به نام خدا
فرایند ها و فراورده های
پالایش نفت
نفت خام
نفت خام مخلوط پیچیده ای است از هیدروکربن ها که محدوده وسیعی از نقطه جوش را در بر می گیرد . هیدروکربن ها از مولکول های مختلفی تشکیل شده اند که ساده ترین و سبک ترین آنها متان ( به صورت گاز ) و سنگین ترین آنها قیر می باشد . هیدروکربن ها اغلب 50% تا 98% نفت خام را تشکیل می دهد.
هیدوکربن های موجود در نفت خام عبارتند از: (PONA )
ترکیبات ناخالصی موجود در نفت خام
فرآیندهای پالایش
منظور از فرآیندهای پالایشی ، مجموعه ای از فرآیندهای مختلف تبدیل جهت نفت خام طبیعی به محصولاتی است با خصوصیات مشخص که در بازار مصرف داشته باشد .
ü فرایند های پالایش
· تفکیک (Separaton) : تقطیر ، استخراج با حلال
· تبدیل (Conversion) : کراکینگ ، ری فورمینگ ، ایزومریزاسیون ، پلیمریزاسیون ، آلکیلاسیون .
· تصفیه (Treatment) : گوگرد زدایی ، حذف هیدروکربن های سنگین ، حذف ترکیبات ناخالصی .
ü روش های تقطیر در پالایشگاه
· تقطیر در فشار اتمسفر : برای تقطیر اولیه نفت خام به کار می رود .
· تقطیر در فشار خلاء : برای تقطیر مواد نفتی سنگین حاصل از تقطیر اتمسفر به کار می رود .
· تقطیر در فشار بالا : برای تقطیر گازهای نفتی به کار می رود .
تقطیر در فشار جو DISTILLATION ATMOSPHERIC
هدف و کاربرد
ü دستگاه تقطیر نفت هسته مرکزی هر پالایشگاه را تشکیل می دهد .
ü عملیات تقطیر در هر یک از واحدهای پالایشگاه برای تفکیک برش های تولید شده از یکدیگر به کار می رود .
ü اولین مرحله تقطیر ، تقطیر در فشار جو می باشد که روی نفت ورودی خام به پالایشگاه انجام می گیرد .
ü در برج های تقطیر خوراک از محلی وارد می شود که غلظت در حال عبور از آن مرحله حتی الامکان به غلظت خوراک نزدیک تر باشد.
ü اگر بخواهیم غلظت محصول را به مقادیر بالاتری برسا نیم ، باید تقطیر را در چند مرحله انجام داد که به آن تقطیر پیوسته چند مرحله ای و چند مرحله ای با جریان برگشتی می گوییم.
ü مزایای تقطیر پیوسته چند مرحله ای عبارتند از :
· کاهش ضایعات
· بدست آوردن غلظت بالاتر در خروجی
· مصرف انرژی کمتر
· افزایش راندمان جداسازی در هر مرحله
· امکان حذف کندانسور های میا نی
قسمت های اساسی واحد تقطیر
·
محصولات برج تقطیر درجو
مشخصات محصولات
به منظور بهبود کیفیت محصولات بدست آمده در برج تقطیر جو از برج های تثبیت استفاده می کنند . در این برج ها جدا سازی هیدروکربن های سبک و سنگین از محصول انجام می گیرد به نحوی که محدوده نقطه جوش در حد مطلوب مورد انتظار قرار می گیرند .
تقطیر در فشار خلاء DISTILLATION VACCUM
هدف و کاربرد
اجزای اصلی واحد
· برج تقطیر
· کوره حرارتی لوله ای
· ظروف
· وسایل انتقال مانند پمپ
· وسایل کنترل و اندازه گیری فشار و دما و شدت جریان
· مبدل های حرارتی (گرم کن ها –سرد کن ها )
· سیستم تولید خلا
شرایط کاری برج
· برج تقطیر دمای خوراکی ورودی حدود 460 وفشار 170
· بالای برج : دمای حدود 80 و فشار حدود 30
· پایین برج : دما 400 و فشار حدود 150
· برای ایجاد خلا از دستگاهی به نام مکنده بخار استفاده می شود .
