پالایشگاه نفت

[فاطمه یاس]

پالایشگاه نفت

​

پالایشگاه نفت (oil refinery/petroleum refinery) یک پلانت فرآیندی صنعتی است که در آن نفت خام تحت فرآوری قرار گرفته، تصفیه می‌شود و به محصولات مفیدتری مانند نفت سفید، بنزین، گازوییل، قیر، مازوت، کروزن و گاز نفتی مایع (liquefied petroleum gas) یا LPG تبدیل می‌شود. پالایشگاه‌های نفت معمولا مجتمع‌های بزرگ دارایپایپینگ گسترده می‌باشند که جریان‌های سیال را بین واحدهای فرآیندی شیمیایی (chemical processing units) جابه‌جا می‌کنند. از بسیاری جهات، پالایشگاه‌های نفت از بسیاری از تکنولوژی‌های پلانت‌های شیمیایی استفاده می‌کنند و می‌توان آن‌ها را به عنوان پلانت شیمیایی در نظر گرفت. معمولا خوراک نفت خام توسط یک پلانت تولید نفت (oil production plant) فراهم می‌شود.

معمولا یک انبار نفت (oil depot) یا مزرعه مخزن (tank farm) در نزدیکی پالایشگاه نفت قرار می‌گیرد که برای ذخیره‌سازی ورودی نفت خام به کار می‌رود.

در صنعت نفت یک پالایشگاه نفت به عنوان یک بخش اصلی پایین دستی (downstream ) در نظر گرفته می‌شود.

​

کارکرد پالایشگاه نفت


معمولا استفاده از نفت خام و یا فرآوری نشده در کاربردهای صنعتی مناسب نیست، هر چند که نفت خام سبک و شیرین (ویسکوزیته پایین، گوگرد پایین) مستقیما به عنوان سوختمشعل (burner) برای تولید بخار به عنوان نیروی محرکه کشتی‌های دریایی استفاده شده است. البته عناصر سبک‌تر در مخازن سوخت تشکیل بخار قابل انفجار می‌دهند و در نتیجه خطرناک هستند، به خصوص در کشتی‌های جنگی. به جای این کار در یک پالایشگاه صدها مولکول هیدروکربن مختلف نفت خام به اجزای آن جدا می‌شود که می‌تواند به عنوان سوخت، روان‌کننده و مواد خام فرآیندهای پتروشیمی (petrochemical) که محصولاتی مانند پلاستیک (plastics)، مواد پاک کننده (detergents)، حلال‌ها (solvents)، الاستومرها (elastomers) و فیبرهایی مانند نایلون (nylon) و پلی استر (polyesters) تولید می‌کنند، قرار گیرند.

نقاط جوش مختلف اجازه می‌دهد که هیدروکربن‌ها به روش تقطیر (distillation) از هم جدا شوند. از آن‌جایی که محصولات مایع سبک‌تر برای استفاده در موتورهای درون‌سوز (internal combustion engines) دارای تقاضای زیادی هستند، یک پالایشگاه مدرن هیدروکربن‌های سنگین‌تر و عناصر گازی سبک‌تر را به این محصولات با ارزش تبدیل می‌کند.
هنگامی که هر گونه آلودگی و ناخالصی از نفت جدا شد، می‌توان سوخت و روان‌کننده‌ها را بدون فرآوری بیش‌تر به فروش رساند. مولکول‌های کوچک‌تر مانند ایزوبوتان و پروپیلن یا بوتیلن را می‌توان دوباره با هم ترکیب کرد تا اکتان‌های مورد نیاز را توسط فرآیندهایی مانند آلکیلاسیون (alkylation)، یا با رواج کم‌تر دیمریزاسیون (dimerization) به دست آورد. درجه اکتان بنزین را نیز می‌توان با اصلاح کاتالیزوری (catalytic reforming) بهبود داد که شامل از بین بردن هیدروژن از ترکیبات تولید کننده هیدروکربن با رتبه اکتان بالاتر مانند آروماتیک‌ها می‌باشد. حتی می‌توان محصولات میانی مانند نفت گاز (gasoils) را فرآوری دوباره کرد تا نفت سنگین با زنجیره طولانی را به نفت سبک‌تر و با زنجیره کوتاه‌تر شکست که این کار به وسیله روش‌های مختلف کراکینگ (cracking) مانند کراکینگ کاتالیزوری سیال (fluid catalytic cracking)، کراکینگ حرارتی (thermal cracking) و هیدروکراکینگ (hydrocracking) انجام می‌دهند. گام نهایی در تولید بنزین، ترکیب سوخت‌های با رتبه‌های مختلف اکتان، فشار بخار و خواص دیگر برای برآورده کردن مشخصات محصول است.

