کراکینگ و آلکلاسیون و رفرمینگ و عدد اکتان در بنزین

کراکینگ

شکستن مولکولهای بزرگتر و تبدیل آنها به مولکولهای کوچکتر به وسیله گرما


در سال 1913 شیمیدانها فرایند کراکینگ را برای شکستن مولکولهای نفت چراغ به مولکولهای کوچکتر(در اندازه ی مولکول های بنزین) طراحی کردند.
در این فرایند نفت چراغ تا حدود 700 درجه سانتیگراد گرم می شود. برای نمونه ممکن است یک مولکول با 16 اتم کربن شکسته شود و دو مولکول با8 اتم کربنب به وجود آید.

معادله شیمیایی کراکینگ بصورت زیر می باشد:


C16H34(g) 700C C8H16(g) + C8H18(g)


در عمل می توان مولکول های بزرگ را که از 1 تا 14 یا تعداد بیش تری اتم کربن دارند از راه کراکینگِ مولکول های بزرگتر به دست آورد.
مولکولهایی که 5تا 12 اتم کربن دارند برای استفاده در بنزین سود مند هستند. در بالایشگاه مقداری از مولکولهای دارای 1تا 4 اتم کربن را که در فرایند کراکینگ تشکیل می شوند بی درنگ می سوزانند و به این ترتیب دمای یالای مورد نیاز برای اجرای فرایند کراکینگ را تامین می کنند.
به طور معمول بیش از یک سوم نفت خام کراکینگ می شود بازده این فرایند را با افزودن کاتالیزگرهای مناسب مانند اکسید ( AL2O3) بالا برده اند




آلکلاسیون

الکیلاسیون یعنی افزایش یک گروه آلکیل به یک ترکیب آلی ولی در اصطلاح بالایش نفت عبارت است از واکنش یک اولفین سبک با یک ایزوبارافین.


واحدتولید اتیل بنزن دارای سه راکتوربستر ثابت و همینطور چهار برج تقطیر می باشد . دردوراکتور واکنش آلکیلاسیون ودر یک راکتور نیز واکنش های ترانس آلکیلاسیون انجام می یابد . در راکتورهای آلکیلاسیون واکنش مهمی که انجام می شود عبارتست از ترکیب یک مول اتیلن با یک مول بنزن این واکنش به نام واکنش آلکیلاسیون معروف می باشد . علاوه برواکنش آلکیلاسیون واکنش تولید دی اتیل بنزن نیز دراین راکتور انجام می شود . دراین واکنش دومول اتیل بنزن با یکدیگر ترکیب شده و یک مول دی اتیل بنزن تولید می گردد . دی اتیل بنزن تولیدی در راکتور آلکیلاسیون به عنوان یک محصول جانبی می باشد که می باید به مواد مناسب تبدیل گردد. این عمل درراکتور ترانس آلکیلاسیون انجام می گیرد . دراین راکتور یک مول دی اتیل بنزن را به یک مول بنزن وحاصل شدن یک مول اتیل بنزن .علاوه براین موادی مانند تری اتیل بنزن و دی فنیل اتن نیز در راکتور ترانس آلکیلاسیون تولید میگردد .
رفرمینگ

رفرمینگ کاتالیزوری یکی از واحدهای اساسی هر بالایشگاه است که هدف آن افزایش عدد اکتان است


