:
درحال حاضر، جهان شاهد گسترش روزافزون استفاده از گاز طبیعی است. بیشتر این پیشرفت در كاربردهای سوختی می باشد. عوامل مختلفی در این امر موثرند كه عبارتند از:
1- محدودیتها و مسایل زیست محیطی، صنایع را ناگزیر از مواد خام تمیزتر می كند.
2- رو به زوال رفتن منابع و ذخایر نفتی ؛ با در نظر گرفتن الگوی مصرف فعلی انرژی، منابع نفتی خاورمیانه تا كمتر از ۵۰ سال دیگر جوابگوی نیاز انرژی خواهد بود . تا سال ۲۰۰۰ میلادی، میزان بهره برداری از ذخایر نفتی در خاورمیانه، سالیانه ۲% افزایش می یافت؛ ولی از این تاریخ به بعد ، صادرات نفت خام رو به كاهش نهاد كه پیش بینی های انجام شده حاكی از آن است كه صادرات نفت در حدود سالهای ۲۰۱۰ متوقف خواهد شد.
3- در بهره برداری كامل از یک میدان نفتی، مقدار بسیار زیادی گاز طبیعی استحصال می شود كه یكی از منابع عمده آن به شمار می رود.
4- گاز طبیعی منبعی ارزان قیمت برای كربن محسوب می شود. در حال حاضر هزینه تمام شده هر پاوند كربن كه از گاز طبیعی بدست می آید، در حدود 0/04 دلار است كه در مقایسه با كربن بدست آمده از نفت خام كه هزینه تمام شده آن در حدود 0/1 – 0/08 دلار است، ارزانتر می باشد.
5- كشور ایران، با داشتن بیش از ۱۵ درصد ذخایر گاز طبیعی جهان یكی از غنی ترین كشورها در این زمینه می باشد كه ارائه راهكارهای مناسب و با صرفه جهت استفاده از این منابع بسیار حیاتی وجدی بنظر می رسد.
در جهان منابع و ذخایر گازی فراوانی وجود دارد. كارایی بسیار پایین در زمینه ی حمل ونقل گاز باعث می شود تا این فرآورده با ارزش توسط مشعلها در سر چاها و یا در پالایشگاه ها سوزانده شود.

در دهه های اخیر استفاده از سیال فوق بحرانی و تکنولوژی آن در بسیاری از زمینه ها خصوصا در صنایع دارویی، مورد توجه قرار گرفته است. دلیل این امر، در چند موضوع نهفته است:
1- قدرت بالای سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال، که استخراج از ترکیبات چگال را بسیار بهبود می بخشد.
2- امکان افزایش میزان حلالیت با تغییر در محدوده وسیعی از دما و فشار.
3- خواص فیزیکی گاز گونه سیالات فوق بحرانی با توجه به اینکه که رفتار دانسیته در این سیالات مشابه مایعات است.
4- امکان استفاده از حلال های غیررسمی که پساب سمی تولید نمی کنندو
5- قیمت پایین حلال در فرایندهایی که از سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال استفاده می کنند.
6- امکان انجام عملیات در دماهای نسبتا پایین برای موادی که در دماهای بالا ناپایدارند.
تمامی موارد ذکر شده در بالا، شرایط ایده آل و مناسبی را برای استفاده از این مواد در فرایندهایی نظیر استخراج، خالص سازی و کریستالیزاسیون مواد داروئی حساس، فراهم می آورند.
میزان حلالیت ماده حل شونده در سیال فوق بحرانی، مهمترین خاصیت ترموفیزیکی است که به عنوان اولین پله در مدلسازی هر نوع عملیات در فاز سوپر کریتیکال، باید تعیین شود.
مهمترین فاکتور موثر و نکته کلیدی در کیفیت فرایندهای استخراج سوپر کریتیکال از لحاظ فنی و اقتصادی، دقت داده های تعادلی برای حلالیت است. با این حال داده های تجربی برای حلالیت بیشتر مواد دارویی در سیالات فوق بحرانی (بخصوص دی اکسید کربن) به ندرت موجود است. دلیل این کمبود را می توان در دو موضوع مهم خلاصه کرد: پیچیدگی و گران بودن تجهیزات و تکنیک های موجود که زمان زیاد و دقت بسیار بالایی را برای به دست آوردن نتایج درست می طلبد. این موضوع مشکل دیگری را در بحث بررسی این فرایندها به وجود می آورد و آن عدم اطمینان به دقت نتایج و داده های آزمایشگاهی گزارش شده در مقالات است که باعث مشکل شدن بررسی این نتایج می شود.

