توليد بنزين و فرآورده‌هاي ميان تقطير از مايعات گازي

توليد بنزين و فرآورده‌هاي ميان تقطير از مايعات گازي

در اين مقاله نمونه اي از مايعات گازي ارزيابي و با توجه به محدوده جوش و کيفيت آن، فرآورده‌هاي مختلفي از جمله بنزين، نفت سفيد، حلال و سوخت جت تهيه شده و مشخصات آنها با هم مقايسه گرديد که از اين مقايسه، نتايج خوبي حاصل شد. در نهايت يک پالايشگاه با دو نوع خوراک مايعات گازي و نفت خام از نظر سرمايه‌گذاري و سوددهي مقايسه شده، با توجه به اينکه در يک پالايشگاه مايعات گازي، تمام محصولات، قابل استفاده و داراي ارزش اقتصادي نسبتا بالايي هستند، واضح است که ساخت پالايشگاههايي با خوراک مايعات گازي بسيار اقتصادي و مقرون به صرفه است.
با توجه به مصرف روزافزون بنزين و سوخت‌هاي ميان تقطير و محدود بودن ظرفيت موجود پالايشگاهها، لازم است به دنبال منابع جديدي براي توليد اين فرآورده‌ها باشيم.
بخش اعظم مايعات گازي در محدوده بنزين و نفت سفيد مي‌باشد. تقريباً 50 درصد کاندنسيت در محدوده جوش بنزين است. بنابراين با تبديل کاندنسيت به بنزين نياز به واردات کاهش خواهد يافت. همچنين مي‌توان فرآورده‌هاي ديگر مانند سوخت جت، حلال و ديزل نيز از آن توليد نمود. بطوريکه با احداث پالايشگاه کاندنسيت، مي توان تمام خوراک را به محصولات سبک و ميان تقطير تبديل نمود، بدون اينکه محصولات ديگري مانند نفت کوره و باقيمانده‌هاي تقطير توليد شود. در حال حاضر بخشي از مايعات گازي به خوراک پالايشگاهها اضافه مي‌شود، بخشي ديگر در صنايع پتروشيمي مورد استفاده قرار مي گيرد و قسمتي از آن نيز صادر مي‌شود.
نتايج ارزيابي يک نمونه کاندنسيتبه منظور مقايسه مايعات گازي با نفت خام، يک کاندنسيت و نفت خامي با درجه PI حدود 33 به عنوان نمونه انتخاب شدند. قسمت اعظم اين کاندنسيت در محدوده جوش بنزين و نفت سفيد است. حدود 80 درصد حجم آن تا دماي 200 درجه سانتيگراد تقطير مي‌شود.
بنزين ماشين مخلوطي از جريان‌هاي مختلف پالايشگاه و بنزين تقطير مستقيم )SR(‌ است. بنزين تقطير مستقيم شامل پنتان تا هيدروکربن‌هاي سنگين تر با نقطه جوش حدود 195 درجه سانتي‌گراد، است. براي بهبود رفتارهاي احتراقي، ضدضربه بودن، وزن مخصوص، مشخصه‌هاي تقطير، فشار بخار، ميزان سولفور، مقاومت در برابر اکسيداسيون و خوردگي، بنزين تقطير مستقيم را با جريان‌هاي ديگر پالايشگاه مانند ايزومرات، ريفرميت، آلکيالات، بنزين FCCU مخلوط مي‌کنند تا به خواص موردنظر برسند. همچنين افزودني‌هايي به منظور بهبود هر چه بيشتر اين خواص نيز به اين فرمولاسيون اضافه مي‌شود.

◄ پارامترهاي مهم:
عدد اکتان؛ اين پارامتر مقياسي براي مشخص کردن کيفيت احتراق سوخت است. دو نوع عدد اکتان اندازه گيري مي‌شود. عدد اکتان پژوهش (Research Octane Number)‌ در شرايط سرعت کم و رانندگي در شهر و عدد اکتان موتور (Motor Octane Number)‌ هنگام رانندگي در جاده با سرعت زياد اندازه گيري مي‌شود.
حساسيت يک سوخت از اختلاف RON و MON بدست مي‌ايد و اين اختلاف معمولاً بين 10 تا 6 است.
فراريت(Volatility)‌؛ فراريت بنزين بسيار اهميت دارد و توسط دو خاصيت فشار بخار (RVP) و تقطير (ASTM) مشخص مي‌شود.
محدوده جوش بنزين به سه قسمت تقسيم مي‌شود و هر قسمت گوياي خاصيتي از بنزين است. قسمت اول که تا 25 درصد ابتداي بنزين است نشانگر کيفيت روشن شدن اتومبيل است، قسمت دوم تا 50 درصد تقطير قدرت سوخت و ارزش حرارتي آن را نشان مي دهد و از 50 تا 90 درصد تقطير قسمت سوم منحني مشخص‌کننده ميزان ترکيبات سنگين در بنزين است و نشان مي‌دهد چه مقدار از ترکيبات سنگين ممکن است در اثر حرارت موتور تجزيه شود. ناخالصي‌هاي بنزين؛ ميزان ناخالصي‌ها از جمله گوگرد و مواد اکسيژنه در بنزين، موجب آلودگي در محيط زيست مي‌شوند که روز به روز ميزان آنها محدودتر مي‌شود. اغلب کاندنسيت‌ها سولفيد هيدروژن و مرکپتان بالايي دارند بنابراين محصولات آنها نياز به فرايندهاي تصفيه با هيدروژن و مرکپتان زدايي دارند. نکته قابل توجهي که از اين مقايسه نتيجه مي‌شود ميزان بنزين توليدي از کاندنسيت است که در اينجا سه برابر بنزين توليدي از نفت خام است بنابراين ضرورت احداث پالايشگاه کاندنسيت افزايش مي يابد.

