ریفاینری یا تقطیر هیدروکربن ها

مایعات گاز هیدروکربنی از گاز طبیعی و نفت خام به دست می‌آیند. مایعات گاز هیدروکربنی (HGLs) زمانی تولید می‌شوند که گاز طبیعی خام در کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی فرآوری شود و نفت خام به فرآورده‌های نفتی تبدیل شود. بیشتر HGLهای تولید شده در ایالات متحده از گاز طبیعی در کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی جدا می‌شوند.

3 مرحله فرآیند پالایشگاهی تقطیر هیدروکربن‌ها چیست؟

همه پالایشگاه ها دارای سه مرحله اساسی هستند: جداسازی، تبدیل و تصفیه. در طی فرآیند جداسازی، مایعات و بخارات بر اساس وزن و نقطه جوش در واحدهای تقطیر به اجزای نفتی به نام فراکسیون جدا می‌شوند.

مایعات گاز هیدروکربنی حاصل از پردازش گاز طبیعی

HGLها به صورت گاز در ساختارهای زمین شناسی حاوی گاز طبیعی وجود دارند. گاز طبیعی خام یا تصفیه نشده تولید شده از چاه‌های گاز طبیعی و چاه‌های نفت را گاز مرطوب می‌نامند زیرا گاهی اوقات حاوی HGL به همراه بخار آب و سایر گازهای غیر هیدروکربنی است. HGL ها را نباید با میعانات اجاره‌ای که از گاز طبیعی مرتبط و غیر مرتبط در تاسیسات جدا می شوند، اشتباه گرفت. میعانات مایع معمولاً در خطوط لوله ای که نفت را به پالایشگاه ها منتقل می کنند به نفت خام اضافه می‌شوند.

تقطیر جزئی فرآیندی است که طی آن پالایشگاه‌های نفت، نفت خام را به محصولات هیدروکربنی متفاوت و مفیدتر بر اساس وزن مولکولی نسبی آن‌ها در یک برج تقطیر جدا می‌کنند. این اولین مرحله در فرآوری نفت خام است و به عنوان فرآیند جداسازی اصلی در نظر گرفته می‌شود زیرا جداسازی اولیه سوخت‌های مختلف را انجام می‌دهد. اجزای مختلفی که در طی این فرآیند از هم جدا می‌شوند به عنوان کسر شناخته می‌شوند. بخش هایی که از هم جدا می شوند عبارتند از بنزین، گازوئیل، نفت سفید، و قیر. تقطیر کسری اجازه می دهد تا بسیاری از محصولات مفید با عواقب زیست محیطی زیادی برای استفاده از آن محصولات مفید، از نفت خام ساخته شوند!

فرآیند تقطیر جزئی نسبتاً ساده است، اما از این جهت بسیار مهم و قابل توجه است که تمام اجزای مختلف و پیچیده نفت خام را جدا می‌کند. ابتدا نفت خام حرارت داده می‌شود تا بخار شود و به کف برج تقطیر وارد شود. سپس بخار حاصل از ستون عمودی بالا می‌رود. با افزایش گازها از داخل برج، دما کاهش می‌یابد. با کاهش دما، هیدروکربن‌های خاصی شروع به متراکم شدن و در سطوح مختلف می‌کنند. هر کسری که در یک سطح معین متراکم می‌شود، حاوی مولکول‌های هیدروکربنی با تعداد مشابهی از اتم‌های کربن است. این نقطه جوش‌های متفاوت اجازه می‌دهند تا چندین هیدروکربن در یک فرآیند جدا شوند. این خنک کننده با ارتفاع برج است که امکان جداسازی را فراهم می‌کند.

گاز طبیعی معمولاً قبل از ورود به خطوط لوله انتقال گاز طبیعی در کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی تصفیه می‌شود. HGLهای استخراج شده از گاز طبیعی که به صورت مایع در این نیروگاه‌ها وجود دارند، مایعات کارخانه گاز طبیعی نامیده می‌شوند. گاز طبیعی که برای حذف بیشتر HGLها و ترکیبات غیر هیدروکربنی فرآوری شده است، گاز خشک نامیده می‌شود که بیشتر از متان تشکیل شده است. اپراتورهای خط لوله گاز طبیعی دارای مشخصات سختگیرانه‌ای برای خصوصیات گاز طبیعی خشکی(مانند محتوای گرمایی) هستند که می‌پذیرند، که این موضوع به نوبه خود میزان HGL موجود در گاز طبیعی را که از طریق این خطوط لوله منتقل می‌شود، محدود می‌کند.

