معمولاً وقتی كه چاهی در یک مخزن دست نخورده حفر می شود هیدروكربنها بطور طبیعی به سطح زمین جریان می یابند. در اثر تولید از یک مخزن بطور معمول از فشار مخزن كاسته شده و به میزان آب همراه ن فت تولیدی افزوده شده و درصد گاز تولیدی نیز كم می شود. این عوامل در كنار هم سبب آن می شوند كه جریان سیال از چاه كند و نهایتاً قطع شود. به این منظور جهت تقویت تولید در سیستم های تكمیل چاه از سیستم های فرازآوری مصنوعی استفاده می شود. در حقیقت سیستم فرازآوری مص نوعی به سیال درون چاه انرژی می دهد و زمانی كه حداقل انرژی برای جریان فراهم شد چاه شروع به تولید می كند.
بر اساس نتایج تحقیقاتی كه در سال 1994 صورت گرفت بطور تخمینی نشان می دهد كه حدود 900000 چاه با كمك سیستم فرازآوری مصنوعی تولید شده اند .یعنی تنها حدود 7 درصد از چاه ها بطور طبیعی تولید شده اند و 93 درصد با كمك سیستم فرازآوری مصنوعی تولید شده اند و این در حالی است كه متوسط تولیدی چاه ها كمتر از 70 بشكه در روز بوده است.
2-1- دلایل نیاز به سیستم فرازآوری مصنوعی:
زمانی كه چاه تولید نمی كند یا نرخ تولید آن اقتصادی نباشد سیستم فرازآوری مصنوعی مورد نیاز است. شکل 1(a) نشان می دهد كه فشار مخزن پایین است و سطح استاتیكی سیال بالای چاه است.
شکل 1(b) نشان می دهد كه چگونه نصب یک پمپ كوچك در فاصل ه كمی از سطح استاتیكی سیال سبب محدودیت در ایجاد سیستم رانش می شود.
چاه با نرخ q شروع به تولید نموده است . گرادیان فشارهای استاتیک و جریانی در شكلهای 1(a) و 1(b) شبیه هم هستند ضمن آنكه افت فشار اصطكاكی د ر لوله تولیدی با این نرخ جریان پایین، خیلی كم است.
به آسانی مشخص می شود كه چنین نرخ تولیدی در زمانی كه پمپ در ته چاه نصب شده باشد نیز می تواند اتفاق بیفتد، زیرا هم افت فشار داخل پمپ را سبب می شود و هم سبب افزایش مكش در چاه می شود. فایده اصلی قرار دادن پمپ در قسمت مشبك كاری شده اینست كه حداكثر پتانسیل تولید از چاه را می توان بدست آورد (شکل 1© كه این مس أله سبب تولید از چاه با qmax می شود.
نصب پمپ زیر قسمت مشبك كاری سبب حداكثر میزان مكش و نرخ تولید می شود.
طراحی یک فرازآوری مصنوعی نیازمند آنست كه پمپ با نمودار كارآیی جریان ورودی و خروجی منطبق باشد.

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 1385 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 عمده 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 صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی
– توربین های گازی نیروگاه های تولید برق
از آنجایی كه معمولا در سیستمهای با دمای بالا اتلاف انرژی زیاد است، و از طرفی فرایند احتراقنیز 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 بهینهسازی 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 كمتر از 55 درصد است. به عبارت دیگر، این سیستم تقریباً نیمی از انرژی حرارتی سوخت را اتلاف میكند. همواره می توان مقدار قابل ملاحظه ای از تلفات انرژی سیستم را كاهش داد.
در صورتیكه بتوان با بهره گرفتن از تجهیزاتی از انرژی این گازها استفاده كرد و هوای مورد نیاز را برای احتراق پیشگرم كرد، به مقدار قابل ملاحظه ای در مصرف سوخت صرفه جویی میشود. انجام این كار ضمن بهبود فرایند احتراق و افزایش دمای شعله از احتراق ناقص سوخت نیز جلوگیری میكند. نمونه ای از این تجهیزات بازیافت انرژی ركوپراتورها هستند.
