پالایشگاه نفت

یک پالایشگاه نفت شامل  واحدهای عملیات و واحدهای فرایند متعددی می باشد. واحد عملیات یک مرحله اساسی در یک فرایند است. همانند سیر تکاملی سیاره، زندگی و تکنولوژی، صنعت پالایش نفت از زمان تأسیس آن در سال 1859 با افزایش پیچیدگی در حال توسعه است. واحد عملیات شامل فرایندهای فیزیکی و شیمیایی است. تحولات فیزیکی، مانند نمک گیری، تقطیر، فیلتراسیون و تبخیر، مربوط به جداسازی است. تغییرات شیمیایی مانند ایزومریزاسیون، هیدروژناسیون، اکسیداسیون و پلیمریزاسیون مربوط به واکنش های شیمیایی است. واحدهای عملیاتی به واحدهای فرآیند مرتبط هستند. هدف اصلی واحدهای پالایشگاه استخراج مواد مفید از نفت خام است. پالایشگاه نفت و کارخانه پتروشیمی مثل اعضای بدن یک موجود زنده هستند که به شدت به یکدیگر متصل و وابسته اند.

استفاده از ضایعات در پالایشگاه های نفتی

رویای خالق جدول تناوبی عناصر، دیمیتری مندلیف، این است که هیچ یک از کارخانه های مواد شیمیایی، هیچگونه ضایعاتی تولید نکنند که این امر در پالایشگاه تحقق می یابد. محصول بدست آمده در یک واحد در واقع مواد خام برای واحد دیگر است. تقریبا تمام ضایعات استفاده می شوند. به استثنای برخی از گازها (عمدتا CO2) و بخار آب که در جو آزاد می شوند. حتی امروزه این CO2 در صنایع پالایش و صنایع پتروشیمی نیز قابل استفاده است.

در یک پالایشگاه بخش های مرتبط دیگری مانند سیستم خنک کننده آب، نیروگاه (با تصفیه آب و تامین بخار) و واحدهای مربوط به حفاظت از محیط زیست و انسان (استفاده از ضایعات هیدروکربن، تصفیه فاضلاب و گازهای خروجی و بو زدایی) وجود دارد. به طور خلاصه، هر پالایشگاه نفت یک “ارگانیسم” زنده بسیار پیچیده است. هر پالایشگاه نفت دارای یک طرح پردازش منحصر به فرد خود است که بر اساس تجهیزات فرایند موجود، خصوصیات نفت خام مصرفی، هزینه های عملیاتی و تقاضای محصول تعیین می شود. هیچ دو پالایشگاهی در حوضه ی عملیاتی کاملا یکسان نیستند اما در اکثر موارد مشکلات و راه های پیشگیری از خوردگی در پالایشگاه ها ممکن است مشابه باشد.

خوردگی بیشتر در چه واحدهای فرآیندی اتفاق می افتد؟

واحد تقطیر نفت خام

واحد تقطیر نفت خام “قلب” هر پالایشگاه نفت است و شامل یک قسمت پیش گرم کننده، یک بخش نمک زدا،preflash drum ، یک کوره، ستون های تقطیر جوی و تحت خلاء است. نفت خامی که از یک مخزن ذخیره یا یک خط لوله حمل و نقل می آید لزوما تقطیر نشده است.

ابتدا نفت خام تصفیه می شود، سپس در محلول های نمکی برای حذف نمک های حل شده، آماده می شود. سپس در کوره ها حرارت داده شده و مخلوط مایع بخار حاصل از طریق یک خط انتقال به منطقه فلش درام جریان می یابد و از کوره عبور می کند و سپس نفت خام وارد ستون تقطیر جوی می شود. این ستون “ارگان اصلی” هر واحد تقطیر نفت است که در آن نفت خام تقطیر شده و انواع مختلفی از محصولات نفتی به دست می آید. این محصولات برای فراوری بیشتر جهت به دست آوردن سوخت های مناسب یا سایر مواد اولیه به عنوان مواد خام برای پتروشیمی، صنایع شیمیایی و دارویی ارسال می شود. سنگین ترین محصول که ته نشین شده است، به ستون تقطیر خلاء جاری می شود که در آن تحت خلاء تقطیر شده و به محصولات با ارزش نفتی تبدیل می شود.

واحد نمک گیر

نفت خام یک امولسیون است که حاوی مقدار کمی از آب و نمک های مختلف است. این نمک ها در حضور آب سبب خوردگی، رسوب و کاهش کارایی کاتالیزورها در واحدهای فراوری پایین دست بخش تقطیر نفت خام می شوند. نمک زدایی فرایند رقیق کردن نمک با استفاده آب شیرین و میدان های الکتریکی و مواد شیمیایی مخصوص (ضد امولسیون ها و سورفکتانت ها) است. بنابراین، عملکرد نمک زدا، جذب نمک های محلول در آب (بیش از 90 درصد وزنی) و مواد جامد معلق (محصولات خوردگی، خاک، لجن و شن و ماسه) از نفت خام به فاز آبی (لایه پایین در نمک گیر) می باشد. فاز آبی سنگین حاوی نمک های محلول،H2S  و جامدات معلق به یک عریان ساز آب ترش فرستاده می شود. فاز نفت خام سبک (حاوی مقدار کمی H2S و مقادیر ناچیزی آب و نمک) به بخش میانی پیش گرم کننده منتقل می شود.