سوخت جتنفت سفيد به عنوان اولين سوخت موتورهاي توربيني مورد استفاده قرار گرفت. اما بعد از جنگ جهاني دوم، آمريکا استفاده از سوخت با محدوده وسيع تر )Wide-Cut( که از نظر هيدروکربن‌ها، محدوده بنزين و نفت سفيد را در بر مي گرفت، را شروع کرد. اما اين سوخت به علت سبک بودن در طي حمل و نقل، افت جرمي و خطر آتش گيري زيادي داشت و بيشتر براي استفاده در مناطق سردسير چون کانادا و آلاسکا مناسب بود. يکي از پارامترهاي مهم در سوخت جت نقطه يخ زدگي است. اين پارامتر به شدت به شکل مولکول ها وابسته است. در يک عدد کربن معين با تغيير گروه هيدروکربني، تغيير زيادي در اين پارامتر مشاهده مي‌شود. همچنين با افزايش عدد کربن در يک گروه هيدروکربني، نقطه يخ زدگي افزايش مي يابد.
دانسيته و ارزش حرارتي نيز با افزايش عدد کربن افزايش مي يابند. به طور کلي پارافين‌ها خواص ضعيفي در دماي پايين از خود نشان مي‌دهند اما ارزش حرارتي بالايي دارند.
آروماتيک‌ها خواص بسيار خوبي در دماي پايين دارند اما کيفيت سوختن بدي دارند. خواص ايزوپارفين‌ها و نفت‌ها بين اين دو گروه قرار دارد.

سوخت ديزلپايه سوخت ديزل، محصولات تقطير مستقيم نفت خام است. امروزه با فرايندهاي مختلف کراکينگ، ممکن است محصولات تقطير شده از اين فرايندها نيز در فرمولاسيون آن دخالت داشته باشد. بنابراين مخلوط ديزل با توجه به خواصي چون فراريت، جرقه زدن، کيفيت، ويسکوزيته، گراويته و پايداري تهيه مي‌شود. معمولاً محدوده جوش سوخت ديزل 380-150 درجه سانتي گراد است. ترکيب آن مخلوطي از پارافين‌ها، نفتن‌ها و آروماتيک هاست. بسياري از خواص مهم اين سوخت مستقيماً به ساختار هيدروکربني آن بستگي دارد. مثلاً سوختي با پارافين بيشتر، خواص جرقه زدن و احتراق بهتري نسبت به سوختي با آروماتيک بيشتر دارد، اما سوخت پارافيني در دماي پايين توليد واکس مي‌کند که اين مساله در سوخت‌هايي که آروماتيک بيشتري دارند، به دليل نقطه ريزش پايين تر، وجود ندارد.
دانسيته اين سوخت در دماي 15 درجه سانتي‌گراد در محدوده kg/m 860ـ820 است.
ويسکوزيته سوخت ديزل در دو دماي 20 و 40 درجه سانتي‌گراد اندازه‌گيري مي‌شود. محدوده بالاي ويسکوزيته، اطميناني بر جاري شدن سوخت در زمان روشن شدن، که دما پايين است مي‌باشد و محدوده پاييني براي زمان داغ شدن موتور هنگام دوباره روشن کردن ماشين است.
فراريت سوخت توسط منحني تقطير )ASTM(‌ نشان داده مي‌شود. اين منحني نيز به سه قسمت، به ترتيب دماي 10 درصد، 50 درصد و 90 درصد تقطير تقسيم مي‌شود.
سوخت ديزل بين 280-230 درجه سانتي گراد است. اگر بالاتر از 300 باشد در دور بالاي موتور دوره ايجاد مي‌شود و اگر کمتر از 200 درجه سانتي گراد باشد، ويسکوزيته و انرژي لازم جهت کار کردن موتور موجود نمي باشد. ميزان گوگرد ديزل بين 50/0 تا 5/1 درصد متغير است. طبق استانداردهاي جديد، ميزان گوگرد بايد بين 10 تا 50 ppm باشد. اما در استاندارد NIOC اين مقدار هنوز يک درصد است. عدد ستان سوخت ديزل کيفيت جرقه زدن را نشان مي‌دهد. زمان شعله زدن سوخت بايد کوتاه باشد و عدد ستان تعيين‌کننده اين فاکتور است. عدد ستان با مقايسه سوخت با نرمال ستان که کيفيت شعله‌ور شدن آن 100 و هپتامتيل نونان با عدد ستان حدود 15 تعيين مي‌گردد. سوخت با عدد ستان بالا در موتور باعث سريع روشن شدن ماشين و همچنين دوده کمتر و مصرف بهتر مي‌شود. طبق استاندارد جديد، عدد ستان بايد 51 باشد.