محصولات برج
· گازوئیل سبک LVGO
· گازوئیل سنگین HVGO
· نفت کوره( مازوت ) FUEL OIL
· پس ما نده (ماده اولیه روغن موتور ) VAC. RESIDUE
فرآیندهای استخراج
در عمل استخراج جدا سازی هیدرو کربن ها ی موجود در برش های نفتی بر اساس تفاوت در میزان حلالیت در یک حلال مناسب انجام می گیرد ). به عنوان مثال مخلوطی از الکل و بنزین را در نظر بگیرید .این دو ماده به وسیله تقطیر قابل جداسازی نیستند .اگر بخواهیم الکل را جدا کنیم .به مخلوط آب اضافه می کنیم.دستگاهی که به منظور جداسازی توسط حلال به کار می رود برج استخراج نامیده می شود .
اهداف فرآیند استخراج با حلال برای تصفیه نفت سفید و روغن موتور
خصوصیات حلال ها
فرآیندهای تبدیل
برش های نفتی که از عمل تقطیر به دست می آید بایستی عملیات جدیدی بر روی آنها انجام دهد تا باعث افزایش کمیت راندمان و مر غوبیت محصول گردد. برای این منظور از واکنش های شیمایی که ساختمان هیدرو کربن ها را تغییر می دهد و تبدیل یک برش مشخص به کار می رود . یک واحد نامیده می شود .
ü مهمترین روش های تبدیل در صنایع پالایشی
· کراکینگ حرارتی
· کراکینگ کاتالیستی
· پلیمریزاسیون
· الکیلاسیون
· ایزو مریزاسیون
· هیدرو کراکینگ
تنوع کاتا لیزورها
به طور کلی کاتالیزور های مورد استفاده در نفت به دو دسته زیر تقسیم می شود :
کراکینگ کاتا لیستی
در کراکینگ کاتا لیستی اولین بار از کاتا لیزور sio2 ، Al203 استفاده می شود.مکانیزم عمل بر اساس تشکیل یون های کربو کاتیون است. این کربوکاتیون ها فعال بوده و می تواند واکنش های مختلفی راانجام دهد.
واکنش ها ی اساسی واحد
انواع راکتورها ی کاتالیستی
· راکتور بستر ثابت
· راکتور بستر متحرک : منظورا ز راکتور بستر متحرک به کار بردن ابزار مکانیکی مانند نوار نقاله یا بشقابکهای حمل کاتالیزور ها برای خارج ساختن دائمی کاتا لیزور از منطقه واکنش و ارسال آن برای دستگاه احیا و برگشت مجدد به منطقه واکنش است.
· راکتور بستر سیال : در راکتورهای بستر سیال از جریان شدید گاز یا مایع برای نقل و انتقال کاتالیزور ها استفاده می شود .
واحد CRU ( plat former , unifiner )
منظور از این واحد در یک پالایشگاه تولید بنزین مرغوب می باشد کار دستگاه unifinerتهیه خوراک مناسب برای دستگاه plat former می باشد.در دستگاه unifiner سموم فلزی و نا خالصی های موجود در خوراک ورودی قبل از رفتن به plat former جدا می شود.
الف ) واحد UNIFINER
قسمت های اصلی عبارتند از کوره حرارتی و راکتور کاتالیستی و برجهای تقطیر. خوراک این واحد برش نفتا یا بنزین نامرغوب است که دارای نا خالصی های فلزی از قبیل آرسنیک ،آهن و سرب و نا خالصی های غیر فلزی مانند ازت ،اکسیژن و گوگرد است .که توسط کاتا لیزورها کبالت –مولیپدن با انجام واکنش های مناسب جدا می شوند.
ü واکنش های شیمیایی واحد UNIFINER
ب) واحد plat former
واکنش های اساسی واحد PLAT FORMER
واکنش هایی که نامطلوب بوده و باعث افت راندمان واحد میگردند :
روش های سنتزی
تلفیق روش های حرارتی و کاتالیستی ( واحد Isomax )
واحدی است که از تلفیق روش های حرارتی و کاتالیستی به منظور تبدیل پس مانده تقطیر در خلا به محصولات میان تقطیر مانند بنزین ونفت سفید به کار می رود .برای رسیدن به این هدف از دما و فشار بالا در حضور هیدروژن استفاده می شود.
فرآورده هایی که ازاین روش به دست می آیند عبارتند از : گازهای سبک ،گاز مایع ،بنزین سبک ،نفت سفید ،ونفت گاز بنزین سبک و سنگین حاصل از این فرایند که نفتا نام دارد برای بهبود کیفیت به واحد plat former ارسال می شود .