جریان‌های HGL مخلوط (که همچنین به عنوان درجه Y نیز شناخته می شوند) توسط فرآیند شکنش از یکدیگر جدا می‌شوند. تأسیسات تقسیم‌بندی ممکن است در کارخانه‌های فرآوری گاز طبیعی به طور مشترک مستقر شوند یا ممکن است جریان های HGL مخلوط را از چندین کارخانه فرآوری دریافت کنند. تأسیسات تقسیم بندی برخی یا همه HGL های منفرد را که سپس به عنوان محصولات خالص شده فروخته می‌شوند جدا می کنند؛ همانند جریان‌های محصولاتی همچون اتان، پروپان، بوتان معمولی و ایزوبوتان که حداقل 90 درصد از یک نوع مولکول HGL را تشکیل می‌دهند. بیشتر کارخانه‌های فرآوری و تفکیک گاز طبیعی در ایالات متحده در مناطقی قرار دارند که متمرکز در تولید گاز طبیعی و نفت خام است. در سال 2021، تولید HGL از فرآوری گاز طبیعی، حدود 90٪ از کل تولید HGL ایالات متحده را تشکیل می‌داد.

مایعات گاز هیدروکربنی حاصل از پالایش نفت خام

تولید HGL در پالایشگاه‌های نفت می‌تواند در طول فرآیند تقطیر اتفاق بیفتد، که HGLهای موجود در نفت خام را از سایر بخش‌های نفت خام جدا می‌کند. تولید HGL همچنین می‌تواند در واحدهای کراکینگ پالایشگاهی اتفاق بیفتد، که هیدروکربن‌های با زنجیره بلندتر (سنگین‌تر) را به مولکول‌های سبک‌تر می‌شکنند و HGL را در کنار اجزای تقطیر و/یا ترکیب بنزین تولید می‌کنند.

پروپان و پروپیلن، جریان‌های HGL هستند که به عنوان محصولات خلوص جداگانه در بیشترین حجم توسط پالایشگاه‌های نفت تولید و فروخته می‌شوند. بیشتر حجم‌های دیگر HGL تولید شده در پالایشگاه‌ها به عنوان سوخت سوزانده می‌شوند یا برای تولید بنزین و مواد اولیه پتروشیمی استفاده می‌شوند.

هیدروکربن‌ها به صورت نفت خام سیاه غلیظ با هم مخلوط می‌شوند. کارآمدترین راه برای تفکیک آن‌ها به بخش‌های کوچک‌تر، فرآیندی به نام تقطیر کسری است. به طور کلی هیدروکربن‌ها بر اساس طولشان به صورت جامد، مایع و گاز یافت می‌شوند.

تقطیر جزئی برای جدا کردن نفت خام به مخلوط‌های ساده‌تر و مفیدتر استفاده می‌شود. از این روش می‌توان استفاده کرد زیرا هیدروکربن‌های مختلف نقطه جوش متفاوتی دارند.

تقطیر جزئی نفت خام فرآیندی است که طی آن همه فرآورده‌های نفتی مختلفی را که به آن‌ها نیاز داریم، از نفت خام به دست می‌آوریم، خواه این فرآورده سوخت‌های موتور احتراق داخلی مانند بنزین یا گازوئیل باشد که سوخت موتورهای خودروهای ما را تامین می‌کند، خواه سوخت ماشین آلات و کوره‌های نیروبخش نفت گاز یا خواه سوخت جت که سوخت هواپیماها را تامین می‌کند و یا خواه روغن گرمایش خانگی و تجاری که خانه و محل کار ما را گرم نگه می دارد، باشد.

نفت خام چیست؟

نفت خام یک روغن سیاه چسبناک طبیعی است. این ماده خام از ساختارهای هیدروکربنی آلی پیچیده تشکیل شده است و در واقع از ماده زنده‌ای که میلیون ها سال پیش وجود داشته است، به وجود آمده است. در آن زمان این ماده توسط نیروهای زمین شناسی پردازش شده است تا شکل فعلی خود را از نفت سیاه ایجاد کند. نفت خام در حالی که گاهی اوقات در سطح یافت می‌شود، بیشتر از طریق حفاری برای نفت در زمین در چاه‌های نفت در خشکی و در سکوهای نفتی در دریا به دست می‌آید.

اکثر نفت خام از میادین نفتی در خاورمیانه حفاری می‌شود و پادشاهی عربستان سعودی در تولید جهانی این ماده ارزشمند و گران‌بها پیشرو است. سایر تولیدکنندگان اصلی روسیه، چین، کانادا و ایالات متحده هستند.

