پردازش گازطبیعی

گازطبیعی که از زیرزمین تا سرچشمه بالا آورده می شود کاملا با گازطبیعی مصرف کنندگان متفاوت است. اگرچه پردازش گازطبیعی در بسیاری از جنبه ها ساده تر از پردازش و پالایش نفت خام است، اما به اندازه نفت، پردازش آن قبل از استفاده توسط مصرف کنندگان ضروری است.گازطبیعی که توسط مصرف کنندگان استفاده می شود، بیشتر از متان تشکیل شده است. اگرچه گازی که در سرچشمه یافت می شود و بیشتر ترکیبات آن متان است نیاز به پردازش زیادی ندارد و خالص است.گازطبیعی خام از سه نوع چاه استخراج می شود: چاه های نفت، چاه های گاز و چاه های متراکم. گازطبیعی که از چاه های نفت استخراج می شود عموما به نام «گاز همراه» شناخته می شود. این گاز می تواند جدا از نفت در تشکیلات وجود داشته باشد (گاز آزاد) یا این که در نفت خام حل شده باشد (گازمحلول).

گازطبیعی که از چاه های گاز و متراکم می آید، که در آن هیچ نفت خامی وجود ندارد یا اگر وجود دارد بسیار اندک است و با نام «گاز همراه» شناخته می شود. چاه های گاز عموما گازطبیعی خام تولید می کنند در حالی که چاه های متراکم گازطبیعی آزاد به همراه یک هیدروکربن نیمه مایع متراکم تولید می کنند. منبع گازطبیعی هرچه که باشد، وقتی از نفت خام (در صورت وجود) جدا شد، معمولا در ترکیب با دیگر هیدروکربن ها وجود دارد (عمدتا اتان، پروپان، بوتان و پنتانز). به علاوه، گازطبیعی خام حاوی بخار آب، سولفید هیدروژن (S2(H دی اکسیدکربن، هلیوم، نیتروژن و دیگر اجزا است.پردازش گازطبیعی شامل جداسازی تمام هیدروکربن ها و مایعات مختلف از گازطبیعی خالص است. به منظور تولید آن چه که گازطبیعی خشک به کیفیت خطوط لوله نامیده می شود، خطوط لوله اصلی حمل ونقل اغلب مقرراتی دارند که براساس آن گازطبیعی هنگام حمل ونقل با خطوط لوله باید ترکیبات و کیفیت خاصی داشته باشد. این بدین معناست که قبل از حمل ونقل، گازطبیعی باید تصفیه شود.

یا این که در مراحل تصفیه و پالایش، اتان، پروپان، بوتان و پنتانز باید از گازطبیعی جدا شوند،اما این بدین معنا نیست که آن ها ضایعات هستند.در واقع، هیدروکربن های همراه که تحت عنوان «مایعات گازطبیعی» شناخته می شوند (Natural Gas Liquids) NGL می توانند با محصولات حاصل از پردازش گازطبیعی بسیار ارزشمند باشند. NGL ها شامل اتان، پروپان، بوتان، ایزوبوتان و بنزین طبیعی می باشند. این NGL ها به طور جداگانه فروخته می شوند و مصارف متفاوتی دارند، مثل افزایش بازیافت نفت در چاه های نفت، فراهم آوردن موادخام برای پالایشگاه های نفت یا نیروگاه های پتروشیمی به عنوان منابع انرژی.

در حالی که بعضی از اوقات پردازش موردنیاز می تواند در سرچشمه یا نزدیکی آن (پردازش حوزه) انجام شود،پردازش کامل گازطبیعی در یک نیروگاه پردازش گازطبیعی که معمولا در منطقه تولیدی گازطبیعی قرار دارد، انجام می شود.گازطبیعی استخراج شده به این نیروگاه های پردازش از طریق یک شبکه خطوط لوله جمع آوری انتقال داده می شود. این خطوط لوله قطر کوچک و فشار کمی دارند.یک سیستم جمع آوری پیچیده می تواند از لوله تشکیل شود که نیروگاه پردازش را به بیش از صدچاه در منطقه ارتباط می دهد. براساس گزارش انجمن گاز آمریکا در سال 2000 حدود 36100 مایل سیستم گردآوری خط لوله در آمریکا وجود داشت.علاوه بر پردازش انجام شده در سرچشمه و در نیروگاه های پردازش متمرکز، برخی پردازش های نهایی نیز در «نیروگاه های دو منظوره استخراج» انجام می شود. این نیروگاه ها بر روی سیستم های اصلی خط لوله قرار دارند. اگرچه گازطبیعی که به این نیروگاه ها می رسد آماده کیفیت خط لوله است، در موارد خاص بازهم مقادیر بسیار کمی از NGLها در آن جا وجود دارد که دراین نیروگاه ها از گازطبیعی جدا می شوند.

عمل واقعی پردازش گازطبیعی به گازطبیعی خشک، کیفیت خط لوله می تواند بسیار پیچیده باشد، اما معمولا شامل چهار پردازش اصلی است تا ناخالصی های مختلف از آن جدا بشود:

•از میان برداشتن نفت و گاز متراکم
•از میان برداشتن آب
•جداسازی مایعات گازطبیعی
•از میان برداشتن دی اکسید کربن و سولفور
علاوه بر چهار مرحله پردازش بالا، هیترها و ساینده هایی معمولا در سرچشمه یا در نزدیکی آن نصب می شوند. ساینده ها در درجه اول برای برداشتن شن و دیگر ناخالص های بزرگ به کار می روند. هیترها تضمین می کنند که درجه حرارت گاز زیاد پایین نیفتد. گازطبیعی که حاوی حتی مقادیر بسیار کمی از آب باشد، هنگام افت درجه حرارت، هیدرات های گازطبیعی در آن شکل می گیرند. این هیدارت ها دارای ترکیبات جامد یا نیمه جامدی می باشند که شبیه کریستال های یخ هستند. با شکل گیری این هیدارت ها در گازطبیعی مانعی در راه، عبور گازطبیعی از میان دریچه ها و سیستم های گردآوری ایجاد می شود. برای کاهش تشکیل هیدرات ها، واحدهای گرمایی با سوخت گازطبیعی عموما در امتداد خط لوله جمع آوری نصب می شوند جایی که به نظر می رسد هیدارت ها ممکن است تشکیل شوند.

• از میان برداشتن نفت و گاز متراکم

به منظور پردازش و حمل ونقل گازطبیعی محلول همراه، گاز باید از نفتی که در آن حل شده است، جدا شود. این جداسازی گازطبیعی از نفت بیشتر با ابزاری که در سرچشمه یا نزدیکی آن نصب می شود، انجام می شود. پردازش عملی برای جدا کردن نفت از گازطبیعی استفاده می شود و ابزاری که برای این کار استفاده می گردد می تواند به طور گسترده ای فرق کند. اگرچه گازطبیعی خشک کیفیت خط لوله در مناطق جغرافیایی مختلف در عمل یکسان هستند، اما گازطبیعی خام از مناطق مختلف ممکن است ترکیبات و نیازمندی های جداسازی مختلف داشته باشند. در بسیاری از موارد، گازطبیعی در نفت زیرزمینی به علت فشاری که تشکیلات تحمل می کند محلول است. وقتی این نفت و گازطبیعی تولید می شود، ممکن است به علت کاهش فشار خودبه خود گاز از نفت جدا شود. مثل بازکردن سر قوطی نوشابه که به محض بازشدن مقداری از گازهای محلول در نوشیدنی آزاد می شود.در این موارد، جداسازی نفت و گاز کاملا آسان است و این دو هیدروکربن برای پردازش بیشتر به راه های مجزایی فرستاده می شوند. ابتدایی ترین نوع جدا کننده «جدا کننده سنتی» نامیده می شود.این دستگاه شامل یک مخزن در بسته شده است جایی که نیروی گرانش برای جدا کردن مایعات سنگین تر مثل نفت و گازهای سبک تر مثل گازطبیعی به کار می رود.

در موارد خاص اگرچه ابزار آلات تخصصی خاص برای جداسازی نفت از گازطبیعی مورد نیاز است، یک نمونه از این نوع ابزار آلات «جدا کننده با درجه حرارت پایین» ( LTX) است. این دستگاه بیشتر برای چاه های تولیدی گاز فشار بالا با نفت خام یا تراکم سبک به کار می رود. این جدا کننده ها از متمایزهای فشار برای خنک کردن گازطبیعی مرطوب و جدا کردن نفت وگاز متراکم استفاده می کنند. گاز مرطوب وارد جدا کننده با درجه حرارت پایین می رود، سپس این گاز به درون جدا کننده با درجه حرارت پایین از طریق یک مکانیسم مسدود جریان پیدا می کند که گاز را هنگام ورود به جدا کننده منبسط می کند.

این انبساط سریع گاز امکان پایین آوردن درجه حرارت در جدا کننده را فراهم می کند. بعد از جدا کردن مایع، گاز خشک به «تعویض کننده گرما» برمی گردد و توسط گاز مرطوب ورودی گرم می شود. با تغییر فشار گاز در بخش های مختلف جدا کننده امکان تغییر درجه حرارت نیز پدید می آید که باعث می شود نفت و آب از جریان گاز مرطوب جدا شوند. این ارتباط اولیه با درجه حرارت بالا می تواند برای استخراج گاز از یک جریان مایع نفت استفاده شود.از میان برداشتن آبعلاوه بر جداسازی نفت و دیگر گازهای متراکم از جریان گاز مرطوب، لازم است که بیشتر آب همراه با گاز از آن جدا شود. بیشتر آب آزاد همراه با گازطبیعی استخراج شده توسط روش های جداسازی ساده در سرچشمه یا در نزدیکی آن از گاز جدا می شود. اگر چه برداشتن بخار آب موجود در محلول گازطبیعی نیازمند عملیات پیچیده تری است. این عملیات شامل رطوبت زدایی از گازطبیعی است که معمولا در دو مرحله انجام می شود. مرحله جذب با گرفتن بخار آب توسط ماده نم زدا انجام می شود. مرحله (جذب سطحی) زمانی اتفاق می افتد که بخار آب متراکم و در سطح جمع آوری می شود.

• نم زدایی یا رطوبت زدایی گلایکول

یک نمونه از نم زدایی جذب (absorption) تحت عنوان نم زدایی گلایکول شناخته می شود. در این فرایند، یک مایع نم زدای خشک کننده برای جذب بخار آب از جریان گاز استفاده می شود. گلایکول، ماده اصلی در این فرایند، شباهت شیمیایی به آب دارد. این بدین معناست که وقتی در تماس با یک جریان گازطبیعی حاوی آب قرار می گیرد، گلایکول آب را از جریان گاز می رباید.

اساسا نم زدایی گلایکول شامل استفاده از حلال گلایکول معمولا دی اتیل گلایکول (DEG) یا تری اتیل گلایکول (TEG) می باشد که در یک تماس دهنده با جریان گاز مرطوب تماس پیدا می کند. حلال گلایکول آب را از گاز مرطوب جذب می کند. وقتی جذب شد، ذرات گلایکول سنگین تر می شوند و در انتهای تماس دهنده جمع می شوند جایی که آن ها به بیرون از نم زدا برده می شوند. گازطبیعی که بدین شکل بیشتر ترکیبات آب خود را از دست می دهد، به بیرون از نم زدا انتقال می یاید. حلال گلایکول به همراه تمام آبی که از گازطبیعی جذب کرده است از میان یک دیگ بخار تخصص یافته که به منظور بخار کردن آب باقیمانده طراحی شده است، عبور می کند. وقتی آب موجود در این دیگ بخار به حرارت 212درجه فارنهایت می رسد بخار می شود، در حالی که گلایکول تا 400 درجه فارنهایت بخار نمی شود. این تفاوت درجه جوش جدا کردن آب از محلول گلایکول را آسان می سازد و امکان استفاده دوباره از آن در فرایند نم زدایی را فراهم می کند.نوآوری جدید در این فرایند، اضافه کردن خازن های جدا کننده فلاش تانک است. علاوه بر جذب آب از جریان گاز مرطوب، محلول گلایکول گاه گاهی با خود مقادیر کوچکی از متان و دیگر ترکیبات موجود در گاز مرطوب حمل می کند. درگذشته این متان به سادگی از دیگ بخار خارج می شد. علاوه بر هدربخشی از گازطبیعی که استخراج شده بود، این خروج گاز به آلودگی هوا و تأثیر گاز گلخانه ای کمک می کرد. به منظور کاهش میزان متان و دیگر ترکیبات هدر رفته، خازن های جدا کننده فلاش تانک استفاده می شوند تا این ترکیبات را قبل از رسیدن محلول گلایکول به دیگ بخار از محلول جدا کنند.

اساسا یک جدا کننده فلاش تانک شامل وسیله ای است که فشار محلول گلایکول را کم می کند و به متان و دیگر هیدروکربن ها اجازه بخار شدن (فلاش) می دهد. محلول گلایکول سپس به دیگ بخار می رود که ممکن است با خازن های خنک کننده هوا یا آب مجهز شود. این کار برای جذب هرگونه ترکیبات ارگانیک باقی مانده است که ممکن است در محلول گلایکول باقی مانده باشد.این سیستم ها در عمل نشان داده اند که می توانند 90 تا 99 درصد از متان را بازیافت کنند.

• نم زدایی ماده خشک کننده جامد

نم زدایی ماده خشک کننده جامد اولین شکل نم زدایی گازطبیعی با استفاده از جذب سطحی است و معمولا شامل دو یا بیشتر برج جذب سطحی است که با یک ماده خشک کننده جامد پرشده است. مواد خشک کننده معمولی شامل آلومینیوم یا یک ماده ژل مانند سیلیکا دانه دانه است.گازطبیعی مرطوب از میان این برج ها، از بالا تا پایین عبور می کنند. همان طوری که گازطبیعی از اطراف ذرات ماده خشک کننده عبور می کند آب به سطح ذرات ماده خشک کننده می چسبد با عبور از میان کل بستر خشک کننده تقریبا تمام آب به درون ماده خشک کننده جذب می شود و اجازه می دهد که گاز خشک از انتهای برج خارج شود.نم زداهای ماده خشک کننده جامد معمولا مؤثرتر از نم زداهای گلایکول هستند و معمولا به عنوان یک نوع از سیستم دو منظوره در طول خطوط لوله گازطبیعی نصب می شوند. این انواع از سیستم های نم زدایی برای مقادیر زیاد گاز تحت فشار بالا بسیار مناسب هستند و معمولا در انتهای یک خط لوله در یک ایستگاه کمپرسور قرار دارند. در این مورد به دو برج یا بیشتر نیاز است چون بعد از دوره خاصی از استفاده ماده خشک کننده در یک برج خاص با آب اشباع می شود. برای تولید دوباره ماده خشک کننده، یک هیتر با درجه حرارت بالا برای گرم کردن گاز تا درجه حرارت بالا استفاده می شود. عبور این گاز گرم شده از میان یک بستر خشک کننده اشباع شده آب موجود در آن را در برج جاذب بخار می کند و آن را خشک می کند و امکان نم زدایی بیشتر گازطبیعی را فراهم می کند.

در بسیاری از موارد مایعات گازطبیعی (NGL) ارزش بیشتری نسبت به محصولات جدا شده دارند و بنابراین اقتصادی و به صرفه است که آنها را در جریان گاز جدا کنیم. جدا کردن مایعات گازطبیعی معمولا در یک نیروگاه پردازش نسبتا متمرکز انجام می شود و از تکنیک های مشابه به آن هایی که در نم زدایی گازطبیعی به کار می رفت استفاده می شود.دو قدم اولیه برای عمل آوری مایعات گازطبیعی وجود دارد. اول مایعات باید از گازطبیعی استخراج شود دوم این مایعات گازطبیعی باید از خودشان جدا شوند و به اجزای پایه شان تبدیل شوند.

• استخراج NGL

دو تکنیک اساسی برای جداسازی NGLها از جریان گازطبیعی وجود دارد. روش جذب و روش انبساطی کریوژنیک. این دو فر ایند می توانند تا 90درصد از کل مایعات گازطبیعی را تولید کنند.

• روش جذب

نفت جاذب از نظر ترکیب با NGLها شباهت دارد مثل گلایکول که در ترکیب با آب شباهت داشت. قبل از این که نفت هیچ گونه NGL را بربگیرد با نام نفت جاذب فقیر نامیده می شود. هنگامی که گازطبیعی از میان یک برج جذب عبور کند در تماس با نفت جاذب، مایعات همراهش در این جاذب حل می کند. «نفت جاذب غنی» در این موقعیت حاوی NGL یا همان مایعات گاز است که در برج جذب از انتها قرار دارد. این ماده در این مرحله ترکیبی از نفت جاذب،پروپان، بوتان، پنتانز و دیگر هیدروکربن های سنگین تر است. نفت غنی به دستگاه های تقطیر نفت فقیر تغذیه می شود. این فرایند امکان بازیافت حدود 75 درصد از بوتان 85 تا 90 درصد از پنتانز و ملکول های سنگین تر از جریان گازطبیعی را فراهم می کند.فرایند جذب اولیه که در بالا توضیح داده شد می تواند برای افزایش تأثیرش اصلاح شود یا استخراج NGLهای خاص را هدف گیرد. در روش جذب نفت سرد شده جایی که نفت فقیر از طریق سرد سازی سرد می شود، بازیافت پروپان می تواند تا 90درصد باشد و حدود 40 درصد از اتان می تواند از جریان گازطبیعی استخراج شود. استخراج دیگر مایعات سنگین تر در این روش نزدیک به صد درصد است.

• فرایند انبساط کریوژنیک

مراحل کریوژنیک هم چنین برای استخراج NGLها از گازطبیعی به کار می رود. در حالی که روش های جذب می تواند تقریبا تمام NGLهای سنگین تر را استخراج کند، هیدروکربن های سبک تر مثل اتان اغلب در بازیافت از جریان گازطبیعی مشکل دارند. در موارد خاص، به صرفه تر و اقتصادی تر است تا NGLهای سبک تر را در جریان گازطبیعی باقی بگذاریم. اگر استخراج اتان و دیگر هیدروکربن های سبک تر به صرفه باشد، فرایند کریوژنیک برای میزان بازیافت بالا مورد نیاز است.اساسا فرایند کریوژنیک شامل پایین آوردن درجه حرارت گاز تا حدود 120- درجه فارنهایت است. راه های متفاوتی برای سرد کردن گاز تا این درجه حرارت وجود دارد. اما یکی از مؤثرترین آن ها به عنوان فرایند انبساطی توربو شناخته می شود. در این فرایند، سرد کننده های خارجی برای سرد کردن جریان گاز استفاده می شوند که باعث کاهش سریع دمای گاز می شوند. این افت سریع درجه حرارت اتان و دیگر هیدروکربن های موجود در جریان گاز را متراکم می کند در حالی که متان در شکل گاز باقی می ماند. این فرایند اجازه بازیافت حدود 90تا 95 درصد از اتان را از گازطبیعی می دهند. به علاوه وقتی جریان گازطبیعی به درون فشرده سازی ضایعات متان گازی شکل توسعه پیدا می کند انبساط توربین قادر به تبدیل برخی انرژی آزاد شده است، بنابراین هزینه های صرفه جویی انرژی با استخراج اتان همراه است.استخراج NGLها از جریان گازطبیعی هم گازطبیعی خالص تر و پاک تری تولید می کند و هم هیدروکربن های ارزشمندتر را جدا می کند.

• شکنش کردن مایعات گازطبیعی

زمانی که NGLها از جریان گازطبیعی جدا شدند، باید به اجزای تشکیل دهنده شان که مفید هستند تجزیه و شکسته شوند. یعنی جریان ترکیب NGLهای مختلف باید جدا شوند. فرایندی که برای انجام این کار استفاده می شود، شکنش کردن نامیده می شود. کارهای شکنش براساس نقاط جوش مختلف هیدروکربن های مختلف در جریان NGL پایه گذاری شده است. اساسا شکنش کردن در مراحلی شامل جوشاندن هیدروکربن ها یک به یک اتفاق می افتد. کل فرایند شکنش به مراحلی تقسیم می شود که با برداشتن NGLهای سبک تر از جریان گاز آغاز می شود. اعمال شکنش خاص در ترتیب زیر استفاده می شوند:

•جدا کردن اتان: در این مرحله اتان از جریان NGL جدا می شود.

•جدا کردن پروپان: مرحله بعدی پروپان را جدا می کند.

•جدا کردن بوتان: این مرحله بوتان را به حد جوش می رساند و پنتانز و هیدروکربن های سنگین تر را در جریان NGL باقی می گذارد.

•جدا کردن ایزو بوتان: این مرحله بوتان معمولی و ایزو را جدا می کند.

با شروع کار از هیدروکربن های سبک تر تا هیدروکربن های سنگین تر امکان جداسازی مایعات مختلف به سادگی وجود دارد.

• برداشتن دی اکسیدکربن و سولفور

علاوه بر جداسازی آب، نفت و NGLهای دیگر، یکی از مهم ترین قسمت های پردازش گاز شامل جداسازی دی اکسید کربن و سولفور است. گازطبیعی بعضی چاه ها حاوی مقادیر مهمی از سولفور ودی اکسیدکربن است. این گازطبیعی به علت بوی زننده سولفور بیشتر «گاز ترش» نامیده می شود. گاز ترش غیرمطلوب است چون ترکیبات سولفوری که دارد می تواند بسیار مضر باشد حتی برای تنفس هم مرگ آور است. گاز ترش می تواند هم چنین بسیار فرساینده باشد. به علاوه سولفوری که در جریان گازطبیعی وجود دارد می تواند استخراج شود و به طور جداگانه وارد بازار شود. در واقع براساس گزارش ها و مطالعات انجام شده تولید سولفور از این طریق می تواند حدود 15درصد از تولید کل سولفور را در بربگیرد. سولفوری که در گازطبیعی وجود دارد به شکل سولفید هیدروژن (H2S) است و معمولا اگر میزان سولفید هیدروژن از 5.7 میلی گرم در هر مترمکعب گازطبیعی بیشتر شود این گاز، گاز ترش نامیده می شود. فرایند جداسازی سولفید هیدروژن از گازترش، به شیرین کردن گاز نامیده می شود.

فرایند اولیه شیرین کردن گاز ترش بسیار به فرایند نم زدایی گلایکول و جذب NGL شباهت دارد. اگرچه در این مورد از محلول های آمین برای جدا کردن سولفید هیدروژن استفاده می شود. به این فرایند،«فرایند آمین» می گویند و در 95 درصد از شیرین کردن گازهای ترش به کار می رود. گاز ترش از میان یک برج حرکت می کند که دارای محلول آمین است. ترکیب این محلول بسیار به ترکیب سولفور شباهت دارد و همان طوری که گلایکول آب را جذب می کند، سولفور را جذب می کند. دو محلول آمین اساسی وجود دارد که در این فرایند مورد استفاده قرار می گیرد: مونواتالونامین(MEA) و دی اتالونامین ((DEA هر کدام از این ترکیبات در شکل مایع ترکیبات سولفور را از گازطبیعی هنگام عبور جذب خواهد کرد. گاز باقی مانده به راستی عاری از ترکیبات سولفور است بنابراین آن وضعیت ترش را از دست می دهد. مثل فرایند استخراج NGL و نم زدایی گلایکول محلول آمین استفاده شده می تواند دوباره تولید شود (یعنی زمانی که سولفور جذب شده جدا شود) و به آن اجازه می دهد تا دوباره برای عمل آوری گازهای ترش بیشتر استفاده شود.

اگر چه بیشتر شیرین سازی گاز ترش شامل فرایند جذب آمین است امکان استفاده از جاذب های جامد مثل اسفنج های آهنی برای جداسازی دی اکسیدکربن و سولفید وجود دارد.سولفور می تواند جداگانه فروخته شود اگر که شکل پایه آن کاهش پیدا کند. سولفور پایه یک پودر زرد روشن است و می تواند اغلب در تپه های بزرگی نزدیک نیروگاه های عمل آوری گاز دیده شود. به منظور بازیافت سولفور پایه از نیروگاه پردازش گاز، سولفوری که ناخالص دارد و از فرایند شیرین سازی به دست می آید باید بیشتر عمل آوری شود. فرایند مورد استفاده برای بازیافت سولفور با نام فرایند «کلاوس» شناخته می شود و واکنش های گرمایی و کاتالیزی استفاده می شود تا عنصر پایه از محلول سولفید هیدروژن استخراج شود.به طور کلی فرایند کلاوس معمولا قادر به بازیافت 97 درصد از سولفور موجود در گازطبیعی است. از آن جایی که این یک ماده مضر و آلاینده است باز هم تصفیه می شود.پردازش گاز یک قطعه ابزاری از زنجیره با ارزش گازطبیعی است این عمل در تضمین این که گازطبیعی به شکل پاک و خالص استفاده شود کاربردی و حیاتی است. وقتی گازطبیعی به طور کامل پردازش شد و برای مصرف آماده شد باید از مناطق تولید و پردازش به مناطق مورد نیاز منتقل شود.
مرجع: http://diau.persianblog.ir/page/109

تثبیت میعانات گازی (Condensate Stabilization System)

مقدمه

گاز طبیعی که از مخازن گازی استحصال می‌شود عمدتاً حاوی حجم قابل ملاحظه‌ای میعانات گازی است. مخصوصاً زمانی که حجم برداشت گاز از مخزن زیاد باشد. میعانات گازی به جریان هیدروکربنی مایع گفته می شود که در ذخایر گاز طبیعی وجود دارد و به صورت رسوب و ته ‌نشین در گاز استخراجی یافت می شود و عمدتاً از پنتان و هیدروکربنهای سنگینتر (+C5) تشکیل شده و دارای گوگرد پایین می باشد و معمولاً عاری از انواع فلزات است و تقریباً نیمی از آن را نفتا تشکیل می‌دهد. میعانات گازی بر خلاف بوتان و پروپان نیازمند شرایط ویژه برای مایع ماندن نیستند و به شیوه‌های مختلف قادر به تبدیل به نفت سبک ، بنزین ، سوخت جت و... هستند. در قیاس با پالایشگاه نفت خام ، در پالایشگاه میعانات گازی، فرایندهای تبدیلی و پالایشی کمتر است بنابراین هزینه سرمایه گزاری آن نصف هزینه سرمایه گزاری پالایشگاه نفت خام است. ارزش حرارتی ناویژه هر لیتر از میعانات گازی حدود4/32706 بی تی یو که تقریباً معادل با ارزش حرارت 826/. متر مکعب گاز طبیعی خط لوله اول سراسری است . بنابراین، این محصول به دلیل داشتن ارزش حرارتی بالا از اهمیت قابل توجهی برای صادرات برخوردار می‌باشد. به گونه‌ای که صادرات آن می‌تواند هزینه سرمایه گذاری اولیه یک پالایشگاه گازی را در ظرف مدت زمان کوتاهی برگرداند به شرط آنکه مشخصه فنی مطلوب را داشته باشد. بر اساس برآورد موسسه تحقیقات انرژی "فکتس" ،‌ مستقر در هانولولوی آمریکا، ظرفیت تولید میعانات گازی ایران از 95 هزار بشکه در روز در سال 2001 ، نزدیک به یک میلیون بشکه در روز در سال 2013 خواهد رسید. بیشترین میزان تولید میعانات گازی ایران از میدان گازی پارس جنوبی می باشد. این میدان گازی ، بزرگ‌ترین منبع گازی است که بر روی خط مرزی مشترک ایران و قطر در خلیج‌فارس و در فاصله 105 کیلومتری ساحل جنوبی ایران قرار دارد. مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که بیش از 14 تریلیون متر مکعب گاز طبیعی و افزون بر 18 میلیارد بشکه میعانات گازی را در خود جای داده و روزانه 200 هزار بشکه میعانات گازی توسط فازهای یک تا پنج از این میدان تولید می شود و بنا به گزارش خبر گزاری مهر به نقل از مدیر عامل شرکت نفت و گاز پارس جنوبی تا کنون 200 میلیون بشکه میعانات گازی از پارس جنوبی به ارزش 10 میلیارد دلار صادر شده است. باتوجه به حجم عظیم میعانات گازی تولیدی در کشور ، بررسی کاربردی برای رسیدن به یک مشخصه فنی مطلوب برای این محصول جهت استفاده بهینه بسیار ضروری است. در این مقاله سعی شده به صورت خلاصه فرایندهای تثبیت میعانات گازی جهت رسیدن به شرایط فنی مطلوب بررسی و معرفی گردد.

هدف از تثبیت میعانات گازی( Condensate Stabilization)

میعانات گازی پس از جداسازی از گاز طبیعی حاوی عناصر فراری از هیدروکربنهای سبک همچون متان، اتان و... می‌باشد که چنانچه در شرایط محیطی مناسب قرار گیرند ، می‌توانند از فاز مایع جدا شده و باعث دو فازی شدن سیستم و پیوستن به فاز گازی شوند که این امر اثرات نامطلوبی درکیفیت محصول،نگهداری وانتقال به همراه خواهد داشت. بنابراین به منظور رسیدن به شرایط مطلوب جهت نگهداری، انتقال و فروش بایستی به صورت پایدار تک فازی مایع در آید. به مجموعۀ این عملیات پایدارسازی اصطلاحاً Condensate Stabilization , یا تثبیت میعانات گازی گفته می‌شود، این عملیات به سه دلیل انجام می‌شود:

• حذف هیدرروکربنهای سبک وقابل تبخیر(عناصر فرار) و یا به عبارتی دیگر بازیافت متان، اتان، پروپان و تاحدود زیادی بوتان یا LPG از جریان هیدروکربنی مایع (میعانات گازی) می‌باشد.
• کاهش فشار بخار سیال و رساندن آن به یک (Reid Vapor Pressure) RVP معین به عنوان یک مشخصه فنی ، به گونه‌ای که بتوان از دو فازی شدن سیال جلوگیری به عمل آید .

RVP روش خاصی برای مشخص کردن نوع برشهای هیدروکربنی است ، در روش Reid سیال هیدروکربنی در یک محفظه با فشار متغیر قرار می‌گیرد و تا دمای oC 8/37 حرارت داده می‌شود، پس از مدتی فشار بالای این سیال ثابت می‌گرددکه این فشار ، RVP سیال را مشخص می کند. به عبارت دیگر RVP را می‌توان به عنوان فشار بخار سیال در تعادل با فاز مایع در دمای (oF 100) oC 8/37 ،که کمتر از فشار محیط می باشد تعریف کرد به گونه‌ای که در شرایط انتقال و نگهداری در ناحیه تک فازی مایع قرار گیرد. میزان RVP در فصول گرم و سرد سال به علت تغییر در مقدار ترکیبات تشکیل دهنده جریان هیدروکربنی متفاوت خواهد بود این میزان برای فصل زمستان حدود psia 12و برای فصل تابستان حدود psia10 می‌باشد . شکل 1 نمودارحالت تعادلی فشار- دمای میعانات گازی را قبل و بعد ازعملیات تثبیت برای یک ترکیب از میعانات گازی که در جدول 1 آمده ، نشان می‌دهد. همچنین این نمودار نشان دهنده کاهش فشار بخار سیال با حذف عناصرسبک می‌باشد.

