تحقیق درباره پالایش نفت

دید کلی

نفت خامحاصل از چاه دارای مواد نا خواسته از قبیل آب و جامداتی مانندشن،قیرو گازهایمتانواتانمی‌باشد. برای جداسازی اینگونه عوامل ، آنرا وارد مخازنی می‌کنند تاجامدات موجود در آن ته‌نشین شده و گازهای آن خارج شود. سپس واردجداسازسانتریفوژیشده که نقش آن جدا کردن تتمهآب ،گاز و جامدات معلقدر آن می‌باشد. برای حذف نمکهای معدنی ، نفت را با آب ولرم می‌شویند. آنگاه قسمتیاز نفت توسط لوله بهپالایشگاه فرستاده شده و قسمتی جهت صدور به بنادر تلمبه می‌شود.

تقطیر

برای تفکیک برش‌های متشکله نفت خام ، عملیات فیزیکی و شیمیایی چندیبر روی آن بعمل می‌آورند تا فرآورده‌های مورد نیاز جامعه امروزی را تولید نمایند. از مهمترین آنهاتقطیر جزء به جزءنفت است که دربرجتقطیر صورت می‌گیرد. تقطیر جزء به جزء عبارت است از یک سریتبخیر وتبریدکه در سینی‌های یک برج استوانه‌ایصورت می‌گیرد. مایعات خالص درفشار محیط ، در دماییبه جوش می‌آیند که در آن دما ،فشاربخار آن برابر فشار محیط گردد. مایعات مخلوط در حدود دمایی که حاصل جمعفشار‌های جزئی عوامل تشکیل دهنده آنها برابر فشار محیط گردد به جوشمی‌آید.

درنقطه جوش، فازهای بخار و مایع در حال تعادلمی‌باشند. چنانچه فشار ، کاهش یابد، تبخیر صورت می‌گیرد و در حالت معکوس ،تبریداتفاق می‌افتد. از فشار بخار برایمحاسبه ترکیب گازهای مخلوط در حالت تعادل استفاده می‌شود. وقتی که اجزا تشکیل دهندهیک محلول در برج تقطیر بطور دائم جدا می‌شوند بخارهایی که به سمت بالا حرکتمی‌کنند، با ترکیبات فرارتر مایع برگشت کننده که به سمت پایین سرازیر است برخوردکرده و غلیظ‌تر می‌شوند.

انواع تقطیر

·         تقطیر در فشار محیط:در این روش ،فرآیندتقطیر در فشارمحیط صورت می‌گیرد.

·         تقطیر با بخار آب:وقتی که تقطیر درمجاورت بخار ماده مخلوط نشدنی صورت می‌گیرد، فشار بخار یکی تحت تاثیر دیگری قرارنگرفته و مخلوط در دمایی که مجموع فشارهای جزئی آنها برابر فشار محیط گردد تقطیرمی‌شود.

·         تقطیر در خلا:در این روش ، فرآیندتقطیر در خلاء (در فشار 40 میلی‌متر جیوه) صورت می‌گیرد.

·         تقطیر در خلاء و بخار:این روش باانتقال گرما توسط بخار آب و با استفاده همزمان از پمپ خلاء جهت کاهش فشار کلی صورتمی‌گیرد. بطور کلی این روش دارای اشکالاتی بوده و از آن زیاد استفادهنمی‌شود.

·         تقطیر در فشار:این روش برعکس تقطیردر خلاء بوده و باعث می‌شود که فرایند تقطیر ، در دمای بیشتری نسبت به آن در فشارمحیط صورت گیرد و دمای بالاتر باعث گسسته شدن مولکولهای نفت گردیده و ترکیب آنها راتغییر می‌دهد.

·         روشهای جدید تقطیر:این روشها شاملیک یا دو مرحله تقطیر در فشار محیط بوده که توسط تقطیر با بخار همراه می‌شود.

آنالیز نفت خام

دید کلی

ترکیبعنصری مخلوط کل نفتهایخام ، تغییر چندانی نمی‌کند، ولی تفاوتهای کوچک در ترکیب نفت‌ها می‌تواند اثراتعمده‌ای بر خواص فیزیکی و فرآیند لازم جهت تولید فراورده‌های قابل فروش ، اعمالکند. نفت خام ،اساسا مخلوطی ازهیدروکربنها است و حتی عناصر غیر هیدروکربنی آن نیز معمولا بصورتمولکولهای پیچیده ای هستند که خاصیت هیدروکربنی‌شان غلبه دارد، ولی نفت خام در عین حال حاویمقادیر اندکیاکسیژن ،گوگرد ،نیتروژن ،وانادیم ،نیکل وکروم است.

