تصفیه فراورده های نفتی

دید کلی

عملیاتی که در تولید و تصفیه نفت بر روینفت خام انجام می‌گیرند، عبارتند از: روش‌های گوناگونتقطیر،روش‌های فیزیکی و شیمیایی تصفیه وتفکیکوروش‌های تغییر و تبدیل مواد در واحدهایمربوطه. بنابراین یکپالایشگاه ، مجتمعی از واحدهای مختلف تولید ، تصفیه و تغییر و تبدیل مواد خواهد بود که هرواحد آن مجهز به سیستم‌های آماده نمودن شارژ ، تماس ، تفکیک فازها و جمع‌آوریحلال یا حرارت می‌باشدو در هر واحد آن فرآورده های مختلفی بدست می‌آید.

البته نخستین عمل قبل ازهر گونه پالایش بر روی نفت خام ، عاری نمودن آن ازآب می‌باشد و سپس تصفیه نفت خامانجام می‌گیرد.

عاری نمودن نفت خام از آب

نفت خامی که وارد تصفیه خانه می‌گردد، دارایمقدار قابل ملاحظه‌ای از آبهای نمکی است که اغلب در مجاورت شن و ترکیبات اکسیژنه بهحالتامولسیون در می‌آید و وجود آب در این مورد ، ایجاد اختلالاتی در حین عمل تقطیر می‌نماید وبعلت وجود نمک‌ها نیز سببخوردگی دیگ‌های بخار می‌گردد. بنابراین باید بطرق ممکنه ، آب را از نفت خام جدانمود.

با استفاده از یکی از روشهایسانتریفوژ،دکانتاسیونواستفاده ار یک میدان الکتریکی، آب را از روغن تفکیک می‌کنند.

تصفیه برش های سبک

منظور از تصفیه برش های سبک ، بیشتر تخلیص گازهای حاصلازپالایشگاه و یا گازهای طبیعی ازهیدروژن سولفورهوگازکربنیک می‌باشد. مهمترین روشهای بکار گرفته شده ، شامل روش‌هایژیربوتول (Girbotol) ،آلکازید (Alkazid) وفلوئورسلونت (Fluorsolvent) می‌گردد.

مواد جاذب مورداستفاده برای این سه روش بدین قرار است:

·         در روش ژیربوتول:مونواتانول آمین - دی اتانول آمین - تری اتانول آمین

·         در روش آلکازید:دی متیل آمینوپتاسیماستات - متیل آمینو پتاسیم پروپیویان

·         در روش فلوئوسلونت:کربناتپروپیلن

این مواد جاذب ، اغلب در درجه حرارتی نزدیک به درجه حرارتمعمولی باCO₂وH₂Sعمل می‌کنند و گازهای جذبشده بعدا ، در فشار اتمسفر و حرارت110درجه سانتی‌گراد از محلول جاذب جدا وخارج می‌گردند.

تصفیه مواد سفید

در صنعت نفت معمولا به برش های بنزین و کروزون "موادسفید" گفته می‌شود. منظور از تصفیه این مواد ، عاری کردن آنها از مواد مضر بعلتبوی یا رنگ زردشان می‌باشد و همچنین حذف هیدروکربورهای غیر اشباع. ترکیبات: اکسیژنه (اسیدهای نفتی ، ترکیبات آسفالتی) ،گوگردار (سولفوره ،سولفونه) وازتهخواهد بود. عمل تصفیه شامل ترتمان‌های مختلف می‌گردد که بهشرح این روش‌های تصفیه می‌پردازم.

ترتمان با اسید سولفوریک

اولین دفعه ، "ایشلر" (Eichler) در سال 1865 درباکو، نفت را بکمکاسیدسولفوریک غلیظ تخلیص نمود. اسید سولفوریک مخصوصا با هیدروکربورهای آروماتیک - اولفین ها - ترکیبات اکسیژنه - مواد رنگی و سولفوره ترکیب می‌شود. برای اینکه نفت ،رنگ زرد نداشته باشد باید مقدار اسید نیتروی موجود در اسیدسولفوریک کمتر از 1/0 درصد باشد. اغلب ، این ترتمان جهت حذف ذرات باقیمانده اسید ، بوسیله شستشو با یکمحلول سود و سپس با آب تعقیب می‌گردد.

