صنایع شیمیایی و پتروشیمی اغلب با مواد شیمیایی خطرزا و واحدهای عملیاتی تحت شرایط دما و فشار بالا نظیر راکتورها و تانک های ذخیره سروکار دارند. بنابراین احتمال وقوع حوادثی از قبیل انفجار، آتش سوزی و نشت مواد سمی در آنها وجود دارد. این حوادث ممکن است به علت اشکالات فرایندی، نقص دستگاه ها و یا خطاهای انسانی ایجاد شوند. رشد صنایع در کنار رشد جمعیت انسانی نه تنها باعث تکرار حوادث، بلکه موجب افزایش خسارات ناشی از حوادث نیز شده است. بعضی مواقع این خسارات سنگین و جبران ناپذیر می باشند. امروزه ایمنی فرایندها جهت جلوگیری از حوادث و یا کاهش خسارات ناشی از آنها به طور جدی مورد توجه قرار گرفته است.
2-1- ضرورت ایمنی از دیدگاه آمار
– کشته شدن 20 نفر و مجروح شدن 220000 نفر ناشی از نشت گاز سمی دی اکسین در ایتالیا در سال 1976.
– کشته شدن 2000 نفر و مصدوم شدن بیش از 200000 نفر به علت نشت گاز سمی متیل ایزوسیانات در سال 1984 در بوپال هندوستان.
– کشته شدن 2 کارگر در حادثه انفجار نیروگاه اتمی چرنوبیل و نشت مواد رادیواکتیو در سطح وسیع و به دنبال آن از بین رفتن بیش از 2
9 نفر بر اثر قرار گرفتن در معرض گازهای رادیواکتیو در سال 1986.
– کشته شدن 16 نفر ناشی از انفجار ابر بخار پروپان سال 1988 در امریکا.
– کشته شدن 23 نفر بر اثر انفجار توپ آتش ایزوبوتان در سال 1989 در امریکا.
– کشته شدن 35 نفر بر اثر آتش سوزی و انفجار هیدروکربن در سال 1990 در هندوستان.
– کشته شدن 10 نفر بر اثر آتش سوزی نفتا در سال 1997 در هندوستان.
– کشته شدن 60 نفر بر اثر آتش سوزی و انفجار مخازن LPG در سال 1997 در هندوستان.
– کشته شدن 3 نفر و مجروح شدن بیش از 43 نفر بر اثر انفجار پالایشگاه الاحمدی در کویت در سال 2000.
– کشته شدن 22 نفر و ناپدید شدن 15 نفر و مجروح شدن بیش از 650 نفر بر اثر انفجار یک واحد عظیم پتروشیمی در شهر تولوز فرانسه در سال 2001.
آمار ذکر شده در بالا می تواند دلیل بسیار خوبی برای لزوم رعایت اصول ایمنی نه تنها در واحدهای شیمیایی بلکه در تمام زمینه ها باشد.
حوادث فوق الذکر هرچند که از نظر چگونگی اتفاق و نوع ماده شیمیایی با یکدیگر متفاوتند، اما در چند مورد اساسی اشتراک دارند که عبارت هستند از عدم کنترل آتش، انفجار و یا نشت مواد سمی و در نتیجه کشته و زخمی شدن افرادی در داخل و خارج از واحدهای فرایندی، ماندگار بودن اثرات ناشی از این حوادث و آلودگی محیط زیست.
:
در سال های اخیر میزان برداشت از میادین نفتی اسیدی در سراسر جهان روبه افزایش است. این در حالی است که با توجه به ارزش اقتصادی پایین نفت های اسیدی تکاپوی بسیاری در بین کشورهای نفت خیز جهت یافتن روشی جهت کاهش اسیدیته نفت خام صورت گرفته است.
