فروشگاه اینترنتی فایل ها این وبلاگ در زمینه فروش انواع مختلف فایل های آموزشی تحصیلی و دانشگاهی فعالیت می نماید

ویژگی های فیزیکی ای که در تقطیر بنزین موتور بایتس مورد اندازه گیری

فصل اول

 ویژگی­های فیزیکی­ای که در تقطیر بنزین موتور بایتس مورد اندازه­گیری

 کلیات تحقیق

 1-1. مقدمه

دلایلی مانند رشد جمعیت، توسعه­ی صنعت، افزایش شهرنشینی و ارتقاء شاخص­های رفاه در زندگی بشر باعث افزایش روزمره­ی مصرف انرژی در جهان شده است. در نتیجه تقاضای استفاده از سوخت­های فسیلی نیز هر روز بیشتر شده که به نوبه­ی خود باعث ایجاد آلودگی­های متعدد می­شود و عواقبی از قبیل گرم شدن کره­ی زمین، ذوب شدن یخ­های قطبی، بالا آمدن سطح آب­های جهان، از بین رفتن گونه­های جانوری و گیاهی و ... شده است. همچنین این آلاینده­ها علاوه بر تأثیرات مخرب فوق باعث ایجاد انواع بیماری­ها شده است. و این مسائل موجب نگرانی بشر شده و محققان را بر آن داشته است که برای مشکلات فوق چاره­ای بیاندیشند. بنا به دلایل فوق صرفنظر کردن از سوخت­های فسیلی در حال حاضر ناممکن می­باشد ولی می­توان ترتیبی اتخاذ کرد که وسایل مصرف کننده­ی انرژی­های فسیلیِ بهینه شده با استفاده از سوخت­های با کیفیت، آلاینده­های کمتری تولید کنند. در این راستا محقق در زمینه­های متعددی فعالیت­های مفیدی انجام داده­اند. که ازجمله­ی آنها می­توان به بهبود کیفیت سوخت­های فسیلی از جمله بنزین موتور اشاره کرد. طبق اعلام سازمان محافظت محیط زیست بخش زیادی از آلودگی کلان­شهر­های کشور مربوط به آلاینده­های خودروهای سبک بنزین سوز می­باشد.

بنزین یکی از مهم­ترین محصولات تولید شده در پالایشگاه­های نفت می­باشد که به عنوان سوخت خودروها مورد استفاده قرار می­گیرد. بنزین مخلوط پیچیده­ای از صدها ترکیب فرار و قابل اشتعال مشتق شده از نفت­خام با 4 الی 12 اتم کربن و نقاط جوشی در محدوده­ی 30 الی 220 درجه­ی سانتی­گراد است[1]. این ماده در کشورهای مختلف نام­های مختلفی از­جمله گاز، گازولین، پترول، اسپیریت و ... دارد. مؤسسه­ی استاندارد ASTM[1]تعریف زیر را برای بنزین ارائه داده است:” نفتای پالایش شده­ای که ترکیبات آن اجازه می­دهد بعنوان سوخت در موتورهای درون­سوز مورد استفاده قرار گیرد.”

بطور معمول بیش از 45% نفت­خام به بنزین تبدیل می­شود که حاکی از اهمیت و تقاضای زیاد این ماده می­باشدو این حجم مصرف، مسأله­ی کیفیت و کنترل کیفیت را جهت نیل به اهدافی از قبیل بهبود عملکرد موتورهای بنزین سوز، افزایش عمر قطعات و از همه مهمتر عرضه­ی سوخت استاندارد جهت کاهش آلاینده­های خارج شده از موتور را با اهمیت­تر می­نماید.

این پایان­نامه تلاشی ناچیز جهت ارتقـاء کنترل بر کیفیت فراورده­ی بنزین موتور از طریق پیش بینی عدد آرام سوزی آن با استفاده از داده­های تقطیر به روش شبکه­ی عصبی مصنوعی می­باشد.

در این فصل کلیات تحقیق بررسی خواهد شد به­طوریکه در بخش اول مقدمه­ای بر پایان­نامه و در بخش دوم انگیزه­ی ما در مورد انتخاب این موضوع و اهمیت آن بیان خواهد شد. در ادامه و در بخش سوم مسأله­ی اصلی تحقیق معرفی خواهد شد. ضرورت انجام این رساله در بخش چهارم مطرح شده و در بخش پنجم، اهداف این پایان­نامه که قصد داریم با انجام تحقیقات به آن دست یابیم بیان خواهد شد. در بخش ششم نوآوری­­ای که برای حل مسأله­ی این تحقیق جهت رسیدن به اهداف پایان نامه انجام شده مطرح خواهد شد و در نهایت در بخش هفتم این فصل نحوه­ی فصل­بندی این پایان­نامه فهرست شده است.