• کاهش میزان آب همراه با میعانات به کمتر ازppmw 500 و حذف مرکپتان و عناصراسیدی از سیال (البته قابل ذکر است که میعانات گازی به صورت طبیعی حاوی مقادیرخیلی کمی از , H2S CO2 نسبت به جریان هیدروکربنی گازی می‌باشند. )

روشهای تثبیت میعانات گازی(Stabilization System)

عمده ترین روشهایی که برای تثبیت میعانات گازی استفاده می‌شوند عبارت‌انداز جداسازی براساس ایجاد شرایط تعادل فازی بین بخار ومایع (Flash Vaporization) و جداسازی برپایه اختلاف نقطه جوش هیدروکربنها(Stabilization by Fraction ) .

• Flash Vaporization:

در این روش، تثبیت میعانات گازی براثر عمل تفکیک عناصر فرار از هیدروکربنهای سنگینتر براساس تعادل فازی بین بخار و مایع در یک سری Flash Tank تارسیدن به یک RVP معین صورت می پذیرد. پس از جداسازی جریان مایع از جریان گازی درون Slugcatcher ، جریان مایع برای عمل تفکیک میعانات گازی از آب و محلول MEG ( که به منظور جلوگیری از یخ زدگی جریان گاز به خطوط لوله تزریق می‌شود) و گازهای باقیمانده وارد یک جداکننده سه فازی می‌شود. جریان هیدروکربنی مایع (میعانات گازی) جداشده، که در اثر افت فشار ناگهانی با عبوراز یک شیر فشار شکن به صورت دو فازی در آمده ، وارد اولین Flash Tank می‌شود سپس عمل تفکیک دو فاز بر اساس تعادل فازی بین بخار و مایع در دما وفشار نهایی جریان، درون Flash Tank صورت می پذیرد . بدین گونه می‌توان عناصر فرار را از جریان اصلی مایع حذف نمود. جریان مایع خروجی برای جداکردن عناصر سبک بیشتر، وارد Flash تانک بعدی که در فشار پایین تری عمل می‌کند می‌شود واین عملیات تا رسیدن به یک RVP معین تکرار می‌گردد. جریانهای گازی جدا شده از بالای Flash Tank ها که شامل عناصر سبک هیدروکربنی می‌باشد پس از تامین فشار درکمپرسورها به سیستم فراورشی گاز فرستاده می‌شود و جریان آب و محلول گلایکول جدا شده از جداکننده سه فازی به منظور احیای گلایکول به واحد MEG Recovery ارسال می‌شود همچنین به عنوان یک مشخصه فنی میزان آب همراه با میعانات گازی تثبیت شده نبایستی بیشتر ازppmw 500 باشد. شکل 2 یک سیستم ساده از تثبیت میعانات گازی به روش Flash Vaporization نشان می‌دهد.

• Stabilization by Fraction

دراین روش جدایش عناصر سبک و قابل تبخیر از هیدروکربنهای سنگین براساس اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنها صورت می پذیرد. این سیستم از یک جداکننده سه فازی که Stabilizer Feed Drum نیز نامیده می‌شود ، یک برج تثبیت کنندهStabilizing Tower (که می‌تواند به صورت سینی دار و یا پر شده از پکینگ باشد) ، یک Reboiler در پایین برج ، یک خنک کننده (Condenser) در بالای برج ویکسری مبدلهای حرارتی و پمپها تشکیل شده است. جریان مایع جداشده از جریان اصلی گاز در قسمت Slugcatcher که شامل میعانات گازی ، آب و گلایکول می‌باشد به یک جداکننده سه فازی ارسال می‌گردد وجریان هیدروکربنی پس از تفکیک به عنوان خوراک اصلی به قسمت بالای برج تثبیت Stabilizer Column فرستاده می‌شود. این برج به گونه ای است که فضا و زمان لازم برای تبادل جرم و انرژی بین دو فاز مایع و بخار را فراهم میکند. چنانچه برج از نوع سینی دار باشد ، سینیهای بالای سینی خوراک، نقش تقطیری و سینیهای زیر سینی خوراک نقش جداسازی و یا دفع هیدروکربنهای ناپایدار و سبک را از جریان هیدروکربنی دارد. شکل 3 یک نمونه از برج تثبیت همراه با یک Condenser دربالا و یک Reboiler در پایین برج نشان می دهد. دمای Reboiler در این سیستم به گونه‌ای تنظیم شده که سبکترین هیدروکربن در قسمت تحتانی برج (به عنوان جریان محصول) پنتان وسنگین ترین هیدروکربن درجریان گازی بالای برج، بوتان باشد. جریان خروجی پایین برج بعد از تبادل انرژی با جریان خوراک ورودی و رسیدن به دما و فشار معین به عنوان محصول نهایی تثبیت شده، شناخته می شود. قسمتی از جریان بخار بالای برج که پس از تبادل حرارتی در قسمت خنک کننده به صورت مایع در آمده برای تنظیم دمای جریان بالای برج وکنترل خلوص جریان به عنوان Reflux به برج برگشت داده می شود و بخارات باقی مانده بعد از تبادل حرارتی در خنک کننده به عنوان جریان هیدروکربنی سبک که عمدتاً شامل متان ،اتان، پروپان و بوتان می باشد به سیستم فراورشی گاز فرستاده می شود. قابل ذکر است که جریان هیدروکربنی قبل از ورود به برج ابتدا نمک زدایی شده وبا استفاده از انرژی جریانهای گرم در مبدل های حرارتی افزایش دما پیدا می‌کند . ناگفته نماند که جریان خروجی از پایین برج Debutanizer که اکثراً شامل C5+می باشد ، می تواند به عنوان جریان خوراک دوم وارد برج تثبیت گردد. شکل 4 یک سیستم ساده از تثبیت میعانات گازی به روش Fractionنشان می‌دهد. با مقایسه بین این دو روش می توان گفت: روش Fractionنسبت به روش قبل برای رسیدن به یک RVP معین، دقیق تر و از لحاظ اقتصادی به صرفه می‌باشد ولی در گذشته به دلیل سادگی کار عمدتاً روش Flash Vaporization متداول بوده.

منابع

1.       GPSA; “Gas Processors Suppliers Association”, Tenth Edition, copy right at 2000

2.       John M .Campbell, Volume 1 Seventh Edition; “Gas Conditioning and Processing”, second Printing, October 1994.

3.       IPS; "Iranian Petroleum Standard", IPS-E-PR-500; Dec 1997

4.       API (American Petroleum Institute);"Technical Data Book-Petroleum Refining", Sixth Edition, April 1997

 مرجع: http://diau.persianblog.ir/page/123

نفتی که از چاه بیرون می آید همواره مقداری آب و رسوبات گازی به همراه دارد. در واحد بهره برداری هدف آن است که این مواد را از نفت خام جدا کنند . نفت خام را به پالایشگاهها می فرستند (جهت تصفیه شدن) و یا اینکه از طریق ترمینال ها آن را صادر می کنند. می دانیم که پالایشگاهها بر اساس نوع خوراک آنها طراحی می شوند.
در این واحد ابتدا یک سری آزمایشات مقدماتی مثل اندازه گیری مقدارash, N2,O2,H2O را روی نفت خام انجام می دهند. پس از آن به شناخت ترکیب نفت خام بااستفاده از ستون تقطیر و روش غیر پیوسته می پردازند.

دراین روش مقداری نفت خام را داخل Flask قرار داده و حرارت می دهند.
در بالای Flask ستون تقطیر قرار دارد و کمی بالاتر یک Condenser قرار گرفته است. در آنجا یک دماسنج قرار دارد که با استفاده از آن Cut point ها رامی توانیم بخوانیم و برش های مختلف را در زمان مناسب جدا کنیم . در مورد گازهای هیدرو کربوری سبک با استفاده از هوا مایع گازهایی مثل پروپان و بوتان را مایع می کنند. هر قدر عمل تقطیر ادامه یابد و جداسازی بیشتر صورت گیرد، هیدروکربورهای داخل سنگین تر می شوند، اما اگر دما از حد مشخص بالاتر رود عمل کراکنیگ صورت می گیرد. چون هدف ما پی بردن به تفکیک نفت خام می باشد باید به شدت مراقب باشیم تا دما از یک حدی بالاتر نرود و کراکنیگ صورت نگیرد. در ستون تقطیر آزمایشگاهی ابتدا NGL ، آب ، بنزین ، نفت سفید و گاز جدا می شوند.

 در این مرحله هیدروکربورهای باقی مانده به شدت ویسکوز شده اند و باید از فرآیندهای دیگری برای ادامه عملیات استفاده کنیم. بعد از این مراحل هریک از ترکیبات بدست آمده را به واحدهای بعدی می فرستند تا آزمایشاتی برای تعیین مشخصات هریک از آنها انجام گیرد. روغن ها را نیز برای تصفیه به سایر واحدها می فرستند. دیواره ستون تقطیر ذکرشده در فوق را دو جداره و جیوه اندود می کنند تا از هدر رفتن گرما جلوگیری شود.

اگر بخواهیم نفت خام را صادر کنیم، باید خصوصیات آن مانند API، درصد ناخالصی و ویسکوزیته آن را تعیین کنیم.

اساس تقطیر نفت خام بر مبنای اختلاف نقطه جوش است و در تقطیر نفت خام نمی توانیم یک ترکیب را بطور خالص جدا کنیم. بهمین خاطر از محدوده نقطه جوش استفاده می کنیم: مثلاً برش °C 65-15 یا برش 100-65 درجه سانتیگراد.
در این آزمایشگاه روشهای U.O.P, ASTM می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

تقطیر بصورت batch است و دمای حمام را تا °C 20- قرارمی دهیم تاگازهایی مثل متان و اتان و.... را جدا کنیم، بعداً طبق چارت تقطیر عمل تقطیر را انجام می دهیم تا درصد رانسبت به خوراک اولیه بدست آوریم.
اگر دما را به 200 برسانیم فشار را باید پایین آوریم تا برشها Crack نشوند.بعد از تهیه برش ها آنها را به آزمایشگاه می فرستیم. مثلاً برا ی بنزین عدد اکتان مهم است و باید عدد اکتان تعیین شود.قیر و آسفالت و روغن را با دستگاه دیگری جدا می کنیم.
در این قسمت از دستگاههایی چون Separators ، Reflox و Condenser استفاده می شود.

همانطور که قبلاً اشاره شد در مورد نفت خام جداسازی مواد بصورت خالص بی معناست و فقط برشها جدا میشوند. دراینجا برای جداکردن برشهای °C 65-15 ابتدا شیرها را باز کرده و پس از جدا کردن مواد، شیرها را می بندیم و عملیات تقطیر را ( با توجه به دما ) ادامه می دهیم .
اگر هیدروکربورها خیلی حرارت ببیند، عمل کراکنیگ صورت می گیرد و چون ما نمی خواهیم این کار صورت بگیرد، در اینجا با اعمال فشارهای مختلف عمل جداسازی انجام می پذیرد.
در بخشهای دیگر ستون تقطیر عمل روغنگیری انجام می پذیرد که این عملیات در حدود فشارهای بین یک تا ده میلی متر جیوه انجام می پذیرد.
با داشتن وزن هر برش و داشتن وزن خوراک اولیه می توان درصد وزنی هر برش و درصد حجمی هر برش را بدست آورد. همچنین می توان وزن مخصوص هر برش رانیز بدست آورد.

از پارامترهای دیگر قیمت گذاری نفت خام بر اساس منحنی تقطیر(که S شکل است) صورت می پذیرد و برای هر محصول تستهای ویژه آن محصول صورت می گیرد:

        1. عدد اکتان ( gasolin)
        2. نقطه دودی (kerosine)
        3. در مورد روغنها باید عملیات تصفیه روغن صورت بگیرد.

همچنین در واحد نفت خام بخش تفکیک و ارزیابی ترکیبات C1-C 100 و ایزومرهای آنها وجود دارد. نفت خامی که گاز آن استخراج شده باشد به آن نفت مرده می گویند.
نفت پس از اینکه تصفیه شد به خطوط لوله منتقل می شود. قبل از اینکه نفت به خطوط لوله انتقال داده شوند، باید یک سری آزمایشات جهت تشخیص مشخصات نفت انجام گیرد تا شناسنامه نفت خام تعیین شود.
مـا بایـد بـه ایـن نکتـه تـوجـه داشته باشیم که نفت خام برداشت شده از مخازن به مرور زمان تغییر خاصیت می دهند و سنگین تر می شوند.
همچنین نفت خام موجود در خط لوله از ترکیب نفت مخازن مختلف است وخواص آن نیز معمولاً متفاوت است. بنابراین بررسی خواص متفاوت آن باید صورت گیرد.
در مرحله تقطیر ابتدا NGL بنزین جدا می شود و عناصر سبک دربالا جداسازی شده و عناصر سنگین در پایین ستون جمع آوری می شوند. با داشتن وزن اولیه و وزن مواد بدست آمده، درصد مواد مختلف بدست می آیند و از آنجا منحنی تقطیر رسم می شود.
روشهای آزمایشگاهی تقطیر عبارتند از:ASTM ،U.O.P و I.P

از کارهای مهمی که در بخش تقطیر نفت خام صورت می گیرد عبارتند از:

    1. تعیین وزن مخصوص
    2. تعیینAPI
    3. درصد ناخالصی ها ، نظیر گوگرد، نیتروژن و غیره
    4. تعیین ویسکوزیته نفت
    5. سبک یا سنگین بودن نفت خام
    6. تعیین درصد فرآورده های نفتی

در روش های ASTM ستون تقطیر دارای حدود 32-30 سینی می باشد. این ستون بصورت دو جداره است. ایـن واحـد بصـورت batch عمل می کند. در بـالای ستون یک دماسنج قرار دارد که دما را نشان می دهد.
محدوده برای جمع آوری محصولات متغیر است.
از دمای °C 20- برای جمع کردن گازهای سبک نظیر متان تا دمای °C 150 برای جمع آوری ترکیبات سنگین در انتهای ستون استفاده می شود.

واحد تفکیک و تقطیر نیمه صنعتی نفت خام
 

پس از بهره برداری نفت خام از چاه و انتقال آن به مراکز بررسی، باید پتانسیل های آن را مورد بررسی قرار داد، به همین علت یک سری آزمایشات دقیق روی نفت خام انجام می گیرد تا بتوانیم مشخصات و ترکیبات موجود در نفت خام را ارزیابی کنیم.
این واحد در واقع 2 کار عمده انجام می دهد.

    1. سرویس دهی به واحدهای دیگر و پتروشیمی
    2. پروژه های تحقیقاتی در مورد نفت و ترکیبات آن و سرویس دهی در مورد صادرات

نفت خام بر اساس استانداردهای موجود تقطیر وبعلاوه روی نفت خام مطالعاتی انجام می دهند و برشهای مختلف را جدا می کنند و مسائل مختلفی را نظیر درصد گوگرد، Flash point, Dew point و ... را بررسی می کنند.
در این واحد از یک دستگاه ، شبیه تقطیر استفاده می شود این دستگاه حدود 65 سینی از نوع bubble cap دارد که در فشار اتمسفر کار می کند، همچنین می توان در شرایط خلاء نیز با آن کار کرد.

اصول کار دستگاه شبیه تقطیر بر اساس اختلاف در نقطه جوش ترکیبات مختلف می باشد. چون ترکیبات نفتی دارای برشهای مختلف با نقطه جوش متنوعی هستند.
در این دستگاه ستونی وجود دارد که ستون تقطیر نام دارد دمای آن از پایین به بالا در حال افزایش تدریجی است. ترکیبات سنگین در انتهای ستون و ترکیبات گازی در بالای ستون جمع می شوند.

اساس کار دستگاههای تقطیر به 2 صورت می باشد که عبارتند از:

    قسمت پیوسته (سیستم) Continous
    قسمت (سیستم) Batch

در سیستم پیوسته (که اساس کار این دستگاه شبیه تقطیر است ) همه محصولات جدا شده و هر کدام همزمان و در یک سیستم دقیق جمع آوری می شوند. یعنی می توان در یک لحظه تمام محصولات و برشهای نفتی را جمع کرد.
در سیستم Batch با توجه به اینکه در هر دمای خاصی یک ترکیب به دمای جوش می رسد با افزایش تدریجی دما هر محصول و برش خاصی به ترتیب جمع آوری می شود، پس زمان زیادتری لازم داریم.

اصولاً جهت مطالعات روی ترکیبات و برشهای نفتی 2 روش عمده وجود دارد که عبارتند از:

    1. روش برج تقطیر
    2. روش استفاده از نرم افزار

البته استفاده از نرم افزار برای دقت محاسبه برشهای آن و خواص سیالی دقیق تر است. اما چون در صنعت به اتکای کارهای آزمایشگاهی پروژه ها را تعریف می کنند، لازم است که دریک مقیاس نیمه صنعتی این آزمایشات انجام شود تا بتوانیم نظر مسؤلین صنعت نفت را به خود جلب کنیم . مثلاً تولید 20 بشکه به 20 لیتردر یک مقیاس نیمه صنعتی .
از این ستون تقطیر برای کارهای تحقیقاتی، تولیدی و شبیه سازی و غیره استفاده می شود.
ظرفیت دستگاه حدود 15 لیتر است. در قسمت بالایی بخارات را مایع می کنیم و سپس در پایین از طریق یک گیرنده آن را جمع آوری می کنیم.
از آب و یا الکل به عنوان مایع سرد کننده در سیستم استفاده می شود. در این میان یک سری تستهای جانبی روی نفت خام و یا ‍فرآورده های نفتی انجام می دهند.
از جملـه کارهای دیگــر تعیین دقت ریـزش گازوئیل است. تعیین رنگ نفت نیز از جمله کارهای دیگر است.
از طریق دستگاه تقطیر وAD-4 یک منحنی، D-8 بدست می آید که از طریق نقطه جوش حاصل می گردد.(Automatic distillalion)

دستگاه پیلوت تقطیر
دستگاه موجود در این بخش می تواند چند شبکه تولید داشته باشد. به این شکل که به 2 صورت پیوسته و بسته کار می کند، می توان حرارت را به صورت بخار ویا به صورت الکتریکی اعمال کرد. اگر از روش پیوسته استفاده شود دستگاه با یک سرعت ثابت تغذیه می شود. در این حالت در اواسط مسیر ستون تقطیر، نیزمحصول خواهیم داشت. ولی در سیستم بسته فقط محصول بالاسری را خواهیم داشت. دستگاه دارای 15 سینی است.
ترکیبات نفتی را فقط تا حد خاصی می توان حرارت داد و اگر به حرارت بالاتری در بعضی جاها نیاز داشته باشیم می توانیم فشار خلاء را پایین بیاوریم. این سیستم این امکان را دارد که خلاء را تا 10 میلی بار پایین آورد.
5 مخزن در کنار دستگاه دیده می شود که هر یک از محصولات وارد آنها می شود. در این دستگاه به صورت یک در میان بین سینی ها دما داریم و نیز می توانیم با سرنگ نمونه برداری کنیم. به همین دلیل این دستگاه برای کارهای تحقیقاتی کاربرد زیادی دارد.
از آنجایی که سیستم بسته است ( برای کاهش امکان خطر) با استفاده از سیستم تولید هوا مایع که هوا را در دمای °C196- مایع کرده است- ترکیبات سبک ترا ز C3 را به حالت مایع در می آورند. با استفاده از سیستم هوا مایع می توان از یک سری به همراه تجهیزات الکل برای مایع کردن گازهای سبک استفاده کرد.

دستگاه CHROMPACK
برای جداسازی ترکیبات هیدرو کربوری به کار می رود.

دستگاه GC
در این بخش یافت می شود که قبلاً شرح داده شد.واحد تقطیر و تفکیک نیمه صنعتی یکی از بخشهای مکمل مهندسی نفت است.
دستگاه پیلوت تقطیر بیشتر برای کارهای تحقیقاتی استفاده می شود. برای خنک کردن بخارات سبک از یک حمام استفاده می شود که تا دمای 35 درجه زیر صفرخنک می کند.
هر قدر برگشت بیشتر باشد محصول خالص تر خواهد بود و زمان تقطیر در این صورت بیشتر می شود و تفاوت حالت Continous, batch در این است که در حالت های batch ورودی یکطرفه است و خروجی بطور پیوسته به بیرون می رود.

کاربردهای دستگاه پیلوت تقطیر (Fischer )

        1. شبیه سازی شرایط پالایشگاه
        2. تولید بعضی از محصولات ویژه درحد چند تن
        3. کارهای تحقیقاتی
        4. تحقیقات بر روی کاهش خسارت در تغییرات خوردگی
        5. پالایشگاهها

یکی دیگر از تفاوتهای روش Continous , batch این است که در روش batch ما در هر لحظه درستون تقطیر فقط یک برش داریم اما در روش پیوسته در هر لحظه در ستون تقطیر بطور همزمان چند برش نفتی خواهیم داشت .

دستگاه Automatic distillation) AD-4)
برای تبخیر هیدروکربورهای سبک به کار می رود.

انواع سینی های موجود در ستون تقطیر عبارتند از:

    1. ( perforated) : مشبک
    2. bubble cap .

آزمایشگاه تفکیک: ( separation lab.)
در این آزمایشگاه در یک دستگاه تقطیرcm³ 100 از نمونه نفت را مورد تفکیک قرار می دهند و با استفاده از منحنی ها نقطه D-86 را بدست می آورند.

آزمایشگاه تصفیه روغن
در این آزمایشگاه کارهای زیر صورت می گیرد.

1- اندازه گیری برشهای روغنی ،
2- آسفالتین ،
3- مقدار آب و نمک نفت و
4- تعیین نقاط جوش برشهای سنگین

آزمایشگاه شناسایی هیدروکربورهای نفتی
محصول بالای ستون تقطیر و ترکیبات سبک را در اینجا آنالیز می کنند. در این قسمت از دستگاه GC استفاده می شود.
یک دستگاه دیگر نیز گروههای هیدروکربوری را شناسایی می کند. اما محدودیت دمایی دارد. نام این دستگاهPIONA Analyzer است و بالای °C 220 را نمی تواند اندازه گیری کرد.
چون هر کدام از برشهای نفتی دارای خواص منحصر بفرد است، با استفاده از منحنی های مخصوص که بصورت پیک هایی است به عنوان خروجی دستگاه(GC ) محسوب می شود، می توان به این طریق برشهای نفتی را تعیین کرد.

واحد قیر و راهسازی
از قیر برای منظور های مختلفی استفاده می شود که می توان به موارد زیر اشاره کرد:

    1. در راهسازی
    2. در قطعات الکتریکی برای اینکه اتصال کوتاه اتفاق نیفتد و برای عایقکاری نیز استفاده می شود.
    3. در درزبندی معمولاً بین قطعات بتونی یک لایه قیر می ریزند تا انبساط و انقباض آنها را کنترل کند و صدمه ای وارد نشود.
    4. در پوشش زیر بدنه اتومبیل و جلوگیری ازاکسید شدن قطعات استفاده می شود.

به طور کلی قیر را به 3 طریق می توان تهیه کرد که عبارتند از:

    1. باقیمانده نفت خام در فرآیند پالایش در پالایشگاهها پس از اینکه به وسیله روشهای فیزیکی آب و مواد معدنی آنها جدا شده باشد .
    2. قیرهای طبیعی : که در اثر مهاجرت نفت خام به سطح زمین و تحت تاثیر هوازدگی و تبخیر به قیر طبیعی تبدیل می شوند.
    3. قیر زغال سنگ: قطران حاصل از عملیات کوره بلند است (قطرانCoaltar ) اگر قطران را بدون وجود اکسیژن حرارت دهند بهPeech ( قیرزغال سنگ ) تبدیل می شود.

تقریباً بدترین نفت خام، بهترین نفت خام برای تولید قیر است. برعکس بهترین نفت خام (سبک ترین)
آنها، بدترین نوع برای تولید قیر است. آنچه که در ایران تولید می شود، نفت خام حدواسط است که چندان برای تولید قیر مناسب نمی باشد.
قیر جزء سیالات غیر نیوتینی است. همچنین می دانیم که تغییرات آن نسبت به دما بسیار زیاد است. از آنجا که قیر جامد وزن مخصوص بیشتری نسبت به قیر مایع دارد، در حین فرآیند ذوب در انجام عمل Convection motion ایجاد اختلال می کند. زیرا قیر جامد در زیر قسمت ذوب شده و داغ قرار می گیرد.
قیر را معمولاً برای مصرف در حلال های نفتی حل می کنند و یا از مخلوط آن بصورت امولسیون با آب استفاده می شود. وجود آسفالتن در قیر باعث می شود که حجم قیر بالا رود و وزن مخصوص آن پایین بیاید. همچنین آسفالتن باعث بالا رفتن ویسکوزیته قیر می شود و به آن حالت شکنندگی می دهد. وجود رزین در قیر نیز باعث چسبندگی قیر می گردد.

کاربردهای قیر زغال سنگی
برای احیاء آهن از اکسید آهن استفاده می شود. زغال سنگ بدون حضور اکسیژن ( پیرولیز) به کک تبدیل می شود( حرارت حدود °C 1100 است). قیر زغال سنگ که تحت این حرارت قرار گیرد به کک تبدیل می شود. در بالای برج تقطیر این گازها قطران می گردند و دوباره جداسازی روی آنها صورت می گیرد که به اینها Core Coke Pitch می گویند.

Pitch: به هیدروکربوری گفته می شود که بدون حضور اکسیژن تحت حرارت قرارگیرد.
در ایـن واحـد هـم کارهـای تحقیقـاتـی و هـم کارهـای پروژه ای صورت می گیرد. مثلاً مشکلات موجود در پالایشگاههای داخلی مورد بررسی قرار می گیرند.
قیرها دارای مشخصاتی هستند که به آنها Penetration grade گفته می شود.
قیرهایی که بر اساس نفت خام مخلوط بدست می آیند دارای مشخصات ساختاری اند که براحتی نمی توان این مشخصات را پیدا کرد. Penetration gradeخواص قیر را به خوبی نشان نمی دهد.
معمولاً قیر رابصورت امولسیون در می آورند، امولسیون به این خاطر است که قیر و آب در هم حل نمی شوند، در اینجا ازemulsifier استفاده می شود. این دستگاه از یک طرف ذرات قیر و از طرف دیگر ذرات آب را در بر می گیرد و بدینصورت قیر بصورت امولسیون در می آید.

انواع emulsifier

        1. ionic
        2. noniomc
        3. cationic
        4. رسی

ترکیب شیمیایی : هر قدر که در ستون تقطیر پایین بیاییم مشخصات منحصر به یک محصول خاص دربرشها مشخص می شود. تعداد هیدروکربورهای موجود در هر برش فرق دارد و خصوصیات شیمیایی این برشها کاملاً با هم فرق دارند. اگر بنزین دارای 19 مولکول باشد، که این مولکولها همگی مختلفند، ممکنست خواص فیزیکی این مولکولها یکسان باشد ولی خواص شیمیایی اینها تفاوت دارند.

نظرات مختلف در مورد مواد تشکیل دهنده قیر:

دو نظریه در این مورد وجود دارد:
نظریه اول : Resin و Asphaltene
نظریه دوم : Saturate، Aromatic ، Polar Aromatic و Asphaltene

برای هرکدام از اینها یک مشخصات خاصی وجود دارد که باید در محدوده های خاص خودش از آنها استفاده نمود.
یکی دیگر از کاربردهای قیر برای پوشش لوله های فلزی گاز و نفت و ‌آب در روی زمین که مرطوب بوده و یا در زیر زمین می باشد. هر قدر نسبت C ⁄ H بیشتر باشد قیر بهتری خواهیم داشت.

آسفالتن: مولکولی است که حجم زیادی را در بر می گیرد ومانند اسفنج متبلور است.
 

برای پمپاژ کردن قیر نیاز به محاسبات ویژه و پیچیده ریاضی داریم.
ارزیابی قیر هایی که در راه سازی مصرف میشود، سه خصوصیت دارد.(80% قیر برای راهسازی استفاده می شود).

        1. Pain grade
        2. Viscosity grade
        3. Performance grading

بهترین نفت خام، نفت خام پارافینی است که برای تهیه هیدروکربورهای سبک کاربرد دارد. در آمریکا 15 پالایشگاه برای تولید قیر طراحی شده است اما در ایران متاسقانه چنین پالایشگاهی وجود ندارد.
سابقه استفاده از قیر به دروانهای قدیم بر می گردد که قیر از طریق شکستگیهای سطح زمین و درزها به سطح زمین راه پیدا می کرد. مردم از آن به عنوان 2 وسیله اصلی و عمده استفاده می کردند که عبارتند از:

        1. چسبندگی زیاد
        2. ضد زنگ بودن

از بالای برج تقطیر به پایین نسبت C/H ( نسبت کربن به هیدروژن) افزایش می یابد، یعنی ترکیبات سنگین تر را خواهیم داشت. در واقع ترکیبات آروماتیک افزایش می یابد.
در قسمت Vaccum bottom : قیرهای نفتی دارای مولکولهای خیلی زیادی هستند.
قیرهای قدیمی ایران منشاء طبیعی داشته اند و از حوالی کردستان تهیه می شده اند.

برج تقطیر

چگالی نفت در سطح، به وسیله قرار دادن نمونه در یک تنگ استوانه ای با استفاده از یک هیدرومتر اندازه گرفته می شود. چگالی نفت در واحد API که به وسیله مؤسسه نفت امریکا (American petroleum institute) تعریف شده بیان می گردد:

Image may be NSFW.
Clik here to view.

API نمونه نفت هام تحت تأثیر درجه حرارت است، چون انبساط حرارتی مایعات هیدروکربنی، به خصوص برای بیشتر نفت های فرار مهم می باشد. بنابراین ثبت درجه حرارت در نمونه ای که اندازه گرفته می شود، مهم است.
این نکته قابل توجه است که درجه API نسبت معکوس با چگالی دارد. نفت های سبک درجه API بالا تا حدود 40 را دارند که معادل با وزن مخصوص 83/0 است، در حالی که نفت های سنگین دارای API پایین می باشند .
معمولاً نفت های سنگین، نفت هایی می باشند که دارای API کمتر از 25 هستند که معادل با وزن مخصوص 9/0 است. وقتی که درجه API نفت به 10 درجه برسد، دارای وزن مخصوص یک است که همان چگالی آب شیرین می باشد. بنابراین نفت سنگین تر از 10 درجه برسد، دارای وزن مخصوص یک است که همان چگالی آب شیرین می باشد. بنابراین نفت سنگین تر از 10 درجه API، چگالتر از آب است، هر چند که اغلب نفت ها از آب سبک ترند.

