چکیده                                                                                                                 1

 

مقدمه                                                                                                                  2

 

فصل اول:کلیات                                                                                                     5

 

1-1آلودگی هوا ناشی از مواد نفتی                                                                              6

 

1-2انواع بنزین،آنالیز و خواص آنها                                                                           6

 

1-2-1اهمیت ویژگی های بنزین خودرو                                                                       7

 

1-2-1-1درجه ضد کوبش                                                                                        7

 

1-2-1-2عدد اکتان                                                                                                 7

 

1-2-1-3فراریت                                                                                                   8 

 

1-2-1-4فشار بخار                                                                                                8

 

1-2-1-5خوردگی                                                                                                  9 

 

1-2-1-6صمغ موجود                                                                                             9

 

1-2-1-7گوگرد                                                                                                     9

 

1-2-1-8پایداری اکسایشی                                                                                        9

 

1-2-2مشخصات بنزین                                                                                           9

 

1-3منشا گوگرد                                                                                                     16

 

1-3-1هیدروژن سولفید                                                                                           18

 

1-3-2تیول ها                                                                                                      18

 

 1-3-3سولفید ها                                                                                                   18

 

1-3-4 دی سولفید ها                                                                                               18

 

1-3-5تیوفن و مشقاتش                                                                                            19

 

1-4مضرات گوگرد و دلایل حذف آن                                                                          19

 

1-5شباهت گوگرد زدایی با نیتروژن زدایی                                                                 20 

 

1-6روش های گوگرد زدایی                                                                                      2

 

1-6-1گوگرد زدایی باکتریولوژی                                                                              21

 

1-6-2گوگرد زدایی با فلزات و ترکیبات فلزی                                                               21    

 

1-6-3گوگرد زدایی با روش شیمیایی                                                                          22

 

1-6-4گوگرد زدایی به روش اکسیداسیون                                                                     22

 

1-6-5گوگرد زدایی زیستی                                                                                      22

 

1-6-6گوگرد زدایی هیدروژنی                                                                                  22

 

1-7روش های ملایم کردن                                                                                       23

 

1-8واحد تهیه گوگرد در پالایشگاه                                                                              24

 

فصل دوم :کاتالیست                                                                                                26

 

2-1تکنولوژی های کاتالیستی در صنایع جدید                                                                27

 

2-1-1چشم انداز آینده                                                                                              27

 

2-2کاتالیست                                                                                                        30

 

2-2-1غیر فعال شدن کاتالیست ها                                                                              31

 

 2-2-2واکنش های کاتالیزوری جامد                                                                          31

 

2-2-3مشخصات اصلی کاتالیست ها                                                                           32

 

2-3کاتالیست های فرایند تصفیه هیدروژنی                                                                   32

 

2-4سنتز سولفید مولیبدن                                                                                          33

 

2-5سولفیداسیون اکسیدها                                                                                          34   

 

2-6پیشینه تحقیق                                                                                                   34

 

2-6-1فرایند OATS                                                                                             34 

 

2-6-1-1نخستین گام ها                                                                                           35   

 

     2-6-1-2بازار پر رقابت                                                                                         36

 

2-6-2فرایند MEROX                                                                                        36

 

2-6-2-1بهینه کردن پارامترهای عملیاتی برج مراکس                                                    39

 

2-6-3فرایند کلاوس                                                                                               39

 

فصل سوم:آزمایشات                                                                                               40

 

3-1طراحی آزمایش                                                                                               41

 

 

 

3-2ساخت کاتالیست                                                                                               42

 

3-3راکتور بستر ثابت                                                                                            43

 

3-4مراحل انجام آزمایش                                                                                         44

 

فصل چهارم:بهینه سازی                                                                                          50

 

4-1بهینه سازی و نتایج                                                                                           51                   

 

4-1-1فشار جزئی هیدروژن                                                                                     52 

 

4-1-2دمای واکنش                                                                                                52

 

4-1-3سرعت فضایی                                                                                             53

 

4-1-4نسبت هیدروژن به خوراک                                                                              53     

 

4-2بهینه سازی پارامترهای ساختاری                                                                         53

 

4-3بهینه سازی شرایط عملیاتی                                                                                60  

 

4-3-1بهینه سازی فشار                                                                                         60     

 

4-3-2بهینه سازی دما                                                                                             63

 

4-4سینتیک                                                                                                         64

 

4-5مدل سینتیکی واکنش های هتروژن                                                                        64

 