1-2. اهمیت موضوع

همان­گونه که بیان گردید حجم زیاد مصرف بنزین و تاثیر کیفیت آن بر عملکرد موتور و آلودگی محیط بر اهمیت کنترل نمودن شاخص­های کیفیتی آن می­افزاید. یکی از مهمترین شاخص های کیفیتی بنزین، عدد آرام سوزی بوده و شامل اطلاعاتی در برابر مقاومت بنزین در برابر خوداشتعالی می­باشد[2].این پدیده زمانی رخ می­دهد که حرارت ایجاد شده در اثر متراکم شدن سوخت و هوا در داخل سیلندر، باعث خود اشتعالی مخلوط، بدون وجود جرقه شود. خود اشتعالی سوخت باعث ضربه­های فشاری در سیلندر، افزایش مصرف سوخت، کاهش قدرت موتور، احتراق ناقص و ایجاد آلودگی بیشتر و در بدترین حالت حتی ممکن است باعث آسیب دیدن و خرابی موتور شود[1].

روش­های متنوعی برای تعیین شاخص­های کیفی فراورده­های نفتی (از جمله بنزین) وجود دارد که روش­های آزمایشگاهی متداول­ترین آن­هاست. امروزه با پیشرفت علم رایانه، شاهد استفاده از آن در تمامی زمینه­های علوم هستیم. یکی از خدماتی که این فن­آوری جدید به پژوهش­های مبتنی بر روش­های آزمایشگاهی داده است ارائه­ی سخت­افزارها و نرم­افزارهای مناسب می­باشد. علوم مهندسی شیمی نیز از این خدمات بی­بهره نمانده و استفاده از رایانه در این زمینه­ی علمی نیز منجر به کاهش هزینه و افزایش سرعت و دقت شده است. از جمله­ی این نرم­افزارها که در سال­های اخیر رشدی زیاد همراه با کاربری فراوان داشته روش­های مبتنی بر هوش مصنوعی می­باشد.

1-3. بیان مسأله

همان­گونه که اشاره شد عدد آرام سوزی مهمترین شاخصه­ی کیفی بنزین موتور می­باشد. عدد آرام سوزی بیشتر نمایش دهنده­ی بنزین مرغوبتر می­باشد که نشان می­دهد بنزین در مقابل ضربه مقاوم­تر بوده و موتور راحت­تر کار می­کند. اهمیت عدد آرام سوزی به ویژه در دهه­های اخیر و با بالاتر رفتن ضریب تراکم[2] موتور­ خودروها بیشتر شده است. [3]. عدد آرام سوزی بنزین مانند اکثر دیگر مشخصات آن از روابط غیر خطی تبعیت نمی­نمایدکه این غیر خطی بودن به درصدهای حجمی مخلوط تشکیل دهنده­ی بنزین بستگی دارد. بنابراین جهت مدل­سازی آن بایستی از روش­های پیچیده­تری نسبت به روش­های خطی استفاده کرد. بطورکلی و در روش­های آزمایشگاهی، غالب شرکت­های تولید کننده­ی بنزین موتور، عدد آرام سوزی آن­را با استفاده از دستگاه CFR[3]که یک موتور تک سیلند دارای شمارش­گر ضربه[4] می­باشد، اندازه­گیری می­نمایند.انجام این آزمایش صرف­نظر از طول مدت زیاد آزمایش، بعلت استفاده از مواد خالص (نرمال هپتان،ایزو اکتان و تولوئن) دارای هزینه­ی نسبی زیاد و همراه با ایجاد آلودگی صوتی و شیمیایی است. از طرفی به­علت هزینه­ی زیاد خرید دستگاه موتور CFR غالب آزمایشگاه­های متوسط و کوچک امکان تهیه­ی آن­را ندارند که در نتیجه امکان اندازه­گیری عدد آرام سوزی بنزین را ندارند.

