واحد تقطیر در خلأ (VDU) چیست؟
مقدمه
واحد تقطیر در خلأ یا Vacuum Distillation Unit (VDU) یکی از واحدهای مهم در پالایشگاههای نفت است که برای جداسازی برشهای سنگین نفتی در شرایط فشار پایین استفاده میشود. این واحد معمولاً در ادامه واحد تقطیر نفت خام
(CDU) قرار دارد و خوراک اصلی آن تهمانده سنگین برج تقطیر اتمسفریک است.
هدف اصلی VDU این است که بتواند ترکیبات سنگین نفتی را بدون نیاز به دماهای بسیار بالا از یکدیگر جدا کند. کاهش فشار باعث کاهش نقطه جوش هیدروکربنها میشود و امکان تبخیر و جداسازی آنها را در دماهای پایینتر فراهم میکند. این
موضوع از شکست حرارتی شدید و تشکیل کک جلوگیری میکند.
به همین دلیل، واحد تقطیر در خلأ نقش مهمی در افزایش بازیابی ترکیبات ارزشمند از نفت خام و تأمین خوراک واحدهای پاییندستی پالایشگاه دارد.
واحد تقطیر در خلأ (VDU) چیست؟
VDU مخفف Vacuum Distillation Unit و به معنی واحد تقطیر در خلأ است. این واحد برای جداسازی برشهای سنگین نفتی در فشاری کمتر از فشار اتمسفریک طراحی شده است.
در واحد CDU، بخش زیادی از ترکیبات سبک و متوسط نفت خام جدا میشوند؛ اما بخش سنگین نفت خام که در پایین برج باقی میماند، هنوز حاوی هیدروکربنهای قابلاستفاده است.
این جریان که معمولاً با نام Atmospheric Residue یا نفت کوره اتمسفریک شناخته میشود، میتواند به واحد VDU ارسال شود.
در VDU، با کاهش فشار، نقطه جوش ترکیبات کاهش پیدا میکند. در نتیجه میتوان ترکیبات سنگین را در دمایی پایینتر از شرایط تقطیر اتمسفریک جدا کرد.
چرا از تقطیر در خلأ استفاده میشود؟
اگر تهمانده سنگین CDU در فشار اتمسفریک حرارت داده شود، بسیاری از ترکیبات آن برای تبخیر شدن به دمای بسیار بالایی نیاز خواهند داشت.
افزایش بیش از حد دما میتواند باعث شکست حرارتی (Thermal Cracking)، تشکیل کک و کاهش کیفیت محصولات شود.
با ایجاد خلأ در برج تقطیر، فشار کاهش مییابد و در نتیجه دمای جوش ترکیبات نیز کاهش پیدا میکند.
بنابراین مهمترین دلیل استفاده از VDU این است که:
ترکیبات سنگین نفتی در فشار پایین و دمای مناسب، بدون ایجاد شکست حرارتی شدید، از یکدیگر جدا شوند.
خوراک واحد VDU چیست؟
خوراک اصلی واحد تقطیر در خلأ معمولاً تهمانده برج تقطیر اتمسفریک (Atmospheric Residue) است.
این جریان پس از خروج از پایین برج CDU وارد واحد VDU میشود.
ویژگیهای خوراک VDU به نوع نفت خام و طراحی پالایشگاه بستگی دارد و میتواند شامل ترکیبات سنگین هیدروکربنی، آسفالتنها، رزینها، ترکیبات گوگردی و فلزی باشد.
کیفیت خوراک تأثیر مستقیمی بر عملکرد برج خلأ، میزان تولید محصولات و میزان تشکیل کک دارد.
فرآیند کار واحد تقطیر در خلأ چگونه است؟
فرآیند VDU را میتوان به چند مرحله اصلی تقسیم کرد.
۱. ورود خوراک
تهمانده سنگین CDU ابتدا وارد سیستم پیشگرمایش میشود. در این قسمت، از حرارت جریانهای داغ خروجی برای افزایش دمای خوراک استفاده میشود.
بازیابی حرارت یکی از عوامل مهم در کاهش مصرف انرژی واحد است.
۲. گرم شدن خوراک در کوره
پس از پیشگرم شدن، خوراک وارد کوره واحد خلأ (Vacuum Furnace) میشود.
در کوره، دمای خوراک افزایش پیدا میکند تا بخشی از ترکیبات آن برای ورود به برج به حالت بخار تبدیل شوند.
کنترل دمای خروجی کوره بسیار مهم است؛ زیرا افزایش بیش از حد دما میتواند باعث شکست حرارتی و تشکیل کک شود.
