Endüstriyel hafif nafta izomerizasyon reaktörleri için iki fazlı reaktör modeli geliştirilmesi ve doğrulanması

İzomerizasyon prosesleri, petrol endüstrisinde en çok kullanılan kimyasal süreçlerden biridir. İzomerat olarak adlandırılan ürünü, benzen ve bütan türevlerinin giderilmesi sonucu meydana gelen hacim kaybını karşılamak için benzin havuzunda kullanılan ana maddedir. Ek olarak, çevre mevzuatı benzin içerisindeki sülfür ve benzen oranını belirli sınırlarda tutmakta ve gelecekte bu düzenlemelerin daha fazla kısıtlama yaratacağı öngörülmektedir. İzomerizasyon teknolojisinde, UOP PenexTM uygulaması en fazla tercih edilen proses türüdür. İşlem olarak düşük oktanlı hafif naftayı yüksek oktanlı, dallanmış izomerlerine dönüştürür ve aynı zamanda benzen azaltımı, halka açılması, ve kırılma reaksiyonlarının da olmasını sağlar. Tipik Penex reaktörü, klorlanmış Pt/Al2O3 katalizi üzerinde kırılma ve dönüşümle ürünün 60-70 oktandan 85-87 oktan aralığına çıkmasını sağlar. Reaksiyonlar düşük kısmi basınç altında hidrojen varlığında 32 bar ve 130-160 oC aralığında gerçekleşir. Reaksiyonlar yüksek egzotermik geri dönüşümlü olduğundan düşük sıcaklıkta daha etkili olan termodinamik denge ile kontrol edilir. Bu da sıcaklığın termodinamik ve kinetik limitler arasında optimum bir noktada olması gerektiğinin önemini gösterir. Süreci optimize edebilmek için gerekli düzeyde karmaşıklık içeren reaktor modeli kurulması önemlidir. Bu çalışmada, Tüpraş İzmir Rafinerisinde bulunan Penex reaktörlerinin, yatışkın halde, aşağı yönde akışla çift fazda ve reaksiyon hızlarının üs kuralı kinetiğiyle modellenmesi yapılmıştır. Kinetik parametreler, ünite verisi ve model çıktısı arasındaki hatanın kareleri toplamının minimize edilmesine dayanan hedef fonksiyonunun lineer olmayan regresyon yöntemi ile çözülmesinden elde edilmiştir. Sonuçlar izopentan ve 2,2-dimetilbütanın ürün oranının normalde olması gereken 130 oC'nin çok üzerinde, 160 oC'de maksimize edilebildiğini göstermiştir. Aynı zamanda beş karbonlu parafinlerin altı karbonlu parafinlere oranla daha kolay izomerleşmekte olduğu da görülmüştür. Ek olarak, ünite beslemesinin içerisinde bulunan benzen 100-200 oC aralığında neredeyse tamamen dönüşüme uğramıştır.