درجه پیچیدگی پالایشگاه و ارزش افزوده فراورده‌ها

یكی از عواملی كه در نحوهٔ عملكرد یك پالایشگاه، میزان ارزش افزوده فراورده‌های پالایشی و میزان سوددهی آن تاثیر دارد، درجه پیچیدگی یا قابلیت تولید فراورده‌های سبك و با ارزش افزودهٔ بالاتر توسط آن پالایشگاه است. در متن زیر علاوه بر معرفی انواع پالایشگاه از نظر پیچیدگی، به بیان مفهوم پیچیدگی، ضریب پیچیدگی و فرایندهای تبدیل اولیه و ثانویه پالایش می‌پردازیم:
انواع پالایشگاه از نظر پیچیدگی
میزان سوددهی یك پالایشگاه، به عوامل زیر بستگی دارد:
"قیمت نفت‌خام و در دسترس‌بودن آن"، "خصوصیات بازار منطقه‌ای"، "ظرفیت فرایندهای پالایشگاه"، "درجه پیچیدگی" و "كارآیی پالایشگاه". انتخاب درجه پیچیدگی مناسب برای یك پالایشگاه، با توجه به این عوامل تعیین می‌گردد. پالایشگاه‌ها از نظر پیچیدگی به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند:
۱. ساده (Topping)
در این پالایشگاه نفت‌خام توسط تقطیر اتمسفری، تنها به اجزای تشكیل‌دهنده‌اش تبدیل می‌شود. محصول آن نفتا است و بنزین تولید نمی‌كند.
۲. Hydroskimming
این نوع پالایشگاه به واحد تقطیر اتمسفری و واحد تغییر شكل نفتا (Reforming) مجهز است. از نوع ساده پیچیده‌تر است و بنزین تولید می‌كند. اما مقدار زیادی سوخت كم‌ارزش كه تقاضا برای آن كم است، نیز تولید می‌كند.
۳. ‍ Cracking
علاوه بر واحدهای ذكر شده در انوع ۱ و ۲ ، شامل واحد تقطیر خلأ و واحد شكست كاتالیستی (FCC) نیز می‌باشد. نسبت به نوع ۲، یك درجه پیچیدگی بیشتری دارد. تولید نفت كوره در آن كاهش یافته و تبدیل آن به فرآورده‌های تقطیر سبك و میان‌تقطیر انجام می‌شود.
۴. Coking
این پالایشگاه مجهز به فرایندDelayed Coking است كه قبل از فرایند شكست كاتالیستی انجام می‌شود. درجه بالای تبدیل نفت ‌كوره به فراورده‌های تقطیر و كك نفت باعث می‌شود نسبت به انواع قبلی بالاترین پیچیدگی را داشته باشد.
برای نشان دادن میزان پیچیدگی یك پالایشگاه، از ضریب پیچیدگی نلسون استفاده‌ می‌كنند كه این ضریب برای پالایشگاه Hydroskimming، در حدود ۲، برای پالایشگاه Cracking تا ۵ و برای نوع Coking بالاتر از ۹ تعیین شده‌است.
ضریب پیچیدگی پالایشگاه، اطلاعاتی راجع به پیچیدگی پالایشگاه، هزینه‌های جایگزینی و توانایی ارزش‌افزوده یك پالایشگاه در اختیار قرار می‌دهد؛ ضمن اینكه می‌توان براساس آن پالایشگاه‌های مختلف را طبقه‌بندی كرد.
معرفی فرایندهای پالایش
نوع فرایندهای مورد استفاده در پالایشگاه، در تعیین پیچیدگی آن مؤثر است و هر اندازه واحدهای تبدیل ثانویه یك پالایشگاه، بیشتر باشند درجه پیچیدگی آن نیز بیشتر خواهد بود. در زیر واحدهای تبدیل اولیه و ثانویه و انواع آنها معرفی می‌شوند:
الف) فرایندهای تبدیل اولیه (Primary Conversion Processes)
۱. تقطیر اتمسفری
ابتدایی‌ترین فرایند در پالایشگاه، جداسازی تركیبات تشكیل‌دهنده نفت خام در فشار اتمسفر است كه توسط حرارت و سپس متراكم كردن آن با سردكردن انجام می‌شود. این فرایند در واحد CDU یا Conversion Distillation Unit انجام می‌گیرد.