۳. ورود خوراک به برج خلأ
خوراک داغ وارد برج تقطیر در خلأ (Vacuum Distillation Column) میشود.
به دلیل فشار پایین داخل برج، ترکیبات هیدروکربنی در دمای پایینتری نسبت به شرایط اتمسفریک تبخیر میشوند.
ترکیبات سبکتر به سمت بالای برج حرکت میکنند و ترکیبات سنگینتر به قسمت پایین برج بازمیگردند.
۴. جداسازی برشهای سنگین
در برج خلأ، برشهای مختلف بر اساس محدوده نقطه جوش از یکدیگر جدا میشوند.
مهمترین محصولات VDU شامل موارد زیر هستند:
- گازوئیل خلأ
- VGO سبک
- VGO سنگین
- تهمانده خلأ
محصولات دقیق به طراحی واحد و مشخصات خوراک بستگی دارند.
محصولات واحد VDU
۱. گازوئیل خلأ (Vacuum Gas Oil)
VGO یکی از مهمترین محصولات واحد تقطیر در خلأ است.
VGO میتواند به عنوان خوراک واحدهایی مانند:
- FCC
- Hydrocracking
- Hydrotreater
مورد استفاده قرار گیرد.
به همین دلیل، کیفیت VGO تأثیر زیادی بر عملکرد واحدهای تبدیل پاییندستی دارد.
۲. VGO سبک و سنگین
بسته به طراحی برج و نحوه برشدهی، ممکن است VGO به بخشهای مختلف مانند Light Vacuum Gas Oil و Heavy Vacuum Gas Oil تقسیم شود.
این برشها از نظر نقطه جوش، چگالی، ترکیبات گوگردی و فلزی با یکدیگر تفاوت دارند.
۳. تهمانده خلأ (Vacuum Residue)
سنگینترین جریان خروجی VDU، Vacuum Residue یا تهمانده خلأ است.
این جریان حاوی ترکیبات بسیار سنگین است و میتواند برای فرآیندهایی مانند:
- تولید قیر
- ککسازی تأخیری
- Visbreaking
- واحدهای تبدیل باقیمانده
مورد استفاده قرار گیرد.
تجهیزات اصلی واحد VDU
واحد تقطیر در خلأ از تجهیزات مختلفی تشکیل شده است که مهمترین آنها عبارتاند از:
برج تقطیر در خلأ
برج اصلی واحد است که جداسازی ترکیبات سنگین در آن انجام میشود.
کوره خلأ
وظیفه آن افزایش دمای خوراک تا شرایط مورد نیاز برای ورود به برج است.
سیستم ایجاد خلأ
یکی از مهمترین قسمتهای VDU است و فشار پایین مورد نیاز برج را فراهم میکند.
این سیستم میتواند از Steam Ejector، Liquid Ring Vacuum Pump یا ترکیبی از تجهیزات ایجاد خلأ استفاده کند.
کندانسورها
بخارات خروجی از بالای برج را سرد و متراکم میکنند.
پمپها
برای انتقال خوراک، محصولات و جریانهای برگشتی مورد استفاده قرار میگیرند.
مبدلهای حرارتی
برای بازیابی حرارت جریانهای داغ و پیشگرم کردن خوراک استفاده میشوند.
سیستم تزریق بخار
بخار استریپینگ به کاهش فشار جزئی هیدروکربنها و بهبود جداسازی کمک میکند.
سیستم خلأ در VDU
سیستم خلأ یکی از حساسترین بخشهای این واحد است.
هدف این سیستم، کاهش فشار داخل برج و حفظ آن در محدوده طراحی است.
در بسیاری از واحدها از اجکتورهای بخاری برای ایجاد خلأ استفاده میشود. اجکتور با استفاده از بخار فشار بالا، سرعت جریان را افزایش داده و فشار را کاهش میدهد.
در برخی طراحیها نیز از پمپهای خلأ مکانیکی استفاده میشود.
هرگونه افت عملکرد سیستم خلأ میتواند فشار برج را افزایش داده و باعث کاهش کیفیت جداسازی شود.
نقش بخار در واحد VDU
بخار استریپینگ نقش مهمی در عملکرد واحد تقطیر در خلأ دارد.
تزریق بخار باعث کاهش فشار جزئی هیدروکربنها میشود و به خروج ترکیبات سبکتر از جریانهای سنگین کمک میکند.
با این حال، مقدار بخار باید بهینه باشد. مصرف بیش از حد بخار میتواند بار سیستم خلأ و تجهیزات کندانسور را افزایش دهد.