Image may be NSFW.
Clik here to view.
شکل1-ارتباط بین چگالی و درجه API نفت

به طور کلی، نفت های با API بیشتر از 30 درجه به عنوان نفت سبک، با API 30 تا 22 درجه به عنوان نفت متوسط و با API کمتر از 22 درجه به عنوان نفت سنگین در نظر گرفته می شوند. بهترین نفت ها دارای API در حدود 37 درجه هستند که در خاورمیانه، آپالاچین، آلبرتا، لیبی و دریای شمال یافت می شوند.
نفت خام های خیلی سبک در الجزایر، استرالیا و اندونزی وجود دارند. نفت های خام سنگین در کالیفرنیا، مکزیک و ونزوئلا یافت می شوند. برخی نفت های خام، نظیر نفت سنگین و خیلی سنگین (heavy and ultra heavy) کوه موند ایران و میوسن کالیفرنیا دارای درجه API کمتر از 8 درجه می باشند و بنابراین باید برای بهره برداری رقیق شوند.
نفت خام لزوماً فقط هیدروکربن مایعی که ممکن است از یک مخزن زیرزمینی تولید شود، نیست. غالباً همراه با تولید گاز طبیعی، یک هیدروکربن سبک و روشن با API بالا بدست می آید که نفت میعانی (condensate) نامیده می شود.
نفت میعانی، شامل گازهای هیدروکربنی سنگین است که در شرایط فشار و دمای مخزن به صورت فاز گازی وجود دارند. وقتی که این گازها به سطح می رسند میعان یافته و به شکل فاز مایع در می آیند و به همین دلیل آن را نفت میعانی می نامند. تولید نفت میعانی از برخی مخازن گاز طبیعی می تواند قابل توجه باشد و حتی مقدار آن به چندین صد بشکه در روز برسد.

نمک و آب زدایی نفت خام فرایند مهمی که بدین وسیله ترکیب های نا مطلوب نفت قبل از اینکه به واحد اصلی برسند جدا می شوند.

شایان ذکر است که بوجود آوردن تغییر در عمل یک سیستم نمک زدا

دشوار می باشد و بهتر این است که ما یک حالت توازن و حد و وسط را به وجود آوریم.

یک تعادل(توازون) مطلوب باید در تمام مدتی که پارامتر های بهینه سازی انتقال نمک همچون شدت مخلوط شدن،خصوصیات آب سشتشو و

خوراک امولسین کننده شیمیایی کنترل می شوند،حفظ شود.

برای بهینه کردن فرایند نمک زدایی ما باید پیوسته شرایط متفاوتی را اعمال کنیم که این عامل مهمی برای عمل پالایش کامل به شمار می رود.

عمل اصلی یک دستگاه نمک زدا(desalter )جدا کردن نمک و آب از نفت خام می باشد. علاوه بر نمک و آب مااحتیاج داریم که دیگر مواد زائد موجود در نفت همچون گل و لای ،زنگ و... را نیز جدا کنیم.

زیرا این مواد وقتی در سطح های انتقال حرارت قرار بگیرند می_ توانند باعث خوردگی و خرابی دستگاه بشوند.

همچنین علاوه بر مواد ذکر شده در بالا ممکن است فلز هایی نیز وجود داشته باشد که می توان از آن ها به عنوان کاتالیزور های غیر فعال در فرایند تصفیه استفاده کرد.

مبانی نظری دستگاه نمک زدا

دستگاه نمک زدا به وسیله امولسیون کردن نفت خام با مواد شیمیایی و تزریق آب برای به وجود آوردن تماس بین نفت و

آب ،مواد زائد(آلودگی ها)را از نفت خام جدا می کند.

بعد از تزریق آب و ایجاد شدن مخلوط امولسیون نفت و آب،

امولسیون کننده شیمیایی اضافه میشود و یک میدان الکتروستاتیکی به کار برده می شود برای اینکه امولسیون

نفت و آب را بشکند.

دستگاه نمک زدا در اندازه ای(size)که به نفت وآب اجازه می دهد طبق قانون استوک (stoke law)ساکن و جدا بشوند.

علاوه بر این، مواد جامد موجود در نفت در ته محفظه دستگاه

(desalter) ته نشین می شوند.

دستگاه باید بطور پیوسته این مواد جامد را شسته و به جای دیگری انتقال دهد برای همین منظور یک سیستم شستشوی گل ولای

در پایین محفظه نصب می شود.

دستگاه گل شوی (mud    washing)دارای قسمتی است که مواد جامدی را که در فاضلاب وجود دارند و این امکان وجود دارد که به سیستم فاضلاب ضربه بزنند،را بازیافت می کند.

جریان دستگاه نمک زدا

در فرایند نمک گیری ابتدا نفت با استفاده از مبدل های گرمایی تا120є-150є   گرم شده(به منظور اینکه به سطح ویسکوزیته مطلوب که در حالت عادی در حدود5-15   سانتی استوک (centi _ stoke)برسد‍‍‍‍‍‍‍‍( و بعد درجه حرارت به وسیله فشار بخار ماده خام مصرفی محدود میشود.

2تا6درصد آب شستشو که به وسیله کنتور اندازه گیری شده و در جلوی دستگاه (desalter) وجود دارد عاملی است که به حل شدن نمک ها و رسوب ها کمک می کند. و در بالای یک دریچه مخلوط کننده،  مخلوطشدن شدیدی اتفاق می افتد.

نمک هایی که جدا می شوند عمدتاّ کلرید ها و کربنات ها هستند که اگر جدا نشوند می توانند باعث خوردگی و بهم زدن جریان مبدل های گرمایی،کوره ها و واحد های تقطیر بشوند.

نمک زدایی به روش الکتریکی عبارت است از بکار گیری یک ولتاژ الکتریکی بسیار بالا برای اینکه قطره های معلق آب را که در پایین مخزن ته نشست وجود دارد،را جمع بکند. وهنگامی که میزان جامد های معلق موجود در نفت زیاد باشد مواد کم کننده فشار سطحی نیز اضافه می شوند.

از دیگر فرایند هایی که دیگر رایج نمی باشد این است که نفت خام گرم شده را با به بکار گیری خاک دیاتومه و رفتار شیمیایی

و ته نشین کردن (رسوب کردن) تصفیه می کنند و اغلب آمو نیاک را نیز برای کاهش خوردگی به کار می برند. و همچنین ممکن است باز یا اسیدی برای تنظیم PH آب شستشو اضافه بشود.

فا ضلاب ها و دیگر مواد زائد از مخزن ته نشینی تخلیه می شوند و نفت خام نمک گیری شده که در بالای مخزن وجود دارد به سمت واحد تقطیر می رود.

اگر دستگاه نمک زدا به طور صحیح عمل کند تقریباّ 90% نمک موجود در نفت جدا می شود.

نکته دیگر در باب فاضلاب تولید شده اینکه علاوه بر دارا بودن

مواد زائد یک مقداری هم هیدرو کربن مثل ذرات معلق نفت(oil

Under  carry) در آن وجود دارد که به دلیل اندازه ای (size)که

دارند امو لسیون ها نمی توانند آن ها را کاملاّ بشکنند.

بدین ترتیب یک مقداری از نفت در سیستم فاضلاب از بین می رود.

اگر میزان این ذرات معلق نفت کاهش پیدا کند نه تنها باعث

کاهش بارگیری فاضلاب می شود بلکه با این کار می توان مواد خام با ارزشی را که احتمال از بین رفتن آن ها وجود دارد را بازیافت کرد.

تصفیه سطحی VSEP (تکنولوژی برای تصفیه فاضلاب Desalter)

دستگاه نمک زدا اصلی ترین منبع فاضلاب در یک پالایشگاه می باشد

و اگر مشکل جزیی برای بخشی از دستگاه به وجود آید می تواند باعث بهم خوردن چرخه فاضلاب بشود و احتمال این خطر وجود دارد که فاضلاب ها به درستی تخلیه نشوند.

روش رایج عملکرد دستگاه نمک زدا تمرکز دارد روی ایجاد و تنظیم به وسیله تغییر در جریان های متغیری که دائمی اند. این روش شامل یک جدا کننده گرانشی نفت است که ادغام(کامل)می شود با دستکاری های شیمیایی و عملگر متخصص.] این فرایند بسیار نا مطلوب و قدیمی است.[

جریان تصفیه سطحی (پوسته ای ) پلیمریک VSEP یک فن جدا سازی ابتکاری و دقیق را برای تصفیه نفت خام ارائه می دهد. علاوه بر این می تواند برای هر حالت جدا سازی مطلوب برای آن حالت را قرار بدهد و به کار بردن این روش باعث کاهش هزینه های مصرفی می شود.

انتخاب های VSEP در فرایند

در طی فرایند تخلیه مواد معلق موجود در دستگاه Desalter ،جامد _های ته نشین شده در خارج از سیستم شسته می شوند. این کار به این دلیل صورت می پذیرد که از تجمع آن ها جلو گیری بشود.وقتی این حالت رخ می دهد لایه های قدیمی امو لسیون نیز با آن ها

حرکت می کنند و این تخلیه به صورتی است که فاضلاب های شیمیایی رایج را تولید می کند.

VSEP می تواند به دو گونه تنظیم شود. حالت اول به گونه ای است که VSEP کل جریان فاضلاب را در دستگاه کنترل می کند که در این حالت دستگاهDesalter تنظیم می شود برای اینکه پیوسته گل و لای را بشوید تا اینکه بارگیری جامدات را که به عنوان منبع تغذیه ای برای VSEP هستند کامل کند. سپس VSEP این فاضلاب ها را آبکشی کرده و به دستگاه تبدیل کک (Coker) می فرستد.

در حالت دوم VSEP با استفاده از دریچه های اتو ما تیک می تواندبه نحوی تنظیم شود که تنها لایه های قدیمی تخلیه را کنترل کند که در این حالت دستگاه گل شوی (Mud   washing) دریچه های مقصد را متناسب با آن کنترل می کند.

بررسی در مورد فرایند

ضایعات نفتی به عنوان منبع تغذیه VSEP به شمار می آیند. در

واقع منبع تغذیه VSEP همان مخزن ته نشینی است که در پایین قیف

وجود دارد و جامد های سنگین به هنگام به سرعت در آن ته نشین می شوند.

در هنگام شروع به کار سیستم ، به وسیله یک پمپ ، فشار تا 70psi بالا می رود. سپس دریچه تنظیم کننده ، جریان برگشتی که با یک سرعت عبور می کند و باعث به وجود آمدن جامد های معلق می شود، را کنترل میکند.

جریان برگشتی جمع شده که شامل 13.3% کل جامدهای معلق (TSS)

است به واحد تبدیل کک(Coker) فرستاده می شود تا اینکه نفت

و هیدرو کربن های موجود در آن بازیافت شوند.

فوائد استفاده از VSEP

VSEP می تواند به عنوان یک جریان فرعی (جانبی) برای فاضلاب Desalter نصب شود. و همچنین می تواند با توجه به تقاضای ما به صورت اتوماتیکی بر اساس سطح مخزن عمل کند.

این دستگاه انتخاب هایی را ارائه می دهد که در عمل برای فرایند پالایش بسیار مهم می با شد. یکی از آن ها همان موردی می با شد که در بالا ذکر شد یعنی VSEP می تواند کاملاّ یک مجرای فرعی باشد} به شرط انکه VSEP ما مطلوب باشد و تمام فاضلاب های Desalter هم،رفتارهای مشابهی داشته باشند.{ و دیگری اینکه VSEP تمام جریان Desalter را کنترل کندو به تخلیه فاضلاب ها کمک کند و بدین ترتیب هم ظرفیت و هم حاشیه امنیت دستگاه Desalter را افزایش دهد.

مرجع: http://cew.blogfa.com/post-13.aspx

کاتالیست های فرآیند کراکینگ

Image may be NSFW.
Clik here to view. 

۱- H₂S چیست؟

هیدروژن سولفوره با نامهای دی‌هیدروژن سولفاید، سولفورهیدروژن سولفورات، هیدروسولفوریک، گازترش، Swamp gas ، هپاتیک اسید، Sour gas ، Sewer gas و Stink damp خوانده می‌شود. نام شیمیایی آن سولفیدهیدروژن و از خانواده Inorganic می‌باشد.

هیدروژن سولفوره گازی بی‌رنگ و شدیداً سمی است که به آسانی در آب حل شده و دارای قابلیت اشتعال و انفجار است. سولفید هیدروژن  (H₂S ) گازی خطرناک و کشنده است که در غلظتهای پایین بوی تخم‌مرغ گندیده و در غلظتهای بالا بوی شیرین دارد.

این گاز قابل انفجار بوده و چنانچه در غلظتهای بین 4% تا 44% در هوا، در معرض شعله باز و یا منبع تولید جرقه قرار گیرد باعث ایجاد حریق و انفجار می‌شود. شعله آن آبی رنگ است و با افزایش دما و حرارت، شدت اشتعال آن بیشتر می‌گردد. به هنگام نشت، چون سنگین تر از هواست، بدون اینکه به سمت بالا حرکت کند تا مسافت زیادی پخش شده و در صورت مشتعل شدن خسارات جانی و مالی فراوانی بر جای می‌گذارد.

3- مشخصات فیزیکی و شیمیایی گاز هیدروژن  سولفوره

·    وزن مولکولی: 08/34 گرم بر مول

·    وزن مخصوصH2O=1)): 0.79 در60F(15.6C)

·    نقطه ذوب: -75F (-60C)

·    نقطه جوش ( 013/1 بار ): 02/6- درجه سانتی‌گراد

·    دمای بحرانی: 100 درجه سانتی‌گراد

·    دانسیته بخار((air = 1: 1.176 در60F (15.6C)

·    دانسیته نسبی مایع (Water = 1): 92/0

·    فشار بخار: 394.0 psia  در100F (37.8C)

·    شفافیت/ رنگ: بی رنگ

·    بو: بویی مشابه تخم‌مرغ گندیده

درجات خطر مواد:

جهت پیش بینی خطرات مواد و نحوه برخورد هنگام خطر‏، شامل حریق و مخاطرات شیمیایی و حتی بهداشتی، کدهای بین المللی پیش بینی شده است که باید علامتهای مربوطه بر روی ظروف و بسته بندی های مواد درج گردد. کلیه کدها در یک لوزی که به چهار بخش تقسیم شده است و به آن لوزی خطر گفته می شود درج می گردد. شکل زیر لوزی خطر را نشان می دهد:

کلیه درجات خطر بین 4-0 تعیین گردیده و مواد را از نظر مخاطرات به صورت زیر درجه بندی نموده اند:

درجه بندی مواد از نظر اشتعال

0-    آتش نمی گیرد.

1-    نیاز به حرارت قابل توجه دارد تا آتش گیرد.

2-    نیاز به حرارت مختصری برای آتش گیری دارد.

3-    احتمالا در شرایط عادی نیز آتش می گیرد.

4-    مایعات با قابلیت اشتعال بالا یا گازهای مایع شده که به سرعت آتش می گیرند.

پایداری مواد از نظر واکنش های شیمیایی

در این ویژگی بیشتر واکنش با آب در هنگام حریق در نظر است:

0-    در حالت عادی و حتی در مجاورت حریق پایدار بوده و با آب واکنش ندارد.

1-    در درجات بالای حریق و فشار زیاد واکنش می دهند.

2-    به آسانی دچار تغییرات شدید شیمیایی می شوند.

3-    به خودی خود نیز ممکن است تجزیه شده و در صورتی که در محفظه بسته باشند، حالت انفجاری دارند.

4-    در شرایط عادی حرارت و فشار، قابلیت انفجار و تجزیه دارند و برخی نیز در اثر ضربه منفجر می شوند.

مخاطرات بهداشتی مواد هنگام حریق:

0-    به هنگام حریق خطر خاصی ندارند.

1-    مخاطرات محدودی دارند و هنگام اطفاء حریق ترجیحا نیاز به ماسک است.

2-    مخاطرات آنها محرز است و با ماسک تنفسی می توان به محیط آتش آنها رفت.

3-    موادی که برای سلامت بسیار خطرناک هستند و ورود با احتیاط و لباس حفاظتی و ماسک امکان پذیر است.

4-    به شدت مخاطره آمیز بوده و مرگ آور هستند حتی مخاطره پوستی نیز ایجاد می کنند.

خطرات ویژه مواد

عموما مخاطره یا محدودیتهای خاموش کردن با آب با علامتW یا مواد رادیو اکتیو با علامت ستاره علامت گذاری می شود.

4- منابع تولید گاز هیدروژن سولفوره

1-    فرآیند عملیات حفاری، احداث تونل، معادن زغال سنگ، مردابها

2-    عملیات حفاری در لایه‌های مختلف زمین جهت کشف نفت و گاز

3-    تغییرات مواد آلی توسط باکتریهای موجود در فاضلاب و مجاری آب

4-    بعنوان ماده جانبی در برخی از فعالیت‌های صنعتی

5-    همراه گاز‌های در فعالیت آتش فشانی

5- اثرات گاز H₂S بر سلامتی انسان

-   تماس حاد

در مسمومیت حاد، مقدار ماده شیمیایی وارد شده به بدن زیاد بوده و علائم در عرض چند دقیقه تا چهار ساعت ایجاد می‌شود و در صورت اقدام نکردن جهت درمان، در عرض چند ساعت تا چند روز به مرگ منتهی خواهد شد. میزان خطرات ناشی از مسمومیت حاد به سولفید هیدروژن، به غلظت این گاز بستگی دارد. زمانی که فرد گاز سولفیدهیدرژن را در غلظتهای پایین استنشاق می‌کند، این گاز از طریق ریه وارد جریان خون وی می گردد. مکانیسم تدافعی بدن برای حفاظت، شروع به تجزیه و اکسید کردن گاز سولفیدهیدروژن کرده و آن را به ترکیب بی ضرری تبدیل می‌کند.

در صورتی که فرد غلظت زیادی از این گاز را استنشاق کند و یا به مدت طولانی در این محیط قرار گیرد، H₂S مانند سیانید به سیتوکروم اکسیداز موجود در میتوکندری‌ها وصل شده و مانع فعالیت آن می‌شود و از این طریق از متابولیسم سلولی اکسیژن جلوگیری می‌کند. در نتیجه مرکز اصلی تنفس در مغز فلج شده و تنفس متوقف می‌گردد ( فرد دچار خفگی می‌شود )، درست مثل این که کسی گلوی او را با دست گرفته و فشار داده باشد. یک کارگر ممکن است در عرض چند دقیقه در اثرا غلظت زیاد گاز سولفیدهیدروژن بیهوش گردد و شانس نجاتش کم باشد.

علاوه بر اثرات خفقان آوری که به صورت تاکی کاردی، افزایش تعداد تنفس و در نهایت دپرسیون تنفسی است، افرادی که پس از تماس اولیه زنده بمانند، ممکن است به ادم ریوی تأخیری که ناشی ار اثرات تحریکی مستقیم H2S  بر ریه‌ها است، دچار ‌شوند.

مسمومیت حاد با گاز سولفید هیدروژن ممکن است بدون هیچ‌گونه هشداری اتفاق بیفتد زیرا حس بویایی در اثر این گاز سریعاً از کار می‌افتد و ظرف مدت چند ثانیه باعث مرگ می‌گردد.

 هر چند در مسمومیت حادتر، مرگ آوری بیشتر است، اما در صورتی که عملیات نجات به موقع و سریع انجام شود احتمال زنده ماندن فرد وجود دارد.

-   تماس مزمن

در مسمومیت مزمن با گاز H₂S ، ماده سمی به مقدار کم و جزئی در دفعات متعدد و در زمان طولانی وارد بدن شده و علائم ممکن است پس از سالها بروز یابند. گاز سولفید هیدروژن اثرات مزمن و تحت حاد گسترده‌ای دارد. در غلظت‌های خیلی پایین، این گاز باعث سر درد، خواب آلودگی، بی حالی، حالت تهوع، استفراغ، تحریک چشم‌ها و سیستم تنفسی ( ریه‌ها و مسیر ورود هوا از دهان، بینی و راه‌های هوایی ) می‌گردد.

چشم‌ها در اثر تماس با این گاز قرمز، ملتهب و دردناک گردیده و به نور حساس می‌شوند. اثرات مزمن این گاز بر روی سیستم تنفسی شامل سرفه، درد در بینی و گلو و درد هنگام تنفس می‌باشد.

در صورتیکه تماس با این گاز ادامه پیدا کند، کارگر ممکن است دچار مسمومیت مزمن گردد. در این حالت علاوه بر تحریک چشم‌ها و ریه‌ها، ممکن است کاهش ضربان قلب، خستگی، بی‌خوابی، مشکلات گوارشی و عرق سرد هم در اثر مواجهه با گاز به وجود آید. طبق تحقیقی که در کالیفرنیا بر روی کارگرانی که در تماس با سولفیدهیدروژن بودند انجام شده، مشخص گردید که کارگران مذکور از سردرد، حالت تهوع، استفراغ، افسردگی، تغییر شخصیت، خون‌ریزی از بینی و مشکلات تنفسی رنج می‌برند. در نتیجه مقایسه گروه در معرض خطر با گروه شاهد مشخص شد که مواد غیر طبیعی مثل عدم تشخیص رنگ‌ها، عدم هماهنگی بین چشم‌ها و دست، عدم تعادل و مشکلات عصبی بر روی گروه در معرض خطر دیده شده است. طبق تحقیقات آزمایشگاهی گاز سولفید هیدروژن در غلظت‌های پایین باعث ایجاد ناقص‌الخلقی در هوش می گردد.

-   شواهد بالینی:

گاز H₂S با توجه به آثار فوری خفقان آوری که دارد ممکن است باعث سنکوپ یک یا چند کارگر شود. به همین خاطر در صنایع به آن گاز از پای درآورنده می‌گویند.

جدول اثرات بیولوژیکی گاز هیدروژن سولفوره

جدول واکنش فیزیولوژیکی بدن انسان در برابر گاز هیدروژن سولفوره

 Image may be NSFW.
Clik here to view.

6- استاندارد‌های مواجهه با گاز هیدروژن سولفوره  (H₂S)

از آنجایی که در بسیاری از موارد، حذف گاز H₂S از محیط‌های کاری امکان‌پذیر نمی‌باشد، سازمانهای مختلف در سطح دنیا حدودی را به عنوان حدود مجاز در نظر می‌گیرند. هر سازمان از یک شاخص مختص به خود برای ارائه حدود مجاز استفاده می‌نماید. جدول زیر حدود مجاز مواجهه با گاز H₂S را نشان می‌دهد.

جدول استاندارد حدود مجاز مواجهه با گاز هیدروژن سولفوره

در بسیاری از موارد، کارگران با مخلوطی از گاز‌های محرک در تماس هستند و متأسفانه در خصوص چگونگی فعل و انفعال این مواد با یکدیگر و اثر آنها بر بدن، اطلاعات اندکی وجود دارد. هنگام تعیین حدود مجاز مواجهه در چنین مواردی باید اثرات تشدید کنندگی را برای آنها در نظر داشت.

7- اثرات سرطان زایی گاز H₂S

آژانس حفاظت محیط‌زیست، دفتر بین المللی تحقیقات سرطان و سرویس خدمات بهداشتی و انسانی نیز مطالعاتی بر روی سرطان زایی گاز سولفید هیدروژن انجام داده‌اند. در این مطالعات یافته‌هایی مبنی بر اثرات سرطان‌زایی گاز سولفیدهیدروژن شناخته نشده است، ولی مطالعات در این زمینه ادامه دارد.

8. موارد اجتناب از کار با گاز هیدروژن سولفوره

1-  عدم استفاده از گاز هیدروژن سولفوره در محیط های دارای اسید نیتریک غلیظ، سولفوریک اسید و سایر مواد اکسید کننده.

2-  بخارات هیدروژن سولفوره وقتی با بخارات کلرین، نیتروژن تری فلوراید مخلوط شوند به صورت خود به خودی می سوزند.

3-    بوی هیدروژن سولفوره در مکان هایی که گازها یا بخارات سایر مواد شیمیایی وجود دارد غیر قابل تشخیص می گردد.

4-    تماس گاز هیدروژن سولفوره با گرما، آتش یا منابع احتراقی فاجعه بار است.

9- شناسایی، اندازه‌گیری و ارزیابی گاز سولفید هیدروژن

شناسایی، اندازه‌گیری و ارزیابی گاز سولفید هیدروژن به دو روش  دستگاهی و فردی امکان‌پذیر است.

9-1- روش دستگاهی

9-1-1- تجهیزات ثابت شناسایی گاز: این تجهیزات شامل کنترولرها، صفحه نمایشگر، سنسور یا حسگر کابلهای ارتباطی می‌باشد و در نقاطی که احتمال وجود گاز سولفید هیدروژن است، نصب می‌گردند. در صورتی که میزان گاز H₂S به مرز خطرناک برسد، آژیر یا علامت خطری به کار می‌افتد.

9-1-2- تجهیزات متحرک ( قابل حمل): این تجهیزات دارای پمپ و سنسور گاز هیدروژن می‌باشند که روی کمر کارگر متصل شده و به محض ورود به منطقه حاوی گاز سولفید هیدروژن، مقدار این گاز را نشان می‌دهند.

9-1-3- تجهیزات آزمایشگاهی: به منظور شناسایی مواجهه کارگر با گاز H₂S ، مقدار سولفید هیدروژن را در هوای تنفسی اندازه‌گیری می‌نمایند. این کار با وسایل خاص آزمایشگاهی انجام می‌شود. نمونه‌ها باید تا 2 ساعت پس از تماس به آزمایشگاه منتقل گردند.

جهت شناسایی مواجهه شدن با گاز سولفید هیدروژن از روش دیگری نیز استفاده می‌شود. سولفید هیدروژن سولفاید در بدن انسان تبدیل به سولفات و تیوسولفات شده و از طریق ادرار دفع می‌گردد، بنابراین با استفاده از وسایل خاص آزمایشگاهی و اندازه‌گیری تیوسولفات در ادرار شخص در معرض تماس، تا 12 ساعت پس از مواجهه می‌توان وجود گاز را در بدن فرد شناسایی کرد.

9-2- روش فردی

9-2-1- احساس بویایی

گاز هیدروژن سولفوره در غلظت‌های پایین بویی شبیه تخم مرغ گندیده دارد. با افزایش گاز بوی آن تغییر کرده و بوی شیرین می‌دهد. هنگام افزایش غلظت، گاز H₂S سبب فلج شدن دستگاه تنفسی گردیده و شخص حس بویایی خود را از دست می‌دهد. بنابراین، این روش برای تشخیص گاز قابل اطمینان نبوده و باید از آن پرهیز شود.

9-2-2- تحریک مجاری تنفسی

در بین تمام گازهای تحریکی و سمی گاز هیدروژن سولفوره تنها گازی است که مجاری تنفسی را به شدت تحریک و ملتهب می‌کند، بنابراین با استشمام این گاز توسط فرد به سرعت می‌توان به وجود گاز در محیط پی برد. این روش به دلیل صدمات دستگاه تنفسی نباید به عنوان یک روش اصلی در تشخیص گاز استفاده گردد.

10- اقدامات کنترلی کاربردی

1-  کنترل‌های مدیریتی: آموزش پرسنل، کوتاه کردن مدت شیفت کاری اشخاص در معرض تماس گاز هیدروژن سولفوره، انجام معاینات شغلی قبل از استخدام و انجام معاینات دوره‌ای با توجه ویژه به دستگاه تنفس، قلب و عروق و چشمها.

2-   کنترلهای مهندسی: استفاده از تهویه مناسب وکاهش میزان آلاینده، اصلاح فرایند کاری

3-   استفاده از تجهیزات کشف و اعلام گاز هیدروژن سولفوره

4-  استفاده از تجهیزات حفاظت فردی: در شرایطی که کنترل‌های فنی مهندسی و مدیریتی نتوانند سطح تماس با سولفید هیدروژن را به اندازه کافی کاهش دهند، استفاده از وسایل حفاظت فردی در محل کار ضروری می‌باشد.

5-   تجهیزات حفاظت فردی موردنیاز برای سولفید هیدروژن عبارتند از:

الف ‌ـ استفاده از وسایل حفاظت تنفسی به صورت ماسک کامل صورت Full Face Mask با کانیستر اختصاصی جذب هیدروژن سولفوره

ب ـ استفاده از رسپیراتورهای هوای تنفسی self-contained breathing apparatus (SCBA) که توسط NIOSH/MSHA توصیه می‌گردد.

ج - ترکیبی ازSCBA و سیستم تامین‌هوا بوسیله خطوط لوله‌هوا، برای کار در یک فضای محصور مانند تونل

د ـ وسایل حفاظتی چشمها حفاظت چشمها در محیط‌های آغشته به گاز هیدروژن سولفوره با استفاده از گاگل ایمنی (safety goggle) و حفاظهای صورت.

ه ـ  وسایل حفاظتی پوست: دستکش‌هایی از جنس لاستیک یا نئوپرن برای حفاظت دستها در مواجهه با حالت گازی یا مایع هیدروژن سولفوره

11- الزام خدمات کمک‌های اولیه

موسسه مهندسی رهاب باید روشهای اجرایی مناسبی را برای کاهش اثرات ناشی از حوادث،‏ اعم از حوادث با آسیب‌های جزئی تا کشنده طرح‌ریزی نماید.

گستره این خدمات دربرگیرنده کلیه پرسنل، کارکنان و پیمان کارانی است که در تونل صدمه دیده‌اند. بخشی از روشهای اجرایی عبارت است از:

1-     ایجاد تسهیلات کمک‌های اولیه مناسب با خطرات عملیات حفاری و در دسترس بودن کمک‌های بعدی مورد نیاز.

2-  محل‌هایی که از مراکز کمک‌های اولیه دور می‌باشند، باید کمک‌های اولیه مناسبی داشته باشند تا هر آسیبی را تا زمان رسیدن کمک‌های پزشکی کنترل نمایند.

3-  فرایندهایی را باید ترسیم نمود تا کارکنان آسیب دیده سلامت خود را بازیابند و این کار باید از طریق ارائه نمودن فعالیت‌های بهبود و احیاء به طور مناسب و در حداقل زمان ممکن پس از وقوع حادثه انجام گردد.

12- عملیات کمک‌های اولیه برای افراد مسموم شده با گاز هیدروژن سولفوره

1-    پیش از کمک به فرد مصدوم، فرد امدادرسان باید خود از تجهیزات تنفسی استفاده کند تا مسموم نشود.

2-    مصدوم را به سرعت به هوای تمیز انتقال دهید.

3-    اگر مصدوم تنفس نمی‌کند‏، راه تنفسی را باز کرده و فوراً وسیله تنفس مصنوعی را بکار ببرید.

4-    اگر مصدوم نبضی ندارد‏، ماساژ قلبی را فوراً شروع کنید.

5-    مصدوم را گرم نگه دارید.

6-  وقتی مصدوم را به هوای تمیز انتقال دادید و تنفس طبیعی شروع شد، مصدوم را تحت نظر داشته باشید تا کمک‌های پزشکی برسد.

7-  در صورتی که مصدوم دارای ناراحتی‌های چشمی باشد، با محلول اسیدبوریک آن را شستشو داده و در حالت شدید از کمپرس سرد به مدت 15 دقیقه استفاده کنید.

8-    در صورتی که مسموم از خشکی گلو و سرفه‌های دردناک شکایت کند، شستشوی گلو با محلول 10 درصد نیترات نقره موثر خواهد بود.

