آشنایی با روند تولید و پالایش هیدروکربن سنگین از نفت خام
هیدروکربن چیست؟
هیدروکربنها، دستهای از مواد آلی هستند که به طور عمده از کربن و هیدروژن ساخته شدهاند.اتمهاى گوگرد، نیتروژن و اکسیژن معمولاً در هیدروکربنها به شکل جایگزین کربن مىباشند. هر چه مقدار گوگرد در ترکیبات هیدروکربنى بیشتر باشد، باعث تغییر رفتار فیزیکى مىشود و حالت خورندگى ایجاد مىکند. ترکیبات سنگینتر مىشوند و پالایش نفت سختتر مىشود. هر چه عناصر جایگزین در هیدروکربنها کمتر باشد، نفت خام سبکتر و خالصتر است.
هیدروکربنها بهطور ساده در دانش شیمی ، دستهای از مواد آلی هستند که در ساختار مولکولی آنها ، فقط اتمهای عنصرهای کربن و هیدروژن شرکت دارند. هیدروکربنها، همانند دستهبندی تمام مواد آلی، در دو گروه آلیفاتیک و آروماتیک قرار میگیرند. از نگاه دیگر میتوان هیدروکربنها را در دو گروه سیرنشده و یک گروه سیرشده قرار داد.
هیدروکربن سنگین چیست؟
هیدروکربن سنگین که یکی از سوختهای میان تقطیری پالایشگاههای نفتی است ترکیبی ناهمگن از ترکیبات عمده شامل آلکیل رزین و آسفالتین است که بسته به منشاء، میتواند بخش قابل توجهی از نفت خام را تشکیل دهد. انتظار میرود شیوع هیدروکربنهای سنگین در آینده افزایش یابد زیرا به واسطه رشد تقاضای انرژی در سراسر جهان، ذخایر سنگین نفت به طور فزاینده ای در حال بهرهبرداری است. با وجود استفاده روزافزون هیدروکربنهای سنگین، معمولاً هنگام ارزیابی، خطر این هیدروکربنها برای سلامتی انسان، محیطزیست و ذخایر آب مورد غفلت قرار میگیرد. اگرچه خطرات سلامتی انسانی و محیطی آنها در نظر گرفته نمیشود، اما هیدروکربنهای سنگین در محیط زیست پایدار هستند. دامنه تقطیر هیدروکربن سنگین از حدود ۱۵۰ درجه سانتیگراد تا ۳۸۵ سانتیگراد متغیر است.
هیدروکربنهای سنگین شامل موادی با دانسیته بالای ۰.۸۱ گرم بر سانتیمتر مکعب هستند که اکثراً جهت سوخت کشتی و شستشوی مخازن، مصارف صنعتی، خانگی و غیره مورد استفاده قرار میگیرند.Flash Point این ترکیبات حداقل ۴۰ درجه است و از هیدروکربنهایی با زنجیرهی طویل به ویژه آلکانها، سیکلو آلکانها و آروماتیکها تشکیل شده است و در دسته ترکیبات صنعتی سنگین قرار میگیرند. طول زنجیرهی هیدروکربنهای سنگین تولیدی بسته به نوع کاربرد آنها متفاوت است. عموماً گستره هیدروکربنی آنها از C12 به بالا است. این ماده ارزانترین ماده سوختی برای کوره حمامها، تنور نانواییها، موتور دیزل و برخی نیروگاهها است.
برشهای هیدروکربنهای سنگین بر اساس تنظیم گرانروی در گریدهای ۲۸۰،۱۸۰ و۳۸۰ تولید میشوند. هیدروکربنهای سنگین که متشکل از برشهای سنگینتر از نفت و گاز است و بر حسب موارد مصرف با استفاده از برشها و ترکیبات نفتی، تنظیم گرانروی میشوند.
یکی از ویژگی های منحصر بفرد علم شیمی که سبب شده است تا همه جا رد آن را ببینیم و روز و به روز بر وسعت مرزهایش افزوده شود ، زایایی و تنوع بالای محصولاتیست که از دل آن بیرون می آیند . به عنوان مثال ممکن است اجزای تشکیل دهنده یک ترکیب ساده دارای ایزوتوپ های زیادی باشند (تفاوت اتم های مشابه در تعداد نوترون هایشان) ، همین عامل سبب می شود تا این ترکیب به ظاهر معمولی بنا به اتمی که در آن وجود دارد دارای حالت های مختلفی شود ، حالت هایی که گاه تفاوت های چشمگیری به وجود می آورند.
هیدروکربن سنگین یکی از ویژگی های منحصر بفرد علم شیمی که سبب شده است تا همه جا رد آن را ببینیم و روز و به روز بر وسعت مرزهایش افزوده شود ، زایایی و تنوع بالای محصولاتیست که از دل آن بیرون می آیند . به عنوان مثال ممکن است اجزای تشکیل دهنده یک ترکیب ساده دارای ایزوتوپ های زیادی باشند (تفاوت اتم های مشابه در تعداد نوترون هایشان) ، همین عامل سبب می شود تا این ترکیب به ظاهر معمولی بنا به اتمی که در آن وجود دارد دارای حالت های مختلفی شود ، حالت هایی که گاه تفاوت های چشمگیری به وجود می آورند.
مثلاً باور این مطلب شاید برای برخی آسان نباشد که از نظر ایزوتوپی می توانیم ۱۸ مدل مختلف از یک ملکول آب داشته باشیم . در این ترکیب با داشتن ۳ ایزوتوپ هیدروژن (هیدروژن ، دوتریم و تریتیم) و ۳ ایزوتوپ اکسیژن (که با اعداد ۱۶ ، ۱۷ و ۱۸ نمایش داده می شوند) و همچنین ۳ جایگشت مختلف ، ۲×۳×۳ حالت ممکن وجود دارد که سبب می شود تا این ملکول آب به طرق مختلفی به وجود آیند که آب سنگینی که نام آن زیاد شنیده می شود هم از ترکیب ایزوتوپ های سنگین تر ، به همین روش تولید می گردد.