پارامترهای مهم عملیاتی VDU
کنترل شرایط عملیاتی در VDU اهمیت زیادی دارد. مهمترین پارامترها عبارتاند از:
فشار برج
فشار یکی از مهمترین پارامترهای VDU است و مستقیماً روی دمای جوش و کیفیت جداسازی اثر میگذارد.
دمای خروجی کوره
دمای کوره باید به اندازهای باشد که تبخیر کافی ایجاد شود، اما از شکست حرارتی و تشکیل کک جلوگیری شود.
میزان بخار استریپینگ
مقدار مناسب بخار به بهبود جداسازی کمک میکند.
نرخ خوراک
تغییر دبی خوراک میتواند تعادل حرارتی و هیدرولیکی برج را تغییر دهد.
میزان Reflux
جریانهای برگشتی داخلی برج بر کیفیت جداسازی برشها تأثیر دارند.
دمای برشهای خروجی
کنترل دمای محصولات برای دستیابی به محدوده جوش موردنظر اهمیت زیادی دارد.
تفاوت VDU با CDU از نظر دما
یکی از مهمترین تفاوتهای این دو واحد، شرایط فشار و دمای فرآیند است.
در CDU، جداسازی نفت خام در شرایط نزدیک به فشار اتمسفریک انجام میشود؛ اما در VDU، فشار به مقدار قابل توجهی کاهش پیدا میکند.
این کاهش فشار باعث میشود ترکیبات سنگین در دمای پایینتری به جوش بیایند.
به همین دلیل، VDU امکان جداسازی ترکیباتی را فراهم میکند که تقطیر آنها در شرایط اتمسفریک میتواند باعث شکست حرارتی شدید شود.
اهمیت VDU در پالایشگاه
واحد VDU نقش مهمی در افزایش بهرهوری پالایشگاه دارد.
اگر تهمانده CDU مستقیماً به عنوان یک محصول سنگین از پالایشگاه خارج شود، مقدار زیادی از ترکیبات قابلاستفاده در آن باقی خواهد ماند.
VDU این امکان را فراهم میکند که بخشی از این ترکیبات به صورت VGO بازیابی شوند.
VGO نیز میتواند در واحدهای تبدیل مانند FCC و Hydrocracking به محصولات با ارزش افزوده بالاتر تبدیل شود.
بنابراین VDU میتواند به افزایش بازده پالایشگاه و بازیابی محصولات با ارزش کمک کند.
مشکلات و چالشهای عملیاتی VDU
واحد تقطیر در خلأ نیز مانند سایر واحدهای پالایشگاهی با چالشهای مختلفی مواجه است.
برخی از مهمترین مشکلات عبارتاند از:
- افت خلأ برج
- تشکیل کک در کوره
- رسوبگذاری در مبدلهای حرارتی
- خوردگی تجهیزات
- Carry Over یا همراه شدن قطرات مایع با بخار
- کاهش راندمان سیستم خلأ
- مشکلات کندانسورها
- افزایش افت فشار در مسیر بخارات
- نوسان کیفیت خوراک
- کاهش کیفیت VGO
کنترل دقیق شرایط عملیاتی و نگهداری منظم تجهیزات میتواند به کاهش این مشکلات کمک کند.
مزایای واحد تقطیر در خلأ
مهمترین مزایای استفاده از VDU عبارتاند از:
- جداسازی مؤثر برشهای سنگین نفتی
- کاهش دمای جوش ترکیبات سنگین
- جلوگیری از شکست حرارتی شدید
- افزایش بازیابی هیدروکربنهای ارزشمند
- تولید خوراک مناسب برای FCC و Hydrocracking
- افزایش انعطافپذیری پالایشگاه
- بهبود بهرهوری فرآیند پالایش
جمعبندی
واحد تقطیر در خلأ (VDU) یکی از واحدهای کلیدی در پالایشگاههای نفت است که وظیفه آن جداسازی ترکیبات سنگین موجود در تهمانده واحد تقطیر اتمسفریک است.
در این واحد، با کاهش فشار، نقطه جوش هیدروکربنها کاهش پیدا میکند و امکان جداسازی آنها بدون نیاز به دماهای بسیار بالا فراهم میشود. مهمترین محصولات VDU شامل VGO و Vacuum Residue هستند.
VGO میتواند به عنوان خوراک واحدهای تبدیل مانند FCC و Hydrocracking مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که تهمانده خلأ نیز میتواند در فرآیندهایی مانند تولید قیر یا ککسازی مورد استفاده قرار گیرد.
در مجموع، VDU با بازیابی بخش قابلتوجهی از ترکیبات سنگین و تبدیل آنها به خوراک مناسب برای واحدهای پاییندستی، نقش مهمی در افزایش راندمان و ارزشآفرینی پالایشگاه دارد.
