طراحی و ساخت واحد تقطیر میعانات گازی
1.مقدمه
شرکت پیشگام پالایش فرس طراح وسازنده واحدهای تقطیر میعانات گازی و پتروشیمی است که در پروژه های مختلفی نظیر: کویت- عراق، دمشق- سوریه، حلب- سوریه، یزد- ایران- صدر گستر شیمی و قم- ایران- پتروآسپاشیدو ... اجرا شده است و در حال حاضر بر روی پروژه تاپینگ ساتراپ واقع در شهرک صنعتی مهر- منطقه ویژه اقتصادی پارسیان در حال اجرا می باشد.
واحدهای تقطیر میعانات گازی به پردازش میعانات گازی میپردازد که این واحدها مخلوطهای هیدروکربنی را بر اساس نقاط جوش به بخشهای مختلف جدا میکنند و امکان بازیابی محصولات ارزشمندی مانند گاز مایع،نفتا و هیدروکربنهای سنگینتر را فراهم میکنند.
2. اجزای طراحی
یک واحد تقطیر میعانات گازی معمولی از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است.
برج تقطیر: عنصر مرکزی که در آن جداسازی اتفاق می افتد. تماس بین بخار بالارونده و مایع نزولی را تسهیل می کند و امکان انتقال جرم و شکنش را فراهم می کند.
ریبویلر: پایین ستون تقطیر را گرم می کند و بخار را برای هدایت فرآیند جداسازی فراهم می کند.
کندانسور: بخار بالای برج تقطیر را خنک می کند و آن را دوباره به شکل مایع تبدیل می کند.
تجهیزات کمکی: شامل پمپ ها، مبدل های حرارتی و سیستم های کنترلی است که از عملکرد اجزای اصلی پشتیبانی می کنند.
واحد تقطیر (اتمسفریک و خلاء) نخستین واحد پالایش و یکی از مهم ترین واحد های پالایشگاهی هستند و خوراک خام ورودی را به برش های نفتی مختلف تفکیک می کند و اصولا تولیدات واحد تقطیر فراوررده های میان رده در صنعت پالایش محسوب می شوند. در بسیاری از موارد افزایش کمی یا کیفی یک برش خاص با استفاده از پارامترهای عملیاتی و بدون تغییر در طراحی و سایز تجهیزات مختلف واحد مدنظر بوده که در این حالت وجود یک فایل دقیق شبیه سازی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد.
پس از شبیه سازی فرآیند واحد تقطیر می توان از فایل ایجاد شده بعنوان یک ابزار مناسب برای مطالعه و بهینه سازی آنها استفاده نمود تا با توجه به مشخصات مورد نظر برای محصول و تغییر پارامترهای فرآیندی و تعریف سناریوهای مختلف، شرایط بهینه فرآیندی را به منظور افزایش سود واحد تعیین نمود، شاخص عملکرد واحد تقطیر چه درسطح پالایشگاه و چه در سطح واحدها و تجهیزات و نیز شاخص های عمومی نظیر آب مصرفی، بخار مصرفی، برق مصرفی، نسبت محصولات سبک به سنگین بسیار مهم مطالعه می شود.
3. مدلسازی سیستم
شبیهسازی و بهینهسازی واحد تقطیر نفت خام با هدف بهینهسازی عملکرد و کاهش هزینهها انجام میشود.
– تعریف ورودیها و خروجیها: ابتدا، ورودیهای فرآیند مانند نوع و ترکیب نفت خام، دما، فشار و همچنین خروجیهای مورد انتظار (محصولات مختلف مانند بنزین، نفت گاز، و …) تعریف میشوند.
مدل واحد تقطیر با استفاده از عناصری مثل برج تقطیر، مخازن، پمپها Aspen HYSYS با استفاده از نرمافزار تبادلکنندههای حرارتی طراحی میشود.
1.3. شبیهسازی فرآیند
– اضافه کردن تجهیزات مختلف: شبیهسازی تمامی تجهیزات و فرآیندهای موجود در واحد تقطیر به همراه پارامترهای عملیاتی آنها (دما، فشار، نرخ جریان) صورت میگیرد.
– تنظیم شرایط عملیاتی: شرایط عملیاتی و تعیین مشخصات فیزیکی و شیمیایی سیالات در حداکثر دقت انجام میشود تا مدلی قابلاعتماد ایجاد گردد.
– بهدست آوردن جریانهای داخلی: پس از شبیهسازی، جریانهای مختلف، دما و فشار در نقاط مختلف سیستم محاسبه و آنالیز میشوند.
