حلال های نفتی برش های سبک و میان تقطیری هستند که به طور مستقیم یا غیرمستقیم از نفت به دست می آیند دامنه برش و نوع ترکیب آنها توسط تولید کننده برحسب کاربرد نهایی آنها تعیین می شود. حلال های نفتی به طور وسیعی در صنایع مختلف شیمیایی از جمله صنایع رنگ، روغن های صنعتی و خوراکی، چاپ، لاستیک سازی، چرم سازی، گراور سازی، پارچه و صنایع فلزی مورد استفاده قرار می گیرند.
بهترین خصوصیت حلال های نفتی شفافیت، بی رنگ بودن و غیرقابل امتزاج بودن آنها با آب است، ولی در حلال های آلی مشابه حل می شوند، قدرت حلال بستگی به نوع هیدروکربن های تشکیل دهنده آن و بخصوص مقدار آروماتیک های موجود در آن دارد. حلال های آروماتیکی حلال خوبی برای بسیاری از رزین های مورد استفاده در پوشش سطوح، روغن ها و چربی ها، گریس ها و واکس ها می باشند.
گرچه برخی از هیدروکربن های خالص مانند تولوئن و سیلکوهگزان به عنوان حلال کاربرد دارند ولی اکثر حلال ها مخلوطی از هیدروکربن ها هستند، اغلب حلال ها ترکیبی از پارافین ها، نفتن ها (سیکلو پارافین ها) و آروماتیک ها می باشند.
حضور هرکدام از هیدروکربن ها روی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی حلال، مثل قدرت حلالیت، ویسکوزیته، دانسیته، بو و نوع کاربرد آن اثر دارد. همچنین مقدار کمی ترکیبات غیر هیدروکربنی مانند سولفور، مواد اکسیژن دار و نیتروژن دار در حلال ها موجود است که در فرایند شیرین کردن باید به پایین ترین مقدار ممکن رسانده شود.
دامنه تقطیر اساس طبقه بندی اصلی حلال ها محسوب می شود، در کاربرد نهایی، وقتی که حلال بعد از استفاده باید تبخیر شود مثلاً در نقاشی، برحسب تبخیر، به سه گروه کند، متوسط و تند تقسیم بندی می شوند، به همین ترتیب قدرت حلال و بوی آن در بعضی کاربردها و میزان مواد آروماتیک به صورت بالا، متوسط و پایین دسته بندی می شود.
اهمیت حلال ها در صنایع امروزی بسیار بالاست و در مملکت ما سالانه میزان قابل توجهی از این حلال ها از خارج از کشور وارد می گردد. مطالعات و تحقیقات در زمینه ساخت و تولید حلال های نفتی مدت هاست که در کشور توسط مراکز تحقیقاتی در حال انجام است و این نشان از اهیمت کاربرد حلال های نفتی در صنایع مختلف را می دهد.
وزارت نفت جمهوری اسلامی تلاش بسیار دارد تا در زمینه تولید حلال های مورد نیاز صنایع با یک برنامه ریزی بتواند به خودکفایی برسد، بدین منظور یک واحد تولید حلال با ظرفیت تولید روزانه حداقل 2000 بشکه در پالایشگاه اصفهان مراحل طراحی، اجراء و نصب را به پایان رسانده و طبق برنامه ریزی انجام شده از 22 بهمن سال 78 به بهره برداری رسیده است.