قسمت های اصلی واحد عبا رتند از کمپر سورها و راکتورها و برج های تقطیر . کاتالیزورهای مورد استفاده دو نقشی بوده و عمل هیدرو ژن دار کردن و کراکینگ را تواما انجام می دهند .مهمترین انواع ان عبارتند از : CO/MO ; Pt/Zn ; W/NI ; AL2O3/SiO2
واکنش هایی که انجام می شود :
ü شکسته شدن هیدروکربورهای سنگین به سبک تر در حضور هیدروژن
ü حذف ازت (واکنش بین پیریدین و هیدروژن) و حذف گوگرد
ü اشباع کردن آروماتیک ها و اشباع کردن اولفین ها
تولید هیدروژن H2 PLANT
هدف از این واحد تهیه هیدروژن جهت تزریق به خوراک واحد ISomax است . خوراک واحد تهیه هیدروژن . گازهای متان ، اتان و پروپان و بوتان می باشد که در حضور بخار آب و کاتالیزور اکسید روی و اکسید مس در دمای 640 و فشار PSI 300 واکنش های زیر را انجام می دهند .
فرآیندهای تصفیه
ü فرآیندهای تصفیه در پالایشگاه به منظور حذف ترکیبات گوگردی از نفت خام و فرآورده های پالایشگاهی و همچنین حذف سایر ناخالصی ها مانندترکیبات اکسیژنه و ازته و مواد غیراشباع به کار می رود .
ü اثرات وجود این مواد در فرآورده های نفتی عبارتند از :
ü روش های تصفیه
تصفیه برش های سبک ( گازها )
مهمترین ناخالصی ها در برش های سبک گازیS CO2 , H2می باشد . برای حذف این مواد از یک ماده جاذب که خاصیت قلیایی دارد ، استفاده می شود .
دستگاه تصفیه گاز با آمین
دستگاه تصفیه گاز برای زدایش هیدروژن سولفور از گازهای پالایشگاه نصب گردیده است. ظرفیت این دستگاه 4.8 میلیون متر مکعب بوده و منظور از نصب آن جلوگیری از آلودگی هوای بازیابی گوگرد و تهیه گاز سوخت با کیفیت عالی برای مصرف پالایشگاه می باشد. در این دستگاه از ماده شیمیایی مونواتانول آمین استفاده می شود که قابل احیاء و استفاده مجدد است.
مرکاپتان های موجود در مواد سبک نفتی به علت دارا بودن خاصیت اسیدی به سادگی با سودسوزآور ترکیب شده و تولید ماده شیمیایی به نام سدیم مرکاپتان می نماید.سدیم مرکاپتان در نفت محلول نبوده و فقط در سودسوزآور یا آب حل می شود.از این خاصیت غیر قابل انحلال بودن سدیم مرکاپتاید در نفت استفاده کرده و دستگاه های شستشوی نفت با سودسوزآور مرکاپتان های موجود در مواد نفتی را استخراج می نماییم .
خواص مرکاپتان ها :
تصفیه برش های متوسط (نفت سفید – بنزین – نفت گاز)
ü در صنعت نفت معمولاً به برش های بنزین و نفت سفید ، مواد سفید گفته می شود .
ü منظور از تصفیه این مواد عاری کردن آنها از مواد مضر به علت بو یا رنگ نامنا سبشان می باشد و همچنین حذف هیدروکربورهای غیراشباع – ترکیبات اکسیژنه (اسیدهای نفتی و ترکیبات آسفالتی) و ترکیبات گوگردار (مرکاتین ها) و ترکیبات ازته خواهد بود .
پالایشگاه Refinery
تعریف
پالایشگاه مجموعه ای است از واحدهای مختلف که به منظور انجام عملیات تفکیک ، تبدیل و تصفیه روی نفت خام طراحی شده است تا بتوان محصولات مورد نیاز در بخش های مختلف مصرف را تولید نمود از جمله سوخت های حرارتی ، سوخت های موتوری ، روغن ها و گریس ها ، قیر ، حلال های نفتی ، گاز مایع و مواد اولیه پتروشیمی.
خصوصیات صنایع پالایشی
ü در پالایشگاه اکثر مواد به صورت مایع یا گاز می باشند و برای انتقال آنجا از خطوط اولیه استفاده می شود و این امکان وجود دارد که بتوان اکثر عملیات را بصورت پیوسته و اتوماتیک انجام داد .
ü برای بهره برداری از پالایشگاه ها به نیروهای ماهر و متخصص نیاز می باشد و از حداقل نیروی کارگری استفاده می شود .
ü پالایشگاه را باید به صورت متناوب و در زمان های مناسب متوقف کرده (Shut down) نسبت به Over howl اقدام نمود . منظور بررسی وضعیت قسمت های مختلف ، ترمیم و تعمیر صدمات و تعویض کاتالیزورها و ... می باشد که به نیروی انسانی زیادی مورد احتیاج است .