به عنوان مثالی دیگر ، گاهی دیده می شود که با کم و زیاد شدن تعداد کربن یا هیدروژن های یک ماده سوختنی ، میزان آلودگی آن کم و درصد ناقص سوختن آن به شدت کاهش می یابد ، در نتیجه اینکه شناسایی ذره ذره این تغییرات مهم بوده و از سوی عرضه کنندگان آن ها محاسبه می گردد.
انواع هیدروكربن هاى سازنده نفت
- هیدروكربن هاى پارافینى ( آلكالن ها)
آلكالن ها ساده ترین و سبك ترین مولكول سرى پارافین ها هستند، پیوند ساده دارند، هیدروكربن اشباع شده هستند، مولكول هاى زنجیره اى یا خطى اند، مى توانند شاخه ى جانبى داشته یا بدون شاخه باشند. پارافین هاى سبك مختص گازهاى طبیعى هستند و انواع سنگین تر در نفت خام یافت مى شود. ساده ترین آن متان (CH4) است. معمولاً مقدار ٥ كربن براى گازها اما كربن ١٠ تا ١٥ حالت مایع به خود مى گیرند. - هیدروكربن هاى نفتن ها (سیكلوآلكالن ها یا سیكلوپارافینى)
ساده ترین هیدروكربن هاى حلقوى هستند، پیوند ساده، اشباع، مى توانند شاخه ى جانبى داشته باشند، تفتن ها در گازها كمیاب بوده ولى در نفت هاى خام بیشنر است. هرچه نفت خام داراى تركیب خالص تر باشد، مقدار نفتن ها بیشتر است. - هیدروكربن هاى آروماتیك (معطر)
هیدروكربن هاى حلقوى با پیوند دوگانه و ساده، داراى واحد ساختمانى بنزنى اند و غیر اشباع اند. - هیدروكربن هاى آسفالتیك
شامل تركیبى از مولكول هاى حلقوى آروماتیك به تعداد زیاد، همراه با عناصر O, N, S كه در مجموع بسیار سنگین بوده و غیراشباع هستند و فرمول عمومى مشخصى ندارند. بیشتر در نفت هاى خام سنگین كم كیفیت و غلیظ هستند یا در نفت هاى جامد (آسفالت طبیعى) یافت مى شوند.
مراحل تولید و پالایش هیدروکربن سنگین از نفت خام
برای تولید هیدروکربنها ابتدا از نفتخام، نمکها و اسیدها را جدا میسازند سپس به وسیله فرآیند تقطیر جزء به جزء، نفتخام به محصولات جداگانه (هیدروکربنهای سبک و سنگین) با نقطهجوش متفاوت پالایش میشود. [تمام تفاوت میان سوختها و هیدروکربنهای مختلف از درجه جوش آنها ناشی میشود]. در آغاز نفتخام را در کوره تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد گرم میکنند سپس آن را با پمپ به پائین برج تقطیر که بیش از ۳۰ متر ارتفاع دارد میفرستند. مولکولهای کوچکتر و سبکتر و زود جوشتر به سوی بالا ستون تقطیر میروند و مولکولهای سنگینتر و دیر جوشتر به سمت پائین برج میروند. محصولات حاصل از این فرآیند، ارتباط مستقیمی با مشخصات نفتخام فرآوری شده دارند از آنجائیکه تقاضای زیادی برای اجزای مایع سبکتر وجود دارد از این رو در یک پالایشگاه مدرن نفتی بیشتر محصولات تقطیر با تغییر اندازه و ساختار مولکولهای هیدروکربن از طریق کراکینگ، تغیر فرم و سایر فرآیندهای تبدیل به محصولات قابل استفاده دیگر تبدیل میشوند. هیدروکربنهای سنگین و اجزای گازی سبک در طی فرآیندهای پیچیده و انرژی بر به مواد باارزشتری تبدیل میشوند. این محصولات تبدیل شده سپس در معرض فرآیندهای مختلف جداسازی مانند استخراج، تصفیه آب و شیرینسازی برای از بین بردن ترکیبات نامطلوب و بهبود کیفیت محصول قرار میگیرند. پالایش یکپارچه ممکن است شامل عملیات تفکیک جزء به جزء، تبدیل، تصفیه و مخلوط کردن و همچنین پردازش پتروشیمی باشد.
کاربرد هیدروکربنهای سبک و سنگین
بیشتر هیدروکربنهای سبکتر و باارزشتر به عنوان ماده اولیه بنزین و سوخت جت مورد استفاده قرار میگیرند، درحالیکه هیدروکربنهای سنگینتر با نقطهجوش بالاتر ممکن است برای موتورهای درونسوز دیزلی، سوختهای سنگین، مشعلهای خانگی و صنعتی و روغنهای روانکننده استفاده شوند.
بلندینگ هیدروکربنهای سبک و سنگین
بلندینگ، میکس و مخلوط کردن دو یا چند هیدروکربن سبک و سنگین در یک سیلندر واحد را میگویند که هیدروکربنهای سبک و سنگین حاصل از بلندینگ صرفاً یک نام تجاری بوده که عموماً از ترکیب مواد مشخص تا رسیدن به مشخصات مطلوب از نظر کیفیت و خواص فیزیکی از جمله دانسیته، فلش پوینت، رنگ و شفافیت و کاهش ویسکوزیته انجام میگیرد.