فرآيندهاي پالايش نفت مقدمه هدف پالايش آناست كه از نفت خام، رديف كاملي از فرآوردههاي نفتي كه جوابگوي نياز كمي و كيفي بازار مصرف باشند، توليد شود. در اين رابطه، پالايشگر از تدادي روشهاي فيزيكي جداسازي و روشهاي شيميايي تبديل و تصفيه، استفاده ميكند. به هم پيوستگي اين عمليات مختلف، نمودار ساخت يك پالايشگاه را تشكيل ميدهد. توسعه عمليات و فرآيندهاي پالايش و تنظيم آنها در نمودارهاي پالايشي همواره تحت تاثير روند كاربرد فرآوردههاي نفتي بوده است. در اواخر دههي 1960 ،در اثر افزايش تقاضا براي فرآوردههاي سبك (بنزين، سوخت ديزل) و كاهش مصرف فرآوردههاي سنگين (نقت سوختها)، پالايش نفت دستخوش تغييرات عمدهاي شد. اين تغييرات با بهبود كيفيت فرآوردهها، به ويژه افزايش عدد اكتان بنزينها و عدد ستان سوختهاي ديزلي همراه بود. در حال حاضر با معرفي استانداردهاي جديد ضد آلودگي و همچنين محدوديتهاي در نظر گرفته شده براي تركيب شيميايي فرآوردههاي نهايي، نمودارهاي پالايشي به گونهاي تنظيم ميشوند كه ضمن انعطافپذيري، مشخصات جديد فرآوردهها و الزامات زيست محيطي را تامين نمايند. در اينجا انواع فرآيندهاي پالايشي كه ميتوانند جهت دستيابي به اين اهداف مورد استفاده قرار گيرند، ارائه ميشوند. الف- فرآيندهاي جداسازي در يك پالايشگاه نفتي فرآيندهاي جداسازي شامل عمليات زير ميباشند: - آتمسفري جهت تفكيك نفت خام به برشهاي نفتي با فاصلهي جوش مشخص 1 تقطير - خلا جهت تقطير باقيماندهي آتمسفري و تفكيك آن به برشهاي مختلف - تقطير جانبي جهت جداسازي فرآوردههاي خروجي از واحدهاي تبديل تقطير 2 -استخراج - آسفالتگيري جهت جداسازي مواد روغني بهجا مانده در باقيماندهي خلا - استخراج آروماتيكهاي سنگين از جريان روغن روانكننده (1 (با حلال جهت جداسازي هيدروژن سولفيد از جريانهاي گاز پالايشگاه. (2 (3 -جذب جهت تخليص هيدروژن ( PSA (و در گذشته جهت تصفيه روغنها (3 (4 -جذب سطحي براي جداسازي مومها از برشهاي روغني (4 (5 -تبلور ب) فرآيندهاي تبديل فرآيندهاي تبديل در پالايشگاههاي نفتي و صنايع پتروشيمي نقش اساسي دارند. گروه وسيع فرآيندهاي تبديل را ميتوان به گروههاي زير تقسيمبندي كرد: 1 -فرآيندهايي كه براي بهبود مشخصات فرآوردههاي نفتي طراحي شدهاند شامل عمليات و واكنشهاي زير ميباشند: - واكنشهاي تجديد آرايش مولكولي  رفرمينگ كاتاليزوري جهت بهبود عدد اكتان بنزينهاي سنگين  ايزومري جهت بهبود عدد اكتان بنزينهاي سبك - واكنشهاي افزايشي  الكيلاسيون جهت توليد بنزين با عدد اكتان بالا از هيدروكربنهاي سبك  سنتز اترها به منظور توليد اترهاي افزايندهي عدد اكتان بنزينها  اليگومري جهت توليد بنزين از هيدروكربنهاي سبك 2 -فرآيندهاي تبديل به دو گروه حرارتي و كاتاليزوري تقسيم شدهاند: - فرآيندهاي حرارتي شامل:  كاهش گرانروي جهت تنظيم گرانروي نفت سوختها  ككينگ براي ايجاد كك و فرآوردههاي سبكتر - فرآيندهاي كاتاليزوري شامل:  كراكينگ كاتاليزوري جهت توليد فرآوردههاي سبك  رفرمينگ با بخار جهت توليد گاز سنتز و هيدروژن  هيدروكراكينگ جهت توليد فرآوردههاي سبك ج) فرآيندهاي پاياني 1 -تصفيه در حضور هيدروژن و هيدروژناسيون جهت حذف آلايندههاي مواد نفتي و افزايش ثبات آنها 2 -شيرينسازي جهت تبديل يا حذف آلايندههاي گوگردي موجود در مواد نفتي سبك د) فرآيندهاي حفاظت از محيط زيست 1 -فرآورش گازهاي اسيدي- بازيافت گوگرد 2 -فرآورش گاز دودكش 3 -عمليات بر روي فاضلابهاي پالايشگاهي در فصول آينده، فرآيندهاي ذكر شده به تفصيل مورد بررسي قرار خواهد گرفت. 1 (نمكگيري از نفت خام مقدمه) 1-1 اكثر نفتهاي خام حاوي كلريدهاي سديم و منيزيم، اندكي سولفات، سيليس و اكسيدهاي آهن ميباشند و حتي اگر در خروج از معادن نيز داراي اين تركيبات نباشند، در طول حمل و نقل، به ويژه با كشتيها، اين املاح وارد نفت خام ميشوند. كلريدها و سولفاتها به حالت محلول در قطرههاي كوچك آب معلق در نفت خام وجود دارند. مقدار اين املاح متفاوت است و به طور مثال در نفتهاي خاورميانه حدود 12 گرم در تن ميباشددر حالي كه در مورد نفتهاي مصر به 3 كيلوگرم در تن ميرسد. چنانچه ميزان املاح موجود در نفت خام از 5/4 كيلوگرم در هزار بشكه تجاوز نمايد، بايد آن را نمكگيري كرد. بسياري از پالايشگاهها براي كمتر از اين مقدار نيز اقدام به نمكگيري ميكنند زيرا رسوب نمك باعث جرمگرفتگي و خوردگي تاسيسات ميشود. 