تركيب فرآيندي پالايشگاه نفت خام
پالايشگاهها بسته به استراتژي و اهداف تعريف شده براي پالايشگران داراي. انواع مختلف از نظر تركيب تجهيزات، تكنولوژي و قابليت هاي فرآيندي مي باشند. عوامل مؤثر در انتخاب تركيب فرآيندي) (Configurationيك پالايشگاه عبارتند از:
✳ خوراك اقتصادي موجود و در دسترس بودن و كيفيت آن
✳ در دسترس بودن بازار فرآورده ها
✳ تأثيرات فصول مختلف بر مشخصات فرآورده ها و ميزان تقاضاي بازار
✳ در دسترس بودن تأسيسات جانبي مورد نياز و هزينه آنها
✳ مقررات و قوانين زيست محيطي
✳ نيروي كار موجود و حمايت هاي اجتماعي
✳ نجام عمليات فرآورش همراه با تبادل با ساير صنايع مانند پتروشيمي ها
✳ اهداف استراتژيك شركت
تقسيم بندي پالايشگاه ها از نظر تركيب فرآيندي
(Topping Refinery)( پالايشگاه ساده1)
اين پالايشگاه صرفاً شامل واحد تقطير در اتمسفر بوده و براي جداسازي اوليه برشهاي مختلف نفت خام بكار مي رود. در اين پالايشگاه، توليد محصولات نهائي مانند بنزين با مشخصات استاندارد مورد نظر بدون انجام فرآيندهاي اضافي ميسر نمي باشد.
(2پالايشگاه ساده داراي فرآيند تبديل كاتاليستي)
(Topping Refinery + Reformer)
اين پالايشگاه شامل واحد تقطير در اتمسفر، تبديل كاتاليستي و برخي از واحدهاي تصفيه هيدروژني بوده. و غالبا بدون انجام فرآيند هاي اضافي قادر به توليد بعضي از محصولات مطابق. با استاندارد مورد نظر نمي باشد.
همچنين اين نوع پالايشگاهها از حداقل انعطاف پذيري در توليد فرآورده ها برخوردار مي باشند.
(3پالايشگاه داراي فرآيند شكست)
(Cracking Refinery)
اين نوع پالايشگاه علاوه بر واحد هاي تقطير در اتمسفر و تبديل كاتاليستي داراي واحد تقطير در خلاء نيز بوده. و همچنين داراي واحد هاي شكست (هيدروژني يا كاتاليستي) براي ارتقاء محصول نفت گاز توليدي واحد خلاء نيز مي باشند. واحد هاي كراكينگ (شكست) موجب افزايش درآمد پالايشگاه از طريق. افزايش ميزان محصولات (در اثر افزايش حجم حاصل از شكست) شده. ضمن اينكه محصولات با ارزش تري (نسبت به خوراك اين واحد ها) توليد مي كنند. اين پالايشگاه ها داراي انعطاف پذيري زيادي براي توليد انواع محصولات بوده ولي هزينه سرمايه گذاري آنها زياد مي باشد.
در برخي از پالايشگاهها جهت دست يابي به محصولات با ارزش تر و در نتيجه كسب. ارزش افزوده بيشتر، اقدام به ارتقاء مواد باقي مانده سنگين توليدي. (Bottom Upgrading) آن پالايشگاه از طريق اضافه نمودن ساير فرآيندها مي شود. بدين منظور از فرآيند هاي زير مي توان استفاده نمود:
🔰 توليد قير
🔰 توليد روغن
🔰 توليد كك نفتي
🔰 آسفالت زدائي
🔰 كاهش گرانروي
🔰 شكست كاتاليستي مواد باقي مانده)(RFCC
شمائي از پالايشگاه داراي فرآيند شكست شامل فرآيند كاهش گرانروي
شمائي از پالايشگاه داراي فرآيند شكست شامل فرآيند كك سازي
فرآیند ها و تکنولوژی های پالایشی واحد های پالایشگاه
واحد تقطير نفت خام پالايشگاه
دستگاههاي تقطير نفت خام نخستين واحد فرآورش عمده در پالايشگاه هستند . اين دستگاهها براي تفكيك نفت خام به روش تقطير به اجزايي برحسب نقطه جوششان بكار گرفته مي شوند. بدين ترتيب كه منابع خوراك هر يك از واحدهاي فراورش بعدي با توجه. به مشخصه هاي مورد نيازشان تهيه مي شوند.
