چگونگي تصفيه نفت خام

برش هاي نفتي توليد شده توسط فرآيندهاي تقطير و ديگر فرآينهاي شيميايي را بايد تصفيه كرد تا ناخالصي‌هاي آنها گرفته شود. ناخالصي ‌هاي موجود در اين برش ها شامل تركيبات آلي گوگرد دار، نيتروژن دار، اكسيژنه، آب و فلزات محلول و نمكهاي معدني مي‌شوند. تصفيه برش هاي نفتي معمولاً با يكي از روشهاي زير انجام مي‌گيرد.

با عبور دادن برش نفتي از روي ستوني از اسيد سولفوريك، هيدروكربنهاي اشباع نشده آن (يعني هيدروكربن هايي كه پيوند دوگانه كربن – كربن دارند), تركيبات نيتروژني و تركيبات اكسيژنه و باقيمانده هاي جامد آن (مانند قير و آسفالت) حذف مي‌شوند

با عبور دادن برش نفتي ازيك ستون جذب كه با مواد خشك كننده پرشده است مي توان آب را از برش حذف نمود. براي حذف گوگردو تركيبات گوگردي از برش هاي نفتي مي توان از روش هاي تصفيه(مانند يونيفاينينگ)استفاده كرده ويا ازبرج هاي جذب سولفيد هيدروژن بهره جست.

بعد از تصفيه برش هاي نفتي ،آنها را خنك كرده و سپس با يكديگر مخلوط مي كنند تا محصولاتي جديد مانند محصولات زير را بسازند:

انواع بنزين با درجه اكتانهاي متفاوت, با مواد افزودني يا بدون آنها.
روغنهاي موتور با وزنها و درجه بندي‌هاي مختلف مانند 10W-40 و يا 5W-30.
انواع مختلف نفت سفيد.
سوخت جت.
سوخت ديزل.
نفت سوخت.
مواد شيميايي مختلف براي توليد انواع پلاستيك و پليمرها.

فرآیند پالایش نفت خام در یک ستون تقطیر شروع می‌شود:

هیدروکربن هاي مختلف موجود در نفت خام دارای نقاط جوش متفاوتي هستند و هر چه طول زنجير 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 مي شود و هيدروكربن هاي مختلف با توجه به نقطه جوش شان از همديگر جدا مي شوند. هر يك از این برش ها، دارای خواص متفاوتي هستند که نوع استفاده از آنها را مشخص می کند.

برای پي بردن به تنوع مواد موجود در نفت خام و همچنین درك اهمیت پالايش نفت درجامعه امروزي به لیست زیر از محصولات گرفته شده از نفت خام توجه کنید :

گازهاي نفتي (Petroleum Gas) – برای گرم کردن ، آشپزی و تولید پلاستیک از آنها استفاده می شود .

ازآلکانهاي کوچک (ا تا 4 اتم کربن) تشكيل شده است.
نام معمول اين آلكان ها : متان ، اتان ، پروپان و بوتان است.
دامنه نقطه جوش گازهاي نفتي كمتر از 40 درجه سانتیگراد است.
غالبا" آن ها را تحت فشار قرار داده و به گاز مایع (LPG) تبدیل می كنند.

نفتا یا لیگروین (Ligorin) – يك محصول مياني است که باید روی آن فرآیند دیگری انجام داد تا به بنزین تبدیل شود.

ترکیبی است از آلکانها يي كه 5 تا 9 اتم كربن دارند.
دامنه نقطه جوش آن بین 60 تا 100 درجه سلسيوس مي باشد.

بنزين

به صورت مايع مي باشد.
مخلوطي از آلكانها و سيكلو آلكانها يي است كه 5 تا 12 اتم كربن دارند.
محدوده نقطه جوش آن بين40 تا 205 درجه سلسيوس است.

نفت سفيد(Kerosene)– سوخت موتور جت و تراكتوراست و ماده اي اوليه براي توليد محصولات ديگرمي باشد.

به شكل مايع است.
مخلوطي از الكانها ي10 تا 18 كربنه و آروماتيك هاست.
محدوده نقطه جوش آن از 175 تا 325 درجه سلسيوس مي باشد.

نفت گازيا گازوئيل– از نفت گاز به عنوان سوخت موتور ديزل و براي توليد گرما استفاده مي شود و ماده اوليه براي توليد محصولات ديگراست

به شكل مايع است.
ازآلكانهايي با 12 اتم كربن يا بيشتر تشكيل شده است.
محدوده نقطه جوش آن از 250 تا 350 درجه سلسيوس مي باشد.

