- مقدمه:
فرآیند واحد EO/EG توسط شرکت SHELL INTERNATIONAL CHEMICALS جهت تولید 400 کیلو تن در سال طراحی شده است . این واحد در بندر امام خمینی در جمهوری اسلامی ایرا ن قرار دارد . محاسبات مهندسی ، تدارک تجهیزات وسرپرستی نصب توسط شرکت تکنیمونت میلان ایتالیا صورت گرفته است. شرح فرآیند شامل توضیح فرآیند EO/EG وبیان ویژگیهای مخصوص آن است . دستور العمل های عمومی مربوط به تست ، راه اندازی و SHUT – DOWNدر مدارک واسناد موجود است . کلیه مدارک مربوطه به PFD ، موازنه مواد، اطلاعات فرآیند وطراحی دستگاهها نیز موجود است.
شیمی فرآیند:
درقسمت تولید اکسید اتیلن (EO) ، اتیلن درحضور کاتالیست نقره به صورت مستیقم در دمای270 – 220 درجه سانتیگراد اکسید شده واکسید اتیلن طبق واکنش زیر تولید می شود:
C2H4 + 1/2 O2 EO + 24.7 Kcal/gmol
(جهت تشکیل واکنش فوق اکسیژن با خلوص بسیار بالا مورد نیاز است که از واحد تفکیک هوا در پتروشیمی فجر باید تأمین شود.)
مقداری از اکسید اتیلن تولید شده ممکن است ایزو مره شده واستالدئید تولید شود که استالدئید به سرعت اکسید شده تولید آب ودی اکسید کربن می کند . بنا براین امکان وجود استا لدئید در محصول خروجی هست.
واکنش نا مطلوب که با واکنش اصلی رقابت می کند، واکنش تولید آب و دی اکسید کربن است که واکنش آن به صورت زیر است:
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O + 320 Kcal/gmol
واکنش فوق را با استفاده از اتیل کلراید (EC) می توان متوقف کرد. خود EO نیز در برابر اکسید اسیون مقاوم است . دی اکسید کربن تولید شده توسط واکنش های جانبی ، از جریان گاز برگشتی بوسیله جذب شیمیایی (واکنش شیمیایی ) توسط کربنات پتاسیم از سیستم حذف می شود. واکنش آن بصورت زیر است :
CO2 + K2CO3 + H2O 2KHCO3 + 6.4 Kcal/gmol
CO2 جذب شده توسط بخار آب از محلول FAT CARBONAT در فشار بالاتر از فشار اتمسفر دفع می شود.
دمای خیلی پایین باعث می شود که CO2 به خوبی جدا نشود که نتیجه آن مسئله خوردگی در قسمت های دفع می شود.
شرکت شل برای فرآیند EO/EG دو نوع کاتالیست در نظر گرفته شده است که عبارتند ازکاتالیست با فعالیت بالا HIGH ACTIVITY (S863) که با HA نشان داده می شود و کاتالیست با انتخاب پذیری بالا
HIGH SELECTIVITY (S882) که با HS نشان داده می شود.
انتخاب پذیری کا تالیست برای تولید اکسید اتیلن وفعالیت کاتا لیست با افزایش عمر آن کاهش می یابد.
زمانی که این کاهش به مقدار مشخصی برسد یرای بهبود عملکرد واحد لازم است که کاتالیست تعویض شود.پس شرایط عملیاتی کاتالیست نسبت به زمان تغییر می کند، که شرایط عملیاتی برای شروع سیکل START OF CYCLE (SOC) وپایان سیکل END OF CYCLE(EOC) داده می شود.
در قسمت تولید اتیلن گلیکول ، اکسید اتیلن در فاز مایع در حضور آب اضافی هیدرولیز حرارتی شده واتیلن گلیکول به صورت زیر تولید می شود:
22 Kcal / gmol+ EO + H2O CH2OH – CH2OH ( MEG )
رقابت برای تولید گلیکول های سنگین تر ، دی وتری اتیلن گلیکول در جریان وجود دارد که واکنش های تولید آن بصورت زیر است :
MEG +EO HOCH2CH2 –O –CH2CH2OH ( DEG ) + 25 Kcal /gmol
DEG +EO HOCH2CH2 – O –CH2CH2 –O– CH2CH2OH ( TEG ) +22 Kcal /gmol
در قسمت باز یافت EO ، قسمتی از EO که در تماس مستقیم با آب قرار دارد تولید مونو ودی اتیلن گلیکول می کند که این واکنش ها در فاز آبی صورت می گیرد.جهت جلوگیری از تشکیل گلیکول های سنگین تر، یک جریان فرعی از جاذب ABSORBANT گردشی جدا شده وبه قسمت FLASH فرستاده می شودوگلیکول ها از آن جدامی شوند.
واحد 100-واکنش EO (EO REACTION) :
اتیلن موجود در گاز برگشتی به همراه اکسیژن در حضور کاتالیست نقره واکنش داده تولید(EO) اتیلن اکسید می کند.جریان گاز برگشتی نیروی لازم جهت گردش در سیکل را توسط کمپرسور بدست می آورد.
گاز فشرده شده شامل اکسیژن واتیلن وگاز های دیگر است.