2-1 (شرح فرآيند نمكگيري اساس روش نمكگيري انحلال املاح موجود در نفت خام به وسيلهي آب است. دشواري اين روش در تهيهي مخلوط موثر آب و نفت، مرطوبسازي ذرات جامد و جداسازي آب شست و شو از نفت ميباشد. عوامل موثر بر بازده نمكگيري عبارتند از pH ، چگالي و گرانروي نفت خام و نيز نسبت حجمي آب شست و شو به نفت خام. يكي ديگر از هدفهاي نمكگيري، حذف ذرات جامد معلق(ذرات ماسه، رس، خاك، اكسيد و سولفيد آهن...) در نفت خام است. در اين مورد برحسب اندازهي ذرات، درصد حذف بايد بين 60 تا 80 %باشد. عمليات نمكگيري به وسيلهي مخلوط كردن نفت خام با 3 تا 10 درصد حجمي آب در دماي 90 تا 150 درجه سانتيگراد انجام ميشود. درصد آب مصرفي و دماي عمليات بستگي به چگالي نفت خام دارد. همانگونه كه در جدول زير مشخص شده است: C ( درصد حجمي آب شست و شو API o دما ( API>40 3-4 115-125 30< API<40 4-7 125-140 API<40 7-10 140-150 نمكها در آب شست و شو حل شده، سپس در مخزن جداكننده، آب و نفت از هم جدا ميشوند. اين جداشدن يا در اثر افزودن مواد شيميايي شكنندهي امولسيون (دمولسيفاير)صورت ميگيرد و يا با ايجاد يك ميدان الكتريكي با پتانسيل بالا به منظور تسريع در بههم چسبندگي قطرههاي آب حاوي نمك. در اين مورد ميتوان از جريان متناوب و يا مستقيم استفاده كرد. پتانسيل لازم بين 16000 تا 35000 ولت است. در واحدهاي نمكگيري تك مرحلهاي، بازده عمليات ميتواند به 95 %برسد و در احدهاي دو مرحلهاي به 99 .%در يك فرآيند نمكگيري ميتوان از جريان مسقتيم و و متناوب تواما استفاده نمود تا ناكارآيي افزايش يابد. نفتهاي خام سنگين نفتني در مقايسه با ساير نفتها، امولسيونهاي پايدارتري ايجاد ميكنند كه موجب كاهش كارآيي دستگاههاي نمكگيري ميشوند. در اين حالت بايد دما بالاتر از 135 درجه سانتيگراد باشد و pH در محدودهي 8-6 قرار گيرد. تنظيم pH به وسيلهي افزودن اسيد به آب ورودي و يا برگشتي انجام ميشود. 3 -تقطير نخستين عمل مهمي كه در پالايشگاه بر روي نفت خام انجام ميشود، تقطير است. طي اين عمل، نفت خام به فرآوردههاي مختلف نفتي تفكيك ميشود. مبناي اين تفكيك اختلاف فاصلهي جوش(فاصلهي ابتدايي تا نقطهي انتهايي جوش) فرآوردههاست. تقطير نفت خام طي دو مرحله در فشار اتمسفري (تنظيم اتمسفري) و در فشار پايينتر (تقطير خلآ) انجام ميشود. اتمسفري تقطير – 3-2 -1 نفت خام پس از نمكگيري، به داخل يك رشته مبدل حرارتي پمپ ميشود و پس از تبادل حرارت با C ( ميرسد و پس از آن از كورهاي o فرآرودهها و جريانهاي بازگشتي ستون تقطير، به دماي حدود 280) C ( ميرساند. سپس مخلوط مايع و بخار بهدست آمده وارد منطقهي o ميگذرد كه دمايش را به حدود 350) تبخير آني ستون تقطير اتمسفري ميشود. در اين منطقه، بخارها به طور ناگهاني از مواد سنگينتر جدا شده، به طرف سينيهاي بالاي ستون حركت ميكنند (منطقهي غنيسازي) و قسمت سنگينتر نيز كه به صورت مايع است به طرف پايين ستون جريان مييابد (منطقهي استريپينگ). شماي عمومي واحد تقطير اتمسفري دستگاه ها: 1 -نمك گير، 2 -كوره، 3 -برج تقطير، 4و 5 -استريپرها، 6 -جداساز جريان ها: I -نفت خام، II -آب نمك، III -گاز به طرف جداسازي، IV -آب، V -بنزين سبك، VI -نفتا، VII -گازوييل،VIII - باقيمانده اتمسفري به سمت برج تقطير در خلاء، IX -بخار آب ستون تقطير از تعدادي سيني تشكيل شده است كه در هر يك از آنها بخار و مايع در حال تعادلند. در اين ستون، فرآوردههاي نفتي به ترتيب برحسب فاصلهي جوش جدا ميشوند، (فاصلهي جوش محدودهي بين نقطه جوش ابتدايي تا انتهايي است)بهدين صورت كه از بالاي ستون سبكترين مواد به دست ميآيد و از قسمتهاي جانبي ستون، فرآوردههاي ميان تقطير. فرآوردههايي كه از اين ستون به دست ميآيند "فرآوردههاي مستقيم" ناميده ميشوند. جريانهاي خروجي از ستون تقطير به صورت بخارند و پس از عبور از كندانسورها تبديل به مايع ميشوند. قسمتي از اين مايع به عنوان فرآور دهي تقطير دريافت شده و قسمت ديگر تحت عنوان بازگردان به ستون تقطير بازگردانده ميشود. هدف از بازگردان، تفكيك بهتر و تنظيم دماي ستون است زيرا بازگردان به محض ورود به ستون تقطير مجددا تبخير ميشود و گرماي لازم براي تبخير را از مواد موجود در سيني ميگيرد و در نتيجه، مواد سنگينتري كه در بخارها آمادهي خروج از ستون بودند، دوباره به حالت مايع درآمده، به طرف سينيهاي پايينتر جريان مييابند. در اين سينيها نيز جريان به همين منوال ادامه مييابد. به اين ترتيب، در اثر انتقال جرم و حرارت، فاز مايعي كه به طرف پايين جريان مييابد، مرتبا از سازندههاي سنگينتر غني ميشود در حالي كه فاز بخار به تدريج كه به سينيهاي بالاتر ميرود، سازندههاي سبكتر را جذب ميكند.