برای تبدیل موثر منابع انرژی معمولاً از متان برای تولید مواد واسطه یا محصولات با ارزشی از قبیل گاز سنتز (H2+CO) و اتیلن (C2H4) متانول (CH3OH) و فرمالدهید (CH2O) استفاده می گردد . گاز طبیعی به دلیل گستردگی و مقادیر زیاد آن در دنیا در حال حاضر یكی از مهمترین منابع انرژی در جهان است. با این وجود 60 – 90% از مخازن گاز که تاکنون کشف شده اند، زودتر از مكان های مورد نی از برای مصرف هستند . با وجود اینكه امكان مایع كردن این گاز و تبدیل آن به مواد شیمیایی به منظور انتقال آسان از طریق خطوط لوله به مصرف كنندگان وجود دارد ، هنوز از این منبع عظیم انرژی بطور كامل استفاده نشده است . روش های زیادی برای تبدیل متان مهمترین جز گاز طبیعی به سوخت مایع و سایر مواد شیمیایی با ارزش وجود دارد . در كل متان به دو روش مستقیم و غیر مستقیم تبدیل می شود. محققان تلاش های گسترده ای از مطالعات عملی تا كاربردهای صنعتی در این زمینه انجام داده اند ولی بدلیل پایداری زیاد متان، هنوز مشكلات زیادی برای تبدیل آن وجود دارد. گاز طبیعی بصورت غیرمستقیم و از طریق گاز سنتز به سوخت مایع و سایر مواد شیمیایی تبدیل و یا مستقیماً تبدیل به هیدروکربن های C2 و یا متانول می شود. در بیشتر فرایندهای اقتصادی، متان را از طریق تبدیل با بخار تبدیل به گاز سنتز کرده و سپس از این گاز میانی برای تولید سایر مواد شیمیایی استفاده می کنند. تخمین زده شده است که تقریبا 60 – 70% هزینه های صرف شده در واکنش های تبدیل متان به تهیه گاز سنتز اختصاص داده شده است. همچنین فرایند تولید گاز سنتز از گاز طبیعی فرایند بسیاری گرماگیری است که به انرژی و دمای بسیار زیادی نیاز دارد. برای غلبه بر این مشکلات تمایل زیادی برای تبدیل مستقیم متان وجود دارد . اكسیداسیون زوجی، زوج شدن حرارتی ، پلاسما و غیره روش هایی هستند كه تاكنون برای تبدیل مستقیم متان از آنها استفاده شده است . واكنش اكسیداسیون زوجی، متان را مستقیماً و با بهره گرفتن از كاتالیست به اتان و اتیلن تبدیل كرده و سپس هیدروكربن های C2 را به سوخت مایع و بنزین تبدیل می كند.
از اكسیژن و یا دی اكسید كربن برای اكسیداسیون زوجی استفاده می شود. در این حالت تمایل زیادی برای احتراق وجود دارد كه برای حل این مشكل وجود یک كاتالیست برای افزایش واكنش های زوجی شدن ضروری است. با وجود اینكه كاتالیست های زیادی تاكنون بكار برده شده است، ولی هیچگاه بازده به بیش از 25% نرسیده است. بعلاوه هنوز عیب واکنش در دماهای بالاتر از 600 درجه سانتیگراد برای دستیابی به درصد تبدیل و گزینش پذ یری مطلوب وجود دارد . زوج شدن حرارتی هم در دماهای بسیار بالا برای تبدیل به هیدروكربن های C2 انجام می شود. با کنترل زمان اقامت در راكتور می توان محصولاتی به غیر از هیدروژن و كربن بدست آورد . اخیراً مطالعات بر روی سنتز همزمان اتیلن و استیلن تمركز یافته است . تبدیل متان به وسیله پلاسما بعنوان روش دیگر برای غلبه بر مشکلات موجود مورد بررسی قرار گرفته است.
در پلاسما انرژی الكتریكی با ایجاد تخلیه الكتریكی در گاز ذرات بسیار فعالی از جمله الكترون ها، یون ها، اتم ها، رادیكال ها و مولكول های برانگیخته بوجود می آور د كه بعنوان كاتالیست برای تولید محصولات عمل می كنند.
