نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

مدل سازی و بهینه‌سازی پویای راکتورهای هیدروژناسیون استیلن با ساختار بخش انتهایی در واحد تولید الفین

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
چکیده
به دلیل تاثیر منفی استیلن بر کیفیت پلی­اتیلن تولیدی و عمر کاتالیست فرآیند پلیمریزاسیون، حذف این ماده از جریان خروجی از واحدهای تولید اتیلن ضروری می باشد. لذا هدف اصلی از این پژوهش مدل­ سازی و بهینه‌سازی پویای راکتورهای هیدروژناسیون استیلن با ساختار بخش انتهایی با هدف کاهش استیلن در جریان خروجی می‌باشد. این فرآیند از دو راکتور کاتالیستی سری و یک مبدل خنک‌کننده در بین مراحل تشکیل شده است. در ابتدا، راکتورهای هیدروژناسیون استیلن بر اساس معادلات بقای جرم و انرژی و با در نظر گرفتن افت فعالیت کاتالیست در حالت پویا مدل­ سازی شد. با توجه به دقت بسیار پایین معادلات پیشنهاد شده جهت محاسبه فعالیت کاتالیست در منابع، رابطه‌ای جهت پیش‌بینی فعالیت کاتالیست پیشنهاد شده و ضرایب معادله با کمینه‌کردن انحراف بین نتایج مدل و داده‌های صنعتی به دست آمد. نتایج نشان داد افت فعالیت کاتالیست در راکتورها منجر به افزایش غلظت استیلن در خروجی از واحد تا 23 بخش در میلیون می شود. بر اساس نتایج شبیه سازی میزان تبدیل استیلن در راکتور از حدود ۸۵% در ابتدای راه اندازی به 40% در انتهای دوره عملیاتی رسید. لذا با هدف کنترل غلظت استیلن خروجی از واحد در زیر مقدار مجاز 5 بخش در میلیون و بیشنه‌کردن نسبت اتیلن تولیدی به استیلن مصرفی، یک مسئله بهینه‌سازی پویا برنامه‌ریزی گردید. دمای خوراک و میزان هیدروژن تزریق شده به هر راکتور به عنوان متغیر‌های تصمیم‌گیری انتخاب شده و مقادیر بهینه این متغیرها در طول چرخه عملیاتی سالانه راکتورها با استفاده از روش ژنتیک الگوریتم مشخص به دست آمد. نتایج نشان داد با توجه به قیود عملیاتی موجود، تنها در 245 روز ابتدایی دوره امکان کنترل میزان استیلن خروجی در مقدار 5 بخش در میلیون وجود دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] سردشتی بیرجندی، محمدرضا؛ صادقی، جعفر؛ شهرکی، فرهاد، شبیه‌سازی، کنترل و آنالیز حساسیت کوره‌های شکست حرارتی واحد الفین پتروشیمی مروارید، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 42(3): 371 تا 385 (1402)
[2] Razani S., Farsi  M., Rahimpour M.R., Bolhassani A., Improving Cracking Severity in an Ethane Thermal Cracker Based on Dynamic Optimization Considering Process Limitations, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering, 40(4): 1277-1288 (2011)
[3] Rahimpour M., Dehghani O., Gholipour M., Yancheshmeh M.S., Haghighi S.S., Shariati, A., A Novel Configuration for Pd/Ag/α-Al2O3 Catalyst Regeneration in the Acetylene Hydrogenation Reactor of a Multi Feed Cracker, Chemical Engineering Journal, 198: 491-502 (2012)
[4] Müller H., Deller K., Vollheim G., Kühn W., Die Selektive Hydrierung von Acetylen im Herstellungsverfahren Für Vinylchlorid, Chemie Ingenieur Technik, 59(8): 645-647 (1987)
[5] Mostoufi N., Ghoorchian A., Sotudeh-Gharebagh R., Hydrogenation of Acetylene: Kinetic Studies and Reactor Modeling, International Journal of Chemical Reactor Engineering, 3(1): 1-17 (2005)
[6] Parhoudeh M. Mathematical Modeling, Optimization and Reconfiguration of Acetylene hydrogenation reactor in tail-end system, PhD Thesis, Shiraz University, 2003
[8] Fogler H.S., Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice-Hall International, New Jersey (2003)
[9] Argyle M.D., Bartholomew C.H., Heterogeneous Catalyst Deactivation and Regeneration: a Review, Catalysts, 5(1): 145-269 (2015)
[10] Samavati M., Ebrahim H.A., Dorj Y., Effect of the Operating Parameters on the Simulation of Acetylene Hydrogenation Reactor with Catalyst Deactivation, Applied Catalysis A: General, 567: 45-55 (2018)
[11] Gobbo R., Soares R.D.P., Lansarin M.A., Secchi A.R., Ferreira J.M.P., Modeling, Simulation, and Optimization of a Front-end System for Acetylene Hydrogenation Reactors, Brazilian Journal of Chemical Engineering, 21(͏4): 545-556 (2004)
[12] Bahrami S., Seifolahi M., Ghanaat F., Rahmani S., Modeling of Fixed-Bed Reactor for Hydrogenation of Acetylene in the Olefin Unit's, International Proceedings of Chemical, Biological and Environmental Engineering, 88: 54-58 (2015)
[13] Dehghani O., Parhoudeh M.,  Rahimpour M.R.,  Raeissi S.,  A New Configuration in the Tail-End Acetylene Hydrogenation Reactor to Enhance Catalyst Lifetime and Performance,  Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 65: 8-21 )2016)
[14] قیامی، طه؛ شهرکی، فرهاد؛ صادقی، جعفر؛ بیات، مهدی، بررسی مسیر دمایی بهینه پویا برای راکتورهای هیدروژن͏دار کردن استیلن، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، 20(69): 71-80 (1400)
[16] Xie F.M., Xu F., Liang Z.S., Luo X.L., Online Estimation for Catalyst Activity of Acetylene Hydrogenation Reactor. Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering, 15(2): 2406-2414 (2020).
[17] Dehghani O., Bolhasani A., Hosseini S., Darvishi A., Process Intensification of Selective Acetylene Hydrogenation Reactor by Bed Configuration Change: A Case Study of an Ethylene Plant. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 1(7): 100321 (2023).
[18] Mostoufi N., Ghoorchian A., Sotudeh-Gharebagh R., Hydrogenation of Acetylene: Kinetic Studies and Reactor Modeling. International Journal of Chemical Reactor Engineering. 3(1): Aug (2005)
[19] Tallmadge J.A., Packed Bed Pressure drop—An Extension to Higher Reynolds Numbers, AIChE Journal, 16(͏6): 1092-1093 (1970)
[20] Katoch S., Chauhan SS.,  Kumar V., Multimedia Tools and Applications, A Review on Genetic Algorithm: Past, Present, and Future. Multimedia Tools and Applications, 80: 8126-8091(2021)