درجه پيچيدگي پالايشگاه و ارزش افزوده فراورده‌ها

يكي از عواملي كه در نحوة عملكرد يك پالايشگاه، ميزان ارزش افزوده فراورده‌هاي پالايشي و ميزان سوددهي آن تاثير دارد، درجه پيچيدگي يا قابليت توليد فراورده‌هاي سبك و با ارزش افزودة بالاتر توسط آن پالايشگاه است. در متن زير علاوه بر معرفي انواع پالايشگاه از نظر پيچيدگي، به بيان مفهوم پيچيدگي، ضريب پيچيدگي و فرايندهاي تبديل اوليه و ثانويه پالايش مي‌پردازيم:



انواع پالايشگاه از نظر پيچيدگي

ميزان سوددهي يك پالايشگاه، به عوامل زير بستگي دارد: "قيمت نفت‌خام و در دسترس‌بودن آن"، "خصوصيات بازار منطقه‌اي"، "ظرفيت فرايندهاي پالايشگاه"، "درجه پيچيدگي" و "كارآيي پالايشگاه". انتخاب درجه پيچيدگي مناسب براي يك پالايشگاه، با توجه به اين عوامل تعيين مي‌گردد. پالايشگاه‌ها از نظر پيچيدگي به چهار نوع زير تقسيم مي‌شوند:

1. ساده (Topping)

در اين پالايشگاه نفت‌خام توسط تقطير اتمسفري، تنها به اجزاي تشكيل‌دهنده‌اش تبديل مي‌شود. محصول آن نفتا است و بنزين توليد نمي‌كند.

2. Hydroskimming

اين نوع پالايشگاه به واحد تقطير اتمسفري و واحد تغيير شكل نفتا (Reforming) مجهز است. از نوع ساده پيچيده‌تر است و بنزين توليد مي‌كند. اما مقدار زيادي سوخت كم‌ارزش كه تقاضا براي آن كم است، نيز توليد مي‌كند.

3. ‍ Cracking

علاوه بر واحدهاي ذكر شده در انوع 1 و 2 ، شامل واحد تقطير خلأ و واحد شكست كاتاليستي (FCC) نيز مي‌باشد. نسبت به نوع 2، يك درجه پيچيدگي بيشتري دارد. توليد نفت كوره در آن كاهش يافته و تبديل آن به فرآورده‌هاي تقطير سبك و ميان‌تقطير انجام مي‌شود.

4. Coking

اين پالايشگاه مجهز به فرايندDelayed Coking است كه قبل از فرايند شكست كاتاليستي انجام مي‌شود. درجه بالاي تبديل نفت ‌كوره به فراورده‌هاي تقطير و كك نفت باعث مي‌شود نسبت به انواع قبلي بالاترين پيچيدگي را داشته باشد.

براي نشان دادن ميزان پيچيدگي يك پالايشگاه، از ضريب پيچيدگي نلسون استفاده‌ مي‌كنند كه اين ضريب براي پالايشگاه Hydroskimming، در حدود 2، براي پالايشگاه Cracking تا 5 و براي نوع Coking بالاتر از 9 تعيين شده‌است.

ضريب پيچيدگي پالايشگاه، اطلاعاتي راجع به پيچيدگي پالايشگاه، هزينه‌هاي جايگزيني و توانايي ارزش‌افزوده يك پالايشگاه در اختيار قرار مي‌دهد؛ ضمن اينكه مي‌توان براساس آن پالايشگاه‌هاي مختلف را طبقه‌بندي كرد.



معرفي فرايندهاي پالايش
نوع فرايندهاي مورد استفاده در پالايشگاه، در تعيين پيچيدگي آن مؤثر است و هر اندازه واحدهاي تبديل ثانويه يك پالايشگاه، بيشتر باشند درجه پيچيدگي آن نيز بيشتر خواهد بود. در زير واحدهاي تبديل اوليه و ثانويه و انواع آنها معرفي مي‌شوند:



الف) فرايندهاي تبديل اوليه (Primary Conversion Processes)

1. تقطير اتمسفري

ابتدايي‌ترين فرايند در پالايشگاه، جداسازي تركيبات تشكيل‌دهنده نفت خام در فشار اتمسفر است كه توسط حرارت و سپس متراكم كردن آن با سردكردن انجام مي‌شود. اين فرايند در واحد CDU يا Conversion Distillation Unit انجام مي‌گيرد.