به منظور دستيابي به بازدهي هاي بالاتر و هزينه هاي پايين تر ، تفكيك نفت خام در دومرحله صورت مي گيرد:
ـ تفكيك جزء به جزء همه نفت خام در فشار جو.
– ارسال باقيمانده ديرجوش اين مرحله به دستگاه تفكيك ديگري كه تحت خلاء شديد عمل مي كند.
واحد تبديل كاتاليستي پالایشگاه
(Catalytic Reforming)
هدف از تبديل كاتاليستي تبديل نفتا به بنزين موتور با اكتان بالا است .براي بالا بردن اكتان واكنشهاي بسياري صورت مي گيرد كه مهمترين آنها پديد آمدن هيدروكربورهاي آروماتيك از هيدروكربورهاي نفتيني و پارفيني است و نيز شكستن ملكولي پارافين هاي سنگين بوسيله هيدروژن و بدست آمدن پارافين هاي سبك . در اين ميان عمل هم تركيبي (ايزومريزاسيون)نيز انجام مي گيرد و هيدروكربورهاي چهار و پنج كربني ايزومر،اكتان را بالا مي برند .
محصول بدست آمده از تبديل كاتاليستير(يفورميت)، گذشته از داشتن اكتان بالا ، مقدار بسياري هيدروكربور آروماتيك نيز دارد كه اگر بوسيله روش استخراج با تقطير از ديگر هيدروكربورها جدا گردد مي تواند به صورت ماده اوليه در كارخانه هاي شيميايي و پتروشيمي مورد استفاده قرار گيرد .
واحد شكست هيدروژني يا آيزوماكس پالایشگاه Hydrocracking
در اين واحد عمل شكست هيدروژني Hydrocracking صورت مي گيرد و طي آن مولكولي مي شكند و تبديل به مولكول هاي سبك مي شود . . واكنش هائي كه در قسمت Hydrotreatingصورت مي گيرند عبارتند از :
- (Desulfurization)• سولفور زدائي
- Denitrification • نيتروژن زدائي
- • اكسيژن زدائي
- • هالوژن زدائي
- • اشباع سازي آروماتيك ها
- • معمولاً اگر نمك هاي اسيدهاي نفتنيك هم در خوراك باشد، ) املاح Niو Vوگروه ارسنيك( يك پديده ديگر هم اتفاق مي افتد كه به آن Demetalizationيا Metal Depositionگفته مي شود.
- • همچنين اگر مولكول هاي Polynuclear Aromaticدر خوراك باشد Depositionانجام مي گيرد نوع كاتاليست به قسمي انتخاب شده كه مولكول هاي سبك توليد شده بيشتر از نوع ايزومري هاي مولكولي نرمال يعني بدون استخلاف باشند، كه اين واكنش ها گرمازا هستند .
- عمليات هيدروكراكينگ در فشار ودرجه حرارت بالا صورت مي گيرد . عمل واحد آيزوماكس تبديل نفت گاز سنگين واحد خلاء) ،(Iso Feedبه محصولاتي از قبيل نفتاي سبك، نفتاي سنگين و نفت سفيد با نقطه دود بالا و نفت گاز با نقطه ريزش پائين مي باشد. اعمالي كه در راكتورهاي آيزوماكس صورت مي پذيرد عبارتند از شكست (Hydro Treating) و تصفيه هيدروژنيCracking (Hydro)هيدروژني
- سولفور زدائي: Desulfurizationطي اين عمل گوگرد موجود در Iso Feedتوسط هيدروژنه شدن، جدا گرديده و به H2Sتبديل مي شود، كه با تزريق آب آن را از سيستم خارج مي سازند.