۲. تقطیر در خلأ
واحد تقطیر در خلأ (VDU) عمل جداسازی تركیبات نفت‌خام را به اجزای تشكیل‌دهنده، در فشاری پایین‌تر از فشار اتمسفری انجام می‌دهد كه در این صورت از تغییر شكل كك جلوگیری می‌شود.
تركیبی از این دو واحد فرایند (VDU/CDU) نیز برای جداسازی نفت‌خام به تركیبات اولیه به‌كار می‌رود كه محصولات آن LPG،‌ نفتا،‌ كروزن، نفت‌گاز، نفت‌گاز خلأ و ته‌مانده ستون تقطیر خلأ می‌باشد.
ب) فرایندهای تبدیل ثانویهSecondry Conversion Processes) )
فرایندهایی هستند كه روی محصولات حاصل از ستون‌های تقطیر مانند نفت‌كوره و نفتا انجام می‌شوند و محصولات سبك‌تر و با ارزش‌افزوده بالاتر تولید می‌كنند.
۱. آلكیلاسیون (Alkylation)
این فرایند برای تركیب شیمیایی ایزوبوتان‌ با هیدوركربن‌های اولفینی سبك (‌از نوع c۴و c۳)، در حضور كاتالیست‌ اسیدی به‌كار می‌رود. محصول این فرایند آلكیلات (Alkylate)، یكی از بهترین تركیباتی است كه می‌تواند برای به‌سوزی بنزین به آن اضافه شود؛ زیرا یك سوخت تمیز، با محتوی سولفور كم و فاقد تركیبات اولفینی و آروماتیكی است ضمن اینكه عدد اكتان بالا و فشار بخار پایین هم از خصوصیات آن می‌باشد.
از منظر دیگر،‌ اولفین‌های C۳ و C۴ برای تولید LPG یا Petroleum Gas Liquified نیز كاربرد دارند. از این‌رو در مناطقی كه تقاضا برای LPG بیشتر از مصرف بنزین باشد، فرایند آكلیلاسیون رایج نیست.
۲. فرایند " Bottam of the Barrel "
مجموعه فرایندهایی است كه روی مواد ته‌مانده ستون تقطیر خلأ با نقطه‌جوش بالا (ºc۵۶۵)، محتوی سولفور زیاد و حاوی قیرمعدنی و فلزاتی كه در نفت كوره صنعتی یا سنگین یافت می‌‌شود انجام می‌شود؛ اهمیت آن از این جهت است كه كاربرد نفت كوره به‌دلیل محدودیت‌های میزان انتشار Sox و Nox به‌شدت در حال كاهش است. چندین روش برای انجام این عمل وجود دارد كه شامل فرایندهای زیر است:
Delayed Cracking۱)
Visbreaking۲)
Resid Desulfurization۳)
در ادامه به توضیحات بیشتر درباره آنها نیز می‌پردازیم.
۳. شكست كاتالیستی (Catalytic Cracking)
در طی این فرایند مولكول‌های هیدروكربن پیچیده، سنگین و بزرگ توسط حرارت و در حضور كاتالیست (بدون افزودن هیدروژن) به مولكول‌های ساده‌تر و سبك‌تر شكسته می‌شوند. با اعمال این فرایند، نفت سنگین (از اجزای‌ تشكیل‌دهنده نفت كوره) به محصولات با ارزش‌تر مثل LPG، بنزین و فراورده‌های میان‌تقطیر تبدیل می‌شود. كاربرد این فرایند كه اختصاراً با نام FCC یا Catalytic Cracking Fluidized‌ شناخته می‌شود،‌ در فرایندهای تبدیل ثانویه پالایش گسترده است.
واحدهای FCC، براساس دو الگوی "حداكثر تولید بنزین" و "حداكثر تولید فراورده‌های تقطیری" عمل می‌كنند كه انتخاب یكی از آنها به الگوی تقاضای فصلی محصولات بستگی دارد. اخیراً روش "حداكثر تولید اولفین" نیز اهمیت پیدا كرده است كه تولید پروپلین، بوتیلن‌ها وLPG به حداكثر میزان خود می‌رسد. دیاگرام زیر مصرف این محصولات را در تولید Oxigenates (موادی كه برای به‌سوزی به بنزین اضافه می‌شوند) را نشان می‌دهد.
خوراك فرایند FCC می‌تواند موارد زیر باشد:
- نفت گاز حاصل از تقطیر خلأ(VGO)
- نفت گاز حاصل از تقطیر خلأ كه فرایند افزودن هیدروژن نیز روی آن انجام شده باشد.
