دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرایند

عنوان:

بررسی و مطالعه فرآیند تولید سوخت های مصنوعی به روش GTL

چکیده:

سوخت مصنوعی هرگونه فرآورده ای را گویند که از روش و منشا غیر از آنچه معمول است تولید می شود. سوخت مصنوعی به عنوان جایگزینی برای سوخت های فسیلی که از نفت خام تولید می شوند مطرح می باشد. چنین سوختی از گاز طبیعی، زغال سنگ و یا مواد با ساختار بیولوژیکی قابل به دست می آید. روش های مختلف در تولید سوخت های مصنوعی براساس ماده اولیه انجام فرآیند، روش های CTL و BTL و GTL می باشند. روش CTL روشی به نسبت قدیمی تر می باشد که طی آن سوخت مصنوعی از منشا زغال سنگ حاصل می شوند. روش BTL روشی نوپا است که به دلیل تولید سوختی پاکیزه در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به دلیل وجود ذخایر گازی بسیار در جهان روش GTL روشی است که در طی این سالیان بیشتر مورد توجه قرار داشته است. کشور ما ایران نیز به دلیل داشتن ذخایر بسیار گاز طبیعی، می تواند به چنین تکنولوژی دست یابد. از این رو در این گزارش بیشتر به بررسی روش GTL پرداخته ایم و فرآیندهای مختلف تولید چنین سوخت هایی را بررسی کرده ایم.

فصل اول

1-1- مقدمه

سوخت مصنوعی به هرگونه محصول سوختی مایعی اطلاق می شوند که از منشا غیر از آنچه معمول است حاصل می شوند. همانطور که می دانیم منشا تولید سوخت ها، نفت خام است اما با توجه به آنکه ذخایر نفتی روبه کاهش است و قیمت آن روندی صعودی را پیش گرفته است، بشر را به سوی منابعی غیر از نفت خام سوق داده است. منابع غیر از نفت خام شامل زغال سنگ، گاز طبیعی و یا ترکیباتی با ساختار بیولوژیکی می باشند. این سه منشأ مهمترین منابع در تولید سوخت مصنوعی به حساب می آیند. روش های کلی تولید سوخت های مصنوعی به سه دسته کلی زیر تقسیم می گردند:

– تبدیل زغال سنگ به مایعات هیدروکربنی (CTL)

– تبدیل گاز طبیعی به مایعات هیدروکربنی (GTL)

– تبدیل موادی با ساختار بیولوژیکی به مایعات هیدروکربنی (BTL)

زغال سنگ توانایی تبدیل به بنزین و سوخت دیزل را دارا می باشد. روش های مستقیم و غیر مستقیمی را برای فرآیند CTL می توان برشمرد. همانطور که از نام فرآیند تبدیل مستقیم بر می آید، فرآیندی است که در آن زغال سنگ مستقیما به سوخت های مصنوعی تبدیل می شود، این تکنولوژی در ابتدا توسط Friedrich Bergius به صورت تجاری در آلمان مطرح شد و توسعه یافت، این اتفاق پیش از سال های جنگ جهانی دوم حادث شد و در سال های جنگ نیز روند صعودی خود را ادامه داد ولی پس از آن بنابه دلایلی نظیر هزینه های عملیاتی و استفاده مجدد از ذخایر نفتی در اوایل دهه 1950 استفاده از آن کاهش یافت. در سال های اخیر نیز تحقیقات بر توسعه این تکنولوژی در سیستم های آزمایشگاهی محدود شده است و این مسأله دلیلی به جز هزینه های بالا نداشته است. به هرحال با افزایش روزافزون قیمت نفت خام می توان دورنمایی برای این فرآیند در نظر گرفت. آنچه حائز اهمیت است این که این فرآیند بایستی از لحاظ اقتصاد طرح و مسائل زیست محیطی مورد تصحیح و بازبینی قرار گیرد.

دو نمونه از فرآیندهای مستقیم تبدیل زغال سنگ، فرآیندهای Bergius و Karrick می باشند. در فرآیند Bergius شاهد ترکیب زغال سنگ خرد شده با هیدروژن هستیم که طی دو مرحله بنزین با عدد اکتان بالا حاصل می شود. فرآیند Karrick را می توان یک کربناسیون دما پایین زغال سنگ، قیر، سنگ رست و یا هر ماده کربن دار دیگری دانست. بنزینی که از فرآیند کربناسیون دما پایین زغال سنگ به دست می آید دارای کیفیتی معادل با بنزین همراه با تترا اتیل سرب است.