پالایش نفت و فرآیندهای آن

دسامبر 16, 2019

5 خواندن این مطلب 6 دقیقه زمان میبرد

پالایش نفت و فرآیندهای آن (Petroleum Refining) در واقع انجام یک سری تغییرات فیزیکی و شیمیایی بر روی محصول ورودی پالایشگاه که نفت خام است و تبدیل آن به محصولات خروجی یا فراورده های نفتی می‌­باشد. هدف از پالایش نفت تبدیل ماده­ کم فایده و غیر قابل استفادۀ نفت خام، به فرآورده های نفتی با کیفیت و مورد تقاضای بازار و مصرف کنندگان می‌­باشد.

پالایشگاه (Petroleum Refinery) مجموعه ای از امکانات و تجهیزات است که باهم مرتبط بوده و عمل پالایش نفت را انجام می­‌دهند. پالایشگاه ها شامل انواع مختلفی بر اساس ساختار و مواد تولیدی می­‌باشند. همچنین هر پالایشگاه خود شامل بخش های مختلفی است که هرکدام وظیفه­ خاصی در راستای تولید و بهبود کیفیت فرآورده های نفتی بر عهده دارند.

در یک پالایشگاه نفت با توجه به حساسیت کار و نیاز به دانش و تخصص، مهندسان مختلفی در رشته های مکانیک، فرایند، شیمی، نفت، انرژی، برق، کامپیوتر، ایمنی وغیره فعالیت می­‌کنند.

شما می توانید عملیات حفاری و استخراج نفت را در مقاله لینک شده دنبال کنید.

انواع پالایشگاه ها

به طور کلی می­توان پالایشگاه ها را از لحاظ محصولات تولیدی به سه دسته­ زیر تقسیم نمود:

1. پالایشگاه های سوخت. که متداول ترین نوع پالایشگاه هستند و هدف آن­ها تولید سوخت های رایج مانند بنزین، گازوییل، گاز مایع، نفت سفید و… است. مانند پالایشگاه تهران، پالایشگاه آبادان، پالایشگاه اراک و…
2. پالایشگاه های روغن ساز. که محصولات تولیدی آن­ها انواع روغن ها و روان کننده های سبک و سنگین، قیرها و… هستند. این محصولات می‌­توانند هم به صورت مجزا به تولید روغن بپردازند و یا اینکه در ادامه­ عملیات یک پالایشگاه سوخت این کار را انجام دهند. از پالایشگاه های معروف در این حوزه می‌­توان به پالایشگاه نفت پارس و پالایشگاه نفت بهران اشاره کرد.
3. پالایشگاه های پتروشیمیایی. که علاوه بر تولید فراورده های سوختی، مواد اولیۀ واحدهای پتروشیمی مانند آروماتیک ها، اتیلن، بوتادین و غیره را تولید می­‌کنند. از جمله پالایشگاه های معروف در این حوزه می­‌توان به پالایشگاه ستاره خلیج فارس اشاره کرد.

