با عبور دادن برش نفتی از روی ستونی از اسید سولفوریک، هیدروکربنهای اشباع نشده آن (یعنی هیدروکربن هایی که پیوند دوگانه کربن – کربن دارند), ترکیبات نیتروژنی و ترکیبات اکسیژنه و باقیمانده های جامد آن (مانند قیر و آسفالت) حذف میشوند
- با عبور دادن برش نفتی ازیک ستون جذب که با مواد خشک کننده پرشده است می توان آب را از برش حذف نمود.
- برای حذف گوگردو ترکیبات گوگردی از برش های نفتی می توان از روش های تصفیه(مانند یونیفاینینگ)استفاده کرده ویا ازبرج های جذب سولفید هیدروژن بهره جست.
بعد از تصفیه برش های نفتی ،آنها را خنک کرده و سپس با یکدیگر مخلوط می کنند تا محصولاتی جدید مانند محصولات زیر را بسازند:
- انواع بنزین با درجه اکتانهای متفاوت, با مواد افزودنی یا بدون آنها.
- روغنهای موتور با وزنها و درجه بندی‌های مختلف مانند ۱۰W-۴۰ و یا ۵W-۳۰.
- انواع مختلف نفت سفید.
- سوخت جت.
- سوخت دیزل.
- نفت سوخت.
- مواد شیمیایی مختلف برای تولید انواع پلاستیک و پلیمرها.
فرآیند پالایش نفت خام در یک ستون تقطیر شروع میشود:
هیدروکربن های مختلف موجود در نفت خام دارای نقاط جوش متفاوتی هستند و هر چه طول زنجیر بزرگتر باشد نقطه جوش آن بالاتر خواهد بود، بنابراین می‌توان آنها را با کمک تقطیر از همدیگر جدا نمود. و این همان چیزی است که در یک پالایشگاه نفت روی می دهد. در یک قسمت از فرآیند، نفت خام حرارت داده می شود و هیدروکربن های مختلف با توجه به نقطه جوش شان از همدیگر جدا می شوند. هر یک از این برش ها، دارای خواص متفاوتی هستند که نوع استفاده از آنها را مشخص می کند.
برای پی بردن به تنوع مواد موجود در نفت خام و همچنین درک اهمیت پالایش نفت درجامعه امروزی به لیست زیر از محصولات گرفته شده از نفت خام توجه کنید :
گازهای نفتی (Petroleum Gas) – برای گرم کردن ، آشپزی و تولید پلاستیک از آنها استفاده می شود .
- ازآلکانهای کوچک (ا تا ۴ اتم کربن) تشکیل شده است.
- نام معمول این آلکان ها : متان ، اتان ، پروپان و بوتان است.
- دامنه نقطه جوش گازهای نفتی کمتر از ۴۰ درجه سانتیگراد است.
- غالبا" آن ها را تحت فشار قرار داده و به گاز مایع (LPG) تبدیل می کنند.
نفتا یا لیگروین (Ligorin) – یک محصول میانی است که باید روی آن فرآیند دیگری انجام داد تا به بنزین تبدیل شود.
- ترکیبی است از آلکانها یی که ۵ تا ۹ اتم کربن دارند.
- دامنه نقطه جوش آن بین ۶۰ تا ۱۰۰ درجه سلسیوس می باشد.
بنزین
- به صورت مایع می باشد.
- مخلوطی از آلکانها و سیکلو آلکانها یی است که ۵ تا ۱۲ اتم کربن دارند.
- محدوده نقطه جوش آن بین۴۰ تا ۲۰۵ درجه سلسیوس است.
نفت سفید(Kerosene) – سوخت موتور جت و تراکتوراست و ماده ای اولیه برای تولید محصولات دیگرمی باشد.
- به شکل مایع است.
- مخلوطی از الکانها ی۱۰ تا ۱۸ کربنه و آروماتیک هاست.
- محدوده نقطه جوش آن از ۱۷۵ تا ۳۲۵ درجه سلسیوس می باشد.
نفت گازیا گازوئیل – از نفت گاز به عنوان سوخت موتور دیزل و برای تولید گرما استفاده می شود و ماده اولیه برای تولید محصولات دیگراست
- به شکل مایع است.
- ازآلکانهایی با ۱۲ اتم کربن یا بیشتر تشکیل شده است.
