اهميت فرآيند FCC

[پیرجو]

اهميت فرآيند FCC

فرآيند FCC يك فرآيند كراكينگ كاتاليستي جهت كراكينگ برشهاي سنگين نفت می‌باشد. اولين واحد FCC در ايران در سال 1330 در پالايشگاه آبادان ساخته شد. احداث واحدهايFCC جهت حل مشكل بنزين كشور ضروري مي‌باشد. چندين واحدFCC قرار است در پالايشگاهها احداث گردد. ظرفيت واحدهايFCC بين 8000-200000 BPD مي‌باشد.تكنولوژي واحدهاي FCC متعلق به UOP،KBR،SHELL،AXENS ،LUMMUS،SWEC مي‌باشد. و تكنولوژي فعلي FCC مبتني بر سيستم راكتورRISER مي‌باشد.در واحدهاي فعلي FCC علاوه بر توليد بنزين به توليد پروپيلن اهميت داده مي‌شود.

فرآيند FCC

فرآيند FCC فرآيندي است با تكنولوژي پيچيده كه براي ارتقا مواد سنگين نفتي ((Up Grading كاربرد دارد اين فرآيند جهت كراكينگ برشهاي سنگين هيدروكربني بكار برده مي‌شود. فرآيند FCC، يكي از مهمترين فرآيندهاي پالايشگاهي است كه هدف عمده آن، تبديل برش‌هاي سنگين و كم ارزش نفتي به فرآورده‌هاي با ارزش و سبك است. خوراك اين واحد نفت گاز حاصل از برج خلاء است و محصولات آن گازهاي سبك، بنزين، گازوييل سبك و سنگين است.

عملكرد واحد FCC تبديل اجزاي سنگين نفت به محصولات با ارزش همانند بنزين، فرآورده‌هاي ميان تقطير و الفينهاي سبك مي‌باشد. واحد FCC داراي دو واحد كليدي راكتور و احيا كننده مي‌باشد. در راكتور، كاتاليست داغ احيا شده با خوراك نفت بمنظور انجام واكنش شكست كاتاليستي تماس داده مي‌شود. واكنش‌هاي كراكينگ كاتاليستي گرماگير هستند و گرماي لازم معمولاً توسط مرحله احيا كه در آن كك‌هاي تشكيل شده روي كاتاليست سوزانده مي‌شود، تامين مي‌گردد. در بخش واكنش، خوراك نخست پيش‌گرم مي‌شود و بصورت قطرات ريز وارد راكتور مي‌شود و با كاتاليست فعال در تماس قرار گرفته و واكنش مي‌دهد. واكنشها در بخش رايزر انجام مي‌شود و حجم گاز به مقدار زيادي افزايش مي‌يابد. اين فاز گاز شامل خوراك و محصولات واكنش است و جريان بوجود آمده ذرات كاتاليست را به سمت بالاي راكتور حمل مي‌نمايد. در اين مرحله واكنشها كامل مي‌شوند و محصولات گازي و كاتاليست وارد سيكلون شده از يكديگر جدا مي‌شوند. كاتاليست‌ها به بخش احيا حمل مي‌شوند و پس از احيا به راكتور باز مي‌گردند. بطور منظم كاتاليست تازه به سيستم تزريق مي‌شود تا مقداري از كاتاليست را كه در اثر اصطكاك و يا سايش ذرات كاتاليست از دست رفته جبران نمايند. بدين ترتيب بدست آوردن ميزان كك تشكيل شده براي بدست آوردن گرماي توليد شده در مرحله احيا و بطور كلي موازنه انرژي سيستم از اهميت ويژه‌اي برخوردار است.

علي‌رغم همه فوائد موجود در اين فرايند، تجزيه و تحليل و کنترل فرايند FCC‌ يكي از مشكلات جدي در راستاي گسترش اين واحد بشمار مي‌رود كه مي‌توان دلايل آن را بطور خلاصه بصورت زير برشمرد.