در میان انواع پلاسما ، پلاسمای سرد با توجه به ویژگی غیرتعادلی بودن و شرایط عملكردی ساده ای كه دارد یعنی فشار اتمسفری و دمای محیط ابزار بسیار مناسبی برای شروع واكنش است. با توجه به رفتار عملیاتی و شكل الكترودها پلاسمای سرد به انواع مختلفی تقسیم می شود كه عبارتند از : راكتورهای پلاسمای تابشی ، آرام ، هاله ، رادیوفركانسی و مایكروویو. تخلیه تابشی یک تخلیه الكتریكی فشار پایین است كه بین دو الكترود تخت ایجاد می شود و تخلیه الكتریكی هاله یک تخلیه الكتریكی ناهمگن است كه با بهره گرفتن از دو الكترود غیر همگن در فشار اتمسفریک بوجود می آید. تخلیه الكتریكی آرام مجموعه ای از تخلیه هاله و تابشی است و تخلیه الكتریكی رادیوفركانسی و مایكروویو توسط تولید كننده های این تشعشعات به درون محفظه راكتور القا می شوند. بزرگترین عیب راكتورهای پلاسما مصرف انرژی الكتریكی توسط آنهاست، اما با توجه به بازده بالای انرژی الكتریكی در این راكتورها و همچنین مناسب بودن آن از نظر زیست محیطی، در صورت در دسترس بودن انرژی الكتریكی استفاده از تكنولوژی پلاسما بسیار مطلوب به نظر می رسد.

در این پایان نامه ابتدا ی بر مطالعات انجام شده برای واكنش های اكسیداسیون زوجی در راكتور پلاسما داریم، سپس به توضیح پلاسما و انواع راكتورهای پلاسما می پردازیم.
معرفی سیستم آزمایشگاهی طراحی شده برای انجام این آزمایشها، نحوه طراحی آزمایشها، آزمایشهای انجام شده و بحث درباره تاثیر شرایط مختلف عملیاتی در بخشهای بعدی بترتیب مورد بررسی قرار می گیرد.

در حال حاضر وضعیت مصرف انرژی در بخش صنعت به گونهای است كه از نظر مقدار، حدود 3,29 درصد واز نظر ارزش حدود 4,20 درصد از كل مصرف نهایی انرژی كشور را به خود اختصاص داده است. كل مصرف انرژی بخش صنعت در سال 1384 معادل 7,36 میلیون بشكه نفت خام بوده كه ارزش آن بیش از 7,4 میلیارد دلار است.
بخش عمده انرژی مورد نیاز صنایع، از احتراق سوختهای فسیلی تامین میشود. از اینرو كمتر صنعتی را میتوان یافت كه به نوعی از سیستمهای احتراقی بهره مند نباشد. بدون استثناء در هر سیستم احتراقی، وجود مشعل برای تولید انرژی حرارتی، ضروری است. از طرف دیگر بخش عمدهای استفاده این مشعلها در رابطه با كوره های صنعتی و توربینهای گازی میباشد.
برخی از موارد استفاده از این تجهیزات در صنایع عبارتند از:
• كوره های ذوب و تصفیه فلزات
• كوره های عملیات حرارتی
• كوره های آهنگری
• كوره های كاشی و سرامیك
• كوره های سیمان
• كوره های صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی
• كوره های صنایع شیمیایی
• كوره های پخت و فراوری محصولات غذایی
• توربینهای گازی نیروگاه های تولید برق

از آنجایی كه معمولا در سیستمهای با دمای بالا اتلاف انرژی زیاد است، و از طرفی فرایند احتراق نیز همواره در دمای بالا صورت میگیرد، در بیشتر موارد پتانسیل صرفه جویی انرژی در سیستمهای احتراقی یک واحد صنعتی، بیش از سایر قسمتهای آن میباشد. بنابراین با توجه به گستردگی استفاده از سیستمهای احتراقی در صنایع، در صورت توجه به بهینه سازی این تجهیزات، به مقدار زیادی در مصرف سوخت واحدهای صنعتی صرفه جویی خواهد شد.
بعلاوه وقتی از عمر كوره و سیستم احتراقی، بیش از 10 سال میگذرد، این بدان معنی است كه بازده آن در بهترین شرایط كمتراز 55 درصد است. به عبارت دیگر، این سیستم تقریباً نیمی از انرژی حرارتی سوخت را تلف میكنند. همواره بخش عمده ای از تلفات انرژی سیستم را مقدار قابل ملاحظه ای میتوان كاهش داد.