یکی دیگر از آزمایش­های مهم انجام یافته روی بنزین موتور، آزمایش تقطیر[5] می­باشد که شامل اطلاعات مهمی در خصوص بازه­ی جوش ترکیبات تشکیل دهنده­ی بنزین موتور می­باشد. انجام این آزمایش بعلت سهل­الوصول بودن آن در اکثر آزمایشگاه­های نفت مرسوم می­باشد. هدف از انجام این تحقیق بررسی امکان پیش­بینی عدد آرام سوزی بنزین موتور با استفاده از داده­های تقطیر همان نمونه بنزین به روش شبکه­ی عصبی مصنوعی می­باشد.

1-4. ضرورت تحقیق

بحران­های ناشی از مصرف روزافزون انرژی در کشور ما تبدیل به یک مشکل در مدیریت کلان کشور شده است که علاوه بر آثار سوء زیست محیطی و بهداشتی باعث آسیب جبران ناپذیر به اقتصاد ملی نیز شده است. و وزارت نفت به­عنوان بزرگترین تأمین کننده­ی سوخت مایع در کشور ناگزیر از وارد کردن میزان مورد نیاز افزون بر تولید داخل از خارج می­باشد[4]. آنچه قابل ذکر است علیرغم سیاست­های انقباضی دولت جهت خرج از بحران، مصرف فراورده های نفتی ازجمله بنزین روندی صعودی داشته و این به معنی رو به رشد بودن روند ایجاد آلودگی­های ناشی از مصرف این­سوخت فسیلی است. بنابراین لازم است تا علاوه بر مصرف بهینه­ی بنزین، با ارتقاء استانداردهای فعلی تولید بنزین بهEuro4 [6]و Euro5آلودگی حاصل از مصرف آن به سطوحی پایین­تر تقلیل یابد. با توجه به موارد ذکر شده ضرورت تبیین و تعیین روش­های جدیدتری برای تولید فرآورده­های باکیفیت و تواماً نیاز به ایجاد روش­های جدید جهت آزمایش مشخصه­های کیفی آن بیش از پیش احساس می­شود.

در این راستا تلاش شده است با داشتن داده­های سریع­الحصول و سهل­الوصول به دست آمده از آزمایش تقطیر بنزین، عدد آرام سوزی آن­را که علاوه بر عدم امکان خرید دستگاه موتورCFRبرای اکثر آزمایشگاه­ها، آزمایشی طولانی مدت، پرهزینه و آلاینده می­باشد را با دقتی قابل قبول پیش بینی کرده و به­دست آوریم.

1-5. اهداف تحقیق

ویژگی­های فیزیکی­ای که در تقطیر بنزین موتور بایتس مورد اندازه­گیری واقع شوند عبارتند از: IBP[7]، میزان برگشتی در 10%،50،90 و FBP[8] که طبق استاندارد تعریف شده هر کدام باید از حدود معینی تجاوز ننماید[5].هدف ما از این تحقیق پیش­بینی کردن عدد آرام سوزی بنزین موتور با استفاده از داده های فوق به روش شبکه­ی عصبی مصنوعی می­باشد.

 1-6. نوآوری تحقیق

همان­گونه که قبلاً نیز مطرح شد، عدد آرام­سوزی بنزین موتور یکی از مهم­ترین مشخصه­های کیفی آن می­باشد که جهت اندازه­گیری آن بایستی از موتورCFR که یک دستگاه بسیار گران قیمت بوده و انجام آزمایش با آن مستلزم صرف وقت و هزینه­ی زیاد توأم با تولید آلودگی صوتی و شیمیایی می­باشد. نوآوری موجود در رساله­ی حاضر پیش بینی کردن عددآرام سوزی بنزین موتور با استفاده از داده­های تقطیر به روش شبکه­ی عصبی می­باشد.

1-7. ساختار پایان­نامه

مطالبی که در فصل­های آینده مورد بررسی قرار خواهند گرفت شامل مطالبی در رابطه با آشنایی با فراورده بنزین موتور و واحد­های تولید کننده­ی آن در فصل دوم می­باشد. در فصل سوم مطالبی جهت آشنایی با شبکه­های عصبی مصنوعی، ویژگی­ها و کاربردهای آن بیان می­گردد. در فصل چهارم نحوه­ی گردآوریو آنالیز آماری داده­ها جهت استفاده در مدل­سازی­ها ارائه می­گردد و نیز بررسی ساختارهای مختلف شبکه، انتخاب شبکه بهینه و آزمایش آن توضیح داده می­شود. در ادامه و در فصل پنجم در خصوص نتایج حاصله بحث شده و پیشنهاداتی جهت ادامه­ی کار ارائه خواهد شد.

