:
با توجه به اثر تترااتیل سرب (TEL) در آلودگی محیط زیست و در جهت حذف تدریجی آن، ضرورت افزودن ماده ای که از یک طرف خوش سوزی را در بنزین بهبود بخشد و از طرف دیگر خواص مطلوب با بنزین داشته باشد و از نظر اقتصادی نیز توجیه پذیر باشند. هدف این تحقیق نحوه تولید MTBE به عنوان جایگزین برای TEL از نظر اقتصادی و آلودگی زیست محیطی می باشد.
در این تحقیق ابتدا به شناخت و تاریخچه اجزاء تشکیل دهنده بنزین و نیز تاریخچه تولید MTBE در جهان و ایران و نحوه تولید آن می پردازد و سپس به مقایسه و اصلاح بنزین با فرایندهای مختلف عرصه شده در جهان پرداخته و در نهایت به چگونگی رفع مشکل آلودگی ناشی از سوخت بنزین با بهره گرفتن از مواد اکسیژن زا مورد بررسی قرار می دهد.
فصل اول: کلیات
1-1- هدف
در اواسط دهه هفتاد میلادی کم کردن مصرف سرب به عنوان افزودنی به بنزین مطرح شد. در سال 1990 عرضه بنزین سرب دار در بازار مصرف سوخت در ایالات متحده آمریکا به ده درصد کاهش یافت و در اروپا از اوایل دهه80 کاهش مصرف سرب در بنزین شروع گردید و به کمتر از 50 درصد کاهش یافت. در آسیای دور از جمله ژاپن که یکی از مصرف کنندگان بزرگ بنزین در جهان محسوب می شود کاهش سرب را از طریق افزودن آروماتیک به بنزین جهت تأمین کمبود اکتان بنزین عرضه شده، شروع نمودند. از آن زمان تاکنون، روش های مختلفی برای کاهش و حذف سرب و دیگر آلاینده های محیط زیست مورد توجه قرار گرفته که افزودن mtbe و تولید بنزین بازسازی شده مطرح ترین روش هاست.
بنزین همیشه حجیم ترین سوخت مصرفی ماشین بوده که در بعضی موارد قابل جایگزین و در بسیاری دیگر بدون رقیب می باشد لذا جایگاه خاصی در بین کلیه مواد انرژی زا کسب نموده است. از جمله پدیده های مبنعث از مصرف بنزین به عنوان سوخت ماشین، آلودگی محیط زیست و زیان های ناشی از آن بر روی سلامتی بشر می باشد. آلودگی های ناشی از مصرف بنزین را می توان به شرح زیر خلاصه نمود:
الف – نشر گازهای اکسیدهای ازت (NOX) در هوا که باعث تهدید سلامتی و ایجاد ناراحتی های تنفسی در انسان می باشد. این عامل ناشی از سوختن ترکیبات ازته موجود در بنزین است.
ب – نشر گاز منوکسید کربن (CO) در هوا که سمی بوده و منجر به ناراحتی تنفسی و همچنین کاهش قدرت فکری بزرگسالات و ضریب هوشی اطفال می گردد. این عامل عمدتا ناشی از ضعف سوختن بنزین است.
ج – نشر گازهای هیدروکربور در هوا که اغلب سمی بوده و سرطان زا می باشند. این عامل ناشی از تبخیر مقداری از بنزین در هوا است.
چ – نشر ترکیبات آروماتیکی مانند بنزین و غیره در هوا که سمی بوده و سرطان زا می باشد. همچنین باعث افزایش ازن در سطح زمین می گردد. این مواد به نام Carcinogen نامیده می شوند. این عامل ناشی از وجود آروماتیک ها در برش های بنزینی معمولی و مرغوب نظیر محصول Platformate پالایشگاه هاست.

ح – گرم شدن سطح کره زمین ناشی از افزایش گازهای گلخانه ای نظیر هیدروکروبور  NOX-CO-CH4 و گاز اوزن (O3) و Co2 و…
خ – امکان تولید مواد کشنده ای نظیر (PAN (Peroxy Acetyl Nitrile که از ترکیب گازهای NO و هیدروکربورهای موجود در هوا در مجاورت نور خورشید (پدیده فتو سنتز) ایجاد می شود ضمنا ازن (O3) نیز تولید می کند.
هرچند که هریک از موارد فوق باید با رفع علت خاص خود برطرف گردد ولی از آنجا که تغییر فرمولاسیون بنزین با توجه به نقش اصلی آن تولید انرژی است، به سادگی امکان پذیر نیست، جوامع صنعتی در طی تلاش های خود سعی در شناخت مواد جدیدی داشته اند که بتواند مشکلات فوق را به نحو مطلوبی حل نماید.
بنابراین موضوع یافتن راه حل هایی نظیر افزایش بازدهی بنزین ها در موتور ماشین، و بالا بردن تکنولوژی مبنی بر مصرف کمتر بنزین و یا جلوگیری از هدر رفتن بنزین به صورت تبخیر و غیره به مسائل ناشی از آلودگی محیط زیست افزوده گردید.

