فرآیندهای شیمیایی و گازهای پتروشیمی

از فرآیندهای شیمیایی و گازهای پتروشیمی به عنوان مواد اولیه در تولید ترکیبات شیمیایی جدید یا محصولات نهایی استفاده می شود. آنها ممکن است گازهای خالص یا مخلوطی باشند که به محصولات متنوعی مانند مونومر برای تولید پلاستیک تبدیل می شوند. مواد شیمیایی تصفیه آب؛ سوخت برای موتورهای حرارتی و احتراق داخلی؛ و عوامل مورد استفاده برای فرآوری در صنایع شیمیایی، پتروشیمی و خمیر و کاغذ. فرآیندهای شیمیایی و گازهای پتروشیمی اغلب با اجزای دیگر برای اطمینان از پردازش و جابجایی ایمن، از جمله کاتالیزورها، جاذب‌ها برای خالص‌سازی جریان‌های فرآوری گاز و مایع و سیستم‌های بازیابی گوگرد برای حذف ترکیبات گوگرد از سوخت استفاده می‌شوند. 

گازهای پتروشیمی شامل متان، اتان، پروپان و بوتان است. گازهای فرآیندی شامل گازهای تک جزئی مانند هیدروژن یا نیتروژن یا گازهای چند جزئی مانند سولفید هیدروژن می باشند. فرآیندهای شیمیایی و گازهای پتروشیمی شامل استفاده از هالوژن برای اکسیداسیون است. هالوژن ها شامل ید، کلر، فلوئور و برم هستند. این گازهای فرآوری شیمیایی در واکنش های شیمیایی برای تولید یون هالید یا نمک استفاده می شوند. هالوژن ها عناصری هستند که با اکثر فلزات واکنش نشان می دهند و آنها را در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی مفید می کند.

دیگر فرآیندهای شیمیایی رایج و گازهای پتروشیمی شامل اکسیژن برای ایجاد مواد شیمیایی بلوک ساختمانی مانند اسید نیتریک و اکسید اتیلن است. نیتروژن برای ایجاد یک محیط پردازش بی اثر و غیر قابل اشتعال. و هیدروژن برای تولید آمونیاک و متانول، و همچنین برای فرآیندهای هیدروژناسیون برای تولید صابون، پلاستیک، عایق، و سایر مواد شیمیایی خاص.

برخی از فرآیندهای شیمیایی و گازهای پتروشیمی مانند نیتروژن، اکسیژن، آرگون، LNG و گاز نفتی برای سهولت در ذخیره سازی و حمل و نقل در فشار بالا مایع می شوند. در دماهای پایین تر، این مایعات می توانند به جامد تبدیل شوند. یخ خشک، شکل جامد دی اکسید کربن، نمونه معمولی از یک ماده معمولی گازی (در شرایط محیطی) است که خواص مفیدی به عنوان جامد دارد. بیشتر دی اکسید کربن تصعید می شود، به این معنی که مستقیماً از فاز جامد به فاز گازی حرکت می کند بدون اینکه به مایع تبدیل شود. در نهایت، برخی از گازهای صنعتی - مانند هیدروژن - بسیار فرار هستند و برای اطمینان از استفاده ایمن نیاز به نگهداری و ذخیره سازی ویژه دارند.

ذخیره سازی و تحویل گاز

تامین کنندگان گاز صنعتی معمولاً گاز و همچنین تجهیزات ذخیره سازی و پردازش لازم را برای تسهیل حمل و نقل و استفاده مناسب فراهم می کنند. تجهیزات گاز صنعتی ممکن است شامل مخازن ذخیره سازی و سیستم های توزیع، بخارسازها و مخازن تحت فشار (Dewars، سیلندرها، مخازن) و تریلرهای برودتی باشد. هر یک از این موارد معمولاً شامل ابزاری برای کنترل فشار و جریان است. علاوه بر این، ظروف مخصوص کاربرد بیشتری وجود دارد، از جمله لوله های نفوذ و سیستم های تحویل ایمن. اگرچه در اینجا پوشش داده نشده است (به تجهیزات تولید گاز مراجعه کنید )، ممکن است گازها در یک سیستم تولید در محل تولید شوند. 

