فهرست مطالب

مهندسی شیمی ایران - پیاپی 116 (امرداد و شهریور 1400)

دوماهنامه مهندسی شیمی ایران
پیاپی 116 (امرداد و شهریور 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/31
  • تعداد عناوین: 8
|
  • سرمقاله
  • روح الله قربانی، یحیی ربانی، امید توکلی* صفحات 7-20
    با توجه به این که ترکیبات سبک و سنگین در برج های تقطیر مربوط به صنعت پتروشیمی، نفت و گاز جداسازی مناسب ندارند؛ مقادیری هیدروکربن در مشعل1 سوزانده می شود. احتراق این گازها در مشعل موجب تولید گازهای سمی و خطرناک در محیط زیست می شود. در برج عاری ساز واحد پلی اتیلن سبک خطی پتروشیمی جم، میزان زیادی هیدروکربن از بالای مشعل سوزانده می شود. در این مقاله، راهکاری مناسب برای جلوگیری از ورود گازهای سمی و خطرناک به اتمسفر و هم چنین استفاده از انرژی سوخت فسیلی و ترکیبات آن از منظر اقتصادی ارایه شده و از چرخه ترکیبی، برای تولید توان و بخار آب مفید برای خود واحد استفاده شده است. برای  امکان سنجی تولید توان و بخار، نتایج خروجی از واحد و هم چنین چرخه ترکیبی به کمک نرم افزار اسپن شبیه سازیشده است. نتایج نشان داد که استفاده از چرخه ترکیبی، به میزان 9/29 مگاوات توان و هم چنین به میزان 3500 کیلوگرم بر ساعت بخار تولید می کند. توان تولیدشده می تواند برق مورد نیاز کمپرسور واحد پلی اتیلن سبک خطی و هم چنین بخار مربوط به ناحیه استیمر را تامین کند. با اجرای این طرح، می توان علاوه بر برتری های اقتصادی،مانع از ورود گازهای سمی و خطرناک به محیط زیست شد.
    کلیدواژگان: واحد پلی اتیلن سبک خطی، مشعل، چرخه ترکیبی، توربین گازی، چرخه بخار
  • زهرا معینی، سیاوش عاشوری* صفحات 21-35

    آسفالتین ها ترکیباتی سنگین در نفت هستند که در نرمال آلکان ها همانند نرمال هپتان حل نمی شوند ولی در ترکیبات آروماتیک همانند بنزن و تولوین حل می شوند. معمولا تغییر در شرایط عملیاتی مانند دما ، فشار و ترکیب نفت مخزن منجر به رسوب آسفالتین می شود. آسفالتین ها با رسوب در محیط متخلخل، چاه، لوله ها و وسایل سطحی خسارت های بسیار زیادی به بار می آورند. به منظور جلوگیری و یا به تاخیر انداختن تشکیل رسوب آسفالتین در شرایط و محل های مختلف پیش بینی نقطه تشکیل رسوب و مقدار رسوب بسیار ضروری و حایز اهمیت است. دما و فشار و دبی شرایط عملیاتی هستند که با تغییر هر کدام، می توان میزان رسوب تشکیل شده را کم و یا تشدید کرد. تنها راه حل موجود در دنیای صنعتی امروز برای جلوگیری از تشکیل رسوب آسفالتین استفاده از مواد شیمیایی و بازدارنده هاست که دانستن سازوکارهای رسوب نیز بسیار دارای اهمیت است. ما در این مقاله مروری، به ساختمان آسفالتین، شرایط تشکیل رسوب، آزمایش های مربوط به رسوب، سازوکارهای رسوب گذاری و بازدارنده ها پرداخته ایم. هدف اصلی مقاله آشنایی کلی با رسوب آسفالتین و عوامل تاثیرگذار بر تشکیل رسوب و به کارگیری دانش برای جلوگیری از تشکیل رسوب آسفالتین با رویکرد استفاده از بازدارنده هاست.

