تصفیه و پالایش نفت (oil refining)
تصفیه و پالایش نفت یک فرایند حیاتی در صنایع نفت و گاز است که برای تولید فرآورده‌های نفتی مورد نیاز صورت می‌گیرد. این فرایند شامل مراحل مختلفی از جمله تفکیک فیزیکی، عملیات شیمیایی، و تصفیه نهایی است. در مرحله تفکیک فیزیکی، از عملیاتی مانند تقطیر، استخراج با حلال، و تبلور برای جداسازی مواد استفاده می‌شود. در عملیات شیمیایی، فرآیندهایی مانند تبدیل کاتالیزگری، شکست حرارتی، و شکست کاتالیزگری برای بهبود خواص شیمیایی محصولات نفتی انجام می‌شود. در نهایت، مرحله تصفیه نهایی به منظور بهبود خواص فیزیکی و کیفیت نهایی محصولات نفتی انجام می‌شود. این فرایند باعث افزایش ارزش افزوده محصولات نفتی، حفظ کیفیت روغن، و افزایش عمر مفید تجهیزات می‌شود.
تاریخچه و نوع محصولات:
چینی ها جزو اولین تمدن هایی بودند که نفت را تصفیه کردند. در اوایل قرن اول، چینی ها نفت خام را برای استفاده به عنوان منبع انرژی پالایش می کردند. بین سال‌های 512 و 518، در اواخر سلسله وی شمالی، جغرافیدان، نویسنده و سیاستمدار چینی، لی دائویوان، فرآیند تصفیه روغن را به روان‌کننده‌های مختلف در اثر معروف خود تفسیر بر کلاسیک آب معرفی کرد.
نفت خام اغلب توسط شیمیدانان عرب تقطیر می‌شد، با توضیحات واضحی که در کتاب‌های راهنمای عربی مانند کتاب‌های محمد بن زکریای رازی (حدود 865-925) آمده است.خیابان‌های بغداد با قیر سنگفرش شده بود که از نفتی که از میدان‌های طبیعی منطقه قابل دسترسی بود به دست می‌آمد. در قرن نهم میادین نفتی در اطراف باکوی امروزی آذربایجان مورد بهره برداری قرار گرفت. این میدان ها توسط جغرافیدان عرب ابوالحسن علی المسعودی در قرن دهم و توسط مارکوپولو در قرن سیزدهم توصیف شد که خروجی آن چاه ها را صدها بار کشتی توصیف کرد.شیمیدانان عرب و ایرانی نیز به منظور تولید محصولات قابل اشتعال برای مقاصد نظامی، نفت خام را تقطیر کردند. از طریق اسپانیای اسلامی، تقطیر در اروپای غربی در قرن دوازدهم در دسترس قرار گرفت.
در سلسله سانگ شمالی (960-1127)، کارگاهی به نام “کارگاه نفت خشن” در شهر کایفنگ تأسیس شد تا روغن تصفیه شده برای ارتش سونگ به عنوان سلاح تولید شود. سپس نیروها قوطی‌های آهنی را با روغن تصفیه‌شده پر می‌کردند و آنها را به سمت نیروهای دشمن پرتاب می‌کردند و باعث آتش‌سوزی می‌شدند – در واقع اولین “بمب آتشین” جهان. این کارگاه یکی از اولین کارخانه های پالایش نفت در جهان بود که هزاران نفر در آن برای تولید تسلیحات نفتی چینی کار می کردند.
قبل از قرن نوزدهم، نفت در بابل، مصر، چین، فیلیپین، رم و آذربایجان شناخته شده بود و به اشکال مختلف مورد استفاده قرار می گرفت. با این حال، گفته می شود که تاریخ مدرن صنعت نفت در سال 1846 زمانی که آبراهام گسنر از نوا اسکوشیا، کانادا فرآیندی را برای تولید نفت سفید از زغال سنگ ابداع کرد، آغاز شد. اندکی پس از آن، در سال 1854، Ignacy Łukasiewicz شروع به تولید نفت سفید از چاه های نفت حفر شده دستی در نزدیکی شهر Krosno در لهستان کرد.