پیش بینی فرایند حلالیت در سیالات فوق بحرانی بسیار مشکل است زیرا دقت مدل های موجود برای شبیه سازی و تخمین تعادلات حلالیت در تمامی شرایط عملیاتی کافی نبوده و همچنین دسترسی به اطلاعات مربوط به خواص فیزیکی بیشتر مواد دارویی محدود می باشد و در صورت موجود بودن این اطلاعات، عدم اطمینان در متد بکار رفته در تخمین این مقادیر، مشکل را دوچندان می کند.
برای تخمین رفتار حلالیت در سیال فوق بحرانی و تخمین خواص ترمودینامیکی با بهره گرفتن از داده های آزمایشگاهی، می توان از معادلات حالت به عنوان یک روشی که اساس محکمی از لحاظ تئوری دارند، استفاده نمود. در این صورت مجبور به استفاده از قوانین اختلاط مناسب برای مواد خالص و قوانین ترکیب برای مخلوط سیال فوق بحرانی و ماده جامد مورد نظر خواهیم بود. در قوانین ترکیب برای پیش بینی انحراف های به وجود آمده از حالت ایده آل، خصوصا در موادی با ساختار پیچیده و مواد قطبی، از پارامترهای انطباق استفاده می شود.
در این پروژه، فرایند حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی با بهره گرفتن از داده های آزمایشگاهی توسط تعدادی از معادلات حالت درجه سه معمول و قوانین اختلاط واندروالس یک و دو پارامتری مورد بررسی قرار گرفته و با یک مدل ریاضی که توسط نرم افزار مطلب نوشته شده، مقدار بهینه پارامترهای انطباق برای قوانین اختلاط واندروالس در شرایط عملیاتی موجود به دست آورده است. در انتها مقایسه ای نیز میان نتایج به دست آمده در این پروژه و اطلاعات گزارش شده توسط سایر محققان برای ایبوپروفن، انجام شده است.

در سال های اخیر به دلیل بحران انرژی فسیلی، بخصوص نفت خام محققان در تلاشی برای جایگزینی آن با ماده دیگری شده اند که بتوانند از آن هم به عنوان سوخت و هم به عنوان منبع تولید محصولات پتروشیمی (شکل 1-1) استفاده کنند. به دلیل ذخایر هنگفت گاز طبیعی در جهان، که نیاز صدها سال دنیا را برآورده می سازد، آن را انتخاب خوبی برای این جایگزینی دیده اند.
نظر به اینکه بخش عمده گاز طبیعی را متان تشکیل می دهد، موضوع تبدیل گاز طبیعی نیز عملا به تبدیل گاز متان محدود می شود. از آنجایی که پیش بینی می شود متان منبع اصلی مواد شیمیایی آینده را تشکیل دهد، علیرغم پایداری این مولکول، پژوهش های بسیاری برای وارد کردن این مولکول در واکنش های تبدیل مستقیم به اتیلن، متانول، فرمالدئید، استیلن و… صورت گرفته است.
بنابراین تبدیل مستقیم متان به اتیلن به عنوان ترکیب کلیدی محصولات پتروشیمی، از نظر علمی و اقتصادی بسیار مهم است.
در کشور ما نیز که در شمار بزرگترین دارندگان ذخایر گازی جهان به شمار می رود، دستیابی به تکنولوژی اکسیداسیون مزدوج به منظور تولید هیدروکربن های C2+ از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در این پروژه هم با توجه به اهمیت فرایند مذکور، مراحل اجرای طرح به صورت زیر دنبال می گردد:
– مطالعات جامع کتابخانه ای که شامل جستجو، مکان یابی مقالات، انتخاب مقالات و Patent های مربوط به طرح.
– نوشتن مدل ریاضی که شامل بررسی مکانیسم و سینتیک واکنش، موازنه جرم و انرژی و ارائه روش حل برای حل همزمان معادلات دیفرانسیل.
– نوشتن برنامه کامپیوتری و حل آن.
– استفاده از داده های آزمایشگاهی برای شبیه سازی.
– مقایسه نتایج تجربی با شبیه سازی راکتور فرایند.
– تجزیه و تحلیل نتایج به دست آمده.
این تحقیق طبق فصول زیر دسته بندی شده است:

فصل اول: نگاهی اجمالی بر روش های مختلف تولید اتیلن و کلیاتی مربوط به تاریخچه اکسیداسیون مزدوج متان و نیز شرح فرایند مورد استفاده در تحقیق.
فصل دوم: مدلسازی ریاضی و سینتیک واکنش.
فصل سوم: ارزیابی نتایج شبیه سازی.
و در ادامه هم منابع و مراجع مستقیم، غیرمستقیم و نوشتن برنامه کامپیوتری مربوطه آورده شده است.

