پالایش نفت و فرآیندهای آن
پالایش نفت و فرآیندهای آن (Petroleum Refining) در واقع انجام یک سری تغییرات فیزیکی و شیمیایی بر روی محصول ورودی پالایشگاه که نفت خام است و تبدیل آن به محصولات خروجی یا فراورده های نفتی میباشد. هدف از پالایش نفت تبدیل ماده کم فایده و غیر قابل استفادۀ نفت خام، به فرآورده های نفتی با کیفیت و مورد تقاضای بازار و مصرف کنندگان میباشد.
پالایشگاه (Petroleum Refinery) مجموعه ای از امکانات و تجهیزات است که باهم مرتبط بوده و عمل پالایش نفت را انجام می‌دهند. پالایشگاه ها شامل انواع مختلفی بر اساس ساختار و مواد تولیدی می‌باشند. همچنین هر پالایشگاه خود شامل بخش های مختلفی است که هرکدام وظیفه خاصی در راستای تولید و بهبود کیفیت فرآورده های نفتی بر عهده دارند.
در یک پالایشگاه نفت با توجه به حساسیت کار و نیاز به دانش و تخصص، مهندسان مختلفی در رشته های مکانیک، فرایند، شیمی، نفت، انرژی، برق، کامپیوتر، ایمنی وغیره فعالیت می‌کنند.
شما می توانید عملیات حفاری و استخراج نفت را در مقاله لینک شده دنبال کنید.
انواع پالایشگاه ها
به طور کلی میتوان پالایشگاه ها را از لحاظ محصولات تولیدی به سه دسته زیر تقسیم نمود:
- پالایشگاه های سوخت. که متداول ترین نوع پالایشگاه هستند و هدف آنها تولید سوخت های رایج مانند بنزین، گازوییل، گاز مایع، نفت سفید و… است. مانند پالایشگاه تهران، پالایشگاه آبادان، پالایشگاه اراک و…
- پالایشگاه های روغن ساز. که محصولات تولیدی آنها انواع روغن ها و روان کننده های سبک و سنگین، قیرها و… هستند. این محصولات می‌توانند هم به صورت مجزا به تولید روغن بپردازند و یا اینکه در ادامه عملیات یک پالایشگاه سوخت این کار را انجام دهند. از پالایشگاه های معروف در این حوزه میتوان به پالایشگاه نفت پارس و پالایشگاه نفت بهران اشاره کرد.
- پالایشگاه های پتروشیمیایی. که علاوه بر تولید فراورده های سوختی، مواد اولیۀ واحدهای پتروشیمی مانند آروماتیک ها، اتیلن، بوتادین و غیره را تولید می‌کنند. از جمله پالایشگاه های معروف در این حوزه میتوان به پالایشگاه ستاره خلیج فارس اشاره کرد.
فرایندهای پالایش نفت
به طور کلی در یک پالایشگاه برای دستیابی به محصولات مورد نیاز، یک سری فرایندهای فیزیکی و شیمیایی انجام می‌شود. مهم ترین عملیات پالایشگاه، تقطیر نفت خام (Distillation) میباشد که هدف آن جداسازی نفت خام به برش های نفتی است. در ادامه، فرایندهای دیگری جهت بهبود خواص یا تغییر خواص فراورده ها انجام می‌شود. از جملۀ این فرایندها میتوان به رفرمینگ و ایزومری برای افزایش عدد اکتان بنزین و فرایندهای هیدروکراکینگ، ککینگ، الیگومری و… برای تولید سوخت های سبک از فراورده های سنگین تر اشاره کرد.
پس از این فرایندها نوبت به فرایندهای تصفیه میرسد که هدف آن ها حذف آلاینده ها از فراورده های نفتی میباشد. در پایان برای حفاظت از محیط زیست و کاهش آلودگی ها، عملیات تصفیه پساب ها، فراوری گازهای دودکش و… انجام میشوند. هرکدام از این فرایند ها در واحدهای جداگانه در پالایشگاه ها انجام شده و دارای استانداردهای بسیار دقیقی هستند که باید تماماً اجرا شوند.
تقطیر نفت
مهم ترین عملی که در پالایشگاه بر روی نفت خام انجام می‌شود، تقطیر (Distillation) میباشد. فرایند تقطیر در واقع تفکیک و جداسازی نفت خام به یک سری برش های نفتی بر اساس اختلاف فاصلۀ جوش فراورده ها است.
عمل تقطیر نفت خام در وسیله ای به نام برج تقطیر (Distillation Column) انجام می‌شود. برج های تقطیر شامل دو نوع برج تقطیر اتمسفری (Atmospheric Distillation Column) و برج تقطیر خلأ (Vacuum Distillation Column) هستند که هر کدام به طور جداگانه توضیح داده خواهند شد.
