آشنایی با واحد الفین در پتروشیمی

واحد الفین

طی سالیان گذشته صنعت پتروشیمی توانسته پیشرفت‌های روز افزونی داشته باشد. با توجه به تحولات ایجاد شده طی این سال‌ها صنعت کشور نیز رو به افزایش و رونق است. یکی از واحدهای بسیار مهم و کاربردی که این روزها در صنعت پتروشیمی در حال توسعه بود واحد الفین است. با وجود واحدهای الفین در صنعت کشور صنایع پتروشیمی در حال پیشرفت بوده و روزبه‌روز توسعه پیدا می‌کند. در ایران واحدهای الفین زیادی وجود دارد که هر کدام همچون یک سرمایه ارزشمند در حال بهره‌برداری هستند. واحد الفین چه نقشی در صنعت دارد؟ در ایران واحدهای الفین چه عملکردی از خود نشان می‌دهند؟ در واحد الفین چه اتفاقاتی صورت می‌گیرد؟

الفین چیست؟

از الفین‌ها با نام آلکان نیز یاد می‌کنند؛ این محصول ترکیبی از کربن و هیدروژن است که دارای یک یا چند جفت اتم کربن بوده که به واسطه یک نوع پیوند دوگانه به یکدیگر متصل می‌گردند. از الفین‌ها به نام هیدروکربن‌های غیراشباع نیز یاد می‌کنند. فرمول کلی الفین‌ها C_nH2_n است. الفین‌ها بسيار در طبیعت کمیاب بوده اما در مقدارهای زیادی به واسطه پردازش صنعتی متشکل می‌شوند. شکست حرارتی از اولین فرآیندهایی مخصوص برای تولید الفین است که طی ۲۰ سال گذشته توسعه پیدا کرد. اما با گذشت زمان روش‌های جدیدی برای تولید الفین‌ها به کار گرفته شد که شامل کراکینگ به همراه بخار و کراکینگ کاتالیزوری سیال است.

الفین ها چند دسته تقسیم می گردند؟

الفین‌ها به صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند:

الفین غیر حلقوی (آلیفاتیک) یا حلقوی که بین آنها یک پیوند دوگانه در بین اتم‌های کربن قرار دارد و قسمتی از یک حلقه (حلقه بسته) یا یک زنجیره باز را تشکیل می دهند.

همچنین الفین‌ها به صورت دیولفین‌ها، مونولفین‌ها، تری الفین‌ها و… که در آنها تعداد پیوندهای دوگانه در هر مولکول به ترتیب 1، 2، 3 یا تعداد دیگری است.

در واحد الفین چه می گذرد؟

واحدهای الفین موجود در صنعت جزو واحدهای بزرگی هستند که به عنوان قلب پتروشیمی‌ها از آنها یاد می‌کنند. تولید الفین در پتروشیمی‌ها صورت می‌گیرد و از آن به عنوان یک فرایند پتروشیمی یاد می‌کنند. در واحد الفین هیدروکربن‌های اشباع به هیدروکربن‌ها با سایز کوچک‌تر و بیشتر اوقات در حالت غیر اشباع تولید می‌گردند. در کارخانه‌های تولید الفین یکی از اجزا مهم نفت خام به حساب می‌آید که باید طیف بزرگی از محصولات با ارزش فراوان از طریق ان استخراج می‌گردد. اما یک مشکل اساسی در این کارخانه‌ها وجود دارد که لوله‌کشی و تجهیزات از فولاد کربنی متشکل هستند؛ برای کاهش خوردگی از تزریق اتیلن دی آمین در جریان یک کارخانه استفاده می‌کنند.

