افزایش ظرفیت واحد تقطیر در پالایشگاه نفت با طراحی مجدد

مکانیک
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک گرایش سیستمهای انرژی افزایش ظرفیت واحد تقطیر در پالایشگاه نفت با طراحی مجدد چکیده واحد تقطیر نفت خام یکی از مهمترین وبحرانی ترین واحد های عملیاتی هـر پـالایشـگاه می باشد . این واحد غالباً نیازمند تجدید نظر در طراحی ساختار (Revamping) یا ایجاد تغییرات اندک در وضعیّت موجود آن بدون نیاز به کاهش یا افزایش دستگاههای اساسی فرآیند (Retrofiting) جهت دست یابی به ظرفیت بالاتر ، استحصال بیشتر فرآورده های مورد نظر ، کیفیت بالاتر و معمولاً سود اقتصادی بیشتر است. برداشتن محدودیّت ها و رفع گلوگاه از قابلیّتهای موجود معمولاً رایجترین روش جهت رسیدن به اهداف فوق با پذیرش کمترین ریسک می باشد. اولین گام در تمامی پروژه های افزایش ظرفیت شناسایی قابلیّتها و محدودیّتهای سیستم موجــود می باشد. در این پروژه نیز محدودیّتهای اساسی زیر شناسایی گردید: 1) توان بازیافت حرارت از جریان نفت سفید گردشی ( Kerosene Pump Around Duty ) 2) بروز پدیده طغیان (Flooding) در برج تقطیر اتمسفری 3) توان حرارتی کوره آنگاه با اِعمال روش تقطیر پیشرفته و نصب یک برج پیش تفکیک به جای ظرف Pre-flash Drum امکان رفع محدودیّتهای مذکور فراهم گردید.تجزیه و تحلیل مطالب با شبیه سازی واحد موجود انجام گرفت و نتایج درخور توجهی به دست آمد. محدودیّتهای یاد شده فوق مرتفع شده ، امکان افزایش ظرفیّت حاصل گردید. مزایای اقتصادی ناشی از آن نیز قابــل تـوجـه می باشد. واژگان كلیدی: تقطیر نفت خام افزایش ظرفیّت تقطیر پیشرفته برج پیش تفكیك پیش گرمایش نفت خام مقدمه هنگامی که یک شرکت پالایشی تصمیم به افزایش ظرفیت می گیرد طبیعتاً اولین واحدی که باید مورد ارزیابی قرار گیرد واحد تقطیر یا اصطلاحاً ( Topping Unit ) می باشد . سعی در برداشتن گلوگاهها از امـکانات و قابلیتهای موجــود کــه غالباً Retrofit Design گفته می شود ، کم هزینه ترین و سریعترین راه جهت دستیابی به ظرفیتهای تولید بالاتر با قبـــول کمــتریـن ریسک می باشد. بالا رفتن قیمت محصولات نفتی و به تبع آن هزینه های انرژی که به علت تحولات سیاسی و بین المللی صورت گرفته است باعث شد تا کشورهای صنعتی که بزرگترین مصرف کنندگان انرژی در جهان هستند تلاشهای بسیاری را به منظور بهینه سازی صنایع نفتی و پتروشیمیایی که بزرگترین و پر مصرف ترین صنایع از لحاظ مصرف انرژی می باشند ، انجام دهند . نتیجه این تلاشها عمدتاً به دو صورت زیر بیان می گردد : 1) کاهش مصرف انرژی به روش استفاده بهینه از انرژیهای موجود در واحد صنعتی مورد بحث 2) تجدید نظر در طراحی و ساختار واحدهای نفتی و پتروشیمی معمولاً در روش اول نیازبه انجام تغییرات اساسی در ساختار واحد نمی باشد لذا هزینه های انجام شده کمینه خواهد بود . در حالیکه در روش دوم غالباً نیاز به انجام یک سری تغییرات جهت دستیابی به هدف مورد نظر می باشد . در این بحث ابتدا مروری بر تئوری موجود در تقطیر معمولی خواهیم داشت. آنگاه به شرح تقطیر پیشرفته (Progressive distillation) و روشهای ممکن جهت اِعمال و به کارگیری آن (در واحد تقطیر 100 پالایشگاه آبادان) خواهیم پرداخت. سپس با انجام شبیه سازی شرایط مختلف فرایندی و میزان مصرف انرژی را در دو حالت تقطیر معمولی و پیشرفته مقایسه خواهیم کرد. همچنین توضیح مختصری در رابطه با شبیه سازی و نحوه انجام آن برای واحد مورد بحث داده خواهد شد. فهــرســــــــــــت مقدمه . . . 