چگونگی پالایش نفت خام
مقدمه
نفت خام یکی از پیچیدهترین مواد اولیه در صنعت انرژی است و از ترکیبات مختلف هیدروکربنی، گوگرد، نیتروژن، آب، نمک و سایر ناخالصیها تشکیل شده است. نفت خام استخراجشده از مخازن زیرزمینی بهصورت مستقیم قابل استفاده نیست و برای تبدیل شدن به سوختها و محصولات مورد نیاز صنایع مختلف، باید در پالایشگاه فرآوری شود.
پالایش نفت خام مجموعهای از فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی است که طی آن ابتدا اجزای مختلف نفت از یکدیگر جدا میشوند، سپس برخی برشهای سنگین به محصولات سبکتر تبدیل شده و در نهایت ناخالصیها و ترکیبات نامطلوب از فرآوردهها حذف میشوند.
در این مقاله با نحوه انجام پالایش نفت خام و مهمترین مراحل آن آشنا میشویم.
پالایش نفت خام چگونه انجام میشود؟
بهطور کلی، فرآیند پالایش نفت خام را میتوان در چند مرحله اصلی خلاصه کرد:
دریافت نفت خام → نمکزدایی → پیشگرمایش → تقطیر اتمسفری → تقطیر در خلأ → فرآیندهای تبدیلی → تصفیه → اختلاط و کنترل کیفیت → ذخیرهسازی و ارسال محصولات
البته ترتیب و تعداد واحدهای فرآیندی در پالایشگاههای مختلف با توجه به نوع نفت خام، ظرفیت پالایشگاه و محصولات مورد نظر متفاوت است.
1. ورود نفت خام به پالایشگاه
نفت خام پس از استخراج از چاه و انجام فرآورشهای اولیه، از طریق خطوط لوله، نفتکش یا سایر روشهای حملونقل به پالایشگاه منتقل میشود.
در بدو ورود، مشخصات نفت خام بررسی میشود. این بررسیها برای تعیین نحوه فرآوری نفت اهمیت زیادی دارند.
برخی از مشخصات مهم عبارتاند از:
- چگالی و API Gravity
- میزان گوگرد
- مقدار آب و رسوب
- نمک
- گرانروی
- مقدار فلزات
- ترکیب هیدروکربنی
- محدوده تقطیر
نوع نفت خام تأثیر مستقیمی بر نحوه طراحی و عملکرد واحدهای پالایشگاه دارد.
2. نمکزدایی نفت خام
قبل از ورود نفت به واحدهای اصلی پالایش، معمولاً عملیات نمکزدایی یا Desalting انجام میشود.
نفت خام ممکن است حاوی آب و نمکهای مختلف باشد. اگر این مواد وارد تجهیزات پالایشگاهی شوند، میتوانند باعث خوردگی، رسوبگذاری و مشکلات عملیاتی شوند.
در واحد نمکزدایی، با استفاده از آب شستوشو، میدان الکتریکی و تجهیزات جداسازی مناسب، آب و نمک از نفت جدا میشوند.
در پایان این مرحله، نفت خام برای ورود به واحد تقطیر آمادهتر میشود.
3. پیشگرمایش نفت خام
پس از نمکزدایی، نفت خام وارد شبکهای از مبدلهای حرارتی میشود.
در این قسمت، نفت خام با استفاده از گرمای جریانهای داغ خروجی از واحدهای پالایشگاه پیشگرم میشود.
این روش باعث میشود انرژی کمتری برای گرم کردن نفت در کوره مصرف شود.
پس از پیشگرمایش، نفت وارد کوره میشود تا دمای آن برای ورود به برج تقطیر به مقدار مورد نیاز برسد.
4. تقطیر اتمسفری نفت خام
یکی از مهمترین مراحل پالایش، تقطیر اتمسفری یا CDU (Crude Distillation Unit) است.