کارخانجات پتروشیمی با ھدف تامین محصولات استراتژیک به منظور توسعه صنایع پائین دستی و افزایش سھم درآمد ھای غیر نفتی در چرخه اقتصاد کشور در سالھای اخیر به طور چشمگیری رشد نموده است.
احداث واحدھای عظیم در مجاورت یکدیگر و تراکم تجھیزات در این واحدھا و حجم بالای تولیدات، مخازن و فرایندھای مخاطره آمیز آنھا، استفاده از سیستم ھای ایمنی و آتشنشانی پیشرفته و تدوین برنامه ھای موثر مقابله با وضعیت ھای اضطراری را حائز اھمیت نموده است.
یکی از نکات مھم درھنگام حوادث، پیش بینی اثرات و پیامد ھای ناشی از آن حادثه می باشد. بدون شک یکی از مھم ترین و خطرناک ترین حوادث در مجتمع ھای پتروشیمی، انتشار گازھای سمی و قابل اشتعال می باشد. پیش بینی میزان انتشار و روند گسترش این گونه نشتی ھا می تواند کمک بسیار بزرگی در جھت کنترل حوادث، جلوگیری و کاھش اثرات نامطلوب آن داشته باشد. ضمن اینکه توانائی پیش بینی این گونه انتشارات گازھای سمی می تواند کمک بزرگی در تدوین برنامه ھای مقابله با شرایط اضطراری، تدوین برنامه ھای مانورھا و تمرینات عملی و دیگر برنامه ھا در جھت کاھش اثرات ناشی از انتشار گازھای سمی به دنبال داشته باشد.
به طور کلی برای پیش بینی روند انتشار ناشی از گسترده شدن یک گاز سمی و قابل اشتعال در محیط، نیاز به انجام کارھای آزمایشگاھی داشته و بسیار زمان بر می باشد که این نیاز، کار را در شرایط معمولی بسیار سخت و تقریباً ناممکن می نماید. در ھر صورت کارھای آزمایشگاھی زیاد در تضاد با نیاز به تصمیم گیری سریع می باشد. یکی از سریع ترین روش ھا، مدل کردن میزان و روند انتشار، با بهره گرفتن از نرم افزاھای دینامیک سیلاتی می باشد. در این روش می توان با یک سرعت مناسب و با انجام ھزینه ھای پائین میزان انتشار را در حدی قابل قبول و منطبق بر واقعیت پیش بینی کرد.

:
هیدروکراکینگ یک فرایند ثانویه مهمی در صنعت نفت می باشد و یکی از فرایندهای مهم در ارتقای کیفیت برش های نفتی به شمار می رود. خوراک این فرایند معمولا در محدوده گازوئیل خلا تا پسماندهای نفتی می باشد. فرایند شامل کراکینگ اجزاء سنگین نفتی در حضور هیدروژن است. فرایند از نظر زیست محیطی مشکلی ندارد. این فرایند برای ماکزیمم کردن محصولات میان تقطیر، گازوئیل به کار می رود.
هدف از انجام این پروژه پیش بینی رفتار سینتیکی واکنش هیدروکراکنیگ در فشار بالا است که در نتیجه می توان توزیع محصولات را پیش بینی کرد.
فصل اول: کلیات
1-1) هدف:
هیدروکراکینگ از لحاظ اهمیت دومین فرایند در صنعت نفت می باشد و یکی از فرایندهای مهم در ارتقای کیفیت برش های نفتی به شمار می رود. با اینکه فرایند هیدروژن دار کردن یکی از قدیمی ترین فرایندهای کاتالیستی در صنعت پالایش نفت است، ولی در بین فرایندها تنها فرایند هیدروکراکینگ توسعه زیادی یافته است. این توجه به هیدروکراکینگ چندین علت داشته که برخی از آنها عبارتند از:
– نوع تقاضا برای فراورده های نفتی تغییر کرده است و درخواست برای بنزین، در مقایسه با سایر مواد میان تقطیر بالا رفته است.
– در سال های اخیر هیدروژن با قیمت ارزان و به مقدار زیاد به عنوان فراورده جانبی عملیات رفرمینگ کاتالیستی به دست می آید.
– مسائل زیست محیطی موجب محدودیت غلظت های گوگرد و ترکیب آروماتیکی در سوخت های موتوری شده است.
2-1) پیشینه تحقیق:
تکنولوژی هیدروکراکینگ از تبدیل ذغال سنگ در آلمان در سال 1925 توسعه یافت و هدف از آن تولید سوخت مایع مصرفی از رسوبات درونی ذغال سنگ بود. تبدیل ذغال سنگ به سوخت مایع تحت عملیات کاتالیستی در فشار و دمای بالا انجام شد، که بعدها تکنولوژی هیدروکراکینگ تبدیل گازوئیل سنگین به سوخت های سبک تر توسعه یافت و اولین واحد هیدروکراکینگ نفتی را شورون در سال 1958 به صورت تجاری راه اندازی کرد.
خوراک این واحد معمولا در محدوده نفت گاز خلاء تا پسماندهای نفتی می باشد. فرایند شامل شکست برش های سنگین نفتی در حضور هیدروژن می باشد. این واحد بیشتر برای تولید محصولات میان تقطیر و بنزین به کار می رود.