پالایشگاه‌های نفت، پلانت‌های در مقیاس بزرگی هستند که روزانه حدود صد هزار تا چند صد هزار بشکه نفت خام را فرآوری می‌کنند. به دلیل ظرفیت بالا، بسیاری از واحدها به صورت پیوسته (continuously) کار می‌کنند که این روش کاری در مقابل فرآوری بسته (batch) می‌باشد. ظرفیت بالا همچنین باعث می‌شود که بهینه سازی فرآیند (process optimization) و کنترل پیشرفته فرآیند (advanced process control) بسیار مطلوب شوند.

شکل شماتیک یک برج تقطیر پالایشگاهی
​

محصولات اصلی پالایشگاه‌ها


محصولات نفتی معمولا به سه دسته تقسیم می‌شوند:

• مقطرهای سبک (light distillates) شامل LPG، بنزین، بنزین سنگین
• مقطرهای میانی (middle distillates) شامل گازوییل و نفت سفید
• مقطرهای سنگین (heavy distillates) و باقی مانده‌ها (residuum) شامل نفت کوره، روغن روان‌کاری، واکس، قیر

این دسته‌بندی بر اساس چگونگی تقطیر نفت خام و جداسازی به اجزای آن که به آن‌ها مقطرها (distillates) و پس‌ماندها (residuum) می‌گویند، انجام می‌شود.

• گاز مایع نفتی (liquified petroleum gas) یا LPG
• بنزین (gasoline/petrol)
• بنزین سنگین (naphtha)
• نفت سفید (kerosene) و سوخت جت
• گازوییل (diesel fuel)
• نفت کوره (fuel oils)
• روغن روان‌کاری (lubricating oils)
• روغن پارافین (paraffin wax)
• آسفالت (asphalt) و قیر (tar)
• کک نفتی (petroleum coke)
• گوگرد