ترتمان با سود

این شستشو اغلب بمنظور حذف ترکیبات اسیدی محتوی در برشینفتی بکار گرفته می‌شود. مهم‌ترین این ترکیبات: مرکاپتان‌ها - هیدروژن سولفوره - گاز کربنیک - تیوفنل‌ها و آلکیل فنل‌ها - اسید سیانیدریک - اسیدهای چرب - اسیدهاینفتی می‌باشد که به این مواد بایدسولفور کربونیل (COS) را هر چند کهیک ترکیب خنثی است، اضافه نمود. زیرا این ترکیب در اثرهیدرولیز تولیدCO₂وH₂می‌نماید. برای مثال ،مرکاپتانها بر اساس واکنش تعادلی زیر با سود ترکیب می‌گردند.

RSH + NaoH ↔ RSNa + H₂O

عاری نمودن برشهای نفتی ازCO₂وH₂Sبا محلول سود انجام پذیر است، البتهوقتی که مقدار آنها کم باشد. اما هنگامی که مقدار این مواد زیاد باشد باید از روشترتمان با آمین‌ها استفاده نمود. اغلب پس از عمل با قلیا ، برش نفتی را با آب شستشومی‌دهند.

تصفیه کروزون بوسیله انیدرید سولفورو (روش ادلینو)

چونانیدریدسولفوروی مایعبسادگی می‌تواند هیدروکربورهای غیر اشباع غنی ازکربن را در خود حلنماید، لذا از آن ، جهت تصفیه نفت چراغ (کروزون) استفاده می‌گردد.

روش‌های ملایم کردن

این روش‌ها ، امکان عاری نمودن برش‌ها را از ترکیباتگوگردی ، مرکاپتان‌ها و گوگرد بصورتعنصر می‌دهد. مهمترینروشهای بکار گرفته شده عبارتند از:

·         روش سلوتیزر "Solutizer":اینروش مربوط به اکستراسیون همه کانی‌ها از کلیه برش‌هایبنزین (بدست آمدهاز تقطیر یا کراکینگ یا رفرمینگ) می‌گردد. از مزایای این روش ، افزایش قابلیت بنزینجهت پذیرشسرب بوده که علت آن حذفترکیبات گوگردی است.

·         روش دکتر:انواع بنزین‌ها و همچنینترکیبات سینگن‌تر ازقبیل برش نفت و کروزون را می‌توان به توسط این روش مورد ترتمانقرار داد. در این روش از محلول قلیاییپلمبیت سدیمجهت ترتمان استفادهمی‌گردد.

·         روش هیپوکلریت:اغلب از هیپوکلریتبعنوان یک عاملاکسیدکننده جهت کاهش بو و همچنین مقدار مرکاپتان‌ها در برش‌های نفتی استفاده می‌شود. این روش می تواند یک روش تکمیلی برای ترتمان برش‌ها با سود باشد.

·         روش های کلرکوئیوریک (روش پرکو):دراین روش ، بر روی نفت ،کلرور مسافزوده می‌گردد که باعث تبدیل مرکاپتان‌هابهدی‌سولفورمی‌گردد.

·         روش تصفیه کاتالیکی:در این روش ،بجای استفاده از ترکیبات حل کننده ذکر شده در روش های قبلی ، ازکاتالیزور استفاده می‌شود. برای مثال ،روش مراکسیک طریقه تصفیه کاتالیتکی است که درآن ، کاتالیزور یک بستر ثابت از اکسید سرب می‌باشد که طول عمر آن بیشتر از سه سالمی‌باشد.

رنگ بری و بی بو کردن نفت

رنگ‌بری را می‌توان اغلب اوقات بوسیله خاک‌هایرنگ بر - آرژیل ها و هیدروسیلیکات‌های طبیعیمنیزیم انجام داد. جهت بی‌بو کردن نفت ، برخی آن را باکلرورو دوشوو کمیاسید کلریدریکبه هم زده ، سپس دکانتهمی‌نمایند و بمنظور از بین بردنکلر محتوی ، بعدا آن را باآهک مخلوط نموده و تکان می‌دهند. ضمنا ممکن است از مواد معطر و عطر بهار نارنج برایخوش‌بو کردن آن استفاده نمود. با افزایش مواد رنگی از قبیلنیترونفتالینوزرد کینولئینمی‌توان خاصیت فلوئورسانس را از بین برد.