- محدوده نقطه جوش آن از ۲۵۰ تا ۳۵۰ درجه سلسیوس می باشد.
روغن های روان کننده – مورد استفاده در موتورها، گریس و یا روان کننده های دیگر
- به شکل مایع هستند.
- از زنجیرهای طولانی ۲۰ تا ۵۰ اتم کربن آلکان ها، سیکلو آلکانها و آروماتیک ها تشکیل شده اند.
- محدوده نقطه جوش آنها بین ۳۰۰ تا ۳۷۰ درجه سلسیوس می باشد.
نفت کوره – از نفت کوره به عنوان سوخت صنعتی استفاده می شودو ماده اولیه برای تولید محصولات دیگر می باشد.
- به شکل مایع است.
- از زنجیرهای طولانی ۲۰ تا ۵۰ کربنه آلکان ها، سیکلو آلکانها و آروماتیک ها تشکیل شده است.
- محدوده نقطه جوش آن بین۳۷۰ تا ۶۰۰ درجه سلسیوس است.
باقیمانده نفت خام: باقیمانده نفت خام به صورت کک، آسفالت، قیر و واکس می باشد و ماده اولیه برای تولید محصولات دیگر است.
- به شکل جامد می باشد.
- ترکیباتی از حلقه های چندگانه با ۷۰ اتم کربن یا بیشتر هستند.
نقطه جوش آنها بیشتر از ۶۰۰ درجه سلسیوس است.
همانطور که تا بحال متوجه شده‌اید، همه این محصولات اندازه‌ها و نقاط جوش متفاوتی دارند. شیمیدانان از این خصوصیات برای پالایش نفت استفاده می‌کنند. برای پی بردن به جزئیات بیشترراجع به این فرآیند جالب به بخش زیر توجه کنید.
فرآیند پالایش
همانطور که قبلاً گفته شد، یک بشکه نفت خام مخلوطی از انواع هیدروکربنها می‌باشد. فرایند پالایش نفت،روی نفت خام عملیات جداسازی انجام داده و آن را به محصولات مفید وکاربردی تبدیل میکند.
شیمیدانان از روشهای زیر برای تهیه محصولات از نفت استفاده می کنند:
- قدیمی ترین و رایج ترین راه جدا کردن یک مخلوط به اجزای مختلف آن, استفاده از اختلاف دمای جوش می باشد. این فرآیند تقطیرجزﺀ به جز ﺀ نامیده می شود. اساس کار این فرآیند این است که نفت خام حرارت داده شده و به بخار تبدیل می شود، سپس بخارات حاصله سردشده و به مایع تبدیل میشوند.
- درتکنیکهای جدید از فرآیندهای شیمیایی استفاده شده ویک برش نفتی به برش دیگر تبدیل می شود. این فرآیند , فرآیند تبدیل نامیده می شود. برای مثال می‌توان با فرآیند شیمیایی یک هیدرو کربن سنگین را به هیدروکربن های کوچکتر تبدیل کرد. این تکنیک به پالایشگران کمک می کند تا در صورت نیاز یک سوخت سنگین مانند دیزل را به بنزین تبدیل کنند.
- پالایشگاهها باید برش های نفتی را تصفیه کرده و ناخالصیهای آنها را بگیرند.
- پالایشگا هها برش های مختلف را با هم مخلوط کرده و محصولات مورد نظر خود را می سازند. برای مثال با ترکیب کردن مخلوط های متفاوتی ازهیدروکربن های مختلف, بنزین هایی با عدداکتان متفاوت به دست می آید.
محصولات تولیدی معمولاً تا زمان تحویل به مصرف کننده‌ها، مانند پمپ بنزین‌ها، فرودگاهها، کارخانجات شیمیایی و غیره در محدوده پالایشگاه ذخیره شوند. علاوه بر تولید محصولات نفتی، پالایشگاهها باید زباله‌های ناشی از عملیات پالایش را نیز تصفیه نمایند تا آلودگی هوا، آب و محیط زیست را به حداقل برسانند.
در بخش زیر به نحوه جداسازی نفت خام به اجزای آن پرداخته میشود.