برای تولید آروماتیکها به منظور مصارف پتروشیمیایی، میتوان از فرایند رفرمینگ کاتالیزی با شدت بالاتر، در مقایسه با روش معمول در تولید بنزین موتور، استفاده کرد. استفاده از مواد اولیه غنی از نفتنها نیز در بالا بردن بهرهتولید آروماتیکها موثر است، زیرا هیدروژنزدایی از نفتنها موثرترین واکنشی است که انجام میگیرد و بیشترین مقدار آروماتیکها را تولید میکند. جدول (۱) اثر افزایش شدت عملیات رفرمینگ کاتالیزی بر افزایش بهره تولید آروماتیکها را نشان میدهد. (عدد اکتان پژوهشی بدون سرب ( RON )، معیار سنجش شدت عملیات است.) آروماتیکهای ۸ C -۶ C (بنزن، تولوئن، زایلن، و اتیل بنزن) حجم عمده آروماتیکهای مصرفی در صنایع پتروشیمیایی را به خود اختصاص میدهند و بنزن، در معرض بیشترین تقاضا است. فرآوردة رفرمینگ کاتالیزی، تمامی این آروماتیکها را در بر دارد، این مواد به وسیله ترکیبی از فرآیندهای استخراج با حلال، تقطیر و تبلور، به صورت مواد خالص، جدا میشوند. به علاوه، به دلیل تقاضای خیلی بیشتر برای بنزن، مقادیر اضافی تولوئن و زایلنها که فراتر از نیاز بازار میباشند به روش آلکیلزدایی با هیدروژن به بنزن تبدیل میشوند. استخراج آروماتیکها با حلال: در روشهای جداسازی امروزی برای بازیافت آروماتیکها از جریانهای هیدروکربنی، از فرآیند استخراج مایع- مایع با حلال به منظور جداسازی بخش آروماتیک از سایر هیدروکربنها استفاده میشود. در غالب فرآیندهای مورد استفاده در پالایشگاه امریکا از پلی گلیکولها یا سولفولان به عنوان حلال استخراج، استفاده میشود. فرآیندهای پلی گلیکول، عبارتند از: فرایند Udex که به وسیله بخش داوکمیکال طراحی شده و UOP آن را به ثبت رسانیده است; و فرایند تترا که بخش لینده یونیون کارباید به ثبت رسانیده است. حلالهای مورد استفاده عبارتند از: تترااتیلن گلیکول برای فرایند تترا و معمولا دی اتیلن گلیکول برای روش Udex . همچنین میتوان از دی پروپیلن گلیکول و تری اتیلن گلیکول استفاده کرد. فرایند سولفولان را، در آغاز گروه شل داچ رویال طراحی کرد که بعدا به وسیله UOP در سطح جهان به ثبت رسید. حلال مورد مصرف این فرایند سولفولان (تتراهیدروتیوفن ۱-۱ دیوکسید) ا

عدد اکتان

عدد اکتان مقیاسی است برای نشان دادن مقاومت بنزین و یا دیگر سوخت‌ها در مقابل احتراق خود بخود (بدون جرقه). به ایزو اکتان (2،2،4-تری متیل پنتان) عدد 100 و به نرمال هپتان عدد صفر داده میشود.عدد اکتان بنزین عبارت است از درصد ایزواکتان در نرمال هپتان که که دارای خاصیت ضد کوبشی برابر با بزنین مورد آزمایش در شرایط آزمون استاندارد باشد. به زبان ساده هر چه عدد اکتان یک سوخت بیشتر باشد آن سوخت در مقابل پدیده احتراق مخرب مقاوم تر است


زمانی که نفت خام در پالایشگاهها تصفیه می شود ، زنجیره های هیدروکربن با طولهای متفاوت بدست می آید و این زنجیره های جدا از هم با ترکیب شدن با یکدیگر سوختهای متفاوتی چون بنزین ، گازوئیل ، نفت سفید و غیره را حاصل مینمایند . بطور مثال حتما نامهای متان ، پروپان و بوتان را شنیده اید که همگی هیدروکربن هستند ؛ متان دارای یک اتم ، پروپان ۳ اتم و بوتان ۴ اتم ، کربن میباشند . برخی دیگر از هیدورکربنها نیز شامل پنتان با ۵ اتم ، هگزان با ۶ اتم ، هپتان با ۷ اتم و اکتان با ۸ اتم کربن می باشند . آزمایشات مختلف نشان داد هپتان دارای خاصیت متراکم شدن بسیار ضعیفی است و در مقابل اکتان قابلیت متراکم شدن بسیار بالایی دارد . پس اگر بنزینی دارای مقادیر بسیار بالایی از اکتان یا همان Iso Octane , 2,2,4 Trimethyl Pentane باشد ؛ بنزین بسیار خوبی از نظر مقاومت در برابر خودسوزی محسوب می شود . اما در مقابل ، هپتان بسیار سریع در اثر تراکم ناچیز ، محترق خواهد شد پس با توجه به اینکه این ۲ هیدروکربن از لحاظ خواصی چون نقطه جوش و تبخیر تقریبا یکسان بودند ، بعنوان مبنایی برای مقاومت خودسوزی سوخت در برابر متراکم شدن انتخاب شدند ، و با دادن عدد ۱۰۰ به اکتان و ۰ به هپتان نسبتی به نام عدد اکتان بدست آمد . بطور مثال بنزینی با عدد اکتان ۸۷ ؛ دارای نسبت ۸۷ اکتان به ۱۳ هپتان می باشد . اما ساخت سوختی که متشکل از این میزان اکتان باشد هزینه تولید بسیار بالایی خواهد داشت و این ۲ ماده در حال حاضر تنها تشکیل دهنده های بنزین نیستند و مواد و افزودنیهای دیگری کار بالابردن عدد اکتان یا همان مقاومت در برابر خودسوزی یا کوبش موتور را برعهده دارند ؛ و نسبت هپتان - اکتان تنها برای ایجاد یک مبنای مقایسه ای و بعنوان یک بنزین ایده آل برای مشخص نمودن عدد اکتان مورد استفاده قرار می گیرد