيري اولين حباب بخار مي باشد.در حقيقت، عمليات در نقطه حباب سيال بسيار مشكل است به همين خاطر همواره يك جريان كوچك از بخار تحت كنترل جرياني از بالاي راكتور گرفته مي شود و قسمت عمده محصول(در حدود 99%) بصورت مايع از راكتور گرفته مي شود.
زمان اقامت:
افزايش زمان اقامت باعث از بين رفتن زودرس كاتاليست مي شود و محصولات جانبي بيشتري توليد ميگردد. (بوتن-2وپليمر)
تزريق آمين:
هدف از تزريق آمين اينست كه با ايجاد يك كمپلكس بين آمين و كاتاليست از تشكيل بوتن-2 بوسيله ايزومريزاسيون بوتن-1 جلوگيري شود. با اندازه گيري مقدار بوتن-2 موجود در محصول مي توان اثر تزريق آمين را تعيين نمود. با افزايش درجه حرارت، میزان تشكيل بوتن-2 تشديد مي شود. بهمين خاطر آمين بايد قبل از تبخير كنندهبه جريان فرآيند تزريق گردد.تزريق بيشتر آمين باعث مي شود آمين و محصول راكتور به نحو مطلوبتري با همديگر تماس يابند و تزريق بيش از حد باعث اتلاف آمين مي گردد. مقدار تزريق آمين به شدت جريان تزريق كاتاليستبستگي دارد.هر زمانيكه شدت جريان كاتاليست بنا به دلايل فرآيندي تغيير نمايد، متناسب با آن نيز بايد مقدار تزريق آمين تغيير نمايد.
بخش دوم : تئوري فرآيند BD
خوراك و تبخير كننده خوراك
خوراك واحد BD برش C4 مي بـاشد كه از واحد الفيـن تامين مي شود و شـامل اجزاء زيـر مي باشد.
Butane, propadiene, M-Ac Etylen, propen, propan
Cis-2-Butene, 1Butene, I Butene, 1- Butene
V-Acetylene, E-Acetylene, 1, 2 Butadiene, 1,3 Butadiene, Trans-2Butene H2o, C5+
خوراك ورودي به واحد به D-2010 ارسال مي گردد و توسط ريبويلرهايE-2010 و E-2011 تبخير مي گردد.
ريبويلر E-2010 توسط حلال داغ خروجي از E-4046 گرم مي شود. ريبويلر E-2011 نيز توسط جريان آب و حلال داغ خروجي از پائين T-3034 گرم مي شود.
پيش گاززدايي
جريان مايع كه از بالاي Rectifier به سمت پائين جريان دارد در انتهاي برج توسط يك Chimney Tray به ورودي P-2030 هدايت شده و سپس به مبدل هاي E-2030 ارسال مي گردد
و در اين مبدل ها جريان مايع Rectifier توسط حلال داغ خروجي از پائين برج گاز زدا (T-3031) گرم مي گردد و به زير Chimney Tray باز مي گردد و بدينوسيله يك مرحله گاززدايي انجام و مقدار قابل توجهي از هيدروكربن هاي حل نشده تبخير مي شوند جريان خروجي از پائين T-2022 حاوي حلال و هيدروكربن مي باشد که توسط پمپ P-2023 به E-2031 ارسال مي گردد.
در اين مبدل جريان مذكور توسط بخار گرم مي شود و در ادامه به برج گاززدا (T-3031) ارسال مي گردد.
تقطير استخراجي مرحله اول
- شوينده اصلي T-2021
با توجه به اينكه نقطه جوش و فراريت اجزاء خوراك نزديك به هم مي باشد لذا جهت جداسازي از روش تقطير استخراجي استفاده مي شود.
واحد BD پتروشيمي اميركبير تحت ليسانس BASF آلمان بوده و از حلال NMP (نرمال متيل پروليدون) استفاده مي نمايد.
خوراك كه در قسمت قبل تبخير شده به همراه خروجي بالاي برج (T-2022) Rectifier به پائين T-2021 وارد مي شود و حلال نيز كه شامل 8.3% آب مي باشد به بالاي برج وارد گردد.
خروجي بالاي T-2021 كه رافينیت خوانده مي شود شامل قسمت عمده پروپان، پروپين، پروپادين، بوتان ها و بوتن هاي موجود در خوراك ورودي مي باشد.