تحویل انبوه و میکرو

گازهای فله ای را می توان با چندین روش تامین کرد: سیلندرهای ثابت، تریلرهای لوله ای نصب شده به صورت افقی یا خطوط لوله. سیلندر ثابت باید به صورت دوره ای از خط گاز یا تریلر مخزن برودتی پر شود. تریلرهای مخزن برودتی می توانند گاز مایع را به صورت فله تحویل دهند. تحویل خط لوله فقط در مناطق نزدیک به یک کارخانه تولید گاز در دسترس است.

سیلندر گاز

سیلندر یا مخزن گاز یک مخزن تحت فشار است که برای ذخیره گازها در فشار بالا استفاده می شود.

سیلندرهای فشار قوی اعتبار تصویر: Praxair Direct

سیلندر برودتی/دیوار (مایع)

یک ظرف عایق که برای ذخیره گازهای مایع استفاده می شود. داشتن یک دیوار دوتایی با خلاء بین دیوارها و سطوح نقره ای رو به خلاء.

اعتبار تصاویر: Praxair

تولید در سایت

این سیستم ها گازی را تولید می کنند که در آن مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال، سیستم‌های کاملی برای تغلیظ اکسیژن و نیتروژن از هوا وجود دارد که در تاسیسات صنعتی ساخته می‌شوند و در نتیجه هزینه‌های حمل و نقل را حذف می‌کنند.

اعتبار تصویر: Norco Inc.

خواص

همانطور که قبلاً ذکر شد، گازها قابل تراکم هستند و به همین دلیل، آگاهی از فشار تولید شده توسط گاز به دلیل ارتباط آن با دما و حجم برای هر کاربرد از منظر عملکرد و ایمنی بسیار مهم است.

اعتبار تصویر: Chem1.com

از منظر عملکرد، آگاهی از نقطه جوش و نقطه انجماد ممکن است مرتبط باشد، اما دمای خود اشتعال، حداقل دمای مورد نیاز برای احتراق گاز یا بخار در هوا بدون وجود جرقه یا شعله، از اهمیت بالایی برخوردار است. برد (یا مواد منفجره) محدوده غلظت گاز یا بخار است که در صورت وارد شدن منبع احتراق می سوزد یا منفجر می شود. غلظت های محدود کننده معمولاً حد پایین انفجاری یا قابل اشتعال (LEL/LFL) و حد بالایی مواد منفجره یا قابل اشتعال (UEL/UFL) نامیده می شوند.

سایر خصوصیات مرتبط با کاربردهای خاص عبارتند از: 

• حجم ویژه (فوت 3 / پوند؛ متر 3 / کیلوگرم)

• چگالی مایع در فشار اتمسفر (lb/ft. 3; kg/ m3 )

• ویسکوزیته مطلق (lb.m/ft.s؛ centipoises)

• گرمای ویژه - cp - (Btu/lboF یا cal/goC، J/kgK)

• نسبت گرمای ویژه - cp/cv

• ثابت گاز—R—(ft. lb./lboR؛ J/kgoC)

• هدایت حرارتی (Btu/hr. فوت oF؛ W/moC)

• نقطه جوش - فشار اشباع 14.7 psia و 760 mm Hg - (oF; oC)

• گرمای نهان تبخیر در نقطه جوش (Btu/lb.؛ J/kg)

• نقطه انجماد یا ذوب در 1 اتمسفر (oF; oC)

• دمای بحرانی (oF; oC)

• فشار بحرانی (psia؛ MN/ m2 )

• حجم بحرانی (ft.3/lb.؛ m3/kg) 

انواع

در حالی که به معنای واقعی کلمه هزاران گاز صنعتی در دسترس وجود دارد، گازهای صنعتی خاصی عناصر اصلی اقتصاد جهان هستند.

گازهای کلیدی پتروشیمی 

استیلن : گازی بی رنگ، بسیار قابل اشتعال یا انفجاری؛ C2H2 برای جوشکاری و برش فلز و به عنوان روشن کننده استفاده می شود. اتین نیز نامیده می شود.

بوتان : دو ایزومر هیدروکربن گازی. C4H10 به صورت مصنوعی از نفت تولید می شود و به عنوان سوخت خانگی، مبرد و پیشرانه آئروسل و در ساخت لاستیک مصنوعی استفاده می شود.

