شبیه سازی آموزشی مقاله مدل سازی جنبشی واکنش های ترک حرارتی با متلب

در این پروژه آموزشی، مقاله راکتور کراکینگ ضمیمه شده پس از شبیه سازی معادلات موازنه جرم و انرژی و مومنتوم و سینتیک برای واکنش های مقاله مذکور در نرم افزار متلب،  به تحلیل نتایج و مقایسه آن ها با نتایج مقاله پرداخته شده ایم.

 

چکیده مقاله (ترجمه ماشینی)

این مقاله یک مدل سینتیکی برای ترک‌خوردگی حرارتی روغن‌های مختلف در بازه‌های زمانی ارائه می‌کند که مربوط به ذخیره‌سازی طولانی‌مدت در دماها تا آنهایی است که در فرآیند احتراق درجا تجربه شده‌اند. این مدل مکانیسم‌های جنبشی دقیق و تغییرات غلظت گونه‌های فردی را در طول واکنش‌های ترک حرارتی توصیف می‌کند. همچنین نتایج مدل‌سازی با داده‌های تجربی برای تأیید اعتبار آنها مقایسه می‌شود.

از لحاظ تاریخی، صنعت نفت تلاش کرده است تا بازیافت نفت های سنگین و ماسه های نفتی را که دارای ذخایری سه برابر مخازن نفتی معمولی هستند، اما نمی توانند با روش های معمولی تولید شوند، بهبود بخشد. روش‌های فعلی که برای بهبود تولید قیر در محل استفاده می‌شوند، تحریک چرخه‌ای بخار و زهکشی گرانشی به کمک بخار هستند. تزریق بخار باعث افزایش دما در مخزن می شود و در نتیجه ویسکوزیته قیر را کاهش می دهد و تحرک آن را افزایش می دهد. تزریق بخار پایدار با موانع دسترسی به آب، هزینه های بالای گاز طبیعی و کیفیت هوا مواجه است، از این رو تزریق هوا دوباره به عنوان روشی برای تولید انرژی در محل مورد توجه قرار می گیرد. به منظور توسعه طرح های واقع بینانه برای تزریق هوا یا پروژه های احتراق درجا در مخازن قیر، لازم است واکنش های مختلفی را که درگیر هستند، درک کنیم. سه واکنش عمده در هنگام استفاده از احتراق درجا (ISC) گزارش شده است: (1) ترک حرارتی، (2) اکسیداسیون در دمای پایین فاز مایع (LTO)، و (3) اکسیداسیون دمای بالا (HTO) بخار، مایع و جامد. کسرهای هیدروکربنی واکنش‌های ترک حرارتی اغلب به عنوان واکنش‌های رسوب سوخت برای احتراق درجا شناخته می‌شوند. پیوندهای کربن-کربن اجزای هیدروکربنی سنگین‌تر شکسته می‌شوند تا مولکول‌های هیدروکربنی کم‌کربن به‌علاوه یک بخش بی‌حرکت تشکیل شوند که به آن کک می‌گویند. کراکینگ حرارتی به طور گسترده در ارتقاء روغن‌های سنگین و قیر استفاده می‌شود، با این حال بازه‌های زمانی معمولاً بسیار کوتاه‌تر از زمان‌های مرتبط با فرآیندهای بازیابی نفت مبتنی بر بخار یا تزریق هوا است. منبع اصلی ادبیات در مورد ترک حرارتی روغن ها در بازه های زمانی طولانی با تزریق بخار یا فرآیندهای احتراق درجا مرتبط است. مقدار قابل توجهی از داده ها در مورد کراکینگ حرارتی روغن های سنگین کانادایی توسط هایاشیتانی [1] و میلور و همکاران منتشر شده است. [2]. انجام پروژه متلب