گاز طبیعی عمدتا دارای مقادیر متفاوتی از دی اكسید كربن می باشد. این گاز را اصطلاحا گاز ترش می نامند. گاز دی اكسید كربن باعث اشكالات فراوانی از جمله خوردگی می شود. بنابراین این گاز باید از جریان گاز حذف می شود . مهمترین روش در صنایع گاز برای جداسازی این گاز روش جذب همراه با واكنش شیمیایی توسط حلال های آلكانل آمین می باشد.
مهمترین آمین هایی كه در صنایع شیرین سازی گاز استفاده می شود عبارتند از MEA و MDEA و DGA و TEA و DEA. اخیرا برای بهبود راندمان جذب از مخلوط حلال ها با تركیب درصد های مختلف نیز استفاده می شود. مدل های گوناگونی برای تخمین ضریب فعالیت كه یكی از مهمترین پارامترها در تعادل فازی می باشد ارائه شده اند.
فصل اول: کلیات
گاز طبیعی عمدتا دارای مقادیر متفاوتی از دی اكسید كربن می باشد. این گاز را اصطلاحا گاز ترش می نامند. گاز دی اكسید كربن باعث اشكالات فراوانی از جمله خوردگی می شود. بنابراین این گاز باید از جریان گاز حذف می شود. مهمترین روش در صنایع گاز برای جداسازی این گاز روش جذب همراه با واكنش شیمیایی توسط حلال های آلكانل آمین می باشد.
مهمترین آمین هایی كه در صنایع شیرین سازی گاز استفاده می شود عبارتند از MEA و MDEA و DGA و TEA و DEA و… كه هر كدام خواص مختلفی در جذب گازهای مختلف دارند. اخیرا برای به بود راندمان جذب از مخلوط حلال ها با تركیب درصد های مختلف نیز استفاده می شود. مدل های گوناگونی برای تخمین ضریب فعالیت كه یكی از مهمترین پارامترها در تعادل فازی می باشد ارائه شده اند ولی در مورد مدل های مخلوط حلال ها هنوز توسط دیگر محققان كار می شود. در ا ین تحقیق هدف استفاده از مدل های غیرالكترولیت برای تشریح و بیان سیستم های مخلوط الكترولیتی ارائه شده كه برطبق این ایده مدل UNIQUAC-NRF برای سیستم های مختلف آمینی MEA – H2O-CO2،MEDA-H2O-CO2 و MDEA-MEA H2O-CO2 در محدوده درجه حرارت های 40 و 60 و 80 و 100 درجه سانتیگراد به كار رفته و با بهره گرفتن از یک برنامه بهینه سازی پارامترهای تنظیمی مدل به دست آورده شدند. نتایج حاصل از مدل با پارامترهای بدست امده در مقایسه با كار دیگر محققان از دقت نسبتا خوبی برخوردار است.

