فرایند پالایش فراورده های نفتی

هر پالایشگاه، دارای طرح های تولید خاص خود است که بر اساس تجهیزات فراهم، هزینه های عملیاتی و میزان تقاضا برای فراورده ها مشخص می شوند. طرح تولید بهینه برای هر پالایشگاه، بر اساس ملاحظات اقتصادی مشخص می گردد و عملیات دو پالایشگاه هرگز کاملا مشابه یکدیگر نیستند.

فراورده های نفتی: در حالیکه مصرف کننده عادی تصور می کند که شمار فراورده های نفتی نظیر بنزین، سوخت جت، نفت سفید و غیره محدود است، ولی بررسی هایی که مؤسسه نفت آمریکا (API) در مورد پالایشگاه های نفت و کارخانه های پتروشیمی انجام داده است، نشان می دهد که بیش از 2000 فراورده نفتی با مشخصات منحصر بفرد تولید می شود که در 17 گروه طبقه بندی می شوند و عبارتند از:
گازهای سوختی، گازهای مایع، انواع بنزین، سوخت های توربین گازی (جت)، نفت سفید، فراورده های میان تقطیر (سوخت دیزل و نفت کوره های سبک)، نفت کوره باقیمانده ای، روغن های روان ساز، روغن های سفید، فراورده های میان روغن های ترانسفورماتور و کابل، گریس، موم ها (واکس)، آسفالت ها، ککها، دوده ها، مواد شیمیایی، حلال ها، و … .
معمولا شمار فراورده هایی که طراحی پالایشگاه را جهت می دهند نسبتا کم است. فرایندهای اصلی پالایش را با توجه به فراورده هایی که تولیدشان زیاد است مانند بنزین، سوخت جت، سوخت دیزل طراحی می کنند. بعضی از اجزای نفت خام را همان گونه که هستند (یعنی فراورده ها تقطیر مستقیم) بفروش می رسانند و یا اینکه عملیات پالایش بعدی را بر روی آن ها انجام می دهند تا فراورده های با ارزشتری بدست آورند.

منابع خوراک پالایشگاه: مواد خام پایه پالایشگاه ها نفت خام است. اگر چه در بعضی موارد از نفت های سنتزی حاصل از سایر منابع (جیلسوتیت، ماسه های قیری، غیره) نیز استفاده می شود.

فرایندهای پالایش در پالایشگاه

تقطیر نفت خام: دستگاه های تقطیر نفت خام، نخستین واحدهای فراورش (پالایش) عمده در پالایشگاه هستند. تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می گیرد، اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار اتمسفر و سپس ارسال باقیمانده دیر جوش این مرحله به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلاء شدید عمل می کند. بنابراین، نفت خام پس از حرارت در کوره در برج تقطیر اتمسفری به فراورده های زیر تفکیک می شود:
گازهای سوختی (که عمدتا شامل متان و اتان است)، گازهای سبکتر (شامل پروپان، بوتان و همچنین متان و اتان است)، نفت های سبک تثبیت نشده، نفت های سنگین، نفت سفید، نفت گاز اتمسفری و باقیمانده خام برج تقطیر اتمسفری (ARC). در برج تقطیر در خلاء نیز باقیمانده برج تقطیر اتمسفری به جریان نفت گاز خلاء و باقیمانده برج تقطیر در خلاء (VRC) تفکیک می شود. نفت گاز اتمسفری و نفت گاز خلاء را غالبا برای تولید بنزین، سوخت هواپیما و سوخت دیزل به واحد هیدروکراکینگ یا کراکینگ کاتالیزی می فرستند.
باقیمانده برج خلاء را نیز می توان در واحدهای گرانروی شکن، کمک سازی و یا آسفالت زدایی برای تولید نفت کوره سنیگن و یا خوراک واحد کراکینگ و یا مواد خام روغن روان سازی پالایش کرد. باقیمانده نفت خام های آسفالتی را می توان برای تولید آسفالت جاده سازی و یا پشت بام، مورد عملیات یا پالایش دیگری قرار داد.