از طرف دیگر کشورهای دارای تکنولوژی ساخت پالایشگاه ها از نفت های اسیدی به دلیل ارزش اقتصادی پایین استقبال به عمل می آورند که البته آنها نیز در جستجوی پیدا کردن روش هایی جهت پیشگیری از خوردگی ناشی از اسیدیته در تجهیزات فرایندی همانند سپراتورها، مخازن، خطوط لوله و بویلرها و نمک زداها می باشند. هرکدام از این روش ها اعم از روش های کاهش اسیدیته نفت خام (مستقیم عملیاتی) و روش های پیشگیرانه (غیرمستقیم کنترلی) نیاز به بررسی مجزا و کامل جهت رسیدن به هدف مطلوب دارند.
از این رو در این پایان نامه سعی شده است با توجه به اینکه کشورمان از جمله کشورهای نفت خیز جهان می باشد و اقتصاد نفتی بر روی اقتصاد کشور تاثیر مستقیم می گذارد در ابتدا مشکلات مربوط به طور بنیادی مورد تحقیق قرار گرفته و سپس راهکارهای مختلف با توجه به شرایط بررسی و راهکارهایی جهت کاهش اسیدیته نفت خام پیشنهاد شود. پیشنهاد جهت بکارگیری فرایند استخراج با حلال و بررسی امکان بکارگیری روش های جداسازی غشایی جهت بازیابی حلال در این پایان نامه مورد بحث قرار گرفته است که البته بررسی امکان به کارگیری فرایندهای جداسازی غشایی به عنوان فرایند تکمیلی جهت کاهش اسیدیته نفت خام به عنوان موضوع پایان نامه مورد تاکید قرار
گرفته است.
فصل اول
1- کلیات:
1-1) هدف
با توجه به مضرات نفت های سنگین و اسیدی اعم از ارزش اقتصادی پایین – خورندگی بالا (در خطوط لوله – تجهیزات فرایندی سرچاهی – تجهیزات فرایندی در پالایشگاه ها) – ایجاد اشکال در فرایند جداسازی آب از نفت در نمکزداها و سیستم دفع آب زاید صنعتی به دلیل اسیدی بودن آن لزوم تحقیق در این مقوله در حال حاضر احساس می شود.
با ملاحظه مدارک موجود مشخص شده است که نفت استحصالی از میدان نوروز اسیدی می باشد و متاسفانه باعث به وجود آمدن مشکلاتی در فرایندهای جداسازی و نمک زدایی گردیده است. با جستجو در مقالات تحقیقاتی و مطالعات صورت گرفته بر روی روش های به کار برده شده جهت کاهش میزان اسیدیته نفت خام، امکان استفاده از فرایندهای استخراج با حلال و جداسازی غشایی (بازیابی حلال) به کمک نرم افزار Hysys 3.2 در مرحله اول و همچنین KMS ROPRO 7.0 در مرحله دوم بررسی گردیده است. لازم به ذکر است در شبیه سازی صورت گرفته هدف اصلی به طور کلی بررسی امکان استخراج ترکیب اسید آلی محلول در نفت توسط حلال انتخابی و همچنین بازیابی آن به کمک فرایندهای جداسازی غشایی (اسمز معکوس) می باشد. از اینرو مسلما نتایج به دست آمده به طور مستقیم قابل به کارگیری در مورد نفت خام نوروز نمی باشد و با لحاظ کردن نتایج آزمایشگاهی دقیق با اصلاحاتی قابل تامل خواهد بود.
2-1) پیشینه تحقیق
در زمینه کاهش اسیدیته نفت خام تحقیقات و فعالیت های مختلفی صورت گرفته است از قبیل:
– کاهش اسیدیته نفت خام با بهره گرفتن از راکتورهای کاتالیستی
– کاهش TAN با مخلوط کردن نفت خام اسیدی با نفت خام شیرین
– کاهش TAN با افزودن محلول قلیایی
متاسفانه تاکنون روش جامعی جهت نیل به این هدف به دست نیامده است.