    کلیدواژگان: آسفالتین، فشار تشکیل رسوب، آسیب سازند، بازدارنده ها
  • مهسا کیانی نیا، سید مجید عبدلی*، سیروس شفیعی صفحات 36-49
    در این پژوهش با تصویربرداری از بستر ذرات کروی و استفاده از پردازش تصویر، اطلاعات ریخت شناختی محیط متخلخل نظیر توزیع اندازه ذرات و حفره ها، تعداد ذرات و تخلخل استخراج شد. با بررسی داده های به دست آمده، مشاهده شد که نسبت میانگین قطر حفره ها به میانگین قطر ذرات با تخلخل رابطه لگاریتمی دارد. با توجه به اهمیت محاسبه ضریب نفوذپذیری در محیط های متخلخل، از مدل شبکه حفره ای استفاده شد. برای ساخت شبکه حفره ای کلیه اطلاعات استخراج شده از تصویر به کار رفت. بعد از اعمال معادلات حاکم در شبکه، توزیع فشار، دبی جریان و درنتیجه ضریب نفوذپذیری حساب شد. نتایج حاصل از شبیه سازی برای اعتبارسنجی با ضریب نفوذپذیری اندازه گیری شده در آزمایش و معادلات تجربی کارمن-کوزنی و ربانی و همکاران مقایسه و مشاهده شد که نتایج آزمایشگاهی با نتایج مدل شبکه حفره ای به دلیل در نظر گرفتن ساختار داخلی محیط متخلخل به صورت حفره ها و گلویی ها مطابقت بیشتری دارد.
    کلیدواژگان: پردازش تصویر، توزیع اندازه حفره ها، مدل شبکه حفره ای، ضریب نفوذپذیری
  • مرتضی زیودار*، مسلم ابروفراخ صفحات 50-63
    خط لوله یکی از اصلی ترین روش های انتقال گاز است؛ از محدودیت های این روش می توان به انعطاف ناپذیری، محدود بودن ظرفیت انتقال گاز و هزینه های بالای نصب و نگهداری تجهیزات اشاره کرد. برای رفع برخی از این محدودیت ها، اخیرا انتقال گاز در حالت فاز متراکم (سیال فوق بحرانی) پیشنهاد شده است. از برتری های انتقال گاز طبیعی به صورت فوق بحرانی می توان به افزایش چگالی، کاهش گرانروی، تعداد کمتر ایستگاه های تقویت فشار، قطر لوله کمتر، کاهش افت فشار، هزینه پایین تر تعمیرات و نگهداری و هم چنین عدم تشکیل سیال دوفازی اشاره کرد. برای انتقال گاز طبیعی به حالت فاز متراکم، فشار گاز باید از بیشترین فشاری که هم زمان هر دو فاز مایع و گاز وجود دارند، بیشتر و هم چنین دمای گاز باید بالاتراز دمای بحرانی و کمتر از بیشترین دما در حالتی که هم زمان هر دو فاز مایع و گاز وجود دارند، باشد. در این مقاله پس از بیان تیوری و معادلات انتقال گاز، نتایج دو مطالعه در زمینه انتقال گاز در شرایط فوق بحرانی آورده شده است. این مطالعات نشان داد که انرژی فشرده سازی و خنک کردن گاز به ترتیب 70 و 50 درصد کمتر از حالت انتقال گاز به صورت دوفازی بوده است. مقدار گاز میعان شده قابل استحصال در حالت فوق بحرانی 74 درصد بیشتر از حالت دوفازی بوده و هم چنین مقدار انرژی کمپرسور ها در حالت فاز متراکم به ترتیب 51 و 63 درصد کمتر از حالت انتقال گاز در فشار متوسط و فشار پایین گزارش شده است.
    کلیدواژگان: فاز متراکم، انتقال گاز طبیعی، خطوط لوله، سیال فوق بحرانی
  • سامیه شهماروند، فروغ عاملی* صفحات 64-83

    فوم سیالی است که از فاز گاز، آب و سورفکتانت تشکیل شده است، سورفکتانت کهبه صورت محلول در آب است، به منظور پایداری این سیال استفاده می شود. از اواخر دهه 50 و اوایل دهه 60، فوم به عنوان یک تکنیکی امیدوار کننده به منظور کنترل تحرک گاز و سازگاری در محیط متخلخل و هم چنین رفع مشکلاتی از قبیل پدیده انگشتی شدن، میان شکنی زودهنگام گاز و رانش گرانشی که با تزریق گازایجاد می شوند، ارایه شد. کاربردهای تزریق فوم عبارت است از ازدیاد برداشت، اسیدزنی ماتریس، جلوگیری از نشت گاز، اصلاح لایه های آبده آلوده، بستن مسیری در محیط متخلخل به منظور کنترل جریان و جهت دهی به آن. برای درک فیزیکی رفتار این سیال، مدل سازی آن با دو رویکرد کلی موازنه جمعیت (PB) و تعادل محلی-بافت ضمنی (IT-LE) انجام می گیرد. در این مقاله به توضیح و شرح این رویکردها و مدل های مربوطه پرداخته شده است. هم چنین میان تکنیک های ارایه شده مقایسه ای کلی شده است. الگوی موازنه جمعیت به دو نسخه بافت دینامیکی و تعادل محلی تقسیم می شود. تفاوت اصلی بین این دو نسخه در نحوه به دست آوردن بافت فوم است. نتایج نشان می دهد که تکنیک تعادل محلی-بافت ضمنی به مولفه های کمتری نسبت به نسخه های مدل تعادل جمعیت نیاز دارد. هم چنین به دلیل حل معادلات به صورت جبری، زمان محاسبه کمتری را در شبیه سازهای مخزن از آن خود می کند و به دلیل ماهیت تجربی دارای کاربرد بیشتری است.