مدل‌های ترکیبی برای توصیف تغییر در ترکیب روغن به عنوان تابعی از دما و زمان ایجاد شده‌اند. مدل های ترک حرارتی پیشنهاد شده توسط هایاشیتانی [1] و میلور و همکاران. [2] درک خوبی از ماهیت تغییرات ترکیبی که هنگام ترک خوردن قیر Athabasca در غیاب اکسیژن رخ می دهد، ارائه می دهد. میلور و همکاران یک مدل نیمه تجربی برای اکسیداسیون در دمای پایین برای توصیف داده‌های ترک‌خوردگی حرارتی قیر Athabasca Hayashitani و همچنین تعدادی دیگر از روغن‌های سنگین کانادایی اصلاح کرد. مدل میلور زمان شروع کک و تبدیل مالتن ها و آسفالتین ها را در طول ترک حرارتی محاسبه می کند. Millour گزارش داد که پیش اکسیداسیون روغن زمان شروع کک را کاهش داده و نرخ ترک حرارتی را در یک دمای معین تسریع می کند. Wiehe [3] یک مدل ترک حرارتی در سال 1993 برای زمان واکنش مرتبط با عملیات کراکینگ پالایشگاه پیشنهاد کرد. این مقاله مدل Wiehe را به محدوده‌های زمانی و دمایی معمولی یک فرآیند احتراق درجا گسترش می‌دهد. آکین و همکاران [4] از یک مدل جنبشی استفاده کرد که محصول را به شش شبه جز (روغن سنگین، روغن متوسط، روغن سبک، دو گاز غیرقابل تراکم و کک) برای شبیه‌سازی فرآیند احتراق خشک به جلو، گروه‌بندی کرد. مدل آنها شامل واکنش شیمیایی ترک خوردگی نفت سنگین به روغن سبک و کک است. برای نمایش جنبشی صریحاً صحیح ترک خوردگی هیدروکربنی، تعداد زیادی از گونه های شیمیایی باید در نظر گرفته شوند. چنین سیستمی غیرعملی خواهد بود، زیرا بار محاسباتی را افزایش می دهد. بنابراین شبه مؤلفه‌ها باید برای ساده‌سازی کل فرآیند محاسبه اختصاص داده شوند. فاز هیدروکربنی از نظر مالتن، آسفالتین و کک مشخص می شود. مالتن ها کسر محلول در پنتان و تولوئن (یا بنزن) هستند و ممکن است به منظور مدل سازی بیشتر به مالتن های واکنش پذیر و مالتن های محصول جدا شوند. آسفالتین ها به عنوان تولوئن (یا بنزن) محلول و پنتان نامحلول تعریف می شوند.

مقدمه

خُردایش یا کراکینگ فرآیندی است که در صنایع پتروشیمی کاربرد داشته و برای نمک زدایی از بنزین سفید انجام می‌شود. این فرایند از روش‌های اصلی در تبدیل نفت خام به سوخت‌های مفید مانند بنزین، گازوییل، سوخت جت و نفت سفید است. کراکینگ گرمایی، کراکینگ کاتالیستی، هیدروکراکینگ و کراکینگ با بخار آب از متداول‌ترین انواع روش‌های کراکینگ در صنایع هستند. این فرایند یا در دما و فشار بالا و بدون کاتالیزور انجام می‌شود یا در دمای پایین و فشار کم و در حضور کاتالیزور.منبع اصلی هیدروکربن‌های بزرگ، برش‌های نفت سفید یا بنزین در فرایند تقطیر جزء به جزء نفت خام می‌باشد. این برش‌های نفتی به صورت مایع از فرایند تقطیر به دست می‌آیند اما پیش از فرایند کراکینگ دوباره تبخیر می‌شوند.در فرایند کراکینگ تنها یک واکنش منحصر به فرد رخ نمی‌دهد. پیوند هیدروکربن‌ها به صورت اتفاقی می‌شکند و مخلوطی از هیدروکربن‌های کوچکتر را ایجاد می‌کند که برخی از آن‌ها هیدروکربن‌های دارای پیوند دوگانه کربن- کربن است.

مدل های ترکیبی برای توصیف تغییر در ترکیب روغن به عنوان تابعی از دما و زمان توسعه داده شده است. مدل‌سازی کراکینگ حرارتی ارائه ‌شده در این مقاله بر روی داده‌های قیر Hayashitani Athabasca تمرکز دارد. همچنین بر داده‌های نفت پمبینا، نفت کنتس فریسکو، نفت سنگین شمال بودو، قیر Athabasca از درام 433 و 20 تمرکز دارد.

مدل واکنش کراکینگ حرارتی

واکنش‌های مرتبه اول موازی برای تجزیه حرارتی مالتن‌ها و آسفالتین‌ها دو واکنش عمده‌ای هستند که در طول دوره القای کک اتفاق می‌افتند.در این دوره ای که واکنش دهنده های اسفالتین ها می باشند فرض بر این است که فقط محصولات با وزن مولکولی کمتر را تشکیل می دهند(مالتن محصول، آسفالتین محصول و گاز). تا زمانی که آسفالتین ها حل شده باقی می مانند، مالتن ها هیدروژن قابل انتزاع برای پایان دادن به رادیکال های آزاد آسفالتین نوترکیبی به اندازه کافی فراهم می کنند که در ادامه با استفاده از معادلات و روابط بدست در اماده در مقاله در نرم افزار واکنش های فوق را مدل و داده ها مورد مقایسه قرار خواهد گرفت.

برخی از تصاویر خروجی شبیه سازی

شبیه سازی آموزشی مقاله مدل سازی جنبشی واکنش های ترک حرارتی با متلب توسط کارشناسان گروه ۱.۲.۳ پروژه پیاده سازی گردیده .