شکل (1-1) ساختار پایان­نامه

 1-8. خلاصه فصل

در ابتدای این فصل برای معرفی کلی این تحقیق، مقدمه­ای ارائه شد و سپس به بیان کامل اهمیت موضوع پرداختیم. در ادامه و ضرورت انجام این تحقیق و همچنین نوآوری آن بیان گردید. مراحل انجام تحقیق نیز بیان گردید.

فصل دوم

 مبانی نظری و پیشینه­­ی تحقیق

 2-1. مقدمه

فراورده­های نفتی پیش از آنکه به بازار مصرف عرضه شوند مورد بررسی و کنترل قرار می­گیرند. و چون تجزیه ترکیبات جهت شناسایی اجزای آن بسیار مشکل می­باشد لذت عمل کنترل فقط با استفاده از خواص فیزیکی و یا شیمیایی ترکیبات نفتی انجام می­گیرد.

امروزه معمولاً در قسمت انتهایی، یعنی در محل خروج مواد از دستگاه­ها، به­طور متوالی برخی از خواص را بوسیله­ی دستگاه­های اندازه گیری خودکار می­سنجندو برای اینکه بطور منظم بتوان یک برش تهیه نمود، نباید شرایط عمل را تغییر داد تا درجه حرارت، فشار و سایر متغیرهای عملیاتی همواره ثابت بماند. پس نتیجه گرفته می­شود که پیش از کاربرد ماده­ی نفتی که به هر دلیل باید شرایط فیزیکی آنها با اعداد استاندارد که از پیش تعیین و بررسی شده اند همخوانی داشته باشد. در غیر اینصورت تجدید عمل پالایش و یا تصفیه و یا هرگونه تغییری که لازم باشد باید انجام گیرد[4].

2-2. خواص نفت خام[9]

نفت خام مایع غلیظ و قابل اشتعال به رنگ قهوه­ای سیر یا سبز تیره است که در لایه­های بالایی بخش­هایی از پوسته کره زمین یافت می­شود. نفت خام شامل آمیزه­ی پیچیده­ای از هیدروکربن­های گوناگون است. غالب این هیدروکربن­ها از زنجیره­ی آلکان­ها هسنتد ولی ممکن است از دید ظاهر، ترکیب یا خلوص تفاوت­های زیادی داشته باشند[10].

2-3. پالایش نفت

مجموعه عملیاتی را که توسط آنها بسیاری از مواد گوناگون از جمله گاز­مایع، بنزین، نفت سفید، حلال­ها، نفت­گاز، نفت­کوره، گریس، قیر و غیره از نفت­خام به­دست می­آید پالایش نفت­خام نامیده می­شود. عملیات اساسی پالایش نفت را می­توان به سه دسته کلی تقسیم کرد:

1- جدا کردن مواد با استفاده از روش تقطیر جزء به جزء

2- تبدیل اجزاء نامرغوب و کم­مصرف به اجزاء مرغوب

3- تصفیه­ی فراورده­های نفتی (حذف ناخالصی­ها و تصفیه با حلال)

بیش از یک قرن از مصرف فراورده­های نفتی به­صورت غیر از سوخت می­گذرد که به مرور زمان و با پیشرفت علم و فن­آوری، انسان تعداد روزافزونی از هیدروکربن­ها را بطور خالص از سایر فراورده­های نفتی جدا کرده و به مصرف تولید سایر مواد شیمیایی و صنعتی رسانده است[4].

2-4. ویژگی­های فیزیکی و آزمایش کنترل کیفیت فراورده ها

آزمايش­هايانجاميافتهبررويفرآورده­هاينفتيبهمنظوردوهدفكليانجامميشود:

1-تشخيصدرستيكارواحدهايعملياتيبه­طورسريع

2-اطمينانازهم­خوانيماهيتفرآورد­ه­هاينهاييبااستانداردهايمربوط

پيشازاينكهويژگيشيمياييوآزمايشهايانجامشدهرويفرآورده­هارابررسيكنيملازماستبهطورمختصرلزومرعايتويژگي­هايفيزيكيموادنفتيرابررسيوعلترعايتبرخيازآنهارابيانكنيم.

درآزمايشهايفرآورد­ه­هاينفتيسهاصلدرنظرگرفتهميشود.