روغن هاي روان كننده – مورد استفاده در موتورها، گريس و يا روان كننده هاي ديگر

به شكل مايع هستند.
از زنجيرهاي طولاني 20 تا 50 اتم كربن آلكان ها، سيكلو آلكانها و آروماتيك ها تشكيل شده اند.
محدوده نقطه جوش آنها بين 300 تا 370 درجه سلسيوس مي باشد.

نفت كوره – از نفت كوره به عنوان سوخت صنعتي استفاده مي شودو ماده اوليه براي توليد محصولات ديگر مي باشد.

به شكل مايع است.
از زنجيرهاي طولاني 20 تا 50 كربنه آلكان ها، سيكلو آلكانها و آروماتيك ها تشكيل شده است.
محدوده نقطه جوش آن بين370 تا 600 درجه سلسيوس است.

باقيمانده نفت خام: باقيمانده نفت خام به صورت كك، آسفالت، قير و واكس مي باشد و ماده اوليه براي توليد محصولات ديگر است.

به شكل جامد مي باشد.
تركيباتي از حلقه هاي چندگانه با 70 اتم كربن يا بيشتر هستند.

نقطه جوش آنها بيشتر از 600 درجه سلسيوس است.

همانطور كه تا بحال متوجه شده‌ايد، همه اين محصولات اندازه‌ها و نقاط جوش متفاوتي دارند. شيميدانان از اين خصوصيات‌ براي پالايش نفت استفاده مي‌كنند. براي پي بردن به جزئيات بيشترراجع به اين فرآيند جالب به بخش زير توجه كنيد.

فرآيند پالايش

همانطور كه قبلاً گفته شد، يك بشكه نفت خام مخلوطي از انواع هيدروكربنها مي‌باشد. فرايند پالايش نفت،روي نفت خام عمليات جداسازي انجام داده و آن را به محصولات مفيد وكاربردي تبديل مي‌كند.

شيميدانان از روشهاي زير براي تهيه محصولات از نفت استفاده مي كنند:

قديمي ترين و رايج ترين راه جدا كردن يك مخلوط به اجزاي مختلف آن, استفاده از اختلاف دماي جوش مي باشد. اين فرآيند تقطيرجزﺀ به جز ﺀ ناميده مي شود. اساس كار اين فرآيند اين است كه نفت خام حرارت داده شده و به بخار تبديل مي شود، سپس بخارات حاصله سردشده و به مايع تبديل مي‌شوند.
درتكنيكهاي جديد از فرآيندهاي شيميايي استفاده شده ويك برش نفتي به برش ديگر تبديل مي شود. اين فرآيند , فرآيند تبديل ناميده مي شود. براي مثال مي‌توان با فرآيند شيميايي يك هيدرو كربن سنگين را به هيدروكربن هاي كوچكتر تبديل كرد. اين تكنيك به پالايشگران كمك مي كند تا در صورت نياز يك سوخت سنگين مانند ديزل را به بنزين تبديل كنند.
پالايشگاهها بايد برش هاي نفتي را تصفيه كرده و ناخالصيهاي آنها را بگيرند.
پالايشگا هها برش هاي مختلف را با هم مخلوط كرده و محصولات مورد نظر خود را مي سازند. براي مثال با تركيب كردن مخلوط هاي متفاوتي ازهيدروكربن هاي مختلف, بنزين هايي با عدداكتان متفاوت به دست مي آيد.

محصولات توليدي معمولاً تا زمان تحويل به مصرف كننده‌ها، مانند پمپ بنزين‌ها، فرودگاهها، كارخانجات شيميايي و غيره در محدوده پالايشگاه ذخيره شوند. علاوه بر توليد محصولات نفتي، پالايشگاهها بايد زباله‌هاي ناشي از عمليات پالايش را نيز تصفيه نمايند تا آلودگي هوا، آب و محيط زيست را به حداقل برسانند.

در بخش زير به نحوه جداسازي نفت خام به اجزاي آن پرداخته مي‌شود.

