چکیده نفت خام ایران به عنوان یکی از نفت های گوگردی در دنیا شناخته میشود که بنا به همین دلیل در پالایشگاه های کشور هزینه های فرآوانی (هرچند ناکافی) صرف گوگردزدائی از فرآورده های نفتی می گردد که نهایتا در واحدهای تولید گوگردسازی،گوگرد موجود در نفت خام بعنوان یک محصول فرعی تولید می شود. با توجه به تشدید مسائل زیست محیطی و توجه به این نکته که واحد گوگردسازی در پالایشگاه های نفت بعنوان عامل اصلی کنترل آلودگی به شمار می روند، بازنگری و بهینه سازی عملکرد این واحدها از اهمیت بالائی برخوردار می باشد. در این پایان نامه علاوه بر پرداختن به موضوع بهینه سازی واحد گوگردسازی پالایشگاه تبریز،تاثیر نفت خام های مختلف با توجه به مشخصات تولیدی محصولات در آینده (بر اساس استاندارد euro 5 ) نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس نتایج نرم افزاری با تنظیم پارامترهای مهم عملیاتی وتعویض کاتالیستهای راکتور اول امکان بهبود درصد بازیافت گوگرد بمیزان 4 درصد قابل تحقق می باشد. از طرف دیگر بدلیل اینکه واحد گوگردسازی پالایشگاه تبریز دارای دو راکتور می باشد و بالاترین درصد بازیافت برای چنین واحدهائی درحدود 96 درصد وبرای واحدهای با سه راکتور در حدود 98 درصد می باشد، لذا با توجه به تشدید مسائل زیست محیطی که در آینده سختگیرانه تر هم خواهد شد ا افزایش راکتور سوم منطقی نمی باشد و استفاده از واحدهای بازیافت گازهای انتهائی در پائین دستی واحد اصلی الزامی به نظر میرسدکه فرآیند scot با درصد بازیافت 9/99 درصد بعنوان گزینه اصلح در این خصوص معرفی شده است. در صورت استفاده از گزینه های مختلف نفت خام نیز امکان بازنگری در واحد موجود وحتی دوبله سازی آن محتمل می باشد. کلید واژه: فرآیند کلاوس، واحد گوگرد سازی، فرآیند tail gas clean up ,بازیافت گوگرد

در پژوهش حاضر، پدیده انتقال حرارت در خشک کن بستر سیال نوبتی با استفاده از به کارگیری یک مدل سه فازی شامل فاز جامد، فاز گاز درون بستری و فاز حباب بر پایه مدل ریزی و همکاران مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. رابطه جدیدی برای محاسبه ضریب انتقال حرارت به محیط و ضریب انتقال حرارت جابجایی بین گاز درون بستری و فاز جامد ارائه شده است. اصلاحاتی نیز در روابط به کار رفته، مطابق با نوع جریان و نوع ذره صورت گرفته است. از جمله این اصلاحات می توان به تصحیح ضریب تخلخل بستر در معادلات گاز میان بستری با مقدار آن در حالت انبساط یافته، در نظر گرفتن تغییرات دمایی خصوصیات فیزیکی گاز، دخیل کردن تغییرات قطر حباب ها با روابط اصلاح شده نوناکا و هوریو و استفاده از مقدار مناسب با ذرات گلدارت d برای ? اشاره کرد. این مدل برای مطالعه اثرات قطر ذره، دانسیته ذره و دمای گاز ورودی مورد استفاده قرار گرفته است و در کد عددی نوشته شده تغییرات شرایط ورودی بر اثر این تغییرات نیز لحاظ شده و نتایج مورد تحلیل قرار گرفته است. نتایج عددی انتقال حرارت مانند توزیع دمای جامد و گاز با نتایج تجربی موجود مقایسه شده و مطابقت خوبی بین آنها مشاهده می شود. همچنین این امکان فراهم شده است تا نتایج عددی به دست آمده با به کارگیری رابطه ضریب انتقال حرارت و مقدار ارائه شده برای ضریب اتلافات توسط ریزی، با نتایجی که از به کارگیری روابط جدید ارائه شده در این پژوهش به دست آمده اند، مقایسه شوند. تغییر شیب توزیع دمای جامد در لحظات اولیه، در اثر استفاده از دو رابطه متفاوت برای ضرایب انتقال حرارت، نیاز به مطالعات آزمایشگاهی بیشتر و تمرکز بر تغییرات دمایی جامد در لحظات اولیه انتقال حرارت را نشان می دهد.

