شبیه‌سازی و آنالیز فنی-اقتصادی فرآیند تصفیه هیدروژنی مازوت

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 گروه پژوهشی شیمی و فرآیند پژوهشگاه نیرو

2 دانشگاه تهران

چکیده
سوخت مازوت‌‌ با درصد گوگرد بالا به‌طور گسترده در صنایع پتروشیمی، نیروگاهی و دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از این نوع سوخت‌ها، علاوه بر آنکه باعث آلودگی‌های وسیع هوایی و دریایی در کشور شده است، باعث تحمیل جرایم هنگفت بین‌المللی، افزایش هزینه‌ها و خوردگی تجهیزات نیز شده است. از این‌رو، استفاده از سوخت مازوت با ترکیبات گوگردی حداکثر 5/0 درصد جرمی در دنیا، به صورت تصفیه مازوت در مبدا (در پالایشگاه‌ها) و با در نظر گرفتن تمامی جنبه‌ها، بیش از پیش اهمیت یافته است. روش‌های صنعتی محدودی برای گوگرد‌زدایی‌ هیدروژنی سوخت مازوت (به‌علت سنگین بودن این برش نفتی و پیچیده بودن ترکیبات گوگردی در آن) وجود دارد که مرسوم‌ترین آن روش سولفور‌زدایی هیدروژنی یا (HDS) است.

هدف از این پژوهش، شبیهسازی و ارزیابی اقتصادی واحد تصفیه هیدروژنی از مازوت با ظرفیت 75/13 میلیون بشکه در سال می‌باشد. شبیه‌سازی این فرآیند در نرم‌افزار Aspen HYSYS petroleum Refinery انجام گرفته شده است. در این شبیه‌سازی تاثیر پارامترهای عملیاتی موثر نظیر فشار، نسبت هیدروژن به مازوت و در نهایت میزان مصرف کاتالیست بر روی حذف ترکیبات گوگردی، تولید محصولات جانبی و هزینه‌های خالص تولید بررسی شده‌است.

نتایج نشان داد برای تصفیه هیدروژنی این ظرفیت از مازوت با ترکیبات گوگردی 5/3 درصد، هزینه کل سرمایه‌گذاری 9/308 میلیون دلار و هزینه خالص تولید مازوت تصفیه‌شده، 5/114 میلیون دلار در سال برآورد شده است. همچنین آنالیز حساسیت اقتصادی فرآیند نشان داد که پارامتر عملیاتی نسبت هیدروژن به مازوت، بیشترین تاثیر را در افزایش هزینه سرمایه‌گذاری و هزینه‌ خالص تولید دارد که تا حد امکان باید کمینه شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Simulation and Techno-Economic analysis of Hydrotreating Process of Mazut

نویسندگان English

Amirhossein Khalili-Garakani 1
Mostafa Jafari 2
1 Chemistry & Process Engineering Department Niroo Research Institute
2 Tehran University
چکیده English

Research subject: Mazut is widely used in petrochemical, power, and marine industries. The use of these fuels, in addition to causing widespread air and sea pollution in the country, has also led to severe international penalties, rising costs, and corrosion of equipment. Therefore, the use of mazut fuel with sulfur compounds of up to 0.5% in the world, as a refining mazut fuel at the origin (in refineries) and taking into account all aspects, is more important. There are limited industrial methods for the hydrotreating of mazut (Due to the heavy oil cut and the complexity of sulfur compounds in it), the most common of which is hydrogen desulfurization (HDS).

Research approach: The goal of this research, The simulation and economic evaluation of the hydrotreating plant from Mazut fuel with a capacity of 13.75 million barrels per year. The simulation of this process was performed in Aspen HYSYS petroleum refinery software. In this simulation, the effect of effective operating parameters such as pressure, hydrogen to mazut ratio, and finally catalyst consumption on the removal of sulfur compounds, production of by-products, net production costs, and total investment costs are investigated.

Main Results: The results showed that for the hydrotreating process of this mazut with sulfur compounds 3.5%, total capital investment is 308.9 million US$ and the net production cost of treated mazut fuel is estimated to be 114.5 million US$ per year. Also, economic sensitivity analysis showed that the operating parameter of the hydrogen to mazut ratio had the greatest effect on increasing the total capital investment and net production cost, which should be minimized as much as possible.