به طور كلی اثرات استفاده از سیستمهای بازیابی انرژی را می توان به دو دسته طبقه بندی كرد:

– اثرات استفاده مستقیم : بازیابی انرژی هدر رفته بر روی راندمان فرایند تا ثیر مستقیم دارد این عمل باعث كاهش در مصرف و هزینه های جانبی  آب، برق، بخار و………… هزینه فرایند میشود.
– اثرات استفاده غیرمستقیم: مزیت اثرات استفاده غیرمستقیم به شرح زیر میباشد:
الف) كاهش آلودگی
در كوره ها مقداری از مواد سمی ناشی از احتراق مانند دی اكسیدكربن، گاز ترش كربن سیاه، گاز باقیمانده پلاستیک های شیمیایی و غیره در اتمسفر آزاد می شوند. و هدف برای ما بازیابی انرژی و كاهش آلودگی های محیط زیست میباشد.
ب) كاهش سایز و اندازه تجهیزات
بازیابی انرژی تلف شده مصرف سوخت را كاهش می دهد كه سبب ك اهش گازهای تولیدی احتراق هم می شود. این نتایج سایز تجهیزات برای همه دستگاه هایی كه گازهای حاصل از احتراق در آنها بكار میرود را كاهش میدهد مانند فنها، دودكش كوره، مشعلها و… .
ج) كاهش مصرف انرژی
علاوه بر این كاهش در اندازه تجهیزات سبب كاهش در مصرف انرژی هم میشود همانند كاهش مصرف الكتریسیته برای فن ها و پمپها و غیره

از نقطه نظر شیمیدان ها، آب به صورت خالص ترین حالت آن در طبیعت یافت نمی شود و تهیه آب خالص مستلزم صرف هزینه و مواد می باشد. در نتیجه، این آب در محیط زیست و در طبیعت سریعا توسط ترکیبات مختلف آلوده می گردد. از طرف دیگر پیشرفتهای حاصله در علوم و فن آوری های مختلف موجب پیدایش مواد و مولکول های شده، که می توانند در برابر تجزیه زیستی مقاومت نمایند. در این میان، ترکیبات آلی و نیتروژن دار از جمله مواد مضر برای موجودات زنده هستند. این گونه ترکیبات عمدتا از واحدهای داروسازی، صنایع کاغذسازی، کک سازی، پتروشیمی و تولید روغن، پالایشگاه های نفت و بسیاری از واحدهای شیمیایی دیگر خارج می شود. که رها شدن چنین موادی در محیط زیست از خطرات مهم زیست محیطی محسوب می شوند. از طرف دیگر با توجه به افزایش محدودیت های ناشی از قوانین زیست محیطی و به منظور حفظ تعادل اکوسیستم طبیعی نیاز به روش های تصفیه ای جدیدی می باشد که بتوانند این مواد را حذف و یا حداقل به موادی با مولکول های کوچکتر و قابل تصفیه تبدیل نمایند. روش های متعارف تصفیه مانند روش های زیستی، برای تصفیه پساب های حاوی چنین موادی پاسخگو نمی باشد و روش های فیزیکی نیز این مواد را از یک محیط (با غلظت کمتر و حجم بیشتر) به محیط دیگر (با غلظت بیشتر و حجم کمتر) و یا از یک فرم (بسیار خطرناک) به فرم دیگر (کمتر خطرناک) تبدیل می کنند [Fernandes,2005; Gorgate,2002]
البته از سالیان دور سوزاندن فاضلاب های حاوی مواد خطرناک مرسوم بوده است در حالی که این روش تنها برای فاضلاب هایی با غلظت بالا (بدون در نظر گرفتن آلودگی اتمسفریک هوا) قابل توجیه است.