فرایند تولید الفین

باید گفت در سال ۱۹۴۰ اولین واحد الفین احداث گردید. از سری نام‌های دیگر این واحد می‌توان به واحد شکست اتان یا گازوئیل، واحد اتیلن، واحد شکست بخاری اشاره کرد. تا سال ۱۹۷۰ تولید الفین به کمک گاز طبیعی( پروپان و اتان) انجام می‌گرفت تا پس از گذشت سالیان از سال ۱۹۷۰ به بعد تولید اتیلن به کمک شکست گازوئیل و نفتا انجام شد و تا به امروز نزدیک به ۵۰ درصد از تولید الفین به این روش انجام می‌شود. به صورت کلی شرح فرایند تولید الفین از دو بخش شکست یا پیرولیز و تقطیر یا پالایش صورت می‌گیرد. مراحل تولید اتانول به صورت زیر باید طی شود:

1. تصفیه ِ خوراک
2. پیش گرمایش
3. کراکینگ حرارتی
4. سردسازی اولیه
5. فشرده سازی
6. سرد سازی
7. جداسازی
8. ذخیره سازی

قدم به قدم مراحل تولید الفین را بشناسیم

خوراک برای این واحد به شکل ترکیب از بوتان، هگزان، پنتان، اتان و… است. خوراک اتان به شکل گاز بوده و با کنترل فشار در مبدل‌های حرارتی پیش گرم می‌شود. همچنین بوتان مایع در محفظه تبخیر به همراه جریان بخار آب و در فشار پایین تبخیر می‌گردد و سپس به سمت کوره برای پیش‌گرم می‌رود. خوراک نفتا به صورت مایع بوده و به کمک quench oil تا دمای ۱۰۵ درجه گرم می‌شود و با پمپ به سمت کوره هدایت می‌گردد. خوراک پیش‌گرم شده برای انجام عملیات کراکینگ حرارتی باید به واحد پیرولیز ارسال می‌شود و در این قسمت شکست هیدروکربن‌های سنگین صورت می‌گیرد. در دماهای بالا هیدروکربن‌ها ناپایدار شده و به متان، الفین‌ها، هیدروژن و آروماتیک‌ها تجزیه می‌گردند.

خوراک پس از خروج از کوره برای کاهش دما و توقف فرایند شکست و عدم ورود به فرایند پلیمریزاسیون به برج Quench Water هدایت می‌شوند. دما گازهای خروجی از کراکینگ تا حدود ۲۵ درجه سرمایش شده و به دمای Quench Water نزدیک شده و با دمای پایین به کمپرسور وارد می‌شود.

با افزایش فشار گازهای کراکینگ شده فشرده‌سازی می‌شوند و حدودا اندازه آنها ۱۰۰ برابر مقدار اولیه می‌گردد. گازها پس از تراکم با افزایش دما روبه می‌شوند و بعد از هر مرحله برای اطمینان خاطر از مایع شدن به مبدل‌های سردکننده ورود پیدا می‌کنند. در ایجا به کمک Suction Drum به کمپرسور وارد شده و در این مرحله اجزای سنگین با آب به صورت مایع جدا می‌شوند. پس از مرحله سردسازی که اتیلن و هیدروکربن‌های سنگین به حالت میعان تبدیل می‌گردند باید اینگونه بیان کرد که در هر مرحله هیدروکربن‌های سنگین به حالت مایع شده و جداسازی انجام می‌گیرد و مابقی مواد به صورت گاز وارد مرحله بعد می‌شوند در اینجا جداسازی توسط برج تفکیک انجام می‌گیرد و متان، هیدروژن، اتان، اتیلن، پروپیلن و سایر مواد سنگین جدا می‌گردند. در این مرحله به دلیل بالا بودن فشار و کاهش دما باید ایزولاسیون برای حفظ سرما صورت گیرد. ناگفته نماند در این مرحله باید حذف استیلن به کمک روش هیدروژناسیون انجام شود و در مرحله آخر به کمک کمپرسور، مبدل‌های حرارتی اتیلن سرد شده و در مخازن ذخیره می‌گردند.

محصولات واحد الفین

محصولاتی که از واحد الفین به دست می‌آیند شامل اتیلن، پروپیلن، برش‌های C4، گازوئیل پیرولیز، بنزین پیرولیز خام، نفت کوره و سوخت است.

اتیلن

گازی بی رنگ، بودار، دما جوش 155F

اتیلن مایع به میزان فشار بالا و دمای خیلی پایین

انجام انتقال اتیلن به کمک خط لوله به صورت گاز صورت می‌گیرد.

