فرآیند پالایش نفت خام
فرآیند پالایش نفت خام چگونه انجام می شود؟Reviewed by 02177641136 on Mar 7Rating: 4.5

پالایش نفت خام اولین مرحله از مجموعه اقداماتی است که در راستای تبدیل نفت به بیش از 2500 محصول متنوع صورت می گیرد. نفت خام خروجی از چاه به پالایشگاه فرستاده می شود تا در آنجا مورد تصفیه و پالایش قرار گیرد. فرآیند تصفیه عملیاتی پیچیده است و چندین مرحله مختلف را در بر میگیرد، در این مقاله به معرفی و شرح برخی از مراحل تصفیه نفت خام پرداخته شده است:

مراحل پالایش نفت خام

همانگونه که گفته شد فرایند تصفیه و پالایش نفت مراحل مختلفی را شامل می شود که همگی به نوبه خود اهمیت بالایی دارند، این مراحل عبارتند از:

  • نمک زدایی
  • واحد تقطیر اتمسفری (CDU)
  • واحد تقطیر خلا (VDU)
  • کراکینگ حرارتی
  • تصفیه با هیدروژن (هیدروتریتینگ)
  • کراکینگ کاتالیستی
  • ریفرمینگ کاتالیستی
  • آلکیلاسیون و ایزومریزاسیون
  • تصفیه گاز

….

در ادامه به شرح توضیحاتی مختصر و مفید در مورد برخی واحدهای عنوان شده خواهیم پرداخت.

برش های حاصل از برج تقطیر

واحد نمک زدایی

نفت خام حاوی ترکیبات نامطلوب بسیاری مانند شن، نمک های معدنی، گل حفاری، پلیمر و … است. نمک های معدنی در اثر حرارت دیدن در پیش گرمکن ها و برج های تقطیر می توانند گاز سمی هیدروژن کلرید تولید کنند. این گاز در بالای برج تقطیر پس از کندانس شدن به اسید کلریدریک تبدیل می شود که بسیار خورنده بوده و به تجهیزات آسیب می زند.

برای جلوگیری از خوردگی ناشی از وجود نمک ها در نفت خام می توان از کنترل کننده های خوردگی استفاد ه کرد، اما محصولات جانبی فرآیند کنترل خوردگی شامل آهن سولفید و آهن اکسید هستند که در صورت رسوب می توانند باعث ایجاد گرفتگی در خطوط لوله ، مبدل های حرارتی و … شوند. شن و گل و لای موجود نیز می توانند باعث مختل شدن عملکرد پمپ ها، خطوط لوله و … شوند.

مزایای نمک زدایی

  • افزایش توان تولید خام
  • کاهش گرفتگی، تشکیل رسوب و کک در مبدل ها و لوله های کوره
  • خوردگی کمتر در مبدل ها ، خطوط لوله و …
  • کنترل بهتر خوردگی

برای نمک زدایی بهترین راه استفاده از آب است و عملیات در طی مراحل زیر صورت می گیرد:

مراحل نمک زدایی نفت خام

تزریق و پراکنده سازی آب

امولسیون سازی آب در نفت

توزیع امولسیون در یک ناحیه الکترواستاتیک

انعقاد الکترواستاتیکی

جداسازی قطرات آب

مجموعه فرآیندهای بالا باعث حل شدن نمک در قطرات آب و جدا شدن آن از نفت می گردد، در نهایت با استفاده از یک سیستم جداکننده قطرات آب از جریان نفتی خارج می شوند.

واحد تقطیر نفت خام

در این واحد برج تقطیر اتمسفری، استریپرهای جانبی، نمکزدای خوراک و کوره به عنوان اجزای اصلی عمل می کنند. عموما پنج محصول اصلی از برج تقطیر اتمسفری حاصل می شوند که عبارتند از : گاز + نفتا، کروزن (نفت سفید)، نفتگاز سبک، نفتگاز سنگین و باقیمانده اتمسفری.

محصولات دیگری که از این برج می توان گرفت عبارتند از بنزین، سوخت جت و دیزل که از نفتا، کروزن و نفتگاز تولید می شوند.

در میان محصولات حاصل از تقطیر، نفتا و کروزن از ارزش بالاتری در مقایسه با ترکیبات سنگین تر مانند نفتگاز و باقیمانده اتمسفری دارند. از همین رو پالایشگاه های مدرن در پی تولید ترکیبات سبکتر از ترکیبات سنگین تر هستند. مشخصات برشهای مختلف حاصل از پالایش نفت خام را می توان در جدول زیر مشاهده کرد:

مشخصات محصولات تقطیر

شرایط عملیاتی برج تقطیر اتمسفری

دمای نفت خام ورودی به کوره بین 200-280 درجه سانتیگراد است و سپس در داخل کوره این دما به 330-370 درجه سانتیگراد خواهد رسید. فشار نیز بر روی یک بار تنظیم می شود.

اساس کار این برج بر پایه اختلاف دمای جوش مواد است. هر برش نفتی دارای دمای جوش مخصوص به خود است و در آن دمای خاص می توان آن از برج خارج کرد. بر این اساس ترکیبات سبک از بالای برج و ترکیبات سنگینتر از پایین برج خارج می شوند.

نحوه انجام عملیات

خوراک که در کوره به دمای مطلوب رسیده است به برج وارد می شود (حدودا سینی های میانی محل ورود خوراک هستند ، که البته با توجه به شرایط می تواند محل بهینه آن متفاوت باشد).

پس از ورود خوراک مایعات به سمت پایین و گاز ها به سمت بالای برج حرکت میکنند.  ترکیبات سبک از بالای برج خارج شده و به یک کندانسور وارد می شوند، که در آنجا به صورت جزئی و یا کامل کندانس می شوند. جریان مایع حاصل از کندانسور از بالا وارد برج خواهد شد.