1- پيچيدگي زياد و ناشناخته بودن هيدروديناميك سيستم

2- سينتيك پيچيده واكنش‌هاي شكست كاتاليستي و سوزاندن كك

3- ارتباط تنگاتنگ بين عملكرد راكتور رايزر و بازيابي و تاثير خروجي‌هاي هر يك از اين واحدها روي ديگري

4- محدوديتهاي عملياتي فراوان

 

[جوجو13]

توزيع محصولات در فرآيند FCC:
در جدول زير توزيع محصولات فرآيند FCC نشان داده شده است.

FCC​

UNIT​

Light gas (C1-C2) (7.86%)


Light cyclic oil (27.86%)

Feed​

HVGO​

​

Clarified oil (12.061%)


Gasoline (40.44%)


C3 product (4.674%)


C4 product (7.0689%)
​

با توزيع محصولات نشان داده شده استRISER & REGENRATOR در شكل بالا ادوات​

عناوين پروژه ها انجام شده و برنامه ريزي شده در طرح در پژوهشگاه صنعت نفت به صورت زير می‌باشد.:​

1- طراحي مفهومي، پايه وتفصيلي پايلوتهاي FCC و RFCC ​

طراحي مفهومي t پايه و تفصيلي پايلوتهاي FCC و RFCC در مقياس 1 و 20 بشكه در روز با مشاركت شركت روسي TCI انجام شده است و اطلاعات كليدي زيادي در مورد فرآيند حاصل شده است.​

​

2- ساخت و نصب پايلوت تحقيقاتي FCC با ظرفيت 1 بشكه در روز​

پايلوت تحقيقاتي FCC با ظرفيت 1 بشكه در روز ساخته خواهد شد اين پايلوت بر اساس سيستم راكتوري Riser و Regenerator مي‌باشد.​

اين پايلوت جهت تحقيقات زير قابل كاربرد است:
1- بررسي راندمان توليد بنزين با بکار بردن كاتاليستهاي مختلف
2- بررسي كارآئي و راندمان كاتاليستهاي صنعتي
3- بررسي تنوع خوراك FCC
4- بررسي و توسعه دانش فني توليد الفين از فرآيند FCC
5- بررسي و توسعه روشهاي افزايش راندمان توليد بنزين

3- توسعه مدل و شبيه‌سازي واحد FCC​

در اين پروژه شبيه‌سازي و مدل‌سازي واحد FCC بر اساس تكنولوژي جديد Riser انجام شده است. نرم افزار شبيه‌سازي FCCSIM، به آساني توسط استفاده كننده قابل استفاده مي‌باشد و نسبت به نرم افزار Hysys Refinery اطلاعات كمتري جهت فايل ورودي نياز دارد.

صفحه نمايش نتايج شبيه سازي بصورت گرافيكي در نرم افزار FCCSIM​

4- انتگراسيون فرآيند FCC، HRH و Isomax توسط Hysys Refinery ​

فرآيند HRHيك فرآيند هيدروكراكينگ است كه توسط پژوهشگاه توسعه يافته است . در اين پروژه انتگراسيون فرآيند FCC، Isomax و HRH جهت به حداقل رساندن ته مانده سنگين و افزايش راندمان محصولات به سوي بنزين انجام گرديده است. اين پروژه اولين بار در دنيا انجام شده و به نام پژوهشگاه در حال ثبت patent شدن مي‌باشد.