1 فصل اول تقطیر نفت خام 1 – 1 ) تقطیر نفت خام . . . . 4 1 – 2 ) نمک زدایی از نفت خام . . . . 8 1 – 3 ) واحد سبک زدایی اتمسفری . . . 12 1 – 4 ) تقطیر در خلأ . . . 16 1 – 5 ) تجهیزات کمکی . . . 18 1 – 6 ) فرآورده های واحد تقطیر نفت خام . . 19 فصل دوم تقطیر پیشرفته 2 – 1 ) تقطیر پیشرفته . . . 22 روشهای ممکن جهت اِعمال و به کارگیری تقطیر پیشرفته نفت خام فصل سوم مدل سازی و شبیه سازی 3 – 1 ) مدل سازی و شبیه سازی . . . 28 3 – 2 ) کاربردهای شبیه سازی . . . 29 3 – 3 ) کاربردهای نوین شبیه سازی . . . 31 3 – 4 ) ارتباط با نرم افزارهای دیگر . . . 32 فصل چهارم واحد تقطیر 85 پالایشگاه آبادان 4 – 1 ) هدف از ایجاد واحد تقطیر 85 پالایشگاه آبادان. . 34 4 – 2 ) خوراک و محصولات واحد . . 34 4 – 3 ) سرویسهای جانبی ( Utilities ) . . . 42 4 – 4 ) شرح فرآیند . . . 42 4 – 4 – 1 ) تقطیر جزء به جزء نفت خام . . 42 4 – 4 – 2 ) تقطیر نفتا . . 48 4 – 5 ) افزایش ظرفیت . . . 51 4 – 6 ) انجام تغییرات ( Revamping ) . . 53 4 – 7 ) شرح فرآیند واحد پس از انجام تغییرات . . 56 فصل پنجم انجام شبیه سازی ، شناسایی محدودیّتها 5 – 1 ) ) واحد 100 پالایشگاه آبادان پس از انجام تغییرات ( Revamping) 60 5 – 1 ) انجام شبیه سازی و بررسی نتایج . . . 60 5 – 1 – الف ) شبیه سازی واحد به شکل طراحی اولیه ( قبل از انجام تغییرات – با ظرفیت 130000 بشکه در روز ) 63 5 – 1 – ب ) شبیه سازی واحد به شکل بعد از انجام تغییرات 75 مطالعة 1 (شناسایی تنگناها) . . . 75 فصل ششم اِعمال روش تقطیر پیشرفته جهت افزایش ظرفیت 6 – 1 ) مقدمه . . . 90 6 – 2 ) بررسی امکان بکارگیری روش تقطیر پیشرفته در واحد تقطیر 100 پالایشگاه آبادان . . 92 مطالعة 2 . . . 93 فصل هفتم محاسبات اقتصادی 7 – 1 ) هزینه های سرمایه گذاری . . . 106 7-1-1 ) قیمت خرید و نصب برج پیش تفکیک . 106 7-1-2 ) قیمت خرید و نصب پمپ . . 107 7-1-3 ) کل هزینه های سرمایه گذاری . . 107 7 – 2 ) درآمدهای ناشی از انجام طرح . . 108 7-2-1 ) درآمد ناشی از افزایش ظرفیّت . . 108 7-2-2 ) درآمد حاصل از کاهش مصرف سوخت. . 109 7 – 3 ) سود ناشی از انجام طرح . . 109 فصل هشتم نتیجه گیری 8 – 1 ) نتایج ضمنی . . . 111 8 – 2 ) نتایج اصلی . . . 111 فهرست منابع فارسی . . . 113 فهرست منابع غیر فارسی . . . 114 چکیده انگلیسی . . . 