فرایندهای کک سازی و گرمایی: باقیمانده خام برج تقطیر در خلاء (VRC) در واحد کک سازی به کمک گرما شکسته می شود و در نتیجه گاز تر، بنزین واحد کک سازی، نفت گاز واحد کک سازی و کک تولید می شود. در واقع، در کک بدست آمده مواد فرار و یا با نقطه جوش بالا وجود دارد. برای حذف اغلب مواد فرار از کک نفتی، باید آن را در دمای 2000 تا 2300 درجه فارنهایت تکلیس کرد. موارد استفاده اصلی از کک نفتی عبارتند از:
سوخت انواع کوره ها، ساخت آندها برای کاهش سلول الکترولیتی آلومین، استفاده مستقیم از آن بعنوان منبع کربن شیمیایی برای تولید فسفر عنصری، کلسیم کاربید و سیلسیم کاربید، ساخت الکترود برای بکارگیری در کوره الکتریکی تولید فسفر عنصری، تیتان دی اکسید، کلسیم کاریبد و سیلیسیم کاربید، تولید گرافیت.

کراکینگ و هیدروکراکینگ کاتالیزی: نفت گاز حاصل از واحدهای تقطیر اتمسفری و تقطیر در خلاء و کک سازی به عنوان خوراک واحدهای کراکینگ کاتالیزوری و یا هیدروکراکینگ بکار می رود. این واحدها مولکولهای سنگین را شکسته و آنها را به مواد باارزشتری مانند بنزین، سوخت جت و نفت کوره سبک تبدیل می کنند. فراورده های سیر نشده واحد کراکینگ، نخست سیر می شوند و سپس در واحد تبدیل و یا واحد پالایش با هیدروژن، کیفیت بهتری پیدا می کنند. فراورده های واحد هیدروکراکینگ، سیر شده هستند.

رفرمینگ (تبدیل) کاتالیزی و همپارش: نیاز اتومبیل های امروزی به بنزین های با عدد اکتان بالا، محرکی برای استفاده رفرمینگ کاتالیزی شد. در رفرمینگ کاتالیزی، تغییر در نقطه جوش ماده ای که از این واحد می گذرد، نسبتا کم است، زیرا مولکول های هیدروکربن، شکسته نمی شوند، بلکه ساختارهای آنها بازآرایی می شوند تا آروماتیکهای با عدد اکتان بالا تولید شوند. منابع خوراک واحد رفرمینگ کاتالیزی عبارتند از:
بنزین های سنگن تقطیر مستقیم (HSR) و نفت سنگین حاصل از واحدهای برج تقطیر نفت خام، کک سازی و کراکینگ. فراوده های حاصل تبدیل کاتالیزی برای فروش به عنوان بنزین معمولی و بنزین سوپر با هم مخلوط می شوند.
عدد اکتان نفت های سبک (LSR) را می توان با استفاده از فرایند همپارش که طی آن پارافین های نرمال (راست زنجیر) به همپارهایشان تبدیل می شوند، بهبود بخشید.

بازیابی بخار (واحد صنعتی گاز): جریان های گاز تر حاصل از واحد تقطیر نفت خام، کک سازی و واحدهای کراکینگ در بخش بازیابی بخار، به گاز سوختی، گاز نفتی مایع ( LPG )، هیدروکربن های سیر نشده (پروپیلن، انواع بوتیلن و پنتن)، نرمال بوتان و ایزوبوتان تفکیک می شوند. گاز سوختی در کوره های پالایشگاه سوزانده می شود و n-بوتان با بنزین و یا LPG مخلوط می شود. هیدروکربن های سیر نشده و ایزوبوتان بمنظور فراورش، به واحدهای آلکیل دار شدن فرستاده می شوند.

آلکیل دار کردن: افزایش یک گروه آلکیل به هر ترکیب، یک واکنش آلکیل دار کردن است. ولی در پالایش نفت، واژه آلکیل دار کردن در مورد واکش اولفین های دارای وزن مولکولی پایین با یک ایزوپارافین، به منظور تشکیل ایزوپارافینهای دارای وزن مولکولی بالاتر، بکار می رود. نیاز به سوختهای هواپیمایی با عدد اکتان بالا انگیزه خوبی برای توسعه فرایند آلکیل دار کردن بمنظور تولید بنزین های ایزوپارافینی با عدد اکتان بالا بود.
اگر چه آلکیل دار کردن در فشار و دمای بالا، بدون نیاز به کاتالیزگر مسیر است، ولی تنها فرایندهایی از اهمیت اقتصادی برخورد دارند که در دمای پایین و در مجاورت سولفوریک اسید یا هیدروفلوئوریک اسید انجام می شود. با انتخاب مناسب شرایط عملیاتی، بیشتر فراورده ها در گستره جوش بنزین با اعداد اکتان موتوری 88 تا 94 و اعداد اکتان پژوهشی بین 94 تا 99 قرار می گیرد.