گرمای ایجاد شده توسط واکنش در راکتور صرف تولید بخار آب فشار بالا در پوسته راکتور می شودو بخار آب فشار متوسط در اولین مبدل حرارتی خنک کننده محصول خروجی از راکتور تولید می شود.
واحد 200- حذف دی اکسید کربن وجذب EO : (CO2 REMOVAL AND EORECOVERY)
محصول گاز خروجی از راکتور بعد از خنک شدن در مبدل های خنک کننده به قسمت حذف نا خالصی ها فرستاده می شود.
EO تولید شده در راکتور بوسیله جاذب که آب است در برج EO ABSORBER (جذب EO) جذب میشود.EO جذب شده از جاذب غنی شده ( FAT ABSORBER) در برج EO STRIPPER ( دفع EO) جدا می شود.
جریان کمی نیز از قسمت های خنک سازی (QUNECH SECTION) به سمت STRIPPER و FLASHER فرستاده می شود.
گلیکول های نا مرغوب ( GLYCOL BLEED ) از جاذب رقیق (LEAN ABSORBER ) توسط جریان
CLYCOL BLEED حذف می شود.( جریان GLYCOL BLEED از انتهای برج EO STRIPPER گرفته می شود.)
قسمتی از خوراک اتیلن در راکتور ها به دی اکسیدکربن تبدیل می شود.دی اکسید کربن تولیدی توسط محلول گرم کربنات پتاسیم درCO2 از گاز برگشتی جدا می شود. اما فقط قسمتی از گاز برگشتی برای جذب CO2 آن به قسمتCO2 ABSORBER ( جذب کننده CO2 ) می رود.به منظور جدا کردن هیدرو کربن های گاز ی از محلول FAT CARBONAT عملیات FLASH در FLASH DERUM انجام می شودتا گازهای محلول از مایع خارج شود .متان نیز جهت کمک به جداکردن هیدرو کربن از محلول به FLASH DRUM تزریق می شود . CO2 جذب شده در CO2 STRIPPER از محلول کربنات پتاسیم جدا شده وبه اتمسفر فرستاده می شود.
واحد 300- حذف LE : (Light End Removal):
خروجی از بالای برج EO STRIPPERتوسط هوا وآب خنک شده ومقداری کندانس می شود.سپس وارد (D-3001)SURGE DRUM شده وجزء کندانس شده (EOمحلول) , وارد برج LE (Light End )می شود ، جزئی که مایع نشده از (D-3001) به همراه ترکیبات سبک خروجی از بالای برج LE به مبدل VENT CHILLER می رود وکندانس می شودکه از CHW )) CHILLED WATER جهت خنک سازی استفاده می شود.بخارات کندانس نشده از چیلر به سمت برج RESIEDUAL EO ABSORBER می رود.در این برج EO بخارات جذب می شود وبه واحد EO STRIPPER فرستاده می شود.گازهای غیر قابل کندانس که از برج خارج می شوندتوسط کمپرسور فشرده شده وبه LOOP گاز برگشتی فرستاده می شود.
EO محلول از انتهای برج LE خارج شده وبه سمت واحدگلیکول فرستاده می شود.قسمتی از این جریان به سمت برج EO PURIFICTION برای حصول EO با درجه خلوص بالا می رود.
واحد 400- واکنش گلیکول وباز یافت آن : (GLYCOL REACTION AND RECOVERY):
در این قسمت EO با آب ( که بیش از مقدار استو کیلومتری است ).واکنش داده ودر دمای بالا تولید MEG (مونو اتیلن گلیکول ) می کند.در این مرحله محصولات جانبی DEG ( دی اتیلن گلیکول ) و TEG ( تری اتیلن گلیکول) و گلیکول های سنگین تر نیز تولیدمی شود. یک سیستم تغلیظ کننده سه مرحله ای به انضمام برج آب زدا برای حذف آب از گلیکول تعبیه شده است.
عمل FLASH روی جریان GLYCOL BLEED جهت حذف گلیکول های نا مطلوب انجام می شود. خروجی از بالای این قسمت دارای مقدار کمی گلیکول است که برای آب زدایی به برج آب زدا فرستاده می شود.
واحد 500- خالص سازی گلیکول(GLYCOL PURIFICTION) :
گلیکول خام خروجی از انتهای برج آب زدا (DEHYDRATOR) به قسمت 500 می رود تا در این قسمت MEG، DEG، TEG، (مونو ،دی ، تری اتیلن گلیکول) و گلیکول ها سنگین تر از همدیگر تفکیک می شوند.برای افزایش تولید TEG، DEG ، به راکتور GLYCOL تزریق می شود.
واحد700 - -سیستم CHILLED WATER وهوازدا (DEAERATOR):
یک سیکل بسته CHILLED WATER برای سرما سازی جزئی استفاده می شود. Deaerator که درآن بخار فشار پایین جریان دارد جهت حذف اکسیژن از آب مورد استفاده قرار می گیرد.
واحد 900- خالص سازی EO (EO PURIFICATIO) :
در برج EO PURIFICTION ، EO با خلوص بالا( HPEO) تولید می شود. EO تقریباً خالص از نزدیک بالای برج خارج می شود. EO به اضافه فرمالدئید از بالای برج و EO به اضافه استالدئید از پایین خارج می شوندومحصول بالا وپایین برج یکی شده وبه سمت واحد گلیکول فرستاده می شود.