دماي حلال توسط E-2020 كنترل مي گردد.
مقداري از رافينت توليدي جهت رقيق كردن V-Acetylene, E-Acetylene (جهت جلوگيري از تغليظ استيلني ها و در نتيجه خطر انفجار ) محصول رافينت به واحد OL بازگردانده مي شود. و به تازگي شركت شيمي بافت از رافينت جهت توليد MTBE استفاده مي نمايد. فشار كل قسمت تقطير استخراجي توسط كندانسور E-2021 كه بالاي T-2021 قرار دارد كنترل مي گردد.
از P-2021 جهت ارسال رافينت و همچنين برگشتي برج (جهت جلوگيري از فرار حلال) استفاده مي گردد. حلال و هيدروكربـن خروجي از پائين T-2021 توسط P-2022 به بالاي برج Rectifier ارسال مي گردد.
- (T-2022) Rectifier
اين برج را مي توان به دو قسمت تقسيم نمود در قسمت بالايي برج 1,3BD به مقدار بيشتري در حلال حل شده و به سمت پائين حركت مي نمايد و تركيبات با حلاليت كمتر مانند بوتن ها و مقداري 1,3BD از بالاي برج به T-2021 بازگردانده مي شوند.
در قسمت پائين برج تركيبات استيلني كه حلاليت آنها در NMP بيشتر است حل مي شوند و 1,3BD دفع مي گردد. لذا بيشترين غلظت 1,3BD در ميانه برج مي باشد و يك جريان غني از 1,3BD از اين نقطه خارج و به T-2024 ارسال مي گردد.
همانگونه كه قبلاً گفته شد جريان پائين T-2021 شامل حلال و هيدروكربن به بالاي قسمت بالايي Rectifier ارسال مي گردد.
خروجي پائين T-2024 حـاوي حلال و هيـدروكربـن به بـالاي قسمت پائيني T-2022 ارسال مي گردد و اين جريان حاوي 1 و 3 بوتادين به همراه مقداري C4-Actylen و غيره مي باشد.
تقطير استخراجي مرحله دوم
همانگونه كه قبـلاً گفته شد از ميـانه برج Rectifier يك جريان غني از 1 و 3 بوتادين خارج مي شود. اين جريـان هنوز حاوي تركيبات استيـلني مي باشد لـذا جهت خالـص سـازي بـه (T-2024) After washer مي شود در اين برج V-Acetylene, E-Acetylene جدا مي شوند.
حلاليت تركيبات استيلني در NMP از 1 و 3 بوتادين بيشتري مي باشد. جريان پائين T-2024 كه حاوي حلال و اتيل و ونيـل استيلن مي بـاشد تـوسط P-2025 به Rectifier بـازگردانده مي شود.
خروجي از بالاي T-2024 توسط كندانسور E-2024 به مايع تبديل شده و بخشي كمي از آن توسط P-2024 جهت جلوگيري از فرار حلال به عنوان ريفلاكس برج بازگردانده مي شود باقيمانده به T-4041 ارسال مي گردد.
برج گاززدا (T-3031):
پس از گاززدايي ابتدايي حلال در T-2022 جريان خروجي از پائين T-2021 توسط E-2031 گرم شده و به برج گاززدا (T-3031) ارسال مي گردد.
در اين برج حلال به طور كامل از هيدروكربن عاري شده و مقدار آب آن نيز روي 8.3% وزني تنظيم مي گردد.
جهت جلوگيري از تشكيل پليمر نبايد دماي پائين T-3031 از 150C0 تجاوز نمايد. جهت جلوگيري از بروز تنش حرارتي در مبدل نبايد بخار Super heat استفاده شود و نبايد دماي بخار از 180C0 تجاوز نمايد.
از پائين برج به بالا، غلظت آب كاهش و غلظت هيدروكربن افزايش مي يابد.
يك جريان از ميانه T-3031 به T-3032 ارسال مي گردد. اين جريان حاوي تركيبات استيلني و آب و مقدار خيلي كمي حلال و ناخالصي هاي ديگر مي باشد.