تقطیر اتمسفری در پالایش نفت
نفت خام ورودی به پالایشگاه، ابتدا وارد تجهیزات نمک گیر شده تا املاح موجود در آن به طور کامل از آن زدوده شود. در ادامه، نفت خام جهت پیش گرمایش از تعدادی مبدل حرارتی عبور می‌کند. این مبدل های حرارتی در واقع گرما را از فراورده های تولیدی برج تقطیر به نفت خام ورودی منتقل می‌کنند. طی این انتقال حرارت دمای نفت خام به حدود 280˚C میرسد.
در این مرحله نفت خام باید جهت گرمایش کامل وارد کوره شود. دمای نفت خام پس از خروج از کوره به حدود 350˚ C میرسد. در این مرحله نفت خام عملاً به صورت دوفازی درآمده و ترکیبی از فاز مایع و بخار می باشد.
نفت خام پس از رسیدن به دمای مناسب باید وارد برج تقطیر گردد. برج تقطیر یک استوانه با ارتفاع زیاد بوده و از تعدادی سینی تشکیل شده است. تعداد سینی های برج تقطیر اتمسفری چیزی بین 30 تا 60 سینی میباشد. این سینی ها در نقاط مختلفی از برج از لحاظ ارتفاع نصب شده اند و برش های نفتی با توجه به فاصلۀ جوششان (محدودۀ بین نقطه جوش اولیه و نهایی)، در ارتفاع و سینی مناسب خود جمع شده و خارج میشوند.
دما در بالای برج تقطیر اتمسفری 70˚ C و در قسمت پایین آن 350˚ C میباشد. برش های سبک تر نفتی از قسمت های بالایی برج و برش های سنگین تر از پایین برج خارج میشوند. جریان های خروجی از برج تقطیر به حالت بخار هستند و پس از عبور از کندانسورها به حالت مایع در می‌آیند.
معمولاً همراه هر برش نفتی مقداری مواد سبک تر هم از برج تقطیر خارج می‌شود. این امر می‌تواند باعث پایین آمدن نقطه اشتعال (اولین دمایی که سوخت در آن مشتعل می‌شود) فراورده می‌شود. به منظور اصلاح این امر، برش های خروجی از برج تقطیر را به برج استریپینگ کوچکی می‌فرستند. برش های نفتی در برج استریپینگ در تماس با بخار قرار گرفته و مواد سبکتر از آنها جدا میشوند.
جدول زیر نشان دهندۀ فراورده های خروجی از برج تقطیر اتمسفری به همراه کاربردها و دمای تقطیر آنها در مرحله پالایش نفت است:
| برش نفتی | محدوده دمای تقطیر | کاربردها |
| گازهای سبک | در تمامی دماها | مخلوطی از گازهای متان و اتان کاربرد به عنوان سوخت پالایشگاه |
| گاز مایع LPG | T < 40 C | مخلوطی از پروپان و متان و بوتان کاربرد به عنوان سوخت و مواد اولیه شیمیایی |
| بنزین (نفتای سبک) | 90 – 40 C | سوخت موتورهای احتراق داخلی |
| نفتای سنگین | 190 – 90 C | به عنوان مواد اولیه شیمیایی و خوراک واحدهای پتروشیمی مانند تینر |
| کروزن Kerosene | 270 – 90 C | شامل نفت سفید و سوخت جت کاربرد به عنوان سوخت ماشی آلات کشاورزی و سوخت هواپیما |
| گازوئیل | 320 – 270 C | سوخت موتورهای دیزلی مانند کامیون ها و سوخت بعضی نیروگاه ها و تجهیزات گرمایشی |
| باقیمانده اتمسفری | T>320 C | خوراک ورودی برج تقطیر خلاء |
تقطیر خلأ در پالایش نفت
در برج تقطیر اتمسفری مقداری مواد سنگین تر به جا می‌ماند که دارای نقطۀ جوش بالایی هستند. اگر برای تقطیر این مواد، دمای برج تقطیر بالاتر برده شود، باعث شکست حرارتی مولکول ها و تشکیل کُک می‌شود. بنابراین برای جلوگیری از این امر، مواد باقیماندۀ برج اتمسفری به برج تقطیر خلأ فرستاده میشوند.
برج تقطیر خلأ (Vacuum Distillation Column) دارای فشاری پایین تر از اتمسفر و حدود 10 تا 45 میلی متر جیوه است و افزایش دما در آن باعث تشکیل کُک نمی‌شود.