- مخلوط مواد حاصل از پایین ستون تقطیر (VR) و نفت گاز حاصل از تقطیر خلأ كه در این صورت فرایند انجام شده روی آن (Resid FCC) RFCCنامیده می‌شود.
۴. شكست تأخیری ( Delayed Coking)
یكی از فرایندهایی است كه روی مواد ته‌مانده حاصل از ستون‌ تقطیر خلأ انجام می‌شود و نفت‌های سبك‌تر و هم‌چنین كك‌نفت تولید می‌كند. نفت‌ سبك می‌تواند در واحدهای دیگر پالایشگاه به محصولات باارزش‌تر تبدیل شود. كك حاصله، هم به‌عنوان سوخت و هم در ساخت ورق‌های آلومینیومی كاربرد دارد.
این فرایند در تبدیل ته‌مانده‌ها به محصولات سبك‌تر ۰۷ درصد كارآیی دارد در حالیكه فرایندVisbreaking تنها ۰۳ درصد كارآیی دارد.
۵. تصفیه هیدروژنی (Hydrotreating)
این فرایند برای تصفیه اجزای تشكیل‌دهنده نفت‌خام، در حضور كاتالیست‌ها و مقادیر معتنابهی از هیدروژن به‌كار می‌رود. این فرایند در سولفور‌زدایی، نیتروژن‌زدایی و تبدیل اولفین‌ها به پارافین‌ها مؤثر است.
۶. اصلاح یا تغییر شكل‌دادن (Reforming)
در این فرایند، هیدروكربن‌های خطی به آروماتیكی تغییر شكل می‌دهند كه در بنزین این شكل مناسب‌تر است. از آنجا كه كاتالیست‌ این فرایند، حاوی پلاتین می‌باشد خوراك آن باید عاری از سولفور باشد.
برای تولید آروماتیك‌ها در صنعت پتروشیمی نیز از این فرایند استفاده می‌شود.
۷. شكست حرارتی (Thermal Cracking)
در این فرایند از گرما و فشار برای شكستن مولكول‌های سنگین و تولید مولكول‌های سبك‌تر (‌با خوراك نفت كوره)‌ استفاده می‌شود. این فرایند شامل Visbreaking، Delayed Coking و فرایندهای مشابه می‌باشد.
۸. Vis-breaking
یك فرایند شكست حرارتی ملایم است كه از نفت‌كوره و ته‌مانده‌های حاصل از ستون تقطیر اتمسفریك و خلأ،‌ در دمای ملایم، محصولات سبك و با ویسكوزیته پایین تولید می‌كند و در مناطقی كه هنوز نفت‌كوره سنگین مصرف بالا دارد، رایج است. به‌طور‌كلی باتوجه به مسائل زیست‌محیطی، اهمیت آن در سطح جهانی در حال كاهش است.
شیرین‌سازی (sweetening)
محصولات نفت باید عاری از تركیبات سولفور (مركاپتان‌ها) باشند، به‌دلیل اینكه در حین سوخت، گازهای نامطلوب Sox تولید می‌كنند. در فرایند ذكر شده توسط اكسیداسیون، سولفور‌زدایی انجام می‌‌شود كه به آن Merox یاMercaptan Oxidation گفته می‌شود. این فرایند در مورد LPG اشباع و غیراشباع، بنزین و كروزن كاربرد دارد.
جمع‌بندی:
به‌كار گیری فرایندهای تبدیل ثانویه با كارآیی بالا و بالا بودن درجه پیچیدگی پالایشگاه، مزیت‌های زیر را در‌پی دارد:
۱. انعطاف‌پذیری لازم در فرایند نفت‌خام با كیفیت‌های متنوع از جمله نفت‌خام نامرغوب، ‌ترش و سنگین
۲. توانایی تولید درصد بیشتری از محصولات باارزش مثل LPG، فراورده‌های تقطیری سبك و میان‌تقطیر و تولید درصد كمی از محصولات سنگین و نفت‌كوره كه در نتیجه آن ارزش‌افزوده بالاتری هم حاصل می‌شود.
۳. توانایی تولید محصولات (‌از جمله بنزین و گازوئیل)‌ با كیفیت بالا
باتوجه به آنچه گفته شد تعیین ضریب پیچیدگی پالایشگاه‌های كشور در ارتقای نوع آن‌ها، هم‌چنین انتخاب خوراك مناسب و نهایتاً سوددهی می‌تواند مؤثر باشد


نویسنده : وبلاگ مهندسی شیمی

منبع : پایگاه اطلاع رسانی عسلویه