در صورتیكه بتوان با بهره گرفتن از تجهیزاتی از انرژی این گازها استفاده كرد و هوای مورد نیاز را برای احتراق پیش گرم كرد، به مقدار قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت صرفهجویی میشود. انجام این كار ضمن بهبود فرایند احتراق و افزایش دمای شعله از احتراق ناقص سوخت نیز جلوگیری میكند.
فصل اول
1- مباحث كلی پیرامون اتلاف انرژی
1-1- بازیابی انرژی های اتلاف شده
منظور از گرمای ا تلاف شده گرمایی است كه در خلال فرایندهای احتراق سوخت و یا واكنش شیمیایی تولید می شود و سپس در محیط آزاد می شود هر چند این گرما هنوز هم می تواند برای موارد مفید و اقتصادی استفاده شود اما معمولا بواسطه تجهیزات مكانیكی برای نمونه مكنده ها یا دودكشها از فرایند با انرژی فراوان خارج میگردند.
استراتژی كه چطور این گرما را بازیابی كنیم وابسته به محدوده دمایی گازی است كه گرمای آن اتلاف میشود و شامل اقتصاد فرایند هم میباشد. بسیاری از این گازهای حاصل از احتراق به وسیله بویلرها و كوره ها و در بعضی موارد توسط توربینهای گازی تولید میگردد. اگر توانایی داشته باشیم كه مقداری از گرمای هدررفته را بازیابی كنیم میتوان در مقدار قابل توجهی از سوخت هم صرفه جویی كرد. هرچند نمیتوان همه انرژی گازهای خروجی را بازیابی كرد اما حتی بازیابی كمی از این انرژی میتواند صرفهجویی قابل ملاحظهای را به دنبال داشته باشد.
2-1- خصوصیات گرمای تلف شده
انرژی در واقع می تواند بشكل گوناگون اتلاف شود برای نمونه در دماهای پایین به وسیله سرد كردن آب و در دماهای بالا از گرمای گازهای خروجی از كوره های صنعتی این اتلاف صورت میپذیرد. معمولا در بازیابی گرما دماهای بالاتر دارای ظرفیت های بالاتر هستند و از لحاظ اقتصادی به صرفه تر هستند همچنین استفاده از دستگاه های بازیابی انرژی در این محدوده صرفه جویی بالاتری را به همراه خواهد داشت زیرا بازگشت سرمایه كوتاهتری را به همراه دارند.
برای نمونه تجهیزات پیش گرمایش هوای ورودی به محفظه احتراق بویلرها از این دسته از این تجهیزات میباشد.
قابل توجه است كه با بازیابی گرما در بالاترین دما در یک سیستم قادر هستیم به صورت عملی در بالاترین پتانسیل دمایی بیشترین مقدار انرژی را بازیابی كنیم . سیستمهای پیش گرمكن هوا نمونه ای مناسبی از این دسته تجهیزات میباشند.

در اوایل قرن بیستم مهندسین ماشین به این نتیجه رسیدند كه موتورها بدون ضربه ، نرمتر و با بازدهی بیشتری كار می كنند . در سال 1916، Tomas Midgely یک دانشمند محقق كه در آزمایشگاه های تحقیقاتی شهر Dayton، كار می كرد پس از انجام یک سری از آزمایشات دریافت كه اضافه كردن ید به بنزین به طور موثری باعث كاهش ضربه در موتور می شود . اوضربه های موتور را ناشی از كیفیت پایین احتراق سوخت كه بعد ها به نام شاخص اكتان شناخته شده است دانست افزودن ید به بنزین باعث افزایش اكتان و كاهش ضربه موتور گردید. ولی در عین حال دو مشكل اساسی در بر داشت: 1- خورندگی 2- قیمت بالا
در یک كار تحقیقاتی مكمل در سال 1917، Charles kettering و Midgely اتیل الكل و بنزین را مخلوط كرده و دریافتند كه مخلوط الكل و بنزین سوخت مناسبی برای موتور است ونسبت به سایر مواد افزودنی دارای مزایای بیشتری است . زیرا تمیز وبدون هر آلودگی میسوزد و بدون ایجاد ضربه، تولید نسبت تراكم بیشتری در داخل موتور می كند و به دلیل افزایش عدد اكتان ، تولید اسب بخار بیشتری می كند.