روش های اکسیداسیون شیمیایی، الکترو شیمیایی، فتوشیمیایی و فتوکاتالیسی فاضلاب های خطرناک از جمله جدیدترین و آخرین راه حل ها برای حذف کامل آلاینده ها مطرح می باشند. لیکن این روش های فعلا از نظر اقتصادی (چه از نظر هزینه ثابت و چه از نظر هزینه عملیاتی) قابل رقابت با فرایندهای تصفیه زیستی رایج نیستند. در تصفیه زیستی میکرو ارگانیسم ها بدون افزایش مقدار قابل ملاحظه ماده شیمیایی و فقط با کمک اکسیژن (تا هنگامی که سوبسترات آلی وجود دارد) واکنش اکسیداسیون را ادامه می دهند. در حالی که انجام این عمل توسط واکنش های شیمیایی، فتوشیمیایی، الکتروشیمیایی و فتو کاتالیستی مستلزم صرف هزینه فراوان، جهت تجزیه کامل آلاینده ها می باشد.
استفاده از روش های فتوشیمیایی و فتو کاتالیستی با نگاه به الگوی طبیعت به عنوان راکتور فتوشیمیایی عظیم بوده که در مجموعه آن خورشید به عنوان منبع تشعشع الکترومغناطیسی، هوا به عنوان ترکیب گازی و آب به عنوان محیط مایع، شرایط واکنش های فتوشیمیایی در آب و هوا را امکان پذیر ساخته است و این مسئله سبب توجه دانشمندان به بررسی بیشتر فرایند القاء نور و همچنین واکنش ها که با نور شروع می شوند شده است. و حجم عظیم مقالات منتشر شده در زمینه توسعه تکنولوژی های فتوشیمیایی (در فرایندها زیست محیطی و به ویژه در مورد تصفیه آب و هوا) و گسترش آن در مقیاس صنعتی مؤید آن است [Oppenlander,2003].
صنایع مختلف به ویژه پتروشیمی پساب های آلوده ای تولید می کند که بعضی از این پساب ها حاوی ترکیبات نیتراتی و آمونیاکی هستند، که این مواد سمی بوده و برای استفاده از روش متعارف تصفیه زیستی ایجاد مانع می نمایند. در این میان استفاده از روش جدید تصفیه ای فتوکاتالیستی به عنوان یک راه ساده حذف ترکیبات آمونیاکی شناخته شده است. به همین دلیل، در این تحقیق حاضر نیز آمونیاک به عنوان آلاینده انتخاب گردید تا حذف فتوکاتالیستی آن مورد بررسی قرار گیرد. به طور کلی فعالیت های انجام گرفته در این تحقیق  مطالعات کتابخانه ایی گسترده و جامع، بررسی روش های فتو شیمیایی، فتوکاتالیستی و حذف آمونیاک از آب و هوا به روش فتوکاتالیستی است.

فصل اول: اکسیداسیون فتوشیمیایی
1-1- نور و مفاهیم اولیه آن
انتقال انرژی از نظر کلاسیک به سه صورت هدایت، جابجایی و تشعشع انجام می شود. تشعشع برخلاف دو روش دیگر نیاز به محیط مادی جهت انتقال ندارد که نمونه مشخص آن، انتقال نور خورشید به زمین می باشد.
رفتار نور را می توان از نظر بنیادی براساس دو مکانیسم معرفی کرد. از یک طرف براساس تعریف تشعشع الکترو مغناطیسی نور موجی است که شامل یک میدان الکتریکی (E) و یک میدان مغناطیسی (M) می باشد که عمود به هم بوده و در راستای بعد سوم که همان سرعت نور © می باشد در حرکت است.
تشعشع EMR دارای دو مشخصه مهم طول موج و فرکانس می باشد. برحسب تعریف طول موج فاصله اندازه گیری شده (برحسب متر) بین دو Peak کامل موج و فرکانس، تعداد موج های گذرنده از یک نقطه ثابت در هر ثاینه (Hertz) می باشد. رابطه طول موج و فرکانس به صورت زیر بیان می شود.
C=;D           و                             C=3*108 m/s
در طول موج های کوتاه تشعشع EMR  بر مواد، تاثیر شیمیایی می گذارد که تئوری موج قادر به تشریح آن نمی باشد. از طرف دیگر تئوری ذره ای امواج الکترو مغناطیسی قادر به برطرف کردن این نقطه ضعف می باشد. برا

ساس این تئوری انرژی الکترو مغناطیس بر پایه ذرات بنیادی به نام فوتون انتقال می یابد. واحد انتقال انرژی تحت عنوان کوانتا بوده و براساس رابطه زیر تعریف می شود.