دماي بـالاي اين جريـان نشانه ازديـاد آب و دماي پائين نشان دهنـدة ازديـاد هيدروكربـن مي باشد. دماي نرمال عمليات 125~135c0 مي باشد.
جهت كنترل مقدار آب در حلال خالص خروجي از پائين T-3031 دماي پائين برج و فشار بـالاي مايـع انـدازه گيـري و از نـرمال ميزان آب محاسبه مي گردد و روي Fcs نشان داده مي شود. كاهش مقدار آب در حلال از طريق افزايش تزريق آب به T-3032 جبران مي گردد.
اگر مقدار آب در حلال افزايش يابد بايد جريان پساب به خارج از محدودة واحد افزايش يابد براي خارج كردن NMP از جريان بخار، بايد جريان آب T-3032 به اندازه كافي باشد جريان بخار به ريبويلر E-3033 كه حرارت مورد نياز برج را تامين مي كند مستقيماً وابسته به جريـان ورودي مي بـاشد و توسط سيستم Ratio Control (FFC) به هـم وابـسته مي باشند.
با تنظيم FFC مي توان ساير پارامترهاي فرآيندي مانند تزريق هيدروكربن، دما، مقدار آب در حلال و غيره را كنترل نمود.
برج Acetylene washer (T-3032)
جريان جانبي از برج گاززدا شامل حلال، اربوتن، بوتين، 1و3 بوتادين، 1و2 بوتادين و دايمربوتادين(VCH) و هيدروكربن هاي پنج كربنه مي باشد.
حلال موجود در جريان گاز تقريباً به طور كامل در T-3032 توسط آب شستشو و به T-3031 بازگردانده مي شود.
در كندانسور E-3032 بيشترين مقدار آب و مقدار كمي از هيدروكربن هاي VCM, CS, HC تمام جريـان استيلن هايي كه در E-3052 كندانس نشده اند در E-3090 توسط پروپيلن كندانس مي شوند.
استيلني ها و كندانس شده توسط P-3090 به همراه رافينت به خارج از واحد ارسال مي شوند.
برج خنك كننده K-34
محصول خروجي از بالاي برج گاززدا (T-3031) پيش از ورود به كمپرسور در T-3034 خنك مي شود.
آب و NMP موجود در جريان مذكور در T-3034 كندانس شده و بوسيله پمپ خنك كننده (P-3034) از پائين برج خارج مي شود خروجي P-3034 ابتدا به E-2011 ارسال شده و سپس به E-3034 وارد شده و پس از خنك شدن به T-3034 بازگردانده مي شود.
مازاد مخلوط آب و NMP به T-2022 ارسال مي گردد. محصول بالاي T-3034 به كمپرسور ارسال مي گردد.
كمپرسور C-3031
هيدروكربنهاي خروجي از بالاي T-3034 بايد به T-2022 كه در فشار بالاتري كار مي كند، ارسال گردد براي اين منظور از كمپرسور C-3031 استفاده مي شود.
چرخه حلال و سيستم بازيافت حرارتي
مسير گردش حلال عبارت است از:
به منظور بـازيافت حرارتي، حلال گـرم خروجي از زيـر برج گاززدا به E-2030 A~C ارسال مي گردد و حرارت لازم جهت گاززدايي مقدماتي در T-2022 را تامين مي نمايد.
در ادامه جريان حلال به E-4046 وارد شده و حرارت لازم جهت برج تقطير T-4045 را فراهم نموده و سپس به E-2010 ارسال مي گردد. مبدل E-2010 جهت تبخير خوراك بكار مي رود.
حلال خروجي از E-2010 بايد به برجهاي تقطير استخراجي وارد گردد و بنابراين مبدل E-2020 توسط آب كولينگ دماي حلال را روي 42C0 كنترل و تثبيت مي نمايد.
حلال و هيدروكربن از پائين T-2024, T-2021 به T-2022 ارسال و از پائين T-2022 جهت پيش گرم كردن به E-2031 فرستاده مي شود و در نهايت جهت گاززدايي كامل به T-3031 ارسال مي گردد.
تقطير
- ستون پروپين (T-4041)
1و 3 بوتادين به همراه مقدار كمي ناخالصي قسمت استخراج را ترك كرده و به T-4041 كه ستون پروپين ناميده مي شود ارسال مي گردد.