فرایندهای پالایش نفت

به طور کلی در یک پالایشگاه برای دستیابی به محصولات مورد نیاز، یک سری فرایندهای فیزیکی و شیمیایی انجام می‌­شود. مهم ترین عملیات پالایشگاه، تقطیر نفت خام (Distillation) می­‌باشد که هدف آن جداسازی نفت خام به برش های نفتی است. در ادامه، فرایندهای دیگری جهت بهبود خواص یا تغییر خواص فراورده ها انجام می­‌شود. از جملۀ این فرایندها می‌­توان به  رفرمینگ و ایزومری برای افزایش عدد اکتان بنزین و فرایندهای هیدروکراکینگ، ککینگ، الیگومری و… برای تولید سوخت های سبک از فراورده های سنگین تر اشاره کرد.

پس از این فرایندها نوبت به فرایندهای تصفیه می­رسد که هدف آن ها حذف آلاینده ها از فراورده های نفتی می­باشد. در پایان برای حفاظت از محیط زیست و کاهش آلودگی ها، عملیات تصفیه پساب ها،  فراوری گازهای دودکش و… انجام می­‌شوند. هرکدام از این فرایند ها در واحدهای جداگانه در پالایشگاه ها انجام شده و دارای استانداردهای بسیار دقیقی هستند که باید تماماً اجرا شوند.

تقطیر نفت

مهم ترین عملی که در پالایشگاه بر روی نفت خام انجام می‌­شود، تقطیر (Distillation) می­‌باشد. فرایند تقطیر در واقع تفکیک و جداسازی نفت خام به یک سری برش های نفتی بر اساس اختلاف فاصلۀ جوش فراورده ها است.

عمل تقطیر نفت خام در وسیله ای به نام برج تقطیر (Distillation Column) انجام می‌­شود. برج های تقطیر شامل دو نوع برج تقطیر اتمسفری (Atmospheric Distillation Column) و برج تقطیر خلأ (Vacuum Distillation Column) هستند که هر کدام به طور جداگانه توضیح داده خواهند شد.

تقطیر اتمسفری در پالایش نفت

نفت خام ورودی به پالایشگاه، ابتدا وارد تجهیزات نمک گیر شده تا املاح موجود در آن به طور کامل از آن زدوده شود. در ادامه، نفت خام جهت پیش گرمایش از تعدادی مبدل حرارتی عبور می‌­کند. این مبدل های حرارتی در واقع گرما را از فراورده های تولیدی برج تقطیر به نفت خام ورودی منتقل می­‌کنند. طی این انتقال حرارت دمای نفت خام به حدود 280˚C می­رسد.

در این مرحله نفت خام باید جهت گرمایش کامل وارد کوره شود. دمای نفت خام پس از خروج از کوره به حدود 350˚ C می­رسد. در این مرحله نفت خام عملاً به صورت دوفازی درآمده و ترکیبی از فاز مایع و بخار می ­باشد.

نفت خام پس از رسیدن به دمای مناسب باید وارد برج تقطیر گردد. برج تقطیر یک استوانه با ارتفاع زیاد بوده و از تعدادی سینی تشکیل شده است. تعداد سینی های برج تقطیر اتمسفری چیزی بین 30 تا 60 سینی می­‌باشد. این سینی ها در نقاط مختلفی از برج از لحاظ ارتفاع نصب شده اند و برش های نفتی با توجه به فاصلۀ جوششان (محدودۀ بین نقطه جوش اولیه و نهایی)، در ارتفاع و سینی مناسب خود جمع شده و خارج می­‌شوند.

دما در بالای برج تقطیر اتمسفری 70˚ C و در قسمت پایین آن 350˚ C می­‌باشد. برش های سبک تر  نفتی از قسمت های بالایی برج و برش های سنگین تر از پایین برج خارج می­‌شوند. جریان های خروجی از برج تقطیر به حالت بخار هستند و پس از عبور از کندانسورها به حالت مایع در می­‌آیند.

معمولاً همراه هر برش نفتی مقداری مواد سبک تر هم از برج تقطیر خارج می­‌شود. این امر می­‌تواند باعث پایین آمدن نقطه اشتعال (اولین دمایی که سوخت در آن مشتعل می‌­شود) فراورده می‌شود. به منظور اصلاح این امر، برش های خروجی از برج تقطیر را به برج استریپینگ کوچکی می‌­فرستند. برش های نفتی در برج استریپینگ در تماس با بخار قرار گرفته و مواد سبکتر از آن­ها جدا می‌­شوند.