در این فرآیند، نفت خام حرارت داده شده و وارد برج تقطیر میشود. ترکیبات مختلف نفت بر اساس تفاوت در نقطه جوش، در ارتفاعهای مختلف برج از یکدیگر جدا میشوند.
در بخشهای بالاتر برج، ترکیبات سبکتر و در قسمتهای پایینتر، ترکیبات سنگینتر قرار میگیرند.
مهمترین برشهای حاصل از تقطیر
بسته به نوع نفت خام و طراحی واحد، محصولات و برشهای مختلفی به دست میآیند، از جمله:
- گازهای سبک
- نفتا
- نفت سفید
- گازوئیل
- برشهای سنگین
تقطیر اتمسفری در واقع مرحله اصلی جداسازی فیزیکی نفت خام است و ساختار شیمیایی هیدروکربنها را بهطور اساسی تغییر نمیدهد.
5. تقطیر در خلأ
تهمانده سنگین برج تقطیر اتمسفری برای فرآوری بیشتر میتواند وارد واحد تقطیر در خلأ یا VDU (Vacuum Distillation Unit) شود.
هدف از استفاده از خلأ، کاهش فشار و در نتیجه کاهش دمای جوش ترکیبات است. به این ترتیب میتوان ترکیبات سنگین را بدون قرار دادن آنها در معرض دماهای بسیار بالا تفکیک کرد.
مهمترین محصولات این واحد میتوانند شامل:
- گازوئیل خلأ (VGO)
- برشهای سنگین خلأ
- تهمانده خلأ
باشند.
VGO یکی از خوراکهای مهم برای واحدهایی مانند کراکینگ کاتالیستی و هیدروکراکینگ است.
6. تبدیل برشهای سنگین به محصولات سبکتر
تمام برشهای حاصل از تقطیر ارزش اقتصادی یکسانی ندارند. به همین دلیل در پالایشگاههای مدرن، بخشی از برشهای سنگین وارد واحدهای تبدیلی میشوند.
هدف این واحدها تبدیل مولکولهای سنگین به ترکیبات سبکتر و باارزشتر است.
مهمترین فرآیندهای تبدیلی عبارتاند از:
کراکینگ کاتالیستی
در کراکینگ کاتالیستی سیال یا FCC، مولکولهای بزرگ هیدروکربنی با کمک کاتالیست به مولکولهای کوچکتر تبدیل میشوند.
این فرآیند میتواند به تولید محصولاتی مانند:
- بنزین
- پروپیلن
- بوتیلن
- گازهای سبک
- برشهای گازوئیلی
کمک کند.
هیدروکراکینگ
هیدروکراکینگ فرآیندی است که در حضور هیدروژن و کاتالیست انجام میشود و برای تبدیل خوراکهای سنگین به محصولات سبکتر کاربرد دارد.
این فرآیند میتواند برای تولید محصولات باکیفیتی مانند گازوئیل و سوخت جت مورد استفاده قرار گیرد.
ککسازی
در واحد ککسازی، خوراکهای بسیار سنگین به محصولات سبکتر، گاز و کک نفتی تبدیل میشوند.
این فرآیند در پالایشگاههایی که نفت خام سنگین فرآوری میکنند اهمیت زیادی دارد.
7. تصفیه محصولات نفتی
پس از فرآیندهای جداسازی و تبدیل، برخی محصولات نیاز به تصفیه دارند تا ترکیبات نامطلوب آنها کاهش پیدا کند.
یکی از مهمترین فرآیندهای تصفیه، هیدروتریتینگ (Hydrotreating) است.
در این فرآیند، جریان هیدروکربنی در حضور هیدروژن و کاتالیست تصفیه میشود.
هدف از این عملیات میتواند حذف یا کاهش ترکیباتی مانند:
- گوگرد
- نیتروژن
- برخی ترکیبات اکسیژنه
- فلزات
- ترکیبات ناپایدار
باشد.
