دانش نفت: واحد پژوهش مهندسی واکنش‌های کاتالیستی زیرمجموعه پژوهشکده کاتالیست و نانو فناوری پژوهشگاه صنعت نفت است. انجام آزمایشات و محاسبات تعیین سینتیک واکنش‌های کاتالیستی یکی از فعالیت‌هایی است که در این واحد انجام می‌شود. در اینجا قوانین سرعت واکنش‌های کاتالیستی به صورت روابط ریاضی برحسب شرایط عملیاتی مورد نظر به دست می‌آید. از این روابط می‌توان در مواردی مانند شبیه‌سازی، بهینه‌سازی و پیش‌بینی رفتار واحدهای صنعتی استفاده کرد. با توجه به این که برخی کاتالیست‌ها توسط موجودات زنده ساخته می‌شوند، انجام آزمایشات مربوط به موجودات زنده یا بیوکاتالیست بخش دیگری از فعالیت‌های این واحد می‌باشد. شبیه‌سازی واحد آیزوماکس پالایشگاه بندرعباس یکی از فعالیت‌های موفق پژوهشگاه صنعت نفت در راستای حل مشکلات واحدهای صنعتی در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی محسوب می‌شود. بروز چندین باره مشکل خوردگی در کولرهای هوایی واحد آیزوماکس پالایشگاه بندرعباس که تعویض کولرهای این واحد صنعتی را در پی داشت، مسئولان تحقیق و توسعه پالایشگاه را بر آن داشت تا برای جلوگیری از تحمیل هزینه‌های سنگین از پژوهشگاه صنعت نفت که همواره در حل مشکلات صنعت نفت حضوری فعال داشته است درخواست اجرای یک پروژه پژوهشی و یافتن راهکارهایی برای رفع این مشکل جدی نماید. پژوهشگران خوردگی فلزات کاتالیست پژوهشگاه با همکاری تنگاتنگ در مسیر اجرای این طرح توانستند با شناسایی عوامل ایجاد خوردگی در کولر هوایی و ارائه پیشنهادهای عملی برای رفع مشکل، الگویی از همکاری موفق میان دو پژوهشکده را ارایه کنند. با دکتر ایراندوخت مجری طرح رفع مشکل کولر هوایی واحد آیزوماکس پالایشگاه بندرعباس درباره مراحل شکل‌گیری، اجرا و همکاری پژوهشگران برای حل مشکل این واحد صنعتی گفتگویی داشته‌ایم که از نظرتان می‌گذرد.
در ابتدا در مورد وظیفه واحد آیزوماکس در پالایشگاه‌ها توضیح دهید؟
واحد آیزوماکس با شکست هیدروژنی یکی از فرآیندهای مدرن در پالایشگاه‌های نفت محسوب می‌شود. فلسفه وجودی این واحد در پالایشگاه‌های نفت این است که مواد میان تقطیر با کیفیت بالا تولید کند. خوراک این واحد معمولا گازوئیل خلا است که از جمله برش‌های سنگین محسوب می‌شود. با توجه به اینکه این برش نفتی از مولکول‌های خیلی بزرگ تشکیل شده، در اثر حضور کاتالیست، هیدروژن و شرایط عملیاتی مولکول‌های درشت شکسته شده و به مخلوطی از بنزین، نفت سفید و گازوئیل مرغوب تبدیل می‌شوند. شایان ذکر است که وظیفه کولر هوایی در واحد آیزوماکس خنک نمودن محصولات خارج شده از راکتور با استفاده از جریان هوا می‌باشد تا پس از سرد شدن به سایر دستگاه‌های واحد وارد شود.
به نظر می‌رسد، واحدهای آیزوماکس پالایشگاه‌ها دارای مشکلاتی از قبیل رسوب‌گرفتگی و خوردگی هستند. دلیل این امر چیست؟
در حالت کلی، با توجه به اینکه خوراک این واحدها حاوی مقادیر زیادی ترکیبات گوگردی و نیتروژنی است، در راکتور ترکیبات اکسیژنی به بخار آب، ترکیبات نیتروژنی به آمونیاک و ترکیبات گوگردی به سولفید هیدروژن تبدیل می‌شود.
علاوه بر واکنش‌های فوق شکست مولکولی نیز در راکتور صورت می‌گیرد از این رو این راکتور یک فضای غنی از گازهای خورنده شامل هیدروژن، سولفید هیدروژن، مونواکسیدکربن، آمونیاک و اسید کلریدریک پدید می‌آید. بنابراین در بسیاری از واحدهای هیدروکراکینگ در دنیا و همینطور واحدهای تصفیه هیدروژنی مشکل رسوب‌گرفتگی و نیز خوردگی شدید در کولرهای هوایی مشاهده می‌شود.