برج تقطیر اتمسفری

دیاگرام جریان های برج تقطیر اتمسفری

جدول زیر نشان دهندۀ فراورده های خروجی از برج تقطیر اتمسفری به همراه کاربردها و دمای تقطیر آن­ها در مرحله پالایش نفت است:

برش نفتیمحدوده دمای تقطیرکاربردها

گازهای سبکدر تمامی دماهامخلوطی از گازهای متان و اتان کاربرد به عنوان سوخت پالایشگاه

گاز مایع LPGT < 40 Cمخلوطی از پروپان و متان و بوتان
کاربرد به عنوان سوخت و مواد اولیه شیمیایی

بنزین (نفتای سبک)90 – 40 Cسوخت موتورهای احتراق داخلی

نفتای سنگین190 – 90 Cبه عنوان مواد اولیه شیمیایی و خوراک واحدهای پتروشیمی مانند تینر

کروزن Kerosene270 – 90 Cشامل نفت سفید و سوخت جت
کاربرد به عنوان سوخت ماشی آلات کشاورزی و سوخت هواپیما

گازوئیل320 – 270 Cسوخت موتورهای دیزلی مانند کامیون ها و سوخت بعضی نیروگاه ها و تجهیزات گرمایشی

باقیمانده اتمسفریT>320 Cخوراک ورودی برج تقطیر خلاء

تقطیر خلأ در پالایش نفت

در برج تقطیر اتمسفری مقداری مواد سنگین تر به جا می­‌ماند که دارای نقطۀ جوش بالایی هستند. اگر برای تقطیر این مواد، دمای برج تقطیر بالاتر برده شود، باعث شکست حرارتی مولکول ها و تشکیل کُک می­‌شود. بنابراین برای جلوگیری از این امر، مواد باقیماندۀ برج اتمسفری به برج تقطیر خلأ فرستاده می­‌شوند.

برج تقطیر خلأ (Vacuum Distillation Column) دارای فشاری پایین تر از اتمسفر و حدود 10 تا 45 میلی متر جیوه است و افزایش دما در آن باعث تشکیل کُک نمی‌­شود.

باقیماندۀ اتمسفری قبل از ورود به برج خلأ وارد یک کوره می­‌شود. در کوره مقداری بخار آب به جریان تزریق شده تا خوراک ورودی روان تر شده و تشکیل کُک کمتر شود. دمای جریان پس از خروج از کوره بسته به نوع خوراک چیزی بین 380 ˚C تا 450 ˚C می­‌باشد.

در این مرحله جریان وارد برج تقطیر خلأ می‌­شود. برج تقطیر خلأ دارای قطر بسیار بزرگ حدود 9 متر بوده و در ساختار آن حدود 8 الی 20 سینی به کار رفته است. تعدادی اجکتور (Ejector) به صورت سری، جهت کاهش فشار، به برج تقطیر خلأ متصل هستند.

جریان ورودی به برج خلأ در اثر افزایش دما بخار شده و برش های مختلف در سینی های خاص خودشان جمع می‌­شوند. در نهایت بخارات خروجی از برج تقطیر خلأ پس از عبور از کندانسورها مایع شده و به صورت فراورده های برج خلأ خارج می­‌شوند. بعضی از این فراورده ها به صورت مستقیم استفاده شده و بعضی دیگر به واحدهای دیگر پالایشگاه نظیر کراکینگ، رفرمینگ و… جهت تغییر خواص و بهبود کیفیت فرستاده می­شوند.

برج تقطیر خلأ

دیاگرام جریان های برج تقطیر خلأ

جدول زیر نشان دهندۀ فراورده های خروجی از برج تقطیر خلأ به همراه کاربردها و دمای تقطیر در مرحله پالایش نفت است:

برش نفتیمحدوده دمای تقطیرکاربردها

گازوئیل خلاء سبک420 – 320 Cبه عنوان سوخت یا خوراک پالایشگاه های روغن سازی

گازوئیل خلاء سنگین560 – 420 Cخوراک پالایشگاه روغن سازی یا خوراک واحد های کراکینگ و
هیدروکراکینگ جهت تبدیل به فراورده های سبک تر مانند بنزین،
سوخت جت و گازوییل

قیرT>560 Cبه عنوان مادۀ مورد استفاده در آسفالت
یا خوراک واحد ککینگ جهت تبدیل به فراورده های سبک تر

جمع بندی

در کشور ایران پالایشگاه آبادان با پالایش 390 هزار بشکه نفت در روز، بیشترین ظرفیت پالایش را بین پالایشگاه های کشور دارد. به طور کلی مجموع ظرفیت پالایشگاه های ایران حدود یک میلیون و هشتصد هزار بشکه نفت در روز می­‌باشد.

مهم ترین قسمت فرایند پالایش نفت ، تقطیر نفت خام می­‌باشد. محصولات به دست آمده از برج تقطیر معمولاً به طور مستقیم قابل استفاده نیستند. این محصولات با ارسال به واحدهای دیگر پالایشگاه باید تصفیه و یا در برخی مواقع تغییر خواص داده شوند.