جدول راهنمای اقدامات مدیریتی و فنی در مواجهه با گاز هیدروژن سولفوره

13- اقدامات اورژانس

1-    باز کردن راه‌های تنفسی برای مسموم ضروری است.

2-    مکش (ساکشن) ترشحات مستفرغه مرتباً انجام شود.

3-    برای تزرزیق، یک راه‌ داخل وریدی برقرار کنید.

4-    کنترل مداوم نوار قلبی انجام دهید.

5-    در صورت ایست قلبی تنفسی، اقدامات احیاء قلبی ریوی را سریعاً آغاز نمائید.

6-    در صورت وجود اسیدوز متابولیک- با بی کربنات سدیم آن را اصلاح کنید.

7-    در صورت مسمومیت شدید، می‌توان با استفاده از نیتریت سدیم تولید متهموگلوبین نمود و این ماده در ترکیب با سولفید با سیتوکروم اکسید از رقابت می‌کند.

Sodium Nitrite 3%   0.1-0.3 mL/kgw   OVER 5MIN

8-  در صورت لزوم می‌توان نصف دوز (مقدار) اولیه را یک ساعت بعد تکرار نمود ولی بایستی درصد متهموگلوبین را در کمتر از 30% نگه داشت.

9-    در مسمومیت با سولفیدهیدروژن از تیوسولفات نباید استفاده کرد.

10-                       در بیمارانی که به اقدامات بالا پاسخ نمی‌دهند، بایستی استفاده از اکسیژن پرفشار را مدنظر داشت.

11-                        در صورت هیپوتانسیون (کاهش فشار خون و تشنج و اختلالات قلبی)، درمان‌های اختصاصی مربوطه انجام شود.

12-           در مسمومیت با سولفید هیدروژن، اگر مسموم در طی 4 ساعت اول از بیهوشی خارج شده و بیدار شود، نشانه خوبی خواهد بود. در مسمومیت خفیف، بیمار بایستی به مدت 6-4 ساعت تحت نظر باشد.

13-                        جهت درمان نهایی، مسموم را به مرکز مجهزی اعزام نمایید.

جدول مخاطرات ناشی از تماس با گاز هیدروژن سولفوره (H2S) در عملیات حفاری تونل

14- چکیده مطالب

گاز هیدروژن سولفوره یکی از خطرناک‌ترین گازهای سمی در عملیات حفاری تونل نوسود می‌باشد و می‌بایست در صورت مقابله با آن، به طور کامل مراقب بود. این گاز ممکن است در مراحل مختلفی از عملیات حفاری تونل نوسود بروز نماید.

گاز هیدروژن سولفوره بوی تخم مرغ گندیده داشته و به سرعت می‌تواند قوه شامه را از بین ببرد. لذا باید توجه داشت که علت محو شدن بو دلیل کم شدن گاز نیست، بلکه در اثر زیاد شدن آن است. اعداد و ارقام راهنمای خوبی جهت اطلاع از اثر غلظت‌های مختلف این گاز در هوا بر افراد و خطرات حاصله است.

·    غلظت بر حسب قسمت در میلیون (ppm):

- ppm 100-50:

در این غلظت چشم ها و سیستم تنفسی پس از یک ساعت تماس دچار خارش می‌شوند.

- ppm 300-200:

در این غلظت بعد از یک ساعت چشم کبود شده و سیستم تنفسی دچار خارش می‌شود.

- ppm 700-500:

در این غلظت در مدت 15 دقیقه گیجی، سردرد و تهوع و پس از 60-30 دقیقه بیهوشی و مرگ احتمالی عارض می گردد.

- ppm 900-700:

در این غلظت به سرعت باعث بیهوشی و بعد از چند دقیقه باعث مرگ می‌شود.

- بیش از  ppm 1000:

در این غلظت در یک لحظه باعث مرگ می شود.

تماس با غلظت‌های کم، سبب ریزش اشک از چشم و تحریک مخاط بینی و حلق می‌شود، سردرد و سرگیجه نیز ممکن است به دنبال داشته باشد.

هیدروژن سولفوره اثر تحریک کنندگی بسیار زیاد بر روی قرنیه دارد که به علت ایجاد سولفور سدیم است و علاوه بر ایجاد درد و اشک‌ریزی، سبب تاری بینایی نیز خواهد شد.

کسی که در معرض غلظت‌های زیاد هیدروژن سولفوره قرار بگیرد، بعلت اثر این گاز بر مرکز تنفسی در مغز، بلافاصله جان خواهد داد.

این گاز از هوا سنگین‌تر بوده، ممکن است در شرایط سکون باعث تجمع در گودال‌ها، ‌چاهک‌ها،‌ حفره یا جاهای سربسته شود.

·    ماسک‌های تنفسی

ماسک‌های تنفسی باید در محیط‌های آلوده به گاز هیدروژن سولفوره در دسترس افراد قرار داشته باشد.

در عملیات حفاری در قسمتهایی که غلظت گاز به شدت بالاست، باید از امکانات کاملتری برخوردار بود (سیستم هوای فشرده SCBA)

·    کمک‌های اولیه:

اشخاص دچار گازگرفتگی باید فوراً به هوای آزاد منتقل شوند.

باید توجه داشت که شخص نجات دهنده، خود از امکانات ایمنی برای تنفس برخوردار باشد. چنانچه شخص گاز گرفته، اصلاً نفس نمی‌کشید یا بیهوش است، باید به سرعت به او تنفس مصنوعی  داد. این کار باید آنقدر ادامه یابد تا شخص به حالت عادی برگردد. 

http://atashsetizan.blogsky.com/1390/06/02/post-73/

MTBE : متیل ترشری بوتیل اتر یک بنزین افزودنی است که برای افزایش عدد اکتان اضافه می شود و از متانول و ایزو بوتیلن تولید می شود.MTBE: اولین ماده ی اکسیژن داری بود که به عنوان افزودنی به بنزین برای کامل تر شدن فرآیند احتراق در نظر گرفته شد، متانول که خود از اجزای اصلی بوجودآورنده ی MTBE است اغلب از گاز طبیعی و دیگر محصولات نفتی بدست می آید. این ماده عمدتاً به عنوان اکسیژن دار کننده ی سوخت بکار می رود. پس از کنار گذاشتن تترا اتیل سرب در کشور از روش اکسیژن دار کردن بنزین از طریق افزودن MTBE استفاده می شود، در واقع در حال حاضر عدد اکتان مورد نظر خود را به جای افزودن تترا اتیل سرب با افزودن MTBE بدست می آوریم.

اقداماتی جهت بالا بردن عدد اکتان:
1. افزودن عدد اکتان از طریق افزودنیها
2. افزودن مواد آروماتیکی و ...

اقداماتی جهت بالا بردن عدد اکتان:
1. افزودن عدد اکتان از طریق افزودنیها
2. افزودن مواد آروماتیکی و ...
3. افزودن مواد شاخه دار یا ایزومرها و ارگانومتالها جهت بالا بردن عدد اکتان بنزینبرای تولید MTBE متانول مورد نیاز خریداری می شود ولی ایزو بوتیلن را از جریان پالایشگاهی بدست می آورند که این جریان دارای ٪23 ایزو بوتیلن ، ٪20 1- بوتان و ٪7 2- بوتن که در این مدل ترانس 2- بوتن هم وجو دارد که تنها ایزو بوتن بواسطه متانول عکس العمل نشان می دهد.1-بوتن و 2- بوتن در برابر واکنش خنثی هستند:
واکنش شیمیایی: Ch3oh + (ch3)2c = Ch2 → (ch3)3c – O – Ch3مزایای اکسیژن دار کردن بنزین:می توان محتوای اکسیژن بنزین را برای سوختن تمیزتر و عملکرد بهتر دددددد اضافه کردن مواد اکسیژن دار به بنزین باعث کاملتر شدن احتراق و در نتیجه کاهش گازهای گلخانه ای و دیگر آلاینده های خطرناک است ، مزیت عمده دیگر استفاده از بنزین با فرمول اصلاح شده این است که سوخت مذکور به خوبی بنزینی که در حال حاضر در دسترس است عمل می کند، در حال حاضر دو ماده ی اصلی برای ساخت بنزین با فرمول اصلاح شده بکار می روند، این دو افزودنی اتانول و MTBE هستند.از نظر خطرات زیست محیطی اتانول برتری خاصی نسبت به MTBE دارد.هیأت منابع هوای کالیفرنیا ادعا کرده است که استفاده از بنزین با فرمول اصلاح شده می تواند از نظر کاهش آلاینده ها معادل خارج کردن 5/3 میلیون خودرو از جاده ها و بزرگراهها باشد استفاده از بنزین با احتراق تمیزتر حدود 25٪ از صدمات وارده به لایه اوزن را کاهش خواهد داد.

انتقال MTBE در محیط زیست و سرنوشت نهایی آن در طبیعت:
نشتی به داخل آبهای سطحی و زیر زمینی یکی از منابع اصلی آلایندگی برای MTBE به شمار می آید ، این ماده حلالیت بسیار بالایی داشته و انتقال آن به آب را بسیار آسان می نماید هنگامی که این ماده وارد سیستم آب گردید همراه با آب منتقل شده و دارای زیست تخریب پذیری بسیار پایینی است به همین دلیل تحت شرایط طبیعی این ماده می تواند تا فواصل طولانی همراه با آب منتقل شود خطر اصلی که این ماده می تواند ایجاد نماید آلوده کردن احتمالی آب آشامیدنی و در نتیجه تأثیر منفی بر سلامتی و ایمنی انسان است.هزینه ی تصفیه و خارج کردن MTBE از سیستم آب رسانی به میزان قابل توجهی بالا است.


خطرات MTBE :
MTBE می تواند باعث التهابات تنفسی گردد، قرار گرفتن در معرض MTBE در فاز گازی می تواند باعث ناراحتی های چشم شود. اگر آلودگی MTBE در آب آشامیدنی وجود داشته باشد بو ومزه ی نا خوشایندی به آب می دهد.

امروزه در دنیا در زمینه افزایش عدد اکتان بنزین از طریق افزودنیها جایگزینی MTBE با Etbe مد نظر قرار گرفته است. Etbe زودتر از MTBE تجزیه می شود و خطر سرطان زایی Mtbe را ندارد، همچنین در آبهای زیرزمینی رسوخ نمی نماید و چنانچه رسوخ کند تجزیه پذیر می باشد و قابل تصفیه است . تبدیل واحدهای MTBE به Etbe نیز چندان دشوار نیست و می توان با تغییراتی واحد تولید MTBE را به واحد Etbe تبدیل نمود.
در طرح های جامع پالایشگاهها هدف کاهش محصولات سنگین و افزایش محصولات سبک می باشد تا از این رو ما در پالایشگاهها با شکستن محصولات سبک در واحدهایی نظیر Fcc به بنزین با عدد اکتان بالادست پیدا خواهیم کرد البته ما به دنبال این مسأله نیستیم که به کل MTBE را حذف کنیم ولی با توجه به مشکلاتی که دارد تلاش بر این است که این مصرف محدود شود و کاهش یابد چون آلودگی آبهای زیرزمینی از جمله معضلات اساسی است.

ناخالصی های موجود در آب :

آب خالص در طبیعت به دلیل ویژگیهای حلالیت بالای آن ، وجود ندارد و دارای ناخالصی های گوناگون می باشد ناخالصی های آب را به سه دسته کلی مواد جامد محلول ، مواد جامد معلق و کلوئیدی و گازها دسته بندی می نمایند.
مواد غیر محلول و معلق :
ذرات ریز و درشت مواد غیر محلول و معلق در آب دارای اهمیت بسیار متنوع می باشند این مواد معلق سبب کدورت آب می شوند. برخی از این ذرات که درشت تر هستند دارای قابلیت ته نشینی می باشند و با حذف آنها آب شفاف تر می گردد و برخی دیگر از این ذرات معلق قابلیت ته نشینی بسیار کمی دارند و برای ته نشینی نیاز به زمان طولانی دارند و یا اینکه به طور کلی غیر قابل ته نشینی هستند برخی از این مواد معلق عبارتند از :
1) ذرات ریز خاک و سنگ و مواد تشکیل دهنده بستر رودخانه ها که در اثر فرسایش زمین ایجاد شده اند.
2) موجودات ریز زنده ( میکروارگانیزم ها) مانند باکتری ها

3) سیلیس کلوئیدی ، کلوئیدها ، سوسپانسون ها و امولسیون ها
در اینجا به دلیل اهمیت موضوع ، اشاره ای به محلول های حقیقی ، سوسپانسیون ، امولسیون و کلوئیدی می گردد.
هرگاه ذرات بسیار ریز یک جسم در بین ذرات جسم یا اجسام دیگر پراکنده گردد ، مجموعه حاصل سیستم پراکنده نامیده می شود در بین این سیستم بیشتر سیستم یا دستگاهی مورد بررسی می باشد که در آن حلال ، مایع می باشد زیرا این سیستم در تصفیه آب اهمیت بیشتری دارند که معمولا به آنها محلول گفته می شود . خواص چنین محلول هایی در درجه اول به بزرگی ذرات حل شده یا پراکنده شده بستگی دارد که بزرگی ذرات میزان پایداری آنها را تعیین می کند. اگر اندازه این ذرات بزرگتر از اندازه مولکول ها باشد ، سیستم ناپایدار بوده و ذرات پراکنده می شوند و به سهولت جدا و بنابر چگالی خود دربالا یا پایین دستگاه جمع می شوند اینگونه سیستم ها یا دستگاهها را سیستم های معلق می گویند که ممکن است از نوع سوسپانسیون یا امولسیون باشند ولی اگر کاملا پایدار یا مدت طولانی پایدار باشند به محلول های واقعی معروف می باشند . ذرات جامد معلق در مایع را سوسپانسیون و مایع معلق در مایع را امولسیون می گویند این ذرات دارای ویژگیهای زیر می باشند :
1) کم کم در سطح حلال و یا ته ظرف یعنی زیر حلال جمع می شوند.
2) از پرده اسمزی عبور نمی کنند و اکثرا از کاغذ صافی هم عبور نمی کنند.
3) این ذرات با چشم دیده نمی شوند ولی با میکروسکوپ های معمولی قابل مشاهده می باشند.
محلول های حقیقی مانند محلول نمک در آب دارای ویژگیهای زیر می باشند :
1) نه در سطح حلال و نه در زیر حلال جمع می شوند.
2) از هر نوع کاغذ صافی عبور می کنند.
3) از پرده های اسمزی عبور می کنند.
4) با الکترومیکروسکوپ ها هم قابل مشاهده نمی باشند.
مواد کلوئیدی ، حد واسطی بین سوسپانسیون ها ، امولسیون ها و محلول های واقعی می باشند که دارای ویژگیهای زیر می باشند :
1) از کاغذ صافی عبور می کنند ولی از صافی های خیلی ریز ( اولترافیلتر) عبور نمی کنند.
2) از پرده های اسمزی عبور می کنند.
3) ته نشین نمی شوند ولی به هم می پیوندند و توده نیمه جامدی به نام لخته تشکیل می دهند.
مواد جامد محلول : دسته ای از ناخالصی های تشکیل دهنده آب موادی هستند که به صورت محلول می باشند . به طور کلی همه مواد در آب حل می شوند ولی میزان حلالیت آنها متناسب است.
انحلال در آب به سه صورت مولکولی ، قطبی ، یونی می باشد . مواد جامد در محلول به دو گروه کلی مواد یونی و مواد غیر یونی تقسیم میشوند.

گازها :

این مواد با مقادیر مختلف در آب ها حل می شوند .مقدار گاز حل شده به فشار گاز و نوع گاز از یک سو و از سوی دیگر به دمای آب ،مواد موجود در آب و PH آن بستگی دارد. برخی از گازهایی که وجودشان در آب تصفیه مطرح است عبارتند از :

خواص آب با توجه به نوع و میزان ناخالی های آن :
با در نظر گرفتن مواد جامد در آب می توان خواص آب را به دودسته فیزیکی و شیمیایی تقسیم کرد :
خواص فیزیکی آب : مواد موجود در آب موجب ایجاد تغییراتی در رنگ ، بو ، مزه و کدورت آب می شوند این خواص که تحت تاثیر شرایط محیطی واقع می شوند و خصوصیات ظاهری آب را نشان می دهند به همراه دما خواص فیزیکی آب هستند.
رنگ (Coloure) : آب خالص بدون رنگ است ولی آب ناخالص با توجه به میزان و نوع مواد محلول و یا معلق در آن ممکن است دارای رنگ باشد به عنوان مثال آب زرد رنگ می تواند نشان دهنده وجود اسیدهای آلی باشد و رنگ قهوه ای آب نشانگر یون های آهن می باشد. رنگ را می توان در اثر جذب سطحی یا فرایند منعقدسازی و یا اکسیداسیون از بین برد.
کدورت (Turbidity) : کدری یا کمبود شفافیت به دلیل وجود مواد معلق و یا کلوئیدی در آب است. کدورت آب موجب پراکنده شدن و یا جذب نور تابیده به آن می شود. برای اندازه گیری میزان کدورت آب از محلول شاهد استفاده می شود که به صورت واحد استاندارد اندازه گیری کدری مطرح است و هر واحد آن برابر کدری آبی است که شامل یک قسمت در میلیون سیلیس است. کدورت آب آشامیدنی باید از 5 واحد کمتر باشد.
بو و مزه (Odor and Taste) : آب خالص بدون بو و مزه است وجود مواد مختلف در آب می تواند به آب بو و مزه های ویژه بدهد که برخی از آنها نامطبوع هستند. به عنوان مثال آب دریاچه های راکد بوی لجن می گیرد و یا در اثر وجود یون های سدیم کلرید ، شور مزه می شود و در اثر وجود نمک های منیزیم و پتاسیم تلخ مزه می شود. همچنین آبی با PH بالا دارای مزه ناخوشایند صابونی می باشد و در اثر وجود پرتون که به دلیل وجود اسید است ترش مزه می شود. آبی که محتوی مقداری گاز اکسیژن است دارای مزه مطلوب تری می باشد. وجود برخی از گازها مانند هیدروژن سولفاید (H2S) موجب تغییر بوی آب می شود.
خواص شیمیایی آب : خواص شیمیایی معمولا به ویژگیهایی از آب گفته می شود که در اثر میزان و نوع ماده حل شده در آن تغییر می کند از جمله این خواص می توان به اسیدیته ، قلیائیت ، هدایت الکتریکی ، سختی آب اشاره کرد.
هدایت الکتریکی (electrical conductivity) : قابلیت انتقال جریان برق نشانگر میزان هدایت الکتریکی است هدایت یک محلول را به صورت عکس مقاومت تعریف می کنند و واحد آن (mho) است . بنابراین واحد هدایت الکتریکی ,mho,1/mho (مو) و واحد هدایت ویژه mho/cm یا S/cm (زیمنس بر سانتی متر) می باشد.
به دلیل اینکه مقادیر هدایت ویژه کوچک است معمولا آن را در 6 10 ضرب کرده و بر حسب Ms/cm (میکروزیمنس بر سانتی متر) گزارش می کنند.
مقدار هدایت الکتریکی ویژه آب نشان دهنده میزان وجود املاح در آب است دلیل کاهش مقدار مقاومت الکتریکی در این است که با افزایش املاح حرکت یون ها روی یکدیگر اثر منفی می گذارند و هدایت الکتریکی محلول همانند محلول های رقیق با تعداد یون ها متناسب نمی باشد.
کل مواد جامد محلول در آب (Total disolved solids) : مقدار کل مواد غیر فرار حل شده در آب را که شامل یون های مختلف می باشد به نام کل مواد جامد محلول در آب می خوانند و با علامت T.D.S نشان می دهند.
مواد جامد معلق (Suspended solids-s.s) : وقتی آب از فیلتر عبور می کند مواد جامد معلق روی فیلتر باقی می ماند و مواد جامد محلول و مواد کلوئیدی موجود در آب از فیلتر عبور می کند. با خشک کردن مواد جامد باقی مانده روی فیلتر و وزن کردن آن مقدار مواد جامد معلق (s.s) بدست می آید.
از مجموع مواد جامد محلول در آب و مواد جامد معلق ، کل مواد جامد بدست می آید.
کل مواد جامد معلق (s.s) + کل مواد جامد محلول (T.D.S) = کل مواد جامد (T.S)
به دلیل آنکه یون ها عامل انتقال جریان برق در محلول ها هستند و میزان هدایت الکتریکی را مشخص می کنند رابطه نزدیکی بین هدایت الکتریکی (E.C) و کل مواد جامد محلول در آب (T.D.S) وجود دارد که به صورت زیر می باشد :
E.C × ضریب = T.D.S
که با توجه به محدوده هدایت الکتریکی ، ضریب موجود در فرمول فوق (2/1-5/0) تغییر می کند.
سختی آب (hardness) : آب سخت واژه ای است که به آب حاوی کاتیون های کلسیم و منیزیم ، آهن و منگنز و ... گفته می شود با توجه به اینکه میزان آهن و منگنز در آب بسیار کم است بنابراین کاتیون های کلسیم و منیزیم عامل اصلی ایجاد سختی آب به حساب می آیند. سختی آب بر حسب واحدهایی مثل میلی گرم ، یون در لیتر یا بر حسب معادل کلسیم کربنات حل شده در آب بیان می شود.
انوع سختی :
1) سختی کل (Total hardness-T.H)
کل املاح کلسیم و منیزیم موجود درآب سختی کل نامیده می شود و شامل دو قسمت است : الف) سختی کل کلسیم : نشان دهنده مقدار یون کلسیم در آب است. ب) سختی کل منیزیم : کل منیزیم محلول در آب را شامل می شود.
2) سختی دائم (Permanent hardness)
شامل کلیه املاح کلسیم و منیزیم به جز بی کربنات ها می باشد به عنوان مثال ، سولفات ها ، کلرید ها و نیتراتهای کلسیم و منیزیم محلول در آب را در بر می گیرد و سختی دایم در اثر جوشاندن حذف نمی شود.
3) سختی موقت (Temporary hardness)
کلسیم و منیزیم بی کربنات محلول در آب را می گویند که در اثر جوشاندن آب طبق واکنش زیر تجزیه می شوند و رسوب می کنند .
سختی موقت + سختی دائم = سختی کل
- اسیدیته (Acidity) :
آب خالص به مقدار خوبی یونیزه می شود و مقادیر مساوی از یون های OH-,H+ تولید می کند . غلظت یون های تولید شده تابعی از دماست .
- قلیائیت (Alkalinity) :
از نظر شیمیایی ، قلیائیت آب نشانگر مقدار ظرفیت خنثی شدن آن به وسیله اسید می باشد . خنثی شدن آب به معنی رسیدن به PH آب به حدود 5/4 است.
قلیائیت آب های طبیعی به سبب وجود هیدروکسیدها ، کربنات ها و بی کربنات ها می باشد البته یون های دیگری مانند فسفات ها ، سیلیکات ها و بورات ها نیز می توانند موجب قلیائیت شوند ولی به دلیل غلظت بسیار کم آنها در مقایسه با یون های سری اول می توان از قلیائیت ناشی از آنها صرفه نظر کرد.
- اهمیت قلیائیت و رابطه آن با PH :
قلیائیت عامل موثر بر خوردگی و رسوب گذاری آب است . برای نمونه می توان گفت ، قلیائیت آب مورد استفاده در دیگ های بخار باید به اندازه کافی بالا باشد تا از خورده شدن دیواره دیگ ها جلوگیری شود همچنین قلیائیت نباید به حدی باشد که سبب انتقال مواد جامد به وسیله بخار شود و یا سبب شکنندگی قلیایی (Constic embri Hlement) شود و در دیواره دیگ ها ایجاد ترک نماید . قلیائیت با PH رابطه نزدیکی دارد به گونه ای که هر چه قلیائیت بیشتر باشد نشانگر بالاتر بودن غلظت هیدروکسیدها و کربنات ها است بنابراین PH بالاتر می رود و محلول قلیایی تر می شود.
حلالیت آب (Solubility) :
یکی از خواص بی نظیر آب قدرت حلالیت آن است ، آب می تواند تمام موادی را که با آن در تماس هستند در مقادیر متفاوت بسته به ثابت حلالیت و دما در خود حل کند به همین دلیل به آب حلال جهانی می گویند . به این دلیل که ساختمان خود آب قطبی است و مواد قطبی و نیز آن دسته از موادی که در آب یونیزه می شوند را بهتر حل می کند همچنین دما ، فشار و PH و غلظت از جمله عواملی هستند که بر میزان حلالیت در آب تاثیر می گذارند . وجود بعضی مواد در آب موجب تقویت انحلال مواد دیگر می شود و برعکس بعضی از مواد قابلیت حل شوندگی مواد دیگر را کاهش می دهند برای مثال وجود CO2 در آب موجب افزایش انحلال سنگ هایی مثل کلسیم و منیزیم می شود.
سنجش مقدار مواد آلی (Measurement of organic component)
برای اندازه گیری مقدار مواد آلی موجود در آب روش های مختلفی وجود دارد از جمله این روش ها اندازه گیری بخش مواد فرار ، اندازه گیری کل مواد جامد ، COD,BOD می باشد . چون اندازه گیری بخش مواد فرار و سنجش کل مواد جامد دارای خطای نسبتا زیادی است. بیشتر از اندازه گیری اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (BOD) و اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) و اندازه گیری کل کربن آلی (TOC) برای بدست آوردن مقدار مواد آلی موجود در آب استفاده می شود.
- اکسیژن مورد نیاز بیوشیمیایی (Biochemical oxygen demand)
آن دسته از موادی که توسط باکتریها تخمیر می شوند توسط این شاخص سنجیده می شود. در این اندازه گیری به جای اینکه مقدار موادی را که مورد اکسایش قرار میگیرند تعیین کنند مقدار اکسیژنی را که میکروارگانیسم های تجزیه کننده هوازی لازم دارند تا آن مقدار از ماده را اکسایش دهند اندازه گیری می کنند. در این روش استاندارد 5 روزه ای بکار می رود که با 5(BOD) نمایش داده می شود و عبارت است از اندازه گیری اکسیژنی که طی 5 روز در دمای 20 درجه سانتی گراد توسط باکتری های موجود در آب مصرف می شود تا بتواند مواد آلی موجود در آب را اکسایش دهند.
بنابراین برای اندازه گیری BOD باید اختلاف اکسیژن حل شده در زمان نمونه گیری و پس از 5 روز را در نمونه بدست آورد.
BOD5=DO0-DO5
- اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (Chemical oxygen Demand)
با کمک این شاخص می توان مقدار مواد آلی را که در آب موجودند و می شود آنها را به کمک اکسید کننده قوی نظیر اسید کرومیک یا پرمنگنات در محیط اسیدی اکسید کرد ، بدست آورد ، COD عبارت است از کل اکسیژن مورد نیاز شیمیایی که در واکنش های اکسیداسیون و تجزیه مواد آلی در محیط اسیدی و در مجاورت یک ماده قوی اکسید کننده مصرف می شود.
از محاسن این روش نسبت به BOD این است که آسان تر انجام می شود و وقت گیر نیست و کل عملیات اندازه گیری در مدت چند ساعت انجام می شود و همچنین می توان هم مواد آلی قابل تجزیه و هم مواد آلی غیر قابل تجزیه توسط باکتری ها را اندازه گیری کرد.
واکنش اصلی که بادی کرومات به عنوان یک اکسید کننده قوی انجام می شود به صورت زیر است :

- مجموع اکسیژن مورد نیاز (Total oygen Demand)
روش مفید دیگری که برای تعیین مواد آلی به کار می رود روش TOC است در این روش مقداری از نمونه را در یک کوره در مجاورت کاتالیزور پلاتین به محصولات پایدار نهایی تبدیل می کند سپس اکسیژن موجود در گاز حامل نیتروژن محاسبه می شود و نتایج با روش COD وفق داده می شود.