نکته: دمای برج تقطیر از بالا به پایین افزایش می یابد.

از سویی ترکیبات خارج شده از انتهای برج به صورت مایع هستند و پس از عبور از یک ریبویلر به صورت گاز به برج وارد می شوند. هدف از انجام این کار ایجاد بیشینه اختلاف غلظت بین جریان های گاز و مایع موجود در برج تقطیر است که راندمان جداسازی را افزایش می دهد.

انتقال جرم

به طور کل برجهای تقطیر بر اساس قوانین انتقال جرم کار می کنند. در فرآیند انتقال جرم اختلاف پتانسیل عامل انتقال جرم از یک فاز به فاز دیگری است که در صورت ثابت بودن دما و فشار این پتانسیل همان غلظت است. درون برج تقطیر صفحات متعددی به صورت افقی قرار دارند که بر روی آنها فازهای بخار و مایع در تماس با یکدیگر قرار می گیرند، با تقریب خوبی می توان بر روی هر سینی دما و فشار را تقریبا ثابت در نظر گرفت و از اختلاف غلظت ها برای درک انتقال جرم استفاده کرد.

هرچه میزان این اختلاف بیشتر باشد سرعت و میزان انتقال بیشتر است ، وارد کردن جریان مایع سبک از بالای برج و جریان گاز سنگین از پایین برج نیز به همین هدف انجام می گیرد.

در شکل زیر شماتیک برج تقطیر اتمسفری پالایش نفت خام را مشاهده می کنید:

برج تقطیر اتمسفری

مرحله بعدی که در فرآیند پالایش نفت خام وجود دارد، واحد تقطیر خلا است که در ادامه به شرح آن خواهیم پرداخت :

واحد تقطیر خلا

باقیمانده اتمسفری که محصول خروجی از انتهای برج تقطیر اتمسفری است، سنگین ترین اجزای نفت خام را در خود دارد. به دلیل انجام واکنش های کراکینگ نمی توان هیدروکربن ها را تا دماهای بالاتر از 400 درجه سانتیگراد ، حرارات داد. همچنین دوده گرفتن لوله ها و تجهیزات باعث افزایش هزینه عملیاتی و کاهش بازده واحد خواهد شد.

از این رو تقطیر اجزای سنگینی که باقیمانده اتمسفری خوانده می شوند در فشار پایین (نزدیک به خلا) انجام می شود. فشار کمتر، دمای جوش هیدروکربن ها را پایین می آورد، در نتیجه عملیات تقطیر را می توان در دمای کمتری انجام داد. برجی که این عملیات در آن انجام می شود، برج نقطیر خلا نامیده می شود.

محصولات خروجی از این واحد شامل نفتگاز سبک و سنگین خلا هستند که به عنوان خوراک واحد کراکینگ و یا فرآیندهای روغن روان کننده مورد استفاده قرار می گیرند. خروجی برج خلا نیز جهت تولید قیر مورد استفاده قرار می گیرد.

این عملیات در فشار 25-40 میلی متر جیوه و دمای 380-420 درجه سانتیگراد صورت می گیرد. در شکل زیر شماتیک برج خلا پالایش نفت را می توان مشاهده کرد.

برج تقطیر خلا

کراکینگ حرارتی

کراکینگ حرارتی شامل یک فرآیند کراکینگ شیمیایی و به دنبال آن استفاده از اصول فیزیکی (اختلاف در دمای جوش) جهت دستیابی به محصولات مورد انتظار است.

محصولات این فرآیند عبارتند از: گاز+ نفتا، نفتگاز و باقی مانده های کراکینگ

شرایط عملیاتی

برای ناپایدار کردن هیدروکربن های بزگتر، دما در حدود 450-500 درجه سانتیگراد و فشار نیز 2-3 بار در نظر گرفته می شود.  

تصفیه با هیدروژن

بسیاری از نفت های خام درصد بالایی گوگرد دارند که ترکیبی نامطلوب به شمار می آید و کیفیت محصولات تولیدی را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین محصولات تولید شده از برجهای اتمسفری و خلا با استفاده از هیدروژن تصفیه می شوند تا گوگرد در نهایت به صورت h2s خارج شود. هیدروژن مورد نیاز برای این کار از واحد ریفرمینگ تامین می شود.

شرایط عملیاتی

شرایط عملیاتی هیدروتریترها به نوع خوراک ورودی به آن بستگی دارد. برای خوراک نفتا دما در 280-425 درجه سانتیگراد و فشار نیز در 200-800 psig تنظیم می شوند. واکنش های این واحد به صورت زیر هستند:

R-SH + H2 → R-H + H2S  (در حضور دما و کاتالیست)

H2S + NaOH → NaSH + H2O

فرآیند پالایش نفت خام عملیاتی پیچیده و دارای واحدهای متنوعی است که در این مقاله تنها به بخش هایی از آن به اختصار پرداخته شد. برای کسب اطلاعات و جزئیات بیشتر می توانید از منابع زیر استفاده کنید.

منبع

Introduction to modern petroleum refining processes, Barhm abdullah mohamad , m.e.mechanical engineering.

Craig Freudenrich, P. D. (2020, January 27). How Oil Refining Works. Retrieved March 7, 2020, from https://science.howstuffworks.com/environmental/energy/oil-refining3.htm

The process of crude oil refining. (n.d.). Retrieved March 7, 2020, from https://www.e-education.psu.edu/eme801/node/470

مبتکران شیمی ، خرید و فروش مواد شیمیایی

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *