3-6-3- انتخاب نوع فرآیند بهینه سازی بنزین
همانطور که در فصل قبلی اشاره گردید، روش های متعددی جهت بهینه سازی بنزین وجود دارد. در این میان پرکاربردترین روش ها شامل آلکیلاسیون، شکافت کاتالیستی نفتا، ایزومراسیون، و ریفرمینگ می باشد. جهت انتخاب بهترین روش لازم است تا معیارهای متفاوتی مد نظر گرفته شود. اکثریت این روش ها عدد اکتان را از 10 تا 20 و در برخی موارد تا بیش از این عدد (بسته به کیفیت خوراک) ، افزایش می دهند.
آلکیلاسیون، عالی ترین بازده را در میان روشهای فوق دارا می باشد. افزایش حداکثری عدد اکتان، کاهش فشار رید، کاهش در مقادیر بنزن، آروماتیک ها، الفین ها، و سولفور از جمله مهمترین مزایای این روش می باشد. اما خوراک واحد آلکیلاسیون باید از ایزوبوتان و الفین های سبک تشکیل یافته باشد که الفین ها اساساً از واحدهای کک سازی و نیز کراکینگ کاتالیزوری حاصل می شوند. همچنین از این میان پروپن و بوتن بیشترین استفاده را در آلکیلاسیون دارند. لذا با توجه به نوع خوراک که عاری از پروپن و بوتن می باشد، این روش رد می گردد. [24،22]
ایزومراسیون، اگرچه در پارامتر فشار رید، دارای اثر منفی می باشد ولی در کاهش مقادیر بنزن، آروماتیک ها، الفین ها، و سولفور کارایی خوبی دارد. با این وجود خوراک واحد ایزومراسیون باید غنی از هیدروکربن های خطی و همچنین سبک باشد. همچنین خوراک باید عاری از آروماتیک ها و سولفور باشد. لذا این پروسه نیز چندان کارا به نظر نمی رسد.
شکافت کاتالیستی نفتا، در برخورد با بنزن و آروماتیک ها بی اثر می باشد. این روش سبب افزایش فشار بخار رید می گردد. همچنین اثر منفی در مقابل گوگرد و نیز سبب افزایش مقادیر الفین ها می گردد. اگرچه این روش از مزیت هزینه تمام شده ی بسیار پایین تر، برخوردار می باشد اما از لحاظ کیفیت بنزین خروجی در پایین ترین جایگاه قرار خواهد گرفت.[29]
ریفرمینگ، در برخورد با فشار رید و تاثیر آن بر عدد اکتان تقریبا بی تاثیر می باشد. در این روش، افزایش عدد اکتان وابستگی مستقیمی با مقادیر آروماتیک ها و بنزن دارد. هرچه مقدار اکتان بنزین افزایش یابد، درصد آروماتیک ها و بنزن نیز اضافه می گردد که نامطلوب می باشد. با این حال وجود پذیرش دامنه وسیع مواد در خوراک، جذب سولفور و کاهش مقادیر الفین ها، از مزایای مهم در این روش می باشد.
با توجه به نکات ذکر گردیده، ریفرمینگ را جهت بهینه سازی بنزین مورد استفاده قرار خواهیم داد.
شکل 3-4 مقایسه پارامترها در روش های مختلف بهینه ساز بنزین [10]
3-6-4- ریفرمینگ کاتالیستی
این واحد یک فرآیند شیمیایی می باشد که جهت تبدیل بنزین با اکتان پایین به بنزینی با اکتان بالا به کار می رود. این فرآیند در سال 1940 توسط شرکت UOP ارائه گردید. اساس کار در این فرآیند تغییر چیدمان و یا تغییر ساختار در مولکول های هیدروکربن و همچنین شکستن بعضی از مولکول ها به مولکول های کوچکتر می باشد. تاثیر کلی آن محصولی با اشکال پیچیده مولکولی و دارا بودن ارزش اکتان بالا می باشد. در طی این فرآیند، اتم های هیدروژن از مولکول های هیدروکربن جداسازی می گردد و مقادیر قابل توجی از هیدروژن نیز بعنوان محصول جانبی تولید می گردد.[28]
شکل3-5 شمایی از واحد ریفرمینگ کاتالیستی
واکنش های شیمیایی بسیاری در ریفرمینگ به وقوع می پیوندند که همه آن ها در حضور کاتالیزور و تحت فشار جزئی هیدروژن می باشند. معمولا از فلزاتی مانند پلاتین ویا رنیوم بعنوان کاتالیزور استفاده می گردد.[30] کاتالیزورهای مورد استفاده در این پروسه شدیداً به وجود گوگرد و نیتروژن حساس می باشند. لذا خوراک باید تا حد ممکن عاری از این ترکیبات می باشد.
چهار واکنش عمده در ریفرمینگ های کاتالیستی رخ می دهد که در دودسته مطلوب و نامطلوب تقسیم می شوند:
1- واکنش مطلوب هیدروژن زدایی از نفتان ها و تبدیل نمودن آن ها به آروماتیک
شکل3-6 هیدروژن زدایی از متیل سیکلوهگزان
این واکنش بسیار گرماگیر بوده و با شدت زیادی انجام می گیرد. شرایط مطلوب برای هیدروژن زدایی، دمای بالا، فشار پایین، و میزان فراریت کم می باشد. [12]
2- واکنش مطلوب هیدروژن زدایی از پارافین ها و تبدیل به آروماتیک نمودن
شکل 3-7 هیدروژن زدایی از نرمال هپتان
3- واکنش مطلوب ایزومراسیون
شکل 3-8 ایزومراسیون نرمال اکتان
ایزومرهای شاخه دار سبب افزایش عدد اکتان می گردند. این واکنش نسبتا سریع می باشد و اثرات گرمایی کمی دارد. شرایط مطلوب برای ایزومراسیون، دمای بالا، فشار پایین، و میزان فراریت کم می باشد.
4- واکنش نامطلوب هیدروکراکینگ پارافین ها و ایجاد هیدروکربن های سبک