نیاز بازار و مصرف کنندگان به هرکدام از فراورد های نفتی متفاوت است. به همین دلیل لازم است تا فراورده های مورد استفاده تر بیشتر تولید شوند. نیاز به بنزین و گازوییل به عنوان سوخت مورد استفاده در خودروهای سبک و سنگین بسیار زیاد است. بنابراین هدف پالایشگاه تولید هرچه بیشتر این محصولات، با کیفیت قابل قبول می­‌باشد. پالایشگاه ها در این زمینه از فرایندهای کمکی مانند کراکینگ، هیدروکراکینگ، رفرمینگ و … جهت تبدیل محصولات سنگین تر به فراورده های سبک مانند بنزین بهره می‌­برند.

از دیگر محصولاتی که تقاضای بالایی برای تولید دارند انواع روغن ها و روان کننده ها هستند. پالایشگاه ها با انجام تغییرات فیزیکی و شیمیایی روی برش های خروجی برج های تقطیر، خوراک واحدهای روغن سازی را فراهم می­‌کنند.

در مقاله های بعدی به طور مفصل به فرایندهای جانبی و تجهیزات جانبی پالایشگاه ها پرداخته شده است.

http://faculty.tafreshu.ac.ir/file/download/course/1514144041-96.pdf

پالایش نفت و فرآیندهای آن (Petroleum Refining) در واقع انجام یک سری تغییرات فیزیکی و شیمیایی بر روی محصول ورودی پالایشگاه که نفت خام است و تبدیل آن به محصولات خروجی یا فراورده های نفتی می‌­باشد. هدف از پالایش نفت تبدیل ماده­ کم فایده و غیر قابل استفادۀ نفت خام، به فرآورده های نفتی با کیفیت و مورد تقاضای بازار و مصرف کنندگان می‌­باشد.

پالایشگاه (Petroleum Refinery) مجموعه ای از امکانات و تجهیزات است که باهم مرتبط بوده و عمل پالایش نفت را انجام می­‌دهند. پالایشگاه ها شامل انواع مختلفی بر اساس ساختار و مواد تولیدی می­‌باشند. همچنین هر پالایشگاه خود شامل بخش های مختلفی است که هرکدام وظیفه­ خاصی در راستای تولید و بهبود کیفیت فرآورده های نفتی بر عهده دارند.

در یک پالایشگاه نفت با توجه به حساسیت کار و نیاز به دانش و تخصص، مهندسان مختلفی در رشته های مکانیک، فرایند، شیمی، نفت، انرژی، برق، کامپیوتر، ایمنی وغیره فعالیت می­‌کنند.

شما می توانید عملیات حفاری و استخراج نفت را در مقاله لینک شده دنبال کنید.

انواع پالایشگاه ها

به طور کلی می­توان پالایشگاه ها را از لحاظ محصولات تولیدی به سه دسته­ زیر تقسیم نمود:

1. پالایشگاه های سوخت. که متداول ترین نوع پالایشگاه هستند و هدف آن­ها تولید سوخت های رایج مانند بنزین، گازوییل، گاز مایع، نفت سفید و… است. مانند پالایشگاه تهران، پالایشگاه آبادان، پالایشگاه اراک و…
2. پالایشگاه های روغن ساز. که محصولات تولیدی آن­ها انواع روغن ها و روان کننده های سبک و سنگین، قیرها و… هستند. این محصولات می‌­توانند هم به صورت مجزا به تولید روغن بپردازند و یا اینکه در ادامه­ عملیات یک پالایشگاه سوخت این کار را انجام دهند. از پالایشگاه های معروف در این حوزه می‌­توان به پالایشگاه نفت پارس و پالایشگاه نفت بهران اشاره کرد.
3. پالایشگاه های پتروشیمیایی. که علاوه بر تولید فراورده های سوختی، مواد اولیۀ واحدهای پتروشیمی مانند آروماتیک ها، اتیلن، بوتادین و غیره را تولید می­‌کنند. از جمله پالایشگاه های معروف در این حوزه می­‌توان به پالایشگاه ستاره خلیج فارس اشاره کرد.

فرایندهای پالایش نفت

به طور کلی در یک پالایشگاه برای دستیابی به محصولات مورد نیاز، یک سری فرایندهای فیزیکی و شیمیایی انجام می‌­شود. مهم ترین عملیات پالایشگاه، تقطیر نفت خام (Distillation) می­‌باشد که هدف آن جداسازی نفت خام به برش های نفتی است. در ادامه، فرایندهای دیگری جهت بهبود خواص یا تغییر خواص فراورده ها انجام می­‌شود. از جملۀ این فرایندها می‌­توان به  رفرمینگ و ایزومری برای افزایش عدد اکتان بنزین و فرایندهای هیدروکراکینگ، ککینگ، الیگومری و… برای تولید سوخت های سبک از فراورده های سنگین تر اشاره کرد.