تصفیه روغن‌های گریس‌کاری

تصفیه

همان طور که مواد سفید احتیاج به تصفیه دارند، روغن‌های گریس‌کاریجهت حذف مواد مضر محتاج به پالایش می‌باشند. عمل تصفیه در روغن‌ها بعلت ویسکوزیتهزیاد و خاصیت امولسیون شدنشان نسبت به مواد سفید مشکل می‌باشد. عمل تصفیه شاملشستشوهای متوالی با اسید سولفوریک ، سپس شستویش با مواد قلیایی و سپس آب خواهد بود. برای خنثی‌شدن روغن ، از مخلوط) کربنات سدیم) (خاک‌های رنگ‌بر) استفادهمی‌نمایند.

بی‌بو کردن

روغن‌هایمعدنی را باآلدئید فرمیکمخلوط و گرم می‌کنند و بعدا ، قبل از این‌که اسید یاقلیا بدان بیفزایند، بخار آب از آن عبور می‌دهند. بیست درصد از روغن معدنی خام رابوسیله بخار آب در مجاورتاستات پلمبتقطیر می‌نمایند. مایع تقطیر شده عاریاز گوگرد است و از آن بعنوانروغن چراغیاروغن موتوراستفادهمی‌شود. روغنی که از صاف نمودن باقیمانده بدست می‌آید، روغن چرک کننده سنگین (بادانسیته زیاد) و بی‌بو می‌باشد.

بی‌رنگ نمودن

جهت بدست آوردن روغن‌های معدنی بی‌رنگ (مانند روغن وازلین) از روغن‌های تیره ، آنها را از استوانه‌های بلند و پر ازآرژیل (که جاذب رنگاست) با دمای 50-30 درجه سانتی‌گراد به آهستگی عبور می‌دهند. این آرژیل‌ها ،هیدروسیلیکات آلومینیم و منیزیم می‌باشند و پس از خاتمه عمل ، آرژیل‌ها را با بنزینشستشو داده ، مایع حاصله راجهت جمع آوری بنزین تقطیر می‌نمایند و بنزینی را که رویآرژیل مانده است، بوسیله عبور هوا به خارج رانده ، جمع آوریمی‌نمایند.

آرژیل حاصله را در کوره‌های دوار حرارت می‌دهند و بعد از آن ،وارد استوانه دیگری می‌کنند. در نتیجه آرژیل حاصله مانند اول فعال می‌گردد. با زغالحیوانی و یا مخلوطی از زغال حیوانی با سیلیس - سیلیکات - اکسید دو فر می‌توان روغنرا بی‌رنگ نمود. قسمتی از رنگ روغن‌های معدنی را که خیلی رنگین است، بوسیله اسیدسولفوریکی که به آن بیکرومات پتاسیم افزوده شده است از بین می‌برند.

برایروغن‌هایی که کمتر رنگین است، به عوض صاف نمودن مجدد ، روی خاک‌های رنگبر عمل تصفیهرا با اسید سولفوریک و یا سود انجام می‌دهند.

آنالیز بنزین از نفت

اطلاعات اولیه

نفتمخلوطی پیچیده ازآلکان‌ها،سیلکو آلکان‌هاوهیدروکربن‌های آروماتیکاست. درنفت خام هزاران ماده مرکب وجود دارد، و ترکیب درصد واقعی نفت بسته به جاهای متفاوت؛ تغییرمی‌کند. مثلا ؛نفت های خام پنسیلوانیابیشترهیدروکربنهای زنجیریاست، در حالی کهنفت خام کالیفرینابیشتر ترکیبات آروماتیکدارد. ترکیب درصد نفت را می‌توان بر حسب گستره‌هاینقطه جوشطبقه بندی کرد. هر یک از برش‌هایحاصل کاربردهای مهمی دارد. پالایشنفت ، جدا سازی اجزایی با گستره نقطه جوش معینی است که بوسیله فرایند تقطیر جزبه جز صورت می‌گیرد.