اينسهاصلعبارتنداز:

الف) رعایت کمینه یا مینیمم

دربرخيازفرآورده­هارعايتحداقليكويژگيمهماست،مثلاًدرنفتسفيديكيازآزمايش­هاييكه انجامميشود، سنجشنقطهاشتعالاست.اينمشخصهبايدحداقل43 درجه سانتی­گراد باشد، چرا که اگر نقطه اشتعال كمتر ازاينمقدارباشد،احتمالخطرآتش­سوزيمادهنفتيزيادوازطرفينشان­دهندهعدمكاركرددرستدستگاه در فرایند مربوطميباشد.

ب) رعایت بیشینه یا ماکسیمم

دربرخيازفرآورده­هارعايتبيشينهمقداريكويژگيمهماستونبايدازحداستانداردبيشترشود. مثلاًبازهمدرنفتسفيد، نقطهجوشپايانيآنمعمولاًبايستي حداکثر275 درجه سانتی­گراد باشد،حالاگرازاينحدبيشترشودنشان­دهندهايناستكهحينتصفيهنفت­گاز ،واردنفتسفيدشدهوباعثبالابردننقطه­یدود[10] نفتسفيدميگردد.

ج) رعایت حداکثر و حداقل

دربرخيازفرآوردههارعايتهردواصلمهمبودهودرصورتعدمتوجهايجاداشكالخواهدشد .

مثلاًدرجه­ی آرام­سوزیدربنزينموتوردرصورتيكهرعايتحداقلنشودايجادضربهوبدكاركردنموتورودر نتيجهپايينآمدنكاراييموتورخواهدشد. همچنينازآنجاييكهبالابردندرجهاکتانبااستفادهازمواد شيمياييمانند MTBE[11]انجامميشود ( حداکثر مقدار مجاز استفاده از آن 15% حجمی است)،پسعدمرعايتحداكثرنشان­دهندهمصرفزيادمادهبودهواينامرباعثآلودگيهواواشكالدرسامانهسوخت­رساني خودروهامي­شود.پسنتيجهگرفتهمي­شودكهدرآزمايشهر فرآوردهنفتياصولاستانداردبايدكاملاًرعايتشودتابتوانهمازدستگاهحداكثراستفادهرابردوهم فرآورده­هايمناسبتهيهكردوهمچنينازمصرفبي­رويهمواد­شيمياييجلوگيري نمود[8].

2-5. فرآورده های بدست آمده از نفت خام

دريكپالايشگاهكهمجموعه­ایازواحدهايتقطير،تبديلوسايرواحدهااست، اغلبسهنوعفرآورده توليدمي­گردد:

الف) فرآورده­هاينيمهنهايي[12]

اينفرآورده­ها،مواديهستندكهبايددوبارهعملياتيرويآنهاانجامگيردوبه­طورمستقيمقابلاستفاده وياعرضهبهبازارنيستند.مانندبنزينسنگينوبنزينسبك

ب)فرآورده­هاينهايي[13]

فرآورده­هاييهستندكهبه­طورمستقيمقابلعرضهبهبازارهستند.مانندنفت­سفيد،نفت­گاز ونفت­كوره.

ج)فرآورده­هايحدواسط[14]

اينفرآورده­ها،مواديهستندكهبه­عنوانمواداوليهدرصنعتپتروشيميبه­كارمي­روند [10]:

فرآورده­هايمهميكهازپالايشنفت­خامدرپالايشگاهتبريزبه­دستمي­آيندعبارتنداز:

1- گازمايع

2-بنزينموتور

3-نفت­سفيد

4- نفت گاز(گازوئیل)

5-نفتكوره

6- قير

شکل (2-1): تفکیک برش­های مختلف نفتی در برج تقطیر در اتمسفر

 2-5-1. گاز مایع(L.P.G)[15]

عملياتپالايشيكهرويموادنفتيانجاممي­گيردباعثمي­شودطيمراحلگوناگونپالايش،گازهاي سبكيازقبيلمتان،اتان،اتيلن،پروپان،پروپين،بوتان،بوتينو... و گازهاييمانند H₂S حاصلشود.آنچه كهقابلمايعشدناستمانندپروپانوبوتانبه­صورتگاز­مايعدرآمدهوباقي­ماندهدرحينعملياتبه مصرفمي­رسد.گاز­مايعمخلوطيازگازهايپروپانوبوتانومقداريناچيزيپروپيلنوبوتيلناستكه طيفرآيندساده­ايازسايرگازهاجداشدهودرمخازنتحتفشاربه­طورجداگانهذخيره­­سازي مي­شوندوپسازاينپروپانوبوتانباتوجهبهفصولمختلفسالبهنسبت­هايمتفاوتباهممخلوط شدهوجهتاستشمام در صورت نشتی و جلوگيريازبروزحوادثانفجاروآتشسوزيمادهبد­بوياتيلمركاپتانبهآنافزوده مي­شود. معمولاًميزانپروپان درزمستان50درصدودرتابستان30درصدحجميمخلوطراتشكيل ميدهد[7-8].

