نفت خام: از تشکیل تا تقطیر

نفت خام

نفت خام مایعی است غلیظ به رنگ سیاه یا قهوه ای تیره که اساسا از هیدروکربن های پارافنی، نفتنی و آروماتیک تشکیل شده است. علاوه بر این، مقدار کمی ترکیبات گوگردی، نیتروژندار، اکسیژندار و مقدار جزئی فلزات نیز در نفت خام وجود دارد. در مورد منشا نفت و طرز تشکیل عقاید و نظریه های مختلفی بیان شدهاست، که در نهایت به یکی از دو نظریه منشا معدنی و یا منشا آلی نفت منجر میشود. امروزه میتوان گفت که نظریه منشا آلی برای نفت خام نسبت به هر نظریه دیگری قابل قبولتر است.

این نظریه به دلایل زیر متکی است:

▪️  نفت خام همیشه در لایه های رسوبی یافت میشود که همواره مقدار زیادی از مواد آلی نیز در این لایهها وجود دارند. بقایای این مواد اعم از گیاهی و یا حیوانی محتوی مقدار زیادی کربن و هیدروژن(سازههای اصلی نفت خام) میباشند.

▪️ نفت های خام محتوی ماده ای به نام پورفیرین میباشند. این ماده فقط در عامل سرخی خون(همین) حیوانات و نیز در سبزینه گیاهان وجود دارد.

▪️ اکثر نفت های خام خاصیت چرخش سطح پلاریزاسیون نور را دارند. این خاصیت مربوط به وجود کلسترول است با منشا حیوانی یا گیاهی.

صنعت پالایش با بهره گیری از روشهای تفکیک و تبدیل هیدروکربن ها، امکان میدهد که از نفت خام دامنه وسیعی از فراورده های نفتی تجارتی را بدست آورد. ترتیب و تنظیم عملیات مختلفی که باید در پالایشگاه بر روی نفت خام انجام گیرد مستلزم شناسایی موارد زیر است:

▪️ فرآوره های نفتی و مشخصات آن

▪️ ترکیب نفت خام

▪️ خواص شیمی فیزیکی فرآوردههای نفتی

فرآوردههای نفتی

گزارش انستیتوی نفت آمریکا نشان میدهد که سالانه بیش از دوهزار فرآورده نفتی در جهان تولید میشود ولی تعداد فرآوردههای اصلی که طراحی پالایشگاهها را جهت میدهند چندان زیاد نیست. فرآوردهای هر پالایشگاه را میتوان در یکی از سه گروه زیر قرار داد:

▪️ فرآوردههای تمام شده که میتوانند مستقیما مصرف شوند مانند بنزین و نفت گاز.

▪️ فرآوردههای نیمه تمام که به عنوان پایه در مخلوطهای بعدی بهکار میروند و برای بهبود کیفیت نیاز به مواد افزودنی مختلف دارند، مانند برشهای پایه روانکننده برای ساخت روغنها.

▪️ فرآوردههای جنبی یا واسطهای نظیر مواد اولیه پتروشیمی.

طبقهبندی فراوردههای نفتی اصلی بر اساس افزایش جرم ملکولی به قرار زیر میباشد:

1. گازهای سبک: این گازها شامل هیدروکربن های سبک C2)، (C1  میباشند و به عنوان سوخت صنعتی و یا ماده اولیه پتروشیمی بهکار میروند.

2. گازهای مایع شده: این گازها عبارتند از پروپان و بوتان و یا مخلوط تجارتی این دو که به عنوان سوخت خانگی یا صنعتی بهکار میروند.

3. بنزین: به عنوان سوخت اتومیبلها بهکار میرود.

4. بنزینهای مخصوص و نفتا: به عنوان حلال رنگها و حلال صنعتی برای استخراج روغنها و سایر مواد به کار میروند.

5. سوخت جت: در موتورهای واکنشی، توربینهای گاز و موشکها مصرف میشود.

6. نفت سفید: در انواع چراغها برای ایجاد روشنایی و یا گرما.

7. گازوییل یا نفت گاز: به عنوان سوخت موتورهای دیزلی مصرف میشود.

8. نفت سوخت سبک: به عنوان سوخت تاسیسات حرارتی خانگی یا تاسیسات  صنعتی کم قدرت به کار میرود.

9. روغنهای سبک: هم به عنوان پایه در ترکیب روغنهای موتور وارد میشوند و هم به عنوان روانکننده در مکانیک ظریف( ساعت سازی، چرخ خیاطی، دوچرخه و غیره) بهکار میروند.

10. روغنهای سنگین: به عنوان پایه با گرانروی بالا در ترکیب روغنهای موتور وارد میشوند.

 11. روغنهای سیلندر: در ماشینهای بخار و صنایع سنگین به مصرف میرسند.

 12. پارافینها و مومها: در عایقکاری الکتریکی و حفاظت مواد غذایی کاربرد دارند.