Q=hv
در رابطه بالا انرژی انتقال یافته براساس واحدهای انتقال انرژی (کوانتا) و برحسب ژول است. همچنین h با نام ثابت پلانک معروف بوده و برابر 6.26*10-34 می باشد.

نانوتکنولوژی، توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستمهای جدید با در دست گرفتن کنترل در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی است که در آن سطوح حاضر میشود. از همین تعریف ساده برمی آید که نانوتکنولوژی یک رشته جدید نیست، بلکه رویکردی جدید در تمام رشته هاست. فناوری نانو هنوز در مراحل اولیه رشد خویش میباشد. گرچه هم اکنون برخی از محصولات این فناوری در بازار موجود است، ولی این دانش بایستی قبل از تجاری شدن هم از جنبه های تکنولوژیکی و هم از جنبه های علمی پیشرفت نماید.
نانوتکنولوژی را باید به عنوان مقولهای بلندمدت نگاه کرد که حداقل نیمه اول قرن بیست و یکم را به طور مداوم تحت تأثیر قرار خواهد داد. کشورهای مختلف، در آموزش و پروش نانو به عنوان فعالیت بلندمدت سرمایهگذاری نمودهاند و برای دستیابی به دستاورهای نزدیک مدت نیز پژوهشهای متعددی در حوزه هایی چون نانو مواد، نانوالکترونیکو مانند آن در دست انجام است. از ویژگیهای نانوتکنولوژی میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
نانوتکنولوژی، یکتکنولوژی عام است که در بسیاری از تکنولوژی های دیگر کاربرد داشته و بعضی از آنها را متحول میکند.
اثرات نانوتکنولوژی بر امنیت و دفاع
اثرات نانوتکنولوژی بر حفظ محیط زیست
نانوتکنولوژی تمام دستاوردهای گذشته بشر را که در مواد تحقق یافته است، متحول میسازد؛ در واقع تحول نانوتکنولوژی ظرف چند دهه به اندازه تحولات چند قرن خواهد بود.
نانوتکنولوژی رقیب سایر تکنولوژیها نیست بلکه مکمل و پایه آنهاست.
کاربردهای نانوتکنولوژی همه جا همراه با هزینه کمتر، دوام و عمر بیشتر، مصرف انرژی پایین تر، هزینه نگهداری کمتر و خواص بهتر است.
رویکرد جدید و اولویت بسیاری از تکنولوژی های جدید نیز در مقیاس نانو بوده و حتی پاسخگوی چالشهای مطرح آن نمیباشد، به عنوان مثال دو چالش عمده پیل سوختی، یعنی ذخیره ایمن هیدروژن و عدم استفاده از مواد گران با نانوتکنولوژی حل خواهد شد.
مجموعه عملیاتی که از اکتشاف تا قبل از پالایشگاه در زمینه ی تولید و استخراج نفت انجام می گیرد، صنایع بالادستی گفته میشود. این عملیات شامل اکتشاف، حفاری، بهره برداری و مدیریت مخازن میشود. در اکتشاف ابتدا یک انفجار انجام می شود، سپس بازتابشهای صوتی توسط ژئوفون ها ثبت می شود. از تحلیل این بازتابشها و بر پایه تفاوت سرعت حرکت صوت در لایه های مختلف، ساختار لایه ها و نوع سیال درون آنها مشخص میشود. بدین ترتیب ساختارهایی که می توانند احتمالا حاوی نفت و گاز باشند مشخص می شوند. با حفاری زمین تا عمق مورد نظر که در ایران معمولا بین

1500 تا 3500 متر است، فرضیه های اکتشافی نهایی میگردد. در صورتیکه مخزن موردنظر حاوی نفت و گاز باشد، چاه حفر شده برای تولید نفت آماده میشود که شامل نصب یکسری ابزارها درون چاه تا سطح زمین و خط لوله از سطح زمین تا قبل از پالایشگاه است. سپس تا حدامکان درون یک مخزن چاه های دیگری که چاه های توسعه ای گفته میشود، حفر میشوند.