اما زغال سنگ به صورت غیرمستقیم هم قادر به تولید سوخت های مصنوعی می باشد. برخلاف روش مستقیم، در روش غیرمستقیم شاهد مرحله میانی در تولید سوخت مصنوعی هستیم. اولین مرحله فرآیندی، تبدیل زغال سنگ به گاز سنتز می باشد. برای این کار رآکتورهای متنوعی به منظور تولید گاز سنتز موجود می باشند. گاز سنتز طی عملیات بیشتر، در ادامه سرد شده و خالص سازی می شود و پس از جدا کردن آلودگی ها تحت فرآیند بیشتر قرار می گیرد و طی فرآیندی کاتالیستی توانایی تبدیل شدن به طیف وسیعی از فرآورده ها را دارا می باشد. این فرآورده ها محصولاتی نظیر بنزین و سوخت دیزل می باشند. فرآیندهایی نظیر سنتز فیشر تروپش و MTG به منظور تولید سوخت مصنوعی از گاز سنتز به صورت تجاری مطرح می باشند. از زمان کشف فرآیند فیشر تروپش در دهه 1920 در طی سالیان متمادی این فرآیند دستخوش تحولات گسترده و توقف های بسیاری بوده است. تحقیقات بر روی فرآیند سنتز فیشر تروپش ادامه داشته تا آنکه در 1927 فرآیند Winkler برای گازدار کردن زغال سنگ در یک بستر سیال ارائه گشت. فرآیند مزبور با سپری کردن سیر تکاملی در اواخر 1930 و اوایل 1940 به صورت تجاری درآمده است. با ایجاد چنین واحد تجاری در تولید گاز سنتز مسیر برای تحقیقات بیشتر در توسعه و تجاری نمودن فرآیند سنتز فیشر تروپش هموارتر شد. شرکت معتبر ساسول اولین واحد تولید سوخت مصنوعی از زغال سنگ را با استفاده از فرآیند سنتز فیشر تروپش در سال 1955 و در افریقای جنوبی تجربه کرده است. شرکت ساسول فازهای بعدی این طرح را نیز در افریقای جنوبی براساس پیشرفت های صورت گرفته طراحی رآکتورهای سنتز فیشر تروپش توسعه داده است.

سوخت حاصل از فرآیند BTL سوختی پاکیزه می باشد که از لحاظ معیارهای سازمان محیط زیست در حد بسیار مناسبی قرار دارد. به منظور تولید چنین سوختی روش های مختلفی وجود دارد. روش های مستقیم در تولید سوخت های با منشا بیولوژیکی شامل واکنش های جایگزینی استری شدن روغن های گیاهی و حیوانی می باشند. چنین واکنش های مستقیمی به صورت کاتالیستی و یا بدون استفاده از کاتالیست قابل انجام می باشند. در طی واکنش کاتالیسیتی جایگزینی استری شدن شرایط واکنشی و محصول نهایی تا حدی مناسب تر خواهد بود. روش مستقیم معمول در تولید سوخت های مصنوعی با منشا بیولوژیکی واکنش روغن سویا متانول در حضور کاتالیست های قلیایی می باشد. چنین روش هایی، روش های صنعتی با ظرفیت تولید بالا نیستند. به عنوان مثال تا پایان سال 2010 تنها 2 الی 5% از حجم مصرف سوخت اروپا از منابع بیولوژیکی تامین خواهد شد. این روش ها و تولید چنین سوختی، روشی نوپا بوده و توجه موسسات تحقیقاتی و محققان را به خود جلب کرده اند، از سوی دیگر این سوخت ها با منشا بیولوژیکی بسیار پاکیزه بوده و این مساله نیز دلیلی دیگر بر توجه افزون تر به سمت توسعه و تولید چنین سوخت هایی می باشد.

تولید سوخت های مصنوعی از منشا بیولوژیکی از طریق تولید گاز سنتز و روش های غیرمستقیم تبدیل نیز قابل حصول می باشد. گاز سنتز حاصل از ترکیباتی این چنین شامل متان، دی اکسید کربن، منوکسید کربن و هیدروژن می باشد، که به منظور استفاده در فرآیند سنتز فیشر تروپش ترکیب مناسبی ندارد و محتوی متان این گاز سنتز بالا می باشد. از اینرو بایستی تحت ریفرمینگ قرار گرفته و ترکیب آن به صورتی مناسب و قابل استفاده در فرآیند سنتز فیشر تروپش درآید.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.