4-6مدل سینتیکی پیشنهادی                                                                                      66

 

4-7بررسی مدل های سینتیکی واکنش گوگرد زدایی هیدروژنی                                          66 

 

4-9نتایج آزمایش های راکتور انتگرالی                                                                       69

 

4-10بدست آوردن پارامترهای سینتیکی مدل                                                                 71

 

فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادات                                                                            73

 

5-1نتیجه گیری                                                                                                     74

 

5-2پیشنهادات                                                                                                       76

 

ضمائم                                                                                                                77

 

مشکلات نشت هیدروژن سولفید                                                                                 78

 

دستگاه توتال سولفور                                                                                             79

 

سولفورسنج فرآورده های نفتی                                                                                  80

 

منابع                                                                                                                 81

 

فهرست جداول

 

جدول1-1 :ترکیبات انواع بنزین                                                                                                          11

 

جدول1-2 :درصد وزنی اجزا                                                                                                         13

 

جدول1-3 :مقایسه بین درصد وزنی و حجمی بنزین سوپر و یورو4                                                           14  

 

جدول1-4 :مقایسه بین آلاینده ها در اردیبهشت 93                                                                                15 

 

جدول1-5 : مقایسه بین آلاینده ها در اردیبهشت92                                                                               16

 

             جدول 2-1:انواع کاتالیست و کاربردش                                                                                             28 

 

             جدول2-2:فاز فعال آهن و مولیبدن                                                                                                  33 

 

             جدول3-1 :وزن کاتالیست ها                                                                                                          45    

 

             جدول3-2 :شرایط آزمایش                                                                                                             45

 

             جدول4-1 :سطوح مورد بررسی                                                                                                     54   

 

             جدول4-2:طراحی آزمایش برای پارامترهای معرفی شده توسط روش تاگوچی                                            55

 

             جدول4-3 :آزمایشات اولیه برای بدست آوردن محدوده قابل کنترل شرایط آزمایش                           56             

 

             جدول4-4 :نتایج آزمایشات انجام شده برای بهینه سازی ساختاری کاتالیست                                                56

 

             جدول4-5 :نتایج حاصل از دو نرم افزار                                                                                           57

 

             جدول4-6 :نتایج حاصل از نرم افزار minitab                                                                                 58

 

             جدول4-7 :نتایج آزمایشات فشار  پس از آنالیز                                                                                    61

 

             جدول4-8 :نتایج آزمایشات سرعت فضایی پس از آنالیز                                                                        62

 

              جدول4-9 :نتایج آزمایشات دما پس از آنالیز                                                                                      63

 

              جدول4-10 :نمونه هایی از مدل سینتیکی                                                                                          67

 

             جدول4-11 :نتایج آزمایشات سینتیکی                                                                                               69

 

             جدول4-12 : سرعت مصرف تیوفن                                                                                               71

 

             جدول4-13 : پارامترهای ارائه شده توسط روش سیمپلکس به                                                                 72

 

            کمک نرم افزارsolverبراساس روش بهینه سازی نیوتنی

 

فهرست نموارها

 

نمودار4-1:مدل سازی نتایجMo با نرم افزار minitab                                                            59     

 

     نمودار4-2: مدل سازی نتایج Coبا نرم افزار minitab                                                             59

 

نمودار4-3: مدل سازی نتایجTiO2 با نرم افزار minitab                                                         60

 

نمودار4-4:تغییرات میزان تبدیل تیوفن                                                                                   70

 

فهرست اشکال

 

شکل2-1 :merox unitواحد 300                                                                                       38

 

     شکل 2-2:واحد گوگرد سازی با روش کلاوس                                                                        39

 

شکل3-1 :دستگاه توتال سولفور برای آنالیز ترکیبات گوگردی                                                     41

 

     شکل3-2 :سولفورسنج فرآورده های نفتی                                                                               42 

 

شکل4-1 :بهینه سازی فشار پس از آنالیز                                                                              61 

 

     شکل4-2 :بهینه سازی سرعت فضایی پس از آنالیز                                                                  63

 

شکل4-3:بهینه سازی دما پس از آنالیز                                                                                  64