نهایتا تعداد چاه ها، نرخ بهره برداری از هر کدام، استراتژی تولید در آینده و تکنیکهای لازم می بایست برای حداکثر کردن برداشت از مخزن باحداقل هزینه ها مدیریت شود که در مقوله ی مدیریت مخازن میگنجند.

انرژی و مباحث مربوط به آن از مهمترین مسائلی است كه صاحبان صنایع و مهندسان به آن توجه نشان می دهند. از دیرباز و پس از بحران انرژی دهة 70 میلادی اهمیت كاهش مصرف انرژی در صنایع بیش از پیش جلوه گر شد، كشورهای غربی و صنعتی در طراحی كارخانه ها و واحدهای صنعتی عمده كه دارای مصرف انرژی بالایی هستند مثل پالایشگاه ها، مجتمع های پتروشیمی و نیروگاه ها و … به
گونه ای عمل كردند كه نیازمند حداقل مصرف انرژی باشند، و با تحقیق در زمین ههای مختلف كاهش مصرف انرژی به موفقیت هایی نیز دست یافتند.
از سویی دیگر كشورهای درحال توسعه و بخصوص كشورهای صاحب ذخایر عظیم انرژی نظیر ایران به پشتوانه این منابع خدادادی و قیمت ارزان آن در طراحی واحدهای صنعتی كمترین توجهی به حفظ انرژی نشان نداند. اما امروزه با وضع قوانین سختگیرانه زیست محیطی و رو به پایان بودن و تجدید ناپذیری این منابع از سویی و قیمت بالای انرژی از سوی دیگر مسئولان این كشورها را نیز بر آن داشت تا به مسالة صرفه جویی و كاهش مصرف انرژی توجه بیشتری نشان دهند.
در تعریف انرژی كه براساس قانون اول ترمودنیامیک استوار است، فرض می شود تمام حالات انرژی برابرند و اتلاف كیفیت انرژی محاسبه نمیشود به عنوان مثال، تغییرات كیفیت انرژی حرارتی كه از دمای بالا به پایین منتقل می شود توسط تحلیل انرژی قابل بیان نیست، فقط بیانگر توالی جریان انرژی است. ولی تحلیل اكسرژی بر پایه قوانین اول و دوم ترمودینامیک استوار است و از لحاظ ترمودینامیک نواقص فرایند را نشان می دهد از جمله اتلاف مواد و انرژی را.
معمولاً در موازنه انرژی قانون اول را در یک محیط بسته استفاده م یكنیم بنابراین هیچگاه احتمال اتلاف انرژی بررسی نمی شود مگر انرژی منتقل شده به محیط كه غیرقابل استفاده م یشود. برای دقت در بیان بازگشت ناپذیری باید از تحلیل اكسرژی استفاده كرد.
بخش گسترده ای از مصرف انرژی در صنایع مانند صنایع پالایشگاهی و پتروشیمیایی میباشد و رابطة مفهوم اكسرژی را م یتوان برای بررسی سه نوع از Eها استفاده كرد كه شامل انرژی، اقتصاد و محیط زیست است.
بسیاری از كاربردهای مفهوم اكسرژی كه براساس تكنیكهای اكسرژی پایه ریزی شده می تواند برای كاهش مصرف انرژی در صنایع به كار روند كه باعث كاهش اتلاف انرژی و انعطاف پذیری فرایندها از لحاظ اقتصادی و زیست محیطی می شوند.
تحلیل اكسرژی م یتواند اطلاعات بسیاری در راستای عملكرد واحدهای صنعتی و اصلاح و بهینه سازی آنها فراهم كند.
پایان نامه حاضر به بررسی تحلیل اكسرژی و كاربرد آن در واحدهای پالایشگاهی برای كاهش مصرف انرژی و بخصوص برج تقطیر اتمسفریک پالایشگاه تبریز می پردازد. در فصلهای مختلف این پایان نامه به معرفی تحلیل اكسرژی و بیان روابط و نمودارهای آن، كاربردهای تحلیل فوق در صنایع و بررسی اقتصادی این تحلیل و دستاوردهای آن در صنایع و در نهایت شبیه سازی برج تقطیر پالایشگاه تبریز پرداخته شده است.