تخمین توزیع غلظت اجزاء هیدروکربوری در امتداد بستر یک راکتور هیدروکراکینگ به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

این پایان نامه نتایج شبیه سازی یک راکتور لوله ای بسترثابت مقیاس پایلوت جهت انجام واکنش های کراکینگ مواد نفتی را ارائه می کند، که در طی آن ترکیبات آروماتیک و غیرآروماتیک (یک برش نفتی) به عنوان خوراک راکتور به محصولات میانی دیزل و کروسین تبدیل شده و در صورت ادامه واکنش ها محصولات نامطلوب نفتا و گاز تولید می شوند. با توجه به اینکه توزیع سرعت خوراک و ترکیبات تولیدی، فشار، دما و غلظت تاثیر بسزایی بر روی بازده تولید دیزل و کروسین به عنوان محصول مطلوب دارد، و تنها با در نظر گرفتن یک مدل ساده سینتیکی دستیابی به دقت مناسب برای تخمین غلظت اجزا ممکن نیست، بنابراین مدلسازی و شبیه سازی میدان جریان در کنار مدل سینتیکی می تواند به کسب اطلاعات دقیق تر در سیستم مورد مطالعه کمک کند. بدین منظور شبیه سازی به روش دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان یک روش جدید تخمین توزیع غلظت اجزا هیدروکربوری در راکتور هیدروکراکینگ، توسط نرم افزارهای gambit 2.3 و cfx 11 جهت به دست آوردن دینامیک سیالات عبوری از بستر راکتور، خطوط جریان و بردارهای سرعت، و نحوه توزیع غلظت در سرعت های فضایی و دماهای مختلف عملیاتی در امتداد راکتور انجام گرفت. برای این منظور از ابعاد ، شرایط عملیاتی و مدل سینتیکی واکنش های یک راکتور مقیاس پایلوت در پژوهشگاه صنعت نفت تهران استفاده شد. شبیه سازی در سرعت های فضایی 5/0، 0/1، 5/1، و 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست و دماهای 380، 400، 420، و 440 درجه سانتیگراد انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت فضایی از 5/0 به 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست در دمای عملیاتی 380 درجه سانتیگراد بازده تولید دیزل و کروسین به ترتیب از 5/32 به 3/26 درصد و از 1/8 به 3/2 درصد و در دمای عملیاتی 400 درجه سانتیگراد از 4/26 به 7/19 درصد و از 5/24 به 2/10 درصد کاهش می یابد، اما در دماهای عملیاتی 420 و 440 درجه سانتیگراد با افزایش سرعت فضایی بازده تولید دیزل به ترتیب 3/20 و 1/13% افزایش می یابد. بازده تولید کروسین در دمای 420 درجه سانتیگراد با افزایش سرعت فضایی نیز سیر نزولی 1/5 درصدی دارد، در حالیکه بازده این محصول با افزایش دما به 440 درجه سانتیگراد 5/15% افزایش می یابد. در دماهای 380، 400، 420، و 440 درجه سانتیگراد با افزایش سرعت فضایی از 5/0 به 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست بازده تولید نفتا به ترتیب 9/1، 4/6، 7/14، و 6/8% کاهش یافته و بازده تولید گاز نیز به ترتیب 5/11، 8/8، 5/24، و 8/21% کاهش می یابد. نتایج شبیه سازی نشان دهنده افزایش بازده تولید باقیمانده واکنش ها با افزایش سرعت فضایی از 5/0 تا 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست در دماهای مختلف عملیاتی در دامنه 8/3 تا 4/25% می باشند. افزایش دما از 380 به 440 درجه سانتیگراد در سرعت های فضایی 5/0 تا 5/1 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست منجر به کاهش بازده تولید محصول دیزل در دامنه 18 تا 30% می شود. ولی منجر به افزایش بازده تولید کروسین در سرعت های فضایی 5/0 تا 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست در محدوده 3/10 تا 6/29% می گردد. اعمال این شرایط به ترتیب منجر به افزایش بازده تولید نفتا و گاز در دامنه 18 تا 34% و 21 تا 32% می گردند. بازده تولید باقیمانده با افزایش دما از 380 تا 440 درجه سانتیگراد در سرعت های فضایی 5/0 تا 0/2 متر مکعب بر ساعت بر متر مکعب کاتالیست منجر به کاهش در محدوده 39 تا 61% می گردد. تغییرات غلظت اندازه گیری شده در راکتور نیمه صنعتی نشان دهنده وجود حداکثر 22% خطای نتایج شبیه سازی در مقایسه با نتایج تجربی است.