2-5-2. بنزينموتور[16]

مشخصات و ترکیب شیمیایی بنزین موتوردر ادامه به­صورت کلی توضیح داده خواهد شد.

2-5-3. نفتسفيد[17]

يكيديگرازفرآورده­­هايبه­دستآمدهازپالايشنفت­خام،نفتسفيديانفتچراغمی­باشدكهبيشترمصارفروشنايي،سوختچراغ­هاونيزسوختتوربين­هاونيزسايرمصارفرادارد.

تركيباتاينفرآوردهازهيدروكربن­هاييكهنقطهجوشاوليهونهاييآنهابين150تا300درجه سانتي­گراداستتشكيل يافتهوبيشترشاملهيدروكربن­هايپارافيني،نفتنيوآروماتيكمي­باشد. هيدروكربن­هايپارافينيموجوددرنفتسفيددارايتعداد كربن10تا15هستندكهيابه­صورتپارافين­هاينرمالبودهويابه­صورتايزومرهايشاخه­دارهستند.هيدروكربن­هاينفتنيموجوددرنفتسفيدبيشترازسيكلوپارافينهاماننددكالين، تترالین و هيدروكربن­هايآروماتيكموجوددرنفتسفيد،بيشترازهيدروكربنهاييكحلقه­ايآروماتيكمانند آلكيل­بنزنوياچندحلقهايمانندنفتالينتشكيليافتهاست[7-8].

2-5-4. نفت­گاز

یکی دیگر از مهم­ترین و پرکاربردترین فراورده­های تولید شده در پالایشگاه­های نفت، نفت­گاز می­باشد. که به­طور وسیعی به­عنوان سوخت در موتورهای دیزلی به­کار می­رود.نفت­گاز حاوی هیدروکربن­های C₁₄-C₂₀و حتی تا C₂₅می­باشد که عمدتاً از سه گروه پارافینیک، نفتنیک و آروماتیک تشکیل شده است. بدیهی است که نسبت اجزاء مختلف هر یک از سه گروه سبب می­شود که نفت­گاز مورد نظر، خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به یکدیگر داشته باشند.بطور معمول نفت­گاز با کیفیت­های مختلف در واحد­های تقطیر اتمسفریک[18]، تقطیر در خلاء[19]و آیزوماکس[20] تولید می­شود. نفت­گاز و نفت­سفید واحد آیزوماکس بسیار مرغوب بوده و بعد از اختلاط با نفت­گاز و نفت­سفید تولید شده در واحد تقطیر روانه­ی بازار می­شود[10].

2-5-5.نفت­كوره[21]

يكيديگرازفرآورده­هاينفتخام،نفتكورهياسوخت­كورهاستكهازسوخت­هايعمدهكشتي­ها وواحد­هايصنعتيبزرگوكوچكمانندنيروگاه­هايبرقمي­باشد.تركيباتاينفرآوردهبيشتراز هيدروكربن­هايسنگينكهدارايتركيباتگوگرد­دار،اكسيژن­دار،نيتروژن­دارواملاحفلزاتهستندتشكيل يافتهاست.اينسوختبهعلتداشتنموادسنگينبهآسانيقابلسوختننيستومي­بايدبااستفادهاز مشعل­هايمناسبوبخارآبوهوايفشردهآن­رابه­صورتذراتريزدر­آوردكهدراين­حالتمي­توان به­خوبيازآنبه­عنوانسوختاستفادهكرد.اينفرآوردهازبازماندهتقطيرنفت­خامدربرج­هايتقطيردر فشارجووخلأويافرآورده­هايبه­دستآمدهازدستگاهكاهشگرانرويوشكستنكاتاليستي به­دست مي­آيد.

ويژگي­هاينفت­كورهباتوجهبهشرايطمحيطكارونيازبازارمصرف،تعيينشدهودارايمشخصاتي متفاوتاست،بنابراينآن­رابهسهدستهتقسيمكرده­اند:

الف) نفت­كوره­یسبك:

نفت­كوره­یسبكدارايگرانرويپائينبودهوبرايتهيهآناز فرآورده­هايسبكيمانندنفت­سفيد،نفتاونفت­گاز استفادهميشود.

