شماره ركورد
25648
شماره راهنما
CHE.ENG2 355
عنوان
مطالعه آزمايشگاهي اثر عوامل موثر بر توليد بنزين با عدد اكتان بالا به روش متافرمينگ و طراحي فرآيند مربوطه
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي - طراحي فرآيند
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404.074.30
صفحه شمار
100 ص.
استاد راهنما
دكتر مسعود بهشتي , دكتر عطاالله ساري
كليدواژه فارسي
بنزين , عدد اكتان، , متافرمينگ , شبيه¬سازي فرآيند , متانول , زئوليت H-ZSM-5
چكيده فارسي
توليد بنزين با عدد اكتان بالا با استفاده از فرآيند متافرمينگ، فرآيند نويني جهت پاسخگويي به تقاضاي روزافزون بنزين مي¬باشد. در اين فرآيند علاوه¬بر برش نفتا از متانول نيز به عنوان خوراك استفاده مي¬شود و محصولات جانبي اين فرآيند شامل گاز مايع(LPG) ، گاز غني از هيدروژن و آب است. كاتاليست استفاده¬شده در اين فرآيند، كاتاليست زئوليت H-ZSM-5 مي¬باشد. طراحي آزمايش¬ها در اين پژوهش به منظور بررسي تاثير دما، فشار، سرعت گذر مايع و تركيب درصد متانول خوراك بر محتواي آروماتيك موجود در بنزين و بازده توليد بنزين، با استفاده از روش سطح-پاسخ(RSM) انجام شد. نتايج نشان داد با افزايش دماي واكنش از 380 تا 420 درجه سانتي¬گراد، مقدار درصد وزني آروماتيك موجود در بنزين از 3/51 به 55 افزايش و بازده بنزين از 3/67 به 7/58 درصد كاهش يافت؛ با افزايش فشار از 5 تا 15 بار، درصد وزني آروماتيك بنزين از 5/52 به 7/52 افزايش و بازده بنزين از 3/76 به 64 درصد كاهش يافت. با افزايش سرعت گذر مايع از 8/0 تا 3/1 برساعت، ابتدا درصد وزني آروماتيك بنزين از 8/51 به 2/53 افزايش و سپس با افزايش سرعت گذر مايع تا 2 برساعت، اين مقدار به 6/47 كاهش يافت و همچنين در اين بازه، مقدار بازده بنزين توليدشده از 64 به 6/70 درصد افزايش يافت. همچنين با افزايش درصد وزني متانول خوراك از 2/0 تا 4/0، درصد وزني آروماتيك و بازده بنزين به ترتيب از 5/51 به 54 و از 65 به 73 افزايش يافت. از آن¬جايي كه خوراك هيدروكربني استفاده¬شده در اين پژوهش مخلوطي از چهار برش هيدروكربني شامل ششصد گونه مي¬باشد، از مدل گونه¬هاي گروهي براي بررسي¬هاي سينتيكي استفاده شد. گونه¬هاي گروهي به صورتي تعيين مي¬شوند كه هر كدام داراي ساختار هيدروكربني(شامل نرمال¬پارافين، ايزوپارافين، الفين، نفتن و آروماتيك) و وزن مولكولي مشخص باشد. پس از تعيين 40 گونه¬ي گروهي، مسيرهاي غالب واكنشي شامل 33 واكنش با هدف مصرف نرمال¬پارافين¬ها، نفتن¬ها و متانول و توليد آروماتيك¬ها ارائه و سپس مدلسازي سينتيكي براي شبكه واكنش انجام شد. در نهايت با استفاده از نرم¬افزار متلب، متغيرهاي سينتيكي شامل ضريب پيش¬نمايي رابطه آرنيوس و انرژي فعال¬سازي محاسبه گرديد. با توجه به توافق بسيار خوب ميان داده¬هاي حاصل از مدلسازي و نتايج آزمايشگاهي، اين نتيجه حاصل شد كه مدل سينتيكي داراي دقت بالايي در پيش¬بيني نتايج مي¬باشد. سپس با استفاده از متغيرهاي سينتيكي محاسبه¬شده، شبيه¬سازي فرآيند انجام شد و نمودارهاي اعتبار¬سنجي براي 5 داده¬¬اي كه در مدلسازي استفاده نشدند، رسم شد. نمودارهاي اعتبارسنجي نشان¬دهنده¬ي اعتبار مناسب ميان مقادير پيش¬بيني¬شده توسط شبيه¬ساز و مقادير آزمايشگاهي مي¬باشد. مقادير درصد وزني پيش¬بيني-شده توسط شبيه¬ساز براي نرمال¬پارافين¬ها، ايزوپارافين¬ها، نفتن¬ها و آروماتيك¬ها به ترتيب 10±، 10±، 15±و 18+ درصد از مقادير آزمايشگاهي انحراف داشت. در انتها حجم مورد نياز راكتور با هدف توليد 30 بشكه در روز بنزين در مقياس پيشتار بزرگ ، با استفاده از عملگر تنظيم نرم¬افزار اسپن هايسيس ، 100 ليتر( طول 415/1 متر و قطر 30 سانتي¬متر) تخمين زده¬شد.