سیستم بخار وکندانس(STEAM AND CONDASTATE) :
برای این واحد بخار آب فشار بالا (SUPER HEAT) مورد نیاز است . بخارهای آب تولیدی در سراسر واحد در قسمت های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند .در قسمت EO بخارفشار بالا ومتوسط تولید وبخار فشار پایین مورد استفاده قرار می گیرد.در قسمت EG ، بخار فشار بالا ومتوسط مصرف وبخار فشار پایین تولید می شود.
دو نوع بخار از نظر کیفیت در این واحد وجود دارد : بخار گرید UTILITY وبخار گرید فرآیند. در بخار گرید فرآیند ، بخار شامل گلیکول وآلدئید است . کندانس های بخار فشار بالا ومتوسط وارد FLASH DRUM ها میشود یا اینکه در مبدل ها وریبو یلر ها مورد استفاده قرار می گیرد.
2 . شرح فرآیند:
واحد می تواند با دو نوع کاتالیست HA ( HIGH ACTIVITY ) و HS ( HIGH SELECTIVITY) کار کند. شرایط عملیاتی در ابتدا ( SOC ) وانتهای عمر کاتالیست ( EOC) متفاوت است . بنابراین چهار حالت برای شرایط عملیاتی در نظر گرفته می شود که این چهار حالت عبارتند از:EOC/ SOC (HA) و EOC/ SOC(HS). اگر شرایط عملیاتی برای دو نوع کاتالیست مختلف تفاوتی نداشته باشد فقط دو حالت EOC و SOC تعریف می شود . ودر حالتی که شرایط برای دو حالت EOC و SOC یکسان باشدفقط یک حالت تعریف می شود.
2.1 - واکنش EO (EO REACTION) :
2.1.1- حلقه گاز برگشتی( RECYCLE GASLOOP) :
بعد از کمپرس شدن گاز در کمپرسور ، قسمتی از گاز جهت حذف (CO2) دی اکسید کربن به جذب کنند
CO2 (CO2 ABSORBER) فرستاده می شود.غلظت CO2 در این LOOP ( حلقه ) با ید مطابق با جدول زیر باشد. ( اعدادبر حسب درصد مولی در جریان گاز است.)
برای کاتالیست HS غلظت CO2 نسبت به کاتالیست HA کمترمی باشد.حدود 45 درصدکل گاز که حدود t/hr 350- 320 می باشد.جهت حذف CO2 به CO2 Absorber فرستاده می شود. سپس گاز عاری از CO2 به جریان گاز برگشتی برگردانده می شود.در حین این عملیالت اتیلن جبران کننده ( make up ) نیز به جریان تزریق می شود.
سپس گاز برگشتی به نازل مخلوط کننده اکسیژن (Oxygen Mixing Nozzle ) که با علامت اختصاری OMN نشان داده میشود وارد می شود .( 20-Z-1001) . در آنجا اکسیژن Make up نیز به فرآیند تزریق می شود. OMN مخلوط شدن سریع گاز را تحت شرایط کنترل شده انجام می دهد.
غلظت اکسیژن از 100 درصد در Oxygen Mixing Sparger(OMS) تا حدود 8.4 در صد در حلقه گاز بعد از اختلاط کامل تغییر خواهد کرد.قبل از اختلاط اکسیژن در محدوده اشتعال (Flammmmable Limit) قرار می گیرد وبعد از اختلاط کامل ،مخلوط زیر محدوده اشتعال قرار می گیرد . بعد از اضافه کردن اتیل کلراید (EC ) ، گاز در پیش گرم کن با محصول خروجی از راکتور ( 20-E-1001) از حدود 50 درجه سانتیگراد تا 160 درجه سانتیگراد گرم می شود. خوراک پیش گرم شده وارد راکتورهای EO ( 20-R-1001A/B) شده ، اتیلن واکسیژن در حضور کاتالیست نقره واکنش داده واکسید اتیلن (EO ) تولید می شود. محصولات جانبی تولید شده در راکتور شامل CO2 ، H2O ومقداری آلدئید واسید است .محصول گازی از راکتور با دمای (275)244/(249) 224 درجه سانتیگراد خارج می شود.
محصول خروجی از راکتور در سه مرحله خنک می شود. در اولین مرحله ، درکولر 20-E-1002 محصول تا دمای (206 ) درجه202 سانتیگراد خنک شده وبخار آب فشار متوسط (MP ) با فشار 13.9 BARG تولید می شود . دردومین مرحله ، محصول گازی درمبدل حرارتی 20- E-1001 تا (102) 97 درجه سانتیگراد خنک شده وخوراک راکتور را گرم می کند . در سومین مرحله ، محصول گازی در مبدل 20-E-2005 تا 56 درجه سانتیگراد خنک شده وFAT ABSARBENT خروجی از برج EO-ABSORBER ( 20-T-2002) را گرم می کند.