Midgely در سال 1921 خواص تترا اتیل سرب (TEL) را كشف كرد. یک لیتر از TEL برای عمل آوردن 1150 لیتر بنزین كافی بود. سپس تحقیقات برای افزودن اتانول به بنزین ادامه پیدا كرد. ولی شركت های نفتی مصرف  را به عنوان ماده افزودنی بنزین ترجیح می دادند زیرا افزودن اتانول به بنزین، مصرف بنزین وسایل نقلیه را 20 الی 30 درصد كاهش می داد.
پس در سال 1996 مصرف بنزین سرب دار برای وسایل نقلیه در ایالت متحده آمریكا ممنوع شد . به دلیل عدم امكانات وسرمایه هنوزهم در خیلی از كشورها بنزین سربدار مصرف می شود.در سال 1970 لایحه (Clean Air Act) قانونی شد و مصرف بنزین بدون سرب تدریجاً از سال 1973 در ایالات متحده آغاز شد. قوانین ایجاد شده توسط (Clean Air Act) برای غلبه در مسائل زیست محیطی، از طریق کاهش تشکیل ازت در سطح زمین و نشر مونواکسید کربن از وسایل نقلیه همچنین کاهش نشر اکسیدهای سنگین SOx و NOx از اگزوزها، بنا شدند برای این منظور بنزین باید ویژگی های زیر را داشته باشد:
1- فراریت پایین: کاهش فشار بخار بنزین (RVP) به ویژه در طول ماه های تابستان باعث کاهش میزان ازت می شود. حذف بوتان ها و حتی CO ها از بنزین به دستیابی به این ویژگی در بنزین می انجامد.
2- محدودیت در میزان آروماتیک ها بخصوص بنزن: این مساله با کاهش برش بالای بنزین FCC انجام پذیر است.
3- افزایش ترکیبات اکسیژن دار: TAME و MTBE دو ترکیب برای این منظور هستند.
4- کاهش میزان الفین ها: این هدف با حذف الفین های CO از بنزین Fcc قابل دستیابی است. در ضمن حذف الفین های CO باعث کاهش بیشتر (RVP) می شود.

5- کاهش میزان گوگرد: این هدف نیازمند هیدروترتینگ (Hydrotreating) خوراک Fcc یا برش سنگین (heavy-end) بنزین Fcc می باشد.
6- حذف سرب: حذف سرب باعث کاهش عدد اکتان بنزین می شود که باید با جریان های دیگر وارد شوند، به استخر (Pool) بنزین جبران شود.
به نظر می رسد که الکیلات (محصول فرایند الکیلاسیون) می تواند در تنظیم استخر جدید بنزین کمک کند. زیرا الکیلات عدد اکتان بالایی دارد. و عدد اکتان بالای آن به دلیل مقدار زیاد پارافین شاخه دار کم واکنش پذیر موجود در آن حساسیت کمی دارد. با توجه به این مطلب می توان افزایش ظرفیت الکیلاسیون در سال های آتی را، به ویژه اگر محدودیت های استفاده از کاتالیست های اسید مایع با ساخت کاتالیست پایدار جامد جدید برطرف شود، انتظار داشت. حال در ادامه توضیحاتی را پیرامون الکیلات ارائه می نماییم.

حتی در پیشرفته ترین كشورهای دنیا بیش از یک دهه از عمر فناوری نوین بازیافت گازهای فلر نمی گذرد، لذا این روش یكی از روش های جدید برای استفاده از ضایعات پالایشگاه ها می باشد.