:
حذف دی اكسیدكربن و سولفور بعد از جداسازی مایعات گازی از گاز طبیعی خام دومین قسمت از فرآورش گاز نیز صورت میگیرد كه شامل جداسازی دی اكسید كربن و سولفید هیدروژن است. گازطبیعی بسته به موقعیت چاه مربوط مقادیر متفاوتی از این دو ماده را شامل میگردد.
فرایند تفكیک سولفید هیدروژن و دی اكسید كربن از گازترش، شیرین كردن گاز نامیده می شود. سولفید هیدروژن و دی اكسید كربن را میتوان سوزاند و از گوگرد نیز صرفنظر نمود ولی این عمل باعث آلودگی شدید محیط زیست میگردد. با توجه به اینكه سولفور موجود در گاز عمدتا در تركیب سولفید هیدروژن H2S قرار دارد حال چنانچه میزان سولفید هیدروژن موجود از مقدار 5/7 میلی گرم در هر متر مكعب گازطبیعی بیشتر باشد به آن گاز ترش اطلاق میگردد. وچنانچه از این مقدار كمتر باشد نیاز به تصفیه نمیباشد. سولفور موجود در گاز طبیعی به علت دارا بودن بوی زننده و تنفس های مرگ آور و عامل فرسایندگی خطوط لوله انتقال، گاز را غیر مطلوب و انتقال آن را پر هزینه میسازد.
بعلاوه یكی از جنبه های جهانی آلودگی هوا بارانهای اسیدی است. كه خود نتیجه ورود تركیبات سولفور به جو است. دی اكسید گوگرد و اكسیدهای ازت در هوا با اكسیژن و بخار آب تركیب شده و اسیدهای سولفوریک و نیتریک را بوجود می آورند. این مواد اسیدی ممكن است فواصل دور را با باد غالب طی كرده و بصورت باران اسیدی ببارند .بارندگی های اسیدی بصورت باران یا برف یا… می باشد. بیش از 65% بارش های اسیدی بعلت وجود سولفات و 35% دیگربعلت وجود تركیبات نیتروژن دار است. اسید سولفوریک با آمونیاك یا كاتیون های دیگر واكنش داده و تولید سولفات آمونیوم و یا سولفات های دیگر می كند. این ذرات در محدوده اندازه 0/1 تا 1 میكرون نور را به میزان زیادی پخش كرده و بر روی قابلیت دید اثر می گذارند. همچنین این ذرات سهم زیادی در ایجاد ذرات معلق ریز در هوا دارند كه جزء آلاینده های ثانویه طبقه بندی می شوند.
برای شیرین سازی گاز طبیعی دو روش عمده فیزیكو شیمیایی و بیولوژیكی وجود دارد. روش های فیزیكوشیمیایی دارای قدمت بسیار بیشتری بوده و كاربرد آن ها بسیار بیشتر از روش های بیولوژیكی در صنعت می باشد. در ابتدا هدف از شیرین سازی گاز حذف H2S از آن بود حتی اگر این گاز به محیط وارد می شد، اما پس از مشخص شدن خطرات زیست محیطی و بشری H2S قوانین سخت تر شد و در نتیجه با اعمال روش های تكمیلی از ورود این ماده به هوا نیز جلوگیری به عمل آمد . ایجاد واحدهای بازیافت گوگرد مانند كلاوس در پالایشگاه ها نیز در همین راستا بود.
مزایای فراوان روش های بیولوژیكی در مقایسه با روش ها معمول شیرین سازی گاز باعث افزایش روز افزون توجه محققین به این روش ها گردیده است. از روش های بیولوژیكی می توان به دو صورت مستقیم و یا غیرمستقیم (جایگزین واحد كلاوس ) در صنعت گاز استفاده كرد. در روش مستقیم گاز ترش مستقیماً وارد مرحله بیولوژیكی می شود در حالیكه در روش غیرمستقیم گاز ترش ابتدا وارد فرایند آمین شده و گازهای ترش خروجی از برج دفع فرایند آمین وارد مرحله بیولوژیكی می گردد.
عمده فرایندهای تصفیه گازهای اسیدی و بازیافت گوگرد شامل سه بخش هستند:
– جذب گاز اسیدی
– بازیافت گوگرد

– تصفیه گاز اسیدی خروجی از واحد بازیافت
مرحله اول فرایند شامل حذف گازهای اسیدی از جریان های ورودی از طریق جذب است.
حلال های مورد استفاده به 3 دسته عمده تقسیم می شوند: فیزیكی، شیمیایی، مخلوطی از هر دو.
حلال های فیزیكی (مثل كتیزول) گازهای اسیدی را از طریق انحلال جذب می كنند. پس از جذب گازهای اسیدی از طریق كاهش فشار، عاری سازی گرمایی 2 یا تركیبی از هر دو روش، از حلال جدا می شوند.
حلال های شیمیایی (مثل متیل دی اتانول امین) با گازهای اسیدی واكنش داده و تشكیل كمپلكس های شیمیایی با باندهای سست می دهند . این كمپلكس ها در نتیجه گرم كردن در فشار پایین شكسته شده و گازهای اسیدی از حلال جدا می شوند.
مخلوطی از حلال های شیمیایی و فیزیكی نیز از طریق عاری سازی گرمایی با زیافت می شوند. در همه موارد حلال بازیافت شده به برج جذب برگردانده می شود و گازهای اسیدی آزاد شده و به واحد بازیافت گوگرد وارد می گردند. بسته به تركیب گاز و خصوصیات گاز شیرین شده خروجی، حلال های متنوعی به كار می روند.

ماشین هایی که به منظور کاهش اندازه ذرات به کار می روند. برحسب ماکزیمم بعد محصول نهایی به گروه های زیر تقسیم بندی می شوند:
1- خرد کردن اولیه 10cm تا 1m
2- خرد کردن ثانیوه یا میانی 1cm تا 10cm
3- سایش زیر 1 تا 10mm
4- سایش نرم 0/1mm تا 10mm
5- سایش بسیار نرم 10μm تا 1μm
در این مبحث ماشین های خردایش و سایش را براساس عامل موثر و اصلی که باعث کاهش اندازه ذرات می شوند تقسیم بندی می کنیم. عوامل موثری که در این دستگاه ها منجر به کاهش اندازه ذرات می گردند. عبارتند از:
1- نیروی فشار Compression or nipping
2- نیروهای ضربه ای Blow or impact
3- نیروهای لغزشی چرخشی و یا پرتابی Tumbling or Projection
4- نیروهای برشی Cutting shredding
5- نیروهای اصطکاکی یا سایشی Attiention or Friction

