مدلسازی سینتیکی و شبیه سازی پایای راکتور بستر ثابت واحد هیدروکراکینگ

امروزه تولید فرآورده¬های میان تقطیر با کیفیت از جمله بنزین، سوخت جت و گازوئیل حاصل از هیدروکراکینگ برشهای سنگین نفت خام روند فزاینده ای دارد که مهمترین دلایل آن افزایش تقاضا، مسائل فنی- اقتصادی و الزامات زیست محیطی در پالایشگاههای نفت می باشد. شناخت و درک صحیح فرایند هیدروکراکینگ نقش مهمی در توسعه و بکارگیری عملیات آن در صنعت پالایش دارد. یکی از جنبه های مهم فرایند هیدروکراکینگ مدلسازی سینتیکی است که بطور معمول به سه روش صورت می¬گیرد: روش لامپ گسسته، لامپ پیوسته و مدلهای ساختارگرا و تک رویدادی. در این پژوهش، از مدلهای لامپ گسسته و پیوسته برای مدلسازی سینتیکی هیدروکراکینگ برشهای سنگین نفتی استفاده گردید. در مدل لامپ گسسته، تعداد لامپ ها بر اساس برشهای تقطیر تعریف شدند و پارامترهای سینتیکی با فرض درجه اول بودن واکنشها محاسبه شدند. مدلسازی لامپ پیوسته با استفاده از داده tbp خوراک هیدروکراکینگ بصورت دمای بدون بعد نرمال شده (ɵ) و استفاده از تابع توزیع واکنش پذیری اجزای سیستم یعنی تابع p(k,k) بنا نهاده شد. تعداد شبه اجزای مدل لامپ پیوسته، n، با توجه به فرضیات مدل و قیود فیزیکی انتخاب، آنالیز حساسیت و بهینه گردید. سپس با استفاده از مقدار n بهینه، توزیع غلظت اجزای محصول در زمان اقامتهای مختلف بر اساس معادله موازنه جرم اجزا تخمین زده شد. برنامه رایانه ای حل مدل لامپ پیوسته و گسسته در محیط نرم افزار matlab اجرا گردید. زمان اجرا و عملکرد برنامه حل معادلات مدل لامپ پیوسته نشان داد که الگوریتم ارائه شده کنونی از سرعت عمل و کارائی بالاتری نسبت به موارد قبلی برخوردار است. بهینه سازی مدل لامپ پیوسته از نوع چند بعدی مقید است که بر اساس کمینه کردن مجموع مربعات اختلاف بین مقادیر کسر وزنی محصولات هیدروکراکینگ حاصل از پیش بینی مدل و داده های تجربی با استفاده از پنج پارامتر اصلی مدل شامل α، a0، a1، kmax و δ انجام می شود. برنامه مدل لامپ پیوسته ارائه شده برای ارزیابی مدلسازی سینتیکی فرایند هیدروکراکینگ با پنج نمونه خوراک نفتی مختلف شامل نفت خام مایا(داده¬های الیزالده و انچیتا)، گازوئیل خلاء کویت(داده¬های بنت و بورن)، گازوئیل خلاء(داده¬های ال-کادی)، باقیمانده اتمسفریک کویت(داده¬های لبابیدی و الحومیدان) و واحد آیزوماکس پالایشگاه تبریز( داده های صادقی و همکاران) به کار گرفته شد. نتایج مدلسازی برای پنج سری خوراک مذکور و محصولات هیدروکراکینگ آنها در زمانهای اقامت مختلف نشان داد که مطابقت خوبی بین نتایج مدل لامپ پیوسته و داده¬های تجربی وجود دارد. بعلاوه، آنالیز حساسیت سنجی داده های مختلف برای پنج پارامتر بهینه سازی مذکور مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز حساسیت سنجی نشان داد که پارامترهای α و a0 بسیار تعیین کننده بود، ولی تغییرات پارامتر a1 تاثیر چندانی بر ترکیب درصد محصولات خروجی ندارد. در نهایت مقایسه¬ای بین روش لامپ گسسته و پیوسته برای یکی از خوراکهای نفتی(نفت خام مایا) صورت گرفت و مشخص شد که روش لامپ پیوسته برای پیش¬بینی واکنش هیدروکراکینگ از دقت بالاتری برخوردار می¬باشد.