- نيتروژن زدائي : Denitrificationطي اين عمل توسط هيدروژنه كردن ماده آلي، ازت آن تبديل به آمونياك شده و با تزريق آب از سيستم خارج مي شود.
- اكسيژن زدائي: توسط هيدروژنه كردن بنيان -OHماده آلي، آب و ئيدروكربن توليد مي شود.
- هالوژن زدائي: با هيدروژنه كردن ماده آلي هالوژن دار، طبق واكنش زير هالوژن حذف مي شود
- اشباع سازي آروماتيك ها
- معمولاً اگر نمك هاي اسيدهاي نفتنيك هم در خوراك باشد، املاح Niو Vوگروه ارسنيك يك پديده ديگر هم اتفاق مي افتد كه به آن Demetalizationيا Metal Depositionگفته مي شود.
- همچنين اگر مولكول هاي Polynuclear Aromaticدر خوراك باشد Depositionانجام مي گيرد.
واحد شكست كاتاليستي پالایشگاه
(Catalytic Cracking)
شكستن ملكولي كاتاليستي روشي است كه در تبديل برشهاي سنگين نفتي به فرآورده هاي سبكتر و با ارزش تر به كار برده مي شود. خوراك اين واحد از بازمانده سنگين دستگاه تقطير با ديگر واحد ها تأمين مي گردد و فرآورده هاي آن گازهاي سبك الفيني ، پروپان ، بوتانها ، بنزين موتور ، نفت گاز و نفتكوره است .
چنان كه از نام اين روش پيداست ، در آن ، كاتاليست مورد استفاده قرار مي گيرد. اين كاتاليست ممكن است خاك طبيعي فعال شده يا كاتاليستي مصنوعي باشد ، در هر حال به دو صورت پودر يا دانه مورد استفاده قرار مي گيرد.
بر اثر كنشها و واكنشهاي شكستن مقداري كك بر كاتاليست نشسته ، از فعاليت آن ميكاهد، البته پس از سوختن اين كك، كاتاليست فعاليت خود را باز مي يابد.
واحد شكست كاتاليستي از سه بخش تهيه خوراك، راكتور و احياء كننده و بخش تفكيك فرآورده تشكيل شده است .امروزه سه نوع واحد شكست كاتاليستي به نامهاي بستر ثابت، بستر متحرك و بستر سيال از همه رايجتر است.
واحد كاهش گرانروي پالایشگاه Vis.Breaking
فرآيند كاهش گرانروي از نوع فرآيندهاي دفع كربني است كه اساسا” به منظور حداقل سازي توليد نفت كوره و نيز حداقل سازي تزريق فرآورده هاي سبك و رقيق كننده مورد استفاده قرار مي گيرد.
ته مانده برج تقطير در خلاء كه خوراك اين واحد مي باشدو تركيبي سنگين با گرانروي بالاست، توسط عمل شكست حرارتيThermal Crackingگرانرويش بسيار كاهش مي يابد . بيشتر مولكول هائي كه از سيستم خارج مي شوند، به صورت شكسته شده مي باشند، كه تركيبي است سبك و بسيار بد بو،كه به آن بنزين بدبو هم گفته مي شود. كاربرد بنزين نامرغوب بيشتر در واحدهاي شكست هيدروژني به همراه خوراك واحد مفيد بوده است،به طوري كه با كار برد آن درصد تبخير در راكتورها بيشتر شده و باعث نفوذ Diffusionخوراك در كاتاليست و پيشبرد واكنش مي گردد.
با اين روش مقدار استحصال) (Yieldواحد شكست هيدروژني افزايش مي يابد. در برخي موارد با تصفيه بنزين نا مرغوب فوق در واحد شكست هيدروژني ، مي توان آن را به عنوان يكي از برش هاي بنزين به مركز اختلاط بنزين Gasoline Blendingارسال نمود.
بنزين نا مرغوب چون به علت بدبو بودن به طور مستقيما” قابل عرضه به بازار نمي باشد، سوخت كوره ها مي گردد.