6- نیروهای دیگر
انواع مختلف ماشین های سایش و خردایش براساس عامل موثر به کار رفته در آنها، به صورت زیر دسته بندی می شوند:
1- ماشین های فشاری:
– سنگ شکن های فکی، چرخشی و غلطکی
– آسیاب های غلطکی کفه ای و دیسکی
2- ماشین های ضربه ای:
– سنگ شکن های چکشی
– آسیاب های پینی و ارتعاشی
3- ماشین های چرخشی پرتابی:
– آسیاب های میله ای، لوله ای و خودشکن
4- ماشین های برشی و سایشی

مبدل حرارتی پلیت فین یكی از انواع مبدل های حرارتی فشرده است كه مشتمل بر مجموعه ای یک در میان از صفحات مسطح و فین های موجدار است كه در كنار هم هسته مبدل حرارتی را تشكیل می دهند. جریانها در طول معابر ی كه توسط فین ها در بین صفحات جدا كننده ایجاد شده است جاری می شوند و حرارت را مبادله می كنند. فین ها دو مزیت عمده دارند اول اینكه به عنوان سطح انتقال حرارت ثانویه و دوم اینكه بعنوان حایل مكانیكی برای فشار داخلی در بین لایه ها عمل می كنند. انواع متعددی فین وجود دارد كه بهینه سازی مبدلهای پلیت فین را برای هر معیار مورد نظر مثل هزینه، وزن، راندمان حرارتی و یا افت فشار امكانپذیر می سازند.
مبدلهای حرارتی پلیت فین نسبت به سایر انواع مبدلهای حرارتی مزایایی دارند كه فقط توسط درجه حرارتها و فشارهای عملیاتی سیال محدو د می شوند. این مزایا سطح انتقال حرارت زیاد به ازاء واحد حجم، وزن كم، راندمان حرارتی بالا، درجه حرارت نزدیكی خیلی كوچك و امكان تبادل حرارتی بین چندین جریان فرایندی می باشند.
طراحی مبدل حرارتی پلیت فین نیازمند مشخصات بار حرارتی، افت فشارهای مجاز جریان و جنبه های خاص هندسه مبدل می باشد. منظور از جنبه های هندسی همان سطوح ویژه انتقال حرارت می باشند كه باید در هر سمت جریان به كار گرفته شوند.
در روش های طراحی متداول مبدل حرارتی، افت فشار بعنوان محدودیت طراحی در نظر گرفته می شوند كه در آن مبنای طراحی مشتمل برآزمایش سطوح هندسی مختلف است كه جهت تشخیص اینكه كدامیک بار حرارتی مورد نظر را در محدوده افت فشار مجاز تأمین نمایند، قرار دارد.
طراحی مبدل حرارتی پلیت فین را می توان به روش دیگری هم انجام داد. روشی كه در آن افت فشار جریان و بار حرارتی به عنوان اهداف طراحی در نظر گرف ته می شوند تحت عنوان الگوریتم طراحی سریع قبلاً ارائه شده است. این روش در مورد مبدلهای حرارتی پلیت فین به كار برده شده است و مثالهایی برای مواردیكه سطوح انتقال حرارت در ابتدای طراحی مشخص شده اند آورده شده است. مادامی كه سطوح ثانویه باید در ابتدای طراحی مشخص باشند، لازم است معیارهایی جهت انتخاب آنها در این مرحله وجود داشته باشد.
عملكرد سطوح انتقال حرارت را به روش های متعددی می توان تجزیه و تحلیل كرد. حجم برحسب مصرف توان، سطح جلویی بر حسب توان، ضریب انتقال حرارت به عنوان تابعی از توان پمپ به ازاء واحد سطح ا نتقال حرارت و غیره. مقایسه عملكرد سطوح براساس این نوع تجزیه و تحلیل ها، اطلاعات قابل استفاده ای را در جهت وظیفه انتخاب سطح ارائه می كنند.
متأسفانه این نوع تجزیه و تحلیل ها عموماً در موردسطوح در حالت منفرد به كار برده می شوند، در حالیكه در طراحی واقعی انتخاب سطحی كه باید بعنوان جفت به كار گرفته شود بر روی عملكرد كلی مبدل تأثیرگذار است. بنابراین عملكرد سطوح در تركیب و در كنار هم حائز اهمیت است. در حال حاضر هیچ روش اصولی كه بتواند انتخاب سطوح را در هر دو سمت، مورد نظر قرار دهد، موجود نمی باشد.
در این تحقیق روش ساده ای جهت انتخاب سطح و طراحی مبدل حرارتی پلیت فین بصورت همزمان و با تكیه برمفهوم شاخص عملكرد حجم ارائه شده است.