برخی از مزایای هیدروکراکینگ عبارتند از:
– موازنه بهتر بنزین و تولید فرآورده های تقطیر شده
– بهره بیشتر تولید بنزین
– بهبود کیفیت عدد اکتان و اصلاح حساسیت گروه بنزین
– تولید مقادیر نسبتا زیاد ایزوبوتان در بخش بوتان
– مراحل تکمیل کراکینگ کاتالیستی به منظور پالایش مواد خام سنگین حاصل از کراکینگ آروماتیک ها، نفت های حلقوی، نفت های واحد کک سازی و تولید بنزین، سوخت جت و نفت کوره سبک
الزامات زیست محیطی برای برش های سنگین از این لحاط حائز اهمیت است که اولا به دلیل وجود ترکیبات ناخالص همانند ترکیبات گوگردی و نیتروژنی و نیز وجود فلزات سنگین در این برش ها به مقدار زیاد، در صورت مصرف مستقیم باعث تولید دو عامل اصلی آلوده کنند محیط زیست یعنی SOx و NOx می شوند، ثانیا به واسطه پایین بودن نسبت هیدروژن به کربن در برش های سنگین نفتی، از کیفیت سوختن خوبی برخوردار نیستند و سبب تولید CO و دوده و ذرات معلق می شوند که در این ارتباط فرایند هیدروکراکینگ در کنار هدف اصلی خود یعنی کراکینگ مولکول های سنگین در حضور هیدروژن و تولید مولکول های سبک تر و مرغوب تر از لحاظ سوختی سبب حذف آلوده کننده های مذکور نیز خواهند شد.
فرایند هیدروکراکینگ به صورت کاتالیستی یا به صورت حرارتی انجام می گیرد. در فرایندهای کاتالیستی معمولا از کاتالیست های اکسید نیکل و اکسید مولبیدن بر پایه آلومینا در دمای متوسط عملیاتی (360 – 440 درجه سانتیگراد) و فشارهای بالا (P>140bar) استفاده می شود. نقش عمده کاتالیست در فرایند هیدروکراکینگ، هیدروژناسیون آروماتیک ها و تجزیه ترکیباتی با اتم های ناهمگن است. شکست ترکیبات سنگین به فراورده های سبک تر عمدتا به دلیل واکنش های حرارتی می باشد. در فرایندهای کاتالیستی لزوم استفاده از فشارهای بالا به دلیل بهبود شرایط  واکنش و مهمتر از آن حفاظت از کاتالیست ها به واسطه جلوگیری از تشکیل کک روی سطوح کاتالیست می باشد. به همین منظور در هیدروکراکینگ حرارتی معمولا از مواد افزودنی جهت جلوگیری از تشکیل کک استفاده می شود.
از زمانی که هیدروکراکینگ به عنوان یک فرایند جهت ارتقای کیفیت برش های نفتی مورد استفاده قرار گرفته است، نیاز به توسعه مدل های سینتیکی احساس گردید. پیش بینی میزان محصولات مطلوب و نامطلوب در شرایط عملیاتی متفاوت برای بهینه سازی و کنترل فرایند، طراحی تجهیزات فرایندی و انتخاب نوع کاتالیست از مسائلی می باشد که مدلسازی سینتیکی را ضروری می نماید.