در این پروژه امکان سنجی بازیافت انرژی حاصل از فشارشکنی در ایستگاه های تقلیل فشار گاز مورد بررسی قرار داده شده است. در ایستگاه های تقلیل فشار گاز، کاهش فشار گاز در شیرهای فشارشکن انجام می شود که در این فرآیند تولید انرژی وجود ندارد و مقدار قابل توجهی از انرژی فشاری گاز به هدر می رود. در این پژوهش امکان تبدیل فشار گاز طبیعی به انرژی مکانیکی توسط جایگزین کردن توربین های انبساطی با شیرهای فشار شکن گاز مورد مطالعه قرار داده شده است. با توجه به روابط ترمودینامیکی از قبیل آنتالپی، آنتروپی و قانون اول ترمودینامیک و فرض اینکه توربین تحت یک فرآیند آیزنتروپیک عمل می کند کار حاصل از کاهش فشار گاز توسط توربین محاسبه شده است. همچنین پارامترهای اثرگذار در افزایش یا کاهش بازدهی این عمل مورد بررسی قرار داده شده است. تاثیر این پارامترها به این صورت می باشد که با افزایش فشار گاز ورودی و یا افزایش دمای گاز ورودی به توربین میزان کار حاصله نیز افزایش می یابد. همچنین با افزایش فشار خروجی توربین میزان توان تولیدی نیز کمتر خواهد شد. با افزایش فشار خروجی توربین، دمای خروجی توربین نیز روند افزایشی خواهد داشت. نتایج حاصل از این مطالع نیز با نرم افزار aspen plus مقایسه شده که مشاهده می شود که تطابق خوبی با نتایج حاصل از شبیه سازی با نرم افزار aspen plus دارد. میزان خطای بدست آمده از مقایسه 6/1 تا 9/1 درصد می باشد.

امروزه از نانوتکنولوژی به عنوان روندی کلیدی و تاثیرگذار در علم، فناوری و صنعت یاد می شود به طوریکه این تکنولوژی به عنوان فرصتی برای پیشرفت در رشته های مختلف مورد توجه قرار گرفته است. به ویژه با همگرایی علوم در مقیاس نانو و تاثیر نانوتکنولوژی در رشته های مختلف زمینه ایجاد حوزه های بین رشته ای و چند رشته ای جدید در عرصه آموزش، تحقیقات و صنعت ایجاد شده است. شاخه جدیدی از تحقیقات بر روی ذرات نانو به دلیل کاربردهای بالقوه آنها در زمینه های الکترونیک، اپتیک، کاتالیست و ذخیره داده های مغناطیسی مورد توجه قرار گرفته است که از این میان کاربردهای کاتالیستی ذرات مذکور می تواند تحولی شگرف و اساسی در صنایع شیمیایی ایجاد کند. ذرات نانوی سنتز شده به روشهای مختلف خصوصیات و ویژگی های خاص خود را دارند. بنابراین در انتخاب روش مناسب برای سنتز این ذرات کاربرد نهایی آنها باید مد نظر قرار گیرد. اندازه و توزیع اندازه این ذرات کنترل کننده بسیاری از خواص آنها می باشند. در نتیجه تعیین عوامل تاثیر گذار بر این خصوصیات حایز اهمیت می باشد. ذرات نانوی آهن می توانند کاربردهای وسیعی را به خود اختصاص دهند. یکی از مهمترین کاربردهای این ذرات استفاده از آنها به عنوان کاتالیست در صنایع شیمیایی می باشد. هدف اصلی تحقیق حاضر سنتز ذرات نانوی آهن بود. با توجه به نکات فوق ابتدا مطالعه جامعی از روشهای سنتز ذرات آهن صورت گرفت تا روش مناسب برای تهیه ذرات با خلوص بالا و تجمع اندک انتخاب گردد. در این راستا روش های مختلف سنتز ذرات از قبیل چگالش شیمیایی بخار، روش تخلیه قوس، پیرولیز لیزری، روش میکروامولسیونهای آب در روغن، روش هیدروترمال، روش سل- ژل، روش صوتی- شیمیایی، سنتز میکروبی، و روش آسیاب گلوله ای مطالعه گردید و با توجه به مزایا و معایب روش های مختلف، روش چگالش شیمیایی بخار برای سنتز ذرات انتخاب شد. در این تحقیق اثر پارامترهای عملیاتی شامل دمای تجزیه ماده اولیه، دمای حباب ساز، سرعت جریان خوراک، سرعت جریان گاز حامل و فشار به عنوان مهمترین پارامترهای عملیاتی موثر بر اندازه و توزیع اندازه ذرات مورد ارزیابی قرار گرفت. روشهای tem، hrtem، و xrd جهت تعیین مشخصات ذرات سنتز شده مورد استفاده قرار گرفت. برای تعیین نحوه تاثیر این پارامترها با حداقل آزمایشها، از روش طراحی آزمایشها استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که دمای تجزیه ماده اولیه بیشترین اثر بر اندازه ذرات را دارد و اگر چه در سطوح بررسی شده دمای حباب ساز و فشار کمترین تاثیر را بر اندازه ذرات داشتند، با توجه به مشاهدات عینی اثر این پارامترها به صورت مجزا در محدوده وسیع تری مطالعه گردید. از یک نمونه از ذرات سنتز شده در شرایط خاص، برای اولین بار به عنوان کاتالیست فرایند فیشر-تروپش در یک راکتور بستر ثابت استفاده شد. نتایج به دست آمده نشان داد که ذرات سنتز شده از کارایی بالایی در این فرایند برخوردار می باشند. با توجه به اینکه توزیع محصولات در این فرایند از معادله asf پیروی نمی کند، مدلی برای تعیین توزیع محصولات فرایند فیشر- تروپش با کاتالیست نانوی آهن ارایه شد. نتایج حاصل از آن با نتایج تجربی تطبیق بهتری داشت. بر اساس مدل ارایه شده فعالیت کاتالیستها و سرعت غیر فعال شدن آنها را می توان با هم مقایسه کرد.