كليدواژه لاتين
Gasoline, Research Octane Number , , Methaforming Process , Process Simulation , Methanol , H-ZSM-5 Zeolite
عنوان لاتين
An experimental study on the effect of influential factors on the production of high octane number gasoline by methaforming method and design of the relevant process
گروه آموزشي
مهندسي شيمي
چكيده لاتين
The production of high-octane gasoline through the Methaforming process represents an innovative approach to meeting the growing global demand for gasoline. In this process, in addition to the naphtha feed, methanol is also utilized as a supplementary feedstock, while the by-products include liquefied petroleum gas (LPG), hydrogen-rich gas, and water. The catalyst employed in this process is the H-ZSM-5 zeolite catalyst. In this study, the design of experiments was conducted using the Response Surface Methodology (RSM) to investigate the effects of temperature, pressure, liquid hourly space velocity (LHSV), and methanol feed composition on the aromatic content of the gasoline product and the overall gasoline yield. The results indicated that increasing the reaction temperature from 380°C to 420°C led to an increase in the aromatic weight fraction from 51.3% to 55%, while the gasoline yield decreased from 67.3% to 58.7%. Increasing the pressure from 5 to 15 bar resulted in a slight rise in the aromatic content from 52.5% to 52.7%, whereas the gasoline yield decreased from 76.3% to 64%. With an increase in LHSV from 0.8 to 1.3 h⁻¹, the aromatic content first increased from 51.8% to 53.2% and then decreased to 47.6% as LHSV reached 2 h⁻¹; meanwhile, the gasoline yield increased from 64% to 70.6%. Furthermore, increasing the methanol feed weight fraction from 0.2 to 0.4 led to an increase in both the aromatic content and gasoline yield from 51.5% to 54% and from 65% to 73%, respectively. Since the hydrocarbon feed used in this study was a mixture of four hydrocarbon cuts comprising approximately six hundred individual components, a lumped-species kinetic model was applied for kinetic investigations. The lumped species were categorized based on hydrocarbon structure (including normal paraffins, isoparaffins, olefins, naphthenes, and aromatics) and molecular weight. After defining forty lumped species, thirty-three dominant reaction pathways were proposed to describe the consumption of normal paraffins, naphthenes, and methanol, as well as the formation of aromatics. Kinetic modeling of the reaction network was then performed, and the Arrhenius pre-exponential factors and activation energies were estimated using MATLAB. The strong agreement between the model predictions and experimental data demonstrated the high accuracy of the developed kinetic model. Using the obtained kinetic parameters, process simulations were carried out, and validation plots were generated for five experimental data points that were not included in the model fitting. The validation results confirmed good agreement between the simulated and experimental values. The simulated weight percentage deviations for normal paraffins, isoparaffins, naphthenes, and aromatics were within ±10%, ±10%, ±15%, and +18%, respectively, compared with experimental data. Finally, using Aspen HYSYS with the design specification tool, the reactor volume required for producing 30 barrels per day of gasoline on a pilot-scale was estimated to be 100 liters (length = 1.415 m, diameter = 30 cm).
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
156722
نويسنده