تبدیل نفت به محصول ۱۱ کتاب صنعت نفت و گاز

تبدیل نفت به محصول ۱۱ کتاب صنعت نفت و گاز – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

کتاب صنعت نفت و گاز – یک راهنمای غیرفنی فصل ۱۱: تبدیل نفت به محصول

نفت خام نقطه‌ی آغازین محدوده وسیعی از محصولات، از گازوئیل و سوخت بنزین گرفته تا قیر و نفت گرمایشی است. مواد شیمیایی نفتی تولید شده از نفت نیز به نوبه خود برای تولید ترکیباتی مانند پلاستیک، مواد آرایشی، حشره کش ها و واکس کف به کار می‌روند.

 به هر حال (همان‌طور که قبلاً ذکر شد) نفت خام ترکیب پیچیده‌ای از مولکول‌های هیدروکربنی با اندازه و ساختار گوناگون می‌باشد که به جز در برخی دیگ‌های بخار صنعتی برای هیچ گونه استفاده مستقیمی مناسب نیست. نفت‌های خام مختلف به دلیل این ساختار مولکولی متغیر، ظاهر و خواص فیزیکی بسیار متفاوتی دارند. نوعی از آنها ممکن است قهوه‌ای تیره و همانند ملاس ضخیم  باشد و نوع دیگر ممکن است ته رنگ سبز داشته و مانند آب روان باشد و نوع سوم ممکن است مانند زغال سیاه و بویی همانند بوی تخم مرغ فاسد داشته باشد.

تبدیل نفت به محصول ۱۱ کتاب صنعت نفت و گاز

مرور کلی بر پالایش

محدوده فرآیندهای به کار برده شده به منظور تبدیل نفت خام به محصولات قابل استفاده در یک تسهیلات صنعتی پیچیده با نام پالایشگاه (شکل ۱۱-۱) انجام می‌گیرند. کارفرمایان پالایشگاه معمولاً مخلوطی از گونه های مختلف نفت خام (برگزیده خام[۱]) از منابع مختلف را به عنوان ماده خام می‌پذیرند و مجموعه‌ای از واحدهای پردازش را برای تبدیل این ماده خام به محصولات نهایی استفاده می‌کنند.

این محصولات نهایی در بازار به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

مواد تقطیر یافته‌ی سبک: گاز نفت مایع (LPG)، گازوئیل، بنزین سفید.

مواد تقطیر یافته متوسط: نفت سفید و سوخت‌های مربوط به موتور جت و سوخت‌های دیزلی

مواد تقطیر یافته‌ی سنگین و مواد باقیمانده: نفت سوختی سنگین، روغن‌های روان کننده، واکس پارافینی، آسفالت یا قیر، کک نفتی

مهم‌تر از این فرایندهای اولیه در محل چاه یا نزدیک آن بلافاصله بعد از آغاز جریان نفت خام اتفاق می افتند. تقریباً تمامی ذخائر نفت مقداری گاز به صورت حل شده در نفت دارند و متقابلاً تمامی ذخائر گازی دارای مقداری نفت هستند. بنا به دلایل اقتصادی پاک سازی مقداری از هر دو هیدروکربن (گاز و نفت) نزدیک به سرچاهی معقول است (شکل ۱۱-۲).

[۱] نفت خام انتخاب شده برای استفاده

تفکیک / تقطیر

در وضعیت تفکیک نخستین موضوع نگران حذف نمک و آب باقیمانده از جریان نفت خام می‌باشد اغلب حجم بسیار بالایی از آب با نفت خام تولید می‌شود که از بخش زیرزمینی ناشی می‌شود یا حاصل سیلاب زنی یا عملیات دیگر به منظور ارتقای تولید است. بیش‌تر آب تولید شده در نزدیک سرچاهی حذف می‌شود (توسط دستگاه تفکیک کننده که در بالا شرح داده شد یا فرایندهای دیگر) اما با این وجود نفت وارد شده به پالایشگاه هنوز حاوی مقدار کافی آب نیازمند عملیات است. این آب دارای نمک های حل شده‌ای است (کلسیم، سدیم، و ترکیبات منیزیم کلرید) که می‌تواند به تجهیزات پالایشگاه صدمه بزنند.

نفت خام ورودی ابتدا به یک مخزن با نام نمک زدا هدایت می‌شود که آب بیشتری به آن افزوده می‌شود و محلول نفت خام و آب به شدت با یکدیگر مخلوط شده و تا ۲۵۰ درجه فارنهایت گرم می شوند. سپس از یک میدان الکتریکی برای جدا کردن نفت خام از قطره های آب استفاده می‌شود و مواد شیمیایی نفت را از آب حذف می‌کنند. معمولاً به منظور حذف آخرین آثار آب نفت خام به تانک‌ها (مخازن) ته‌نشینی یا به یک سیستم تفکیک (جدایش) سانتریفیوژی (گریز از مرکز) هدایت می‌شود.

تبدیل

در حرفه تصفیه سازی، بنزین موتور و ترکیباتی با نام تقطیرات میانی محصولات نهایی دارای بیشترین تقاضا و بیشترین میزان سود هستند. انگیزه زیادی برای بیشینه کردن تولید این دو گروه محصولات با تبدیل حتی الامکان بیشترین مولکول‌های موجود در نفت خام به این اشکال وجود دارد.

تبدیل اصطلاح گسترده‌ای است که به فرایندهای شکافتن (به چندین قسمت شکستن)، ادغام، یا اصلاح هیدروکربن های غیر بنزینی و تقطیر یافته‌ی غیر میانی به دو گروه محصولی ذکر شده بالا اعمال می شوند. (چون تبدیل محصولات دارای ارزش کمتر را به روش‌های افزایش دهنده ارزش آنها تغییر می‌دهد اغلب ارتقا نامیده می‌شود). تبدیل همچنین برای تولید مواد شیمیایی نفتی و برای کاهش ویسکوزیته نفت سوختی باقیمانده نیز به کار می‌رود. هر یک از فرایندهای اصلی تبدیل  به طور مجزا در زیر بحث شده‌اند.

شکستن

شکستن شکافتن مولکول‌های بزرگ هیدروکربن به مولکول‌هایی کوچک‌تر است. شکستن حرارتی از گرما برای نائل شدن به این هدف استفاده می‌کند در حالی که شکست کاتالیزی از کاتالیزگرها برای این کار استفاده می‌کند. (به یاد داشته باشید که کاتالیزگرها ترکیباتی هستند که یک واکنش شیمیایی را ارتقا می‌دهند اما در آن مشارکت نمی‌کنند). هر دو روش در برخی موارد از فشار نیز استفاده می‌کنند. شکستن در سازه‌های بلند با دیواره‌های ضخیم اجرا می‌شود . جریان هیدروکربن های حاصل باید از درون یک ستون تقطیر فرستاده شوند تا بخش های محصول آن تفکیک شوند.

شکست حرارتی: چندین نوع مرتبط شکست حرارتی وجود دارند. مهم‏ترین آنها در تولید نفت در زیر شرح داده می‌شود. شکست بخار. شکست به وسیله بخار (همان گونه که اسم آن بیان می‌کند) نوعی از شکست حرارتی است که از بخار با درجه حرارت بالا برای انجام وظیفه خود استفاده می‌کند. تجزیه‌ی بخار به روش‌های مختلفی انجام می‌شود. در یک آرایش آن به منظور تولید محصولات سبک‌تری مانند بنزین، بنزین سفید و نفت‌های گازی مواد باقیمانده سنگین برج تقطیر را پردازش می‌کند.

…

هیدرو پردازش: هیدرو پردازش از هیدروژن برای برداشتن سولفور، نیتروژن، نیکل و وانادیوم از بنزین و تقطیرات میانی (کروزن، دیزل، سوخت جت و نفت گرمایشی) استفاده می‌کند. همان گونه که پیش‌تر اشاره شد هیدروژن از تغییر شکل دهنده کاتالیزگری نفتا در پالایشگاه تأمین می‌شود. در صورت نیاز به مقدار بیشتر هیدروژن می‌توان از بخار برای تغییر شکل (اصلاح) متان و تولید مجدد هیدروژن استفاده کرد. هیدرو پردازش همچنین اغلب عملیات هیدروژنی کاتالیزگری یا سولفورسازی هیدروژنی کاتالیزگری نامیده می‌شود.

شیرین سازی

شیرین سازی فرآیندی است که برای خنثی سازی مرکاپتان جزء سولفوری در بنزین و دیگر محصولات میانی و نهایی استفاده می‌شود. مرکاپتان مشخصه قوی بوی مانند تخم مرغ فاسد دارد و شیرین سازی آن را به درون سولفیدهای بی بو اکسید می‌کند و که می‌تواند در سوخت باقی بماند. این فرآیند در یک مولکول انجام می‌گیرد که اغلب واحد مروکس نامیده می‌شود.

امتزاج / پرداخت – تکمیل

 اکثر محصولات نهایی نفت که در نهایت به بازار ختم می شوند نتیجه امتزاج محدوده ای از مولکول‌های هیدروکربن حاصل از فرایندهای مختلف در پالایشگاه هستند. شاید نفت برجسته ترین مثال باشد. بنزین محصول مستقیم (بدون هیچ گونه شکستی) با خارج شدن از برج تقطیر نرخ اکتان بسیار پایینی دارد و نمی‌توان اجازه استفاده مستقیم از آن در موتورهای امروزی داد. به منظور تولید بنزین فروخته شده به مصرف کنندگان ترکیبات (مواد ترکیبی) مختلفی به درون بنزین مخلوط می شوند.

مواد ترکیبی گازوئیل

پالایشگاه ها در انتخاب از میان مواد ترکیبی دارای نرخ‌های اکتان، فشار بخارها و مقدار سولفور موجود مختلف با چالش روبرو می شوند. مواد ترکیبی می‌تواند با هر کدام به شیوه های مختلفی تعامل داشته باشد که این پارامترها را بیشتر تغییر می‌دهد و سبب پیچیده‌تر شدن تصویر می‌شود.

پرکاربردترین مواد ترکیبی بنزین به شرح زیر هستند:

• بنزین FCC (یعنی خروجی از یک FCC)

• تغییر شکل یافته (نفتای سنگین گرفته شده از یک برج تقطیر که به صورت کاتالیزگری تغییر شکل یافته است)

• نفتا (نفت سفید)

• آلکیل دار (که با ترکیب پروپیلن و بوتیلن یک واحد شکست ایجاد شده است)

• ایزومرات (ایزوپنتان و ایزو هگزان)

افزودنی‌های بنزین

افزایه‌های بنزین (جدا از مواد ترکیبی) ترکیبان نهایی دیگری هستند که به منظور ارتقای عملکرد موتور و حفظ کیفیت سوخت توسط پالایشگر (کارگر پالایشگاه) و شرکت‌های نفتی با سوخت مخلوط می شوند. افزایه‌های رایج شوینده ها (زداینده ها)، رنگ ها، عامل ضد تشکیل کف (فوم)، معلق سازها، عامل ضد تشکیل یخ، بازدارنده خوردگی، ممانعت کننده از رسوب شمع و بازدارنده های اکسیداسیون هستند.

انواع پالایشگاه ها

طبقه بندی بر اساس پیچیدگی

 پالایشگاه ها بر اساس پیچیدگی شان اغلب به پنج گروه تقسیم بندی می شوند:

• پایه‌ای یا عالی

• هیدرواسکیمی (کف گیری با استفاده از آب)

• شکستن

• کک کردن

• تبدیل کامل

پالایشگاه های پایه ای یا عالی (که به صورت عمده در چین استفاده می شوند) تنها از طریق تقطیر ترکیبات (اجزای) نفت خام را به محصولات مختلفی تفکیک می‌کند. این پالایشگاه ها قادر به اجرای عملیات پیچیده‌تر مانند تغییر شکل یا شکستن نیستند. معمولاً خروجی های به نسبت نهایی آنها برای پردازش به دیگر پالایشگاه ها فروخته می شوند که آنها را متناسب با مشخصه‌های اساسی کیفیت محصول می‌کنند.

طبقه بندی بر اساس ظرفیت

پالایشگاه ها همچنین بر اساس بزرگی قابلیت پردازش آنها طبقه بندی می شوند. این ظرفیت می‌تواند ظرفیت باری (نرخ روزانه ورودی ماده خام) یا ظرفیت تولید (نرخ روزانه خروجی محصول نهایی) باشد. ظرفیت پلاک اسم (واحد اسمی) مقدار کل محصولی است یک پالایشگاه برای تولید آن در یک سال تقویمی کامل طراحی شده است.

برنامه زمانی برنامه حفظ و نگهداری پالایشگاه

به دلیل هزینه بالای ساخت پالایشگاه ها کارفرمایان عملیات پیوسته آنها را ترجیح می‌دهند. با این حال تجهیزات مکانیکی دچار فرسایش می شوند، کاتالیزها تمام می شوند و باید گاه‌به‌گاه تجهیزات جدیدی را نصب کرد، بنابراین هر پالایشگاه یک برنامه زمانی با نام دوره برگشت دارد که برای عملکرد حفظ روتین (روزمره) به کار می‌رود. یک دوره برگشت ممکن است مدت کوتاهی مثل یک روز باشد اما بیشتر اوقات چندین هفته طول می‌کشد.

خطوط لوله تولید / محصول

انواعی از خروجی های پالایشگاه به صورت مجموعه محصولات نفتی خوانده می شوند. همان گونه که در فصل ۸ اشاره شد، شبکه‌ای از خطوط لوله، جدا از خطوط لوله‌ای که نفت خام را انتقال می‌دهد، این محصولات را به واسطه‌ها یا مصرف کنندگان (مشتریان) انتقال می‌دهد.

محصولات نهایی نفتی

یک از اجزای مهم انتقال محصولات نفتی به مشتریان خطوط لوله محصول است که کالاهایی مانند بنزین، سوخت جت و سوخت دیزلی را از پالایشگاه ها، مراکز تجاری یا پایانه‌های دریایی به بازار انتقال می‌دهد. نقاط تحویل می‌توانند تسهیلات یک توزیع کننده محصول (برای مثال یک انبار بنزین)، یک شرکت حمل‌ونقل، یک شرکت تجاری دیگر یا یک شرکت صادراتی باشد. در شکل ۱۱-۱ چندین خط لوله محصولات اصلی ئ مسیرهای آنها نشان داده شده‌اند.

مواد پتروشیمیایی و LPG ها:

اطلاعات بیشتری در رابطه با تولید مواد پتروشیمیایی در یک بخش بعدی ارائه شده است.  اکثر اطلاعات مربوط به تولید مواد پتروشیمیایی در بخش بعدی ارائه می شوند اگر چه در اینجا تلاشی برای کاوش دقیق این موضوع پیچیده صورت نمی‌گیرد، در نظر داشتن مشخصاتی که به تصمیمات در رابطه با انتقال مواد پتروشیمیایی و LPG ها از طریق خطوط لوله کمک می‌کند سودمند است.

در حالی که ماده خام و محصولات پالایش شده الزاماً مایعات تراکم ناپذیری هستند، اما مواد پتروشیمیایی و LPG ها از نظر شیمیایی و فیزیکی متفاوت هستند و نیازمند توجه بیشتر فرستنده‌ها و کارفرمایان خطوط لوله به دماها و فشارها (از جمله پارامترهایی مانند فشار بخار، دمای نقطه بحرانی و فشار نقطه بحرانی) و همچنین تراکم پذیری محصول هستند. رایج‌ترین این محصول‌ها از مولکول‌های دارای دو، سه یا چهار اتم کربن تشکیل شده‌اند. (این امر سبب تفاوت آنها با متان، که تنها یک اتم کربن دارد، و بنزین، نفت خام و دیگر هیدروکربن های پیچیده دارای ۵ یا تعداد بیشتری اتم کربن می‌شود). جدول ۱۱-۲ خلاصه نویسی شده صنعتی استفاده شده برای توصیف مواد شیمیایی و LPG هایی مانند محصولات C₂، C₃ و C₄ را نشان می‌دهد.