کولر هوایی پالایشگاه بندرعباس تا قبل از اجرای پروژه پژوهشگاه صنعت نفت چه وضعیتی داشت؟
همانطور که گفته شد خوراک پالایشگاه بندرعباس، نفت خام سنگین ایران است که حاوی مقادیر زیادی از ترکیبات گوگردی و نیتروژنی بوده و پتانسیل زیادی برای بروز مشکل خوردگی دارد. به طور طبیعی این گازها در شرایط راکتور و همینطور خارج راکتور با همدیگر واکنش داده و در نهایت نمک‌های خورنده نیز تشکیل می‌شود و از این رو باعث بروز مشکلات عملیاتی از قبیل خوردگی و گرفتگی در تیوب‌های کولرهای هوایی می‌شود.
در پالایشگاه بندرعباس، به علت شدت خوردگی، کل کولرهوایی که شامل 16 دسته تیوب می‌شود دوباره تعویض شده است. همانطور که می‌دانید به علت زیاد بودن تعداد تیوب‌های به کار رفته در کولر هوایی واحد آیزوماکس، هزینه بسیار زیادی حین تعویض کولرهای هوایی به این پالایشگاه تحمیل می‌شد. علاوه بر آن به دلیل shutdown اضطراری و عدم تولید واحد در هنگام تعویض کولر ضرر و زیان مضاعفی به پالایشگاه وارد می‌شد.
این پروژه با همکاری تنگاتنگ پژوهشگران خوردگی فلزات و کاتالیست پژوهشگاه صنعت نفت به انجام رسیده است. در این خصوص توضیح دهید.
در ابتدا درخواست تحقیق و توسعه پالایشگاه بندرعباس به واحد خوردگی فلزات ارجاع شد. اما با توجه به ماهیت کار و اهداف پروژه جناب آقای دکتر جابر نشاطی، رییس پژوهشکده حفاظت صنعتی حضور واحد پژوهش مهندسی واکنش‌های کاتالیستی را در این کار پژوهش ضروری تشخیص دادند بعد از بازدید از واحد فوق و نیز بررسی دقیق ابعاد مختلف فرآیند و مشکلات موجود دفترچه پیشنهاد پروژه تهیه و ارایه شد.
پس از بسته شدن قرارداد پژوهشی با پالایشگاه بندرعباس، در پژوهشگاه دو پروژه به صورت همزمان در پژوهشکده کاتالیست و نانو فناوری و نیز پژوهشکده حفاظت صنعتی تعریف شد.
هر چند فعالیت‌های لازم این طرح به ظاهر در قالب دو پروژه جداگانه در پژوهشگاه تعریف شد ولی ماهیت آنها به گونه‌ای بود که ارتباط ارگانیک دو گروه پژوهش کاتالیست و خوردگی را الزامی می‌ساخت، چرا که اطلاعات حاصل از هر گروه برای تکمیل نتایج و تعبیر و تفسیر یافته‌ها مورد نیاز گروه دیگر بود.
بنابراین مقالات و منابع علمی و فنی جمع‌آوری شده در هر دو گروه مورد مطالعه قرار گرفته و تبادل اطلاعات برای بحث و تفسیر داده‌های حاصل از انجام آزمایشها و محاسبات در جلسات مشترک مورد استفاده قرار می‌گرفت.
لطفا درباره مراحل پروژه کمی توضیح دهید.
فعالیت‌هایی که در پژوهشکده حفاظت صنعتی در این رابطه انجام شد شامل نمونه‌برداری از نقاط مختلف کولر هوایی، خروجی راکتور و تفکیک‌کننده‌ها بود. آزمایشها و بررسی‌های بسیار زیادی در پژوهشگاه انجام و در نهایت مکانیزم‌ها و انواع خوردگی و نیز چگونگی کنترل خوردگی توسط متخصصان خوردگی شناسایی شد. اما آن بخش از پروژه که به واحد مهندسی واکنش‌های کاتالیستی مربوط می‌شد، مبتنی بر پیدا کردن راهکارهایی بود تا مشکل خوردگی تا حد امکان کاهش یابد. برای دستیابی به این مهم، پژوهشگران مهندسی واکنش‌های کاتالیستی چند بار به واحد آیزوماکس پالایشگاه مراجعه کرده و پس از به دست آوردن اطلاعات فرآیندی مورد نیاز، کار بررسی روی داده‌ها را آغاز کردند. در این بررسی‌ها که شامل ارزیابی داده‌ها به شیوه‌های متداول و مرسوم بود، نحوه برخورد با مسائل و چگونگی بروز این مشکل با توجه به منابع و بانک‌های اطلاعاتی مطالعه شد. پس از مطالعات بسیار دقیق و جامع و با همکاری تنگاتنگ با واحد خوردگی فلزات به این نتیجه رسیدیم که برای یافتن بهترین راهکار ضروری است که ترکیب درصد مواد در خروجی راکتور و ورودی کولر هوایی را مشخص کنیم. بنابراین به عنوان یک گام عملیاتی در این پروژه، ایجاد یک محل برای نمونه‌گیری در دستور کار قرار گرفت. به هر حال برای ایجاد اتصالات محل نمونه‌گیری، زمانی حدود یک سال مورد نیاز بود. ما در طول این مدت، از تکنیک‌های شبیه‌سازی کامپیوتری برای شناخت بیشتر ماهیت مسئله استفاده کردیم. روش کار به این صورت بود که کل واحد آیزوماکس با استفاده از نرم‌افزارهای تجاری موجود شبیه‌سازی شد و سپس بر اساس آنالیز نمونه‌های گرفته شده از پالایشگاه صحت شبیه‌سازی انجام شده در پژوهشگاه به اثبات رسید. در این شبیه‌سازی از نرم‌افزار petrosimکه یک نرم‌افزار تخصصی در مورد فرآیندهای پالایشگاهی است و همینطور نرم‌افزارPlusAspen و ASPENHYSYS برای بررسی حالت‌های مختلف استفاده کردیم و با توجه به اطلاعات به دست آمده از مطالعه واحدهای آیزوماکس در سایر کشورها، مجموعه‌ای از راهکارها به پالایشگاه بندرعباس ارایه شد.