موادسازنده نفت از نظر نوع هیدروکربور و همچنین از نظر ترکیبات هترواتم‌دار بستگی بهمحل و شرایط تشکیل آن دارد. بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یکژیزمان (منبع نفت) نسبت به ژیزمان دیگر تغییرمی‌کند.

ترکیب عنصری نفت خام

ترکیب عنصری نفت خام معمولا در گستره زیر قرارمی‌گیرد:

مواد سازنده نفت

بطور کلی مواد سازنده نفت عبارتند از: هیدروکربنها ،ترکیبات اکسیژنه - سولفوره - ازته ، مواد معدنی.

هیدروکربنها

چون تعداد هیدروکربنهای موجود در نفت نامحدود و جداکردن آنهابطور کامل خیلی مشکل می باشد، لذا آنها را در سه گروه کلی طبقه‌بندی می‌نمایند کهعبارتند از: پارافین‌ها ، نفتن‌ها و آروماتیکها. علاوه بر این گروه چهارمی نیز وجوددارد، یعنی همان اولفین‌هایی که در نتیجه فرایند هیدروژن‌زدایی از پارافین‌ها ونفتن‌ها تشکیل می‌شوند.

• پارافین ها (آلکان):مشخصه هیدروکربنهای پارافینی ، اتصال اتمهایکربن به وسیله پیوندهایساده است. سایرپیوندها نیز با اتمهای هیدروژن ، سیر شده‌اند. فرمول عمومی پارافین‌ها ،C_nH2n+2است. ساده‌ترینپارافین ، متان (CH₄) است که سری همرده متعاقب آن عبارتند از: اتان ، پروپان ، n-بوتان ، i- بوتان ، n- پنتان و نئوپنتان و غیره.

در صورتی‌که تعداد اتمهایکربن در مولکول بیش از 3 باشد، ممکن است چند هیدروکربن حاوی تعداد مساوی اتمهایکربن و هیدروژن با ساختارهای متفاوت وجود داشته باشد. علت این امر آن است که کربنزنجیرهای تک شاخه‌ای علاوه بر زنجیر است، تشکیل داده وایزومرهایی بوجود می‌آورد که خواصشان بطور محسوس با یکدیگر تفاوت دارند. بطور مثال ، عدد اکتانموتور ، در مورد n-اکتان مساوی 17 و در مورد ایزواکتان (2 و 2 و 4- تری متیل پنتان) مساوی 100 است.

• اولفین‌ها (آلکن‌ها):اولفین‌ها بطور طبیعی در نفت‌های خام وجود ندارند،بلکه در خلال فراورش نفت تشکیل می‌شوند. فرمول عمومی آنهاC_nH_2nاست. معمولا وجود اولفین‌ها در فراورده نهایی ،نامطلوب است، زیرا فعالیت پیوندهای دوگانه باعث می‌شود که ترکیبات اولفین‌دارآسانتر اکسیده و بسپارش شوند. در برش‌های گستره جوش بنزین ، وجود برخی اولفین‌هامطلوب است، زیرا اولفین‌ها دارای اعداد اکتان پژوهشی بالاتری ، در مقایسه باترکیبات پارافینی با تعداد اتمهای کربن یکسان ، می‌باشند.

ساده‌ترین اولفین، اتیلن می‌باشد که برای همرده آن عبارتند از: پروپن ، بوتن ، پنتن و غیره در خلالفراورش نفت ، بعضی دی‌الفینها (هیدروکربنهایی که دو پیوند دوگانه دارند) مانندبوتادی‌ان ، نیز تشکیل می‌شوند.

• نفتن‌ها (سیکلو آلکانها):هیدروکربنهای سیکلو پارافینی‌ای که تمامپیوندهای آزاد اتمهای کربن‌شان با هیدروژن ، سیر شده‌اند نفتن‌ها نامیده می‌شوند. درنفت خام ،انواع بسیاری از نفتن‌ها وجود دارد، ولی بجز در مورد ترکیبهای دارای جرم مولکولیاندک ، نظیر سیکلوپنتان و سیکلو هگزان ، معمولا بصورت ترکیبهای جداگانه تفکیکنمی‌شوند. طبقه‌بندی آنها با توجه به گستره نقاط جوش صورت می‌گیرد و خواص آنها بکمکعوامل همبستگی نظیر عاملK_wیاCIتعیینمی‌شود.