 13. نفت سوختهای سنگین: به عنوان سوخت تاسیسات حرارتی پرقدرت و نیز سوخت دیزلهای بزرگ به کار میروند.

 14. آسفالت و قیر: مصارف آن در جاده سازی، نفوذ ناپذیر کردن ساختمانها و غیره است.

 15. کک: به عنوان سوخت صنعتی و نیز در ساخت الکترودها به کار میرود.

طبقه بندی نفت خام

نفت خام براساس  درجه API، میزان گوگرد درآن  و موقعیت جغرافیایی طبقهبندی میشود.

API شاخصی برای طبقهبندی نفت خام محسوب میشود که از مقایسه چگالی نفت به چگالی آب بدست میآید.

یکی از ناخالصیهای موجود در نفت خام گوگرد محسوب میشود که باعث خوردگی فلزات در پالایشگاهها و همچنین بوی نامطبوع و آلودگی هوا میشود. نفت خام با بیش از پنج درصد جرمی گوگرد، نفت خام ترش و کمتر از پنج درصد نفت خام شیرین محسوب میشود. نفت خام شیرین به دلیل درجه خلوص بالاتر نسبت به نفت خام ترش ارزش بیشتری دارد. 

فرآیند تقطیر نفت خام:

نخستین عمل مهمی که در پالایشگاه برروی نفت خام انجام میشود، تقطیر است. طی فرآیند تقطیر نفت خام به برشهای مختلف تفکیک میشود. برشهای نفتی شامل سه دسته برش سبک، میانی و سنگین میباشد. مبنای این تفکیک اختلاف فاصله جوش( فاصله نقطه ابتدایی تا نقطه انتهایی جوش) فرآورده هاست. تقطیر نفت خام طی دو مرحله در فشار اتمسفری(تقطیر اتمسفری) و در فشار پایینتر (تقطیر خلا) انجام میشود.

تقطیر اتمسفری

طی فرآیند تقطیر نفت خام پس از حذف نمک ، به داخل یک رشته مبدل حرارتی پمپ میشود و پس از تبادل حرارت با فرآوردهها و جریانهای بازگشتی ستون تقطیر، به دمای حدود 280 درجه می رسد و پس از آن از کورهای می گذرد که دمایش را به حدود 350 درجه سانتیگراد میرساند. سپس مخلوط مایع و بخار بدست آمده وارد منطقه تبخیر آنی ستون تقطیر اتمسفری میشود. در این منطقه بخارها به طور ناگهانی از مواد سنگینتر جدا شده، به طرف سینیهای بالای ستون حرکت میکنند(منطقه غنی سازی) و قسمت سنگینتر نیز که به صورت مایع است به طرف پایین ستون جریان مییابد (منطقه استریپینگ). ستون تقطیر از تعدادی سینی تشکیل شدهاست که در هریک از آنها بخار و مایع در حال تعادلند. در این ستون، فرآوردههای نفتی به ترتیب بر حسب  فاصله جوش جدا میشوند. بدین صورت که از بالای ستون سبکترین مواد بدست میآیند و از قسمتهای جانبی ستون، فرآوردههای میان تقطیر. فرآوردههایی که از این ستون بدست میآیند “فرآوردههای مستقیم” نامیده میشوند. فرآوردههایی که از ستون تقطیر اتمسفری بدست میآیند به ترتیب عبارتند از: گازهای سبک، گازهای مایع شده، بنزین سبک و سنگین، برش کروزن شامل نفت سفید و سوخت جت، گازوئیل اتمسفری.

آنچه در ستون تقطیر اتمسفری باقی میماند ، از سازندههای سنگینتر تشکیل شدهاست و باقیمانده اتمسفری نام دارد. برای تقطیر این باقیمانده حرارت بیشتری لازم است که در صورت اعمال، موجب شکست حرارتی ملوکولها میشود. برای جلوگیری از این امر، تقطیر باقیمانده اتمسفری را در ستون دیگری که در فشار پایینتر کار میکند و اصطلاحا ستون تقطیر خلا نامیده میشود، انجام میدهند.

تقطیر در خلا

برای جلوگیری از شکست حرارتی، باقیمانده اتمسفری را در فشار پایینتر تقطیر میکنند. در فشار پایینتر، ترکیبات در دمای کمتری میجوشند و در نتیجه حرارت آنچنان نیست که موجب تجزیه ملکولها شود. این عمل در ستون تقطیر خلا که فشار آن بین 15تا40 میلیمتر جیوه است، انجام میشود. در این عملیات ابتدا باقیمانده اتمسفری را به یک کوره لولهای میفرستند تا دمایش به حد لازم برسد. دمای خروجی کوره با توجه به فاصله جوش خوراک و بخشی از آن که باید تبخیر شود مشخص میشود و معمولا بین 380تا 450 درجه سانتیگراد میباشد.

برای مطالعه مقالات بیشتر یا آشنایی با محصولات پتروپالایش نیک یزد از صفحات دیگر سایت نیز دیدن کنید.