تبدیل متان با دی اکسید کربن سبب تولید گاز سنتز با نسبت h2/co کمتر از واحد می شود که برای سنتز بسیاری از مواد شیمیایی به کار می رود. به دلیل به کار گیری دو گاز گلخانه ای متان و دی اکسید کربن، واکنش اخیر از دیدگاه زیست محیطی نیز حایز اهمیت فراوان می باشد؛ زیرا تبدیل این گازها به مواد شیمیایی با ارزش، سبب کاهش چشمگیر آلودگی گازهای مذکور در هوا می شوند. در این طرح، کاتالیست نیکل با دو نوع پایه زیولیتی یعنی زیولیت nay و زیولیت activated-13x ، تهیه شده وبا تغییر پارامترهای ساخت کاتالیست، یعنی دمای کلسیناسیون، غلظت نیکل نشانده شده، و نوع پایه، 18 نمونه از آن تهیه شد. شرایط بهینه واکنش با طراحی آزمایشها و انجام آزمایشات متعدد بدست آمده است. کاتالیست نیکل روی پایه زیولیت nay فعالیت کاتالیستی بالایی را در واکنش تبدیل متان با دی اکسید کربن برای تولید h2 و co نشان داده است. شرایط بهینه عملیاتی شامل دمای c°600، فشارواکنش حدود 1 بار، نسبت خوراک 7/0 co2/ch4= و سرعت فضایی hr-1 1 می باشد. پارامترهای ساخت کاتالیست، با به دست آمدن نتایج واکنشها قابل بررسی می باشند. فاز کریستالی زیولیت، توسط xrd قابل تشخیص است و جهت بررسی مقادیر کمی و کیفی مواد موجود در کاتالیست، از آزمایش xrf استفاده شده است. با بررسی عکسهای حاصل از میکروسکوپ الکترونی (philips xl-30) چگونگی توزیع ذرات کاتالیست و اندازه تقریبی ذرات کاتالیست بدست آمده است. نتایج آزمایش bet حاکی از سطح ویژه بالای کاتالیست حدود m²/g 442 می باشد. با میزان بارگذاری حدوداً 6/2 درصد وزنی نیکل روی پایه زیولیت nay، میزان تبدیل دی اکسید کربن به حدود %65 رسیده است و کاتالیست برای مدت حدوداً 19 ساعت، تقریباً فعالیت خود را حفظ نموده است. سینتیک این واکنش نیز در طرح حاضر بررسی شده است.

در مطالعه حاضر، امکان سنجی کاربرد راکتورهای بستر سیال در سنتز مستقیم دی متیل اتر از گاز سنتز و مقایسه چند مدل مختلف بسترهای سیال با نتایج تجربی انجام گرفت. در مسیر تولید دی متیل اتر، ابتدا متانول تشکیل شده و سپس در اثر آبگیری به دی متیل اتر تبدیل می شود که در سنتز مستقیم دی متیل اتر این دو مرحله مذکور تواماً و به کمک یک کاتالیست دو منظوره انجام می گیرد. در این راستا ابتدا یک کاتالیست مناسب طبق فرآیند هم رسوبی سنتز گردید. در ادامه پروژه، راکتور بستر سیال ساخته شده و در سیستم کاتاتست نصب و راه اندازی شد. سپس طبق روش طراحی آزمایش تاگوچی آزمایشات در جهت یافتن شرایط بهینه عملیاتی انجام گرفت و در نهایت نتایج بدست آمده با چند مدل بستر سیال مقایسه گردید. از نتایج حاصله چنین بر می آید که فرآیند تولید دی متیل اتر در راکتورهای بستر سیال شرایط مساعدتری را دارد و به دلیل مزایای فراوان این راکتورها از جمله کنترل ساده و سریع دما، قابلیت جایگزینی با راکتورهای معمول مورد استفاده در صنعت را دارند.