او اولین پالایشگاه نفت سیستماتیک جهان در پلویستی، رومانی در سال 1856 با استفاده از نفت فراوان موجود در رومانی ساخته شد.
در آمریکای شمالی، اولین چاه نفت در سال 1858 توسط جیمز میلر ویلیامز در اویل اسپرینگز، انتاریو، کانادا حفر شد.[16] در ایالات متحده، صنعت نفت در سال 1859 هنگامی که ادوین دریک نفت را در نزدیکی Titusville، پنسیلوانیا یافت، آغاز شد. این صنعت در دهه 1800 به آرامی رشد کرد و عمدتاً نفت سفید را برای لامپ های نفتی تولید می کرد. در اوایل قرن بیستم، معرفی موتور احتراق داخلی و استفاده از آن در خودروها، بازاری برای بنزین ایجاد کرد که انگیزه ای برای رشد نسبتاً سریع صنعت نفت بود. یافته های اولیه نفت مانند آنچه در انتاریو و پنسیلوانیا بود به زودی توسط “رونق” بزرگ نفت در اوکلاهما، تگزاس و کالیفرنیا پیشی گرفت.
ساموئل کیر اولین پالایشگاه نفت آمریکا را در پیتسبورگ در خیابان هفتم نزدیک خیابان گرانت در سال 1853 تأسیس کرد.[19] داروساز و مخترع لهستانی Ignacy Łukasiewicz یک پالایشگاه نفت را در Jasło تأسیس کرد که در آن زمان بخشی از امپراتوری اتریش-مجارستان (اکنون در لهستان است) در سال 1854. اولین پالایشگاه بزرگ در Ploiesti، رومانی، در 1856-1857 افتتاح شد.پس از تصرف توسط آلمان نازی، پالایشگاه های Ploiesti در عملیات موج جزر و مد توسط متفقین در طول مبارزات نفتی جنگ جهانی دوم بمباران شدند. یکی دیگر از رقبای نزدیک برای عنوان میزبانی قدیمی ترین پالایشگاه نفت جهان، سالزبرگن در نیدرزاکسن آلمان است. پالایشگاه سالزبرگن در سال 1860 افتتاح شد.
در یک مقطع زمانی، پالایشگاه راس تنوره، عربستان سعودی که متعلق به آرامکوی سعودی است، ادعا می شد که بزرگترین پالایشگاه نفت در جهان است. در بیشتر قرن بیستم، بزرگترین پالایشگاه، پالایشگاه آبادان در ایران بود. این پالایشگاه در طول جنگ ایران و عراق آسیب زیادی دید. از 25 دسامبر 2008، بزرگترین مجتمع پالایشگاهی جهان، مجتمع پالایشگاه جام نگر است که متشکل از دو پالایشگاه در کنار هم توسط شرکت Reliance Industries Limited در جامناگر، هند با ظرفیت تولید 1240000 بشکه در روز (197000 متر مکعب در روز) اداره می شود. مجتمع پالایشگاهی پاراگوانای PDVSA در شبه جزیره پاراگوانا، ونزوئلا با ظرفیت 940000 بشکه در روز (149000 متر مکعب در روز) و اولسان شرکت SK Energy در کره جنوبی با 840000 بشکه در روز (134000 مترمکعب در روز) به ترتیب در رتبه دوم قرار دارند.
قبل از جنگ جهانی دوم در اوایل دهه 1940، بیشتر پالایشگاه های نفت در ایالات متحده صرفاً از واحدهای تقطیر نفت خام (اغلب به عنوان واحدهای تقطیر نفت خام اتمسفر نامیده می شود) تشکیل می شد. برخی از پالایشگاه ها دارای واحدهای تقطیر خلاء و همچنین واحدهای ترک حرارتی مانند ویسکوزیته شکن (ویسکوزیته شکن، واحدهای کاهش ویسکوزیته روغن) بودند. تمام بسیاری از فرآیندهای پالایشی دیگر که در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند در طول جنگ یا چند سال پس از جنگ توسعه یافتند. آنها ظرف 5 تا 10 سال پس از پایان جنگ و صنعت نفت در سراسر جهان رشد بسیار سریعی را تجربه کرد، به صورت تجاری در دسترس قرار گرفتند. نیروی محرکه این رشد در فناوری و تعداد و اندازه پالایشگاه ها در سراسر جهان، تقاضای فزاینده برای بنزین خودرو و سوخت هواپیما بود.