ب)نفت­كوره­یمعمولي:

ايننفتكورهدارايگرانرويبيشترازقبليبودهوبرايدستگاههاييكهدارايسيستمگرمكنندههستند مناسببودهوبيشتردرمراكزحرارتيونيروگاههابهكارميرود.

ج)نفتكوره­یسنگين:

ايننفت­كورهنسبتبهدوحالتپيش،دارايگرانرويبيشتريبودهودردستگاه­هاييكههمداراي سيستمگرم­كنندهوهممشعل­هايمناسبمي­باشدمانندنيروگاه­هايواحدهايصنايعسنگينبه­كار ميرود [4].

2-5-6. قیر[22]

قيريكيديگرازفرآورده­هایی استكهازفرآورشنفت­خامدرپالايشگاه­ها به­دستمي­آيد.قيراز ته­ماندهبرجتقطيردرخلأ به­دستمی­آيد.هيدروكربن­هايتشكيلدهنده­یاينفرآوردهشامل هيدروكربن­هايپيچيده­اياستكهدارايوزنمولكوليبالاييهستندومقاديركميتريبات گوگرد­دار، اكسيژن­دارونيتروژن­داردارند.كيفيتقيربه­دستآمدهازنفت­خام­هايمختلفمتفاوتاست.

قيربه­خاطرويژگی­هاييمانندچسبندگي،خاصيتپلاستيكيوضدرطوبتيكهدارد،دارايكاربردهای گوناگونیبودهكهازجملهمي­تواندرراه­سازيازآناستفادهكرد.ويژگيبرگشتپذيري موجبميشودتاقيربتواندتحملفشاروتغييراتدرجهحرارت (گرما و سرما)رادرفصولمختلفسال داشتهباشدواينيكيازمواردمهمدركاربردقيردرامورراه­سازيوجاده­سازياست[6-7].

بهطوركليهرچههيدروكربن­هايپارافينيتشكيلدهندهقيربيشترباشدتغييرخواصآنباتغييراتدما كمتروهرچههيدروكربن­هايآروماتيكيقيربيشترباشدتغييرخواصبيشترخواهدشد.درحالتيكه هيدروكربن­هايتشكيلدهندهقيرنفتنيباشندتغييراتخواصنسبتبهدمامابيندوحالتيادشده خواهدبود.

مهمترينآزمايشيكهنشاندهنده­یكيفيتقيروردهبنديآنميشودگرانرويآناست.

قيرهابهطوركليبهسهگروهزيردستهبنديميشوند:

قیر نرم[23]

قیر مایع[24]

قیر جامد[25]

2-6. ترکیب شیمیایی بنزین موتور

بنزین موتور مایعی مشتق شده از نفت که عمدتاً شامل هیدروکربن­ها بوده و همچنین حاوی مقادیری بنزن می باشدو به­عنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی مورد استفاده قرار می­گیرد. در غالب موارد جهت اصلاح مشخصات کیفیتی آن از مواد بالا برنده آرام­سوزی مانندمتیل ترشیو بوتیل اتر(MTBE[26]) استفاده می­شود. هیدروکربن ها شامل نفتن­ها ، پارافین­ها ، آروماتیک­ها و الفین­ها می­باشند که از این میان نفتن­­ها ، آروماتیک­ها و الفین­ها درجه آرام سوزی را افزایش و پارافین­ها برعکس در جهت کاهش آرام­سوزی عمل می­نمایند[9].

2-6-1. تجزیه شیمیایی محصول

بنزین در پالایشگاه­های نفت تولید می­شود. ماده­ای که در تقطیر از نفت­خام جدا می­شود، بنزین برش مستقیم[27] نامیده می­شود که ویژگی­های مورد نیاز برای موتورهای امروزی را ندارد اما بخشی عمده از مخلوط را تشکیل خواهد داد. توده­ی بنزین شامل هیدروکربن­های دارای 5 تا 7 اتم کربن در هر مولکول می­باشد[10].