    کلیدواژگان: مدلسازی تزریق فوم، ازدیادبرداشت، موازنه جمعیت، تعادل محلی
  • مسعود طبرسا، بهمن زارع نژاد* صفحات 84-98
    روش تخلیه بار سد دی الکتریک (DBD) یکی از روش های جدید تولید پلاسماست که با استفاده از آن می توان به افزایش درجه اکسایش پیش ماده های مختلف اقدام شود. در این پژوهش به امکان سنجی استفاده از این روش برای افزایش درجه اکسایش پیش ماده های پایه کربنی (اکسیدگرافن و نانولوله های کربنی) و پایه فلزی (نانومگنتیت و نانو آلومینا) اقدام شد. بدین منظور این نانوذرات قبل و بعد از انجام عملیات مذکور با روش های میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدان (FESEM)، طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS)، تبدیل فوریه پرتو مادون قرمز (FT-IR) و طیف سنجی فرابنفش- مریی (UV-Vis) شناسایی شدند و تغییرات درجه اکسایش آن هاارزیابی شد. هم چنین برای بررسی پایداری نانوذرات در محیط آبی از آزمون پتانسیل زتا استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که پس از اعمال فرایند پلاسما درصد وزنی عنصر اکسیژن در نانوذرات اکسیدگرافن و نانولوله های کربنی به ترتیب حدود 59% و 33% افزایش یافت. این در حالی است که این روش در افزایش درجه اکسایش نانواکسیدهای فلزی تاثیر قابل توجهی نداشت. در واقع بسته به نوع رادیکال های اکسیژن تولیدی در فضای پلاسما گروه های مختلفی مانند کربوکسیلیک اسید، هیدروکسیل، لاکتون و لاکتول بر رویسطح مواد پایه کربنی ایجاد شده است که این گروه ها درجه اکسایش این مواد را افزایش داده است.
    کلیدواژگان: تخلیه بار سد دی الکتریک، DBD، اکسیدگرافن، نانولوله کربنی، نانو مگنتیت، نانو آلومینا
  • صفحات 101-102
|
  • S. R. Ghorbani Khoshkroudi, Y. Rabbani, O. Tavakoli * Pages 7-20
    Due to the separation of light and heavy phases in the distillation towers of the petrochemical industries, some hydrocarbons have been burned in the flare. Combustion of these gases produces toxic and dangerous gases by the flare and vent into the environment. In the stripping tower of Jam Petrochemical LLDPE Unit, a large number of hydrocarbons is released from the top of the tower. In this study, by providing a suitable solution, toxic and dangerous gases can be prevented from entering the atmosphere, and also the energy of fossil fuels and their compounds can be used from an economic point of view. Therefore, the combined cycle has been used to produce power and water vapor useful for the unit itself. To enable power and steam production, the output results of the unit, as well as the combined cycle, have been simulated using ASPEN-PLUS software. The results showed that the use of the combined cycle produces 29.9 MW of power and also 3500 kg / h of steam. From this amount of power generated, all the required electricity related to the compressor of the linear light polyethylene unit can be supplied, and also the generated steam can cover the steam related to the steamer area and prevent the entry of toxic and dangerous gases into the environment.
    Keywords: LLDPE Unit, Flare, combined cycle, Gas turbine, Steam Cycle
  • Z. Moeini, S. Ashoori * Pages 21-35

    Asphaltenes are heavy components in oil that do not dissolve in normal alkanes like normal heptane but can be soluble in aromatic compounds such as benzene and toluene. Usually changes in operating conditions such as temperature, pressure and fluid composition lead to asphaltene precipitation. Asphaltenes cause a lot of damage by depositing in porous media, wells, pipes and surface equipment. In order to prevent or postpone the formation of asphaltene precipitation in different conditions and places, it is very necessary and important to predict the onset point and the amount of precipitation. Temperature, pressure and flow rate are operating conditions that by changing each, the amount of precipitation can be reduced or intensified. The only solution in the industrial world to postpone asphaltene precipitation is to use chemicals and inhibitors, which is very important to know the mechanisms of deposition. In this review paper, the structure of asphaltene, deposition conditions, experiments of asphaltene precipitation, deposition mechanisms and inhibitors are discussed. The main purpose of this article is general acquaintance with asphaltene precipitation and the factors affecting deposition and applying knowledge to prevent the formation of asphaltene precipitation with the approach of using and applying inhibitors.