کلیدواژه‌ها English

Mazut
Hhydrogen Desulfurization
Naphtha
Net Production Cost
Total Capital Investment
[1] Https://www.Energy Information.ir/2016-04-20-05-26-30/886-2016-12-23-12-10-3, Available in 22 February 2020.
]2 [کوراوند و همکاران، خوردگی و آسیب های مکانیکی ناشی از احتراق سوخت مازوت در نیروگاه، اولین کنفرانس پیشرفتهای نوین در حوزه انرژی، ساوه، موسسه آموزش عالی انرژی، 1394.
[3] Khaleghi, M. S. B., Markadeh, R. S., & Ghassemi, H., Thermodynamic Evaluation of Mazut Gasification for Using in Power Generation. Petroleum Science and Technology, 34(6), 531-538, 2016.
[4] Henderson, J, and Bassam F., The Impact of Russia’s Refinery Upgrade Plans on Global Fuel Oil Markets, 2012.
[5] Kouravand, S., & Kermani, A. M., Clean Power Production by Simultaneous Reduction of Nox And Sox Contaminants Using Mazut Nano-Emulsion and Wet Flue Gas Desulfurization. Journal of Cleaner Production, 201, 229-235, 2018.
[6] Gulyaeva, L. A., Lobashova, M. M., Mitusova, T. N., Shmel’kova, O. I., Khavkin, V. A., & Nikul’shin, P. A., Production of Low-Sulfur Marine Fuel. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 1-8, 2020.
[7] Hosseini, K., & Stefaniec, A., Efficiency Assessment of Iran's Petroleum Refining Industry in The Presence of Unprofitable Output: A Dynamic Two-Stage Slacks-Based Measure. Energy, 189, 116112, 2019.
[8] Demirbas, A., Alidrisi, H., & Balubaid, M. A., API Gravity, Sulfur Content, And Desulfurization of Crude Oil. Petroleum Science and Technology, 33(1), 93-101, 2015.
[9] Houda, S, et al. Oxidative Desulfurization of Heavy oils with High Sulfur Content: A Review. Catalysts 8.9, 2018.
[10] Gaile, A. et al., Refining of Diesel and Ship Fuels by Extraction and Combined Methods. Part 2. Use of Organic Solvents as Extractants., Russian Journal of Applied Chemistry 92.5, 2019.
]11 [یوسفعلی قربانی. بررسی روش های حذف ترکیبات گوگرددار از نفت خام، فصلنامه علمی ترویجی فرآیند نو 8، 43، 19-39، 1392.
[12] Li, G. R., Chen, Y., An, Y., & Chen, Y. L., Catalytic Aquathermolysis of Super-Heavy Oil: Cleavage of CS Bonds and Separation of Light Organosulfurs. Fuel Processing Technology, 153, 94-100, 2016.
[13] Ma, R., Guo, J., Wang, D., He, M., Xun, S., Gu, J., ... & Li, H., Preparation of Highly Dispersed WO3/Few Layer G-C3N4 And Its Enhancement of Catalytic Oxidative Desulfurization Activity. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 572, 250-258, 2019.
[14] Liu, H., Bao, S., Cai, Z., Xu, T., Li, N., Wang, L., & Chen, W., A Novel Method for Ultra-Deep Desulfurization of Liquid Fuels at Room Temperature. Chemical Engineering Journal, 317, 1092-1098, 2017.
[15] Okasha, F. M., El-Emam, S. H., & Mostafa, H. K., The Fluidized Bed Combustion of a Heavy Liquid Fuel. Experimental Thermal and Fluid Science, 27(4), 473-480, 2003.
[16] Shankar, N., V, et al. Steady State Optimization and Characterization of Crude Oil Using Aspen HYSYS. Petroleum Science and Technology 34.13, 2016.
[17] Liu, et al. Petroleum Refinery Process Modeling: Integrated Optimization Tools and Applications. John Wiley & Sons, 2018.
[18] Leibovici, Claude F. A Consistent Procedure for The Estimation of Properties Associated to Lumped Systems. Fluid Phase Equilibria 87(2), 1993.
[19] Poling, B. E., Prausnitz, J. M., & O'connell, J. P., The Properties of Gases and Liquids, 5 th Edition, New York: McGraw-Hill, 2001.
[20] Wang, Yalin, et al. Modeling and Simulation of Reaction and Fractionation Systems for the Industrial Residue Hydrotreating Process. Processes 8(1), 2020.
]21 [پورمقدم پیمان و همکاران، ارزیابی فنی و اقتصادی فرآیند سولفورزدایی هیدروتریتینگ در نیروگاه‌های ایران، مطالعه موردی برای نیروگاه شازند اراک. سی و یکمین کنفرانس بین‌المللی برق، تهران، ایران، 1395.
[22] George T. Stevenin. Petroleum Desulfurization.: IHS Markit. Accessed July, 15, 1975.
[23] Paiko, I. I., Azeez, O., & Makwashi, N., Pinch Analysis in Optimising Energy Consumption on a Naphtha Hydrotreating Unit in a Refinery. Petroleum & Petrochemical Engineering Journal, 1(5), 1-11, 2017.
[24] Calderón, C. J., & Ancheyta, J., Modeling, Simulation, and Parametric Sensitivity Analysis of a Commercial Slurry-Phase Reactor for Heavy Oil Hydrocracking. Fuel, 244, 258-268, 2019.
[25] Bandyopadhyay, R., & Upadhyayula, S., Thermodynamic Analysis of Diesel Hydrotreating Reactions. Fuel, 214, 314-321, 2018.
[26] Zhou, H., Lu, J., Cao, Z., Shi, J., Pan, M., Li, W., & Jiang, Q., Modeling and Optimization of an Industrial Hydrocracking Unit to Improve the Yield of Diesel or Kerosene. Fuel, 90(12), 3521-3530, 2011.
[27] Rana, M. S., Sámano, V., Ancheyta, J., & Diaz, J. A. I., A Review of Recent Advances on Process Technologies for Upgrading of Heavy Oils and Residua. Fuel, 86(9), 1216-1231, 2007.
[28] Gökçe, D. Model Predictive Controller Design of Hydrocracker Reactors. Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences 19.5, 2011.
[29] Mapiour, M., Sundaramurthy, V., Dalai, A. K., & Adjaye, J., Effects of the Operating Variables on Hydrotreating of Heavy Gas Oil: Experimental, Modeling, and Kinetic Studies. Fuel, 89(9), 2536-2543, 2010.
[30] Https://www.Alibaba.com/Showroom/Refinary+Mazut+Price, Available in 29 February 2020.
[31] Chang, A. F., Pashikanti, K., & Liu, Y. A., Refinery Engineering: Integrated Process Modeling and Optimization. John Wiley & Sons, 2013.