حلال‌هاحلال‌هاي نفتي، برش‌هاي سبکي هستند که از نفت خام تهيه شده، داراي هيدروکربن‌هاي پارافيني، نفتني و آروماتيکي با نسبت‌هاي متفاوت هستند. اين حلال‌ها معمولاً بي رنگ بوده، در آب حل نمي‌شوند، در صنايع رنگ‌سازي، چسب‌سازي، لاستيک و پلاستيک‌سازي به کار مي‌‌روند.
بر حسب نوع کاربرد، حلال‌هاي نفتني بايد داراي ويژگي‌هايي خاص باشند.
ساختار هيدروکربني حلال‌ها تأثير زيادي بر روي حلاليت آنها دارد. آروماتيک‌ها بيشتر قدرت حلاليت و نفتن‌ها حلاليت متوسطي دارند، بنابراين ميزان آروماتيک ها در يک حلال نشانگر حلاليت آن است. فراريت حلال نيز از پارامترهاي مهم است که به وسيله منحني تقطير (ASTM)‌ مشخص مي‌شود. آتش گيري نيز در حمل و نقل حلال ها و بارگيري آنها محدوديت‌هاي خاصي را اعمال مي‌کند. ميزان ناخالصي‌هاي حلال ها مخصوصاً گوگرد در کاربرد آنها تأثير مي‌گذارد، بنابراين بايد در محدوده خاصي باشد.

فرايندهاي لازم در پالايشگاه مايعات گازيمايعات گازي از هيدروکربن‌هاي سبک و ميان تقطير تشکيل شده است، اغلب آنها داراي هيدروژن سولفيد و مرکپتان نسبتاً بالايي هستند. بنابراين بعد از تقطير و تهيه فرآورده‌ها نياز به فرايندهاي پالايشي جهت کاهش گوگرد و مرکپتان دارند. از طرف ديگر جهت افزايش عدد اکتان بنزين توليدي لازم است بخشي از نفتا توسط فرايند ريفرمر به بنزين با عدد اکتان بالا تبديل شود تا با مخلوط سازي با بنزين تقطير مستقيم، بنزين با عدد اکتان قابل قبول تهيه شود. با تجهيز پالايشگاه به فرايند ريفرمينگ کاتاليستي (CCR)‌، علاوه بر تهيه ريفرميت، هيدروژن لازم نيز جهت فرايند تصفيه تهيه مي‌شود. براي بازيافت گوگرد از فرايندهاي تصفيه بنزين نياز به فرايند تصفيه با آمين مي باشد. بدين ترتيب تمام محصولات اين پالايشگاه قابل استفاده و داراي ارزش افزوده بالايي مي باشند.

◄ فرايندهاي تصفيه با هيدروژن:
هدف از عمليات تصفيه با هيدروژن، حذف يا کاهش ناخالصي‌هايي مانند ترکيبات گوگردي، نيتروژنه، اکسيژن دار و فلزات مي باشد. اين ترکيبات نقش مهمي در آلودگي محيط زيست، مسموميت کاتاليزورها و خوردگي دستگاهها دارند. اين فرايند براي کليه محصولات سبک و سنگين قابل استفاده است. در اين فرايند خوراک بدون تغيير زياد در محدوده جوش، ناخالصي‌هايش را از دست مي‌دهد. ناخالصي‌هاي گوگردي به ناخالصي‌هاي نيتروژنه و هم زمان ترکيبات اشباع نشده مانند اولفين‌ها و آروماتيک ها نيز اشباع مي‌شوند.

◄ ريفرمينگ کاتاليستي:
ريفرمينگ کاتاليستي يکي از واحدهاي هر پالايشگاه بوده و هدف آن افزايش عدد اکتان بنزين است. خوراک اين واحد، بنزين سنگين با محدوده جوش بين 210ـ80 درجه سانتيگراد مي باشد. خوراک مخلوطي از هيدروکربن‌هاي پارافيني، نفتي و آروماتيکي است. از خوراک هاي نفتني در شرايط يکسان، محصولي با عدد اکتان بالاتر توليد مي‌شود. همچنين براي کراکينگ خوراک هاي پارافيني نياز به شرايط سخت تري است. در اين واحد، کاتاليست، پلاتين بر پايه آلومين است که نسبت به ناخالصي‌ها بسيار حساس است، به طوري که ميزان گوگرد خوراک بايد کمتر از ppm 30 باشد و نيتروژن آن نيز نبايد از ppm 2 تجاوز کند. بنابراين قبل از اين فرايند خوراک بايد از فرايند تصفيه با هيدروژن عبور نمايد.