گاز خروجی از OMN دمای حدود 50 درجه سانتیگراد دارد نتیجتاً در حین خنک شدن در مبدلها امکان بوجود آمدن ذرات مایع وجود دارد که تخلیه این ذرات برای جلوگیری از تجمع وپلیمر یزاسیون ضروری است .محصول گازی خروجی از مبدل حرارتی که خوراک را گرم می کند بالای DEW POINT قرار دارد.
شیر های BLOCK VALV موتوری و ولو BY PASS روی مسیر گاز ورودی به راکتور قرار دارند که برای حفاظت از کاتالیست سریعاً مسیر را بسته واز ورود گاز به راکتور جلوگیری کند. ولو BY PASS زمانی که راکتور از سرویس خارج می شودچرخش جریان گاز برگشتی را برقرار می کند .
EO در برج EO ABSORBER جذب می شود. گاز خروجی از بالای برج که همان گاز برگشتی است وارد کمپرسور می شود ونیروی لازم جهت چرخش را بدست می آورد و وارد KNUOCK OUT DRUMمی شود.
در KNOCK OUT DRUM مایعات از گاز جدا شده ودر واقع از ورود آنها به کمپرسور جلوگیری می شود.
2.1.2- تصفیه خوراک اتیلن ومتان (ETHYLENE AND METHANE FEED TREATMENT ):
غلظت سولفور (گوگرد ) در جریان اتیلن برای جلوگیری از مسمومیت کاتالیست باید کاهش یابد.
GUARDBED SULPHUR حاوی کربن فعال برای جذب گوگرد از خوراک مورد استفاده قرار می گیرد که غلظت سولفور را تا PPM 10 (MG/KG) کاهش می دهد .یک آنالایزر نیز همواره غلظت سولفور در خوراک را اندازه گیری می کند .
همچنین متان که از نظر مقداری در برابر اتیلن ناچیز است وبه عنوان MAKE UP تزریق می شود، یک
SULPHUR GUARD BED برای آن در نظر گرفته شده است . جریان متان به CARBONAT FLASHER جهت زدایش هیدرو کربن ها از FAT CARBONAT تزریق می شود . RESIDUAL GAS COMRESSOR متان را به همراه گاز FLASH شده به حلقه گاز برگشتی بر می گردند.
آنالایزر سولفور متناوباً جریان های متان واتیلن را آنالیز می کند .
فیلترها برای عاری سازی جریان از ذرات نا خالصی جامد بعد از BED SULPHUR GUARD قرار دارد . درزمان قطع جریان اکسیژن ، خوراک های اتیلن ومتان بطور اتوماتیک قطع می شوند.
2.1.3 – اختلاط اکسیژن (OXYGEN MIXING ) :
اکسیژن قبل از مخلوط شدن با هیدرو کربن های گاز برگشتی فیلتر می شود . اکسیژن باید عاری از هرگونه جسم خارجی وذرات بسیار ریز باشد . فیلترها به عنوان صافی محافظ برای حفاظت از OMN به کار می روند . فیلتر اکسیژن هر چهار سال یکبار تمیز می شود ودراین زمان اکسیژن باید در مبدأ تهیه فیلتر شود.
غلظت اکسیژن در واحد همواره باید زیر محدوده اشتعال باشد.این کار در OMN که غلظت از 100 درصد تا 8.4 درصد تغییر می کند ، براورده نمی شود. بنابراین طراحی OMN باید بر این اساس باشد که مدت زمان قرارگیری اکسیژن در محدوده اشتعال مینیمم شود. وبا توجه به این که اکسیژن در OMN در محدوده اشتعال قرار دارد سیستم های ایمنی زیادی در نظر گرفته شده است .
سیستم کنترل جریان خوراک اکسیژن و SHUT- DOWN دارای شیر های اتوماتیک BLOCK و BLEED است که از مخلوط شدن اکسیژن با جریان برگشتی در شرایط نا ایمن و SHUT- DOWN جلوگیری می کند وعملیات PURGE توسط نیتروژن انجام می شود.
سیستم SHUT- DOWN اکسیژن سریع دو شیر BLOCK را می بندد وعلاوه بر آن شیر کنترل جریان (FV ) اکسیژن نیز بسته می شودبه محض بسته شدن سریع شیر های فوق ، دو شیر BLEED باز شده و اکسیژن در LINE بین شیر های کنترل و BLOCK راتخلیه می کند سپس نیتروژن سریعاً جهت تخلیه LINE به سمت نازل مخلوط کننده برای جلوگیری از ایجاد مخلوط قابل اشتعال به سیستم تزریق می شود .
قبل از تزریق خوراک اکسیژن به نازل ، نازل باید توسط نیترون PURGE شود درزمان راه اندازی نیتروژن تا زمان رسیدن به حالت پایدار همراه اکسیژن تزریق می شود تا از برگشت گاز برگشتی به سیستم اکسیژن جلوگیری کند .TRIP INITIATOR ها در شرایط نا ایمن باعث SHUT DOWN خوراک اکسیژن می شوند.
نازل مخلوط کننده اکسیژن ( OXYGEN MIXING NOZZLE ) :
طراحی OMN براساس رقیق شدن سریع اکسیژن دریک فاصله بسیار کوتاه زمانی است تااز اشتعال جلوگیری شود وشرایط عمیاتی ایمن باشد. اختلاط سریع انجام می شود وبا تنظیم سرعت دو گاز اکسیژن و هیدرو کربن های گازی از برگشت هیدروکربنها به سیستم وخط لوله اکسیژن جلوگیری می شود.