پس از این فرایندها نوبت به فرایندهای تصفیه می­رسد که هدف آن ها حذف آلاینده ها از فراورده های نفتی می­باشد. در پایان برای حفاظت از محیط زیست و کاهش آلودگی ها، عملیات تصفیه پساب ها،  فراوری گازهای دودکش و… انجام می­‌شوند. هرکدام از این فرایند ها در واحدهای جداگانه در پالایشگاه ها انجام شده و دارای استانداردهای بسیار دقیقی هستند که باید تماماً اجرا شوند.

تقطیر نفت

مهم ترین عملی که در پالایشگاه بر روی نفت خام انجام می‌­شود، تقطیر (Distillation) می­‌باشد. فرایند تقطیر در واقع تفکیک و جداسازی نفت خام به یک سری برش های نفتی بر اساس اختلاف فاصلۀ جوش فراورده ها است.

عمل تقطیر نفت خام در وسیله ای به نام برج تقطیر (Distillation Column) انجام می‌­شود. برج های تقطیر شامل دو نوع برج تقطیر اتمسفری (Atmospheric Distillation Column) و برج تقطیر خلأ (Vacuum Distillation Column) هستند که هر کدام به طور جداگانه توضیح داده خواهند شد.

تقطیر اتمسفری در پالایش نفت

نفت خام ورودی به پالایشگاه، ابتدا وارد تجهیزات نمک گیر شده تا املاح موجود در آن به طور کامل از آن زدوده شود. در ادامه، نفت خام جهت پیش گرمایش از تعدادی مبدل حرارتی عبور می‌­کند. این مبدل های حرارتی در واقع گرما را از فراورده های تولیدی برج تقطیر به نفت خام ورودی منتقل می­‌کنند. طی این انتقال حرارت دمای نفت خام به حدود 280˚C می­رسد.

در این مرحله نفت خام باید جهت گرمایش کامل وارد کوره شود. دمای نفت خام پس از خروج از کوره به حدود 350˚ C می­رسد. در این مرحله نفت خام عملاً به صورت دوفازی درآمده و ترکیبی از فاز مایع و بخار می ­باشد.

نفت خام پس از رسیدن به دمای مناسب باید وارد برج تقطیر گردد. برج تقطیر یک استوانه با ارتفاع زیاد بوده و از تعدادی سینی تشکیل شده است. تعداد سینی های برج تقطیر اتمسفری چیزی بین 30 تا 60 سینی می­‌باشد. این سینی ها در نقاط مختلفی از برج از لحاظ ارتفاع نصب شده اند و برش های نفتی با توجه به فاصلۀ جوششان (محدودۀ بین نقطه جوش اولیه و نهایی)، در ارتفاع و سینی مناسب خود جمع شده و خارج می­‌شوند.

دما در بالای برج تقطیر اتمسفری 70˚ C و در قسمت پایین آن 350˚ C می­‌باشد. برش های سبک تر  نفتی از قسمت های بالایی برج و برش های سنگین تر از پایین برج خارج می­‌شوند. جریان های خروجی از برج تقطیر به حالت بخار هستند و پس از عبور از کندانسورها به حالت مایع در می­‌آیند.

معمولاً همراه هر برش نفتی مقداری مواد سبک تر هم از برج تقطیر خارج می­‌شود. این امر می­‌تواند باعث پایین آمدن نقطه اشتعال (اولین دمایی که سوخت در آن مشتعل می‌­شود) فراورده می‌شود. به منظور اصلاح این امر، برش های خروجی از برج تقطیر را به برج استریپینگ کوچکی می‌­فرستند. برش های نفتی در برج استریپینگ در تماس با بخار قرار گرفته و مواد سبکتر از آن­ها جدا می‌­شوند.

برج تقطیر اتمسفری

دیاگرام جریان های برج تقطیر اتمسفری

جدول زیر نشان دهندۀ فراورده های خروجی از برج تقطیر اتمسفری به همراه کاربردها و دمای تقطیر آن­ها در مرحله پالایش نفت است:

برش نفتیمحدوده دمای تقطیرکاربردها

گازهای سبکدر تمامی دماهامخلوطی از گازهای متان و اتان کاربرد به عنوان سوخت پالایشگاه

گاز مایع LPGT < 40 Cمخلوطی از پروپان و متان و بوتان 
کاربرد به عنوان سوخت و مواد اولیه شیمیایی

بنزین (نفتای سبک)90 – 40 Cسوخت موتورهای احتراق داخلی

نفتای سنگین190 – 90 Cبه عنوان مواد اولیه شیمیایی و خوراک واحدهای پتروشیمی مانند تینر

کروزن Kerosene270 – 90 Cشامل نفت سفید و سوخت جت 
کاربرد به عنوان سوخت ماشی آلات کشاورزی و سوخت هواپیما

گازوئیل320 – 270 Cسوخت موتورهای دیزلی مانند کامیون ها و سوخت بعضی نیروگاه ها و تجهیزات گرمایشی

باقیمانده اتمسفریT>320 Cخوراک ورودی برج تقطیر خلاء

تقطیر خلأ در پالایش نفت

در برج تقطیر اتمسفری مقداری مواد سنگین تر به جا می­‌ماند که دارای نقطۀ جوش بالایی هستند. اگر برای تقطیر این مواد، دمای برج تقطیر بالاتر برده شود، باعث شکست حرارتی مولکول ها و تشکیل کُک می­‌شود. بنابراین برای جلوگیری از این امر، مواد باقیماندۀ برج اتمسفری به برج تقطیر خلأ فرستاده می­‌شوند.