فرایند نرم سازی به شیوه ته نشینی
(Softening process by sedimentation Method)
فرایند نرم سازی به منظور کاهش سختی آب بکار می رود. با استفاده از مواد شیمیایی ، سختی آب تحت واکنش های شیمایی قرار می گیرد و رسوب می نماید که در نتیجه سختی آب کاهش می یابد. سختی آب به دلیل وجود کربنات ها ، بی کربنات ها ، سولفات ها ،کلریدها و نیترات های فلزات کلسیم و منیزیم و آهن و آلومینیوم است. از آنجا که سه فلز آهن ، آلومینیوم به مقدار کم در آب وجود دارد ، قسمت عمده سختی آب مربوط به یون های کلسیم و منیزیم است . میزان سختی آب های خام تا حد زیادی به شرایط زمینی که آب در آن جاری است بستگی دارد و به همین دلیل مقدار یون ها در آب های سطحی و زیر زمینی متفاوت است . سختی آب به صورت دائم و یا سختی غیر کربناتی موقت یا سختی کربناتی بیان می شود.
حذف سختی موقت (Temporary hardness removal) :
استفاده از آب آهک روش عمومی برای کاهش سختی موقت آب است. آب آهک (کلسیم هیدروکسید) با کلسیم بی کربنات و منیزیم بی کربنات واکنش می دهد و رسوب کلسیم کربنات و منیزیم هیدروکسید تولید می کند .
با توجه به واکنش های بالا آب آهک لازم برای کاهش سختی منیزیمی دو برابر مقدار آب آهک لازم برای کاهش سختی کلسیم است.
حذف سختی دائم (Permanent hardness Removal) :
برای کاهش سختی غیر کربناتی آب از آهک / سود استفاده می شود. در سختی موقت با اضافه کردن یک ماده قلیایی مثل آهک یا سود ، بی کربنات موجود در محیط به کربنات تبدیل می شود و کربنات تولید شده باعث رسوب کردن کلسیم و کاهش سختی کلسیمی می شود.
روش دیگر در نرم سازی آب ،استفاده از سود سوزآور است که درمواد خالص به کار می رود . برتری استفاده از سود سوزآور این است که با کلسیم بی کربنات تولید سدیم کربنات می کند که خود این ماده در حذف سختی دائم موثر است.
تبادل یونی (Ion-exchange) :
رزین های تعویض یونی جامدات نامحلول در آب می باشند که به وسیله تبادل یون می توانند جهت جذب کاتیون ها و آنیون ها به کار گرفته شوند. پدیده تعویض یون ترکیبی از پدیده جذب سطحی و فرایند نفوذ می باشد و سرعت واکنش را عملیات انتقال جرم که یون ها را از سیال به سطح رزین و یا از سطح رزین به سیال می رساند مشخص می کند. پدیده تبادل یون یک تعادل شیمیایی است و از اصول حاکم بر تعادل ها پیروی می کند. در الکترولیت ها نیز پدیده تعویض یون وجود دارد ولی به دلیل همگن بود یون ها که در آن مبادله کننده های یون هر دو مایع می باشند عامل موثر سینتیک شیمایی است در حالیکه در تعویض یونی به دلیل جامد بودن رزین ها نفوذ یون ها مورد توجه می باشد در واقع پدیده تبادل یون به دلیل وجود نیروهای الکترواستاتیک می باشد و قدرت تبادل به این نیروها بستگی دارد و به شیوه ای است که مواد قبل و بعد از تبادل یون هر دو از نظر الکتریکی خنثی خواهند بود.
رزین های تبادل یونی ویژه بستر مختلط
(Mixed bed colums ion-exchange resins)
حذف کاتیون ها و آنیون های موجود در آب ، به طور همزمان به وسیله مخلوطی از رزین های تبادل یونی کاتیونی و آنیونی انجام میگیرد. در این فرایند مخلوط رزین ها در یک ستون قرار می گیرند و آب از بستر رزین عبور می کند و آب خروجی دارای T.D.S بسیار پایینی خواهد بود. احیای رزین های کاتیونی و آنیونی در چند مرحله انجام می پذیرد . در نخستین مرحله رزین ها به شیوه مکانیکی از هم جدا می شوند ، سپس رزین ها احیا می گردند و در مرحله نهایی دو رزین کاتیونی و آنیونی مخلوط می شوند و مورد استفاده قرار می گیرند.
مقایسه رزین های ضعیف و قوی :
رزین های تبادل یونی کاتیونی ، انیونی از دو نوع ضعیف و قوی در ویژگیهای برجسته زیر متمایز هستند :
1) رزین های ضعیف توانایی یونی محدودی دارند در حالیکه رزین های قوی از توانایی تبادل یونی بالایی برخوردار هستند.
2) رزین های ضعیف دارای ظرفیت بالاتری نسبت به نوع قوی می باشند و در برخی موارد ظرفیت تبادل یونی رزین های ضعیف بیشتر از دو برابر نوع قوی می باشد.
3) جهت احیای رزین های ضعیف به میزان کمتری از ماده شیمایی نیاز می باشد.
4) هزینه آب بی یون تولید شده به کمک استفاده توام رزین های ضعیف و قوی کمتر می باشد.
5) رزین های ضعیف به درصد کمتری از ماده شیمیایی جهت احیا نیاز دارند بنابراین در سیستم های چند مرحله ای که از ستون های رزین های ضعیف و قوی استفاده می گردد، مواد احیا کننده خروجی از رزین های قوی جهت استفاده رزین های ضعیف بسیار مفید می باشند.
6) احیای رزین های کاتیونی بطور معمول توسط سولفوریک اسید انجام می گردد. جهت جلوگیری از رسوب کلسیم سولفات بر روی رزین ها ، ابتدا از سولفوریک اسید یک و نیم درصد و در مرحله بعد از سولفوریک اسید چهار الی پنج درصد استفاده می گردد. غلظت اسید مورد استفاده برای احیای رزین های کاتیونی ضعیف حدود یک الی یک و نیم درصد می باشد.
7) جهت احیای رزین های آنیونی معمولا از سدیم هیدروکسید چهار الی پنج درصد برای رزین های قوی استفاده می شود و پساب خروجی برای احیای رزین های آنیونی ضعیف استفاده می شود.
فرایند بی یون سازی (Demineralisation Process)
همواره فرایند بی یون سازی برای محلول های با غلظت های نسبتا بالا امکان پذیر است ولی از لحاظ اقتصادی هرگاه T.D.S آب خام کمتر از ppm 700 باشد فرایند تعویض یونی مطرح می شود . از لحاظ اقتصادی برای کاهش T.D.S تا رسیدن به حد مطلوب و جهت فرایند بی یون سازی شیوه های گوناگونی مطرح می باشد. برای مثال می توان در یک یا ترکیبی از روش های زیر آب خام ورودی به سیستم تبادل یونی را مهیا ساخت .
الف) الکترودیالیز
ب) اسمز معکوس
پ) تقطیر
ت) انرژی خورشیدی
ث) فرایند آب آهک زنی
ج) پمپهای حرارتی
انتخاب فرآیند بی یون سازی بر اساس موارد زیر است :
الف) کیفیت آب خام
ب) کیفیت آب مورد نیاز
پ ) هزینه سرمایه گذاری
ت) هزینه بهره برداری
خواص رزین های مبادله کننده یونی :
رزین های تبادل یونی بایستی از ویژگیهای خاصی برخوردار باشند . مهم ترین این ویژگیها عبارتنداز :
الف) بزرگ بودن سطوح تبادل یونی
ب) دارا بودن ظرفیت بالا
پ) بالا بودن ضریب انتخاب
ت) مقاومت در برابر مواد شیمایی
ث) مقاومت در برابر تغییرات PH
ج) مقرون به صرفه بودن
چ) ارزان بودن مواد به کار گرفته شده در فرایند احیای رزین ها
ح) سمی نبودن
خ) دارا بودن مقاومت مکانیکی بالا
مزیت های روش تبادل یونی :
الف) سهولت در نصب و بهره برداری
ب) بالابودن عمر مفید رزین ها ( در شرایط بهره برداری مناسب عمر رزین ها بیشتر از 15 سال است)
پ) قابلیت اجرا در ظرفیت های مختلف
ت) عدم وجود فاضلاب آلوده برای محیط زیست
محدودیت های روش تبادل یونی :
الف) در محدوده T.D.S>700ppm مقرون به صرفه نیست
ب ) این روش برای واحدهای صنعتی متداول می باشد و معمولا برای آب آشامیدنی مورد استفاده قرار نمی گیرد.
پ ) مواد شیمیایی مصرفی از همه روش ها بیشتر و آب تولیدی پرهزینه تر است.
ت ) بر اساس نوع رزین و پوشش ستون های تبادل یونی ماکزیمم دمای فرایند تبادل یونی محدودیت دارد.
ج ) اجسام غیر یونیزه قابلیت تبادل یونی ندارند.
چ ) حد مجاز آهن ، منگنز و فلزات سنگین در مجموع باید کمتر از ppm 1/0 باشد.
ح ) آب عبوری از رزین های تبادل یونی باید فاقد املاح معلق ، اجسام کلوئیدی ،چربی و مواد آلی باشد.
فرایند تبادل یونی با بستر ثابت (Fixed bed process)
استفاده از بستر ثابت رزین ها با جریان آب از بالا به پایین (Down flow) یکی از روش های مرسوم در تصفیه آب به کمک رزین هاست . کاهش درجه خلوص آب خروجی از ستون تبادل یون ، نشان دهنده این است که رزین ها اشباع شده اند و باید احیا گردند . عمل احیاء رزین در چهار مرحله انجام می پذیرد.
1) شست و شوی معکوس به منظور شکوفا شدن رزین ها
2) عبور از ماده احیا کننده از بستر به منظور احیای رزین ها
3) آبکشی آهسته برای بیرون راندن آرام ماده احیا کننده از ستون تبادل یونی
4) آبکشی سریع برای بیرون راندن آخرین ذرات ماده احیا کننده از بستر تبادل یونی
اطلاعات تکمیلی (Supplimentary information)
1) از محلول های سولفوریک اسید و سود سوز آور برای احیای رزین ها استفاده می شود.
2) در طراحی سیستم بی یون سازی با استفاده از رزین های تبادل یونی ، ترکیبی از رزین های مختلف و ستون های گوناگون به کار گرفته می شود . از لحاظ اقتصادی ، طراحی به گونه ای انجام می پذیرد که با اشباع شدن رزین های آنیونی ضعیف کل سیستم در فاز احیا قرار گیرد.
3) میزان اسید و قلیای مورد استفاده جهت احیای رزین ها همواره بیشتر از مقدار استوکیومتری می باشد.
4) در اثر مخلوط شدن رزین های کاتیونی ضعیف و قوی ، بهره برداری و و احیای سیستم دچار مشکل می گردد.
5) هرگاه به هر دلیلی رزین های ستون کاتیونی با رزین های ستون آنیونی ضعیف مخلوط شوند، راندمان سیستم تبادل یونی به شدت کاهش می یابد.
6) مناسب ترین دما جهت تولید آب بدون یون حدود 35 درجه سانتی گراد و جهت احیای رزین ها حدود 40 درجه سانتی گراد درنظر گرفته می شود.
7) بروز توقف در خط تولید آب بی یون موجب برقراری تعادل بین یون های محلول و رزین تبادل یونی می شود و پس از راه اندازی مجدد آب تولیدی از کیفیت مناسبی برخوردار نمی باشد بنابراین لازم است تا رسیدن به آب با کیفیت مطلوب آب تولیدی سیرکوله شود و در غیر این صورت کل سیستم احیا گردد.
8) به دلیل اسیدی و یا قلیایی بودن آب درون ستون ها و جلوگیری از خوردگی ، لازم می شود که درون ستون ها با موادی از جنس لاستیک ، فایبر گلاس و یا مواد پلاستیکی پوشش مناسب داده شود.
9) چنانچه پیش از استفاده از سیستم تبادل یونی از سیستم کلاریفایر و آهک زنی به منظور حذف کلسیم بی کربنات و منیزیم بی کربنات استفاده شود ، می توان ستون رزین کاتیونی را حذف نمود و تنها از رزین های کاتیونی قوی استفاده کرد.
10) آب تقطیر شده ، آب عبوری از دستگاه اسمز معمولی و یا الکترودیالیز ، دارای یون می باشند. برای تهیه آب بدون یون لازم است یک سیستم تبادل یونی به دنبال سیستم های مطرح شده مورد استفاده قرار گیرد.
11) هدایت الکتریکی آب خروجی از ستون های کاتیونی در مرحله بهره برداری در مقایسه با آب ورودی افزایش می یابد. در صورت کاهش ، سیستم به حالت اشباع رسیده است.
12) هدایت الکتریکی آب خروجی از ستون های آنیونی ، در زمان بهره برداری کاهش می یابد. افزایش هدایت الکتریکی آب خروجی از ستون آنیونی ، معرف اشباع شدن ستون است.
13) به دلیل کاربرد بیشتر و راندمان بالاتر رزین های ضعیف در مقایسه با نوع قوی ، گران قیمت تر می باشند .
14) بهای رزین های آنیونی ، به دلیل پیچیده بودن فرآیند تولید آنها خیلی بیشتر از رزین های کاتیونی می باشد.
15) در صورت طراحی و بهره برداری مناسب گاز زدا ، میزان گاز کربنیک باقی مانده در آب به حدود ppm 5 می رسد که گاز کربنیک باقی مانده به همراه سیلیکا توسط رزین های آنیونی قوی حذف می گردد.
16) به منظور بهبود بهره برداری از ستون های تبادل یونی به شیوه جریان بالا به پایین می توان روی نازل ها در کف ستون تبادل یون را لایه ای از آنتراسیت قرار داد تا زمینه برای عبور بهتر آب بوجود آید.
17) در بهره برداری از ستون های تبادل یون به شیوه جریان از پایین به بالا می توان از مقداری مواد پلی مری به نام رزین خنثی با دانه بندی درشت تر از رزین استفاده کرد تا آب بهتر از میان خلال و فرج عبور نماید و افت فشار کمتری در سیستم ایجاد شود.
18) رنگ رزین ها به طور معمول شفاف می باشند. در اثر آلودگی رزین ها به مواد آلی رنگشان به تیره و یا سیاه تغییر می کند. جهت رفع این مشکل رزین ها را با مخلوط آب نمک 10% و حدود 3-2% سود سوزآور در دمای حدود 40 درجه سانتی گراد برای مدت 3 ساعت شست و شو می دهند.
19) جهت نگهداری رزین ها و جلوگیری از فساد آنها در توقف های طولانی مدت ، می توان رزین ها را توسط سدیم کلرید اشباع کرد و سپس ستون تبادل یون را توسط محلول نیم درصد فرمالین پر نمود.
20) رعایت سرعت خطی آب در ستون ها و فشار درون فیلتر ها بر روی راندمان خط تصفیه اثر می گذارد ، لذا لازم است این موضوع برای طراحی و بهره برداری در نظر گرفته شود.
21) به طور معمول برای جلوگیری از رشد باکتری ها بر روی رزین ها ، آب را توسط کلرین ضد عفونی می کنند. اگر میزان کلرین کمتر از ppm 1/0 باشد برای رزین ها مشکلی بوجود نمی آورد. افزایش غلظت کلرین ، بیشتر از حد مجاز تخریب رزین ها را به همراه خواهد داشت.
22) آب عبوری از ستون های تبادل یونی همواره باید بدون مواد کلوئیدی و معلق باشد . مواد ریز معلق موجب مسدود شدن خلل و فرج رزین ها می شود.
23) هیچگاه نباید در خط تصفیه آب ، رزین های آنیونی پیش از کاتیونی قرار گیرند. زیرا PH آب به طور شدید قلیایی می شود و برخی از کاتیون ها روی آنیون ها رسوب کرده و موجب تخریب رزین ها می شود.

الکترو دیالیز (Electrodialysis) :
الکترو دیالیز با علامت مخفف ED نشان داده می شود. یک فرایند جداسازی غشایی می باشد که درآن از اختلاف پتانسیل الکتریکی به عنوان نیروی محرکه جهت انتقال یون ها استفاده می شود .
در این سیستم از غشاهای پلیمری حاوی رزین های تبادل یونی استفاده می گردد. این رزین ها بر روی پارچه هایی پلیمری مانند پلی اتیلن پوشش داده شده اند . پرده های کاتیونی نسبت به کاتیون ها تراوا می باشند و آنیون ها فقط می توانند از غشاهای آنیونی عبور نمایند.
فضای بین دو غشای غیر همنام سل نامیده می شود . در سیستم های پیشرفته دستگاه الکترودیالیز به شیوه ای طراحی و بهره برداری می گردد که در حدود هر 15 دقیقه یک مرتبه قطب کاتد و آند جابجا می شوند و به طور اتوماتیک از رسوب روی الکترودها و گرفتگی غشاها کاسته می شود .غشاها توسط جدا کننده های پلیمری از یکدیگر مجزا می شوند به طور معمول ضخامت این توری ها در فضای بین غشاء ها نیم میلی متر و در کنار الکترودها یک میلی متر می باشد.
نکات مهم در طراحی و بهره برداری از سیستم های الکترودیالیز :
1) کیفیت آب ورودی بیشترین اهمیت را در ثابت نگه داشتن مشخصات آب خروجی دارد . یون های مهم در تصفیه آب شامل سدیم ، کلسیم ، منیزیم ، آهن ، سیلیس ، کلرید و بی کربنات می باشند. هر چند تغییر در مشخصات آب ورودی موجب تغییر در کیفیت آب خروجی می گردد.
2) دمای آب ورودی اثر فوق العاده مهمی بر روی بازده دستگاه و کیفیت محصول دارد. به طور معمول دمای آب نباید از 10 درجه سانتی گراد کمتر و از 45 درجه سانتی گراد بیشتر باشد.
3) حد مجاز آهن در آب وروی به طور معمول حدود ppm 2/0 می باشد زیرا بیشتر از این مقدار موجب اشکال در فرایند می گردد. یکی از اثرهای منفی یون های آهن و یا آهن معلق ، افزایش مقاومت الکتریکی غشاها می باشد که در اثر رسوب بر روی غشاها یک لایه نارنجی رنگ بوجود می آورند و موجب کاهش کیفیت تولید آب و تغییر در ولتاژ و آمپر مورد استفاده می شود.
4) وجود کلرین در آب ورودی موجب آسیب دیدگی سیستم می شود لذا نباید سیستم راه اندازی شود.
5) وجود هیدروژن سولفاید در آب ورودی مانند حالت بالا موجب آسیب رسیدن به غشا میشود و لذا نباید سیستم راه اندازی شود.
6) حد مجاز آهن و منگنز بر روی هم درآب ورودی ppm 2/0 می باشد.
7) به طور اساسی یکی از عوامل وجود آهن در لوله های انتقال و مخازن سرچاهی خوردگی می باشد و یکی از رایج ترین عوامل خوردگی در آب های زیر زمینی باکتری های احیا کننده سولفات (SRB) می باشد که می توانند به دلیل بی هوازی بودن در چاههای آب وجود داشته باشند و همچنین با استفاده از اکسیژن می توان سولفات موجود درآب را احیا و تولید H2S نمود که در نهایت سولفیت آهن تولید می گردد. بهترین شیوه مبارزه تزریق کلر در سر چاه به میزان باقی مانده در حدود ppm 1 می باشد ولی چون کلرین آزاد برای سیستم زیان بخش است ، باید آب را قبل از ورود به سیستم توسط کربن فعال و یا هر شیوه دیگر کلرین زدایی گردد.
8) در سیستم های الکترو دیالیز اتوماتیک ، هر پانزده دقیقه یک مرتبه پلاریته الکتریکی و مسیرهای الکتریکی تعویض می شوند و این عمل با تعویض قطب کاتد و آند انجام میگیرد که هیچ یک از قطب ها با آب نمک غلیظ برای مدت بیش از پانزده دقیقه در تماس نباشند و نمک انباشته شده را به سرعت حل می نمایند و از سیستم خارج می سازند.
9) محیط آند همیشه در اثر تجمع H+ اسیدی می باشد ، لذا مناسب است که آب در اطراف قطب آند ، حالت سکون داشته باشد تا رسوباتی که در این قطب به وجود آمده است حل و در زمان تخلیه خارج شوند و یا به عبارت دیگر عمل شست و شوی اسیدی در قطب آند انجام شود. به دلیل تعویض قطب ها در هر پانزده دقیقه یک مرتبه این روش کمک فراوانی به تمیز شدن الکترودها می نماید.
10) به طور معمول حداقل فشار سیستم الکترودیالیز atm 15/0 و حداکثر atm 5/1 طراحی می شود.
11) دستگاه نشان دهنده اختلاف فشار بین آب رقیق و غلیظ در ورودی و خروجی مجموعه غشاها به شیوه ای است که اختلاف فشار آب تصفیه شده و آب نمک را نشان می دهد زیرا همیشه باید فشار آب تصفیه در حدود نیم الی یک و نیم اتمسفر بیشتر از فشار آب نمک باشد.
12) جهت کنترل کیفیت آب تولیدی دستگاه اندازه گیری هدایت الکتریکی در قسمت خروجی آب تصفیه شده نصب می شود.
13) در صورت توقف بیش از سی دقیقه در سیستم های الکترودیالیز که به شیوه های دستی یا اتوماتیک عمل می نمایند لازم است در حدود چهار الی هشت دقیقه آبکشی شوند تا نمک های باقی مانده تخلیه شوند و از ایجاد رسوب بر روی غشاها جلوگیری گردد.
14) در صورت افزایش T.D.S آب و کاهش آمپر مصرفی لازم است موارد زیر مورد بررسی قرار گیرند : الف) دمای آب : کاهش یک درجه فارنهایت از دمای آب باعث کاهش یک درصد از آمپر مصرفی می شود ب) کثیف بودن غشاها ج) پوشش سطح الکترودها د) پارگی و یا سوختگی غشاها.
15) در صورت کاهش میزان آب تولیدی ، موارد زیر باید بررسی شود : الف ) گرفتگی صافی ها ، ب ) وضعیت سایر تجهیزات مانند شیرها و پمپ ها ، ج) اختلاف فشار جریان های ورودی و خروجی
16) هرگاه جریان مصرفی بین الکترود کاهش یابد باید بررسی زیر انجام گیرد
الف) اطمینان از بسته نبودن لوله های آب تغذیه الکترودها یا لوله های خروجی الکترودها
ب) اطمینان از برابر بودن فشار ورودی آب الکترودها و فشار ورودی مجموعه غشاها
ج) اطمینان از عدم رسوب روی غشاها ، صفحه های جدا کننده و الکترودها.

فرآیند تقطیری :
تبخیر و میعان آب یکی از روشهای تصفیه آب است . دمای تبخیر املاح موجود در آب بالاست لذا با حرارت دادن محلول آب می توان اجزاء آب را بخار و از سنگ های محلول در آن جدا نمود.
این شیوه تصفیه آب را روش تقطیری می نامند . آب دارای املاح بالا در سه مرحله تبدیل به آب مناسب می گردد.
1) تولید بخار با حرارت دادن به آب و رسانیدن دمای آب به نقطه جوش
2) جمع آوری بخار
3) میعان بخار و بازیافت حرارت
سیستم تقطیر چند مرحله ای (Multistage Distillation) :
افزایش راندمان سیستم تقطیر با بکارگیری مجموعه ای از سیستم های تقطیر ساده به طور متوالی امکان پذیر است . در چنین سیستمی یکی از تبخیر کننده های به وسیله بخار تغذیه می شود . دمای بخار در این تبخیر کننده بیش از دمای جوش آب داخل پوسته است. بخار ایجاد شده در محفظه اول داخل لوله های سیستم دوم می شود و در نتیجه آن ، مقداری از آب درون پوسته این سیستم تبخیر می شود . برای تبخیر این مرحله باید دمای بخار ورودی به لوله ها از دمای آب موجود در پوسته در حد مناسبی بیشتر باشد به همین ترتیب بخار خارج شده از مرحله دوم وارد لوله های مرحله سوم می شود و در اثرمیعان مقداری از آب در درون پوسته مرحله سوم تبخیر می گردد. به طور کلی در این گونه سیستم ها ، طراحی به گونه ای انجام می شود که به ازای هر کیلوگرم بخار داده شده به سیستم حدود سه کیلوگرم آب مقطر تولید می شود. برای تامین خلاء به منظور جمع آوری گازهای خارج شده از آب تاسیسات جانبی تقطیر ، پمپ خلاء نیاز می باشد. بر اساس قوانین ترمودینامیک با کاهش فشار ، دمای نقطه جوش کاسته می شود ، لذا ایجاد خلا در این گونه سیستم ها آب را در دمای کمتری به بخار تبدیل می کند . به طور کلی در این سیستم ها با افزایش تعداد مراحل ، راندمان کلی تولید آب شیرین افزایش می یابد ولی از لحاظ اقتصادی ، تعداد مراحل بهینه وجود دارد.
سیستم های تقطیری چند مرحله ای دارای انواع گوناگونی می باشند که عبارتند از :
1) تقطیر کننده با لوله های درون آب
2) تبخیر کننده با لوله های بلند عمودی
3) تبخیر کننده های عمودی بالایه پایین رونده
4) تبخیر کننده های عمودی بالایه بالا رونده
5) تبخیر کننده های افقی
کاربرد پمپ حرارتی در تصفیه آب :
پمپ های حرارتی ، دستگاههایی می باشند که با انجام کار مکانیکی ، حرارت را از سیستم سرد به سیستم گرم منتقل می کنند. پمپ حرارتی در واقع یک ماشین حرارتی معکوس است .کار مکانیکی به طور معمول توسط یک پمپ یا کمپرسور ( با توجه به نوع پمپ حرارتی) انجام می گیرد به همین دلیل نام این سیستم را پمپ حرارتی گذارده اند. در سیستم های تقطیر به کمک پمپ حرارتی ، گرمای محصول که کمتر از گرمای درون برج (خوراک ورودی) است از طریق یک سیال کاری به خوراک ورودی یا جوشاننده برج انتقال می یابد واین موضوع اساس کاهش انرژی حرارتی مصرفی است. سیال کاری که جهت انتقال انرژی استفاده می شود به طور معمول بخار آب است.
اجزاء اصلی یک پمپ حرارتی عبارتند از :
1) کمپرسور برای افزایش فشار سیال کاری
2) شیر انبساط به منظور کاهش و افت فشار سیال کاری
3) چگالنده به منظور دفع انرژی سیال کاری به محیط گرم
4) تبخیر کننده برای جذب انرژی از محیط سرد به سیال کاری
سیال کار در فشار پایین گرما را جذب و در فشار بالا گرما را به محیط می دهد. در این چرخه ،کمپرسور مقداری کار و انرژی مصرف می نماید که موجب افزایش فشار و دمای سیال کاری می شود.
گاز زدایی (Degasification) :
گازهای مختلف زیادی می توانند در آب به صورت محلول وجود داشته باشند . هیدروژن سولفید ، کربن دی اکسید ، اکسیژن ، آمونیاک ،کلرین و نیتروژن از جمله گازهایی هستند که بیشتر از بقیه گازها در آب وجود دارند. نوع و میزان گازهای محلول در آب به شرایط محیطی ،منبع آب ،مسیر عبور آب ، دما و فشار و جنس گاز بستگی دارد. گازهای موجود در آب به دو صورت می توانند وجود داشته باشند ، یک دسته مثل اکسیژن و نیتروژن همواره ، به صورت گاز در آب موجودند ، ولی گازهایی چون دی اکسید کربن ،هیدروژن ، سولفید و آمونیاک با توجه به PH آب می توانند هم به صورت ترکیب نشده (گاز) در آب موجود باشند و هم می توانند با آب ترکیب شده و تولید یون کنند که در این صورت برای حذف آنها باید عملیاتی را که برای حذف یون ها بکار برده میشود ،مورد استفاده قرار داد.
اثرات ناخالصی های گازی آب :
اکسیژن ونیتروژن از جمله گازهای محلول در آب هستند که در اثر تماس آب با هوا در آب حل می شوند.
نیتروژن : این گاز حلالیت کمی در آب دارد و نیز به دلیل میل ترکیبی خیلی کم ، مشکل چندانی ایجاد نمی کند.
اکسیژن : اکسیژن به همراه PH کم خاصیت خورندگی شدیدی دارد . یکی از جدی ترین مسائلی که اکسیژن می تواند ایجاد کند ،خوردگی حفره ای است. البته حلالیت اکسیژن در دما و فشارهای مختلف ، تغییر می کند.
دی اکسید کربن : این گاز در اثر حل شدن در آب به آن خاصیت خورندگی می دهد ، ضمن اینکه خورندگی اکسیژن را نیز تشدید می کند.
کلر : گازی است که به صورت طبیعی در آب وجود ندارد و معمولا در مرحله کلر زنی به منظور ضدعفونی کردن ، وارد آب می شود.
هیدروژن سولفید : این گاز در آب موجب خوردگی جداره لوله های فولادی می شود و با تشکیل رسوب سولفور آهن و ته نشینی آن روی رزین های تعویض یونی موجب تخریب رزین ها می شود.
روش های حذف گازها :
به طور کلی برای حذف ناخالصی های گازی آب دو شیوه عمده وجود دارد :
الف) روش های فیزیکی حذف گازها
ب) روش های شیمایی حذف گازها
در مواردیکه حجم آب مورد تصفیه زیاد و غلظت گازهای محلول بالا باشد از روش فیزیکی استفاده می شود چون این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه خواهد بود. هزینه های سرمایه گذاری ، تجهیزات و دستگاههای مورد استفاده در این شیوه بالاست ولی در مجموع با صرفه تر از روش های شیمیایی خواهد بود.
مزیت روش شیمیایی نسبت به فیزیکی در آن است که در روش شیمیایی می توان گفت که حذف گازها از آب به طور کامل انجام می شود در حالیکه در روش فیزیکی هیچ گاه حذف گازها صد درصد نیست و احتیاج به عملیات شیمیایی به صورت تکمیل کننده خواهد بود.
برخی از روشهای فیزیکی حذف گاز عبارتند از :
1) افزایش دمای آب : با این عمل ، فشار بخار آب افزایش می یابد و بر طبق قانون دالتون ، چون فشار کل گازها برابر با مجموع فشارهای جوی گازها می باشد لذا با افزایش بخار آب ، فشار جزئی گازهای ناخالص کاهش می یابد و مقداری از گاز محلول در آب خارج می شود.
2) گاززدایی تحت فشار : با تحت فشار قرار دادن سطح آب توسط یک گاز بی اثر می توان گازهای محلول در آب را خارج نمود. معمولا در صنعت به جای استفاده از یک گاز بی اثر نظیر ازت ، از بخار آب برای تغییر فشار کمک می گیرند ضمن اینکه دمای آب افزایش یافته و به گاز زدایی کمک خوهد شد.
3) هوادهی (Aeration) : هوادهی فرآیندی است که درآن آب و هوا در تماس نزدیک با هم قرار داده می شوند. از هوادهی برای حذف سایر گازها به جز اکسیژن استفاده می شود. در اثر هوادهی میزان اکسیژن محلول در آب افزایش می یابد و در نتیجه فشار جزیی اکسیژن افزایش یافته و فشار جزئی سایر گازها کم شده و از آب خارج می شوند. هوادهی برای موارد مختلفی بکارگرفته می شوند که عبارتند از :
1)حذف گاز هیدروژن سولفوره و ترکیبات آلی
2) حذف گاز کربنیک
3) حذف گازهایی مانند متان که تجمع این گاز در یک محیط بسته می تواند سبب انفجار شود.
در روش هوادهی آب زائد توسط افشانک هایی به صورت قطرات ریز از بالا به پایین پاشیده می شود و هوا از پایین به بالا جریان می یابد و تماس بین دو فاز برقرار می شود که این کار توسط دستگاهی به نام (Degasor) انجام می شود.
4) هوازدائی سرد (Cold dearation) :
هوازدایی سرد به گونه ای است که هیچ هوایی به داخل آب دمیده نمی شود بلکه با خلائی که توسط یک مولد خلا ایجاد می شود ، فشار روی سطح آب کاهش می یابد و درجه حرارت آب به دمای اشباع می رسد و با این کار بخار آب تولید می شود که وجود آن باعث کاهش زیاد فشار جزئی همه گازها می شود در دمای اشباع از نظر تئوری همه گازهای محلول در آب از آن خارج می شوند. در روش هوادهی سرد ، با صرفه ترین روش ، ایجاد خلا توسط جت بخار می باشد. یکی از مشکلات این روش که سبب عدم استفاده از آن به طور وسیع در صنایع میشود ، کنترل خلا در برج های هوازدایی سرد می باشد . از جمله مزایای روش هوازدایی سرد این است که به دلیل نبودن اکسیژن در آب از اکسیداسیون رزین های آنیونی جلوگیری می شود و در نتیجه عمر رزین کاهش نمی یابد.
5) هوازدایی گرم (Hot Dearation) :
در هوازدایی گرم ، دمای آب را تا دمای اشباع در فشار داخل هوازدا می رسانند تا اکسیژن و دیگر گازها از آب خارج شوند. چون هدف حذف گازهایی مانند اکسیژن و کربن دی اکسید است از دمیدن هوا استفاده نمی شود بلکه از بخار آب استفاده می شود. در این صورت بخار آب ورودی ، دمای آب را تا دمای اشباع افزایش می دهد و از نظر تئوری انتظار می رود که همه گازهای محلول در آب از آن خارج می شوند.
تصفیه بیولوژیکی :
تصفیه بیولوژیکی ،موثرترین روش برای کاهش مواد آلی موجود در آب ها و پساب ها است. این نوع تصفیه بر اساس نوع میکروارگانیزم های فعال در آن به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند :
1) تصفیه بیولوژیکی هوازی
2) تصفیه بیولوژیکی غیر هوازی
تصفیه بیولوژیکی هوازی :
سیستم های تصفیه بیولوژیکی هوازی شامل هوادهی ، لجن فعال و صافی های بیولوژیکی استخرهای اکسیداسیون و سیستم های چرخان می باشند. در این روش میکروارگانیسم ها عامل اصلی واکنش های تجزیه مواد آلی هستند و انرژی حاصل از این سوخت و ساز برای ادامه حیات اعمال زیستی آنها بکار می رود. و محصولات حاصل از این سوخت و ساز مواد پایداری نظیر CO2 ، آب و آمونیاک می باشند. قسمتی از مواد آلی نیز برای ساخت و سنتز سلول های جدید مورد استفاده قرار میگیرند.