8. گوگردزدایی از فرآوردههای نفتی
یکی از مهمترین اهداف فرآیندهای پالایش، کنترل میزان گوگرد در محصولات است.
ترکیبات گوگردی میتوانند باعث ایجاد مشکلات زیستمحیطی و خوردگی در برخی تجهیزات شوند. به همین دلیل محصولات مختلف باید تا رسیدن به مشخصات مورد نیاز، تحت فرآیندهای مناسب تصفیه قرار گیرند.
در بسیاری از پالایشگاهها، گوگرد موجود در جریانهای هیدروتریتینگ به شکل سولفید هیدروژن (H₂S) جدا شده و سپس در واحدهای مناسب مانند واحد بازیابی گوگرد فرآورش میشود.
9. اصلاح کیفیت بنزین
یکی از فرآیندهای مهم در پالایشگاه، ریفرمینگ کاتالیستی (Catalytic Reforming) است.
بخشی از نفتا پس از تصفیه وارد این واحد میشود. هدف اصلی ریفرمینگ، تبدیل ترکیبات هیدروکربنی به موادی با ارزش و عدد اکتان بالاتر است.
از محصولات مهم این فرآیند میتوان به رفورمیت (Reformate) اشاره کرد که یکی از اجزای مهم برای تولید بنزین با کیفیت مناسب است.
همچنین هیدروژن تولیدشده در ریفرمینگ میتواند در برخی واحدهای پالایشگاهی مورد استفاده قرار گیرد.
10. جداسازی و فرآورش گازهای پالایشگاهی
در فرآیندهای مختلف پالایش، گازهای سبک نیز تولید میشوند.
این گازها ممکن است شامل ترکیباتی مانند:
- متان
- اتان
- پروپان
- بوتان
- هیدروژن
- هیدروکربنهای سبک دیگر
باشند.
گازهای تولیدی پس از جداسازی و تصفیه میتوانند برای مصارف مختلف مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال، برخی از آنها بهعنوان سوخت پالایشگاه یا خوراک واحدهای پتروشیمی مصرف میشوند.
11. اختلاط فرآوردهها
محصولات پالایشگاه معمولاً تنها از یک جریان فرآیندی تشکیل نمیشوند.
برای تولید محصول نهایی با مشخصات مورد نظر، جریانهای مختلف در نسبتهای مشخص با یکدیگر مخلوط میشوند. به این عملیات Blending گفته میشود.
برای مثال، بنزین نهایی میتواند از ترکیب چند جریان مختلف پالایشگاهی تولید شود.
در این مرحله مشخصاتی مانند:
- عدد اکتان
- میزان گوگرد
- فشار بخار
- چگالی
- محدوده تقطیر
کنترل میشوند.
12. کنترل کیفیت محصولات
پس از تولید فرآوردهها، نمونهگیری و آزمایشهای مختلف روی محصولات انجام میشود.
هدف از کنترل کیفیت، اطمینان از مطابقت محصول با استانداردها و مشخصات فنی تعیینشده است.
برخی از آزمایشهای مورد استفاده میتوانند شامل اندازهگیری:
- چگالی
- گرانروی
- میزان گوگرد
- نقطه اشتعال
- فشار بخار
- عدد اکتان
- محدوده تقطیر
باشند.
13. ذخیرهسازی محصولات نهایی
پس از تأیید کیفیت، محصولات نفتی در مخازن مناسب ذخیره میشوند.
نوع مخزن مورد استفاده به ویژگیهای محصول بستگی دارد. برای مثال، برخی فرآوردههای سبک و فرار به مخازن و سیستمهای کنترل بخارات مناسب نیاز دارند.
محصولات نهایی پس از ذخیرهسازی میتوانند از طریق خطوط لوله، تانکرهای جادهای، واگنهای ریلی یا نفتکشها به مقصد ارسال شوند.
محصولات حاصل از پالایش نفت خام
بسته به نوع خوراک و فناوری پالایشگاه، محصولات مختلفی تولید میشوند.