115 فهــرســــــــــــت جدولها جدول ( 1 – 1 ) گستره های جوش اجزاء نفت خام نوعی 5 جدول ( 1 – 2 ) نقاط برش TBP برای بخشهای مختلف نفت خام 7 جدول ( 1 – 3 ) مقادیر آب مورد نیاز برای نفت خامهای مختلف 10 جدول ( 4 – 1 ) مشخصات نفت خام 36 جدول ( 4 – 2 ) مشخصات فرآورده های مختلف و میزان تولید هرکدام ( بر مبنای 130000 بشکه در روز ) 39 جدول ( 4 – 3 ) تقطیر فرآورده های مختلف بر اساس آزمایش استاندارد ASTM D-86 40 جدول ( 5 – 1 ) نتایج حاصل از مطالعه 1 75 جدول ( 5 – 2 ) میزان استحصال فرآورده های مختلفدر ظرفیت 180000 بشکه در روز 84 جدول ( 6 – 1 ) بارحرارتی کوره و برخی مبدّلها ( در ظرفیت 180000 بشکه در روز حاصل از شبیه سازی کل واحد برمبنای فرضیه مورد بحث ) 94 جدول ( 6 – 2 ) مقایسه حد اکثر دبی مولی بخار و مایع درون برج تقطیر اتمسفری برای دوحالت فعلی و پس از نصب برج پیش تفکیک 95 جدول ( 7 – 1 ) قیمت نفت خام ، فراورده ها و درآمد حاصل از افزایش ظرفیت واحد به میزان 20000 بشکه در روز 108 فهــرســــــــــــت نمودارها نمودار ( 1 – 1 ) رابطه بین نقاط جوش متوسط حجمی و نقاط جوش میانگین 6 نمودار ( 1 – 2 ) رابطه بین نقاط جوش متوسط حجمی و نقاط جوش متوسط مولی 6 نمودار ( 4 – 1 ) نقاط جوش واقعی نفت خام ( True Boiling Point ) 35 نمودار ( 4 – 2 ) درصد استحصال فرآورده های مختلف از نفت خام- مورد انتظار طراحی 38 نمودار ( 5 – 1 ) مقایسه میزان استحصال فرآورده های مختلف( شبیه سازی و عملیاتی ) 70 نمودار ( 5 – 2 ) درصد استحصال فرآورده های مختلف از نفت خام( شبیه سازی ) 70 نمودار (5 – 3 ) مقایسه نقاط اشتعال فرآورده های مختلف ( شبیه سازی و عملیاتی ) 71 نمودار ( 5 – 4 ) مقایسه تقطیر نفتای سبک بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 72 نمودار ( 5 – 5 ) مقایسه تقطیر نفتای ریفورمر بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 72 نمودار ( 5 – 6 ) مقایسه تقطیر نفتای سنگین بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 73 نمودار ( 5 – 7 ) مقایسه تقطیر نفت سفید بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 73 نمودار ( 5 – 8 ) مقایسه تقطیر گازوئیل بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 74 نمودار ( 5 – 9 ) مقایسه تقطیر ته مانده برج تقطیر اتمسفری بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 74 نمودار ( 5 – 10 ) پروفیل دبی مولی بخار و مایع درون برج تقطیر اتمسفری قبل از افزایش ظرفیت ( با ظرفیت 130000 بشکه در روز) 78 نمودار ( 5 – 11 ) پروفیل دبی مولی بخار و مایع درون برج تقطیر اتمسفری بعد از افزایش ظرفیت ( با ظرفیت 180000 بشکه در روز) 79 نمودار ( 5 – 12) درصد استحصال فرآورده های مختلف – در ظرفیت 180000 بشکه در روز 84 نمودار ( 5 – 13) مقایسه تقطیر نفتای سبک بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 85 نمودار ( 5 – 14) مقایسه تقطیر نفتای ریفورمر بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 85 نمودار ( 5 – 15) مقایسه تقطیر نفتای سنگین بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 86 نمودار ( 5 – 16) مقایسه تقطیر نفت سفید بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 86 نمودار ( 5 – 17) مقایسه تقطیر گازوئیل بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 87 نمودار ( 5 – 18) مقایسه تقطیر ته مانده برج تقطیر اتمسفری بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 88 نمودار ( 5 – 19) مقایسه نقاط اشتعال فرآورده های مختلف بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-93 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 89 نمودار ( 6 – 1 ) پروفیل دبی مولی بخار و مایع درون برج تقطیر اتمسفری پس از نصب برج پیش تفکیک ( با ظرفیت 180000 بشکه در روز) 96 نمودار ( 6 – 2 ) مقایسه میزان قابل حصول فرآورده های مختلف ( حاصل از شبیه سازی و طراحی) 100 نمودار ( 6 – 3 ) درصد قابل حصول فرآورده های مختلف ( حاصل از شبیه سازی ) 100 نمودار ( 6 – 4 ) مقایسه تقطیر نفتای سبک بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 101 نمودار ( 6 – 5 ) مقایسه تقطیر نفتای ریفورمر بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 101 نمودار ( 6 – 6 ) مقایسه تقطیر نفتای سنگین بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 102 نمودار ( 6 – 7 ) مقایسه تقطیر نفت سفید بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 102 نمودار ( 6 – 8 ) مقایسه تقطیر گازوئیل بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 103 نمودار ( 6 – 9 ) مقایسه تقطیر ته مانده برج تقطیر اتمسفری بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-86 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 103 نمودار ( 6 – 10) مقایسه نقاط اشتعال فرآورده های مختلف بر مبنای آزمایش استاندارد ASTM D-93 ( شبیه سازی و عملیاتی ) 104 فهــرســــــــــــت شکلها شکل ( 1 – 1 ) شماتیک واحد نمک زدایی یک مرحله ای 8 شکل ( 1 – 2 ) شماتیک واحد نمک زدایی دو مرحله ای 8 شکل ( 1 – 3 ) شماتیک یک نمک زدا 11 شکل ( 1 – 4 ) شکل واقعی یک نمک زدا 11 شکل ( 1 – 5 ) شماتیک یک برج تقطیر اتمسفری 14 شکل ( 1 – 6 ) برج تقطیر اتمسفری نفت خام 15 شکل ( 1 – 7 ) واحد تقطیر در خلأ نفت خام 16 شکل ( 2 – 1 ) برج تقطیر اتمسفری نفت خام 22 شکل ( 2 – 2 ) نحوه توالی برجها در روش تقطیر غیر مستقیم 23 شکل ( 2 – 3 ) نحوه توالی برجها در روش تقطیر مستقیم 24 شکل ( 2 – 4 ) شمای یک واحد تقطیر پیشرفته ( پالایشگاه میدر آلمان) 26 شکل ( 4 – 1 ) نمودار جریان خوراک و فرآورده های مختلف در واحدتقطیر 85 پالایشگاه آبادان در ظرفیت 130000 بشکه در روز 41 شکل ( 4 – 2 ) مسیر پیش گرمایش نفت خام 44 شکل ( 4 – 3 ) ظرف پیش تبخیر آنی و موقعیت قرار گرفتن آن در مسیر پیش گرمایش نفت خام 54 شکل ( 5 – 1 ) محیط اصلی شبیه سازی ( Main Case ) 64 شکل ( 5 – 2 ) بخش پیش گرمایش نفت خام 65 شکل ( 5 – 3 ) کوره و برج تقطیر اتمسفری 66 شکل ( 5 – 4 ) محیط فرعی برج تقطیر اتمسفری 67 شکل ( 5 – 5 ) بخش خنک نمودن محصولات خروجی از برج تقطیر اتمسفری 68 شکل ( 5 – 6 ) بخش تقطیر نفتا 69 شکل ( 5 – 7 ) محیط اصلی شبیه سازی ( Main Case ) 81 شکل ( 5 – 8 ) بخش پیش گرمایش نفت خام 82 شکل ( 5 – 9 ) کوره و برج تقطیر اتمسفری 83 شکل ( 6 – 1 ) محیط اصلی شبیه سازی- پس از نصب Prefractionator 97 شکل ( 6 – 2 ) شبکه مبدّلهای حرارتی پیش گرمکن نفت خام در وضعیّت جدید 98 شکل ( 6 – 3 ) برج تقطیر اتمسفری کوره و برج پیش تفکیک جدید 99