توزیع اکسژن به جریان هیدرو کربن های گازی توسط سه SPARGER هم مرکز با قطر های متفاوت در فواصل مختلف که درون لوله قراردارند، انجام می شود.برای دستیابی به پروفیل یکنواخت سرعت وفشار ، طول محدوده اختلاط حد اقل 10 برابر قطر لوله جریان بالا دست و 3.5 متر به سمت جریان پایین دست می باشد.
OMN در گوشه واحد و دور از بقیه تجهیزات وخطوط اصلی قرار گرفته است . OMN بصورت افقی نصب شده و دور آن با دیوار سیمانی احاطه شده است .
–2.1.4 سیستم تخلیه توسط نیتروژن (NITROGEN PURGE SYSTEM ) :
نیتروژن برای انجام عمل PURGE ( تخلیه ) سیستم اکسیژن ( شامل OMN و خطوط لوله متصل به آن ) در کمپرسور 20-C-1001 (SAFEGUARDING NITROGEN COMPRESSOR ) تا حدود 62BARG فشرده می شود . نیتروژن ورودی به کمپرسور در برابر نفوذ جریانات دیگر محافظت می شود تا از آلودگی نیتروژن جلوگیری شود .
NITROGEN PURGE یرای انجام عمل SHUT – DOWN , و START – UP شامل دو ظرف
( VESSEL) با کاربرد متفاوت است . در زمان SHUT DOWN ظرف جبران کننده
( NITROGEN BUFFER VESSEL ) 20-D-1001 درمدت 5 ثانیه می تواند دو برابر حجم اکسیژن در سیستم، نیتروژن وارد سیستم کند.
NITROGEN PURGE يراي انجام عمل SHUT – DOWN , و START – UP شامل دو ظرف
( VESSEL) با كاربرد متفاوت است . در زمان SHUT DOWN ظرف جبران كننده
( NITROGEN BUFFER VESSEL ) 20-D-1001 درمدت 5 ثانيه مي تواند دو برابر حجم اکسيژن در سيستم، نيتروژن وارد سيستم کند.
ظرف ذخيره نيتروژن ( NITROGEN STORAGE VESSEL ) 20-D-1002 مقدار نيتروژن لازم در زمان راه اندازي ونيتروژن 20-D-1001 را تأمين مي كند اين ظرف مي تواند نيتروژن لازم براي مدت SHUT DOWN و START – UP را براي 8 مرتبه تأمين كند بدون اينكه كمپرسور 20-C-1001 در سرويس قرار گيرد.
زمانيكه نيتروژن 20-D-1001 ( NITROGEN BUFFER ) تخليه شده باشد ، مدت زمان قابل ملاحظه اي لازم است تا پرشود.
ودر زمان START – UP تأخير زماني بوجود مي آورد . زمانيكه فشار درام 20-D-1002 از فشار گاز برگشتي كمتر شده باشد بايد از نيتروژن DRUM نمونه گرفت ونسبت وجود هيدرو كربن درآن را سنجيد كه اين هيدرو كربن دراثر BACK FLOW ( برگشت گاز برگشتي ) ممكن است وارد NITROGEN STORGE DRUM شده باشد كه اگر اين اتفاق بيافتد وظرف با هيدرو كربن آلوده شده باشد بايد آنرا تخليه (PURGE) كرد ودوباره شارژكرد.
-2.1.5 تزريق كلريد اتيل (ETHYL CHLORIDE INJECTION ) :
جهت دستيابي به ماكزيمم مقدار توليد اكسيد اتيلن ، بايد واكنش جانبي را كه توليد آب ودي اكسيد كربن است ، متوقف كرد . كه براي اين منظور اتيل كلرايد تزريق مي شود .
مقدار اتيل كلرايد (EC ) بستگي به غلظت اتان و اتيلن در جريان گاز در حال گردش دارد . كه مقدار تزريق تقريباً بين 0 – 4 كيلو گرم بر ساعت است . مقدار ماكزيمم تزريق زمان تر كردن ( مرطوب كردن ) كاتاليست در هنگام راه اندازي و ياز ماني كه مقدار الكانها واتان در جريان گاز برگشتي زياد باشد ، هست كه اين مقدار ماكزيمم 12 كيلو گرم بر ساعت است واز سه محل اين مقدار ماكزيمم تزريق مي شود.
مقدار EC براي دوكاتاليست HS وHA متفاوت است . مقدار EC مورد نيازبوسيله پارامتر I-FACTOR محاسبه مي شودكه I- FACTOR عبارتست از:
(PPM MOT ) TOTAL CL
MOL) 85C2H6 (%+ C2H4 (%MOL)
كه اين مقدار براي دو كاتاليست متفاوت است .براي كاتاليست HA در تمام طول عمر مقدار I –FACTOR تقريباً ثابت است اما براي كاتاليست HS ميزان اين پارامتر نسبت به عمر كاتاليست تغيير مي كند وبايد مرتباً
RE – OPTIMISED ( دوبار اپتيمايز كردن ) صورت گيرد .