:
از اواسط قرن هفدهم که انسان در راه صنعتی شدن گام برداشت و منافع و رفاه خود را در پیشرفت صنعتی جستجو می نمود تا به امروز که حدود 350 سال میگذرد، میلیونها نفر جانشان دستخوش ناآشنایی و عدم تجربه و بی تفاوتی گردیده است و حقیقت تلخ آن است که هر تصادف و یا هر حادثه بارها تکرار شده است.
موضوعی که در کنار رشد صنعتی مورد توجه قرار گرفت مخاطرات و ریسکها می باشند که جزئی لاینفک از صنعت خصوصا صنایع شیمیایی میباشند. کنترل این خطرات و جلوگیری از وقوع حوادث سبب شد تا مهندسان، ایمن سازی را به عنوان جزئی از اصول مهندسی کار خود قرار دهند و بدین ترتیب ایمنی (safety) و طراحی واحدهای فرایندی ایمن جزء دغدغه های فکری مهندسان گردید.
اهمیت ایمنی در صنعت از دو دیدگاه مطرح گردیده است.
1- حفاظت از جان افراد و کارمندان
2- جنبه های اقتصادی
بی شک در طول قرن های متمادی هیچ چیز برای انسان مهم تر از حفاظت جان نبوده است از این رو ساخت واحد فرایندی به گونه ای که در حین انجام کار جان کسی به خطر نیفتد بدیهی می نمود. وقوع حوادثی همچون بوپال هند اهمیت این موضوع را یادآوری می نمود.
از سویی دیگر نصب سیستم های ایمنی و یا به عبارت بهتر، ساخت واحدهای فرایندی ایمن همراه با تحلیل هزینه های اقتصادی بود، اما هزینه های اقتصادی ناشی از حوادث در کارخانه ها نشان داد که اینگونه هزینه ها نه تنها اضافی نبوده بلکه لازمند و سرمایه داران را بر
آن داشت تا تعاملی را بین هزینه های اقتصادی و نصب سیستمهای ایمنی برقرار نمایند تا از هزینه های ناشی از وقوع حوادث در امان بمانند.
برای یک سازمان فقدان یک متخصص که سالها برای تربیت او سرمایه و وقت مصرف شده، زیان سنگینی به شمار می آید.
در سازمان های تولیدی که اصول ایمنی و حفاظت فنی رعایت نمی شود، روحیه کارکنان نیز ضعیف و متزلزل است و حتی امکان دارد کارگر خوب و درجه اول از خدمت در چنین سازمان هایی امتناع بورزد. بنابراین اجرای تدابیر و برنامه هایی به منظور رعایت ایمنی و حفاظت فنی کارکنان، در درجه اول اهمیت، در راستای تامین و نگهداری نیروی انسانی قرار دارد.
ایمنی به مجموعه تدابیر، اصول و مقرراتی گفته می شود که با به کار گرفتن آنها بتوان نیروی انسانی و سرمایه را در مقابل خطرات مختلف و محتمل در محیط های صنعتی به نحو موثری حفظ و حراست کرد ویک محیط کاری بی خطر و سالم جهت افزایش کارایی کارکنان به وجود آورد.