از جمله كشورهایی كه در زمینه بازیافت گازهای فلر فعالیت دارند می توان از ایالات متحده آمریكا، ایتالیا، هلند و سوییس نام برد.
در كشورهای آسیایی و خصوصا كشورهای واقع در منطقه خاورمیانه (بعلت نفت خیز بودن این مناطق) فناوریهای بازیافت مواد زاید پالایشگاهی مثل گازهای فلر از اهمیت زیادی برخوردار می باشد.
لازم به ذكر است در انجام این پروژه اطلاعات پالایشگاه تبریز پایه محاسبات قرار گرفته است. بازیافت گازهای فلر روشی است كه در آن از گازهای زایدی كه در برجهای فلر سوزانده می شوند به بهترین نحو استفاده می شود.
برای نیل به این منظور گازهای فلر پس از جمع آوری از لوله اصلی و قطره گیر فلر، به سمت یک كمپرسور می روند، طراحی و انتخاب این كمپرسور مهمترین قسمت پروژه می باشد. پس از فشرده شدن گاز بر اساس ساختار پالایشگاه یا واحد مربوطه گازها و مایعات به عنوان خوراك یا سوخت مورد استفاده قرار می گیرند.
برای فشرده ساختن گازها و طراحی واحد بازیافت گازهای فلر معمولا از كمپرسورهای دارای چرخه مایع و یا كمپرسورهای رفت و برگشتی استفاده می كنند.
مزیت كمپرسورهای دارای چرخه مایع خنك شدن گازها در هنگام كمپرس شدن توسط انتقال حرارت با مایع داخل كمپرسور (معمولا آب) می باشد، در صورت تمایل به جداسازی سولفید هیدروژن گازهای فلر می توان از آمین به جای آب استفاده كرد.
اما كمپرسورهای رفت و برگشتی را بسیار راحتتر از كمپرسورهای با چرخه مایع می توان خریداری كرد، همچنین تهیه لوازم یدكی، تعمیرات و نگهداری این نوع از كمپرسورها راحتتر می باشند. در صورت استفاده از كمپرسورهای رفت و برگشتی باید به این نكته توجه كرد كه در صورت افزایش دما بیش از حد مجاز امكان انفجار وجود دارد  .به همین دلیل در این پروژه دو حالت برای شبیه سازی مورد بحث قرار می گیرد:
حالت اول – خنك كردن گاز ورودی قبل از داخل شدن به كمپرسور: این روش باعث می شود فشرده سازی گاز در یک مرحله انجام شود و لذا هزینه اولیه كمپرسور كاهش یابد ولی در عوض باید هزینه خنك كن را به هزینه واحد اضافه كنیم.
حالت دوم – فشرده كردن گاز توسط یک كمپرسور دو مرحله ای: در این حالت به علت دو مرحله ای بودن كمپرسور و وجود خنك كننده میانی هزینه كمپرسور افزایش می یابد اما در عوض نیازی به حنك كننده گاز ورودی نیست.

در نهایت باید با بررسی اقتصادی بهترین حالت را انتخاب و گزارش نمود.
در انتهای این پروژه و در قسمت محاسبات مشخص می شود كمپرسور تك مرحله ای برای پالایشگاه تبریز كه یكی از پالایشگاه های بزرگ ایران است، مناسب تر است.
همچنین خواهیم دید این پروژه با عواید اقتصادی نیز توام است (در حدود نودوسه میلیون تومان سوددهی در سال).
در صورت اجرای قرارداد كیوتو در ایران مساله بازیافت گازهای فلر از اهمیت بیشتری برخوردار خواهد شد كه این مساله اهمیت تحقیق در مورد گازهای فلر پالایشگاه ها، پتروشیمی ها و دیگر صنایع را نشان می دهد.
از كشورهای تولید كننده این تجهیزات صنعتی می توان از یالات متحده، سوییس، ایتالیا و هلند نام برد.