واحد گاز مايع پالایشگاه Gas Plant
در اين واحد سه برج اتان زدا ) (Deethanizerو پروپان زدا ) (Depropanizerو بوتان زدا)(Debutanizer وجود دارد، كه در اولي مواد سبك تر از اتان جدامي شوند ،بنابراين Bottomآن كه حاوي C3+ ,C4+ ,C5 مي باشد، وارد برج بعدي مي شود. خوراك واحد تركيبات گاز مايع شامل C1تا C5مي باشد، كه از ساير واحدها كه عبارتند از: تقطير، تبديل كاتاليستي و شكست هيدروژني )آيزوماكس( ارسال مي شود، و به واسطه برج هاي اتان زدا وپروپان و بوتان زدا ،به ترتيب اتان و پروپان و بوتان و پنتان جدا مي گردد، و همينطور ادامه مي يابد، تا اين كه گازهاي خالص از هم تفكيك مي گردند و سپس گازهاي بالا سري برج اتان زدا به لحاظ داشتن H2Sجهت شيرين
سازي به واحد آمين و پروپان و بوتان با Causticشسته مي شود تا H2Sآن حذف گردد.
واحد ديگري به نام Caustic Sodaنيز در كنار اين واحد قرار دارد، كه سوداي مورد نيازجهت شستشوي Wash Sodaگاز مايع را تهيه مي نمايد، كه پس از جذب H2Sاز قدرت بازي آن كاسته مي شود.
واحد تصفيه نفتاي سنگين با هيدروژن پالایشگاه Heavy Naphtha Treating
اين دستگاهها همراه با واحد پلاتفرمر در دستگاههاي كاتاليست ريفرمينگ براي تصفيه خوراك نفتا بكار گرفته مي شوند. چون ناخالصيهاي گوگردي، ازته و غيره براي كاتاليست طلاي سفيد در دستگاههاي ريفرمينگ مضر مي باشند،براي طولاني شدن عمر كاتاليست مقدار ناخالصيهاي خوراك اين دستگاه بايستي به حداقل تقليل داده شود.
خوراك نفتا از برج تقطير نفتخام در اتمسفر تهيه ميگردد و داراي نقطه جوشي بين 90تا 150درجه سانتيگراد مي باشد. كاتاليست مصرفي در اين فرآيندها كبالت موليبدنيم است كه عمر آن زياد بوده و مي تواند چندين دوره احياء شدن را تحمل نمايد.
واحد تصفيه نفتاي سبك با هيدروژن پالایشگاه Light Naphtha Treating
خوراك اين واحد، نفتاي سبك توليدي واحد تقطير مي باشد. هدف از احداث اين واحد تامين نفتاي سبك تصفيه شده، بعنوان خوراكي مناسب جهت واحد ايزومريزاسيون يا استفاده مستقيم در توليد بنزين مي باشد.
واحد تصفيه نفت گاز با هيدروژن پالایشگاه Gas Oil HDS
بعد از دستگاههاي تصفيه خوراك كاتاليست ريفرمر، فرآيندهاي تصفيه برشهاي مياني مانند نفت گاز سبك و سنگين اهميت بسيار دارند. خوراك اين دستگاهها از واحدهاي تقطير ،كاتالتيك كراكينگ و يا كراكينگ حرارتي تهيه مي شود.
در اين فرآيندها كيفيت سوخت نفت گاز مصرفي در ماشين هاي ديزلي و منازل بالا ميرود. باين ترتيب كه گوگرد آنها تقليل يافته، رنگ و بوي آنها بهتر شده و تثبيت مي گردد و عددستان Cetane No آنها نيز بالا مي رود.
واحد تصفيه گاز با آمين پالایشگاه Amine Treating
واحد تصفيه گازهاي اسيدي با محلول آمين جهت زدودن گاز H2Sاز گازهاي واحدهاي مختلف پالايشگاه و توليد گازشيرين براي تأمين گاز سوخت، تأمين قسمتي از خوراك واحدهاي تهيه گاز هيدروژن و گازمايع طراحي و نصب مي گردند.