EC براي كاتاليست HA افزايش دماي COOLANT را تعديل مي كند وشرايط را نرمال مي كند، وبراي كاتاليست HS نقش پيش برنده واكنش را دارد .
EC به خط لوله گاز برگشتي قبل ازورود به OMN تزريق مي شود، همچنين قبل ازورود خوراك به راكتور ، ،به خـوراك تـزريق مي شود. EC توسط پمپ از كـانتينر به ظرف خـوراكEC ،20-D-1003 منتقل مي شود.دقت كنتـرل جريـان (EC) 25GR/HR است كه براي عملكـرد اپتيمم لازم است .در حـالت SHUT – DOWN تزريق EC قطع مي شود.
EC مورد نياز از پتروشيمي بندر امام توسط كانتينر براي مدت 6-8 هفته تأمين مي شودو اين عمل مستلزم كنترل خريد وبرنامه ريزي دقيق مي باشد زيرا واحد بدون EC نمي تواند عمل كند.
نحوه انتقال (EC ) وتزريق آن به ظرف نگهداري به صورتي است كه بايد از تميز بودن سيستم (EC ) اطمينان حاصل كرد.زيرا ايجاد FOULING در اثر ذرات زنگ وذرات كوچك مي تواند شرايط عملياتي را سخت كند . كانتينرقبل از بارگيري EC بايد كاملاً تميز شود.
به علت كم بودن ميزان تزريق EC، سيستم هاي كنترل واندازه گيري آن نسبت به ارتعاش بسيار حساسند ومي تواند كنترل واندازه گيري را با مشكل مواجه كند . اتصالات محكم ونصب آن روي كف سيماني مي تواند از ارتعاش جلوگيري كند .
2.1.6- واكنش EO (EO REACTION) :
SELECTIVITY ( انتخاب پذيري) كاتاليست بستگي به نوع وسن كاتاليست دارد ، گرچه عوامل ديگر جهت بهينه كردن SELECTIVITY كـاتاليست بـايد تحت كنترل باشد. اتيلـن در واكنش هاي جانبـي توليد آب ، دي اكسيد كربن ومقداري آلدئيدواسيد مي كند.
مقدار استالدئيد توليد شده 0.0005 MOLACH /MOL EO و مقدار فرمالدئيد توليد شده 0.00012MOL FAH/MOL EO مي باشد.
موازنه جرم ، SELECTIVITY كاتاليست را براي هر دو كاتاليست HA،HS در دو حالت SOC و EOC مشخص مي كند.
در موازنه جرم ، تحت شرايط انتخاب شده ، متان واتان مانند نيتروژن وآرگون خنثي در نظر گرفته مي شوند ، از طريق عمل PURGE از بالاي 20-D-2004 اتان ، آرگون ، نيتروژن از حلقه گاز برگشتي خارج مي شوند كه اين عمل بصورت پيوسته انجام مي شود .
ميزان بار( LOADING) كاتاليست با استفاده از پارامتر ( WR) WORK RATE بيان مي شود كه WORK RATEعبارتست از :
KG EO PRODUCDED/HR
M3 CATALYST
كه ميزان EO توليدي به ازاي واحد حجم كاتاليست در واحد زمان است .
در شرايط عملياتي نرمال ، آب در طول قسمتي از راكتور كه شامل كاتاليست در تيوب ها است در SHELL راكتور تبخير مي شود و جريان خنك سازي چرخشي راكتور ؛ تحت پديده ترموسيفون برقرار است . بخار آب توليد شده در SHELL راكتور به سمت بالا حركت كرده ودر قسمت بالاي راكتور ، خوراك ورودي به راكتور را گرم كرده ،مقداري كندانس شده وبخار بصورت جريان دو فـازي از راكتور خارج مي شود.جريان دو فـازي وارد HP STEAM DRUM ، 20-D-1007A/B ، مي شود ودر آنجا بخار از كندانس جدا مي شود. جريان بخار توليدي از HP STEAM DRUM تحت فشار كنترل شده خارج مي شود . كه فشار بخار خروجي در واقع تنظيم كننده دماي راكتور است .
(BFW) BOILER FEED WATER به صورت MAKE UP به HP STEAM DRUMتزريق مي شود و آب جمع آوري شده در اين DRUM جهت خنك سازي به SHELL راكتور بر مي گردد. آب ورودي به SHELL راكتور به دليل اختلاط با آب BFW جبراني در HP STEAM DRUM وافت هد حدود 15 متر به صورت جزئي SUB- COOLED است . انتقال حرارت در ته راكتور EO نسبت به بقيه قسمت هاي راكتور كمتر است .
خوراك گازي ورودي به بالاي راكتور دمايي حدود 160 درجه سانتيگراد دارد كه در قسمت PREHEATING راكتور گرم مي شود ودماي COOLANT را تا 2 درجه سانتيگراد كاهش مي دهد . به محض ورود گاز به بستر كاتاليست ، واكنش گرما زا انجام شده ودما بالا مي رود .