2. تقطير در خلأ

واحد تقطير در خلأ (VDU) عمل جداسازي تركيبات نفت‌خام را به اجزاي تشكيل‌دهنده، در فشاري پايين‌تر از فشار اتمسفري انجام مي‌دهد كه در اين صورت از تغيير شكل كك جلوگيري مي‌شود.

تركيبي از اين دو واحد فرايند (VDU/CDU) نيز براي جداسازي نفت‌خام به تركيبات اوليه به‌كار مي‌رود كه محصولات آن LPG،‌ نفتا،‌ كروزن، نفت‌گاز، نفت‌گاز خلأ و ته‌مانده ستون تقطير خلأ مي‌باشد.



ب) فرايندهاي تبديل ثانويهSecondry Conversion Processes) )

فرايندهايي هستند كه روي محصولات حاصل از ستون‌هاي تقطير مانند نفت‌كوره و نفتا انجام مي‌شوند و محصولات سبك‌تر و با ارزش‌افزوده بالاتر توليد مي‌كنند.

1. آلكيلاسيون (Alkylation)

اين فرايند براي تركيب شيميايي ايزوبوتان‌ با هيدوركربن‌هاي اولفيني سبك (‌از نوع c4و c3)، در حضور كاتاليست‌ اسيدي به‌كار مي‌رود. محصول اين فرايند آلكيلات (Alkylate)، يكي از بهترين تركيباتي است كه مي‌تواند براي به‌سوزي بنزين به آن اضافه شود؛ زيرا يك سوخت تميز، با محتوي سولفور كم و فاقد تركيبات اولفيني و آروماتيكي است ضمن اينكه عدد اكتان بالا و فشار بخار پايين هم از خصوصيات آن مي‌باشد.

از منظر ديگر،‌ اولفين‌هاي C3 و C4 براي توليد LPG يا Petroleum Gas Liquified نيز كاربرد دارند. از اين‌رو در مناطقي كه تقاضا براي LPG بيشتر از مصرف بنزين باشد، فرايند آكليلاسيون رايج نيست.

2. فرايند " Bottam of the Barrel "

مجموعه فرايندهايي است كه روي مواد ته‌مانده ستون تقطير خلأ با نقطه‌جوش بالا (ºc565)، محتوي سولفور زياد و حاوي قيرمعدني و فلزاتي كه در نفت كوره صنعتي يا سنگين يافت مي‌‌شود انجام مي‌شود؛ اهميت آن از اين جهت است كه كاربرد نفت كوره به‌دليل محدوديت‌هاي ميزان انتشار Sox و Nox به‌شدت در حال كاهش است. چندين روش براي انجام اين عمل وجود دارد كه شامل فرايندهاي زير است:

Delayed Cracking1)

Visbreaking2)

Resid Desulfurization3)

در ادامه به توضيحات بيشتر درباره آنها نيز مي‌پردازيم.

3. شكست كاتاليستي (Catalytic Cracking)

در طي اين فرايند مولكول‌هاي هيدروكربن پيچيده، سنگين و بزرگ توسط حرارت و در حضور كاتاليست (بدون افزودن هيدروژن) به مولكول‌هاي ساده‌تر و سبك‌تر شكسته مي‌شوند. با اعمال اين فرايند، نفت سنگين (از اجزاي‌ تشكيل‌دهنده نفت كوره) به محصولات با ارزش‌تر مثل LPG، بنزين و فراورده‌هاي ميان‌تقطير تبديل مي‌شود. كاربرد اين فرايند كه اختصاراً با نام FCC يا Catalytic Cracking Fluidized‌ شناخته مي‌شود،‌ در فرايندهاي تبديل ثانويه پالايش گسترده است.

واحدهاي FCC، براساس دو الگوي "حداكثر توليد بنزين" و "حداكثر توليد فراورده‌هاي تقطيري" عمل مي‌كنند كه انتخاب يكي از آنها به الگوي تقاضاي فصلي محصولات بستگي دارد. اخيراً روش "حداكثر توليد اولفين" نيز اهميت پيدا كرده است كه توليد پروپلين، بوتيلن‌ها وLPG به حداكثر ميزان خود مي‌رسد. دياگرام زير مصرف اين محصولات را در توليد Oxigenates (موادي كه براي به‌سوزي به بنزين اضافه مي‌شوند) را نشان مي‌دهد.




خوراك فرايند FCC مي‌تواند موارد زير باشد:

- نفت گاز حاصل از تقطير خلأ(VGO)

- نفت گاز حاصل از تقطير خلأ كه فرايند افزودن هيدروژن نيز روي آن انجام شده باشد.

- مخلوط مواد حاصل از پايين ستون تقطير (VR) و نفت گاز حاصل از تقطير خلأ كه در اين صورت فرايند انجام شده روي آن (Resid FCC) RFCCناميده مي‌شود.

4. شكست تأخيري ( Delayed Coking)

يكي از فرايندهايي است كه روي مواد ته‌مانده حاصل از ستون‌ تقطير خلأ انجام مي‌شود و نفت‌هاي سبك‌تر و هم‌چنين كك‌نفت توليد مي‌كند. نفت‌ سبك مي‌تواند در واحدهاي ديگر پالايشگاه به محصولات باارزش‌تر تبديل شود. كك حاصله، هم به‌عنوان سوخت و هم در ساخت ورق‌هاي آلومينيومي كاربرد دارد.

اين فرايند در تبديل ته‌مانده‌ها به محصولات سبك‌تر 07 درصد كارآيي دارد در حاليكه فرايندVisbreaking تنها 03 درصد كارآيي دارد.

5. تصفيه هيدروژني (Hydrotreating)

اين فرايند براي تصفيه اجزاي تشكيل‌دهنده نفت‌خام، در حضور كاتاليست‌ها و مقادير معتنابهي از هيدروژن به‌كار مي‌رود. اين فرايند در سولفور‌زدايي، نيتروژن‌زدايي و تبديل اولفين‌ها به پارافين‌ها مؤثر است.

6. اصلاح يا تغيير شكل‌دادن (Reforming)

در اين فرايند، هيدروكربن‌هاي خطي به آروماتيكي تغيير شكل مي‌دهند كه در بنزين اين شكل مناسب‌تر است. از آنجا كه كاتاليست‌ اين فرايند، حاوي پلاتين مي‌باشد خوراك آن بايد عاري از سولفور باشد.

براي توليد آروماتيك‌ها در صنعت پتروشيمي نيز از اين فرايند استفاده مي‌شود.

7. شكست حرارتي (Thermal Cracking)

در اين فرايند از گرما و فشار براي شكستن مولكول‌هاي سنگين و توليد مولكول‌هاي سبك‌تر (‌با خوراك نفت كوره)‌ استفاده مي‌شود. اين فرايند شامل Visbreaking، Delayed Coking و فرايندهاي مشابه مي‌باشد.

8. Vis-breaking

يك فرايند شكست حرارتي ملايم است كه از نفت‌كوره و ته‌مانده‌هاي حاصل از ستون تقطير اتمسفريك و خلأ،‌ در دماي ملايم، محصولات سبك و با ويسكوزيته پايين توليد مي‌كند و در مناطقي كه هنوز نفت‌كوره سنگين مصرف بالا دارد، رايج است. به‌طور‌كلي باتوجه به مسائل زيست‌محيطي، اهميت آن در سطح جهاني در حال كاهش است.

شيرين‌سازي (sweetening)

محصولات نفت بايد عاري از تركيبات سولفور (مركاپتان‌ها) باشند، به‌دليل اينكه در حين سوخت، گازهاي نامطلوب Sox توليد مي‌كنند. در فرايند ذكر شده توسط اكسيداسيون، سولفور‌زدايي انجام مي‌‌شود كه به آن Merox ياMercaptan Oxidation گفته مي‌شود. اين فرايند در مورد LPG اشباع و غيراشباع، بنزين و كروزن كاربرد دارد.



جمع‌بندي:

به‌كار گيري فرايندهاي تبديل ثانويه با كارآيي بالا و بالا بودن درجه پيچيدگي پالايشگاه، مزيت‌هاي زير را در‌پي دارد:

1. انعطاف‌پذيري لازم در فرايند نفت‌خام با كيفيت‌هاي متنوع از جمله نفت‌خام نامرغوب، ‌ترش و سنگين

2. توانايي توليد درصد بيشتري از محصولات باارزش مثل LPG، فراورده‌هاي تقطيري سبك و ميان‌تقطير و توليد درصد كمي از محصولات سنگين و نفت‌كوره كه در نتيجه آن ارزش‌افزوده بالاتري هم حاصل مي‌شود.

3. توانايي توليد محصولات (‌از جمله بنزين و گازوئيل)‌ با كيفيت بالا

باتوجه به آنچه گفته شد تعيين ضريب پيچيدگي پالايشگاه‌هاي كشور در ارتقاي نوع آن‌ها، هم‌چنين انتخاب خوراك مناسب و نهايتاً سوددهي مي‌تواند مؤثر باشد.

منبع:انجمن مهندسی شیمی