بوتادین : یک هیدروکربن بی رنگ و بسیار قابل اشتعال، C4H6 است که از نفت به دست می آید و در ساخت لاستیک مصنوعی استفاده می شود.

بوتن : هر یک از سه هیدروکربن ایزومر C4H8. همه در ساخت لاستیک های مصنوعی استفاده می شود. همچنین به عنوان بوتیلن شناخته می شود.

اتان : آلکان بی رنگ، بی بو و گازی. C2H6 به عنوان یک ماده تشکیل دهنده گاز طبیعی وجود دارد و به عنوان سوخت و مبرد استفاده می شود.

اتیلن : گازی بی رنگ و قابل اشتعال. C2H4 از گاز طبیعی و نفت مشتق شده است و به عنوان منبع بسیاری از ترکیبات آلی در کاربردهای مختلف از جوشکاری و برش فلزات گرفته تا رنگ آمیزی مرکبات و استفاده از آن به عنوان بی حس کننده استفاده می شود. اتن نیز نامیده می شود.

متان : گازی بی بو، بی رنگ و قابل اشتعال. CH4، ماده اصلی تشکیل دهنده گاز طبیعی، به عنوان سوخت استفاده می شود و منبع مهم هیدروژن و طیف گسترده ای از ترکیبات آلی است.

پروپان : یک گاز بی رنگ، C3H8 در گاز طبیعی و نفت یافت می شود و به طور گسترده ای به عنوان سوخت استفاده می شود.

پروپیلن : یک گاز قابل اشتعال، CH3CH:CH2 از کراکینگ هیدروکربن نفتی به دست می آید و در سنتز آلی استفاده می شود. پروپن نیز نامیده می شود. 

سایر گازهای فرآیند شیمیایی

هوا : مخلوطی بی رنگ، بی بو، بی مزه، گازی. عمدتاً نیتروژن (تقریباً 78 درصد) و اکسیژن (تقریباً 21 درصد) با مقادیر کمتر آرگون، دی اکسید کربن، هیدروژن، نئون، هلیوم و سایر گازها.

کلر : گازی دو اتمی که به رنگ زرد مایل به سبز است. این یک هالوژن است که به راحتی با تقریباً تمام عناصر دیگر ترکیب می شود. کلر سیستم تنفسی و غشاهای مخاطی را تحریک می کند. در مقادیر 1000 ppm یا بیشتر کشنده است. قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در سطوح پایین تر و غیر کشنده ریه ها را ضعیف می کند.

فلوئور : گازی سمی، کم رنگ، زرد مایل به سبز که بیشترین واکنش شیمیایی را در بین تمام عناصر دارد. به شکل خالص بسیار خطرناک است و در صورت تماس با پوست می تواند باعث سوختگی شدید شود.

هیدروژن : عنصری بی رنگ، بسیار قابل اشتعال و گازی. در تولید آمونیاک مصنوعی و متانول، در پالایش نفت، در هیدروژنه کردن مواد آلی، به عنوان یک اتمسفر کاهنده، در مشعل های اکسیژن هیدروژن و در سوخت موشک استفاده می شود. گاز هیدروژن معمولی از مولکول های دو اتمی (H2) ساخته شده است که با اکسیژن واکنش داده و آب (H2O) و پراکسید هیدروژن (H2O2) را معمولاً در نتیجه احتراق تشکیل می دهند.

نیتروژن : یک عنصر غیرفلزی که تقریباً چهار پنجم حجم هوا را تشکیل می دهد. این گاز به صورت گاز دواتومیک بی رنگ، بی بو، تقریباً بی اثر (N2) در کانی های مختلف وجود دارد. نیتروژن در تمام پروتئین ها یافت می شود و در طیف گسترده ای از تولیدات مهم از جمله آمونیاک، اسید نیتریک، TNT و کودها استفاده می شود. عدد اتمی 7; وزن اتمی 14.0067; نقطه ذوب -209.86 درجه سانتیگراد؛ نقطه جوش -195.8 درجه سانتیگراد؛ ظرفیت 3، 5.

اکسیژن : یک جزء کلیدی برای احتراق و یک عامل اکسید کننده قوی با الکترونگاتیوی بالا.

منبع:https://www.globalspec.com/