پروپیلن

گازی اشتعال پذیر و بی رنگ با دمای جوش -54F

امکان جابه‌جایی با خط لوله و تانکر

تولید به کمک سه درجه خلوص:

درجه پلیمری( بالای ۹۹ درصد)

درجه شیمیایی( ۹۰_۹۲ درصد)

درجه پالایشگاهی( ۵۰_۷۰ درصد)

کوره های مخصوص عملیات کراکینگ

در عملیات پیرولیز نیاز به کوره است؛ این تجهیز  دارای کویل‌هایی با قطر ۴ الی ۶ اینچ در داخل راکتور از نوع جریان پلانگ است که خوراک به هنگام گذر از داخل کویل‌ها دمای آن به ۱۵۰۰ درجه فارنهایت رسیده و پیرولیز می‌شود.

درون کوره را سه بخش تشکیل داده است:

• Fire Box: در این قسمت از کوره حرارت تولید شده درون مشعل‌های دیواره و کف به کمک کویل‌ها تشعشعی به همراه مکانیزم تشعشع گاز جذب انجام می‌گیرد.
• Convection zone : جابجایی گازها در اثر سوخت صورت می‌گیرد.
• Stake

کاربرد الفین ها را بشناسیم

همانطور که تا به اینجا بیان کردیم الفین‌ها یکی از کابردی‌ترین محصولات در صنایع پتروشیمی محسوب می‌شوند. از الفین‌ها در ساخت محصولات پلاستیکی، پلیمر مصارف پزشکی، انواع لوله آب‌ها، رزین، روان کننده، صنایع خودروسازی، الاستومر و اکثریت موادی که به نام پلاستیک هستند از الفین تهیه می‌شوند. باید بدانید که به صورت طبیعی الفین‌ها در طبیعت موجود نیستند و به واسطه پتروشیمی و کارخانجات شیمیایی و پالایشگاه‌ها تولید می‌گردند.

چگونه تاثیرات منفی الفین ها بر محیط زیست را کاهش دهیم؟

شما می‌دانید که در الفین‌ها متشکل از مشتقاتی به کمک هیدروکربن‌ها هستند؛
حجم قابل توجه و زیادی از سوخت‌های فسیلی می‌بایست در زنجیره پردازش شیمیایی سوزانده شوند تا حرارت و گرما کافی برای آتش زدن راکتورهای شیمیایی تامین گردد. اگر از راکتورهای شیمیایی کثیف و مضرر به همراه سوخت فسیلی با فوتورآکتورها انتشار گازهای گلخانه‌ای که مربوط به الفین‌ها هستن استفاده کنید به صورت چشمگیری مضرات الفین‌ها را کاهش می‌دهد.

کک زدایی در عملیات الفین چگونه صورت می گیرد؟

در فرآیند الفین امکان رسوب کک درون لوله‌ها و خطوط منجر به کاهش انتقال حرارت و کاهش راندمان گرم شدن اتان درون کوره می‌شود به همین علت باید حتما کوره را خاموش کرده و کک زدایی کرد. از روش‌های زیر برای کک زدایی استفاده می‌کنند:

کک زدایی با بخار( STEAM ONLY ECOKING (

در این روش کک با بخار آب واکنش خواهد داد:

C+H₂O             CO+H₂

این واکنش از نوع گرماگیر است و همین موضوع باعث افزایش ناگهانی دما نمی‌گردد.

 کک زدایی با بخار و هوا (STEAM -AIR DECOKING)

C + O2         CO2

این واکنش از نوع گرمازا بوده و باعث افزایش دما کوره می‌شود به همین خاطر باید دمای Coil کنترل گردد.

کلام پایانی

همانطور که تا به اینجا بیان شد واحد الفین یکی از ضروری‌ترین واحدهای موجود در صنعت است که باید برای ساخت تمامی تجهیزاتی که ما با نام پلاستیک از آنها یاد می‌کنیم مورد استفاده قرار گیرد. واحد الفین در اکثر پتروشیمی‌ها وجود دارد و به کمک مواد اولیه همچون اتان، پروپان، نفتا و… برای ساخت این محصول استفاده می‌کنند. از تجهیزات مهمی که در واحد الفین بسیار کارایی دارد کوره است عملکرد کوره‌ها در واحد الفین بسیار اهمیت دارد. ناگفته نماند که از واحد الفین با نام قلب پتروشیمی‌ها یاد می‌کنند.