4. جریان فرآیند
این فرآیند معمولاً شامل چندین مرحله است؛
آماده سازی خوراک: میعانات گازی قبل از ورود به واحد تقطیر برای حذف آب از قبل گرم شده و اغلب آبگیری می شود. این مرحله برای جداسازی کارآمد بسیار مهم است.
جداسازی فلاش: جداسازی اولیه در یک ظرف فلاش رخ می دهد که در آن اجزای سبک تر تحت فشار کاهش یافته حذف می شوند.
تقطیر: خوراک وارد برج تقطیر می شود و در آنجا توسط ریبویلر گرم می شود. همانطور که از میان ستون بالا می رود، کسرهای سبک تر بخار می شوند و به سمت بالا حرکت می کنند در حالی که کسرهای سنگین تر پایین می آیند.
بازیابی محصول: محصولات سربار متراکم و جمع آوری می شوند، در حالی که محصولات پایین برای پردازش یا ذخیره سازی بیشتر حذف می شوند.
5. ملاحظات عملیاتی
مدیریت دما و فشار:
فشار عملیاتی در واحد تقطیر میعانات گازی معمولاً بسته به مشخصات محصول مورد نظر در حدود 10 تا 30 بار حفظ می شود.
کنترل دما بسیار مهم است. بویلرها اغلب در حدود 190 درجه سانتیگراد کار می کنند تا از جداسازی مؤثر اجزا بر اساس نقطه جوش آنها اطمینان حاصل کنند.
6. افزایش بهره وری
برای بهینه سازی عملکرد، چندین استراتژی ممکن است به کار گرفته شود؛
یکپارچه سازی حرارتی: استفاده از مبدل های حرارتی برای بازیابی انرژی از جریان های مختلف می تواند هزینه های عملیاتی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
تغییرات طراحی ستون: پیکربندی های مختلف (به عنوان مثال، سینی در مقابل ستون های بسته بندی شده) را می توان برای بهبود کارایی جداسازی و در عین حال به حداقل رساندن هزینه های سرمایه تجزیه و تحلیل کرد.
مدیریت رفلاکس: تنظیم نسبت رفلاکس می تواند خلوص و بازده محصول را با ایجاد تماس بهتر بین فازهای بخار و مایع در ستون 45 افزایش دهد.
در زیر، فرآیند کلی شبیهسازی و بهینهسازی واحد در حال اجرای پروژه تاپینگ ساتراپ نشان داده میشود:
شرکت پیشگام پالایش فرس طراح وسازنده واحدهای تقطیر میعانات گازی و پتروشیمی است که در پروژه های مختلفی نظیر: کویت- عراق، دمشق- سوریه، حلب- سوریه، یزد- ایران- صدر گستر شیمی و قم- ایران- پتروآسپاشیدو ... اجرا شده است و در حال حاضر بر روی پروژه تاپینگ ساتراپ واقع در شهرک صنعتی مهر- منطقه ویژه اقتصادی پارسیان در حال اجرا می باشد.
واحدهای تقطیر میعانات گازی به پردازش میعانات گازی میپردازد که این واحدها مخلوطهای هیدروکربنی را بر اساس نقاط جوش به بخشهای مختلف جدا میکنند و امکان بازیابی محصولات ارزشمندی مانند گاز مایع،نفتا و هیدروکربنهای سنگینتر را فراهم میکنند.
2. اجزای طراحی
یک واحد تقطیر میعانات گازی معمولی از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است.
برج تقطیر: عنصر مرکزی که در آن جداسازی اتفاق می افتد. تماس بین بخار بالارونده و مایع نزولی را تسهیل می کند و امکان انتقال جرم و شکنش را فراهم می کند.
ریبویلر: پایین ستون تقطیر را گرم می کند و بخار را برای هدایت فرآیند جداسازی فراهم می کند.
کندانسور: بخار بالای برج تقطیر را خنک می کند و آن را دوباره به شکل مایع تبدیل می کند.
تجهیزات کمکی: شامل پمپ ها، مبدل های حرارتی و سیستم های کنترلی است که از عملکرد اجزای اصلی پشتیبانی می کنند.
واحد تقطیر (اتمسفریک و خلاء) نخستین واحد پالایش و یکی از مهم ترین واحد های پالایشگاهی هستند و خوراک خام ورودی را به برش های نفتی مختلف تفکیک می کند و اصولا تولیدات واحد تقطیر فراوررده های میان رده در صنعت پالایش محسوب می شوند. در بسیاری از موارد افزایش کمی یا کیفی یک برش خاص با استفاده از پارامترهای عملیاتی و بدون تغییر در طراحی و سایز تجهیزات مختلف واحد مدنظر بوده که در این حالت وجود یک فایل دقیق شبیه سازی از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد.