در بین صحبت‌هایتان، به ارائه مجموعه‌ای از راهکارها برای حل مشکل پالایشگاه اشاره کردید. ممکن است کمی بیشتر درباره پیشنهادهای ارائه شده توضیح دهید.
پس از انجام مطالعات و بررسی نتایج آزمایشها و نیز شبیه‌سازی واحد راهکارها در دو بخش کوتاه مدت و میان مدت به پالایشگاه بندرعباس ارایه شد که عبارتند از:
راهکارهای کوتاه مدت
1. اصلاح میزان تزریق آب
2. تزریق آب به همه دسته لوله‌های کولر هوایی
3. کاهش میزان اکسیژن
4. کنترل منابع گاز و کلر و ترکیبات آن به واحد
5. تمیزکاری تمامی تیوب‌ها پس از هر تعمیر اساسی
6. استفاده از کاتالیست سولفیدی در واحد
راهکارهای میان مدت
1.تغییر آلیاژ کولر
2. استفاده از وسایل افزایش‌دهنده انتقال حرارت و جرم‌گیر HTE
3. انجام محاسبات دینامیک محاسباتی سیال CFD
4. تغییر آرایش کولر هوایی
پس از شبیه‌سازی واحد آیزوماکس در مرکز تحقیقات کاتالیست و اطلاعات به دست آمده توسط پژوهشکده حفاظت صنعتی، مراحل بعدی پروژه را چگونه پشت سرگذاشتید؟
با توجه به اطلاعات ارزشمندی که حاصل همکاری متخصصان دو پژوهشکده بود، علاوه بر گازهای اشاره شده وجود نمک‌های خورنده کلرید آمونیوم و نیز هیدروسولفید آمونیوم در کولر هوایی واحد آیزوماکس مسجل شد.
شواهد به دست آمده بیانگر این واقعیت بود که برای جلوگیری از بروز گرفتگی و خوردگی باید غلظت گازهای آمونیاک، سولفید هیدروژن و اسید کلریدریک را به حداقل کاهش داد. در جهت عملیاتی کردن اولین راهکار کوتاه مدت، حالت‌های مختلفی مورد بررسی قرار گرفت تا میزان آب تزریقی لازم به دست آید. بعد از محاسبه میزان بهینه آب به کارفرما پیشنهاد شد که 34 متر مکعب در ساعت باید آب به ورودی کولر هوایی تزریق شود در حالیکه این مقدار تا قبل از اجرای پروژه حدود 20 متر مکعب در ساعت بود. پس از عملیاتی شدن این پیشنهادها که از بهمن 89 اجرا شد تاکنون این واحد صنعتی بدون مشکل به کار خود ادامه می‌دهد.
در پایان اگر مطلب دیگری برای توضیح بیشتر لازم می‌دانید بفرمایید.
در اینجا بر خود واجب می‌دانم از همکاری نزدیک و صمیمانه کارشناسان واحد تحقیق و توسعه، واحد مهندسی پالایش و بازرسی فنی پالایشگاه بندرعباس که در پیشبرد اهداف پروژه نقش به سزایی داشتند تشکر کنم. به نظر من این پروژه الگویی موفق از همکاری پژوهشگران دو پژوهشکده برای حل مشکلات صنعت نفت است. از این رو از آقایان سعید میرفندرسکی، نعمت‌الله ادیبی و دکتر حمیدرضا فرید از پژوهشکده حفاظت صنعتی و همچنین از همکارانم در مرکز تحقیقات کاتالیست آقایان سپهر صدیقی، سیدرضا سیف محدثی و امید قبولی که سهم عمده‌ای در اجرای موفق این پروژه داشته‌اند، بسیار متشکر و قدردان هستم.