واحد پیش گرم کننده

پیش گرم کننده از مبدل های حرارتی بسیاری تشکیل شده است و نفت خام معمولا در قسمت لوله فراوری می شود و سپس وارد کوره می شود. به دنبال تغییرات دمای نفت خام، پیش گرم کننده به طور معمول به بخش سرد (بالادست نمک گیر)، متوسط بین نمک گیر و preflash drum) و داغ (پایین تر از (preflash drum) تقسیم می شود.

واحد کوره

کوره، یک گرم کننده شعله ای است که  نفت خام در دمای ورودی مورد نظر از preflash drum یا ستون تقطیر به درون آن منتقل می شود. معمولا واحدهای نفت خام، شامل کوره هایی قبل از preflash drum  و ستون های جوی و تحت خلاء هستند. از نفت سیاه، نفت گاز یا گاز طبیعی به عنوان سوخت در کوره ها برای گرم کردن نفت خام استفاده می شود.

ستون  preflash drum

فرآیند preflash، اجزای هیدروکربن سبک تر را از نفت خام قبل از ورود آن به کوره جدا می کند. این فرایند توسط Brugma A.J. در سال 1941 پیشنهاد شد. استفاده از preflash باعث کاهش خطر جریان دو فازی در بخش داغِ گرم کننده می شود. در حالی که فاز گازی از کوره عبور می کند و مستقیما به ستون تقطیر وارد می شود، فاز مایع قبل از ورود به کوره در انتهای داغِ  پیش گرم کننده، گرم می شود. اگر نفت خام به یک ستون جوی وارد شود سنگین است و تقریبا هیچ هیدروکربن سبکی ندارد، و در نتیجه این امکان وجود دارد که از preflash استفاده نشود.

ستون تقطیر جوی

نفت خام در فشار جوی در این ستون به محصولات فرآورده های نفتی تفکیک می شود (همچنین به عنوان محصولات اولیه، عصاره، فراکسیون یا برش نیز نامیده می شود). تقطیر مداوم جزء به جزء یک فرایند شیمی فیزیکی است که در آن هیدروکربن های زیادی با توجه به دمای جوششان جدا شده و ترکیبات شیمیایی مختلفی به دست می آیند. این ترکیبات شیمیایی (فرآورده های نفتی) از ستون با توجه به دمای جوششان خارج می شوند. گازها و نفتا از سر ستون تقطیر خارج می شوند.

اجزاء سنگین تر، بنزین، نفت سفید، نفت سبک، نفت سنگین و نفت سیاه از بخش های مختلف ستون خارج می شود. این فرآورده های نفتی از گازها گرفته تا مایعات ویسکوز سوخت کامل نیستند و سرنوشت آنها متفاوت است. بعضی از آنها برای نیازهای داخلی در پالایشگاه مورد استفاده قرار می گیرند. برخی دیگر جهت به دست آوردن محصولات نهایی مورد فراوری بیشتر قرار می گیرند. گروه سوم مواد خام برای صنایع پتروشیمی هستند.

فرآورده های نفتی

اگر ما از یک فرد غیر متخصص بپرسیم که چه تعداد فرآورده های نفتی می شناسد، احتمالا می تواند بنزین، نفت سفید و نفت سیاه را نام ببرد. اما در واقع، بیش از 2000 فراورده نفتی با ویژگی های متفاوت تولید می شود. فقط حدود 40 نوع بنزین توسط پالایشگاه ها تولید می شوند. رسوبات باقی مانده پس از تقطیر جوی به واحد بعدی ارسال می شود.

محصولات عمده ای که توسط واحدهای صنایع پتروشیمی ایران تولید می‌شوند عمدتاً عبارتند از:

کودهای شیمیایی، اوره، فسفات دی‌آمونیم، کودهای مخلوط نیترات آمونیم، مواد اولیه پلاستیک، پی ـ وی ـ سی و دی ـ او ـ پی، مواد شیمیایی نظیر اسید سولفوریک، اسید کلریدریک، آمونیاک، گوگرد، دوده و … با این حال، این محصولات در مقایسه با ده ها هزار مشتقی که از نفت و گازهای طبیعی به کمک تکنولوژی پیشرفته پتروشیمیایی بدست می‌آید، بسیار اندک بوده، نشان می‌دهد که همت و تلاش بیشتری در این زمینه باید بکار برد تا به واقعیت نزدیکتر شد.

واحد تقطیر خلاء

باقی مانده های تقطیر جوی به منظور دستیابی به محصولات نفتی قابل استفاده، در ستون خلاء تقطیر می شوند. با کاهش فشار، نقطه جوش هیدروکربن ها کاهش می یابد و تخریب آنها به حداقل می رسد. بنابراین، باقی مانده تقطیر جوی به هیدروکربن های سبک، نفت گاز خلاء سبک و نفت گاز خلا سنگین تبدیل می شود. سبک ترین جزء به همراه بخار از بالای ستون تقطیر خارج می شود. پس ماند خلاء از پایین ستون خارج می شود و برای فراوری بیشتر به یک واحد ویسبریکر(کاهنده ویسکوزیته)، کوکر و یا خردکننده ارسال می شود.

Reference: Corrosion Problems and Solutions in Oil Refining and Petrochemical Industry.  Adrian V. Gheorghe, Old Dominion University, Norfolk, VA, USA. Paraphrase by Franklin P. Jones (1908–1980), an American journalist