تبدیل گاز به محصولات مایع هیدروکربنی از طریق سنتز فیشر- تروپش یکی از فناوریهای نوین و رو به رشد در صنایع نفت و گاز می باشد. در این تحقیق، سنتز فیشر- تروپش به کمک کاتالیست آهن، در یک راکتور حبابی دوغابی با در نظر گرفتن هر دو حالت پایا و ناپایا مدلسازی شد. رژیم جریان در راکتور، ناهمگن فرض شد و دو نوع هیدرودینامیک در راکتور (حباب های گاز با اندازه یکسان و تقسیم حباب ها به دو اندازه بزرگ و کوچک)، در نظر گرفته شد. در این بررسی دو نوع مدل، یعنی ایده آل و غیر ایده-آل ارایه گردید که در یکی از مدل های ایده آل پیشنهاد شده، هر دو فاز گاز و مایع به صورت plug فرض شد و در مدل ایده آل دیگر، فاز مایع به صورت mixed و فاز گاز به صورت plug فرض شد. در مدل غیر ایده آل (مدل پراکندگی محوری)، اختلاط معکوس در هر دو فاز در نظر گرفته شد. از آنجایی که کاتالیست مورد نظر در مدلسازی، کاتالیست آهن است، لذا علاوه بر واکنش فیشر- تروپش، واکنش جابجایی آب-گاز نیز صورت می گیرد و باید در نظر گرفته شود. برای ارایه مدل معادلات بقای جرم برای هیدروژن، مونوکسیدکربن، آب و دی اکسیدکربن به صورت همزمان برقرار گردید، به دلیل کمتر بودن ظرفیت حرارتی گاز نسبت به مایع، موازنه انرژی فقط برای فاز مایع نوشته شد. معادلات موازنه جرم و انرژی، با استفاده از نرم افزار matlab 7.0 حل گردید و روند تغییرات دما و غلظت واکنشگرها با زمان در فازهای مختلف در طول راکتور (قبل از رسیدن به حالت پایدار)، از مدلسازی ناپایدار و تغییرات دما و غلظت واکنشگرها در فازهای مختلف در طول راکتور بعد از رسیدن به حالت پایدار، از مدلسازی پایدار بدست آمد . آنگاه با استفاده از نتایج مدلسازی پایا و انتخاب یک مدل انتخاب پذیری مناسب، توزیع محصولات هیدروکربنی (پارافین ها و الفین ها) در جریان خروجی از راکتور تعیین شد. نتایج مدلسازی با داده های تجربی گزارش شده در مقالات، در شرایط عملیاتی مشابه، مقایسه شد و مناسب ترین مدل برای بررسی تاثیر شرایط عملیاتی بر میزان تبدیل و توزیع محصول، انتخاب گردید. همچنین، به کمک مدلسازی ناپایا و استفاده از سینیتیک گزارش شده، پدیده غیر فعال شدن کاتالیست آهن و نیز تاثیر غیرفعال شدن کاتالیست آهن بر توزیع محصول بررسی شد.

