پایان نامه الکیلتها مکملهای پاک برای بنزین

پایان نامه مقطع کارشناسی

رشته مهندسی شیمی

سال 1383

چکیده

انسان امروزی در پی تامین زندگی راحت و مرفه و درعین حال سالمی برای خود است. تجهیزات پیشرفته الکترونیکی و رشد لحظه به لحظه علوم کامپیوتری در جهت تامین همین نیاز است. وسایل نقلیه جدید نیز ناگفته پیداست که در همین مسیر در حال حرکتند. سرعت بیشتر در عصر سرعت، آرزویی است که پایانی برای آن تصور نمی‌شود. از همین رو کمپانی‌های عظیم و خرد اتومبیل‌سازی سرتاسر دنیا حتی یک لحظه را در این خصوص از دست نمی‌دهند که مبادا  بازار خود را به غیر واگذار کنند. در این میان آنچه که توجه همگان را به خود جلب می‌کند سوخت مورد نیاز این مرکبهای تیزروست. بخش عمده‌ای از این سوخت، اختصاص به بنزین دارد. بنزین از زمانی که اولین خودرو بنزینی ساخته شد به جرات می‌توان گفت مهمترین و استراتژیک‌ترین فرآورده نفت محسوب می‌شود. فرآورده‌ای که نه تنها از نظر اتومبیل سازان و اتومبیل سواران مورد توجه است بلکه برای اقتصاددانان و سیاست‌مداران به ابزاری برای اعمال قدرت تبدیل شده است.این تحقیق قصد بررسی اهمیت این فراورده برای هیچکدام از گروههای بالا را ندارد بلکه بیشتر سعی شده تا معرف سوختی سالم و پاک برای محیط زیست باشد. آری تا زمانی که محیط پاک و هوایی سالم نداشته باشیم نه می‌توانیم اتومبیل بسازیم که سوار شویم تا بخواهیم سیاست بورزیم و در رفاه زندگی کنیم. از همین رو این تحقیق در ابتدا به بررسی مشکلات بوجود آمده در ایالات متحده آمریکا بر اثر استفاده از MTBE به عنوان مکملی پاک برای بنزین که ایجاد عدد اکتان بالا تر و درنتیجه سرعت بیشتر نماید می‌پردازد و در ادامه الکیلیتها را به عنوان جایگزین مناسب و پاک برای MTBE معرفی می‌نماید. سپس فرایند الکیلاسیون را تشریح می‌نماید. پس از معرفی الکیلاسیون یکی از معروفترین فرایندهای الکیلاسیون که در آن از به عنوان کاتالیست استفاده می‌شود را ارائه می‌نماید. فصلی که در انتها آمده است شبیه سازی 4 عدد از تجهیزات مطرح شده در فرایند مذکور است که به وسیله نرم افزار HYSYS صورت گرفته‌است.

امید آنکه این تحقیق و تحقیقاتی از این دست، به اعتلای علم در ایران و رسیدن به نقطه‌ای مطلوب در جهان یاری رساند.

-1-مقدمه

پالایشگاههای تمام جهان در تلاشند که فرمول بنزین را طوری اصلاح کنند که قادر باشند سوالات قوانین زیست محیطی را پاسخگو باشند.

در آمریکا 121 میلیون نفر جمعیت ( نزدیک به نصف جمعیت آمریکاست) در مناطقی زندگی می‌کنند که از نظر هوا در وضعیت استاندارد نیست. سازمان حفاظت از محیط زیست EPA اخیرا سختگیریهای بیشتری نسبت به لایه اوزن انجام می‌دهد و بویژه نسبت به مناطقی که قوانین مربوطه را اجرا نمی کنند فشار بیشتری برای استفاده از بنزین اصلاح شده (RFG ) اعمال می نماید. به علاوه کاهش انتشار مواد فرار آلی و نیتروکسیدها در حال حاضر از اهداف فاز 2 عملیات پاکسازی هوا محسوب می گردد. در همین زمان اتومبیل سازان در خواست بنزینی با سطح سولفور پایین تر شاخص توانایی به حرکت درآوردن Drive Ability (DIS) پایین تر و حذف MMT از بنزین را دارند.

این طور که به نظر می رسد در آینده استفاده از MTBE در بنزین اصلاح شده (RFG) کاهش پیدا خواهد کرد. دیگر کشورها نیز به تبعیت از قوانین زیست محیطی آمریکا و درسهای بسیاری که از آزمون و خطا آنها گرفته اند قوانین زیست محیطی جدیدی وضع کرده اند.