نفت چیست؟

نفت یک اصطلاح گسترده است که هم به نفت خام و هم به فرآورده‌های نفتی اشاره دارد. فرآورده‌های نفتی گروه‌های هیدروکربنی مختلفی هستند که در نفت خام وجود دارند و از طریق پالایش نفت خام به دست می‌آیند.

هیدروکربن‌های نفت خام چیست؟

هیدروکربن‌ها زنجیره‌ای از کربن و هیدروژن هستند که تمام مواد آلی از جمله نفت خام را تشکیل می‌دهند. همراه با آب، مولکول های هیدروکربن بلوک‌های سازنده حیات هستند. نفت خام از انواع مختلفی از زنجیره‌های هیدروکربنی تشکیل شده است که همه با هم مخلوط شده‌اند. وقتی این زنجیره‌ها به طول‌های مشابه جدا می‌شوند، فرآورده‌های مفیدی از نفت خام حاصل می‌شوند.

فرآیندی به نام تقطیر کسری در پالایشگاه‌های نفت برای جدا کردن (و همچنین اتصال یا تقسیم) طول‌های مختلف زنجیره‌های هیدروکربنی برای ایجاد فرآورده‌های نفتی مختلف از تقطیرهای مختلف استفاده می‌شود.

تفاوت بین نفت و نفت خام چیست؟

در حالی که این دو را می‌توان به جای یکدیگر مورد استفاده قرار داد، زمانی که در مورد پالایش و تولید فرآورده‌های نفتی صحبت می‌شود، نفت یک اصطلاح گسترده است که شامل نفت خام و فرآورده‌های نفتی می‌شود. نفت خام به طور خاص به محصول خام حفاری شده از زمین اشاره دارد.

تقطیر کسری و عرقیات

فرآیندی که از طریق آن نفت پالایش می‌شود، تقطیر جزئی نامیده می‌شود و در برج تقطیر یا ستون تقطیر انجام می‌شود. در خارج از صنعت نفت، تقطیر جزئی فرآیندی است که برای جداسازی مخلوطی از دو یا چند سیال با چگالی‌های مختلف با حرارت دادن مخلوط تا نقطه جوش استفاده می‌شود. این مایعات جدا شده “مقطر” هستند.

در زمینه پالایش نفت، عرقیات محصولات مختلفی هستند که ما استفاده می‌کنیم، مانند سوخت بنزین یا گازوئیل یا نفت سفید. هر یک از این محصولات دارای چگالی و شکل متفاوتی در مراحل مختلف ستون شکنش هستند به صورتیکه گازهای کم چگالی در بالا و سوخت های سنگین و قیر متراکم تر در پایین این ستون جمع می‌شوند.

فرآورده‌های نفتی به دست آمده از تقطیر جزئی نفت خام

فرآورده‌های تخصصی زیادی وجود دارند که از طریق پالایش نفت تولید می‌شوند و بیشتر نفت به سوخت موتورها می‌رود، مانند بنزین، گازوئیل و نفت گاز؛ و نفت سفید (برای گرمایش و سوخت جت).

از آنجایی که زنجیره‌های هیدروکربنی (آلکانی‌هایی که قبلاً ذکر کردیم) در محدوده‌ای از دماها تشکیل می‌شوند، فرآورده‌های نفتی مخلوطی از زنجیره‌های مختلف با دامنه متوسط طول زنجیره هستند.

عرقیات غالباً بر اساس ویژگی‌های مشابهی با هم گروه‌بندی می‌شوند: سبک‌ترین مایعات «مقطیرهای بالا» هستند. در حالی که «مقطیرهای میانی» سوخت هایی هستند که در پایین ستون‌هایی که نقطه اشتعال آن‌ها بالاتر از 42 درجه سانتیگراد است تشکیل می‌شوند. در زیر آن‌ها «سوخت‌های ذخیره‌سازی» قرار دارند، سوخت‌های دیزل سنگین‌تر که بیشتر در کاربردهای دریایی استفاده می‌شوند، در حالی که «تقطیرهای پایین‌تر» محصولات پایین‌تری هستند که برای سوخت بسیار سنگین هستند و به عنوان روان‌کننده‌ها مانند روغن موتور استفاده می‌شوند. گروه آخر عرقیات، باقیمانده‌ها هستند – محصولاتی که در فرآیند تقطیر به عنوان پسماند باقی می‌مانند و در صنعت نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بالای ستون، گازها و مایعاتی ایجاد می‌شوند که دارای زنجیره‌های کربنی کوتاه در ترکیب خود هستند. در حالی که این محصولات اغلب به عنوان سوخت استفاده می‌شوند، بسیاری از آن‌ها مصارف صنعتی و شیمیایی نیز دارند.