در اين واحد از حلال هاي آمين جهت جذب سولفيد هيدروژن ودي اكسيد كربن وديگر ناخالصي هاي گازي استفاده مي شود كه عبارتند از:
-1منواتانل آمين
-2دي اتانل آمين
-3دي گليكول آمين
نظر به اينكه گازهاي مختلف ورودي به واحد آمين داراي فشارهاي گوناگون اند. معمولاً اين واحدها داراي سه برج جاذب فشار پايين، فشار متوسط و فشار بالا مي باشـند.
(Sulfur Recovery Unit) واحد تهيه گوگرد پالایشگاه
بطور كلي فعل و انفعال كلاوس بر مبناي سوخت مقداري از گاز H2Sبا هوا قرار دارد. بطوريكه بايستي كنترل دقيق صورت گيرد تا نسبت SO2/ H2Sبرابر دو به يك بدست آيد. سپس اين گاز در دماي بالا بدون كاتاليست و در دماي پايين در مجاورت كاتاليست با يكديگر تركيب شده و توليد سولفور مي نمايد. بدين ترتيب بخار سولفور در مراحل سوزاندن گاز اسيدي و در مجاورت كاتاليست توليد مي شـود. پس از سردشدن، مايع سولفور از سيستم خارج مي گردد.
در واحد گوگردسازي گازهاي هيدروژن سولفوره H2Sكه در واحد تصفيه گازهاي اسيدي با محلول آمين از گازهاي پالايشگاه ها تصفيه شده اند با روش كلاوس Clausبه گوگرد تبديل مي گردد.
گوگرد بعنوان محصول فرعي پالايشگاهي به بازار عرضه مي گردد. منظور اساسي از طراحي و نصب اين دستگاه ها در مجتمع هاي پالايش نفت خام در مرحله اول جلوگيري از آلودگي هاي هوا و حفاظت از محيط زيست است.
كاتاليست اساساً كاتاليزور به عنوان يك تركيب شيميايي در نظر گرفته مي شود كه قادر به اعمال اثر تسريع كنندگي و اثر جهت دهندگي بر پيشرفت واكنشي باشد كه از نظر ترموديناميكي امكان پذير است.
كاتاليستها به سه دسته تقسيم مي شوند:
-1كاتاليستهاي فلزي، از قبيل Pt ،Rh ،Ni ،Co ،Feو غيره.
-2كاتاليستهاي عايق، از قبيل سيليكا، آلومينا، زئوليتها و آلوميناي فعال شده. )اين نوع كاتاليستها نسبت به آمونياك و بازهاي الي حساس هستند.
-3كاتاليستهاي نيمه هادي، از قبيل اكسيدهاي فلزي و سولفيدها.
غيرفعال شدن كاتاليستها در واحدهای پالايشگاه
هنگامي كه كاتاليزور به صورت محلول در محيط واكنشي است “كاتاليزور همگن” و وقتي كه كاتاليزور فازي مجزا از فاز واكنش تشكيل ميدهد “كاتاليزور ناهمگن” ناميده مي شود.
در اكثر موارد كاتاليزور ناهمگن، كاتاليزور جامدي است كه از تماس با آن واكنش گرهاي گازي يا مايع، متحول مي شوند و در نتيجه خيلي اوقات عبارت “كاتاليست” براي ناميدن كاتاليزور ناهمگن به كار مي رود .
مشخصات اصلي كاتاليستها
- در طي واكنش، كاتاليست بدون تغيير باقي مي ماند وتنها سرعت واكنش را افزايش ميدهد.
- هنگامي كه سازوكارهاي متعددي براي انجام واكنش موجود باشند، كاتاليست بايستي خاصيت انتخاب پذيري داشته باشد. در اصل بايستي كاتاليست نسبت توليد ماده مطلوب را نسبت به ماده ناخواسته افزايش دهد.
- سرعت واكنش متناسب با غلظت كاتاليست است و براي واكنشهاي گاز-جامد، سطح كاتاليست وسطوح فعال بسيار مهم است.