بانک جهانی استفاده از بنزین بدون سرب را برای کل جهان ممنوع کرده است و مراکز پر جمعیت را به سمت استفاده از بنزین اصلاح شده برای کاهش آلودگی هوا سوق می دهد.

اهمیت الکیلاسیون برای پالایشگاه ها به حدی است که به او نام طلای مایع برای بنزین اصلاح شده داده اند. افزایش ظرفیت الکیلاسیون به خوبی از دهه گذشته در آمریکا در حال تحقق است. بسیاری از پالایشگاهها دست به اصلاح و افزایش ظرفیت واحد های موجود نموده اند و در موارد معدودی نیز واحدهای جدیدی برای این منظور احداث شده است. ظرفیت الکیلاسیون در خارج از آمریکا نیز از رشد خوبی برخوردار است. افزایش ظرفیت تبدیل، به اضافه‌ی افزایش درخواست برای بنزین در بسیاری از مناطق جهان با احداث واحدهای جدید الکیلاسیون قابل جبران است. این نیاز برای بنزین بیشتر همراه با نیاز برای بنزین پاکتر نیز می باشد. شکل1-1 نشان دهنده تاریخچه رشد ظرفیت جهانی الکیلاسیون است.

شکل 1-1 ظرفیت جهانی الکیلاسیون

1-2-وقایع در ایالت متحده

قانون اصلاحیه هوای پاک (CAAA) در سال 1990 بزرگترین نیرو برای افزایش ظرفیت الکیلاسیون در ایالات متحده بود. یک قسمت از CAAA اکثر بخشهای آلوده‌ی ایالات متحده را ملزم به اصلاح بنزین نموده بود. سایر مناطق ایالات متحده نیز می توانستند به صورت داوطلبانه در این برنامه حضور داشته باشند ولی پس از مدتی آنها نیز باید وارد برنامه می شدند. برنامه بنزین اصلاح شده (RFG) از ژانویه 1995 آغاز شد.

در حدود 25 درصد از بنزین فروخته شده در آمریکا در سال 1995 اصلاح شده بود که این مقدار در سالهای بعد به این  ترتیب رشد کرد: 29 درصد در سال 96، 31 درصد در سال 97، 32 درصد در سال 98، 33 درصد در سال 99 و 33 درصد در 4 ماه ابتدایی 2000. مناطقی که در حال حاضر بنزین اصلاح شده دریافت می کنند و یا احتیاج به کنترل اوزون دارند در شکل 1-2 نشان داده شده است.

شکل 1-2

1-2-1- قوانین ایالات متحده

مخصوصا CAAA قصد دارد تا میزان ترکیبات آلی (VOC) منتشر شده را در طول تابستان و آلاینده های سمی هوا را در طول سال کاهش دهد؛ سمومی از قبیل بنزن،1و3- بوتادین، فرمالدهید، استالدهید و مواد آلی پلی سایکل. هدف فاز یک کاهش 17 درصدی (در ایالات شمالی)  و 37 درصدی (در ایالات جنوبی) VOC و 17 درصدی سموم در طی سالهای 1995- 1999 نسبت به سال پایه 1990 بود. برای فاز دوم که از سال 2000 آغاز شده، اهداف بیشتری مانند کاهش 27 درصدی VOC و 22 درصدی سموم به علاوه الزام به کاهش 8/6 درصدی اکسیدهای نیتروژن () در نظر گرفته شده است. انواع بنزین های اصلاح شده در جدول 1-1 جمع آوری شده اند.

Types of Reformulated Gasoline

Reformulation Requirements

Years

Required

Lower PRV and Benzene. Add Oxygen.

1995-1997

Phase 1 Simple Model

Lower RVP, Benzene, aromatics, olefins, sulfur, ,.

Add Oxygen.

1996+

Ca RFG (California Only)

17% (Northern states) and 37% (southern states) reduction in VOC emissions.

17% Reduction in Toxic Emissions.

Add Oxygen.

1998-1999

Phase 1 Simple Model

29% reduction in VOCs.

22% reduction in toxics.

6.8% reduction in.

Add Oxygen.

2000+

Phase 2 Simple Model

جدول 1-1 انواع بنزین اصلاح شده

در سال 1998 آمریکا مجاز به استفاده از بنزین فرمول‌بندی شده مدل پیچیده فاز 1  (phase 1 complex model) بود. این مدل پیچیده، مجموعه‌ای از معادلات می‌باشد که کاهش آلاینده توسط مخلوط بنزین ویژه‌ای را پیش‌بینی می‌کند. این مدل اثر پالایشی RVP، ، ، اکسیژن، اروماتیک، بنزن، اولفین و تراز گوگرد را برای تأیید یک بنزین مطمئن برای 15% کاهش نشر می‌سنجد.