تقطیر جزﺀ به جز ﺀ
اجزاء سازنده نفت خام دارای اندازه‌ها، وزنها و نقاط جوش متفاوتی هستند. بنابراین اولین قدم، جداکردن این اجزا است. از آنجائیکه نقطه جوش این اجزاء متفاوت است، می‌توان آنها را توسط فرآیندی بنام تقطیر جزﺀ به جز ﺀ ، جدا کرد. مراحل تقطیر جزﺀ به جز ﺀ به شرح زیر است:
- مخلوطی از دو مایع یا بیشتر که نقاط جوش متفاوتی دارند تا دمای خاصی حرارت داده می شود. حرارت دادن، معمولاً به وسیله بخار آب فشار بالا تا دمای حدود ۶۰۰ درجه سلسیوس انجام می شود.
- مخلوط جوشیده و تولید بخار (گاز) میکند. اغلب اجزاء به بخار تبدیل میشوند.
- بخارآب وارد قسمت پایین یک ستون بلند که با سینی پرشده است(ستون تقطیر جز ﺀ به جز ﺀ) میشود.
a) سینی ها تعداد زیادی سوراخ و bubble cap دارند .این سوراخها به بخار اجازه عبور میدهند.
b) سینی‌ها زمان تماس بین بخار و مایع موجود در ستون را افزایش میدهند.
c) مایعاتی که در ارتفاعات مختلف ستون تشکیل می شوند در سینی‌ها جمع میشود.
d) در طول ستون یک اختلاف دما وجود دارد. (پایین ستون گرم و بالای آن خنک است)
- بخار در ستون به سمت بالا حرکت میکند
- هنگامی که بخار از سینی‌ها عبور کرده وبالا می رود سرد میشود.
- زمانیکه بخارات یک ماده به ارتفاعی از ستون می‌رسد که دمای آن برابر با دمای نقطه جوش آن ماده است، بخارات آن ماده چگالش یافته و به مایع تبدیل میشوند. ماده‌ای که نقطه جوش پائین‌تری دارد در بالاترین نقطه ستون و موادی که نقطه جوش بالاتردارند در نقاط پائین تر ستون به مایع تبدیل میشوند.
- برش های مختلف مایعات نفتی در سینی ها جمع میشود.
- برش های نفتی جمع آوری شده ممکن است:
a) به کندا نسورها منتقل شوند و در آنجا خنکتر شده و سپس به مخازن انتقال پیدا کنند.
b) به منظور انجام عملیات شیمیایی به مناطق دیگری منتقل شوند.
تقطیر جزﺀ به جز ﺀ برای جداسازی مخلوطی از مواد که تفاوت دمای جوششان کم است، مفید است و مهمترین گام در فرآیند پالایش می باشد.
تعداد خیلی کمی از برشهایی که از ستون تقطیر بیرون می‌آیند, برای ارسال به بازار مناسب می‌باشند. اغلب آنها را باید توسط فرآیندهای شیمیایی به برش های دیگر تبدیل نمود. برای مثال، تنها ۴۰% نفت خام تقطیرشده را بنزین تشکیل می‌دهد ولی با این وجود بنزین یکی از مهمترین محصولات شرکتهای نفتی می‌باشد. شرکتهای نفتی بجای اینکه حجم زیادی از نفت خام را به طور پیوسته تقطیر کنند، بعضی از برش های نفتی را به روش شیمیایی به بنزین تبدیل می‌کنند. این روش باعث افزایش تولید بنزین از هر بشکه نفت خام میشود.
در بخش زیر به بررسی فرآیند شیمیایی تبدیل یک برش به برش دیگر پرداخته می شود.
فرآیند شیمیایی
با استفاده از یکی از سه روش زیر می توان یک برش نفتی را به برش دیگر تبدیل نمود:
- با شکستن هیدروکربنهای بزرگ به هیدروکربن های کوچکتر (که آن را کراکینگ cracking می‌نامند).
- با ترکیب مولکول های کوچکتر وساختن مولکول های بزرگتر (که آن را unification می‌نامند).
- با تغییر آرایش اجزا مختلف سازنده هیدروکربن وتبدیل آن به هیدروکربن مورد نظر (که آن را alteration می‌نامند).
کراکینگ(cracking)
در روش کراکینگ هیدروکربنهای بزرگ شکسته شده و به هیدروکربنهای کوچکتر تبدیل می شوند.
عملیات کراکینگ به روش های گوناگونی انجام می شود:
- کراکینگ حرارتی – با حرارت دادن هیدروکربنهای بزرگ در دمای بالا (و همچنین گاهی اوقات در فشار بالا), این مولکول ها شکسته می شوند.