واحدهای فرآیندی رایج موجود در یک پالایشگاه

• واحد نمک‌زدا (desalter unit) قبل از ورود به واحد تقطیر اتمسفری، نمک را از نفت خام شستشو می‌دهد.
• واحد تقطیر اتمسفری (atmospheric distillation unit) نفت خام را به اجزای خود تقطیر می‌کند.
• واحد تقطیر در خلاء (vacuum distillation) پس از تقطیر اتمسفری، پس‌ماندهای پایینی را بیش‌تر تقطیر می‌کند.
• واحد فرآوری هیدروژنی بنزین سنگین (naphtha hydrotreater unit) با استفاده از هیدروژن، گوگرد بنزین سنگین را از تقطیر اتمسفری جدا می‌کند. بنزین سنگین باید قبل از ارسال به یک واحد اصلاح کاتالیستی، فرآوری هیدروژنی شود.
• واحد اصلاح کاتالیستی (catalytic reformer unit) برای تبدیل محدوده جوشش مولکول‌های بنزین سنگین به اکتان بالاتر انجام می‌شود. مواد اصلاح شده دارای مقادیر بالاتری از آروماتیک‌ها و هیدروکربن‌های حلقوی می‌باشند. محصول جانبی مهم یک رفورمر، هیدروژنی است که در واکنش کاتالیستی آزاد می‌شود. این هیدروژن در فرآوری هیدروژنی یا هیدرو کراکینگ استفاده می‌شود.
• واحد هیدروتریتر (hydrotreater) مقطرهایی مانند گازوییل را پس از تقطیر اتمسفریک را گوگرد زدایی می‌کند.
• واحد کراکر کاتالیستی سیال (fluid catalytic cracker unit) یا FCC، اجزای سنگین‌تر را به محصولات سبک‌تر با ارزش ارتقا می‌دهد.
• واحد هیدروکراکر (hydrocracker) از هیدروژن برای ارتقای اجزای سنگین‌تر به محصولات سبک‌تر و با ارزش‌تر استفاده می‌کند.
• واحد ویزبریکینگ (visbreaking unit) نفت باقی مانده سنگین را با کراکینگ حرارتی به محصولات سبک‌تر و با ارزش‌تر با ویسکوزیته کم‌تر ارتقا می‌دهد.
• واحد مروکس (merox unit) ال‌پی‌جی، نفت سفید و سوخت جت را با اکسیداسیون مرکاپتان‌ها به مواد آلی بدون گوگرد فرآوری می‌کند.
• فرآیندهای جایگزین برای از بین بردن مرکاپتان‌ها، همانند فرآیند شیرین سازی دکتر(doctor sweetening process).
• واحدهای ککینگ (coking units) که نفت‌های باقی‌مانده بسیار سنگین را به بنزین و گازوییل فرآوری می‌کنند و به عنوان محصول باقی مانده کک نفتی باقی می‌گذارند همانند ککینگ تاخیری (delayed coking)، ککر سیال (fluid coker) و فلکسی‌ککر (flexicoker).
• واحد آلکیلاسیون (alkylation unit) که ترکیبات با اکتان بالا را برای ترکیب بنزین تولید می‌کند.
• واحد دیمریزاسیون (dimerization unit) که الفین‌ها را به اجزای مخلوط بنزین با اکتان بالاتر تبدیل می‌کند. به عنوان مثال بوتن‌ها (butenes) را می‌توان به ایزواکتن (isooctene) تبدیل کرد که پس از آن می‌تواند هیدروژنه شود تا ایزواکتان (isooctane) تشکیل دهد.
• واحد ایزومریزاسیون (isomerization unit) که مولکول‌های خطی را به مولکول‌های شاخه‌ای با اکتان بالاتر تبدیل می‌کند تا برای ترکیب در بنزین و یا خوراک واحدهای الکیلاسیون آماده شوند.
• واحد رفورمینگ بخار (steam reforming) هیدروژن را برای هیدروتریترها یا هیدروکرکرها تولید می‌کند.
• مخازن ذخیره‌سازی گاز مایع (liquified gas storage vessels)، پروپان و سوخت‌های گازی مشابه را در فشار مناسب برای نگهداری از آن‌ها به صورت مایع ذخیره می‌کنند. این مخازن معمولا مخازن کروی یا گلوله‌ای (به معنی مخازن افقی با دو سر گرد) می‌باشند.
• مخازن ذخیره‌سازی (storage tanks) نفت خام و محصولات پایانی نفت را ذخیره می‌کنند، و معمولا به صورت استوانه‌ای با نوعی از کنترل انتشار بخار و احاطه شده توسط دیواره‌های خاکی برای مهار نشتی هستند.
• واحد فرآوری گاز آمین (amine gas treater)، واحد کلاوس (claus unit) و فرآوری انتهایی گاز (tail gas treatment)، سولفید هیدروژن را از گوگرد زدایی هیدروژنی (hydrodesulfurization) به گوگرد عنصری تبدیل می‌کند.
• واحدهای یوتیلیتی (utility units) مانند برج‌های خنک کن (cooling towers) برای گردش آب خنک‌کن، پلانت‌های بویلر (boiler plants) برای تولید بخار و سیستم هوای ابزار دقیق شامل شیرهای کنترلی (control valves) پنوماتیکی و پست‌های برق (electrical substation).
• سیستم‌های جمع‌آوری و تصفیه پساب‌ها (waste water collection and treating systems) شامل جداکننده‌های API، واحدهای شناورسازی هوای محلول (dissolved air flotation units) یا DAF و واحدهای فرآوری دیگری همانند تصفیه بیولوژیکی لجن فعال (activated sludge biotreater) برای آماده‌سازی آب برای استفاده مجدد و یا دفع.
• واحدهای پالایش با حلال (solvent refining units) که از حلال‌هایی مانند کرزول (cresol) یا فورفورال (furfural) برای حذف مواد ناخواسته، که بیش‌تر آروماتیک هستند، از روغن‌های روان‌کاری یا گازوییل استفاده می‌کنند.
• واحدهای واکس‌زدایی با حلال (solvent dewaxing units) که ترکیبات مومی شکل سنگین را از محصولات تقطیر در خلاء خارج می‌کنند.

دیاگرام جریان یک پالایشگاه معمولی


تصویر زیر یک دیاگرام جریان شماتیک از یک پالایشگاه نفت معمولی را نشان می‌دهد که از واحد‌های مختلف فرآیندی و جریان محصولات میانی که بین ورودی خوراک نفت خام و محصولات نهایی ایجاد می‌شوند، تشکیل شده است. این نمودار فقط یکی از صدها چیدمان مختلف در پالایشگاه‌های نفت است. همچنین این دیاگرام هیچ یک از یوتیلیتی‌های پالایشگاه‌های معمول مانند بخار، آب خنک‌کاری، برق و همچنین مخازن ذخیره‌سازی برای خوراک نفت خام و محصولات میانی و محصولات نهایی را شامل نمی‌شود.

دیاگرام جریان شماتیک یک پالایشگاه معمولی

دیاگرام جریان شماتیک یک واحد تقطیر نفت خام​