تقطير جزﺀ به جز ﺀ

اجزاء سازنده نفت خام داراي اندازه‌ها، وزنها و نقاط جوش متفاوتي هستند. بنابراين اولين قدم، جداكردن اين اجزا است. از آنجائيكه نقطه جوش اين اجزاء متفاوت است، مي‌توان آنها را توسط فرآيندي بنام تقطير جزﺀ به جز ﺀ ، جدا كرد. مراحل تقطير جزﺀ به جز ﺀ به شرح زير است:

مخلوطي از دو مايع يا بيشتر كه نقاط جوش متفاوتي دارند تا دماي خاصي حرارت داده مي شود. حرارت دادن، معمولاً به وسيله بخار آب فشار بالا تا دماي حدود 600 درجه سلسيوس انجام مي شود.
مخلوط جوشيده و توليد بخار (گاز) ميكند. اغلب اجزاء به بخار تبديل ميشوند.
بخارآب وارد قسمت پايين يك ستون بلند كه با سيني پرشده است(ستون تقطير جز ﺀ به جز ﺀ) ميشود.

a) سيني ها تعداد زيادي سوراخ و bubble cap دارند .اين سوراخها به بخار اجازه عبور ميدهند.

b) سيني‌ها زمان تماس بين بخار و مايع موجود در ستون را افزايش مي‌دهند.

c) مايعاتي كه در ارتفاعات مختلف ستون تشكيل مي‌ شوند در سيني‌ها جمع‌ مي‌شود.

d) در طول ستون يك اختلاف دما وجود دارد. (پايين ستون گرم و بالاي آن خنك است)

بخار در ستون به سمت بالا حركت مي‌كند
هنگامي كه بخار از سيني‌ها عبور كرده وبالا مي رود سرد مي‌شود.
زمانيكه بخارات يك ماده به ارتفاعي از ستون مي‌رسد كه دماي آن برابر با دماي نقطه جوش آن ماده است، بخارات آن ماده چگالش يافته و به مايع تبديل مي‌شوند. ماده‌اي كه نقطه جوش پائين‌تري دارد در بالاترين نقطه ستون و موادي كه نقطه جوش بالاتردارند در نقاط پائين تر ستون به مايع تبديل مي‌شوند.
برش هاي مختلف مايعات نفتي در سيني ها جمع مي‌شود.
برش هاي نفتي جمع آوري شده ممكن است:

a) به كندا نسورها منتقل شوند و در آنجا خنكتر شده و سپس به مخازن انتقال پيدا كنند.

b) به منظور انجام عمليات شيميايي به مناطق ديگري منتقل شوند.

تقطير جزﺀ به جز ﺀ براي جداسازي مخلوطي از مواد كه تفاوت دماي جوششان كم است، مفيد است و مهمترين گام در فرآيند پالايش مي باشد.

تعداد خيلي كمي از برشهايي كه از ستون تقطير بيرون مي‌آيند, براي ارسال به بازار مناسب مي‌باشند. اغلب آنها را بايد توسط فرآيندهاي شيميايي به برش هاي ديگر تبديل نمود. براي مثال، تنها 40% نفت خام تقطيرشده را بنزين تشكيل مي‌دهد ولي با اين وجود بنزين يكي از مهمترين محصولات شركتهاي نفتي مي‌باشد. شركتهاي نفتي بجاي اينكه حجم زيادي از نفت خام را به طور پيوسته تقطير كنند، بعضي از برش هاي نفتي را به روش شيميايي به بنزين تبديل مي‌كنند. اين روش باعث افزايش توليد بنزين از هر بشكه نفت خام مي‌شود.

در بخش زير به بررسي فرآيند شيميايي تبديل يك برش به برش ديگر پرداخته مي شود.

فرآيند شيميايي

با استفاده از يكي از سه روش زير مي توان يك برش نفتي را به برش ديگر تبديل نمود:

با شكستن هيدروكربنهاي بزرگ به هيدروكربن هاي كوچكتر (كه آن را كراكينگ cracking مي‌نامند).
با تركيب مولكول هاي كوچكتر وساختن مولكول هاي بزرگتر (كه آن را unification مي‌نامند).
با تغيير آرايش اجزا مختلف سازنده هيدروكربن وتبديل آن به هيدروكربن مورد نظر (كه آن را alteration مي‌نامند).

كراكينگ(cracking)

در روش كراكينگ هيدروكربنهاي بزرگ شكسته شده و به هيدروكربنهاي كوچكتر تبديل مي شوند.

عمليات كراكينگ به روش هاي گوناگوني انجام مي شود:

- كراكينگ حرارتي – با حرارت دادن هيدروكربنهاي بزرگ در دماي بالا (و همچنين گاهي اوقات در فشار بالا), اين مولكول ها شكسته مي شوند.

-Aبخار – از بخار با دماي بالا (816 درجه سلسيوس) براي شكستن اتان، بوتان و نفتا به اتيلن و بنزن استفاده مي‌شود كه ازآن ها براي ساختن ماد شيميايي استفاده مي شود.