- -Aبخار – از بخار با دمای بالا (۸۱۶ درجه سلسیوس) برای شکستن اتان، بوتان و نفتا به اتیلن و بنزن استفاده میشود که ازآن ها برای ساختن ماد شیمیایی استفاده می شود.
- -Bشکستن غلظت(visbreaking) – باقیمانده ستون تقطیر در ۴۸۲ درجه سلسیوس حرارت داده و سپس آن را با نفت گاز سرد کرده و آن را سریعا" وارد یک ستون تقطیر یا ظرف انبساط ناگهانی می نمایند. این عمل باعث کم شدن غلظت مواد نفتی سنگین و تولید قیر میشود.
- -Cفرآیند تولید کک(coking) – باقیمانده برج تقطیررا در دمایی بالاتر از ۴۸۲ درجه سلسیوس حرارت می‌هند تا به نفت سنگین، بنزین و نفتا تبدیل شود. در پایان فرآیند، یک باقیمانده نسبتا" خالص کربنی به نام کک باقی می‌ماند. کک را نهایتا" از دستگاه جدا کرده و بفروش می‌رسانند.
کراکینگ کاتالیزوری(catalystic) – در فرآیند کراکینگ کاتالیزوری از یک کاتالیزور جهت سرعت بخشیدن به واکنش های شکستن استفاده میشود. کاتالیستها شامل زئولیت ,هیدرو سیلیکات آلومینیوم, بوکسیت و سیلیکا-آلومینا می‌باشند.
- - A کراکینگ به کمک کاتالیزور سیال ( fluid catalystic cracking) – در این فرآیند کاتالیست سیال با دمای حدود۵۳۸ درجه سلسیوس نفت گاز سنگین را به سوخت دیزل و بنزین تبدیل میکند.
- - Bهیدرو کراکینگ یا شکستن هیدروکربنها توسط هیدروژن(hydrocracking) – فرآیند هیدروکراکینگ مانند فرآیند شکستن به کمک کاتالیزور سیال می باشد, با این تفاوت که در آن از کاتالیزور دیگری استفاده شده، در درجه حرارت کمتر و فشار بیشتری انجام شده و ازگاز هیدروژن استفاده میشود. با این روش می توان نفت گاز سنگین را به بنزین و نفت سفید یا سوخت جت تبدیل نمود.
بعد از اینکه هیدروکربنهای مختلف شکسته شده و به هیدروکربنهای کوچکتری تبدیل شدند، محصولات وارد یک ستون تفکیک دیگر شده و برش های مختلف از هم جدا می شوند.
ترکیب هیدروکربن ها با یکدیگر (unification)
بعضی وقت ها نیاز است که هیدروکربنهای کوچکتر را با هم ترکیب کرد تا بتوان هیدروکربنهای بزرگتر تولید نمود. این فرآیند را ترکیب (unification) می‌نامند. مهمترین فرآیند ترکیب, تغییر شکل مولکولی به وسیله کاتالیزور (catalytic reforming), می باشد. در این فرآیند از یک کاتالیزور (طلای سفید و یا مخلوطی از طلای سفید و رنیوم) استفاده می شود تا نفتای سبک را به مواد آروماتیکی تبدیل کند که از آنها در ساخت مواد شیمیایی وتهیه بنزین استفاده میشود. یک محصول جانبی مهم این فرآیند گاز هیدروژن است که از آن در فرآیند هیدروکراکینگ استفاده میشود و یا فروخته میشود.
تغییر آرایش مولکول ها (Alteration)
گاهی اوقات برای تولید یک محصول جدید، باید ساختار مولکولهای یک برش تغییر داده شود. معمولا" اینکار با روشی بنام آلکیلاسیون انجام می شود.
در روش آلکیلاسیون، ترکیباتی را که وزن مولکولی پائینی دارند مانند پروپلین و بوتلین را در حضور یک کاتالیزور مانند اسید فلوﺋوریدریک یا اسید سولفوریک ( که یک محصول جانبی حاصل از حذف ناخالصی از خیلی از محصولات نفتی است) با هم مخلوط می‌کنند. محصولات آلکیلاسیون هیدروکربن های اکتان بالا می باشند که از آن ها برای تهیه بنزین استفاده می‌کنند تا آرام سوزی بنزین را بهبود بخشند.
دانلود کامل فایل چگونگی تصفیه نفت خام