سلولهای جدید پروتوپلاسم® سنتز
® آنزیم حاصل از میکرو ارگانیزم ها ¾ + ماده آلی
مواد حاصل از واکنش® انرژی


هوادهی و تولید لجن فعال :
پسابی که وارد مخزن می شود ، دارای مواد آلی است که منبع تغذیه باکتری ها می باشد. باکتریها ، مواد آلی و اکسیژن موجود در پساب را مصرف کرده و CO2 تولید می کنند . سایر میکروارگانیزم ها نیز از باکتری ها تغذیه می کنند. بنابراین بعد از مرگ باکتری ها مقداری از مواد مصرف شده به سیستم برگردانده می شود ولی میکروب ها برای سنتز از مواد آلی استفاده می کنند و به رشد خود ادامه میدهند. بنابراین وارد کردن مقدار زیادی از میکروارگانیزم ها به یک مخزن پساب و دمیدن هوا در آن برای چند ساعت مواد آلی موجود در آب به مصرف میکروارگانیزم ها می رسد. سپس همین موجودات ذره بینی به صورت لخته هایی ته نشین می شوند و آب خروجی که مواد آلی خود را از دست داده به صورت شفاف از مخزن خارج می شود ، لخته های ته نشین شده به مخزن هوادهی بازگشت داده می شوند تا فرایند تکرار شود. باکتری ها و ذرات معلق را که قابلیت ته نشینی دارند به مخزن هوادهی وارد می سازند که به آن لجن فعال گفته میشود. هوای دمیده شده به داخل مخزن هوادهی دو کار انجام میدهد :
1) تامین اکسیژن کافی برای میکروارگانیزم ها
2) همزدن و مخلوط کردن پساب با لجن فعال و ایجاد سطح تماس بیشتر

تصفیه بیولوژیکی غیر هوازی :
سیستم های تصفیه بیولوژیکی هوازی ، سیستم های بسیار مناسبی برای حذف آلودگی های مواد آلی موجود در پساب هستند ولی مشکلاتی را نیز در بر دارند که یکی از آنها موضوع دفع لجن تولید شده می باشد که در حد بالایی از هزینه ها و فضای تصفیه خانه را به خود اختصاص می دهد. در تصفیه بیولوژیکی غیر هوازی پساب با تعداد زیادی از میکروارگانیزم ها مخلوط می شود که در این روش هوا دخالتی ندارد در این روش باکتری ها رشد می کنند و مواد آلی موجود در پساب را به دی اکسید کربن و گاز متان تبدیل می کنند. بر خلاف روش هوازی تصفیه پساب ، تصفیه غیر هوازی چنان است که انرژی مورد نیاز میکروارگانیزم ها بسیار کمتر است و در نتیجه رشد این باکتری ها از آهنگ کمتری برخورداری است و قسمت کوچکتری از پساب به سلول های جدید تبدیل می شوند و قسمت بیشتری از پساب ، قابل تجزیه به گاز متان و دی اکسید کربن می باشد . تغییر و تبدیل به گاز متان نشانگر تثبیت پساب می باشد و از آنجا که گاز متان غیر محلول و فرار است می توان آن را جمع آوری کرده و به عنوان منبع انرژی گرمایی مورد استفاده قرار داد.
امتیازات تصفیه به روش غیر هوازی :
1) تولید کم سلول های بیولوژیکی به عنوان لجن
2) احتیاج کم به مواد غذایی معدنی
3) عدم احتیاج به اکسیژن و وسایل هوادهی
4) تولید گاز متان به عنوان محصول نهایی
معایب تصفیه به روش غیر هوازی :
در این روش نسبت به روش تصفیه هوازی به دمای بالاتری نیاز است و دمای مورد قبول حدود 95-85 درجه فارنهایت می باشد. عیب دیگر این روش ، رشد نسبتا کند باکتری های تولید کننده گاز متان است لذا مدت زمان طولانی تری جهت شروع و بکار اندازی واحدهای تصفیه احتیاج است.



حذف موجودهای زنده در آب (گندزدایی) :
وقتی که آب از مراحل مختلف تصفیه می گذرد ، بسته به اینکه به چه مصرفی می رسد باید در حد مورد لزوم ضدعفونی گردد. برای مثال آب آشامیدنی بعد از تصفیه و حذف مواد معلق و محلول در آن باید از هر گونه آلودگی میکروبی دور باشد و از نظر بهداشتی و سلامتی هیچگونه خطری برای مصرف کننده نداشته باشد. از بین بردن و یا غیر فعال کردن موجودات زنده ذره بینی و میکروارگانیزم های بیماری زا به عنوان ضد عفونی کردن آب شناخته می شود. عمل ضدعفونی کردن با روش های زیر قابل اجراست :
1) ضدعفونی با مواد شیمایی که شامل افزودن کلر و ترکیبات آن ، برم ، ید و ازن می باشد.
2) ضدعفونی با عوامل فیزیکی از جمله گرما ، اشعه ماوراء بنفش و اشعه گاما.
کلر زنی :
متداول ترین روش ضدعفونی آب ها ، کلرزنی یا کلریناسیون می باشد . ترکیبات مختلفی از کلر وجود دارند که هر کدام در شرایط مشخصی می توانند برای ضدعفونی آب استفاده شوند. از جمله این ترکیبات می توان به سدیم هیپوکلریت ، کلسیم هیپوکلریت و دی اکسید کلر اشاره کرد.
وقتی کلر به صورت گاز به آب تزریق می شود هیدرولیز شده و واکنش زیر صورت می گیرد :
هیپوکلریت اسید حاصل از هیدرولیز طبق واکنش زیر یونیزه میشود :
با توجه به شرایط آب از جمله PH و دما و میزان یونیزاسیون متفاوت خواهد بود و چون خاصیت میکروب کشی HOCL نسبت به CL- خیلی بیشتر است بنابراین می توان با تنظیم شرایط درصد توزیع HOCL و CHO- را به طور مطلوب کنترل کرد.
کلرزدایی :
حذف کلر اضافی و کلر ترکیبی موجود در آب بعد از عمل کلرزنی را کلرزدایی می نامند . این عمل برای کاهش اثرات سمی کلر و ترکیبات آن ، انجام می شود. معمولا دو روش برای کلر زدایی استفاده میشود :
1) استفاده از دی اکسید گوگرد
2) استفاده از کربن فعال
رسوب گذاری و خوردگی در دیگ های بخار
(Scaling and corrosion of boiler) :
آب های طبیعی در اثر تبخیر ، رسوباتی را برجای می گذارند که در دیگ های بخار موجب بروز مشکلات می شوند . همچنین اینگونه آب ها می توانند خوردگی سطوح دیگ های بخار را شامل شوند. این مشکلات علاوه بر متوقف شدن سیستم و لزوم به تعویض قطعات موجب افزایش هزینه های گوناگون میگردند. بطوریکه استفاده از آب نامناسب در دیگ های بخار مسائل زیر را به وجود می آورد.
1) تشکیل رسوب بر جداره دیگ بخار (Scaling)
2) خوردگی سطح دیگ بخار (Corrosion)
3) حمل قطرات مایع توسط بخار (Carry over)
4) کف کردن (Foaming)
5) غلغل کردن (Priming)
6) شکنندگی قلیایی فلز دیگ بخار (Coustic embrittle ment)
عوامل زیادی از جمله : ساختمان ، فشار دیگ بخار ، مقدار تولید بخار و شیوه بهره برداری در میزان ایجاد مشکلات سهم موثری دارند.
مکانیسم تشکیل رسوب :
در اثر وجود املاح محلول در آب سه حالت مختلف رسوب در دیگ بخار تشکیل می گردد.
1) رسوبات نرم که به جداره ها نمی چسبند.
2) رسوبات نیمه سخت که به جداره ها می چسبند ولی به آسانی جدامی گردند.
3) رسوبات بسیار سخت که چسبندگی زیادی دارند و به آسانی از جداره جدا نمی گردند.
رسوبات نوع سوم در دیگ های بخار ایجاد مشکل می کنند و بنابراین لازم است به شیوه ای تصفیه گردد که بتواند آب مناسب جهت تغذیه آب دیگ بخار را فراهم کند و درون دیگ رسوب ایجاد نشود. ایجاد رسوب در دیگ بخار به دو دلیل عمده زیر می باشد :
1) تغییر در کیفیت شیمیایی آب به هنگام ورود در دیگ بخار : در این فرایند بیکربنات که دارای حلالیت زیادی است به کلسیم کربنات که دارای حالالیت بسیار کمی است تبدیل شده و رسوب می کند.
2) کاهش حلالیت املاح موجود در آب به دلیل افزایش دما : تغییر دما در مکان های مختلف یک سیستم موجب می شود که در اثر بالا بودن دما در مجاورت سطوح دیگ بخار املاح موجود به صورت فوق اشباع درآیند و کریستال های رسوب تشکیل شوند.
مشکلات حاصل از تشکیل رسوب در دیگ های بخار :
ایجاد رسوب در جداره دیگ های بخار دو اشکال عمده به وجود می آورد که عبارتند از :
1) رسوبات حاصل از املاح موجود در آب تغذیه دیگ های بخار مانند یک لایه عایق عمل می کنند و انتقال حرارت را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهند.
2) رسوبات دیگ بخار موجب کاهش انتقال حرارت و افزایش بیش از حد دمای فلز می گردد که در نتیجه باعث تخریب ساختار فلز و در نهایت ترکیدن آن می شود و خلل و فرج موجود در رسوبات نیز ضریب انتقال حرارت را تغییر می دهند اگر این خلل و فرج توسط گاز پر شوند انتقال حرارت به مقدار قابل توجهی کاهش می یابد.
عوامل موثر در رسوب گذاری :
1) PH : در رسوب گذاری کلسیم وکربنات ، منیزیم هیدروکسید ، ترکیبات آهن بسیار موثر است افزایش PH میزان رسوب را زیاد می کند.
2) سرعت سیال : سرعت سیال اثر متفاوتی بر روی رسوب گذاری املاح دارد . افزایش سرعت می تواند شدت تشکیل رسوب را کاهش دهد زیرا سرعت سیال بر لایه مرزی اطراف جداره ها تاثیر دارد. بدیهی است هرکدام از پدیده های انتقال حرارت ، انتقال جرم در رسوب گذاری و مقدا رآن موثر می باشد.
3) گازهای محلول در آب : افزایش دما موجب کاهش حلالیت گازهای محلول در آب ، تشکیل و ترکیدن حباب در سطح آب و موجب فوق اشباع شدن املاح در فصل مشترک آب و بخار می شود.
جلوگیری از تشکیل رسوب :
برای جلوگیری از ایجاد رسوب از تصفیه خارجی و تصفیه داخلی آب استفاده می شود . در تصفیه خارجی آب معمولا از شیوه های زلال کننده ، تقطیری ، اسمز معکوس ، الکترودیالیز و یا تعویض یونی استفاده می شود. در تصفیه داخلی سعی می گردد از ایجاد رسوب توسط مواد باقی مانده در آب تغذیه جلوگیری گردد. برای حذف رسوبات پوسته ای لازم است با افزودن مواد شیمیایی به آب در تصفیه داخلی فرایند تبدیل به رسوبات لجنی انجام پذیرد. مواد شیمیایی افزودنی به آب برای جلوگیری از رسوب گذاری باید به اندازه کافی باشد ولی به طور معمول مواد شیمیایی را اضافه تر از میزان استوکیومتری مصرف می کننده به هر ترتیب قبل از افزودن هر ماده شیمایی به آب تغذیه دیگ های بخار باید شرایط مناسب برای رسوبات لجنی آماده شود. این شرایط عبارتند از :
1) سختی آب : سختی آب تغذیه باید حذف شود.
2) قلیائیت : آب دیگ های بخار معمولا باید قلیایی باشد . در قلیائیت پایین کلسیم کربنات که هنگام افزودن سدیم کربنات تولید شده است به خوبی رسوب نمی کند.
3) مواد شیمیایی افزودنی که باید شرایط مورد نظر را تامین کند : برای مثال سدیم کربنات باید قلیائیت مورد نظر را تامین کند و بیشتر از مقدار استوکیومتری نباشد زیرا در اثر مصرف بیش از اندازه ، گاز کربنیک در فاز بخار نمایان می شود که موجب خوردگی می شود.
خوردگی در دیگ های بخار (Boiler corrosion) :
جلوگیری از خوردگی دیگ بخار و دستگاههای جانبی آب یکی از دلایل پر اهمیت کنترل آب دیگ بخار است . دلیل اصلی خوردگی دیگ های بخار به عوامل زیر بستگی دارد .
- مقدار نامناسب اکسیژن - وجود یون های نامناسب
- PH نامناسب - وجود گازهای محلول
- قلیائیت نامناسب - میزان سیلیس زیاد
کنترل PH آب :
هرچه PH آب از حالت خنثی کمتر باشد حلالیت آهن در آب بیشتر می شود از این رو در صنایع PH آ ب را بالاتر از هفت تنظیم می کنند تا از خوردگی آهن جلوگیری شود.
کنترل قلیائیت :
قلیائیت آب دیگ بخار نیز در خوردگی و یا رسوب گذاری آب عامل بسیار مهمی است و مقدار مناسب آن بستگی به فشار بویلر دارد. قلیائیت آب دیگ بخار باید به اندازه کافی باشد که PH لازم برای جلوگیری از خوردگی ایجاد نماید همچنین قلیائیت بیش از اندازه موجب کمک به نوعی شکنندگی کریستالی فلز دیگ بخار می گردد.
کنترل سیلیس (Sio2) :
اگر مواد معلق شامل سیلیس باشد ، سیلیس ذکر شده در آب دیگ بخار حل می شود . این سیلیس حل شده در فشار بالا در فاز بخار وارد می گردد و در شرایط مناسب در لوله ها و قسمت های مختلف توربین رسوب می کند.
کنترل پدیده های کف کردن ، غلغل کردن ، حمل قطرات مایع توسط بخار
کف کردن عبارت است از کف کردن روی سطح آب ، کف می تواند روی سطح آب باشد و یا تمام حجم دیگ بخار را پر کند به هر ترتیب کف کردن ها موجب می گردد که بخار بوسیله مقدار قابل توجهی از آب دیگ بخار آلوده شود.
غلغل کردن عبارت است از پاشیدن ذرات و توده های آب به فضای داخل دیگ بخار که موجب آلوده شدن دیگ بخار می گردد.
ممکن است بدون آنکه کف کردن یا غلغل کردن محسوسی داشته باشیم مقداری از مواد جامد محلول در آب به حالت رطوبت همراه بخار ، سطح آب را ترک کنندو این پدیده را حمل قطرات مایع توسط بخار گویند.
هرگاه در دیگ بخار غلغل کردن یا کف کردن داشته باشیم معمولا غیر ممکن است که سطح واقعی آب داخل دیگ بخار معین شود و انتقال قطرات مایع توسط بخار انجام پذیرد که هم به دلایل مکانیکی و هم شیمیایی انجام می شود. طراحی نامناسب دیگ بخار از جمله مهمترین دلایل مکانیکی ایجاد پدیده حمل قطرات مایع توسط بخار می باشد. دلایل شیمیایی مهم در ایجاد این پدیده شامل زیاد بودن TDS و بالا بودن قلیائیت و وجود مواد روغنی در آب می باشد.
شکنندگی قلیایی فلز دیگ بخار :
غلظت قلیا (سود سوزآور) در آب بویلر باید تحت کنترل باشد چون ممکن است موجب نوعی شکنندگی قلیایی شود . این پدیده هنگامی رخ می دهد که فولاد کربن دار در دمای بالا و در حضور سود سوزآور تحت تنش باشد.
کنترل یون کلر :
حضور یون کلر در آب بویلر به وسیله تبدیل به فرم اسیدی بسیار خطرناک می باشد و موجب از بین رفتن لایه محافظ داخل دیگ بخار می گردد و حتی وجود حالت قلیایی در آب دیگ بخار نمی تواند به خوبی از اثر اسید تشکیل شده به دیواره دیگ بخار جلوگیری نماید.



کنترل بلودان :
برای کاهش غلظت املاح محلول آب داخل دیگ بخار بهترین راه کنترل میزان تخلیه آن می باشد میزان بلودان نباید از محدوده 5% بیشتر باشد . در عمل تخلیه علاوه بر کنترل و یکنواخت کردن غلظت املاح محلول مقادیر زیادی از لجن های داخل دیگ به صورت مواد معلق نمی توانند تخلیه شوند.
کنترل اکسیژن محلول :
اکسیژن محلول در آب تغذیه دیگ بخار را معمولا به وسیله هوازدا (Dearator) به روش مکانیکی از آب حذف می کنند اما چون در این فرایند نمی توان میزان اکسیژن را به حد مطلوب کاهش داد و نیز به دلیل نشت هوا به داخل بعضی از اجزاء سیستم انتقال آب داخل دیگ بخار ، همیشه مقداری اکسیژن محلول در آب موجود است . اکسیژن می تواند در دمای بالا موجب خوردگی شود بنابراین برای حذف کامل اکسیژن باید از روش شیمیایی نیز استفاده کرد.
استفاده از هیدازین یکی از روش های شیمیایی حذف اکسیژن از آب است :
تجزیه هیدرازین اضافی در دمای بالا موجب تشکیل آمونیاک و ازت می شود . اگر آمونیاک تولیدی زیاد باشد می تواند در مجاورت اکسیژن موجب خوردگی اتصالات و لوله های مسی شود . مقدار هیدرازین لازم برای حذف اکسیژن برابر مقدار غلظت اکسیژن می باشد اما در عمل حدود یک و نیم تا دو برابر اکسیژن تزریق می کنند. برای جلوگیری از ایجاد آمونیاک زیاد در آب دیگ بخار لازم است غلظت هیدرازین باقی مانده در آب بویلر از PPm 1/0 بیشتر نشود.
شیوه های بهره برداری از دیگ های بخار :
به طور کلی سه شیوه گوناگون بهره برداری از دیگ های بخار به منظور جلوگیری از خوردگی و رسوب گذاری اجرا می شوند این سه شیوه عبارتند از :
1) روش قلیایی
2) روش خنثی
3) روش نیمه قلیایی
بهره برداری از دیگ های بخار به روش قلیایی :
1) روش استفاده از فسفات و سود : دراین روش از سود سوز آور به میزان PPm 1 و بقیه از تری سدیم و فسفات تا( 2/11 –5/10) = PH و قلیائیت در حد مجاز استفاده می گردد. در این حالت یون فسفات با کلسیم ترکیب و Ca10(Po4)6(OH)2که لجن گونه می باشد و خاصیت چسبندگی ندارد را تولید می کند. در این شیوه سود سوزآور با منیزیم تولید منیزیم هیدروکسید می کند و رسوب می نماید و در 5/10 PH> تولید تری منیزیم فسفات می کند که چسبندگی آن از منیزیم هیدروکسید کمتر است.
نکته اول : تری کلسیم فسفات در 2/10 PH< رسوب می کند لذا این نکته باید مورد توجه باشد . نکته دوم : در فشار و میزان تولید بخار بالای دیگ ممکن است مخفی شدن فسفات در آب دیگ بخار انجام گیرد که در نهایت در کاهش فشار و میزان بخار ظاهر شدن فسفات مشخص میگردد. پدیده مخفی شدن فسفات در فشار های بالای یک صد اتمسفر نمایان می شود.
2) روش هم آهنگ فسفات : در این شیوه سود سوز آور اضافی در دیگ بخار باقی نمی ماند. آزمایش های مختلف نشان داده اند که کریستال هایی که از محلول تری سدیم فسفات در دمای بالا رسوب می کنند شامل ترکیبی از دی سدیم فسفات و سدیم هیدروکسید میباشند. وجود اضافی سدیم هیدروکسید موجب از بین رفتن فیلم محافظ اکسید مغناطیسی آهن می گردد و لذا حد مجاز نسبت مولی سود به فسفات باید برابر 6/2 باشد.
در این حالت میزان فسفات تابعی از PH آب بویلر می باشد ولی برای بویلرهایی که در کمتر از فشار 65 اتمسفر بهره برداری می شوند ، وجود هیدروکسید بالا ایرادی ندارد ، مشروط بر آنکه از حدودمجاز قلیائیت و TDS فشار کاری بویلر تجاوز نکند.
برای بویلرهایی که در فشار 185-130 اتمسفر بهره برداری می شوند میزان فسفات حدود PPm 10-3 تنظیم می گردد. در زیر چند نکته مهم مورد توجه قرار میگیرد :
الف ) هنگامیکه از فسفات آمونیاک ، مورفولین و مواد شیمایی فرار استفاده می شود باید نسبت مولی صحیح رعایت شود.
ب) تری سدیم فسفات تجاری به فرمول Na3Po4 , 12H2O و دی سدیم فسفات تجاری به فرمول Na2HPo4 , 2H2O می باشد بنابراین مخلوطی به میزان درصد وزنی 65% تری سدیم فسفات و 35% دی سدیم فسفات نسبت مولی را تولید می کند.
پ) می توان برای تنظیم PH میزان درصد تری سدیم فسفات و دی سدیم فسفات را تغییر داد تا PH مورد نظر حاصل گردد.
3) استفاده از کلانت ها : برخی از آمین ها و اسیدهای آلی مانند NTA,EDTA را می توان جهت کلانت کردن یون های آب تغذیه و یا محصولات خوردگی به دیگ بخار تزریق کرد و در نهایت کمپلکس های محلول تشکیل شده همراه با کلسیم فسفات و منیزیم هیدروکسید در هنگام تخلیه دیگ بخار خارج گردند. این شیوه بهره برداری برای دیگ های بخار تا فشار 70 اتمسفر مفید می باشد.
الف- باید توجه داشت که این مواد نمی توانند با یون های سه ظرفیتی آهن پیوند کلانت تشکیل دهند.
ب- این مواد نباید در حضور اکسیژن چه در بویلر و چه در آب تغذیه استفاده شوند و یا به عبارت دیگر اکسیژن باید از قبل حذف شده باشد.
پ – میزان اضافی کلانت ها در آب دیگ بخار موجب خوردگی سطوح غیر آهنی و حتی آهنی می شود بنابراین شرکت بابکوک ( یکی از سازندگان دیگ های بخار) بر اساس استوکیومتری به میزان PPm 1 میزیان سختی و آهن باقی مانده در آب دیگ بخار را پیشنهاد می کند.
ت – هرگاه درون درام ، رسوب لجن گونه داشته باشد لازم است میزان کلانت در حد PPm 2-1 افزایش یابد.
ث- وسایل تزریق و پمپ ها باید از مواد ضد زنگ انتخاب شوند.
معایب استفاده از شیوه فسفات ، هیدروکسید ، کلانت :
- احتمال پیدایش شکنندگی قلیایی در صورت هرگونه بی توجهی
- احتمال پنهان شدن فسفات در فشار بالا و کاهش بار و پدیدار شدن آن در فشار کم و یا افزایش بار
- وجود هدایت الکتریکی و TDS بالا در دیگ بخار
- احتمال کف کردن ، غلغل کردن و حمل قطرات مایع توسط بخار
- احتمال وجود یون سدیم در فاز بخار که گاهی اوقات خطرناک می باشد.
- احتمال بوجود آمدن خوردگی یا وجود PH پایین در فاز بخار
4) استفاده از فسفات – سدیم هیدروکسید و مواد قلیایی فرار : در این شیوه از فسفات ، هیدرازین ، آمونیاک ، مورفولین ، سیکلوهگزین آمین و یا یکی از آمین های فرار استفاده می شود. برای نتیجه گیری مناسب به میزانی از ماده قلیایی فرار استفاده می شود که مشکلی در مبدل های حرارتی و بخصوص چگالنده ایجاد نشود و کمبود ماده قلیایی در دیگ بخار توسط سدیم فسفات و سود سوزآور به شیوه ای که رسوب گذاری و شکنندگی قلیایی ایجاد نگردد تامین می شود.
مزایای این روش :
- چون از ماده قلیایی فرار و غیر فرار استفاده می شود می توان PH مناسب را با توجه به جنس مواد بکار برده شده با بهترین حالت ممکن ایجاد نمود.
- بخشی از حالت قلیایی دیگ بخار به وسیله ماده قلیایی فرار تامین می گردد و بدین ترتیب تنظیم قلیائیت دیگ بخار آسان تر و مشکل رسوب گذاری کمتر می گردد و همچنین خطر شکنندگی قلیایی در این شیوه کمتر است.
معایب این روش :
- در صورت سهل انگاری و تزریق بیشتر ماده قلیایی فرار خطر خوردگی در چگالنده و برخی از مبدل های حرارتی وجود دارد.
بهره برداری از دیگ های بخار به شیوه خنثی :
در این روش لازم است آب تولیدی که جهت بویلر استفاده می گردد بسیار خالص باشد . هدایت الکتریکی آب تولیدی در این روش باید کمتر از یک دهم میکروزیمنس بر سانتی متر باشد.
مزایای این روش :

• کنترل شیمیایی آسان تر می باشد.
• مواد شیمایی دراین شیوه مصرف نمی شود.
• اگر در کندانسور یا برج خنک کننده از آلومینیوم استفاده شده باشد شرایط برای آن ایده آل می باشد.
• خطر شکنندگی قلیایی در این سیستم موجود نیست.

معایب این روش :

• آب تغذیه باید دارای کیفیت بسیار خوب باشد.
• هدایت الکتریکی آب نباید از پانزده میکروزیمنس بر سانتی متر بیشتر شود و اگر بیشتر است کنترل های اولیه شدیدی لازم است که درون لوله ها خوردگی حفره ای (Pitting) شروع نشود.
• میزان توقف های واحد باید بسیار کم باشد تا لایه مناسب (Fe2O3) تشکیل شود و تخریب نگردد.
• در توقف ها میزان خوردگی در این شیوه بیشتر از شرایط قلیایی می باشد.

بهره برداری از دیگ های بخار به شیوه نیمه قلیایی :
در این شیوه PH حدود 5/8 تنظیم می گردد و معمولا تنظیم PH با آمونیاک یا یک آمین فرار می باشد. در این شیوه باید آنیون ها حداقل باشند. بدین ترتیب اگر آب قبل از ورود به دیگ بخار از رزین کاتیونی عبور کند باید دارای هدایت الکتریکی کمتر از یک دهم میکروزیمنس بر سانتی متر باشد و بقیه شرایط مشابه شیوه خنثی خواهد بود.
مزایای این روش :

• دراین شیوه یک حالت متعادل سازی (Compromise) بین حالت قلیایی و روش خنثی وجود دارد. لذا در موقع توقف دیگ بخار وهمچنین توقف ها و راه اندازی ها ، مشکل خوردگی آهن کمتر می باشد.
• اگر طراحی دیگ بخار به شیوه ای باشد که نتوان با سیستم خنثی کار کرد می توان بویلر را به شیوه قلیایی و مسیر بخار چگالنده و یا برج خنک کننده را با روش خنثی و یا نیمه قلیایی بهره برداری کرد.

لازم به ذکر است که به دلیل اهمیت موضوع هر گونه تغیر در طراحی و یا انتخاب شیوه بهره برداری و حتی تغییر در حد مجاز پارامترهای سیکل آب و بخار نیاز به تخصص ،مهارت و دقت عمل زیاد خواهد داشت که باید جدی گرفته شود.

گاز طبیعی فشرده (CNG) یکی از مناسب ترین و در دسترس ترین جانشین های بنزین به شمار می آید، به ویژه در ایران که با بهره برداری از همه منابع شناسایی شده تا حدود ۱۷۰ سال گاز طبیعی با بهای ثابت خواهد داشت، سوختی ایده آل است و در صورت گسترش مصرف، کشور را از واردات بنزین بی نیاز می سازد.
گاز طبیعی نیز سوختی فسیلی است که به صورت گاز و یا گاز همراه با چاه های نفت یا مایعات حاوی گاز از چاه ها استخراج می شود. گاز طبیعی به طور عمده از متان CH 4تشکیل شده و دارای مقادیر ناچیزی اتان C₂H₆، پروپان(C₃H₈)، بوتان C₄H₁₀ و پنتان C₅H₁₂ است. متان، بی رنگ و بی بو است و با شعله ای کم رنگ و نسبتاً روشن می سوزد.

گاز طبیعی تمیز ترین سوخت فسیلی است، زیرا به طور عمده فقط بخار آب و دی اکسید کربن تولید می کند . دمای احتراق خود به خود گاز طبیعی 649 درجه سانتی گراد است که 315 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای خود اشتعالی بنزین است.
گاز طبیعی فشرده، سوختی قابل استفاده در خودروها است و نسبت به بنزین مزیت ها و معایبی دارد . این سوخت اکتان بالایی دارد، تمیز می سوزد، قابل اندازه گیری است و معمولاً میزان تولید گازهای خروجی آن پایین است.

اصولاً دو نوع جایگاه سوخت گیری

اصولاً دو نوع جایگاه سوخت گیری CNG متداول برای خودروها وجود دارد: جایگاه های سوخت گیری سریع و سوخت گیری آرام . در جایگاه های سوخت گیری سریع، زمان سوخت گیری خودروها کم است 2 تا 3 دقیقه برای هر خودرو . در جایگاه های سوخت گیری آرام، عملیات سوخت رسانی به خودرو در 6 تا 8 ساعت انجام می شود و برای سوخت گیری در پارکینگ منازل یا مکان هایی که خودروها در طول شب پارک می شوند، مناسب است.

ایستگاه CNG، گاز مورد نیاز خود را از شبکه گاز شهری دریافت می کند . نخست گاز وارد اتاقک (metering) و میزان گاز ورودی اندازه گیری و فیلتر می شود، سپس گاز فیلتر شده وارد دستگاه هایی به نام خشک کن (Dryer) می شود . این دستگاه را می توان در انتهای مسیر نیز قرار داد، اما حالت بهینه استفاده از آن در ابتدای خط است . کار دستگاه خشک کن این است که رطوبت موجود در شبکه گاز شهری را جذب کند و گاز خشک شده را به درون کمپرسور می فرستد . دلیل این امر این است که آب بزرگ ترین دشمن تجهیزات CNG است . آب می تواند سبب خوردگی اتصالات و جدار داخلی سیلندرها شود . آب موجود در گاز فشرده در فشار 200 بار در 15 درجه سانتی گراد یخ می زند و تشکیل بلورهای یخ می تواند موجب انسداد اریفیس های کوچک(Orifice) و یا خطوط انتقال گاز طبیعی فشرده شود . خشک کن های مورد استفاده در جایگاه های CNG معمولاً از نوع جذبی هستند و درون برج های دو قلوی آنها معمولاً مواد جذب کننده رطوبت مانند گلیکول یا سیلیکازل قرار داده می شود که با یک سیستم کنترلی به طور متناوب، عمل جذب رطوبت گاز ورودی را انجام می دهند.