برج تقطیر خلأ (Vacuum Distillation Column) دارای فشاری پایین تر از اتمسفر و حدود 10 تا 45 میلی متر جیوه است و افزایش دما در آن باعث تشکیل کُک نمی‌­شود.

باقیماندۀ اتمسفری قبل از ورود به برج خلأ وارد یک کوره می­‌شود. در کوره مقداری بخار آب به جریان تزریق شده تا خوراک ورودی روان تر شده و تشکیل کُک کمتر شود. دمای جریان پس از خروج از کوره بسته به نوع خوراک چیزی بین 380 ˚C تا 450 ˚C می­‌باشد.

در این مرحله جریان وارد برج تقطیر خلأ می‌­شود. برج تقطیر خلأ دارای قطر بسیار بزرگ حدود 9 متر بوده و در ساختار آن حدود 8 الی 20 سینی به کار رفته است. تعدادی اجکتور (Ejector) به صورت سری، جهت کاهش فشار، به برج تقطیر خلأ متصل هستند.

جریان ورودی به برج خلأ در اثر افزایش دما بخار شده و برش های مختلف در سینی های خاص خودشان جمع می‌­شوند. در نهایت بخارات خروجی از برج تقطیر خلأ پس از عبور از کندانسورها مایع شده و به صورت فراورده های برج خلأ خارج می­‌شوند. بعضی از این فراورده ها به صورت مستقیم استفاده شده و بعضی دیگر به واحدهای دیگر پالایشگاه نظیر کراکینگ، رفرمینگ و… جهت تغییر خواص و بهبود کیفیت فرستاده می­شوند.

برج تقطیر خلأ

دیاگرام جریان های برج تقطیر خلأ

جدول زیر نشان دهندۀ فراورده های خروجی از برج تقطیر خلأ به همراه کاربردها و دمای تقطیر در مرحله پالایش نفت است:

برش نفتیمحدوده دمای تقطیرکاربردها

گازوئیل خلاء سبک420 – 320 Cبه عنوان سوخت یا خوراک پالایشگاه های روغن سازی

گازوئیل خلاء سنگین560 – 420 Cخوراک پالایشگاه روغن سازی یا خوراک واحد های کراکینگ و 
هیدروکراکینگ جهت تبدیل به فراورده های سبک تر مانند بنزین، 
سوخت جت و گازوییل

قیرT>560 Cبه عنوان مادۀ مورد استفاده در آسفالت
یا خوراک واحد ککینگ جهت تبدیل به فراورده های سبک تر

جمع بندی

در کشور ایران پالایشگاه آبادان با پالایش 390 هزار بشکه نفت در روز، بیشترین ظرفیت پالایش را بین پالایشگاه های کشور دارد. به طور کلی مجموع ظرفیت پالایشگاه های ایران حدود یک میلیون و هشتصد هزار بشکه نفت در روز می­‌باشد.

مهم ترین قسمت فرایند پالایش نفت ، تقطیر نفت خام می­‌باشد. محصولات به دست آمده از برج تقطیر معمولاً به طور مستقیم قابل استفاده نیستند. این محصولات با ارسال به واحدهای دیگر پالایشگاه باید تصفیه و یا در برخی مواقع تغییر خواص داده شوند.

نیاز بازار و مصرف کنندگان به هرکدام از فراورد های نفتی متفاوت است. به همین دلیل لازم است تا فراورده های مورد استفاده تر بیشتر تولید شوند. نیاز به بنزین و گازوییل به عنوان سوخت مورد استفاده در خودروهای سبک و سنگین بسیار زیاد است. بنابراین هدف پالایشگاه تولید هرچه بیشتر این محصولات، با کیفیت قابل قبول می­‌باشد. پالایشگاه ها در این زمینه از فرایندهای کمکی مانند کراکینگ، هیدروکراکینگ، رفرمینگ و … جهت تبدیل محصولات سنگین تر به فراورده های سبک مانند بنزین بهره می‌­برند.

از دیگر محصولاتی که تقاضای بالایی برای تولید دارند انواع روغن ها و روان کننده ها هستند. پالایشگاه ها با انجام تغییرات فیزیکی و شیمیایی روی برش های خروجی برج های تقطیر، خوراک واحدهای روغن سازی را فراهم می­‌کنند.

در مقاله های بعدی به طور مفصل به فرایندهای جانبی و تجهیزات جانبی پالایشگاه ها پرداخته شده است.https://inergy.ir/mag/%D9%BE%D8%A7%D9%84%D8%A7%DB%8C%D8%B4-%D9%86%D9%81%D8%AA-%D9%88-%D9%81%D8%B1%D8%A2%DB%8C%D9%86%D8%AF%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D8%A2%D9%86/