مهمترین محصولات پالایشگاه عبارتاند از:
- بنزین
- گازوئیل
- سوخت جت
- نفت سفید
- گاز مایع یا LPG
- نفت کوره
- قیر
- کک نفتی
- خوراک پتروشیمی
- گازهای پالایشگاهی
مقدار تولید هر محصول به نوع نفت خام و ساختار پالایشگاه بستگی دارد.
نقش نوع نفت خام در فرآیند پالایش
همه نفتهای خام رفتار یکسانی ندارند. نفت خام میتواند سبک یا سنگین و همچنین شیرین یا ترش باشد.
نفت سبک معمولاً سهم بیشتری از ترکیبات سبک دارد، در حالی که نفت سنگین حاوی مقدار بیشتری از ترکیبات سنگین، رزینها و آسفالتنها است.
همچنین نفت ترش دارای مقدار بیشتری ترکیبات گوگردی نسبت به نفت شیرین است.
به همین دلیل پالایشگاهی که برای فرآوری نفت سنگین و ترش طراحی شده، معمولاً به واحدهای پیچیدهتر تصفیه و تبدیل نیاز دارد.
تفاوت پالایش نفت خام با تقطیر نفت خام
گاهی پالایش نفت خام و تقطیر نفت خام به اشتباه یک مفهوم در نظر گرفته میشوند، در حالی که این دو یکسان نیستند.
تقطیر یکی از مراحل پالایش است که وظیفه اصلی آن جداسازی برشهای مختلف نفت بر اساس نقطه جوش است.
اما پالایش نفت خام مجموعه بسیار گستردهتری از فرآیندها را شامل میشود، از جمله:
- نمکزدایی
- تقطیر
- کراکینگ
- هیدروکراکینگ
- ریفرمینگ
- هیدروتریتینگ
- گوگردزدایی
- اختلاط
- کنترل کیفیت
بنابراین تقطیر تنها یکی از بخشهای زنجیره کامل پالایش نفت خام محسوب میشود.
اهمیت پالایش نفت خام در صنعت نفت و پتروشیمی
پالایش نفت خام نقش مهمی در زنجیره ارزش صنعت نفت دارد. نفت خام پس از پالایش میتواند به سوختها و مواد اولیهای تبدیل شود که در حملونقل، تولید انرژی، صنایع شیمیایی، پتروشیمی، ساختمان و بسیاری از بخشهای اقتصادی مورد استفاده قرار میگیرند.
همچنین پالایشگاههای مدرن با استفاده از فرآیندهای تبدیلی میتوانند سهم بیشتری از خوراک سنگین را به محصولات باارزش تبدیل کنند. این موضوع باعث افزایش عمق پالایش و بهبود بهرهوری اقتصادی پالایشگاه میشود.
جمعبندی
پالایش نفت خام یک فرآیند چندمرحلهای است که از دریافت و آمادهسازی نفت خام آغاز میشود و با تولید، تصفیه و ذخیرهسازی فرآوردههای نهایی ادامه پیدا میکند.
در ابتدا نفت خام نمکزدایی و پیشگرم میشود و سپس وارد واحد تقطیر اتمسفری میشود. برشهای سنگینتر نیز میتوانند در واحد تقطیر در خلأ فرآوری شوند.
پس از جداسازی، برخی برشها وارد فرآیندهای تبدیلی مانند کراکینگ کاتالیستی، هیدروکراکینگ، ککسازی و ریفرمینگ میشوند. در ادامه محصولات مختلف تحت فرآیندهای تصفیه و گوگردزدایی قرار گرفته و پس از کنترل کیفیت و اختلاط، به فرآوردههای نهایی تبدیل میشوند.
در نهایت، پالایش نفت خام امکان تبدیل یک خوراک پیچیده و سنگین به محصولاتی مانند بنزین، گازوئیل، سوخت جت، نفت سفید، LPG، قیر و خوراک پتروشیمی را فراهم میکند.