در این رساله، به بررسی عملکرد غشاهای شبکه آمیخته (mmm) بر پایه ی ماتریمید 5218 (matrimid®5218) در جداسازی گازهای دی اکسیدکربن از متان پرداخته شده است. در واقع نتایج حاصل از تهیه غشای شبکه آمیخته با افزودن ذرات زئولیت nay خالص (matrimid/nay)، زئولیت هایی که سطح خارجی آن ها با عامل آمینوسیلانی اصلاح شده است (matrimid/sm-nay) و زئولیت هایی که داخل حفرات آن ها به روش سنتز کشتی در یک بطری اصلاح شده است (matrimid/ag-3)، به matrimid، بررسی شدند. در بخش بعدی نتایج حاصل از غشای آلیاژی matrimid/peg200 و همچنین افزودن نانوذرات زئولیتy خام وکپسوله شده (ag-3)، در ساختار غشای آلیاژی مذکور شرح داده میشود. در انتها مقایسه ای بین عملکرد غشاها با مدل های تراوایی متداول انجام شده و کارایی مدل ها در تخمین داده های تراوایی آورده شده است. از آنالیزهای dls، bet، uv-viz drs، xrd، ftir-atr، sem، cam، tga، dsc و plm برای ارزیابی ذرات و غشاهای مختلف استفاده شد. همچنین اثر محتوای ذرات پرکننده (0 تا 20% وزنی)، فشار خوراک گاز (bar 12-2) و دمای خوراک (35 تا c°75) بر جداسازی گازهای co2/ch4 بررسی شدند. همچنین آزمون تراوایی مخلوط گازی در غشاهای بهینه انجام شد. نتایج ارزیابی ذرات سنتز شده، نشان از موفقیت آمیز بودن مراحل مختلف سنتز داشت. نتایج تراوایی گاز نشان داد که اصلاح ساختاری ذرات پرکننده طی مراحل ساخت غشا، اگرچه موجب افزایش گزینش پذیری شده است، اما در مقایسه تراوایی را نیز کاهش داده است. در واقع اصلاح سطح خارجی زئولیت nay با عامل آمینوسیلانی و اصلاح داخل آن طی مراحل سنتز کشتی در یک بطری موجب افزایش چشمگیر گزینش پذیری co2/ch4 شد. اما تراوایی co2 کاهش یافت. ماکزیمم گزینش پذیری در غشای حاوی 15% وزنی زئولیت ag-3 رخ داد. در این غشا تراوایی co2 از 34/8 برای matrimid به 51/13 بارر در غشای matrimid/ag-3 افزایش یافت (حدود 62%). همچنین گزینش پذیری co2/ch4 از 3/36 برای matrimid خالص تا 1/77 برای غشای matrimid/ag-3 افزایش یافت (حدود 112%). در غشاهای آلیاژی matrimid/peg حاوی 5% وزنی peg، حضور همین مقدار peg در ساختار غشاهای شبکه آمیخته ی سه جزئی موجب برهمکنش مناسبی با ذرات پرکننده شد و موجب کاهش ترکیب درصد بهینه ی ذرات پرکننده از 15% به 5% شد.

محتوای گاز گلخانه ای دی اکسیدکربن در اتمسفر زمین رو به افزایش می باشد. جداسازی این گاز از منابع اصلی تولید کننده آن نظیر نیروگاه ها، صنایع فولاد و سایر صنایع شیمیایی به دلیل افزایش اثرات مخرب گازهای گلخانه ای، مورد توجه فراوانی قرار گرفته است. حذف گاز دی اکسیدکربن گازهای خروجی دودکش صنایع به کمک غشاهای پلیمری، کاربردی مهم و در حال توسعه از فناوری غشایی می باشد. در این راستا، غشاهای آلیاژی از ترپلیمر اکریلونیتریل-بوتادین-استایرن (abs) و پلی وینیل استات (pvac) با ترکیب درصدهای متفاوت و پلی اتیلن گلایکول (peg) با وزن های ملکولی مختلف، تهیه و رفتار تراوایی و گزینش پذیری آنها برای گازهای دی اکسیدکربن و نیتروژن مورد بررسی قرار گرفته است. اثر شرکت دادن ترکیب درصدهای متفاوت پلیمر آلیاژ شده با abs بر کارایی جداسازی گاز، مورد بررسی قرار گرفته است. هم چنین، پس از انتخاب مطلوب ترین غشاء، اثر فشار بر تراوایی دی اکسیدکربن مورد مطالعه قرار گرفته است. در قسمت دیگر کار، آزمون انحلال پذیری گاز دی اکسیدکربن در غشاها انجام و به کمک آن ضرایب انحلال پذیری و نفوذ پذیری این گاز در غشاها تعیین گردید. هم چنین به منظور بررسی ویژگی های غشاها تصاویر sem و طیف های ftir تهیه و ارزیابی شدند. در نهایت مشخص شد که تراوایی دی اکسیدکرین در غشاء abs حاوی 10% و 30% وزنی pvac و 10% وزنی peg20000 دارای مطلوب ترین خواص جداسازی می باشند. هم چنین میزان تراوایی و گزینش پذیری دی اکسیدکربن/نیتروژن در آنها در مقایسه با غشاء abs افزایش مطلوبی یافته است. نتایج نشان دادند که با تغییر فشار، تغییرات قابل توجهی در مقادیر تراوایی ایجاد نشد. در نهایت با بررسی مورفولوژی غشاهای تهیه شده به کمک sem و ftir، ساختار خوب و مناسب آنها برای انتقال گاز در جداسازی های منظور روشن گردید.