فراورده­های مختلف پالایشگاه با هم آمیخته شده و بنزین با خواص مختلف ایجاد می­گردد. بعضی از جریان­های مهم تشکیل دهنده بنزین عبارتند از:

• ریفرمیت[28] که توسط واحد ریفرمینگ کاتالیستی[29] با درجه آرام سوزی بالا و مقادیر بالای آروماتیک و الفین پایین تولید می­گردد.
• بنزینی که توسط کاتالیزور شکسته شده، نفتای شکسته شده نیز نامیده می­شود و توسط واحد کراکینگ کاتالیستی تولید می­گردد. این ماده از فرایند تجزیه کاتالیزوری با درجه آرام سوزی متوسط و محتوای آلکن­ها و الفین­های بالا و مقادیر متوسط آروماتیک تهیه می­شود.
• هیدروکرکیت[30] ( سنگین، متوسط و سبک) توسط واحد هیدروکراکر[31] با درجه آرام سوزی متوسط تا پایین و سطح ماده آروماتیک متوسط تهیه می­شود.
• بنزین برش مستقیم (که دارای نام­های زیادی از جمله بنزین خام است) مستقیماً از نفت خام و با درجه آرام سوزی پایین، مقادیر آروماتیک پایین( به نفت خام بستگی دارد)، مقداری نفتن و بدون الفین تولید می­گردد.
• آلکیلات[32] تولید شده در واحد آلکیلاسیون[33] دارای درجه آرام­سوزی بالا و پارافین­های خالص است. عموماً دارای زنجیرهای شاخه­دار می­باشد.
• ایزومریت[34] (با نام­های مختلف) که توسط ایزومراسیون[35]پنتن­ها و هگزن­های نفتای سبک برش مستقیم جهت دست­یابی به درجه­ی آرام­سوزی بالا تولید می­گردد[9].

نسبت­های دقیق این مواد به عوامل زیر بستگی دارد[4]:

• پالایشگاه نفت که سازنده بنزین است. چون پالایشگاه­های مختلف شرایط عملیاتی مشابه و یکسانی را ندارند.
• نفت­خام خوراک مورد استفاده برای پالایشگاه.

امروزه بسیاری از کشورها در مورد ترکیبات آروماتیک بنزین به­طور عام و بنزن به­طور خاص، و مقادیر الفین­ها محدودیت­هایی را اعمال می­کنند. افزایش تقاضا برای اجزای تشکیل دهنده­ی پارافین­های خالص با درجه آرام­سوزی بالا، از قبیل آلکیلات­ها،در حال افزایش است. همچنین پالایشگاه­ها مجبور به افزودن واحدهای عملیاتی جهت کاهش محتوای بنزن می­باشند[10].

در شکل (2-1) ساختار تعدادی از هیدروکربن­ها نمایش داده شده است.

شکل 2-1 ساختار و نام برخی از هیدروکربن­ها

2-7. واحد­های تولید کننده­ی بنزین

تعدادی از واحدهای تولید کننده بنزین عبارتند از: ریفرمینگ، کراکینگ کاتالیزوری، هیدروکراکینگ، آلکیلاسیون و ایزومریزاسیون. از آنجا این تحقیق بر روی بنزین موتور تولید شده درپالایشگاه تبریز صورت گرفته است، فقط واحدهای ریفرمینگ و هیدروکراکینگ موجود در پالایشگاه به­طور مختصر شرح داده می­شوند.

2-7-1.ریفرمینگ

ریفرمینگ کاتالیزوری یکی از واحدهای اساسی هر پالایشگاه است که هدف آن افزایش درجه آرام­سوزی بنزین می­باشد.

[1]- American society of testing & material

[2] -Compressing ratio

[3] -Cooperative Fuel Research

[4] -Knock

[5]- Distillation

[6]- استاندارد آلایندگی اروپا

[7]- Initial billing point

[8]- Final boiling point

[9]-Crude oil

[10] - Smoke point

[11] - Methyl Tertiary Butyl ether

[12] - Semifinal Products

[13] - Final Product

[14]- Intermediate Products

[15]- Liquefied Petroleum Gas

[16]- Motor Gasoline

[17]-Kerosene

[18] -Atmospheric distillation

[19] -Vacuum distillation

[20] -Isomax

[21]- Fuel Oil

[22]- Bitumen

[23]- Penetration Grade Asphalt

[24] - Cutback Bitumen

[25] - Oxidized Grades

[26] -Methyl Tertiary Butyl Ether

[27] -Right Straight Gasoline

[28] -Reformate

[29] - Catalytic reforming

[30] - Hydrocrackate

[31] -Hydrocracker

[32] - Alkylate

[33] - Alkylation

[34] - Isomerate

[35] - Isomeration