بررسی عملکرد راکتور و اثرات واکنش‌های شکست هیدروژنی در واحد ایزومریزاسیون نفتای سبک

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1- گروه پژوهش توسعه و کنترل فرآیند، پژوهشکده توسعه فرآیند و فناوری تجهیزات پژوهشگاه صنعت نفت

2 پردیس پژوهش و توسعه صنایع پایین دستی نفت پژوهشگاه صنعت نفت

3 گروه مهندسی واکنشهای کاتالیستی، پژوهشکده کاتالیست، پژوهشگاه صنعت نفت

چکیده

فرآیند ایزومریزاسیون فرآیندی مناسب برای تبدیل هیدروکربن‌های پارافینی خطی با عدد اکتان پایین به هیدروکربن‌های شاخه‌دار با عدد اکتان بالا است. در این فرآیند خوراک نفتای سبک به بنزین تبدیل می‌شود. در پژوهش حاضر، اهمیت واکنش‌های شکست هیدروژنی که به‎‏صورت سری و موازی در کنار واکنش‌های رایج در این فرآیند مثل ایزومریزاسیون پارافین‌های خطی، باز‌شدن حلقه‌های نفتنی و اشباع‌سازی ترکیبات غیر اشباع هیدروکربنی روی می‌دهد، مورد بررسی قرار گرفته و شبکه واکنشی متشکل از 15 شبه جزء و 16 واکنش توسعه یافته است. مدل‌سازی سینتیکی با کمک شبکه واکنش و اخذ داده‌های تجربی از سامانه نیمه‌صنعتی در محدوه وسیعی از شرایط عملیاتی مختلف برای طیف گسترده‌ای از خوراک‌های صنعتی انجام شد. مقادیر ترکیب درصد مولی اجزاء در خروجی راکتور حاصل از مدل با داده‌های تجربی تطابق خوبی دارد. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد که وجود واکنش‌های شکست هیدروژنی تاثیر زیادی بر دمای بهینه راکتور برای رسیدن به بیشترین عدد اکتان محصول با بالاترین راندمان تولید دارد به‏گونه‌ای ‎که بهترین دما متناظر با بیشترین عدد اکتان محصول و قبل از تسریع واکنش‌های شکست هیدروژنی می‌باشد. لازم به ذکر است که دمای بهینه راکتور با تغییر نسبت هیدروژن به خوراک و سرعت فضایی مایع تغییر می‌کند.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Reactor Performance and the Effects of Hydrocracking Reactions on Light Naphtha Isomerization Unit

نویسندگان [English]

  • Reza Hayati 1
  • Sorod Zahedi Abghari 1
  • Mahmmod Bayat 2
  • Sepehr Sadighi 3
1 1. Process Development and Control Group, Process and Equipment Technology Development Division, Research institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran
2 Faculty of Research and Development in Downstream Petroleum Industry, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI),
3 Catalysis Research Division, Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Tehran, Iran hayatir@ripi.ir
چکیده [English]

Isomerization process is the most interesting method insofar as it converts straight chain paraffinic hydrocarbons with a low octane number to branched chains hydrocarbons with a higher octane number. In this process, light naphtha can be converted to gasoline. In this work, the importance of hydrocracking reactions has been investigated that occur along with other reactions such as isomerization, ring opening of naphthenic hydrocarbons, and saturation reactions. A reaction network has been developed which includes 15 lumps and 16 reactions. In the present study, a kinetic model was developed using a reaction network and the model was tested by the experimental data from a pilot plant using various operational conditions and industrial feeds with different qualities. There is good agreement between the product composition obtained by the kinetic model and the experimental data. The results of modeling indicated that the optimum reactor temperature could be affected by hydrocracking reactions. This temperature occurs before the acceleration of the hydrocracking reactions and the maximum octane number of the liquid product can be obtained at this optimum temperature. The results of the kinetic modeling demonstrated that the optimum temperature could be changed by the variation of hydrogen to feed ratio and liquid hourly space velocity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydrocracking
  • Isomerization
  • Reaction Network
  • Kinetic
  • Operation Parameters
  • Octane Number

[1]. Estrada-Villagrana A. D. and Paz-Zavala C., “Application of chemical equilibrium for hydrocarbon isomerization analysis”, Fuel, 86, pp. 1325-1330, 2007.##