RESIDUE UPGARDING INTEGRATION در طرح HRH، HCR، FCC آرايش واحدهای ​

5- شبيه‌سازي CFD هيدروديناميكي Riser توسط نرم افزار Fluent ​

ديناميك سيالات محاسباتي يا CFD علم پيش‌بيني جريان سيال، انتقال حرارت، انتقال جرم، واكنشهاي شيميايي و پديده‌هاي مربوطه با حل معادلات رياضي حاكم بر فرايندها با استفاده از روشهاي عددي است. ساختار جريان گاز و ذرات جامد در رايزرها ذاتاً پيچيده مي‌باشد. بطوريكه در نتيجه اين پيچيدگي، اندازه‌گيريهاي تجربي دقيق مشكل بوده و تلاش در مدل كردن هيدروديناميكي آن كاملاً موفق نبوده است. تلاشهاي زيادي براي مدل كردن هيدروديناميك رايزر با فرضيات مختلف در ساختار جريان گاز- جامد و بكار بردن فرمولاسيونهاي رياضي متفاوت در مقالات ارائه شده‌اند. فهميدن نيروهاي غالب در بسترهاي سيال كليدي براي شبيه‌سازي موفق هيدروديناميك آنها مي‌باشد. در تکنيکهای CFD ابتدا معادلات حاکم بر جريان سيال بصورت معادلات ديفرانسيل پاره‌ای که معرف قوانين بقای جرم، مومنتوم و انرژی هستند، بدست می‌آيند. سپس معادلات ديفرانسيل پاره‌ای به مجموعه‌ای از معادلات جبری تبديل شده که جهت تعيين ميدان جريان در نقاط گسسته دامنه محاسباتی، بصورت عددی حل می‌شوند.
بررسي عددي فرايند FCC به كاهش تعداد آزمايشات تجربي مورد نياز در طراحي و حين كار يك واحد FCC و همچنين عملكرد اجزاء تشكيل‌دهنده اين سيستم كمك مي‌كند. نتايج اين پروژه جهت بررسي كيفيت پاشش ذرات خوراك و نرخ توزيع اجزا در راكتور رايزر بكار گرفته مي‌شود. در اين پروژه شبيه‌سازي عددي جريان سيال چند فازي با استفاده از مدل هيدروديناميك بدست آمده جهت پيش‌بيني غلظت اجزا و عوامل موثر بر پيشرفت واكنشها انجام خواهد شد.
هدف از شبيه‌سازي CFD بهينه‌سازي و درك هيدروديناميك فرآيند مي‌باشد. در اين روش بكمك نرم‌افزار حركت جريانهاي گاز، جامد، مايع ملاحظه شده و رفتارهاي هيدروديناميكي سيستم، نظير، افت فشار، سرعت، فشار و ميزان واكنش پذيري مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌گيرد. شبيه سازي riser و نمونه نازلهاي روسي توسط نرم‌افزار در حالت گرم و سرد انجام گرديده است. در اين طرح كل ادوات پيچيده FCC شامل riser، stripper و Regenerator بروش CFD شبيه‌سازي مي‌گردد. در دو شکل زير نمونه‌ای از نتايج مدلسازی CFD آورده شده است.

نمودار افت فشار در طول رايزر پايلوت- kg/hr 4
​

نمودار قطر قطرات گازوئيل بر حسب فاصله از انژکتور​

6- توسعه دانش فني توليد اولفين و افزايش راندمان بنزين در فرآيند FCC ​

با توجه به اينكه يكي از منابع اصلي پروپيلن فرآيند FCC مي‌باشد، روشهاي افزايش الفين (پروپيلن/بوتن) در فرآيند FCC كه روش افزايش ماده افزودني ZSM-5 و روشهاي عملياتي مي‌باشد مورد بررسي قرار گرفته و تستهاي آزمايشي در پايلوت FCC انجام خواهد شد. همچنين روش افزايش راندمان بنزين در فرآيند FCC مورد بررسي قرار گرفته و در نهايت اين روشها در پايلوت نيز مورد آزمايش قرار مي‌گيرد.

7-FCC توسعه دانش فني طراحي و ساخت نازلهاي ​

طراحي و ساخت نازل اتمايزيشن FCC تا مقياس100kg/hr انجام گرديده و يك پتنت داخلي و دو پتنت ديگر در اين زمينه در حال ثبت مي‌باشد. آزمايشات تست سرد در دستگاه
ANALYSER(PDA) DYNAMIC PARTICLE گرديده است.

در شكل بالا آزمايشات تست سرد نازل ساخته شده توسط دستگاه PDA نشان داده شده است.