نقش هیدروفلوئوریک اسید در تولید بنزین سوپر

فرآیند آلکیلاسیون اسید هیدروفلوئوریک

فرآیند آلکیلاسیون اسید هیدروفلوئوریک که جریان‌های با وزن مولکولی کم را به اجزای ترکیب‌کننده آلکیلات، اکتان بالا و بنزین در حضور هیدروفلوریک اسید قوی تبدیل می‌کند واحد اسید هیدروفلوریک (HFAU) نامـیده می‌شود. این فرآیند تنها تعداد کمی از محصولات جانبی ارگانوفلوورید را ایجاد می کند که به طور مداوم از راکتور حذف می شوند و اسید هیدروفلوریک استفاده شـده دوباره پر می شود. واحدهای آلکی HF همچنین قادر به پردازش طیف وسیعی از مواد اولیه سبک با پروپیلن و بوتیلن هستند و در مقایسه با گیاهان سولفوریک آلکیلات با درجه اکتان بالا تولید می کنند. اسید هیدروکلریک خطرناک است و اقدامات احتیاطی اضافی برای اطمینان از عملکرد ایمن واحد انجام می شود.

مزایای هیدروفلوریک اسید

فرآیند آلکیلاسیون اسید هیدروفلوئورنسبت به فرآیند واحد آلکیلاسیون اسید سولفوریک (SAAU) یک دارای مزایای زیر است

• ویسکوزیته کم هیدروفلوریک اسید و حلالیت بالای ایزوبوتان در اسید، طراحی راکتور ساده تری را ممکن می سازد.
• آلکیلاسیون اسید هیدروفلوئوریک مانند فرآیند SAAU هیچ همزن مکانیکی ندارد.
• حساسیت کمتری به دما دارد به طوری که می توان از آب خنک کننده به جای خنک کننده به عنوان خنک کننده استفاده کرد.
• مصرف اسید هیدروفلوریک به دلیل بازسازی تقریباً کامل اسید HF کم است همچنین دفع اسید ضروری نیست.
• انعطاف پذیری عملیات در دما و نسبت ایزوبوتان به الفین و نیاز کمتر به هم زدن.

دو فرآیند در تولید اسید هیدروفلوئوریک (HFAU) معمولاً موجود هستند. اینها فرآیند فیلیپ و فرآیند UOP هستند. طراحی فیلیپ استفاده از پمپ گردش اسید، سیل آن و بسیاری از فلنج های مرتبط را به دلیل تفاوت چگالی بین فازهای LPG و اسیدی حذف می کند. بسیاری از واحدهای گردش گرانشی مجوز گرفتند زیرا این طرح اجازه ساخت رآکتور، خنک کننده و ته نشین را به عنوان یک مخزن تحت فشار می داد.
پس از اینکه UOP فناوری آلکیلاسیون ConocoPhillips را به دست آورد، یک طرح بهبود یافته به نام فرآیند AlkyPlus برای بهره‌برداری از بهترین ویژگی‌های تجاری هر فناوری میراث توسعه یافت. طراحی فرآیند به‌ دست‌آمده در مقایسه با هر یک از فناوری‌های مادر، ریسک کمتر و بهترین طراحی را نشان می‌دهد.

شرح فرآیند واحد آلکیلاسیون هیدروفلوئوریک اسید

نمودار جریان فرآیند واحد آلکیلاسیون اسید هیدروفلوریک در زیر نشان داده شـده است.

بخش پیش درمان خوراک

الفین ها و محصولات ایزوبوتان از واحدهای هیدروکراکر، FCC، کوکر، ریفرمر، ایزومریزاسیون و تقطیر خام، معدوم شده، با آمین تریتمنت شـده و از استخراج سوزاننده (واحد مروکس) برای حذف H2S و مرکاپتان ها اسـتفاده می شود و خشک می شوند. استون، اترها و الکل ها نیز از طریق MTBE یا فرآیند هیدروژناسیون انتخابی حذف می شوند.

بخش واکنش

پس از پیش تصفیه خوراک، الفین، ایزوبوتان ها و ایزوبوتان بازیافتی با یک کاتالیزور اسید HF در گردش به راکتور HF خنک شـده با آب تزریق می شوند. نسبت مولی ایزوبوتان به الفین در محدوده 6 تا 14 است. آب خنک کننده از طریق لوله های راکتور جریان می یابد، گرمای راکتور را از واکنش های آلکیلاسیون HF بسیار گرمازا حذف می کند و دمای واکنش را در 16 تا 38 درجه سانتی گراد (60 تا 100 درجه فارنهایت) حفظ می کند. زمان ماند در راکتور HF 20 تا 40 ثانیه است و واکنش های آلکیلاسیون بسیار سریع با 100٪ اشباع الفین است.

سپس

ایزوبوتان اضافی، محصول آلکیلات، هیدروکربن های غیر واکنشی (پروپان، n-بوتان) و کاتالیزور اسید HF به مخزن ته نشین کننده منتقل می شود. فاز اسیدی متراکم به سرعت از هیدروکربن ها توسط گرانش جدا می شود و سپس بر اساس اختلاف گرانش به راکتور پمپ می شود یا به گردش در می آید. هیدروکربن های حاوی HF محلول از ته نشین کننده به ایزواستریپر جریان می یابند.

ایزوبوتان اضافی، محصول آلکیلات، هیدروکربن های غیر واکنشی (پروپان، n-بوتان) و کاتالیزور اسید HF به مخزن ته نشین کننده منتقل می شود. فاز اسیدی متراکم به سرعت از هیدروکربن ها توسط گرانش جدا می شود و سپس بر اساس اختلاف گرانش به راکتور پمپ می شود یا به گردش در می آید. هیدروکربن های حاوی HF محلول از ته نشین کننده به ایزواستریپر جریان می یابند.