[2]. Leprine P., Conversion Processes, 1st ed., Editions Technip, 2001.##

 [3]. Ross J. R. H, “Heterogeneous Catalysis”, 1st ed., Elsevier, 2012. [4]. Tailleur R. G. and Platin J. B., “Role of Pt on PtGaZr/SiO2 catalyst in light naphtha isomerization”, J. Catal., 255(1),79-93, 2008.##

[5]. Sadighi S., Ahmad A., and Shirvani M., “Dynamic simulation of a pilot scale vacuum gas oil hydrocracking unit by the space Time CE/SE method”, Chem. Eng. Technol, 35(5), pp. 919–928, 2012.##

[6]. Watanabe K., Chiyoda N., and Kawakani T., Development of new isomerization process for petrochemical for petrochemical by-products, 18th Saudi Arabia-Japan Joint Symposium Dharan, Saudi Arabia, Nov. 16-17,2008.##

[7]. Issadi R., Garin F., and Chitour C. E., “Palladium-sulfated zirconium pillared montmorillonit;catalytic evaluation in light naphtha hydroisomerization reaction”, Ctalysis Today 113, pp. 174-177,2006.##

[8]. Tailleur R. G. and Albornoz C., “Simulation of light naphtha dimerization using a PtZrGa/Si mesoporous catalyst in swing mode of operation”, Catalysis Today 150, pp. 308-318, 2010##

[9]. Wantabe K., Kawakami T., Baba K., Oshio N., and Kimira T., “Simultaneous isomerization and desulfurization of sulfur-Containing light Naphtha over metal/SO42-/ZrO2-Al2O3 Catalyst”, Applied Catalysis A: General, 276, pp. 145–153, 2004.##

[10]. Sadeghzadeh Ahari J., Ahmadpanah S. J., Khaleghinasab A., and Kakavand M., “Investigation of the feed effects of Methyl cyclopentane in feed of Isomerization unit”, Petroleum & coal 47(3), pp. 26-31, 2005##

[11]. Medina E.A., Paredes J. I. P., “Artificial neural network modeling techniques applied to the hydrodesulfurization process”, Math. Comp. Model., 49, pp. 207-214, 2009.##

[12]. Surla K., Vleeming H., Guillaume D., and Galtier P., “A single events kinetic model: n-butane isomerization”, Chem. Eng. Sci., 59, pp. 4773 -4779, 2004.##

[13] Bernas A. and Murzin D. Y., “Linoleic acid isomerization on Ru/Al2O3 catalyst: 2. elementary step mechanism and data fitting”, Chem. Eng. J., 115, pp. 23 -43, 2005.##

[14]. Sandelin F., Salmi T., Murzin D. Yu., “Dynamic modeling of catalyst deactivation in fixed bed reactors: skeletal isomerization of 1-pentene on ferrierite, Ind. Eng. Chem. Res., 45, pp. 558-566, 2006.##

[15]. Douwes H. S. A., “The kinetics of the aluminium bromide catalyzed isomerization of 1-propyl bromide”, J. Mol. Catal. A: Chemical, 272, pp. 220-226, 2007.##

[16]. Khurshid M. and Al-Khattaf S., “n-Heptane isomerization over Pt/WO3-ZrO2: a kinetic study”, Applied Catalysis A:  General, 368, pp. 56-64, 2009.##

[17]. Chekantsev N. V., Gyngazova M. S., and Ivanchina E. D., “Mathematical modeling of light naphtha (C5, C6) isomerization process”, Chem. Eng. J., 2013.##

[18] Ancheyta J., Modeling and simulation of catalytic reactors for petroleum refining, 1st Ed., John Wiley & Sons, 2011.##

[19]. Jones D. S. G. and Pujado P. R., Handbook of petroleum processing, 1st ed., Springer, 2006.##

[20]. Parkash S., Refining processes handbook, 1st ed., Elsevier, 2003.##

[21]. Fahim M. A., Alsahhaf T. A., and Elkilani A., “Fundamental of petroleum refining”, 1st ed., Elsevier, 2010.##

[22] Riazi M. R., Chararcterization and properties of petroleum fractions, 1st ed., ASTM International publishing, 2005.##