-Bشكستن غلظت(visbreaking) – باقيمانده ستون تقطير در 482 درجه سلسيوس حرارت داده و سپس آن را با نفت گاز سرد كرده و آن را سريعا" وارد يك ستون تقطير يا ظرف انبساط ناگهاني مي نمايند. اين عمل باعث كم شدن غلظت مواد نفتي سنگين و توليد قير مي‌شود.

-Cفرآيند توليد كك(coking) – باقيمانده برج تقطيررا در دمايي بالاتر از 482 درجه سلسيوس حرارت مي‌هند تا به نفت سنگين، بنزين و نفتا تبديل شود. در پايان فرآيند، يك باقيمانده نسبتا" خالص كربني به نام كك باقي مي‌ماند. كك را نهايتا" از دستگاه جدا كرده و بفروش مي‌رسانند.

كراكينگ كاتاليزوري(catalystic) – در فرآيند كراكينگ كاتاليزوري از يك كاتاليزور جهت سرعت بخشيدن به واكنش هاي شكستن استفاده ميشود. كاتاليستها شامل زئوليت ,هيدرو سيليكات آلومينيوم, بوكسيت و سيليكا-آلومينا مي‌باشند.

- A كراكينگ به كمك كاتاليزور سيال ( fluid catalystic cracking) – در اين فرآيند كاتاليست سيال با دماي حدود538 درجه سلسيوس نفت گاز سنگين را به سوخت ديزل و بنزين تبديل مي‌كند.

- Bهيدرو كراكينگ يا شكستن هيدروكربنها توسط هيدروژن(hydrocracking) – فرآيند هيدروكراكينگ مانند فرآيند شكستن به كمك كاتاليزور سيال مي باشد, با اين تفاوت كه در آن از كاتاليزور ديگري استفاده شده، در درجه حرارت كمتر و فشار بيشتري انجام شده و ازگاز هيدروژن استفاده ميشود. با اين روش مي توان نفت گاز سنگين را به بنزين و نفت سفيد يا سوخت جت تبديل نمود.

بعد از اينكه هيدروكربنهاي مختلف شكسته شده و به هيدروكربنهاي كوچكتري تبديل شدند، محصولات وارد يك ستون تفكيك ديگر شده و برش هاي مختلف از هم جدا مي شوند.

تركيب هيدروكربن ها با يكديگر (unification)

بعضي وقت ها نياز است كه هيدروكربنهاي كوچكتر را با هم تركيب كرد تا بتوان هيدروكربنهاي بزرگتر توليد نمود. اين فرآيند را تركيب (unification) مي‌نامند. مهمترين فرآيند تركيب, تغيير شكل مولكولي به وسيله كاتاليزور (catalytic reforming), مي‌ باشد. در اين فرآيند از يك كاتاليزور (طلاي سفيد و يا مخلوطي از طلاي سفيد و رنيوم) استفاده مي شود تا نفتاي سبك را به مواد آروماتيكي تبديل كند كه از آنها در ساخت مواد شيميايي وتهيه بنزين استفاده مي‌شود. يك محصول جانبي مهم اين فرآيند گاز هيدروژن است كه از آن در فرآيند هيدروكراكينگ استفاده مي‌شود و يا فروخته مي‌شود.

تغيير آرايش مولكول ها (Alteration)

گاهي اوقات براي توليد يك محصول جديد، بايد ساختار مولكولهاي يك برش تغيير داده شود. معمولا" اينكار با روشي بنام آلكيلاسيون انجام مي شود.

در روش آلكيلاسيون، تركيباتي را كه وزن مولكولي پائيني دارند مانند پروپلين و بوتلين را در حضور يك كاتاليزور مانند اسيد فلوﺋوريدريك يا اسيد سولفوريك ( كه يك محصول جانبي حاصل از حذف ناخالصي از خيلي از محصولات نفتي است) با هم مخلوط مي‌كنند. محصولات آلكيلاسيون هيدروكربن هاي اكتان بالا مي باشند كه از آن ها براي تهيه بنزين استفاده مي‌كنند تا آرام سوزي بنزين را بهبود بخشند.

منبع : وبلاگ مهندس یوسف رحیمی

چگونگي تصفيه نفت خام

مطالب مشابه :

لیست دانشگاههای آزاد و دولتی

‍Choromatogheraphy

چگونگي تصفيه نفت خام

ثبت نام کنکور کارشناسی ارشد دانشگاه آزاد اسلامی سال 1392

ثبت نام بدون آزمون

خلاصه ای از آیین نامه ی آموزشی دانشگاه

برنامه زمان بندی ترم نیمسال دوم 1390-1391

مقاله باران شدن اولین همایش ملی نفت - گاز - پتروشیمی اهواز توسط اساتید و دانشجویان گروه