دسته بندی خسارات بر اساس قابلیت سنجش آنها:
1- خسارات قابل سنجش- این خسارات شامل کلیه هزینه هایی می شود که باید برای جبران خسارت پرداخت گردد. مانند: هزینه های درمانی، هزینه تعمیرات، حقوق ایام بیماری و از کار افتادگی و مستمری بازماندگان و…
2- خسارات غیر قابل سنجش – این دسته، خساراتی هستند که آثار آنها غالبا در دراز مدت خلاصه می شود و به آسانی نمی توان مقدار آنها را از نظر کمی برآورد کرد. به عنوان مثال ناراحتی ها و تالمات روحی فرد حادثه دیده و سایر کارگران همجوار محل حادثه و همچنین زیان از دست دادن نیروی انسانی ماهر و کار آزموده از جمله این خسارات به حساب می آیند. با توجه به بررسی های بعمل آمده در اکثر
کشور های صنعتی مشخص شده است که هزینه های غیر مستقیم هر حادثه حداقل چهار برابر هزینه های مستقیم است که حتی این رقم در کشور های مختلف فرق می کند (مثلا در استرالیا در حدود 12 برابر)… با عنایت به افزایش هزینه های ناشی از کار در ایران و عنایت به سیر صعودی غیر منطقی آن، چنین به نظر می رسد که تولید در کشور ما به لحاظ ضایعات نیروی انسانی ناشی از کار، از هزینه بسیار بالایی برخوردار است. همان طوری که مشاهده می شود (جدول 1) در حالی که در دهه 1360 تعداد بیمه 4 برابر شده است بدین معنا که سرعت افزایش هزینه مستمری 2/5 برابر شده است که شتاب آن نزدیک سه برابر شتاب افزایش تعداد بیمه شدگان است. و همه این ارقام که فقط شامل هزینه های مستقیم می باشند. لزوم توجه بیشتر به مقوله ایمنی و پیش گیری از حوادث ناشی از کار را آشکار می سازد.
:
پیشرفت روز افزون بشر در زمینه كامپیوتر ها و توان بالای محاسباتی آنها بر سرعت تحقیقات افزوده و از این طریق كمك بزرگی به توسعه علم وتكنولوژی نموده است. صنایع شیمیایی نیز از این ره آورد قرن بیست و یكم بی نصیب نمانده اند بطوریكه امروزه، استفاده از كامپیوترها جزئی لاینفك از هرگونه برنامه تحقیقاتی در زمینه طراحی فرایندها و واحدهای صنعتی بشمار می رود. در حقیقت در سالهای اخیر طراحی واحدهای صنعتی با بهره گرفتن از مدل سازی و شبیه سازی واحدهای صنعتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این روش محققین را قادر ساخته تا در كمترین مدت و بدون صرف هزینه های هنگفت یک واحد صنعتی ر ا طراحی نمایند و اثرات تغییرات پارامترهای مختلف برروی سیستم را مطالعه نموده و با توجه به شرایط موجود، بهترین طراحی را در كوتاه ترین زمان ارائه دهند. بطور مثال با مدل سازی و شبیه سازی یک راكتور، میتوان اثرات تغییر نوع و میزان خوراك ورودی، فشار، درجه حرارت و… را بر روی توزیع محصولات خروجی، براحتی و در كوتاهترین زمان ممكن مشاهده نموده و با توجه به نیاز بیشتر به محصولی خاص، این پارامترها را تغییر داده و بهترین شرایط را برای رسیدن به هدف مشخص نمو د .موردی كه مادر اینجا به بررسی آن می پردازیم پیرو لیز یا شكست حرارتی (Thermal Cracking) پروپان می باشد؛ این فرایند منجر به تولید اولفین ها و دی اولفین ها و تا حدی آروماتیک ها می گردد كه همگی از مواد پایه و مهم درصنایع پتروشیمی بشمار می روند.
برای شبیه سازی یک راكتور شكست حرارتی، لازم است ابتدا مدل سینتیكی مناسبی كه مكانیزم واكنش های شكست حرارتی را مشخص میكند، در نظر گرفته شود. مدلی كه در اینجا مورد استفاده قرار گرفته، مدل مولكولی است كه توسط (Sundaram (1976 و Froment و
بر اساس تحقیقات انجام شده بر روی یک واحد نیمه صنعتی شكست حرارتی، ارائه شده و نتایح حاصل از بكارگیری آ ن با نتایج صنعتی بخوبی مطابقت داشته است. در مرحله دوم، بكمك مدل سینتیكی مورد نظر ، بر روی تركیبات موجود در راكتور، موازنه جرم نوشته می شود و سپس با توجه به مشخصات حرارتی سیستم و مشخصات ساختمانی راكتور و خصوصیات سیال، موازنه حرارتی و موازنه مومنتم انجام میشود . نهایتا با شبیه سازی مدل ساخته شده و اعمال شرایط مرزی مناسب توسط نرم افزار Fluent 6.2، تركیب درصد هر یک از اجزاء موجود در مخلوط گازی درون راكتور، فشار، درجه حرارت و میزان تبدیل در هر نقطه از طول راكتور مشخص میشود.