در ایالات متحده، به دلایل مختلف اقتصادی و سیاسی، ساخت پالایشگاه های جدید تقریباً در دهه 1980 متوقف شد. با این حال، بسیاری از پالایشگاه های موجود در ایالات متحده بسیاری از واحدهای خود و/یا واحدهای الحاقی را به منظور افزایش ظرفیت پردازش نفت خام، افزایش رتبه اکتان بنزین محصول خود، کاهش میزان گوگرد سوخت دیزل و سوخت های گرمایشی خانه آنها با مقررات زیست محیطی مطابقت داشته باشد و با الزامات آلودگی هوا و آلودگی آب سازگار باشد.
محصولات عمده
فرآورده های نفتی موادی هستند که از نفت خام (پترولیم) که در پالایشگاه های نفت فرآوری می شود به دست می آیند. اکثر نفت به فرآورده های نفتی تبدیل می شود که شامل چندین کلاس از سوخت است.
پالایشگاه های نفت نیز محصولات واسطه ای مختلفی مانند هیدروژن، هیدروکربن های سبک، بنزین ریفرمیت و پیرولیز تولید می کنند. اینها معمولاً حمل و نقل نمی شوند، اما در عوض بیشتر در محل مخلوط یا پردازش می شوند. بنابراین کارخانه های شیمیایی اغلب در مجاورت پالایشگاه های نفت قرار دارند یا تعدادی از فرآیندهای شیمیایی بیشتر در آن ادغام می شوند. به عنوان مثال، هیدروکربن های سبک در کارخانه اتیلن با بخار ترک می شوند و اتیلن تولید شده برای تولید پلی اتیلن پلیمریزه می شود.
از آنجایی که دلایل فنی و حفاظت از محیط زیست محتوای گوگرد بسیار کم را در همه محصولات به جز سنگین‌ترین محصولات می‌طلبد، از طریق گوگردزدایی کاتالیستی به سولفید هیدروژن تبدیل می‌شود و از طریق تصفیه گاز آمین از جریان محصول خارج می‌شود. با استفاده از فرآیند کلاوس، سولفید هیدروژن پس از آن به گوگرد اولیه تبدیل می شود تا به صنایع شیمیایی فروخته شود. انرژی گرمایی نسبتاً زیاد آزاد شده توسط این فرآیند مستقیماً در سایر بخش های پالایشگاه استفاده می شود. اغلب یک نیروگاه برق در کل فرآیند پالایشگاه ترکیب می شود تا گرمای اضافی را جذب کند.
با توجه به ترکیب نفت خام و بسته به تقاضای بازار، پالایشگاه ها می توانند سهم های متفاوتی از فرآورده های نفتی تولید کنند. بیشترین سهم فرآورده های نفتی به عنوان «حامل انرژی» یعنی درجات مختلف نفت کوره و بنزین استفاده می شود. این سوخت‌ها شامل یا می‌توان آنها را با هم مخلوط کرد تا بنزین، سوخت جت، سوخت دیزل، روغن گرمایشی و روغن‌های سوخت سنگین‌تر تولید شود. فراکسیون های سنگین تر (کمتر فرار) همچنین می توانند برای تولید آسفالت، قیر، موم پارافین، روان کننده و سایر روغن های سنگین استفاده شوند.