پس از این مرحله، کمپرسور گاز خشک را می مکد و در 3 تا 4 مرحله گاز را از فشار حدود 250-220(psi) به 3000 تا 3600(psi) می رساند . کمپرسورهای مورد استفاده در ایستگاه های سوخت رسانی CNG معمولاً از نوع رفت و برگشتی هستند که دارای مزیت های سهولت تعمیرات به دلیل اشتراک سازکار کار آنها با بسیاری از کمپرسورهای رفت و برگشتی در صنایع دیگر، امکان ساخت به صورت یک یا چند مرحله ای در یک پوسته واحد، کارآیی قابل قبول این کمپرسورها در حد بالا و دبی های نسبتاً پایین و امکان استفاده از موتورهای گازسوز یا موتورهای الکتریکی به عنوان نیروی محرک است . از معایب آنها بزرگی ابعاد و ارتعاش های زیاد آنها است که می باید به عنوان عوامل اساسی به هنگام محاسبه شاسی ، قاب و خود پوسته کمپرسور لحاظ شوند.

گاز در هر مرحله فشرده سازی به دلیل اصطکاک مولکول های گاز با یکدیگر و با جدار سیلندرها به شدت گرم می شود؛ در نتیجه می باید در میان مسیر عبور آن خنک کن میانی یا Intercooler قرار داد . این کولرها می باید توان جذب 85 تا 90 درصد گرمای حاصل از عمل فشرده سازی در هر مرحله را داشته باشند . کولرها به صورت هوا خنک( با کمک فن های خنک ساز) یا آب خنک( با استفاده از رادیاتور) انتخاب می شوند . یاتاقان ها و رینگ های پیستون ها می باید پیوسته روغن کاری شوند که انواع روغن کاری به دو دسته روغن کاری تحت فشار و روغن کاری پاششی تقسیم می شود . روغن کاری تحت فشار، روش بهتری شمرده می شود . دوره کارکرد رینگ های کمپرسورها با روغن کاری تقریباً 8000 ساعت است. برای جداسازی روغن موجود در گاز فیلترهای روغن و جداسازهای دقیق تر به کارمی روند . کمپرسورهای مورد استفاده در ایستگاه های CNG معمولاً 200-2 مترمکعب در ساعت، ظرفیت تولیدگاز فشرده دارند.

نیروی محرک کمپرسورهای CNG بیشتر موتور الکتریکی است. این موتورها با برق سه فاز کار می کنند و نیروی تولیدی توسط آنها معمولاً با استفاده از تسمه ها و قرقره ها، چرخ دنده ها و چرخ زنجیر به کمپرسور انتقال داده می شوند. انتقال نیرو با کوپلینگ ها، روش بهتری برای انتقال نیرو به شمار می آید، زیرا ارتعاش کمتری دارد و هم محوری را دقیق تر و طولانی تر نگاه می دارد . حداکثر توان مورد مصرف برای الکتروموتورهای کمپرسورها 250 اسب بخار است که با توجه به توان مورد نیاز کمپرسور انتخاب می شوند.

مخازن بازیافت
برای این که پس از خاموش شدن کمپرسور به هر دلیلی گاز فشرده شده در پشت سیلندرها باقی نماند، لوله کشی جداگانه به مخزن بازیافت انجام می پذیرد . گاز تخلیه شده در این مخزن دوباره به وسیله رگولاتوری به جریان ورودی بازگردانده می شود.

مخازن
در مرحله پایانی تراکم گاز با فشاری در حدود (psi)3600 یا 250 بار کمپرسور را ترک می کند . خودروها با فشاری حدود 200 بار سوخت گیری می کنند . نصب یک مخزن فشار بالا در ایستگاه زمان سوخت گیری به میزان عمده ای از کاهش و خاموش و روشن شدن های پی در پی کمپرسور پیشگیری می کند و در نتیجه عمر کاری کمپرسور افزایش می یابد . مخازن ذخیره سازی CNG در ایستگاه را معمولاً به سه دسته تقسیم می کنند . این سه دسته عبارتند از:

سیلندرهای فشار بالا (High pressure)،
سیلندرهای فشار متوسط (Medium Pressure) و
سیلندرهای فشار پایین (Low Pressure)

با این آرایه مخازن ذخیره در جایگاه های سوخت گیری، گازرسانی به مخزن سوخت خودروها در زمان کمتری انجام می شود و بسته به فشار و مقدار گاز موجود در مخزن خودرو به صورت آبشاری (Cascade) ابتدا از سیلندرهای ذخیره فشار پایین، سپس از سیلندرهای فشار متوسط و در پایان از سیلندرهای ذخیره فشار بالا سوخت گیری انجام می شود.
سامانه اولویت بندی سوخت گیری، وظیفه کنترل و هدایت گاز فشرده شده از مخازن به توزیع کننده ها (dispensers) را بر عهده دارد و مخازن خالی شده را به ترتیب نیاز، پر می کند.

توزیع کننده (Dispenser)
گاز فشرده شده از طریق نازل های توزیع کننده ها وارد خودرو می شود . سیستم های کنترلی پیشرفته ای روی Dispenser ها نصب شده اند که می توان به کمک آنها میزان سوخت تزریقی را اندازه گیری کرد. حس گرهای توزیع کننده این قابلیت را دارند که زمان پرشدن مخزن CNG خودرو را حس و تزریق سوخت را متوقف کنند تا از سرریز سوخت پیشگیری شود . معمولاً فشار گاز psig 3600 در کمپرسورها تولید می شود و فشار سوخت گیری ) psig 3000 حدود 200 بار) است . ظرفیت مخازن معمول در خودروها در دمای F ْ 70، psig 3600، 3000 و 2400 است . برای حجم ثابتی از گاز، فشار و دمای آن به طور مستقیم به هم وابسته اند، یعنی با افزایش دما فشار نیز افزایش خواهد یافت. این نکته اهمیت به سزایی دارد و می باید در طراحی مخازن در نظر گرفته شود.
دمای گاز درون مخزن به دلیل اصطکاک میان خود مولکول های گاز و مولکول های گاز و جدار سیلندر به هنگام سوخت گیری افزایش خواهد یافت، در نتیجه پس از کاهش دما، امکان افت فشار خواهیم داشت. در توزیع کننده های پیشرفته تر سعی بر این است که این افت فشار کاهش یابد، اما هنوز تحقیقات کاربردی در این زمینه ادامه دارد.

توزیع کننده ها دارای بخش های متفاوتی هستند که در اینجا برخی از آنها را شرح می دهیم:

جریان سنجی (flowmeter): مقدار گاز وارد شده به خودرو را محاسبه می کند.
تئوری عملکرد این حس گرها شتاب کوریولیس است. حس گرهای دیگری نیز وجود دارند که سرعت صوتی گاز در یک گلوگاه ونتورتی را اندازه می گیرند و به این وسیله میزان جرم گاز را تعیین می کنند . سنجش با استفاده از میزان کیلوگرم گاز مصرفی، بسیار دقیق و مناسب تر خواهد بود و برخلاف تصورعمومی که قیمت گاز از قیمت سوخت مایع معادل بالاتر است، زیرا یک کیلوگرم گاز 50 درصد بیشتر از یک لیتر گازوییل انرژی دارد، گاز طبیعی به لحاظ صرفه اقتصادی بسیار مناسب است . محل نصب توزیع کننده می باید تاحد امکان نزدیک به خودرو باشد تا از دقت این وسیله کاسته نشود.

حس گرهای فشار
روی شیلنگ های توزیع کننده نصب می شوند تا فشار درون مخازن خودروها را اندازه بگیرند. معمولاً به دلیل سرعت بالای گاز در داخل لوله های توزیع کننده، حس گرها نمی توانند فشار دقیق مخازن خودروها را ثبت کنند.

صفحه نمایش
میزان گاز انتقال یافته به مخزن خودرو را به اپراتور نشان می دهد و بسته به نوع بورد الکترونیک، قیمت کل و قیمت هر واحد سوخت را نیز می تواند نمایش دهد.
میزان گاز تزریقی می تواند بر حسب جرم )پوند یا کیلوگرم , ( حجم , (scf) ظرفیت گرمایی و یا میزان گالن گازوییل یا بنزین معادل محاسبه شود.

اتصال های قطع کننده
هنگام بروز خطر یا دورشدن ناگهانی خودرو در حالی که شیلنگ به خودرو متصل است، بی درنگ جدا می شود و جریان قطع می شود.

شیلنگ
شیلنگ های ایستگاه های CNG معمولاً از فولاد ضد زنگ و مواد مصنوعی به همراه پلاستیک فلوئوری ساخته می شوند. جنس مواد شیلنگ هادی الکتریسیته ساکن است .

نازل سوخت رسانی
نازل ها معمولاً از مواد مقاوم در برابر خوردگی ساخته می شوند و به وسیله برنج و آهن ضدزنگ سخت کاری می شوند. فیلتری برای جلوگیری از ورود ذرات خروجی نیز در نازل ها تعبیه می شود.

گاز مایع که بصورت مخفف LPG نامیده می شود معمولاً عمدتاً از دو ترکیب هیدروکربنی پروپان و بوتان با فرمول شیمیایی C₄H₁₀, C₃H₈ تشکیل شده است. بوتان خود شامل دو ترکیب ایزوبوتان و نرمال بوتان است. LPG که معمولاً در برخی نقاط دنیا به نام ترکیب عمده آن، پروپان، نیز شناخته می شود بعنوان محصول فرعی فرآیندهای تصفیه و تولید گاز طبیعی و پالایش نفت خام تولید می شود. LPG در آمریکا عمدتاً از 90% پروپان، 5/2% بوتان و هیدروکربنهای سنگین و مقدار کمی نیز اتان و پروپلین تشکیل شده است. گاز مایع فاقد رنگ، بو و مزه است و بطور کلی زیان آور نیست ولی در صورتیکه حجم زیادی از آن استشمام گردد باعث بیهوشی خواهد شد. به منظور آگاهی از نشت گاز مایع ترکیبات گوگرد دار بنام مرکاپتان شامل "اتیل مرکاپتان" و "متیل مرکاپتان" به گاز مایع افزوده می شود. خواص مهم این سه ترکیب در جدول زیر درج شده است:

LPG در شرایط فشار و دمای عادی بصورت گاز است و تحت فشار atm10-8 ، اجزا آن به مایع تبدیل می شود. بنابراین نگهداری و حمل و نقل این محصول به سادگی امکان پذیر است. البته ترکیبات LPG برای مکانهای مختلف و در فصول مختلف متفاوت است. برای مثال گاز مایع ارائه شده به مصرف کنندگان در ایران در فصول مختلف بین (90-50) درصد بوتان و (50-10) درصد پروپان و تا 2% ترکیبات سنگین تر مثلاً پنتان دارد. به علت کیفیت سوخت گاز مایع LPG و کاهش انتشار آلاینده ها، استفاده از این سوخت در جهان به صورت فزاینده ای مورد توجه بوده و در کشورهای مختلف مانند ایتالیا (با 1500000 خودرو)، ژاپن، امریکا، انگلیس استفاده از این سوخت جایگزین مورد حمایت و تشویق دولتها می باشد.
مزایای LPG شامل

مزایای LPG شامل در دسترس بودن ( درکشورهای تولید کننده)، ایمنی، نیاز به تغییرات جزیی در موتور خودروها و بازدهی مناسب سوخت می باشد. جهت مایع نمودن، این گاز در فشار حدود 8 تا 10 اتمسفر در مخازن فلزی با استحکام مناسب ذخیره می شود. چون این مخازن مجهز به شیر قطع جریان در صورت نشت از خطوط انتقال سوخت هستد استفاده از آنها ایمن تر از بنزین می باشد.
LPG به موتور محفظه احتراق به صورت بخار وارد می شود، لذا روغن را از دیواره سیلندرها نمی شوید، یا در شرایط سرد بودن موتور، روغن را رقیق نمی کند. همچنین، مواد آلاینده مانند اسید سولفوریک، یاذرات کربن را وارد روغن موتور نمی نماید.
بنابراین موتورهایی که با سوخت گاز مایع کار می کنند هزینه تعمیرات و نگهداری کمتری خواهند داشت. چون LPG دارای عدد اکتان بالا حدود (RON=105) می باشد قدرت موتور یا بازدهی سوخت بدون افزایش ضربه در موتور، با افزایش ضریب تراکم قابل افزایش است.

معایب LPG:
در مقایسه با بنزین، LPG دارای محتوای انرژی (energy content) کمتر است، لذا مخزن سوخت باید بزرگتر از مخزن بنزین بوده و بعلت اینکه مخزن تحت فشار می باشد سنگین تر خواهد بود و هزینه خودروهای با سوخت LPG بین 2000 –1000 دلار گرانتر از خودروهای بنزینی می باشد. البته قیمت LPG در سطح جهانی تقریبا" مشابه قیمت بنزین است.
با توجه به اینکه گاز مایع بعنوان محصول فرعی پالایشگاههای گاز و نفت تولید می شود لذا فراوانی منابع آن کاملاً محدود است. لذا بعنوان راه حل اساسی در کاهش الودگی و جایگزینی سوخت در بسیاری از نقاط جهان نمی تواند مطرح باشد.

به لحاظ ایمنی، چون گاز پروپان سنگین تر از هواست در صورت نشت، بصورت لکه روی سطح زمین باقی مانده و در آبهای زیرزمینی نیز نفوذ می کند. امکان شعله ور شدن آن روی سطح زمین نیز هست. لذا از این حیث باید در حمل و نقل و حین استفاده، نهایت دقت در جلوگیری از نشت LPG صورت گیرد.
از سایر معایب این سوخت می توان به افت قدرت موتور در موتورهای تبدیلی به میزان 10-15 درصد و عدم توانائی مناسب موتور در عبور از سربالائی ها اشاره نمود.
در موتورهای تبدیلی اگر موتور به طور مناسب تبدیل نگردیده باشد در تابستانها گاز بصورت خشک سوخته و باعث جوش آمدن موتور می گردد. و در زمستان نیز برای شروع و استارت موتور دارای مشکل بوده و باید با بنزین موتور تبدیلی روشن گردد.

انتشار گازهای آلاینده:
از دیدگاه زیست محیطی استفاده از LPG بصورت استاندارددارای کمترین چرخه حیات انتشار گازهای گلخانه ای در مقایسه با سایر سوختهای تجاری است. پتانسیل کاهش اوزون با استفاده از این سوخت به نصف بنزین کاهش می یابد، همچنین انتشار هیدروکربنهای نسوخته 3/1 اکسیدهای نیتروژن 20%، منواکسید کربن 60% در مقایسه با بنزین کاهش می یابد.

مرجع: http://www.irche.com/chemical-industries/oil-gas/50-lpg

Image may be NSFW.
Clik here to view. 

لینک۱  

 لینک ۲

شناور سازی (Floatation) 

شناورسازی عملیاتی است که برای جداسازی ذرات جامد یا مایع از یک فاز مایع بکار می رود. مواد قابل شناوری (بطور عمده روغنهای امولسیونی و مواد آلی) معمولاً در طراحی تجهیزات تصفیه مقدماتی در صنعت نسبت به مواد قابل ته نشینی از اهمیت بیشتری برخوردارند. به این منظور در بیشتر پالایشگاهها، واحدهای شیمیایی و سایر کارگاههای صنعتی از تجهیزات جداسازی آب - روغن، بجای تانکهای ته نشینی اولیه استفاده می شود.
مزیت اصلی شناورسازی بر ته نشینی این است که با این روش، ذراتی را که بسیار کوچک و یا سبک هستند و به آرامی ته نشین می شوند، می توان بطور کاملتر و در زمان کوتاهتری حذف کرد. به محض شناور شدن ذرات در سطح، می توان آنها را از طریق کف روبی جمع آوری کرد.
در ادامه، روشهای مختلف شناورسازی با تأکید بر روش DAF مورد بررسی قرار می گیرند.

شناورسازی ثقلی (جدا کننده های ثقلی) (Gravity Separators)
    جدا کننده های ثقلی معمولاً برای زدودن و حذف روغن، گریس و نفت بصورت آزاد و غیرامولسیون بکار می روند. از نظر تئوری فرآیند جداسازی در جدا کننده های ثقلی بوسیله قانون استوکس در غیاب جریان توربولانسی و جریانهای گردشی پیش بینی می شود. بنابراین در عمل، بازدهی جدا کننده ثقلی بستگی به طراحی دقیق هیدرولیک جدا کننده و زمان ماند پساب دارد. جدا کننده های ثقلی عمدتاً به دو دسته:

    API: American Petroleum Institute

 و

CPI: Corrugatted Plate Interceptors

تقسیم بندی می شوند.

 Image may be NSFW.
Clik here to view.

پلیمرها، بخش عمده‌ای از مشتقات نفتی هستند که در انواع مختلف در صنعت پتروشیمی، تولید و در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند.

امروزه استفاده از پلیمرها به اندازه‌ای رایج شده که می‌توان گفت بدونِ استفاده از آنها بسیاری از نیازهای روزمره ما مختل خواهد شد. مقاله حاضر، پلیمرهای مقاوم حرارتی را مورد مطالعه قرار می‌دهد که علاوه بر مصارف متعدد، در صنایع هوا فضا نیز نقش عمده‌ای ایفا می‌کنند.

هنگامی که ترکیبات آلی در دمای بالا.....

هنگامی که ترکیبات آلی در دمای بالا حرارت داده می‌شوند، به تشکیل ترکیبات آروماتیک تمایل پیدا می‌کنند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که پلیمرهای آروماتیک باید در مقابل دماهای بالا مقاوم باشند. انواع وسیعی از پلیمرها که واحدهای تکراری آروماتیک دارند، در سال‌های اخیر توسعه و تکامل داده شده‌اند.

 این پلیمرها در صنایع هوا فضا مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا در برابر دمای زیاد پایداری مطلوبی از خود نشان می‌دهند. برای این که یک پلیمر در برابر حرارت و در برابر گرما مقاوم تلقی شود، نباید در زیر دمای ۴۰۰ درجه سانتی گراد تجزیه شود. هم چنین باید خواص مورد نیاز و سودمند خود را تا دماهای نزدیک به دمای تجزیه حفظ کند. این گونه پلیمرها دارای T_g بالا و دمای ذوب بالا هستند. پس می‌توان گفت پلیمرهای مقاوم حرارتی به پلیمرهایی گفته می‌شود که در دمای بالا بکار برده می‌شوند، به طوری که خواص مکانیکی، شیمیایی و ساختاری آنها، با خواص سایر پلیمرها در دماهای پایین متفاوت باشد. پلیمرهای مقاوم حرارتی به طور عمده در صنایع اتومبیل سازی، صنایع هوا فضا، قطعات الکترونیکی، عایق ها، لوله ها، انواع صافی ها، صنایع آشپزی و خانگی، چسب‌ها و پوشش سیم‌های مخصوص مورد استفاده قرار می‌گیرد. پلیمرهای یاد شده هم به روش آلی و هم به روش معدنی تهیه می‌شوند. ذکر این نکته مهم است که روش آلی متداول‌تر بوده و اغلب پژوهش‌ها توسط دانشمندان پلیمر در این زمینه‌ها به ثمر رسیده است.

پایداری حرارتی

پایداری حرارتی پلیمرها، تابع فاکتورهای گوناگونی است. از آنجا که مقاومت حرارتی تابعی از انرژی پیوندی است، وقتی دما به حدی برسد که باعث شود پیوندها گسیخته شوند، پلیمر از طریق انرژی ارتعاشی شکسته می‌شود. پس پلیمرهایی که دارای پیوند ضعیفی هستند، در دمای بالا قابل استفاده نیستند و از بکار بردن مونومرها و هم چنین گروه‌های عاملی که باعث می‌شود این پدیده تشدید شود، باید خودداری کرد.

  البته گروه هایی مانند اتر یا سولفون، نسبت به گروه هایی مانند آلکیل و NH و OH پایدارتر هستند، ولی وارد کردن گروه هایی مانند اتر و سولفون و یا گروه‌های پایدار دیگر صرفاً بخاطر بالا بردن مقاومت حرارتی نیست، بلکه باعث بالا رفتن حلالیت نیز می‌شوند. تاثیرات متقابلی که بین دو گونه پلیمری وجود دارد، ناشی از تاثیرات متقابل قطبی- قطبی، و پیوند هیدروژنی (kcal/mol ۶-۱۰) است که باعث بالا رفتن مقاومت حرارتی در پلیمرها می‌شوند. این قبیل پلیمرها باید قطبی و دارای عامل هایی باشند که پیوند هیدروژنی را بوجود آورند، مانند: پلی ایمیدها و پلی یورتان ها. انرژی رزونانسی که به وضوح در آروماتیک‌ها به چشم می‌خورد، مخصوصاً در حلقه‌های هتروسیکل و فنیل‌ها و کلاً پلیمرهایی که استخوان بندی آروماتیکی دارند، باعث افزایش مقاومت حرارتی می‌شوند.

 در مورد واحدهای تکراری حلقوی، شکستگی یک پیوند در یک حلقه باعث پایین آمدن وزن مولکولی نمی‌شود و احتمال شکستگی دو پیوند در یک حلقه کم است. پلیمرهای نردبانی یا نیمه نردبانی پایداری حرارتی بالاتری نسبت به پلیمرهای زنجیره باز دارند. بنابراین اتصالات عرضی موجب صلب پلیمرهای خطی می‌شوند که شامل حلقه‌های آروماتیک با چند پیوند یگانه مجزا هستند. با توجه به نکاتی که ذکر شد برای تهیه پلیمرهای مقاوم حرارتی بایستی نکات زیر رعایت شوند:

• استفاده از ساختارهایی که شامل قوی ترین پیوندهای شیمیایی هستند. مانند ترکیبات هتروآروماتیک، آروماتیک اترها، و عدم استفاده از ساختارهایی که دارای پیوند ضعیف مثل آلکیلن- آلیسیکلیک و هیدروکربن‌های غیر اشباع می‌باشند.
• ساختمان ترکیب باید به گونه‌ای باشد که به سمت پایدار بودن میل کند، پایداری رزونانسی آن زیاد باشد و بالاخره ساختارهای حلقوی باید طول پیوند عادی داشته باشند، به نحوی که اگر یک پیوند شکسته شد، ساختار اصلی، اتم‌ها را کنار هم نگه دارد.

لباس فضا نوردان

Image may be NSFW.
Clik here to view.

لباس فضانوردان مقاوم در برابر شعله

امروزه در زمینه پلیمرهای مقاوم حرارتی پیشرفت‌های زیادی حاصل شده است. پژوهشگری به نام کارل اسی مارول که یک محقق برجسته در زمینه مقاومت حرارتی پلیمرها است، باعث توسعه تجارتی پلی بنزوایمیدازول، با نام تجارتی PBI، شده است که به شکل الیاف برای تهیه لباس فضانوردان مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته این تنها یکی از موارد کاربردهای متنوع پلیمرهای مقاوم حرارتی در برنامه‌های فضایی است. بی تردید اگر سال ها پژوهش علمی و آزمایش‌های گوناگون موجب کشف الیاف پلیمری مقاوم برای تهیه لباس فضا نوردان نمی‌شد، هیچ فضا نوردی نمی‌توانست به فضا سفر کند.

 طی سال‌های اخیر گونه‌های وسیعی از پلیمرهای آروماتیک و آلی فلزی مقاوم در برابر گرما، توسعه و تکامل داده شده اند، که تعداد کمی از آنها به علت قیمت بالای آنها در تجارت قابل قبول نبوده‌اند. پلیمرهای آروماتیک، به خاطر اسکلت ساختاری صلب، دمای گذار شیشه‌ای Tg و ویسکوزیته بالا، قابلیت حلالیت کم دارند، بنابراین سخت تر از سایر پلیمرها هستند. در حال حاضر بالاترین حد مقاومت گرمایی از پلیمرهای آلی بدست آمده است، بنابراین در سال‌های اخیر تاکید روی معرفی تفاوت‌های ساختاری پلیمرها بوده است.

 پیوستن گروه‌های انعطاف پذیر مانند اتر یا سولفون در اسکلت، یک راهکار است. هر چند این اقدامات باعث حلالیت بیشتر، ویسکوزیته کمتر و معمولاً پایداری حرارتی کم می‌شود. نگرش دیگر برای وارد کردن گروه های آروماتیک حلقه‌ای این است که به صورت عمودی در اسکلت صفحه‌ای آروماتیک قرار می‌گیرد. همان طور که در پلی بنزوایمیدازول اشاره شد، این ساختارها که «کاردو پلیمر» نامیده می‌شوند معمولاً پایداری بالایی دارند، بدون این که خواص دمایی آنها از بین برود. وارد کردن اسکلت با گروه های فعال که در اثر گرما موجب افزایش واکنش حلقه‌ای بین مولکولی می‌شوند، راهی دیگر برای پیشرفت روندکار است.

مهم ترین و پرمحصول ترین راه از نقطه نظر توسعه تجارتی، سنتز الیگومرهای آروماتیک یا پلیمرهایی است که با گروه های پایانی فعالی، خاتمه داده شده‌اند. الیگومرهایی که انتهای آنها فعال شده اند، در دمای نسبتاً پایین ذوب می‌شوند و در انواع حلال‌ها نیز حل می‌شوند. هم چنین در موقع حرارت دادن به پلیمرهای شبکه‌ای پایدار تبدیل می‌شوند.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

ساختار پلی بنزیمیدازول

مقاومت در برابر حرارت

هنگامی که از پلیمرهای مقاومت حرارتی صحبت می‌شود باید مقاومت حرارتی آنها را برحسب زمان و دما تعریف کنیم. افزایش هر کدام از فاکتورهای ذکر شده موجب کاهش طول عمر پلیمر می‌شود و اگر هر دو فاکتور افزایش یابند طول عمر به صورت لگاریتمی کاهش می‌یابد. به طور کلی اگر یک پلیمر به عنوان پلیمر مقاوم حرارتی در نظر گرفته می‌شود، باید به مدت طولانی در ۲۵۰ درجه سانتی گراد، در زمان‌های متوسط در پانصد درجه سانتی گراد و در کوتاه مدت در دمای هزار درجه سانتی گراد خواص فیزیکی خود را حفظ کند. به طور دقیق تر یک پلیمر مقاوم حرارتی باید طی سه هزار ساعت و در حرارت ۱۷۷ درجه سانتی گراد، یا طی یکهزار ساعت در ۲۶۰ درجه سانتی گراد، یا طی یک ساعت در ۵۳۸ درجه سانتی گراد و یا طی ۵ دقیقه در ۸۱۶ درجه سانتی گراد، خواص فیزیکی خود را از دست ندهد.

Image may be NSFW.
Clik here to view.

نمودار TGA یک پلیمر مقاوم حرارتی تحت نیتروژن و هوا

 برخی از شرایط ضروری برای پلیمرهای مقاوم حرارتی، بالا بودن نقطه ذوب، پایداری در برابر تخریب اکسیداسیونی در دمای بالا، مقاومت در برابر فرآیندهای حرارتی و واکنش گرمای شیمیایی است. سه روش اصلی برای بالا بردن مقاومت حرارتی پلیمرها وجود دارد. افزایش بلورینگی، افزایش اتصال عرضی و حذف اتصال‌های ضعیفی که در اثر حرارت اکسید می‌شوند. افزایش بلورینگی، کاربرد پلیمرها را در دمای بالا محدود می‌کند. زیرا موجب کاهش حلالیت و اختلال در فرآورش می‌شود. برقرار کردن اتصال‌های عرضی در الیگومرها روش مناسبی است و خواص پلیمر را به طور واقعی، اما غیر قابل برگشت تغییر می‌دهد.

  اتصالاتی که باید حذف شود شامل اتصال‌های آلکیلی، آلیسیکلی، غیر اشباع و هیدروکربن‌های غیر آروماتیک و پیوند NH است . اما اتصالاتی که مفید است شامل سیستم‌های آروماتیکی، اتر، سولفون و ایمید و آمیدها هستند. این عوامل پایدار کننده به صورت پل در ساختار پلیمر واقع و موجب پایداری آنها می‌شوند. از طرفی ضروری است که پلیمر از قابلیت به کار گیری و امکان فرآورش مناسب برخوردار باشد.

 پس باید تغییرات ساختاری طوری باشد که حلالیت و فرآورش مناسب تر داشته باشند. برای این منظور باید از واحد‌های انعطاف پذیرِ اتر، سولفون، آلکیل و همچنین از کوپلیمر کردن، و تهیه ساختارهایی با زنجیر نامنظم استفاده کرد. به طور کلی پلیمرهای مقاوم حرارتی به چهار دسته تقسیم می‌شوند. پلیمرهای تراکم ساده، مانند پلیمرهایی که از حلقه آروماتیک تشکیل شده‌اند و با اتصالات تراکمی به یکدیگر متصل هستند. پلیمرهای هتروسیکل، یعنی پلیمرهایی که از حلقه‌های آروماتیک تشکیل شده‌اند اما از طریق حلقه‌های هتروسیکل به هم وصل شده‌اند. کوپلیمرهای ترکیبی تراکمی هتروسیکل، یعنی پلیمرهایی که شامل ترکیبی از اتصال‌های تراکمی ساده و حلقه‌های هتروسیکل می‌باشند و پلیمرهای نردبانی که شامل دو رشته زنجیر هستند.

مواد خود ترمیم شونده موادی با قابلیت ترمیم در مقابل خراش و خمش می‌باشند که امروزه توجه زیادی را در علم مواد به خصوص در مواد پلیمری با این خاصیت به خود جلب کرده‌اند. با استفاده از این مواد هواپیماها می‌توانند ایمنی سفر خود را حتی در صورت آسیب دیدن حفظ کنند، پل‌ها می‌توانند در حین زلزله و بعد از زلزله پایدار بمانند، کشتی‌ها می‌توانند با وجود صدمه دیدن در دریاهای بزرگ شناور بمانند، تجهیزات نفتی و خط لوله‌ها می‌توانند در برابر آسیب های طبیعی مقاومت کنند. به علت نیاز به ارتقاء پایداری، ایمنی و زیبایی محصولات، بازارهای آینده بیشتر نیازمند این مواد خواهد بود. 

کاتالیزورهای پنهان 

..........

پیشرفت های تازه‌ای در زمینه مواد خود ترمیم شونده توسط تیم تحقیقاتی دانشگاه Eindhoven هلند انجام شده است. در این مواد کاتالیزور‌های پلیمریزاسیون همگن و پنهان بکار رفته است که با قرار گرفتن در معرض نیروهای مکانیکی مانند خمش، خراش، پارگی و یا افزایش تنش فعال می‌شوند. قبلاً نیز کاتالیست هایی ساخته شده بود که با انرژی حرارتی و نور و مواد ترمیم کننده فعال می‌شدند.

کاتالیست تولیدی این گروه تحقیقاتی شامل هسته‌ی فلزی (نقره یا روتنیوم) ترکیب شده با یک جفت لیگاند آلی است که به انتهای زنجیر پلیمر متصل می شود. در غیاب فلز نیز این دو لیگاند کار کاتالیزوری را انجام می‌دهند. ماده‌ی ساخته شده توسط گروه در محلول حل شد و در آزمایشی با اعمال نیروی مکانیکی بوسیله منبع پالس‌های فراصوت، پیوند بین کمپلکس فلز و یکی از لیگاندهای آلی متصل به زنجیر (ضعیف ترین نقطه در زنجیر) شکسته می شود. در نتیجه مرکز هسته‌ی فلزی آزاد و به عنوان کاتالیزور پلیمریزاسیون عمل می‌کند. تحت شرایط نرمال (نبود تنش مکانیکی) این کاتالیزور‌های پنهان، دست نخورده باقی می‌مانند. 