فصل اول
1-1- صنعت پتروشیمی:
پتروشیمی امروزه به صنایع بزرگی اطلاق میشود كه مواد اولیه آ ن از نفت و گاز طبیعی بدست آمده و محصولات آن در كلیه شئونات زندگی بشر مصرف دارند.
درحقیقت، پتروشیمی صنعتی است وابسته به نفت كه از مواد نفتی محصولات غیر نفتی تولید میكند این صنعت درحدود هفتاد سال قبل ، با تهیه الكل ای زوپروپیل (ایزوپروپانول) از پروپیل آغاز شد و سی سال پیش از آن بود كه اولین دوره پتروشیمی در یكی از دانشگاه های امریكا در ایالات تگزاس برگزار شد.
صنعت پتروشیمی به دلیل عوامل زیر، از رشد چشمگیری در این مدت ك وتاه برخوردار بوده است:
1) وفور و ارزانی مواد اولیه
2) ارزش افزوده محصولات پتروشیمی
ارزش افزوده فرآورده های نهایی نزدیک به ده تا پانزده بر ابر ارزش مواد اولیه آن می باشد. بررسی های به عمل آمده نشان میدهد كه در حال حاضر از كل هیدرو كربن های تولیدی در جه ان فقط 5% بعنوان مواد اولیه در صنایع پتروشیمی به مصرف می رسد. ولی ارزش فراورده های ساخته شده از این 5% در حدود دو برابر ارزش محصولات نفتی است كه از بقیه 95% هیدروكربن های تولیدی به فروش می رسد.
3) تنوع فراورده های پتروشیمی و اهمیت آنها در رابطه با زندگی بشر
4) امكان جایگزینی فراورده های پتروشیمی با فراورده های طبیعی در ابعاد مختلف
5) تنوع روش ها و طرق ساخت یک محصول پتروشیمی با بهره گرفتن از مواد اولیه متفاوت
6) امكان تولید زیاد و سریع محصولات پتروشیمی
7) بهبود در سایر تكنولوژی ها در رابطه با مصرف محصولات پتروشیمی
در حقیقت گسترش صنایع پتروشیمی اثرات چشمگیر و پر اهمیتی در پیشرفت اقتصادی و توسعه صنایع و بالا بردن سطح تكنولوژی در جهان داشته است. مجموعه عوامل فوق سبب شده تا امروزه، تولید فراورده های پتروشیمی بعنوان یک صنعت مهم در كشورهای توسعه یافته صنعتی و یک آرمان و هدف برای كشورهای در حال توسعه مطرح باشد، علی الخصوص كشورهای خاورمیانه كه از منابع غنی نفت و گاز برخوردارند.
در حال حاضر، آمریكا بزرگترین تولید كننده محصولات پتروشیمی در جهان است این صنعت در آمریكا بعد از جنگ بین المللی دوم با سرعت چشمگیری توسعه پیدا كرد بطوریكه از سال 1980 تقریباً نیمی از ارزش تولیدات آن را گروه صنایع شیمیایی تشكیل می داد كه از این گروه هم حدود 90% آن مربوط به ارزش محصولات پتروشیمی است. بعد از امریكا ژاپن از نظر تولید محصولات پتروشیمیایی در مقام دوم جهان قر ار دارد. قسمت اعظم صنایع پتروشیمی ژاپن از سال 1957 به بعد پایه ریزی شد، اما رشد این صنایع آنقدر سریع و چشمگیر بود كه ژاپن را در مدت نسبتاً كمی به مقام دوم تولید كننده در جهان ارتقاء داده است.