پالایشگاه ها مواد شیمیایی دیگری نیز تولید می کنند که برخی از آنها در فرآیندهای شیمیایی برای تولید پلاستیک و سایر مواد مفید استفاده می شود. از آنجایی که نفت اغلب حاوی چند درصد مولکول های حاوی گوگرد است، گوگرد عنصری نیز اغلب به عنوان فرآورده نفتی تولید می شود. کربن به شکل کک نفتی و هیدروژن نیز ممکن است به عنوان فرآورده های نفتی تولید شوند. هیدروژن تولید شده اغلب به عنوان یک محصول میانی برای سایر فرآیندهای پالایشگاه نفت مانند هیدروکراکینگ و گوگردزدایی هیدروژنی استفاده می شود.
فرآورده های نفتی معمولاً به چهار دسته تقسیم می شوند:
تقطیر سبک (LPG، بنزین، نفتا)، تقطیر میانی (نفت سفید، سوخت جت، گازوئیل)، تقطیرهای سنگین و باقیمانده (روغن سوخت سنگین، روغن های روان کننده، موم، آسفالت). اینها مستلزم ترکیب مواد اولیه مختلف، مخلوط کردن افزودنی‌های مناسب، فراهم کردن ذخیره‌سازی کوتاه‌مدت و آماده‌سازی برای بارگیری فله به کامیون‌ها، بارج‌ها، کشتی‌های محصول و واگن‌های ریلی است. این طبقه بندی بر اساس روش تقطیر و تفکیک نفت خام به کسری است.
سوخت گازی مانند گاز مایع و پروپان به شکل مایع تحت فشار ذخیره و ارسال می شود.
روان کننده ها (روغن های سبک ماشین، روغن موتور و گریس تولید می کند و در صورت لزوم تثبیت کننده های ویسکوزیته را اضافه می کند)، معمولاً به صورت عمده به کارخانه بسته بندی خارج از سایت ارسال می شود.
موم پارافین که در صنعت شمع سازی استفاده می شود. ممکن است به صورت عمده به سایتی ارسال شود تا به صورت بلوک های بسته بندی شده آماده شود. برای امولسیون های موم، شمع ها، کبریت ها، حفاظت از زنگ زدگی، سد بخار، تخته ساختمانی و بسته بندی مواد غذایی منجمد استفاده می شود.
گوگرد (یا اسید سولفوریک)، محصولات جانبی حذف گوگرد از نفت که ممکن است تا چند درصد گوگرد به عنوان ترکیبات حاوی گوگرد آلی داشته باشد. گوگرد و اسید سولفوریک از مواد صنعتی مفید هستند. اسید سولفوریک معمولاً به عنوان پیش ساز اسید اولئوم تهیه و ارسال می شود.
حمل و نقل قیر فله برای بسته بندی واحد خارج از محل برای استفاده در سقف های قیر و شن.
آسفالت به عنوان چسب شن برای تشکیل بتن آسفالت استفاده می شود که برای سنگفرش جاده ها، زمین ها و غیره استفاده می شود. یک واحد آسفالت آسفالت فله ای را برای حمل و نقل آماده می کند.
کک نفتی که در محصولات کربنی خاص مانند الکترودها یا به عنوان سوخت جامد استفاده می شود.
پتروشیمی ها ترکیبات آلی هستند که مواد تشکیل دهنده صنایع شیمیایی هستند، از پلیمرها و داروها، از جمله اتیلن و بنزن-تولوئن- زایلن ها (“BTX”) که اغلب برای پردازش بیشتر به روش های مختلف به کارخانه های پتروشیمی فرستاده می شوند. پتروشیمی ها ممکن است اولفین ها یا پیش سازهای آنها یا انواع مختلف پتروشیمی های معطر باشند.
- گازوئیل
- نفتا
- نفت سفید و سوخت هواپیماهای جت مرتبط
- سوخت دیزل و روغن های سوخت
- حرارت
- برق
بیش از 6000 مورد از محصولات جانبی ضایعات نفتی از جمله کود، پوشش کف، عطر، حشره کش، ژله نفتی، صابون، کپسول های ویتامین ساخته شده است. پیوند به لیست جزئی 144 محصول جانبی فهرست شده توسط Ranken Energy را ببینید.