اختلاط فراورده ها: هدف از اختلاف فراورده ها، تخصیص اجزای اختلاطی فراهم برای دستیابی به شرایط و مشخصات فراوده مورد تقاضا با کمترین هزینه و تولید فراورده های فزاینده ای است که سود کلی پالایشگاه را بیشینه کند. فراورده های عمده پالایشگاهی که از طریق اختلاط بدست می آیند عبارتند از:
بنزین، سوخت جت، نفت کوره و سوخت دیزل که از مخلوط میان تقطیرهای واحد تقطیر نفت خام، کک سازی و واحدهای کراکینگ بدست می آیند. در برخی از پالایشگاهها، نفت گاز خلاء سنگین و باقیمانده خام نفت های خام نفتنی و یا پارافینی را برای تولید روغن های روانسازی فراورش (پالایش) می کنند. پس از حذف آسفالتها در واحد آسفالت زدایی با پروپان، باقیمانده خام تقطیر در خلاء و نفت گاز خلاء، بمنظور تولید مواد پایه روغن های روانساز، در معرض یک رشته عملیات محدود قرار می گیرند.
نفت گازهای خلاء و منابع خام آسفالت زدایی شده را نخست بمنظور حذف ترکیبات آروماتیکی، با حلال استخراج می کنند و سپس بمنظور بهبود نقطه ریزش، موم (واکس) زدایی می نمایند. بعد از این مرحله، این مواد را بخاطر بهبود رنگ و پایداری، با خاک رسهای خاص عمل آوری کرده یا در معرض عمل آوری جدی با هیدروژن قرار می دهند و سپس آنها را برای تولید روغنهای روانساز مخلوط می کنند.

فرایندهای پشتیبانی: تعدادی از فرایندها در پالایشگاه ها مستقیما در تولید سوخت های هیدروکربنی شرکت ندارند، بلکه نقش پشتیبانی ایفا می کنند. این فرایندها عبارتند از:
– واحد هیدروژن بمنظور تولید هیدروژن برای واحدهای هیدروکراکینگ و عمل آوری با هیدروژن.
– واحد فراوری گاز که هیدروربن های زود جوش را جدا می سازد.
– واحد عمل آوری گاز اسیدی که هیدروژن سولفید و یا سایر گازهای اسیدی را از جریان گاز هیدروکربنی جدا می کند.
– واحد بازیافت گوگرد.
– سیستم های عمل آوری مایع خروجی (فاضلاب پالایشگاه ها)
– کنترل آلودگی ناشی از گازهای احتراق و بخارهای هیدروکربنی خروجی از دستگاه های فرایندی و مخازن ذخیره مواد.

رده بندی فراورده ها در پالایشگاه
در یک پالایشگاه، اغلب سه نوع فراورده تولید می گردد:
– فراورده های نهایی که مستقیما قابل عرضه به بازار می باشد (بنزین، نفت، گاز).
– فراورده های نیمه نهایی که باید مجددا عملیاتی بر روی آنها انجام گیرد (برش هائی که بهینه روغن های معدنی بکار می روند).
فراورده های حد واسط، شامل ترکیباتی می گردد که بعنوان مواد اولیه در صنعت پتروشیمی بکار برده می شوند.
و بطور کلی فراورده های حاصل از پالایشگاهها عبارتند از:
– گازها، شامل هیدروژن و هیدروکربورهای گازی شکل (گازهای صنعتی و پتروشیمیایی) و گازهای مایع شده ( L.P.G ) مثل بوتان و پروپان های تجارتی جهت مصارف خانگی و صنعتی
– کربوران ها جهت موتورهای اتومبیل و هواپیما و موتورهای دیزل
– اسانس های مخصوص و حلال ها، بعنوان پاک کننده لکه ها، حلال در نقاشی، حلال در صنعت
– کروزن یا نفت لامپا برای روشنایی و یا ایجاد حرارت
– مازوت خانگی، ماده قابل احتراق برای تاسیسات حرارتی خانگ یا صنعتی با قدرت کم
– روغن ها، روغن های سبک جهت چرب کردن دستگاه های مکانیکی کوچک (چرخ خیاطی)، روغن های سنگین جهت ساخت روغن موتور، روغن سیلندر مورد استفاده در ماشین های بخار.
– پارافین و موم، جهت محافظت مواد غذائی و عایق الکتریسته.
– مازوت سنگین، بعنوان سوخت برای تأسیسات حرارتی با قدرت زیاد مانند نیروگاه های برق و کشتی.
– آسفالت، بصورت قید جهت استفاده در جاده ها یا در ساختمان ها و همچنین بمنظور قالب گیری و بسته بندی.
– کک، بعنوان سوخت برای صنایع و یا ماده مورد استفاده جهت تهیه الکترودها.