ماکزیمم اختلاف دما بين كاتاليست و COOLANT، (PTD) PEAK TEMPERATREDIFFERENCE ناميده مي شود كه بين 10-15 درجه سانتيگراد است . با بالا رفتن عمر كاتاليست ، نقطه اي كه در آن PTD به وجود مي آيد به سمت پايين وانتهاي تيوب ها ميل مي كند .با حركت PTD به سمت پايين مقدار ان افزايش مي يابد .بالا رفتن در صد تبديل اكسيژن نيز مقدار PTD را افزايش مي دهد.
دماي واكنش توسط 6 تيوب كه روي هر كدام 5 ترمو كو پل قرار دارد، اندازه گيري مي شود . دماي COOLANT توسط 2 تيوب با 5 تر مو كوپل كه روي تيوب ها نصب شده اند اندازه گيري مي شوند .اختلاف دماي بين COOLANT وگاز در حال واكنش در يك نقطه از راكتور بستگي به ميزان انجام واكنش ونرخ انتقال حرارت بين گاز واكنش دهنده و COOLANT در آن نقطه دارد . فشار HP STEAM DRUM تنظيم كننده دماي COOLANT وميزان پيشرفت واكنش ويا درصد تبديل (CONVERSION) است. دماي COOLANT براي رسيدن به درصد تبديل مورد نظر بستگي به تركيب درصد خوراك ، دبي خوراک گازي ،مقدار EC تزريقي ، نوعو سن كاتاليست دارد .
دماي گاز به مراتب بالاتر از دماي COOLANT در طول راكتور است .اما دماي ديواره تيوب ها نزديك به دماي COOLANT است . كه اين به دليل وجود ضريب انتقال حرارت بالا بين COOLANT درحال جوش وديواره تيوب ها در مقايسه با گاز درون تيوب ها است .در قسمت PREHEAT ، دماي ديواره تيوب ها به طور متوسط چند درجه از دماي COOLANT سردتر است .
راكتور EO داراي 8920 تيوب كه در TUBE SHEET ثابت شده اند مي باشد.داخل تيوب ها با كاتاليست پر شده است وروي كاتاليست گلوله هاي خنثي قراردارند. تيوب ها داراي طول 12.2 متر وقطر 38.9ID* 44.90D ميلي متر هستند كار COOLANT گرفتن گرماي واكنش در قسمت واكنش راكتور ودادن گرمادر قسمت PREHEAT ( گرم كننده خوراك ورودي به راكتور ) است .
گرماي توليد شده توسط واكنش در راكتور باعث افزايش دماي گاز مي شود، اين امر باعث بالا رفتن دماي راكتور مي شود ومقدار گرماي باقيمانده به COOLANT منتقل مي شود.در داخل SHELL راكتور (BAFFLE) بافل هايي براي نگهداشتن تيوب ها قرار دارد ، اما اين بافل ها حركت محوري جريان دو فازي موجود در SHELL را كاهش مي دهند.
2.1.7 : كنترل واكنش (RECTION CONTROL) :
مهمترين پارامترها براي كنترل واكنش (EO) در صد تبديل و SELCTIVITY كاتاليست است در حالي كه FLAMMABLE LIMIT ( محدوده اشتغال ) وتركيب درصد خوراك گاز ورودي تقريباً ثابت باشد .
سيستم كنترل راكتور بستگي به كنترل دماي COOLANTدارد.دماي COOLANT با استفاده از منحني فشار بخاراشباع با فشار HP STEAM DRUM تنظيم مي شود.تنظيم فشاردر STEAM DRUM هاي راكتور دماي جوش COOLANT را كنترل مي كند . دماي COOLANT درصد تبديل را كنترل مي كند،كه با توجه به جريان گاز و SELECTIVITYمقدار حرارت انتقال يافته به COOLANT محاسبه مي شود.
دماي COOLANT بايد پايين تراز دماي واكنش RUNAWAY باشد. درو واكنش RUNAWAY همه اكسيژن سوخته و CO2 توليد مي كند.كه واكنش ناخواسته است واين واكنش گرماي زيادي توليد مي كندكه باعث پيشرفت خود به خود آن مي شود.
پروفيل دمايي راكتور (EO ) مشابه پروفيل دماي واكنش هاي گرما زا است . در راكتور ، دماي گاز ورودي در قسمت PREHEAT (بيش گرمكن ) سريعاً افزايش مي يابد.در اين قسمت بخار آب موجود در SHELL راكتور مقداري كندانس شده وباعث بالا رفتن دماي گاز در تيوب راكتور مي شود .
در قسمتي از راكتور كه واكنش شروع مي شود وابتداي بستر كاتاليست است .(منطقه فعال) افزايش دماي لوله گاز بستگي به فعاليت كاتاليست دارد. پروفيل دمايي با كاهش غلظت اكسيژن( كه سرعت واكنش رامي كاهد ) وسرعت گرفتن دما بوسيله COOLANT ( كه باعث جوش آمدن آن مي شود) معين مي شود.
PEAK TEMPERATURE DIFFERENCE (PTD) ، حد اكثر اختلاف دما بين كاتاليست و COOLANT است كه در يك سطح از تيوب اندازه گيري مي شودوبا افزايش دماي COOLANT مقدار(PTD) افزايش مي يابد . با افزايش سن كاتاليست ،با ثابت ماندن ميزان درصد تبديل ، دماي COOLANT افزايش مي يابد واين امر باعث ميل (PTD) به سمت انتهاي تيوب ها مي شود.