ü معیارهای ایمنی و استانداردهای مکانیکی در پالایشگاه ضروری و درجه بالا می باشد . این امر به دلیل دماهای بالا ، فشارهای بالا و خورنده بودن مواد و آتشگیر بودن آنها می باشد .
ü جانمایی دستگاه ها یا مکان نمایی (layout) در پالایشگاه با دیگر صنایع که دارای خط تولید هستند متفاوت است . در این مورد فاکتورهای مهمی همچون خطرات انفجار و آتش سوزی در نظر گرفته می شود.
فرآورده های پالایشگاهی
تقسیم بندی کلی برش های تولیدی در پالایشگاه
اصطلاحات مربوط به فرآورده های پالایشگاهی
محصولات پالایشگاه
محصولات فرار
گاز مایع (LPG) Liquid Petroleum gas : هیدروکربورهای پروپان و بوتان را با نسبت های مختلف گاز مایع می نامند. مشخصات مهم آن عبارتند از :
· خلوص بالای 95% برای مخلوط دو گاز
§ عدم وجود سولفید هیدروژن
§ نداشتن خاصیت دوزندگی
§ نداشتن مقادیر ناچیز آب
§ کل گوگرد موجود حداکثر grain/ft3 15 باشد .
بنزین طبیعی (N.G) Natural gasoline :
منظور هیدروکربورهای سنگین تر از بوتان و سبک تر از هگزان می باشد که بیشتر حاوی مواد اشباع نشده و آروماتیک می باشد و از گاز طبیعی بدست می آید . مشخصات آ ن عبارتند از :
· فشار بخار رد 10-34 psi (R.V.P)
· درصد تبخیر در %25-85 140f
· درصد تبخیر در 275 F بیشتر از %90
· نقطه انتهایی (E.P.) کمتر از 375f
· خوردگی غیر خورنده
· تست دکتر منفی
· رنگ بزرگتر از 25
برش های سبک
بنزین
یکی از محصولات مهم پالایشگاهی که دارای انواع متعددی می باشد از بنزین به عنوان سوخت موتورهای هواپیما و اتومبیل استفاده می شود .
منظور از مواد صمغی یا موجی در بنزین ، پلیمرهایی است که به مرور زمان از بهم پیوستن هیدروکربورهای سبک در داخل بنزین تولید می شود . این پلیمرها به تدریج رسوب کرده و رنگ بنزین را تغییر می دهد .
ü یک بنزین مرغوب باید دارای خصوصیات زیر باشد :
· نداشتن آب و مواد صمغی و ترکیبات گوگردی خورنده
· داشتن فشار بجای معین (فشار بخار خیلی بالا باشد)
· داشتن درجه خشک سوزی بالا
· داشتن شرایط مناسب از نقطه نظر درجه حرارت احتراق و شتاب موتور
· در مورد بنزین ها ، رنگ ، چگالی ، نقطه جوش ابتدایی و نهایی از اهمیت کمتری برخوردارند .
ü مواد افزودنی به بنزین ها :
MTBE
مواد ضداکسیدان 2-16 1b/100bbl
ضدیخ 1/2-1%
مواد غیرفعال کننده فلزات 1-3 1b/100bbl
مواد رنگی : ناچیز
مواد جلوگیری کننده از خوردگی 10-50 ppm
با افزایش سرعت اتومبیل میزان خوش سوزی بهتر خواهد شد . در موتورهای امروزی سعی می شود از بنزین هایی استفاده شود که دارای عدد اکتان بالا باشند که در کلیه سرعت ها درجه خوش سوزی در حد مطلوب قرار گیرند .
نفتا و حلال ها
ü مشخصه های مهم :
ü کاربردهای حلال ها :
سوخت جت Jet fuel
برشی است مشابه نفت سفید که دارای انواع متفاوتی می باشد
نفت سفید Kerosene
مشخصات مهم آن عبارتند از :
برش های تقطیری cuts Distillate
· سوخت دیزل : برشی است که در موتورهای دیزل بکار می رود که اصطلاحاً گازوئیل نامیده می شود . مشخصات مهم آن عبارتند از مقدار کربن باقیمانده ٬ عدد ستان٬ اندیس دیزل ٬ویسکوزیته ٬ نقطه ریزش ٬ نقطه اشتغال و منحنی تقطیر.
· نفت کوره : برشی است که در کوره های تولید حرارت بعنوان سوخت استفاده می شود .