 
    چکیده :
وجود ترکیبات گوگردی در بنزین مشکلی جدی در آلودگی هوا، محیط زیست،خوردگی تجهیزات ونابودی سلامت انسان ها ایجاد میکند. استاندارد های جدید محیط زیست نیز محدودیت های سختی را بر میزان گوگرد و ترکیبات آروماتیک موجود در بنزین اعمال می نمایند.گوگرد زدایی با بهره گرفتن از کاتالیست یکی از مهمترین روش ها جهت حذف این گونه ترکیبات موجود در بنزین است.در این راستا ابتدا کاتالیست به روش اشباع سازی(تلقیح)سنتز گردید.متغیرهای ساختاری از جمله درصد کبالت، مولیبدن، تیتانیا و آلومینا توسط روش طراحی تاگوچی بهینه شد.متغیرهای فشار، دما، سرعت فضایی بهینه شد که در محدوده های℃250_230و bar21_15و 1-h11_5 بررسی شدند. شرایط بهینه عملیاتی حاصل از نتایج طراحی آماری،به منظور به حداکثر رساندن میزان تبدیل تیوفن به صورت زیر بدست آمد:دمای ℃300  وفشار bar 21 وسرعت فضایی  h-17.مطالعات سینتیکی این فرایند در حضور کاتالیست CoMo/Al2O3-TiO2 در راکتور بستر ثابت انگرالی انجام شد و در نهایت یک مدل به کمک نرم افزار solver و روش بهینه سازی نیوتنی بدست آمده است.
کلمات کلیدی :گوگرد زدایی، تیوفن،کاتالیست،کبالت، مولیبدن، تیتانیا، آلومینا، مدل سینتیکی،طراحی آزمایش، بهینه سازی
مقدمه
هدف اصلی یک پالایشگاه تولید محصولات با ارزش از خوراک نفت با بهره گرفتن از فرایندهای فیزیکی و شیمیایی از جمله تقطیر، استخراج، ریفرمینگ، هیدروژناسیون،کراکینگ و آمیختگی محصولات اصلی عبارتند از گاز مایع، بنزین، سوخت های جت و دیزل،واکس،روانسازها،قیر و محصولات پتروشیمی.همچنین هیدروژن و انرژی برای مصارف داخلی و خارجی در پالایشگاها تولد می شود.
اخیرا در پالایشگاها تغییراتی در فرایندهای پالایش صورت گرفته تا محصولاتی با کیفیت تولید شونداین تغییرات به دلیل بعضی عوامل بیرونی از جمله قوانین محیط زیست،عوامل اقتصادی،تغییر نفت خام،مواد جدید،طراحی راکتور و فرایند،تقاضای محصولات با ارزش بالا و در عین حال ارزان اعمال شده اند.
محدودیت های اعمال شده از طریق قوانین محیط زیست در مورد کیفیت سوخت های تولید شده در مصارف حمل و نقل مهمترین عامل در تغییرات ایجاد شده در پالایشگاه ها هستند و به همین دلیل موجب افزایش هزینه ها شده اند.اهداف اولیه این قوانین کاهش درصد گوگرد در بنزین است.
بنزین،دیزل و دیگر سوخت ها حدودا 75 تا 80 درصد محصولات پالایشگاه ها هستند و بیشترین گوگرد زدایی متعلق به آنهاست.حضور گوگرد در سوخت ها منجر به آلودگی هوا با SOX که توسط وسایل نقلیه تولید می شوند. به منظور کاهش اثرات منفی گازهای خروجی وجلوگیری از آلودگی محیط زیست درصد گوگرد در سوخت های موتوری باید کاهش یابد.
در حال حاضر هدف اصلی برای گوگرد زدایی انتخاب ماده ای است که نیاز به سرمایه بالا،صرف انرژی و هیدروژن زیاد نباشد و همچنین افزایش در عدد اکتان رخ دهد.
گوگرد زدایی از بنزین با بهره گرفتن از کاتالیست تکنولوژی است که به تازگی مورد توجه محققان قرار گرفته است.
حال این سوالات مطرح می شود که چه نوع کاتالیستی برای جداسازی ترکیبات گوگردی مناسب است؟راندمان جداسازی در حد مطلوب است؟استفاده از کاتالیست در چه شرایط عملیاتی بهترین راندمان را دارد؟آیا استفاده به تنهایی از کاتالیست می تواند فرایند مناسبی برای گوگرد زدایی باشد؟آیا استفاده از کاتالیست می تواند از سهولت کافی برخوردار باشد؟
هدف از انجام این تحقیق پاسخگویی به تمام سوالات بالا می باشدهدف این است که از یک کاتالیست مناسب استفاده شده و در شرایط عملیاتی مختلف از لحاظ دما و فشار و سرعت فضایی بررسی شود