    Keywords: Asphaltene, Asphaltene Onset Pressure, Formation Damage, Inhibitors
  • M. Kianinia, S. M. Abdoli *, S. Shafiei Pages 36-49
    In this study, the porous media's morphological information, such as pore and particle size distribution, number of particles, and porosity, was extracted using image processing by imaging the spherical particle bed. The findings revealed that the ratio between the average pore diameter and the mean particle diameter is logarithmically related to porosity. The pore network model was used to measure the permeability in porous media. To create a pore network, all of the information derived from the image was used. The pressure distribution, flow rate, and consequently, the permeability have been determined after applying the governing equations in the network. The simulation findings for validation were compared to the permeability calculated in the experiment and the Carmen-Kozeny and Rabbani et al. equations. It was observed that the experimental results are more consistent with the results of the pore network model due to considering the internal structure of the porous media in the form of pores and throats.
    Keywords: image processing, Pore size distribution, Pore network model, Permeability
  • M. Zivdar *, M. Abrofarakh Pages 50-63
    Pipeline is one of the main methods of natural gas transmission. This method has some limitations such as inflexibility, limited gas transmission capacity, and high costs of installing and maintaining the equipment. To overcome some of these limitations, dense phase gas transmission (supercritical fluid) has recently been proposed. Among the benefits of supercritical natural gas transmission, increased density, decreased viscosity, less compressor stations, smaller pipe diameter, reduced pressure drop, lower maintenance costs, as well as the lack of two-phase fluid formation should be mentioned. To change the gas from usual condition to a dense phase, the gas pressure should be more than the cricondenbar point and the gas temperature should be between the critical temperature and the cricondentherm point in the phase diagram. In this paper, after expressing the theory and equations of gas transfer, the results of two case studies on natural gas transmission in supercritical conditions are presented. These studies showed that the compression and cooling energy in the supercritical gas transmission were 70% and 50% lower than the two-phase gas transmission mode, respectively. The extractable amount of liquefied gas in the supercritical condition was 74% higher than the two-phase state. Also, the amount of energy of the compressors in the dense phase state was 51% and 63% lower than the medium and low-pressure gas transmissions states, respectively.
    Keywords: Dense Phase, Natural Gas Transmission, pipelines, Supercritical fluid
  • S. Shahmarvand, F. Ameli * Pages 64-83

    Foam is a fluid that consists of water, gas, and surfactant, so that its properties are a combination of the two. Water-soluble surfactant is used to stabilize the fluid. From the late 50s and early 60s, foam as a promising technique to control gas mobility and adaptability to porous media, as well as solving problems such as finger phenomenon, early gas breakthrough, gravity override, etc. that are created by gas injection are presented. Applications of foam injection including: EOR, matrix acidizing, prevention of gas leakage, repair of aquifer layers, closing the path in the porous medium in order to control the flow and direct it. To understand the physicality of this fluid, it has been modeled in the past with two general techniques of population balance and local equilibrium. In this article, these approaches and models are explained. Also, a general comparison has been made between the presented techniques. The population balance pattern, which is based on the rules of bubble balance, is classified into two versions: 1- dynamic texture and 2- local equilibrium. The main difference between the two versions is in how to obtain the foam texture. The results show that the local-implicit texture equilibrium technique requires fewer parameters than the population balance model versions. Also, due to the algebraic solution of equations, it takes less computational time in reservoir simulators and is more useful due to its experimental nature.

    Keywords: Foam Injection, Modeling of Foam Flow, EOR, Population Balancing, Local Equilibrium Techniques
  • M. Tabarsa, B. Zarenezhad * Pages 84-98
    Dielectric barrier discharge technique (DBD) is a new methods for plasma formation which can be used to enhance the oxidation state of different materials. In this study, the probability of enhancing the oxidation state of carbon-based (graphene oxide and multi-walled carbon nanotube) and metal-based (nano-magnetite and nano-alumina) precursors was investigated. In this way, the oxidation state of the materials was evaluated by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), and ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis) before and after the plasma process. In addition the dispersity of the nanoparticles in an aqueous solution was investigated by zeta potential method. The obtained results revealed that after the plasma processing, the weight percentage of oxygen element increased about 59% and 33% for graphene oxide and carbon nanotube samples, respectively. However, the metal-based materials were not affected by the plasma process. Indeed, depending on the type of produced oxygen radicals in the plasma space, different groups such as carboxylic acid, hydroxyl, lactone, and lactol groups can be formed on the surface of the carbon-based materials which led to the increasing of the oxidation state of the nanoparticles.
    Keywords: Dielectric Barrier Discharge, DBD, graphene oxide, Carbon Nanotube, Nanomagnetite, Nanoalumina
  • Pages 101-102