مراحل فرآیند ««تقطیر جز به جز

نفت خام را تا حدود ˚400C گرم می‌کنند تابخاری داغ و مخلوطی سیال تولید کند که واردبرجتقطیر می‌شود. در اینبرج بخارهابالا می‌روند و در نقاط مختلف درطول برج متراکم و بهمایع تبدیل می‌شوند. اجرایی که نقطه جوش کمتری دارند (یعنی آنها که فرارترند) بیشتر از اجزایی کهنقطه جوشبیشتری دارند، به حالت گازی باقیمی‌مانند. این تفاوت در گستره‌های نقطه جوش امکان می‌دهد کهاجزاینفت از هم جدا شوند. به همان طریق که در یکتقطیر آب و الکلبه طور جزئی از هم جدامی‌شوند.

بعضی ازگازها مایعنمی‌شوند و از بالای برج بیرونمی‌روند. باقیمانده تبخیر نشده نفت نیز در ته برج جمع می‌شود. محصولاتی که نوعا ازجدا سازی نفتبه دست می‌آیند به این ترتیباست. بنزین دست اول که ازتقطیر جز به جزنفت به دست می‌آید، عمدتاشاملهیدروکربن‌های خطیاست که به سرعت می‌سوزد وبه عنوان سوخت برایوسائل نقلیه موتوریمناسب نیست. آتشگیریسریع این ماده سبب کوبش یا صدای تق تق درموتور می‌شود کهتوان موتوررا کم می‌کند و به آن آسیبمی‌رساند.

درجه اکتان بنزین

برای درجه بندی خواص کوبش نسبی بهترین‌ها مقیاس دلخواه معین شده است. هپتان نرمالکه نوع بنزین اول است و کوبشزیادی دارد و به عنوان بنزین در نظر گرفته شده که درجه اکتان آن صفر است. از طرفدیگر به 2 ، 2 ، 4-تری متیل پنتان«ایزو اکتان) که از این لحاظ بسیار عالیاست، درجه اکتان 100 نسبت داده شده است.

·         برای تعیینتعیین درجه اکتاننوعی بنزین ، آن را در یکموتور استاندارد به کار می‌گیرند و خواص کوبشی آن را ثبت می‌کنند. در این عمل رفتارمخلوط‌هایی از n- هپتان وایزواکتانرا با رفتار بنزین مورد نظرمقایسه می‌کنند. درصد ایزواکتان مخلوطی را که خواص کوبش یکسانی با رفتار بنزین موردآزمایش دارد، درجه اکتان آن بنزین می‌نامند.

·         درجه اکتان بنزین دست اول با تبدیلکاتالیزوری و اکتان افزاینده‌ها ، زیاد می‌شود. فرآیند تبدیل کاتالیزوری برای تولیدهیدروکربن‌های شاخه‌دار و آروماتیکبه کارمی‌رود. هیدروکربن های خطی با عدد اکتان کم را می‌توان تحت تاثیر کاتالیزورهای خاص، مانندپلاتین بسیار ریز شده ، بهایزومرهای زنجیری شاخه‌دار، که عدد اکتانبالاتری دارند، تبدیل کرد. تبدیل کاتالیزوری برای تولیدهیدروکربن‌های آروماتیکمثلبنزین ،تولوئن، وکسیلننیز به کار رود. در این عمل ازکاتالیزور‌های متفاوت و مخلوط‌های نفت استفاده می‌شود. مثلا هرگاه بخاری‌هاینفت،نفت سفیدو اجزای نفتی سبک را از رویکاتالیزور مسدر دمای ˚650C عبور دهیم، درصدزیادی از مواد اصلی به مخلوطی از هیدروکربن‌های آروماتیک تبدیل می‌شود. از اینمخلوط ازتقطیر جز به جز، بنزین ، تولوئن ، کسیلن وموادی نظیر آنها جدا می شود.