استانداردهایی برای محصولات پالایش شده

در ایجاد محصولات از نفت خام استاندارد سازی ضروری است. برای مثال مشخصه‌ها (معیارها) برای بنزین امکان طراحی موتورها برای استفاده در وسایل نقلیه و هواپیماها در ملل مختلف سراسر جهان را فراهم می‌کند. استاندارد سازی همچنین تغییر مکان تدارکات را از یک ناحیه به ناحیه دیگر به منظور برآورده کردن کمبودها، تسهیل می‌کند، رقابت بین پالایشگاه ها و توزیع کنندگان را ترغیب می‌کند و به تنظیم‌کنندگان اجازه وضع قوانین مشترک برای کنترل‌های محیطی برای انواع مختلف سوخت را می‌دهد.

پارامترهای کلیدی برای تولید محصولات خام و پالایش شده به شرح زیر هستند:

• نفت خام: وزن API، مقدار سولفور موجود، عدد اسیدی کل، پروفایل دمایی تقطیر (DIP)

• …

تولید مواد پتروشیمی:

 مواد پتروشیمی که از مولکول‌های هیدروکربن مشتق می شوند ۶ درصد از مجموع کلی نفت خام استفاده شده به شمار می‌آیند. از آنها مستقیماً به عنوان سوخت استفاده نمی‌شود، اما به منظور بهبود خواص مشخص سوخت‌ها یا به عنوان اجزایی در تولید پلاستیک ها، فیبرهای مصنوعی، کودها و صدها محصول موقعیت مناسب صنعتی و مصرف کننده به کار می‌روند.

دو NGL، متان و پروپان، مواد خام اصلی مورد استفاده برای تولید مواد پتروشیمیایی در ایالات متحده و خاورمیانه هستند. استفاده از نفتای سنگین و نفت سوختی سبک و نفت‌های گازی (دیزل و نفت گرمایشی) در آسیا رایج‌تر هستند.

 مواد خام پتروشیمیایی از یک پالایشگاه نفت یا یک واحد جداسازی گاز به دست می‌آیند. بوتان‌ها و نفتای سبک از هر نوع تسهیلات به دست می‌آیند. علاوه بر این، یک پالایشگاه نفت قادر به تهیه نفتای سنگین، نفت‌های سوختی سبک و نفت‌های گازی هستند.

واحدهای پتروشیمی معمولاً به منظور نزدیک بودن به منابع مواد خام نزدیک به پالایشگاه ها ساخته می شوند. علاوه بر این بهترین استفاده از جریان‌های محصولات فرعی حاصل از تولید مواد پتروشیمی برگشت آنها به پالایشگاه به منظور پردازش شدن است. این عوامل در سراسر جهان منجر به توسعه چند کمپلکس پالایشگاه/پتروشیمی یکپارچه بسیار بزرگ شده است. پالایشگاه Reliance (اعتماد، اتکا) توسط شرکت نفتی Reliance در جامنگار گوجرات کشور هند عملیات می‌شود و دارای ظرفیت پالایش ۲۴/۱ میلیون بشکه در روز نفت خام را دارد.

بوتادین ها و بوتیلن ها محصولات فرعی مهم شکست بخاری برای تولید اتیلن/پروپیلن هستند. مورد اول (بوتادین ها) برای ایجاد رزین پلاستیک ها و لاستیک مصنوعی (ساختگی) استفاده می‌شود و از مورد بعدی به عنوان ماده ترکیبی بنزین و برای تولید MTBE بهبود دهنده اکتان بنزین استفاده می‌شود.

آروماتیک که طبقه (دست) قابل توجه نهایی مواد پتروشیمیایی هستند (مجتمعاً BTEX) همگی محصولات فرعی فرآیندهای دیگری مانند تولید اتیلن، تغییر شکل نفتا به منظور تولید ماده ترکیبی بنزین و تولید رافینات (یک ماده ترکیبی دیگر بنزین) از خروجی نفت گازی از تقطیر خلأ هستند. از بنزن برای ایجاد استیر و نایلون استفاده می‌شود، تولوئن برای ایجاد حلال ها و اورتان به کار می‌رود و زایلن ها برای ایجاد نرم کننده‌ها، حلال ها و بهبود دهنده اکتان بنزین استفاده می‌شود.

دیگر فصل های این کتاب:

ساختار صنعت نفت ۱۳کتاب صنعت نفت و گاز

تجارت نفت ۱۴ کتاب صنعت نفت و گاز

چالش‌های نوظهور صنعت نفت ۱۵ کتاب صنعت نفت و گاز