بخش شکنش Fraction

بخش HFAU Fractionation معمولاً از یک لایه بردار ایزو، یک depropanizer و یک استریپر HF. iso-stripper برج اصلی است که HF بالای سر را جدا می کند، جریان بازیافت ایزوبوتان را جدا می کند و جریان های محصول n-بوتان و آلکیلات را تولید می کند. آلکیلات از پایین برج خارج می شود، در مبدل ها خنک می شود و به انبار محصول ارسال می شود. محصول بعدی که برج را ترسیم می کند، کشش جانبی n-بوتان و بالاتر از آن کشش بازیافت ایزوبوتان بزرگ است. در اکثر واحدهای UOP، کشش ایزوبوتان در زیر سینی تغذیه قرار دارد تا HF در بازیافت ایزوبوتان به حداقل برسد.

بخار سربار ایزواستریپر یک جریان ایزوبوتان غنی شـده با پروپان است که حاوی HF است و این جریان متراکم شـده و در یک درام ته نشینی جدا می شود. فاز HF سنگین تر به بخش راکتور بازگردانده می شود. فاز هیدروکربنی به depropanizer شارژ می شود.

به همین ترتیب، سربار depropanizer حاوی محصولات پروپان و HF است. بخار سربار متراکم شـده و دو فاز مایع در گیرنده سربار از هم جدا می شوند. فاز اسیدی سنگین‌تر به بخش راکتور بازگـردانده می‌شود و فاز هیدروکربنی اشباع شـده با اسید به ستون استریپر HF که در آن HF از بالای سر برداشته می‌شود، تغذیه می‌شود و به بخار سربار depropanizer می‌پیوندد که در آن HF می‌تواند بازیابی شود. جریان پایین برنده HF یک محصول پروپان بدون اسید است که با آلومینا داغ برای حذف فلوریدهای آلی تصفیه می‌شود، خنک می‌شود و روی بستری از KOH دانه‌بندی می‌شود تا آثار HF و آب از بین برود.

رجنره اسید

مزیت کلیدی آلکیلاسیون HF نسبت به آلکیلاسیون سولفوریک، توانایی بازیابی اسید از پلیمر محصول جانبی، آب و سایر آلاینده ها است. جریان کوچکی از اسید در گردش با ایزوبوتان فوق گرم در یک برج کوچک مونل به نام بازسازی کننده اسید یا برج تکرار اسید پاک می شود. سربار احیاگر HF و ایزوبوتان است که به راکتور بازیافت می شوند. کف احیا کننده پلیمر است و آزئوتروپ آب HF با NaOH یا KOH آبی خنثی می شود. پلیمر خنثی شـده ارزش سوخت خوبی دارد.
متغیرهای فرآیند در آلکیلاسیون HF
متغیرهای فرآیند کلیدی فرآیند آلکیلاسیون HF به شرح زیر است.

دمای واکنش

دمای واکنش تأثیر قابل توجهی بر عدد اکتان محصول آلکیلات دارد. تقریباً تمام راکتورهای آلکیلاسیون HF در دمای زیر 110 درجه فارنهایت کار می کنند. واکنش‌های جانبی پلیمریزاسیون و شکسـت در دمای بالای 120 درجه فارنهایت بیش از حد می‌شوند، کیفیت آلکیلات و تعداد اکتان را کاهش مـی‌دهند و به حداقل رساندن ظرفیت بازسـازی اسید واحد آلکیلاسیون HF قادر به حفظ اسـتحکام اسید نخـواهد بود.

نسبت ایزوبوتان به الفین

با افزایش نسبت ایزوبوتان به الفین، عدد اکتان آلکیلات افزایش می یابد و تولید پلیمر کاهش می یابد. بنابراین، جریان بازیافت ایزوبوتان معمولاً با توجه به ظرفیت ایزواستریپر در حداکثر حداکثر نگه داشته می شود.
قدرت اسیدی
استحکام اسید معمولاً در 85 تا 95 درصد وزنی اسید هیدروفلوریک حفظ می شود. اسید تازه توسط تولید کنندگان اسید با 99.97 درصد وزنی هیدروفلوریک اسید عرضه می شود. این خلوص برای عملکرد بهینه فرآیند آلکیلاسیون بسیار زیاد است. محتوای آب اسید معمولاً بین 0.5 تا 1.5 درصد وزنی کنترل می شود. سطوح آب زیر 0.5 درصد وزنی باعث کاهش اکتان و آب بالای 1.5 درصد منجر به خوردگی بیشتر در لوله‌ها و مخازن فولاد کربنی می‌شود. استحکام اسیدی بهینه با تعادل بین عملکرد سیستم‌های تصفیه خوراک واحد برای حذف گوگرد و آب و عملیات بازسازی اسید حفظ می‌شود.
نسبت اسید به هیدروکربن
نسبت حجمی اسید به هیدروکربن مورد استفاده در فرآیند آلکیلاسیون اسید هیدروفلوریک معمولاً 1:1 یا بالاتر است. در برخی موارد، زیر 0.8:1.0، پلیمریزاسیون اضافی رخ می دهد. در شدیدترین موارد، تولید آلکیلات می تواند متوقف شود.

فشار

فشار تا زمانی که به اندازه کافی بالا نگه داشته شود تا از تبخیر هیدروکربن و اسید در بخش راکتور جلوگیری شود، تأثیری بر فرآیند ندارد.

نوشته: Nasser Hussain