در سال‌های اخیر افزایش آگاهی از محدودیت منابع انرژی در دنیا سبب شده است که بسیاری از دولت‌ها در مورد سیاست‌های خود در استفاده از منابع انرژی، تجدید نظر نمایند و از هدر رفتن و اتلاف انرژی جلوگیری نمایند.
کوره‌های پیرولیز مهم‌ترین بخش و در واقع قلب واحدهای الفین محسوب می‌شوند که عمل شکست حرارتی خوراک ورودی در این کوره‌ها انجام می‌پذیرد. این کوره‌ها با مصرف سوخت گاز یا مایع انرژی حرارتی لازم برای شکست حرارتی را فراهم می‌آورند. بخش قابل توجهی از انرژی آزادشده در اثر احتراق سوخت و هوا توسط گاز احتراق، محفظه تابش کوره را ترک می‌کند که این حرارت برای تأمین نیاز گرمایش در بخش‌های مختلف فرایند، مورد بازیافت قرار می‌گیرد. در سال‌های اخیر با توجه به دلایل اشاره شده، بازیافت حرارت از منابع اتلافی به امری ضروری تبدیل شده است به همین خاطر طراحی‌های جدید برای بخش بازیافت حرارت کوره‌های پیرولیز به گونه‌ای بوده است که حداکثر بازیافت از گازهای احتراق صورت بپذیرد.
- فناوری‌های مورد استفاده در واحدهای الفین ایران
واحدهای الفین موجود در ایران با بهره‌گیری از فناوری شرکت‌های لینده[1]، تکنیپ[2]، لاماس[3] و تی پی ال- کی تی آی[4] ساخته شده‌اند. همان‌طور که در شکل 1 مشاهده می‌شود، 66 درصد از ظرفیت اسمی اتیلن با استفاده از فناوری شرکت تکنیپ تولید می‌شود و بعد از آن شرکت لینده قرار دارد. در صورتی که واحدهای در حال ساخت نیز از لحاظ فناوری استفاده‌شده مورد بررسی قرار گیرند شکل 1 به صورت شکل 2 تغییر خواهد کرد. لازم به ذکر است که بخش بازیافت حرارت و جابجایی در کوره‌ها در فناوری‌های تکنیپ و لینده طوری طراحی گردیده است که کوره‌ها در بیشترین مقدار بازده حرارتی (90% تا 95%) بهره‌برداری می‌شوند] 1[.
بررسی بخش جابجایی و بازیافت حرارت در کوره‌های الفین ایران
در کوره‌های اولیه موجود در ایران (پتروشیمی آبادان) از حرارت گازهای احتراق در بخش جابجایی تنها برای پیش‌گرمایش مخلوط جریان خوراک و بخار رقیق‌کننده استفاده می‌شود و گازهای احتراق با دمای نسبتاً بالایی (1000 -800 درجه فارنهایت) از دودکش کوره‌ها به اتمسفر تخلیه می‌شوند. در بخش جابجایی این کوره‌ها بخار فوق‌اشباع با دما و فشار بالا تولید نمی‌شود هم چنین به جای استفاده از مبدل‌های خط انتقال جهت بازیافت حرارت از محصول خروجی از کوره‌ها از Quench pot استفاده می‌شود که برای کاهش سریع دمای محصول، آب به صورت مستقیم به محصول خروجی اسپری می‌شود در نتیجه بازده حرارتی این کوره‌ها پایین است % (70-60). شکل 3 ساختار نمونه‌ای از این کوره‌ها را نشان می‌دهد. در کوره‌های جدید (تکنولوژی‌های لینده و تکنیپ) از پتانسیل حرارتی دو منبع حرارتی موجود (گازهای ناشی از احتراق کوره و محصول خروجی از کوره) بیشترین بازیافت و استفاده ممکن صورت می‌گیرد در همین راستا از حرارت گازهای ناشی از احتراق کوره برای تولید بخار فوق‌اشباع و همچنین پیش‌گرمایش خوراک و بخار رقیق‌کننده و از حرارت محصول خروجی از کوره (گاز شکست) برای تولید بخار اشباع از مایع اشیاع در مبدل‌های خط انتقال استفاده می‌شود این موضوع باعث افزایش قابل توجه راندمان و بهره‌وری انرژی در این کوره‌ها می‌شود طوری که راندمان حرارتی این کوره‌ها در گستره حدود % (95-90) می‌باشد. شکل 4 ساختار بخش جابجایی نمونه‌ای از این کوره‌ها با خوراک گازی (اتان) را نشان می‌دهد این بخش به ترتیب از بالا به پایین شامل کویل‌های زیر می‌باشد:
· پیش‌گرم‌کن خوراک[1] برای پیش‌گرمایش خوراک گاز یا مایع ورودی
· پیش‌گرم‌کن[2] آب تغذیه بویلر[3] جهت افزایش دمای آن برای ورود به درام بخار
· اولین کویل دما بالا[4] برای گرمایش مخلوط هیدروکربن و بخار آب رقیق‌کننده
· کویل فوق‌اشباع‌کننده بخار رقیق‌کننده[5] برای افزایش دمای بخار آب رقیق‌کننده
· اولین کویل فوق‌اشباع‌کننده بخار آب[6] برای افزایش دمای بخار اشباع خروجی از درام بخار
· دومین کویل فوق‌اشباع‌کننده بخار آب[7] برای افزایش دمای بخار فشار بالای خروجی از اولین کویل فوق‌اشباع‌کننده بخار آب و افزایش درجه فوق‌اشباعی آن
· دومین کویل دما بالا[8] برای افزایش بیشتر دمای مخلوط هیدروکربن و بخار رقیق‌کننده خروجی از قسمت کویل دما بالای اول جهت ورود به بخش تابشی کوره
- نقش بخش جابجایی و بازیافت حرارت در بازده حرارتی کوره‌ها
بازیافت حرارت در بخش جابجایی کوره‌ها نقش مهمی در افزایش راندمان و بهره‌وری انرژی در این تجهیزات مهم و حیاتی دارد. برای بررسی بازده حرارتی کوره و نقش بخش جابجایی در مقدار آن، ابتدا موازنه حرارتی مطابق روابط زیر برای کوره در نظر گرفته می‌شود ]2[:
نازی رحیمی*، مجید قاسمی کوزه کنان
شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی
مراجع
[1] NPC PR Dept. Petrochemica Complexes. 2014.
[2] M. N. Jethva and C. Bhagchandani, "Fired Heater Design and Simulation,"International Journal of engineering design and technology, vol. 1, pp. 159-164.
[3] P. Basu, C. Kefa, and L. Jestin, Boilers and burners: design and theory: Springer Science & Business Media, 2012.
[4] H. Kim and S. Choi, "A model on water level dynamics in natural circulation drum-type boilers," International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 32, pp. 786-796, 2005.
[1] P. Basu, C. Kefa, and L. Jestin, Boilers and burners: design and theory: Springer Science & Business Media, 2012.
[1] Feed Preheater (FPH)
[2] Economizer (ECO)
[3] Boiling Feed Water (BFW)
[4] High Temperature Coil I (HTCI)
[5] Dilution Steam Superheater (DSSH)
[6] High Pressure Steam Superheating I(HPSSHI)
[7] High Pressure Steam Superheater II (HPSSHII)
[8] High Temperature Coil II (HTCII)