Image may be NSFW.
Clik here to view. 

با جدا شدن یکی از لیگاندهای پلیمری، کاتالیست فعال شده و واکنش پلیمریزاسیون انجام می شود. 

به این ترتیب حضور این کاتالیزورهای پنهان در مواد و پوشش‌ها باعث ترمیم ماده تحت تنش های اعمال شده به ترک ها و خمیدگی‌ها می‌شود. هدف این گروه استفاده از این کاتالیزورها در ساختار ماده است تا ماده توانایی ترمیم تحت تنش های مکانیکی اضافی را پیدا کند. در کار آزمایشگاهی تنش های ایجاد شده توسط مایع فرا صوت، انتهای پلیمر متصل به یون فلزی را برای انجام پلیمریزاسیون در ماده می‌شکند. این نوع مهندسی مولکولی دو نوع واکنش متفاوت را ممکن می‌سازد: پلیمریزاسیون و واکنش های انتقال استریفیکاسیون.

در ضمن این گروه تحقیقاتی برای آزمایش تنها از روش فرا صوتی استفاده کرده است. فعال سازی فراصوتی در محلول های مایع، شامل چند کمبود و نقص از جمله عدم کنترل روی نیروهای مکانیکی و بازگشت ناپذیر بودن فعال سازی کاتالیزور می باشد. محققان انتظار داشتند وقتی پالس‌های فراصوتی قطع می‌شوند پلیمرهای لیگاند دار و فلز، پیوند تشکیل داده و کاتالیست دوباره تشکیل شود. به هر حال وقتی ترکیب در مواد شبکه ای با اتصال عرضی یا پوشش ها اتفاق می‌افتد، این محدودیت برای این کاتالیست های جدید کم می‌شود. اگرچه این کار امیدهای زیادی را نشان می‌دهد، این گروه قصد دارد در کار بعدی پایداری کاتالیست و توانایی آنرا برای فعالیت افزایش دهد. نتایج این تحقیقات در مجله Nature Chemistry منتشر شده است. 

شبیه سازی سیستم گردش خون 

Image may be NSFW.
Clik here to view. 

ترک های پوشش به واسطه مواد ترمیمی موجود در شبکه زیرلایه، خود به خود ترمیم می شوند. مواد ترمیمی موجود در شبکه میکروکانال ها (قرمز رنگ) در اثر تماس با ذرات کاتالیست (بنفش) در ناحیه ترک تشکیل پلیمر می دهند. 

دانشمندان دانشگاهIllinois یک شبکه سه بعدی عروقی ساخته‌اند که بسیار شبیه سیستم لنفاوی (عروقی) بدن است که مکانیسم خود ترمیم شوندگی را بهبود می‌دهد. همانطور که در زخم پوست، خون جلوی آسیب را می‌گیرد، با ایجاد خراش در این مواد پلیمری جدید، عامل ترمیم کننده موجود در شبکه فعال می‌شود تا با کاتالیست برای پر کردن شکاف های سطح واکنش دهد.

این ماده به صورت دو لایه می باشد. زیرلایه (قسمت قرمز رنگ) حاوی مجموعه ای از میکروکانال ها، مانند یک سیستم عروقی، می باشد که یک مایع ترمیمی را حمل می کنند. پوشش پلیمری (لایه سطحی) حاوی ذرات کاتالیست (به رنگ بنفش) می باشد که در آن پخش شده است و در اثر تماس با مایع ترمیمی پلیمریزاسیون انجام می شود. تا زمانی که ترکی در سطح ایجاد نشده است، مواد ترمیمی در داخل میکروکانال ها در حالت مایع باقی می ماند. زمانی که ترک رشد می کند و به زیر لایه می رسد، مایع ترمیمی از داخل میکروکانال ها به بیرون تراوش نموده، در اثر تماس با کاتالیست پلیمر تشکیل شده و ترک پر می شود. نکته حائز اهمیت این است که ترک در یک نقطه تا هفت بار می تواند ترمیم شود. 

ترمیم تحت نور ماورا بنفش

مطالعات دیگری بر روی مواد خود ترمیم شونده توسط دانشمندان مواد دانشگاه می‌سی سی پی جنوبی منجر به تولید پوشش‌های بی نظیری شده است. به طور مثال یکی از این پلیمرها شامل سه ماده‌ی شیمیایی اصلی پلی یورتان، چیتوسان(CHI) و اکستان(OXE) است که ماده تحت تاثیر اشعه فرابنفش خورشید ترمیم می‌شود. چیتوسان CHI چقرمه بوده و بسیار حساس به نور ماورا بنفش است و پوشش خارجی خرچنگ ها و حشرات را تشکیل می‌دهد، ونیز اکستان OXE از چهار حلقه‌ی ناپایدار تشکیل شده است. وقتی تنش‌های اضافی منجر به ایجاد خراش بر روی پلی یورتان می‌شود، حلقه‌های OXE باز شده و تمایل زیادی را برای تشکیل پیوند نشان می‌دهند. به طور همزمان اشعه UV خورشید CHI را برای ایجاد پیوندهای جدید با حلقه‌‌های باز شده‌ی فعال OXE آماده می‌کند و به این ترتیب مکان آسیب دیده ترمیم شده و سطحی صاف بدست می‌آید. 

Image may be NSFW.
Clik here to view. 

اتصالات عرضی غیر کوالانسی زنجیرهای پلی‌ایمید. گروه های انتهایی غنی از الکترون (قرمز) در پلی‌ایمید با زنجیر تاه خورده فاقد الکترون (آبی) جا می گیرد.

ترک هایی که با افزایش دما از بین می روند

یک پلیمر با باندهای ضعیف برگشت پذیر که قادر به ترمیم خود در گرماست توسط شیمیدان های انگلیسی و امریکایی ساخته شده است. این پروژه تلاشی برای طراحی پلیمرهایی با خاصیت جمع شدگی و برگشت پذیری است. این گروه یک ساختار پلیمری را طراحی کرد که با استفاده از برهم‌کنش‌های آروماتیک الکتریکی کنار هم قرار می‌گیرند و با حرارت دادن به دماهای معتدل به راحتی آسیب را برطرف می‌نمایند. در پلیمرهای خود ترمیم شونده قبلی اغلب به واکنش های قوی و مواد افزودنی برای راحت‌تر کردن پروسه‌ی ترمیم نیاز بود. در سیستم هایی که از دو پلیمر استفاده می‌شود، اغلب یکی بزرگتر از دیگری است. پلیمر بزرگتر به طور طبیعی تاه می‌خورد تا برهمکنش‌های جاذب با بخش های گیرنده کم الکترون قیچی مانند بیشینه شود. پلیمر کوچکتر خطی، با یک گروه آروماتیک انتهایی داخل تاهای پلیمر بزرگ قرار می‌گیرد. اجزاء آروماتیک کنار هم جمع شده و تشکیل سیستم هایی با باندهای ضعیف می‌دهند. اما اگر تعداد آنها کافی باشد در سراسر ماده پیوندهای قوی ایجاد می‌شود. 

در دمای اتاق این مخلوط پلیمر، تشکیل ماده ای منعطف با خاصیت ترمیم شوندگی می‌دهد. وقتی دما بالا می رود، پیوندهای نگه دارنده‌ی ساختار سست شده و به پلیمر اجازه جاری شدن به ناحیه‌ی آسیب دیده را می‌دهد. در یک آزمایش یک فیلم شکسته شده با فشار دادن ساده به دو انتها و حرارت دادن در C° ۸۰ می‌تواند ترمیم شود. بر اساس نتایج بدست آمده توسط این گروه، پلیمر کوچکتر مثل یک نرم کننده یا حلال برای پلیمر بزرگتر عمل می‌کند و به مخلوط اجازه می‌دهد تا مثل مایع جاری شود. وقتی مخلوط سرد می‌شود پیوندها دوباره تشکیل شده و ظاهر اصلی و استحکام ماده دوباره برمی‌گردد و فقط ممکن است اندکی تغییر در رنگ مشاهده شود . در دمای اتاق ماده به خاطر تجمع آروماتیکی رنگ قرمز خونی دارد. با گرم کردن ماده تا ۶۰-۶۵°C این رنگ از بین می‌رود و با سرد کردن ماده دوباره رنگ برمی‌گردد. در ضمن ماده ویسکوزیته‌ی پایینی را نشان می دهد.

از باکتری ها، به دلیل ارتباطی که غالباً بین وجود آن ها در آب و بیماری ها وجود دارد، به بدی یاد می‌شود. اما پژوهشگران دانشگاه ناتینگهام از این ارگانیزم های کوچک در کنار جدیدترین تکنیک های پالایش غشایی برای اصلاح و بهبود فناوری پاک سازی آب استفاده می‌کنند.

این ارگانیزم های تک سلولی در طی فرایندی به نام Bioremediation از آلاینده های موجود در آب، خواه آن که آب مصارف صنعتی داشته باشد و خواه برای آشامیدن فراهم شده باشد، تغذیه می‌کنند.

سپس آب را از میان یک غشای متخلخل عبور می دهند که مانند یک غربال عمل می‌کند. حفره هایی که در این غربال ها وجود دارند میکروسکوپی هستند و برخی در مقیاس نانو می‌باشند. اندازۀ منافذ در این فیلترها می‌تواند از ده میکرون تا یک نانو متر باشد. این فناوری‌ها قابلیت توسعه و بهینه‌‌سازی آب های مصرفی صنعت و آشامیدنی را دارند.

این تحقیقات توسط پروفسور Nidal Hilal مهندس شیمی مرکز فناوری آب پاک هدایت می‌شوند. این مرکز، هدایت جهانی پژوهش برای توسعۀ فناوری‌های پیشرفته در زمینۀ تصفیه آب را بر عهده دارد.

کارایی فناوری غشایی

کارایی فناوری غشایی متداول که در فرایندهای تصفیه آب به کار می‌رود، به دلیل آلوده شدن غشاها به آلاینده‌ها، با گذشت زمان کاهش می‌یابد. استفاده از روش Bioremediation این امکان را فراهم می‌کند که در یک سیستم بسته، غشاها را بدون خارج کردن آن ها از سیستم تمیز کرد. پژوهشگران این مرکز، این فناوری را با همکاری شرکت پالایش نفت Cardev International واقع در Harrogate توسعه داده‌اند.

غشاهای اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون هم در فرایندهای تصفیه آب کارایی بالایی دارند و هم به عنوان یک کاربرد جانبی، در تبدیل پس ماندهای مایع صنعتی آلوده شده به فلزات و روغن ها قابلیت خود را نشان داده اند. محصولات به جای مانده ارزش گرمازایی بسیار بالایی دارند و می‌توان از آن ها به عنوان سوخت استفاده نمود.

مرکز تحقیقات شیرین‌سازی خاورمیانه بر روی کاری سرمایه گذاری کرده است که در آن از غشاهای نانوفیلتری و اولترافیلتراسیون جهت تهیۀ آب آشامیدنی از آب دریا استفاده می‌شود. غشاها با تصفیۀ مقدماتی و حذف مواد آلاینده، چه از طریق اسمز معکوس و چه از طریق شیرین‌سازی گرمایی، رسوب گذاری در دستگاه‌ها را کاهش می دهند و در نتیجۀ این عمل، از صدمه دیدن دستگاه ها جلوگیری می‌شود و نیاز به تعویض قطعات و تعمیرات گران قیمت کاهش می‌یابد.

پژوهشگران با بررسی خواص مایع در مقیاس نانو، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی، رفتار مایعات در یک سطح اتمی، از قبیل چگونگی جریان یافتن و جدا شدن از سطح را بررسی می‌کنند. این نتایج را می‌توان در مکانیک و صنعت مورد استفاده قرار داد. برای مثال افزایش کارایی روغن در یک موتور می‌تواند با استفاده از این نتایج صورت گیرد. همچنین مایعات را در یک گسترۀ دمایی، از دمای بسیار پایین (50- درجه سانتی‌گراد) تا دمای بسیار بالا (150 درجه سانتی‌گراد) تست می‌کنند.

پروفسور هلال اظهار می‌کند: «آزمایش ویژگی‌های مایعات قبلاً هیچ گاه در چنین مقیاسی انجام نگرفته بود. با به کار بردن همزمان فناوری نانوفیلتراسیون و Bioremediation، فرایند پاک‌سازی آب با مصرف انرژی بسیار پایین‌تر از فرایندهایی که در حال حاضر مورد استفاده اند، به اتمام می رسد. علاوه بر این می‌توان محصولات پس ماند را نیز به صورت سوخت، مجدداً وارد چرخۀ مصرف کنیم و فناوری سبزتری خواهیم داشت.»

 لینک

تقطیر ، در واقع ، جداسازی فیزیکی برشهای نفتی است که اساس آن ، اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن سنگینتر باشد، نقطه جوش آن زیادتر است و هر چه هیدروکربن سبکتر باشد، زودتر خارج می‌شود. اولین پالایشگاه تاسیس شده در جهان ، در سال 1860 در ایالت پنسیلوانیای آمریکا بوده است. نفت خام ، از کوره‌های مبدل حرارتی عبور کرده، بعد از گرم شدن وارد برجهای تقطیر شده و تحت فشار و دما به دو صورت از برجها خارج می‌شود و محصولات بدست آمده خالص نیستند. انواع برجهای تقطیر در زیر توضیح داده می‌شوند.
تقطیر
استفاده از اختلاف نقطه جوش برای جداسازی اجزای یک مخلوط مایع اساس فرآیند تقطیر را تشکیل می دهد . در بیشتر موارد موادی که اختلاف نقطه ی جوش آنها قابل توجه است را می توان به وسیله حرارت دادن تفکیک نمود در این صورت ماده با دمای جوش پایین تر ، سریعتر به جوش آمده و ماده با دما جوش بالا باقی می ماند و این امر اساس فرایند تقطیر را تشکیل می دهد. اجزایی را که در اثر حرارت دادن بخار می شوند وارد سرد کننده می کنند تا به صورت مایع جمع آوری گردد.
برجهای تقطیر سینی دار
طرز کار یک برج سینی دار
بطور کلی فرآیندی که در یک برج سینی دار اتفاق می افتد، عمل جداسازی مواد است. همانطور که ذکر شد فرآیند مذکور به طور مستقیم یا عیرمستقیم انجام می پذیرد.
در فرآیند تقطیر

در فرآیند تقطیر منبع حرارتی (Reboiler)، حرارت لازم را جهت انجام عمل تقطیر و تفکیک مواد سازنده یک محلول تأمین میکند. بخار بالارونده از برج با مایعی که از بالای برج به سمت پایین حرکت می کند، بر روی سینی ها تماس مستقیم پیدا می کنند. این تماس باعث ازدیاد دمای مایع روی سینی شده و نهایتا باعث نزدیک شدن دمای مایع به دمای حباب می گردد. با رسیدن مایع به دمای حباب به تدریج اولین ذرات بخار حاصل می شود که این بخارات غنی از ماده فرار (ماده ای که از نقطه جوش کمتری و یا فشار بالاتری برخوردار است) می باشد.از طرفی دیگر در فاز بخار موادی که از نقطه جوش کمتری برخوردار هستند، تحت عمل میعان قرار گرفته و بصورت فاز مایع به سمت پایین برج حرکت می کند. مهمترین عملکرد یک برج ایجاد سطح تماس مناسب بین فازهای بخار و مایع است. هر چه سطح تماس افزایش یابد عمل تفکیک با راندمان بالاتری صورت میگیرد. البته رژیم جریان مایع بر روی سینی نیز از جمله عوامل مهم بر عملکرد یک برج تفکیک می باشد.
برجهای تقطیر با سینی کلاهکدار
در برجهای تقطیر با سینی کلاهکدار ، تعداد سینیها در مسیر برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکیک بستگی دارد. قطر برج و فاصله میان سینی‌ها به مقدار مایع و گاز که در واحد زمان از یک سینی می‌گذرد، وابسته است. هر یک از سینی‌های برج ، یک مرحله تفکیک است. زیرا روی این سینیها ، فاز گاز و مایع در کنار هم قرار می‌گیرند و کار انتقال ماده از فاز گازی به فاز مایع یا برعکس در هر یک از سینی‌ها انجام می‌شود. برای اینکه بازدهی انتقال ماده در هر سینی به بیشترین حد برسد، باید زمان تماس میان دو فاز و سطح مشترک آنها به بیشترین حد ممکن برسد.
بخشهای مختلف برج تقطیر با سینی کلاهکدار
بدنه و سینیها: جنس بدنه معمولا از فولاد ریخته است. جنس سینی‌ها معمولا از چدن است. فاصله سینی‌ها را معمولا با توجه به شرایط طراحی ، درجه خلوص و بازدهی کار جداسازی بر می‌گزینند. در بیشتر پالایشگاههای نفت ، برای برجهای تقطیر به قطر 4ft فاصله میان 50 - 18 سانتیمتر قرار می‌دهند. با بیشتر شدن قطر برج ، فاصله بیشتری نیز برای سینی‌ها در نظر گرفته می‌شود.
سرپوشها یا کلاهکها: جنس کلاهکها از چدن می‌باشد. نوع کلاهکها با توجه به نوع تقطیر انتخاب می‌شود و تعدادشان در هر سینی به بیشترین حد سرعت مجاز عبور گاز از سینی بستگی دارد.
موانع یا سدها: برای کنترل بلندی سطح مایع روی سینی ، به هر سینی سدی به نام "وییر" (wier) قرار می‌دهند تا از پایین رفتن سطح مایع از حد معنی جلوگیری کند. بلندی سطح مایع در روی سینی باید چنان باشد که گازهای بیرون آمده از شکافهای سرپوشها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بیشترین حد ممکن برسد. بر اثر افزایش زمان گذشتن حباب از مایع ، زمان تماس گاز و مایع زیاد شده ، بازدهی سینی‌ها بالا می‌رود.
برجهای تقطیر با سینی‌های مشبک
در برجهای با سینی مشبک ، اندازه مجراها یا شبکه‌ها باید چنان برگزیده شوند که فشار گاز بتواند گاز را از فاز مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهمی که در بازدهی این سینیها موثر است، شیوه کارگذاری آنها در برج است. اگر این سینیها کاملا افقی قرار نداشته باشند، بلندی مایع در سطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همه مجراها یکسان نخواهد بود.
خورندگی فلز سینیها هم در این نوع سینیها اهمیت بسیار دارد. زیرا بر اثر خورندگی ، قطر سوراخها زیاد می‌شود که در نتیجه مقدار زیادی بخار با سرعت کم از درون آن مجاری خورده شده گذر خواهد کرد. و می‌دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد، مایع از مجرا به سوی پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت.
برجهای تقطیر با سینی‌های دریچه‌ای
این نوع سینیها مانند سینیهای مشبک هستند. با این اختلاف که دریچه‌ای متحرک روی هر مجرا قرار گرفته است. در صنعت نفت ، دو نوع از این سینیها بکار می‌روند:
انعطاف پذیر: همانطور که از نام آن برمی‌آید، دریچه‌ها می‌توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند.
صفحات اضافی: در این نوع سینیها ، دو دریچه یکی سبک که در کف سینی قرار می‌گیرد و دیگری سنگین که بر روی سه پایه‌ای قرار گرفته ، تعبیه شده است. هنگامی که بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت در می‌آید. اگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد، هر دو دریچه حرکت می‌کنند.
مقایسه انواع گوناگون سینی‌ها
در صنعت نفت ، انواع گوناگون سینی‌ها در برجهای تقطیر ، تفکیک و جذب بکار برده می‌شوند. ویژگیهایی که در گزینش نوع سینی برای کار معینی مورد توجه قرار می‌گیرد، عبارت است از: بازدهی تماس بخار و مایع ، ظرفیت سینی ، افت بخار در هنگام گذشتن از سینی ، زمان ماندن مایع بر روی سینی ، مشخصات مایع و ... . چون در صنعت بیشتر سینی‌های کلاهکدار بکار برده می‌شوند، برای مقایسه مشخصات سینی‌های دیگر ، آنها را نسبت به سینی‌های کلاهکدار ارزیابی می‌کنند.
برجهای انباشته
در برجهای انباشته ، بجای سینی‌ها از تکه‌ها یا حلقه‌های انباشتی استفاده می‌شود. در برجهای انباشته حلقه‌ها یا تکه‌های انباشتی باید به گونه‌ای برگزیده و در برج ریخته شوند که هدفهای زیر عملی گردد.
ایجاد بیشترین سطح تماس میان مایع و بخار
ایجاد فضا مناسب برای گذشتن سیال از بستر انباشته
جنس مواد انباشتی
این مواد باید چنان باشند که با سیال درون برج ، میل ترکیبی نداشته باشند.
استحکام مواد انباشتی
جنس مواد انباشتی باید به اندازه کافی محکم باشد تا بر اثر استفاده شکسته نشده و تغییر شکل ندهد.
شیوه قرار دادن مواد انباشتی
مواد انباشتی به دو صورت منظم و نامنظم درون برج قرار می‌گیرند.
پر کردن منظم: از مزایای این نوع پر کردن، کمتر بودن افت فشار است که در نتیجه می‌شود حجم بیشتر مایع را از آن گذراند.
پر کردن نامنظم: از مزایای این نوع پر کردن ، می‌توان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد. ولی افت فشار بخار در گذر از برج زیاد خواهد بود.

مقایسه برجهای انباشته با برجهای سینی‌دار
در برجهای انباشته ، معمولا افت فشار نسبت به برجهای سینی‌دار کمتر است. ولی اگر در مایع ورودی برج ، ذرات معلق باشد، برجهای سینی‌دار بهتر عمل می‌کنند. زیرا در برجهای انباشته ، مواد معلق ته‌نشین شده و سبب گرفتگی و برهم خوردن جریان مایع می‌گردد. اگر برج بیش از حد متوسط باشد، برج سینی‌دار بهتر است. زیرا اگر در برجهای انباشته قطر برج زیاد باشد، تقسیم مایع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده یکنواخت نخواهد بود.
در برجهای سینی‌دار می‌توان مقداری از محلول را به شکل فرایندهای کناری از برج بیرون کشید، ولی در برجهای انباشته این کار، شدنی نیست. کارهای تعمیراتی در درون برجهای سینی‌دار ، آسانتر انجام می‌گیرد. تمیز کردن برجهای انباشته ، از آنجا که باید پیش از هرچیز آنها را خالی کرده و بعد آنها را تمیز نمایم، بسیار پرهزینه خواهد بود.
اینک به معرفی چند اصطلاح پرکاربرد در فرایند تقطیر می پردازیم
خوراک (Feed)
مخلوط ورودی به داخل برج که ممکن است مایع، گاز و یا مخلوطی از مایع و گاز باشد، خوراک (Feed) نام دارد. معمولا محل خوراک در نقطه مشخصی از برج است که از قبل تعیین می شود. در برجهای سینی دار محل ورودی خوراک را سینی خوراک یا (FeedTray) می نامند. از جمله مشخصات مهم سینی خوراک این است که از نقطه نظر درجه حرارت و ترکیب نسبی (کسر مولی) ، جزء مورد نظر با خوراک ورودی مطابقت داشته باشد. البته محل خوراک ورودی به حالت فیزیکی خوراک نیز بستگی دارد. معمولا اگر خوراک بصورت مایع باشد، همراه با مایعی که از سینی بالایی سرازیر می شود به درون سینی خوراک وارد می گردد. اگر خوراک بصورت بخار باشد معمولا آن را از زیر سینی خوراک وارد می کنند و اگر خوراک بصورت مخلوطی از مایع و بخار باشد، بهتر است که ابتدا فاز مایع و بخار را از هم جدا نموده و سپس به طریقی که گفته شد خوراک را وارد برج نمایند. ولی عملا به منظور صرفه جویی از هزینه های مربوط به تفکیک دو فاز بخار و مایع، عمل جداسازی به ندرت صورت می گیرد.
محصول بالاسری (Overhead Product)
آنچه از بالی برج به عنوان خروجی از آن دریافت می شود محصول بالاسری نامیده می شود که معمولا غنی از جزئی که از نقطه جوش کمتری برخوردار است می باشد.
محصول ته مانده (Bottom Product)
ماده ای که از پایین برج خارج می شود ته مانده یا محصول انتهایی (Bottom) نام دارد و معمولا غنی از جزء یا اجزائ سنگین تر (که از نقطه جوش بالاتری برخوردار می باشند) خواهد بود.
نسبت برگشت (پس ریز) (Reflux Ratio)
نسبت مقدار مایع برگشتی به برج بر حسب مول یا وزن به مایع یا بخاری که به عنوان محصول از سیستم خارج می شود را نسبت برگشتی می گویند و آن را با حرف R نشان می دهند.
نسبت برگشتی و اثرات آن بر شرایط کارکرد برج
با افزایش نسبت مایع برگشتی تعداد سینی های مورد نیاز جهت تفکیک (طول برج) کاهش می یابد، اما در مقابل آن بار حرارتی کندانسور و جوش آور و مقادیر بخار و مایع در طول برج افزایش می یابد. در این صورت نه تنها لازم است سطوح گرمایی مورد نیاز به آنها اضافه شود، بلکه به دلیل افزایش میزلن جریان مایع و بخار سطح مقطع برج نیز افزایش می یابد.
هنگامی که مقدار R زیاد باشد تعداد مراحل و طول برج به کمترین مقدار خود می رسد و تمام محصول بالاسری به عنوان مایع برگشتی وارد برج می شود و این حالت را برگشت کامل یا (Total Reflux) می نامند.
در شرایطی که R در کمترین مقدار خود باشد طول برج و تعداد مراحل در بیشترین مقدار خود خواهد بود و عمل تفکیک به شکل کاملی انجام نخواهد شد. مقدار عملی R معمولا بین حالت برگشت کامل و حداقل میزان R است. در بیشتر موارد مقدار مایع برگشتی بر روی درجه حرارت برج نیز تأثیر می گذارد. معمولا در یک برج تقطیر دمای انتهای آن به مراتب بیشتر از دمای پایین آن است و این اختلاف دما در طول برج وجود خواهد داشت. میزان جریان برگشتی به عنوان یک عامل کنترلی بر روی درجه حرارت سیستم خواهد بود.
•جوش آور (Reboiler)
جوش آورها که معمولا در قسمت های انتهای برج و کنارآن قرار داده می شود، وظیفه تأمین حرارت یا انرژی لازم را برای انجام عمل تقطیر به عهده دارند.
معمولا جوش آورها به عنوان یک مرحله تعادلی در عمل تقطیر و به عنوان یک سینی در برجهای سینی دار در نظر گرفته می شوند.
انواع جوش آورها
مهمترین انواع جوش آورها که در صنایع شیمیایی کاربرد زیادی دارند، عبارتند از:
1. دیگهای پوشش (Jacketted Kettle)
2. جوش آورهای داخلی (Internal Reboiler)
3. جوش آور نوع Kettle
4. جوش آور ترموسیفونی عمودی (Vertical Termosiphon Reboiler)
5. جوش آور ترموسیفونی افقی (Horizontal Thermosiphon Reboiler)
6. جوش آور از نوع سیرکولاسیون اجباری (Forced CirculationReboiler)

در جوش آورهای ترموسیفونی یا جوش آورهای با گردش طبیعی، حرکت سیال بر اساس اختلاف دانسیته نقاط گرم و سرد صورت می پذیرد. این پدیده می تواند به دو صورت انجام پذیرد که عبارتند از :
1. جوش آوری با یکبار ورود سیال (Once – Thorugh Reboiler)
2. جوش آور با چرخش سیال (Recirculating Reboiler)

معیارهای موجود برای انتخاب جوش آور مناسب
بطور کلی نکاتی که در انتخاب یک جوش آور باید مد نظر قرار گیرد عبارتند از :
1. سرعت انتقال (حداقل سطح)
2. فضا و خطوط لوله لازم
3. سهولت نگهداری
4. تمایل به رسوب و جرم گذاری سیال
5. زمان اقامت سیال در فرآیند
6. پیداری عملیاتی
7. هزینه عملیاتی
8. افزایش میزان بخار تولیدی
هر کدام از جوش آورها مزایا و معایبی دارد که در کتب مرجع جمع آوری شده است. از این داده ها می توان برای طراحی اولیه کمک گرفت. ولی بطور کلی متداولترین و اقتصادی ترین
جوش آوری که در صنایع شیمیایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد نوع ترموسیفونی می باشد، خصوصا نوع افقی آن که در سیستمهای تقطیر کاربرد زیادی دارد.

انتخاب نوع Reboiler
انتخاب نوع Reboiler یا جوش آور به عوامل زیر بستگی دارد:
1. خواص فیزیکی سیال بویژه ویسکوزیته و تمایل به رسوبدهی سیال
2. فشار عملیات (خلأ یا تحت فشار)
3. روش قرار گرفتن تجهیزات و فضای قابل استفاده

مزایای جوش آورهای ترموسیفونی افقی
1. ابعاد واحدهای افقی از نقطه نظر طول لوله ها و وزن محدودیتی نداشته و بنابراین برای سطوح حرارتی بزرگ، نصب واحدهای افقی مطلوبتر و آسانتر می باشد.
2. از آنجائیکه در جوش آورهای ترموسیفونی افقی، سیال در داخل پوسته حرکت می نماید، از نظرعدم رسوب و جرم گذاری و سهولت در نگهداری و استفاده از آنها ترجیح دارد.
3. این جوش آورها از نظر طراحی هیدرولیکی سطوح مایع مجاز در سیستم، منعطف تر می باشند و جریان های با گرد بالایی را می توان بدون هیچ مشکلی در آن ایجاد نمود.
4. جوش آورهای ترموسیفونی افقی نسبت به نوع عمودی، افزایش نقطه جوش کمتری دارند و این مسئله در موارد خاصی کخ سیال نسبت به دما حساس بوده و یا سیستم در حالت خلأ عمل می نماید مزیتی مهم محسوب می گردد.

•چگالنده (Condenser)
نقش چگالنده در واقع تبدیل بخارات حاصل از عمل حرارت دهی به مخلوط، به مایع می باشد. این امر در اصطلاح میعان یا چگالش نامیده می شود و دستگاهی که در آن عمل مذکور انجام می شود چگالنده نام دارد. به طور کلی چگالنده ها به دو دسته اساسی تقسیم می شوند:
1. چگالنده های کامل (Total Condenser)
2. چگالنده های جزئی (Partial Condenser)
در صورتیکه تمام بخار بالای برج به مایع تبدیل شود و بخشی ازآن وارد برج شده و بخش دیگر وارد مخزن جمع آوری محصول گردد عمل میعان کامل (Total Condensation) انجام شده است.

مرجع: http://forum.nanopark.ir/thread-1283.html