برخی از نفتن‌های موجود در نفت خام عبارتند از: متیل سیلکوپنتان ، 1و2 – دیمتیل سیکلو پنتان ، متیل سیکلوهگزان ، 1 و2- دی متیل سیکلو هگزان ،دکاهیدرونفتالین و غیره.

• آروماتیکها:گروه هیدروکربنهای آروماتیکی ، از نظر شیمیایی و فیزیکی ،تفاوت بسیاری با پارافین‌ها و نفتن‌ها دارند. هیدروکربنهای آروماتیکی ، شامل یکحلقهبنزنی سیر نشده ولیبسیار پایدار می‌باشند و اغلب مانند یک ترکیب سیر شده عمل می‌کنند. برخیهیدروکربنهای آروماتیکی موجود در نفت خام عبارتند از: بنزن ، تولوئن ارتو- زایلن ،متا- زایلن ، پارا- زایلن ، نفتالین ، کومن و غیره.
  
  هیدروکربنهای حلقوی ، چهنفتنی و چه آروماتیکی ، می‌توانند بجای بعضی از هیدروکربنهای متصل به حلقه ،زنجیره‌های جانبی پارافینی بپذیرند و تشکیل ساختار مختلط بدهند. این انواع مختلط ،بسیاری از مشخصات شیمیایی و فیزیکی ترکیبهای مولد خود (هر دو) را دارا هسستند.

ترکیبات اکسیژنه

مقدار درصد اکسیژن در نفت‌ها از 3 درصد تجاوز نمی‌نماید واغلب در ساختمان مولکولهای سنگین به حالت ترکیب یافت می‌شود. ترکیبات اکسیژنه موجوددر نفت شامل اسیدها و فنل‌ها می‌باشد. فنل‌ها بمقدار کم در روغن‌های کالیفرنیا ورومانی وجود دارد. اسیدهای موجود در نفت بیشتر بصورت مشتقات سیکلو آلکانها یا نفتنیاست.

ضمنا اسیدهای غیر حلقوی نیز بصورت اتر سل وجود دارد که در حین عملتصفیه در فراکسیون مربوط به پارافین‌ها جمع آوری می‌گردد.

ترکیبات سولفوره

اغلب نفت‌ها شامل گوگرد آزاد بصورت محلول هستند که در اثرتبخیر کریستالیزه می‌گردد. گوگرد ممکن است بصورت هیدروژن سولفوره - تیوفرمرکاپتان - تیواتر - دی‌سولفور و سولفور کربن و سولفور کربنیل وجود داشته باشد. مقدار گوگرد درنفت بستگی به منطقه ای دارد که در آنجا نفت تشکیل گردیده است. بعنوان مثال مقدار آندر مواد خام نفتی کویت 5/2 درصد و در نفت منطقه آقاجاری ایران 36/1 درصدمی‌باشد.

در اینجا یادآوری می‌شویم که خاصیتخورندگی نفت شرق و بوی نامطبوع آن بعلت وجود این ترکیبات می‌باشد.

ترکیبات ازته

روغنهای معدنی می‌توانند تا 5/1 درصد ازت بصورت ترکیبهایآلی دارا باشند. این ترکیبات از نظر عامل ازت به دو دسته تقسیم می‌گردند:

• ازت در حلقه بصورتN-H= (یعنی متصل به سه اتم) است و می‌توان ترکیباتیاز قبیل پیرول ، اندول و کاربازول را نام برد.
• ازت در حلقه بصورت N (یعنی متصل به دو اتم) شرکت نموده ، شامل اجسامی از قبیلپیریدین ، کینولئین و ایزوکینولئین می‌گردد. خاصیت قلیایی این ترکیبات بیشتر ازترکیبات دسته اول می‌باشند. اغلب روغن‌های معدنی شامل نمکهای آمونیوم اسیدهای نفتنیاست که بسادگی تجزیه می‌گردد.

مشتقات فلزی

هرگاه مواد باقیمانده ازتقطیر نفت رابسوزانند، مانندزغال از خود خاکستر باقی می‌گذارد که شامل برخی از ترکیباتفلزی است. اینترکیبات بیشتر مربوط به عناصری از قبیلسیلیس - آهن - آلومینیوم - کلسیم - منیزیم - نیکل وسدیم می‌گردد. ضمناوانادیم در خاکستر برخی از نفت‌ها بدست آمده است و وانادیم را معمولا از نفت استخراج نموده، درصنایع فولادسازی مورد استفاده قرار می‌دهند. مقدار این فلز در حدود 400PPM یعنی 400 گرم به ازای یکتن می‌باشد.