باقیماندۀ اتمسفری قبل از ورود به برج خلأ وارد یک کوره می‌شود. در کوره مقداری بخار آب به جریان تزریق شده تا خوراک ورودی روان تر شده و تشکیل کُک کمتر شود. دمای جریان پس از خروج از کوره بسته به نوع خوراک چیزی بین 380 ˚C تا 450 ˚C میباشد.
در این مرحله جریان وارد برج تقطیر خلأ می‌شود. برج تقطیر خلأ دارای قطر بسیار بزرگ حدود 9 متر بوده و در ساختار آن حدود 8 الی 20 سینی به کار رفته است. تعدادی اجکتور (Ejector) به صورت سری، جهت کاهش فشار، به برج تقطیر خلأ متصل هستند.
جریان ورودی به برج خلأ در اثر افزایش دما بخار شده و برش های مختلف در سینی های خاص خودشان جمع میشوند. در نهایت بخارات خروجی از برج تقطیر خلأ پس از عبور از کندانسورها مایع شده و به صورت فراورده های برج خلأ خارج میشوند. بعضی از این فراورده ها به صورت مستقیم استفاده شده و بعضی دیگر به واحدهای دیگر پالایشگاه نظیر کراکینگ، رفرمینگ و… جهت تغییر خواص و بهبود کیفیت فرستاده میشوند.
جدول زیر نشان دهندۀ فراورده های خروجی از برج تقطیر خلأ به همراه کاربردها و دمای تقطیر در مرحله پالایش نفت است:
| برش نفتی | محدوده دمای تقطیر | کاربردها |
| گازوئیل خلاء سبک | 420 – 320 C | به عنوان سوخت یا خوراک پالایشگاه های روغن سازی |
| گازوئیل خلاء سنگین | 560 – 420 C | خوراک پالایشگاه روغن سازی یا خوراک واحد های کراکینگ و هیدروکراکینگ جهت تبدیل به فراورده های سبک تر مانند بنزین، سوخت جت و گازوییل |
| قیر | T>560 C | به عنوان مادۀ مورد استفاده در آسفالت یا خوراک واحد ککینگ جهت تبدیل به فراورده های سبک تر |
جمع بندی
در کشور ایران پالایشگاه آبادان با پالایش 390 هزار بشکه نفت در روز، بیشترین ظرفیت پالایش را بین پالایشگاه های کشور دارد. به طور کلی مجموع ظرفیت پالایشگاه های ایران حدود یک میلیون و هشتصد هزار بشکه نفت در روز میباشد.
مهم ترین قسمت فرایند پالایش نفت ، تقطیر نفت خام میباشد. محصولات به دست آمده از برج تقطیر معمولاً به طور مستقیم قابل استفاده نیستند. این محصولات با ارسال به واحدهای دیگر پالایشگاه باید تصفیه و یا در برخی مواقع تغییر خواص داده شوند.
نیاز بازار و مصرف کنندگان به هرکدام از فراورد های نفتی متفاوت است. به همین دلیل لازم است تا فراورده های مورد استفاده تر بیشتر تولید شوند. نیاز به بنزین و گازوییل به عنوان سوخت مورد استفاده در خودروهای سبک و سنگین بسیار زیاد است. بنابراین هدف پالایشگاه تولید هرچه بیشتر این محصولات، با کیفیت قابل قبول میباشد. پالایشگاه ها در این زمینه از فرایندهای کمکی مانند کراکینگ، هیدروکراکینگ، رفرمینگ و … جهت تبدیل محصولات سنگین تر به فراورده های سبک مانند بنزین بهره می‌برند.
از دیگر محصولاتی که تقاضای بالایی برای تولید دارند انواع روغن ها و روان کننده ها هستند. پالایشگاه ها با انجام تغییرات فیزیکی و شیمیایی روی برش های خروجی برج های تقطیر، خوراک واحدهای روغن سازی را فراهم می‌کنند.
در مقاله های بعدی به طور مفصل به فرایندهای جانبی و تجهیزات جانبی پالایشگاه ها پرداخته شده است.
مطالب جالب و اموزنده اي بود
با سلام و احترام
جناب آقای سوردی
از همراهی و حسن توجه شما سپاسگزاریم
مطالب اعلام شده در خصوص پالايشگاه مفيد وعملياتي بود
با سلام و احترام
جناب آقای سوردی
از همراهی و حسن توجه شما سپاسگزاریم
سلام . من دانشجوی ارشد بیولوژی و بیوتکنولوژی خاک در دانشگاه تبریز هستم. پایان نامه من در مورد آلودگی نفتای سنگین در خاک است. ولی متاسفانه در مورد ساختار نفتای سنگین اطلاعاتی ندارم. اگر میتوانید در این مورد مرا راهنمایی کنید. ممنون