·         عدد اکتان مخلوط معینی از بنزین را می‌توان با افزایش عوامل ضد کوبش یا اکتانافزاینده‌ها بالا برد. پیش از سال 1975 متداول‌ترین عامل ضد کوبشتترااتیل سرب، C₂H₃) ₄Pb) بود. افزایش 3g تترااتیل سرب در هر گالن عدد اکتان را 10 تا 15درجه بالا می‌برد، و پیش از آنکه سازمان حفاظت محیط زیست (EPA) کاهش محتوای سرببنزین را ضروری بداند، همبنزین معمولی وهمبنزین سوپردر هر گالن به طور متوسط 3g تترااتیل سرب یا تتراامتیل سرب ، C₂H₃) ₄Pb) ،داشت.

افزودنی‌های بنزین

ترکیبات سربدارفوق العاده سمی است، ونقطه جوشکم تترااتیل سرب بر این خطرمی‌افزاید. اما ، بر اثر دو اقدامی که از طرف سازمان محیط زیست به عمل آمد، میزانسرب در محیط به طوری موثر کاهش یافت. نخستین اقدام ، تصمیم گیری دوباره استفاده ازمبدل‌های کاتالیزوری پلاتین‌دار بود که صدورمنو اکسید کربنواکسیدهای نیتروژن‌داررا کاهش دهد، ولی دراین صورت لازم بود کهبنزین‌های عاری از سربمصرف شود، زیرا سربکاتالیزور پلاتینرا از فعالیت می‌اندازد.

در آغاز سال 1975 ، اتومبیل‌های جدید مجبور به استفاده بنزین‌های عاری ازسرب شدند تامبدل کاتالیزوریآنها محفوظ بماند و مقدارسرب تولید شده در هوا نیز کاهش یابد. برنامه کاهش سرب در بنزین به این نتیجهانجامید که مقدار آن به 0.1g در هر گالن برسد، و هدف نهایی بنزینی کاملا عاری ازسرب بود. با کم شدن مصرفتترااتیل سرب، لازم بود اکتان افزاینده‌هایدیگری به بنزین افزوده شود تا درجه اکتان آن بالا رود. اینمواد اکتانافزاینده عبارتند از تولوئن ،2- میتل- 2- پروپانل،میتل – ترشیوبوتیل اتر (MTBE) متانول واتانول، در سال 1984 متداول ترین اکتان افزاینده MTBE بود. که برای نخستین بار درفهرست 50مادهشیمیایی عمده اضافه شد.

بهینه سازی سوخت بنزین

مخلوط‌های ازبنزین شاملمتانول واتانول نیزبه عنوانسوختمصرف می‌شود. سازمان حفاظت محیط زیستو تمام کارخانه‌هایاتومبیل سازی امریکا مصرف مخلوط‌های بنزین _اتانول تا 10% اتانول داشته باشد،پذیرفته‌اند. ولی متانول بیشتر مورد توجه است، زیرا به عنوان اکتان افزاینده چندمزیت دارد. متانول وقتی به طور مناسبی با بنزین مخلوط شده باشد، اقتصادی‌تر است،درجه اکتان بالاتری دارد، و صدور میزان ذرات ، هیدروکربن‌ها ،منو اکسید کربنواکسید‌های نیتروژنرا می‌کاهد. ولی بزرگترینعیب متانول به رطوبت مربوط می‌شود. مقدار کمی رطوبت مخلوط اتانول – بنزین راناپایدار می‌کند، وخوردگی فلز موتورمسئله‌ای جدی می‌شود.

مسئله رطوبت اتانول با استفاده از الکل دیگری«اتانول،پروپانول‌ها) به عنوان کمک حلال درمخلوط‌های متانول ، حل شد. سازمان حفاظت محیط زیست چند مخلوط متانولی را که بااستاندارد‌های صدور مواد ازوسایل نقلیه موتوریمطابقت داشت و بنزینی بااکتان بالا برد، تصویب کرد. غالب مخلوط‌های متانولی حدود 2.5% متانول ، 2.5% ترشیو – بوتیل الکل، 95% بنزین و یک مادهبازدارنده خورندگی دارند.