در کالیفرنیا، لس‌آنجلس و سن‌دیگو در سال 1995 از مدل ساده (simple model) استفاده کردند. به هرحال در مارس سال 1996، تمام کالیفرنیا طبق حکم (CARB) ملزم به تهیه بنزین فرمول‌بندی شده محکم‌تری شدند. فرمول بنزین فرمول‌بندی شده کالیفرنیا (CaRFG Phase 2 &3) در جدول 1-2 نشان داده شده است. توجه داشته باشید که این فرمول به پالایشگاهها به عنوان یک پیشنهاد ارائه شده تا مشخصه‌های هر گالن بنزین یا متوسط کردن استخر بنزین‌هایشان را بهبود بخشند و مقدار کمی اجزاء سازند. با درجه بالاتر را برای ترازهای پایین‌تر استفاده کنند. در این مورد، تراز متوسط پایین از پارامترها، مورد نیاز است اگر پالایشگاه با مشخصه هر گالن مواجه شود. پالایشگاهها همچنین از تراز ماکسیمم برای هر جزء نباید تخطی می‌کردند.

California Reformulated Gasoline (Ca RFG)

Cap Limits

Phase 2

Averaging Limits

Phase 2

Flat Limits

Phase 2

Fuel

Parameter

80

30

40

Sulfur,wt ppm

30

22

25

Aromatics, Vol%

1.2

0.8

1.0

Benzene, Vol%

10.0

4.0

6.0

Olefins, Vol%

1.8-3.5

---

1.8-2.2

Oxygen, wt

330(166)

290(143)

300(149)

220(104)

200(99)

210(99)

7.0(0.49)

---

7.0(0.49)

RVP, psi ()

MTBE/Oxygenates

NA

NA

NA

Other than EtOH

جدول 1-2 بنزین اصلاح شده کالیفرنیا

علاوه بر فرمول‌های بالا، CARB، مدل پیش بینی شده (Predictive model) را شبیه به مدل پیچیده (EPA (Complex model منتشر کرده است. پیش از آنکه این یک فرمول سخت باشد، یک مدل ریاضی طراحی شده برای پیش‌بینی انتشار از یک مخلوط بنزین مخصوص است. این مدل طراحی شده است تا به پالایشگاههای کالیفرنیا اجازه تولید (CaRFG) با قابلیت انعطاف بیشتر بدهد و مورد استفاده برای تولید مقدار زیادی بنزین می‌باشد.

برنامه تحقیقی پیشرفت کیفیت هوا - بنزین اتومبیل‌ها، به تازگی آخرین گزارش خود را انتشار داده است. یافته‌های عمده این چنین است:

1)افزودن اکسیژن به RFG منجر به کاهش CO در ماشین‌های مدل دهه 1990 نمی‌شود.

2)کم کردن مقدار اروماتیک بنزین شامل اکسیژن‌دار کردن بنزین هیچ تغییری در VOC ایجاد نمی‌کند و موجب بالا رفتن انتشار در ماشین‌های مدرن می‌شود.

3)افزودن اتانول، VOC را افزایش می‌دهد.

بنابراین اکسیژن، می‌تواند کمک کند به VOCو  و آلودگی اوزون. همچنین در مقایسه با بنزین اکسیژنه شده مقدار RFG را افزایش و صرفه‌جویی در سوخت را 2%-1 کم می‌کند. بیشتر کارشناسان صنعتی معتقدند که پالایشگاهها، در صورت اقتصادی بودن، باید اجازه افزودن اکسیژن را برای افزایش عدد اکتان داشته باشند. به هرحال در صورت اقتصادی نبودن نباید مجبور به افزودن آن باشند.

استفاده بنزین فرمول‌بندی شده و دیگر تغییرات مورد نیاز به وسیله اصلاح Clean Air Act، برای بهبود کیفیت هوای ملل ظاهر می‌شود. در سال 1991، 98 ناحیه در آمریکا به عنوان غیرقابل دستیابی برای استاندارد کیفیت هوا تعیین شده بود. تا سال 1995 این رقم به 77 ناحیه کاهش یافت. محاسبات نشان می‌دهد که استفاده از RFG منجر به کاهش آلاینده‌ها معادل با 11 میلیون ماشین از جاده‌ها شده است.

1-2-2-نگرانیهای موجود

فهرست منابع

منابع فارسی

مبانی پالایس نفت، تالیف دکتر گیتی ابوالحمد، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ دوم، زمستان 1381

منابع انگلیسی

SRI: Sulfuric Acid Catalyzed Alkylation

Alkylation Current Events, presented by Pam Pryor Manager of Technical sales STRATCO, Inc, September 2000