در كشورهای اروپای غربی هم قسمت اعظمی از تولیدات صنعتی مربوط به صنایع پتروشیمی است. بیشتر مواد پتروشیمی در اروپا و بویژه آلمان حتی قبل از اینكه در سایر نقاط جهان شناخته شوند، تهیه می گردید. با توجه به حجم و ارزش تولیدات این كشور نیز در رده سوم قرار میگیرد.
آلودگی آب مشکل بزرگی است. به طوری که نتایج پژوهش پیرامون آن از صدها بلکه هزاران مقاله، مجله و کتاب تجاوز می کند. این آلودگی توسط پساب های کارخانجات، باران های اسیدی، شوینده ها، پساب های آبهای کشاورزی و غیره انجام می گیرد. آب مورد استفاده باید عاری از هرگونه آلودگی باشد. آب مناسب جهت مصرف انسان ها آب آشامیدنی نامیده می شود. آبی که مناسب آشامیدن نباشد توسط روش های مختلف مانند فیلتراسیون یا تقطیر و ضدعفونی کردن می تواند قابل آشامیدن شود. آب نامناسب جهت شرب ولی بی ضرر معمولا می تواند به مصارفی نظیر استحمام برسد. چنین آبی “Safe Water” نامیده می شود.
در دسترس بودن آب آشامیدنی در حال حاضر یکی از بزرگترین چالش های اجتماعی و اقتصادی در بسیاری از نقاط جهان است. امروزه حدود 1 میلیارد نفر در سراسر دنیا به آب سالم قابل آشامیدن دسترسی ندارند. حدود 5 میلیون مرگ در سال به دلیل مصرف آب آلوده در جهان اتفاق می افتد.
بنابه گزارش سازمان بهداشت جهانی، دسترسی به آب سالم می تواند از 1.4 میلیوم مرگ کودکان در هر سال جلوگیری کند. در کشورهای در حال توسعه 90% فاضلاب ها بدون هیچ گونه تصفیه وارد رودخانه ها و آب های سطحی می گردد و منابع آبی پیوسته آلوده تر می گردند. هیچ کس منکر این واقعیت نیست که آب مایه حیات انسان هاست. به همین علت هم حفظ منابع آبی و حفاظت آنها از آلودگی از
درجه اهمیت زیادی در چرخه طبیعی زندگی ما برخوردار است.
2-1- تاریخچه
در نوامبر سال 1986 بر اثر ریزش موادی شامل جیوه و انواع مواد آلی سمی مانند آفت کشها در رودخانه راین، تمام آبزیان از شهر بل سوئس تا ساحل هلند کشته شدند. در سال های اخیر با غرق شدن تانکر های بزرگ نفتی اقیانوس پیما یا به گل نشستن آنها آسیب هایی به حیات دریایی وارد آمد. در سال 1983 بر اثر 14700 واقعه آلوده کننده در حدود 120 میلیون لیتر مواد آلوده کننده در آبهای ایالت متحده تخلیه شده است.
3-1- تعریف آلودگی آب
در سال 1969 برای آلودگی آب تعریفی ارائه داد: آلودگی آب عبارت است از افزایش مقدار هر معرف اعم از شیمیایی، فیزیکی یا بیولوژیکی که موجب تغییر خواص و نقش اساسی آن در مصارف ویژه اش شود.
آب یکی از مهمترین و بنیادی ترین عامل حیات موجودات زنده است از این نظر جلوگیری از آلودگی آب نیز به همان نسبت مهم و مورد توجه می باشد عوامل آلوده کننده آب بسیار گوناگون اند و می توانند هم منابع آب های زیرزمینی و هم آب های سطحی را آلوده کنند. آب، تصفیه آن و جلوگیری از آلودگی و به هدر رفتن آن از مسائل بسیار مهم زمان ما به حساب می آید. آلودگی آب ها، معضل بزرگ زیست محیطی محسوب می شود که به علت پیشرفت صنایع و تکنولوژی، هر روزه با پیشرفت روزافزون آن مواجهیم.