- در يك واكنش برگشت پذير كاتاليست به همان نسبت كه سرعت واكنش رفت را افزايش مي دهد، بر سرعت واكنش برگشت هم مؤثر است. بنابراين تركيبي درصد تعادلي سيستم چه در حضور كاتاليست و چه بدون آن يكسان است.
- در واكنشهاي اتوكاتاليستي مقدار كمي از محصول بايستي در ابتدا وجود داشته باشد. در فرآيند تبديل كاتاليستي از كاتاليست هايي كه داراي عمل دوگانه اسيدي و فلزي هستند استفاده مي گردد .
اين كاتاليزورها از پلاتين بر روي پايه اسيدي ساخته شده اند . قدرت هيدروژن گيري پلاتين از ديگر فلزات بيشتر است . از اين رو از آن براي تهيه كاتاليست هاي تبديل استفاده مي شود . در واكنش هاي تبديل كاتاليستي عمل هيدروژن دادن و هيدروژن گرفتن هيدروكربورها بوسيله پلاتين كاتاليست انجام مي گيرد .
در فرآيند شكستن كاتاليستي دو نوع كاتاليست مورد استفاده قرار مي گيرد.
كاتاليستي كه بطور مصنوعي ساخته مي شود Syntheticو تركيبات آن سيليكا- آلومين است از تركيبات سبلبكا- منيزيم- آلومين – پوريا و سيليكا زيركونيا نيز كاتاليستهايي ساخته شده است.
| كاتاليست طبيعي كه داراي تركيبات سيليكا-آلومين است مانند خاك بنتونيت فعال شده | (Treated |
| ( وsuper filtral) ( و سوپر فيلترالFuller, s earths) ، خاك مخصوص فولرbentonite clay) |
هيدروسيليكات آلومينيم و باكسايت
كاتاليست ممكن است به صورت دانه يا به صورت گرد مورد استفاده قرار گيرد . در هر حال هر چه كاتاليست سخت تر باشد، با ارزش تر است ، زيرا سائيدگي و خرد شدن آن كمتر خواهد بود. خرد شدن دانه هاي كاتاليست سبب گرفتگي و ريزتر شدن گرد كاتاليست و در نتيجه از ميان رفت و خارج شدن آن از سيستم به شكل غبار خواهد شد .
كاتاليستها تحت سه پديده غير فعال مي شوند كه عبارتند از :
Fouling-1
Sintering-2
Poisoning -3
واكنشهاي كاتاليزوري جامد
اين واكنشها دوفازي هستند كه كاتاليست فاز جامد، و تركيب شونده ها و محصولات، فاز سيال مي باشند. اصولآ واكنشهاي كاتاليزوري شامل شكسته شدن يا سنتز مولكولها است و معمولآ اين واكنشها انرژي اكتيواسيون بالايي دارند و در نتيجه بدون Foulingيك پديده فيزيكي است كه در ان Active Siteو يا تمام سطح نگه دارنده كاتاليست، توسط كك يا رسوبهاي غيرالي پوشيده مي شود. دز اين حالت احيا و يا بازيابي كاتاليست با روشهاي نسبتآ ساده انجام مي شود.Sinteringيك فرآيند حرارتي است كه در نتيجه آن سطح كاتاليست شكل اصلي خود را از ديدگاه ميكروسكوپي از دست مي دهد. پديده Sinteringمعمولآ در درجه حرارتهاي بالاي C 650- 500به سرعت رخ ميدهد، ولي در درجه حرارتهاي پايين نيز در مدت طولاني مشاهده مي شود.
Poisoningمسموم شدن يا تركيب شيميايي سطح كاتاليست با تركيب ناخواسته است كه در نتيجه وجود ناخالصيها در تركيب شونده ها رخ ميدهد. به دليل واكنش شيميايي ناخالصيهاي تركيب شونده ها با سطح كاتاليست، فعاليت آن به صورت عمده كاهش مي يابد.
وجوديك ماده تسريع كننده، انجام واكنش ممكن نيست. مانند توليد امونياك. )بعضي كاتاليستها سرعت واكنش را كند مي كنند يعني Inhibitor
نظرات بسته شده اند.