بوتان و پروپان و سایر گازهای نفتی درست در بالای برج تقطیر و جایی که خنک ترین است، ایجاد می‌شوند. دمای این ناحیه 25 درجه سانتیگراد و بسیار ملایم است: محدوده دمایی که این گازها را تشکیل می‌دهد بین 25 تا 50 درجه سانتیگراد است. این گازها سبک ترین محصولاتی هستند که در تقطیر نفت خام به وجود می‌آیند و گازهای قابل اشتعال هستند.

این گازها که سبک ترین محصولات تشکیل شده و گازهای قابل اشتعال نیز هستند، سپس به گاز مایع (LPG) تبدیل می‌شوند که معمولاً مخلوطی از پروپان و بوتان است. LPG برای کاربردهای گرمایشی و همچنین بالون‌های هوای گرمی که از پروپان به عنوان سوخت استفاده می‌کنند، استفاده می‌شود.

گازهای نفتی دارای چهار یا پنج هیدروکربن در زنجیره خود هستند. برای این تقطیرها، زنجیره‌های هیدروکربنی از سه اتم کربن در مورد پروپان (C3H8) و چهار اتم کربن در مورد بوتان (C4H10) تشکیل شده است.

روغن‌های سوخت تقطیر وسط

روغن های زیر این نقطه، نقطه اشتعال بالاتر از 42 درجه سانتیگراد دارند و به عنوان روغن‌های سوختی طبقه بندی می‌شوند. ما روغن‌های سوخت را در راهنمای مازوت خود بیشتر توضیح می‌دهیم. این‌ها تقطیرهای میانی هستند که در قسمت میانی برج تشکیل می‌شوند.

پارافین و موم پارافینی که برای گرمایش و سوزاندن در مصارف خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد، در محدوده 100 درجه سانتی گراد تا 175 درجه سانتی گراد در ستون تشکیل می‌شود. پارافین بین بیست تا چهل اتم کربن دارد. موم پارافین بیشتر پردازش می‌شود تا در صنعت برای ایجاد شمع، ژله نفتی که از پوست محافظت می‌کند و بسیاری از محصولات دیگر استفاده شود.

در حالی که پارافین می‌تواند به نفت سفید نیز اشاره کند، تاریخچه پارافین به عنوان سوخت گرمایش خانگی است که اکنون نفت سفید، پیش فرض است.

باقیمانده‌ها

وقتی صحبت از فرآورده‌های نفتی می‌شود که در نهایت سوزانده می‌شوند، ضروری است که ضایعات تولیدشده به حداقل مقدار برسند؛ بنابراین در پایین برج تقطیر، جایی که دما به 500 درجه سانتیگراد تا 600 درجه سانتیگراد می‌رسد، باقیمانده نفت خام بازیابی می‌شود.

بقایای تشکیل شده در پایین ستون شامل قیر و آسفالت است.

قیر تصفیه شده از بقایای پالایش نفت ساخته می‌شود که در آن دمای ستون حدود 600 درجه سانتیگراد است. این ماده از مهم‌ترین ماده‌هایی است که به طور روزانه استفاده می‌شود؛ زیرا یک جزء ضروری در ساخت و ساز است و در جاده‌ها، آب بندی سقف‌ها و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده می‌شود. قیر نیز به طور طبیعی تشکیل می‌شود که به عنوان قیر خام شناخته می‌شود.

محصول نهایی تولید شده از بقایای نفت آسفالت است. نفت باقیمانده در پایین ستون تقسیم با شن مخلوط شده و در نهایت در ساخت و ساز استفاده می‌شود.

تغییرات نهایی

کارهای نهایی در طول درمان نهایی انجام می‌شود. برای تولید بنزین، تکنسین‌های پالایشگاه به دقت جریان‌های مختلفی را از واحدهای فرآوری ترکیب می‌کنند. سطح اکتان، درجه بندی فشار بخار و سایر ملاحظات خاص ترکیب بنزین را تعیین می‌کند.

ذخیره سازی

هم نفت خام ورودی و هم محصولات نهایی خروجی به طور موقت در مخازن بزرگ در مزرعه مخزن نزدیک پالایشگاه ذخیره می‌شوند. خطوط لوله، قطارها و کامیون‌ها محصولات نهایی را از مخازن ذخیره سازی به نقاط دیگر در سراسر کشور حمل می‌کنند.