MARGIN FROM RUNAWAY (MFR) تفاوت دماي COOLANT در شرايط RUNAWAY و شرايط نرمال است .
افزايش مقدار درصد تبديل كه باعث افزايش دماي كاتاليست مي شود.منجر به كاهش اثر MFR مي شود.در شرايط طراحي با افزايش سن كاتاليست ، MFR تقريباً تغيير نمي كند و ثابت است .
زماني كه هر كدام از ترموكوپل هاي روي كاتاليست ، دما را حدود 20 درجه سانتيگراد بالاتر از دماي نرمال نشان دهند . مبين اين است كه واكنش RUNAWAY در حال انجام ويا انجام گرفته است . در حالت RUNAWAY در صد تبديل صد در صد است وپروفيل دمايي راكتور به هم مي خورد .
زمانيكه RUNAWAY اتفاق مي افتد،خوراك اكسيژن بصورت خودكار توسط سيستم SHUT DOWN اكسيژن قطع مي شود.RUNAWAY ممكن است ايجاد شرايط نا ايمن كرده وبازده را صفر كند ودر نتيجه بقيه فعاليت ها بيهوده است.
امكان غير فعال شدن رگه اي از كاتاليست در اثر RUNAWAY دريك بازه زماني هست.ماندن در شرايط RUNAWAY باعث خراب شدن كاتاليست مي شودبنابراين نگه داشتن سيستم در شرايط RUNAWAY پيشنهاد نمي شود اگر چه ممكن است مداوم تعداد كمي از تيوب ها دراين شرايط باشند.
2.1.8- كاهش كار آيي كاتاليست (CATALYST PERFORMANCE DECLINE) :
فعاليت هر دونوع كاتاليست 5863 و 5882 با گذشت زمان كاهش مي يابدواين كاهش به دليل چسبيدن ناخالصي ها روي كاتاليست است .كاهش فعاليت كاتاليست مي تواند ناشي از ناخالصي ها وكلوخه شدن نقره روي كاتاليست نيز باشد.نرخ كاهش فعاليت كاتاليست به دليل وجود ناخالصي ها در خوراك ، نحوه كاركرد واحد وفاكتورهاي ديگر در شركت هاي مختلف ، فرق دارد . اگر فعاليت كاهش يابد راندمان نيز كاهش مي يابد وبنابراين براي ثابت ماندن راندمان دما وفشار Coolant بايد افزايش پيدا كند.
2.1.9- توليد بخارآب (steam gereration ):
توليد بخار آب فشار بالا ( geregrated hp steam (cs 20k) ):
گرماي توليد شده توسط واكنش در راكتور بوسيله آب موجود در shell راكتور جذب مي شودو باعث تبخير آب مي شود، آب به عنوان coolant (خنك كننده ) راكتور بر اساس پديده ترموسيفون داخل يك مسير سير كوله مي شود . Coolant از (20-d-1007A/B) HP STEAM DRUM خارج شده و از قسمت انتهايي راكتور ، وارد يك RING HEADER ( حلقه ) شده واز آنجا به شاخه هايي تقسيم ووارد SHELL راكتور مي شود. بخار آب و COOLANTاز بالاي راكتور از طريق شاخه هايي از SHELL خارج شده ووارد يك حلقـه (RING) شده واز آنجا به HP STEAM DRUM مي رود .در HP STEAM DRUM بخـار از COOLANT جـدا شده سپس بخـار CS20K از بـالاي آن خــارج شده و COOLANT با BOILER FEED WATER(BFW) جبراني مخلوط مي شود.
براي انجام عمل سير كوله COOLANT بر اساس پديده ترموسيفون ،HP STEAM DRUM در محلي قرار داده شده كه مينيم سطح مايع در DRUM ، 15 متر بالاتر از TUBE SHEET ته راكتور باشد.
فشار COOLANT كنترل كننده دما ، درصد تبديل و SELECTIVITY در واكنش توليد (EO ) است.
سرعت توليد HP STEAM بستگي به دو نوع كاتاليست و ابتدا وانتهاي عمليات (حالت EOS,SOC ) دارد.
حجم مايع در 20-D-1007A/B - HP STEAM DRUM ، براساس ماندن BFW جبراني حدود 20 دقيقه در DRUM طراحي شده است .اگر LEVEL در DRUM كاهش يابد سيستم SHUT-DOWN اكسيژن فعال مي شود.در حالتي كه BFW قطع باشد براي گرفتن گرماي واكنش تبديل كامل اكسيژن در LOOP مقدار كمي آب كافي است.براي ثابت نگهداشتن كيفيت COOLANT وجلوگيري از رسوب وتجمع ناخالص در COOLANT و DRUM ، جريان پيوسته اي از COOLANT از 20-D-1007A/B به سمت (20-D-1006) MP STEAM DRUM تخليه مي شود.يك DUMP VALVE ( شير تخليه ) همچنين روي DRUM قرار داده شده كه در هنگام بالا رفتن LEVEL سريعاً باز مي كند وCOOLANT را تخليه مي كند.