پس از شبیه سازی فرآیند واحد تقطیر می توان از فایل ایجاد شده بعنوان یک ابزار مناسب برای مطالعه و بهینه سازی آنها استفاده نمود تا با توجه به مشخصات مورد نظر برای محصول و تغییر پارامترهای فرآیندی و تعریف سناریوهای مختلف، شرایط بهینه فرآیندی را به منظور افزایش سود واحد تعیین نمود، شاخص عملکرد واحد تقطیر چه درسطح پالایشگاه و چه در سطح واحدها و تجهیزات و نیز شاخص های عمومی نظیر آب مصرفی، بخار مصرفی، برق مصرفی، نسبت محصولات سبک به سنگین بسیار مهم مطالعه می شود.
3. مدلسازی سیستم
شبیهسازی و بهینهسازی واحد تقطیر نفت خام با هدف بهینهسازی عملکرد و کاهش هزینهها انجام میشود.
– تعریف ورودیها و خروجیها: ابتدا، ورودیهای فرآیند مانند نوع و ترکیب نفت خام، دما، فشار و همچنین خروجیهای مورد انتظار (محصولات مختلف مانند بنزین، نفت گاز، و …) تعریف میشوند.
مدل واحد تقطیر با استفاده از عناصری مثل برج تقطیر، مخازن، پمپها Aspen HYSYS با استفاده از نرمافزار تبادلکنندههای حرارتی طراحی میشود.
1.3. شبیهسازی فرآیند
– اضافه کردن تجهیزات مختلف: شبیهسازی تمامی تجهیزات و فرآیندهای موجود در واحد تقطیر به همراه پارامترهای عملیاتی آنها (دما، فشار، نرخ جریان) صورت میگیرد.
– تنظیم شرایط عملیاتی: شرایط عملیاتی و تعیین مشخصات فیزیکی و شیمیایی سیالات در حداکثر دقت انجام میشود تا مدلی قابلاعتماد ایجاد گردد.
– بهدست آوردن جریانهای داخلی: پس از شبیهسازی، جریانهای مختلف، دما و فشار در نقاط مختلف سیستم محاسبه و آنالیز میشوند.
4. جریان فرآیند
این فرآیند معمولاً شامل چندین مرحله است؛
آماده سازی خوراک: میعانات گازی قبل از ورود به واحد تقطیر برای حذف آب از قبل گرم شده و اغلب آبگیری می شود. این مرحله برای جداسازی کارآمد بسیار مهم است.
جداسازی فلاش: جداسازی اولیه در یک ظرف فلاش رخ می دهد که در آن اجزای سبک تر تحت فشار کاهش یافته حذف می شوند.
تقطیر: خوراک وارد برج تقطیر می شود و در آنجا توسط ریبویلر گرم می شود. همانطور که از میان ستون بالا می رود، کسرهای سبک تر بخار می شوند و به سمت بالا حرکت می کنند در حالی که کسرهای سنگین تر پایین می آیند.
بازیابی محصول: محصولات سربار متراکم و جمع آوری می شوند، در حالی که محصولات پایین برای پردازش یا ذخیره سازی بیشتر حذف می شوند.
5. ملاحظات عملیاتی
مدیریت دما و فشار:
فشار عملیاتی در واحد تقطیر میعانات گازی معمولاً بسته به مشخصات محصول مورد نظر در حدود 10 تا 30 بار حفظ می شود.
کنترل دما بسیار مهم است. بویلرها اغلب در حدود 190 درجه سانتیگراد کار می کنند تا از جداسازی مؤثر اجزا بر اساس نقطه جوش آنها اطمینان حاصل کنند.
6. افزایش بهره وری
برای بهینه سازی عملکرد، چندین استراتژی ممکن است به کار گرفته شود؛
یکپارچه سازی حرارتی: استفاده از مبدل های حرارتی برای بازیابی انرژی از جریان های مختلف می تواند هزینه های عملیاتی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
تغییرات طراحی ستون: پیکربندی های مختلف (به عنوان مثال، سینی در مقابل ستون های بسته بندی شده) را می توان برای بهبود کارایی جداسازی و در عین حال به حداقل رساندن هزینه های سرمایه تجزیه و تحلیل کرد.
مدیریت رفلاکس: تنظیم نسبت رفلاکس می تواند خلوص و بازده محصول را با ایجاد تماس بهتر بین فازهای بخار و مایع در ستون 45 افزایش دهد.
در زیر، فرآیند کلی شبیهسازی و بهینهسازی واحد در حال اجرای پروژه تاپینگ ساتراپ نشان داده میشود:
