تولید هیدروکربن در صنعت نفت و پالایش را نمیتوان به یک واکنش یا یک دستگاه مشخص نسبت داد. نفت خام از ابتدا مخلوطی از صدها نوع ترکیب هیدروکربنی با ساختار، وزن مولکولی و نقطه جوش متفاوت است. بنابراین بخشی از آنچه در صنعت «تولید هیدروکربن» نامیده میشود، در واقع جداسازی و تصفیه ترکیبات موجود در خوراک است و بخش دیگری حاصل تغییر ساختار مولکولها در فرآیندهایی مانند کراکینگ و هیدروکراکینگ است.
نتیجه این فرآیندها میتواند طیفی از محصولات و خوراکهای سبک و سنگین باشد؛ از برشهای سبک و نفتا گرفته تا برشهای سنگینتر پالایشگاهی. مشخصات خوراک، فناوری واحد، شرایط عملیاتی و سطح تصفیه تعیین میکنند که محصول نهایی چه ویژگیهایی داشته باشد.
برای یک خریدار صنعتی، شناخت این مسیر اهمیت زیادی دارد؛ زیرا عنوان «هیدروکربن سبک» یا «هیدروکربن سنگین» بهتنهایی برای ارزیابی یک محصول کافی نیست و باید پارامترهایی مانند محدوده تقطیر، چگالی، ترکیب شیمیایی، گوگرد، نقطه اشتعال و ویسکوزیته نیز بررسی شوند.
هیدروکربن چگونه تولید میشود؟
برای پاسخ دقیق به سؤال هیدروکربن چگونه تولید میشود ابتدا باید میان سه عملیات اصلی پالایش تفاوت قائل شد:
جداسازی، تبدیل و تصفیه.
- در مرحله جداسازی، ترکیبات موجود در نفت خام بر اساس ویژگیهایی مانند نقطه جوش از یکدیگر تفکیک میشوند.
- در مرحله تبدیل، ساختار مولکولها تغییر میکند؛ برای مثال مولکولهای سنگینتر میتوانند در فرآیند کراکینگ به مولکولهای کوچکتر تبدیل شوند.
- در نهایت، عملیات تصفیه برای کاهش ترکیبات نامطلوب و رساندن محصول به مشخصات موردنظر انجام میشود.
بنابراین اگر یک برش هیدروکربنی سبک مستقیماً از نفت خام جدا شود، لزوماً «هیدروکربن جدید» تولید نشده است؛ بلکه یک بخش مشخص از مخلوط اولیه جداسازی و تغلیظ شده است. در مقابل، وقتی ساختار مولکولی یک برش سنگین در واحد کراکینگ تغییر میکند، فرآیند تولید ترکیبات جدید نیز اتفاق افتاده است.
مراحل اصلی تولید هیدروکربن در پالایشگاه
مسیر دقیق تولید به نوع نفت خام، طراحی پالایشگاه و محصول هدف بستگی دارد، اما فرآیند صنعتی را میتوان به چند مرحله اصلی تقسیم کرد.
۱. آمادهسازی خوراک
نفت خام ورودی معمولاً حاوی آب، نمک، رسوبات و ترکیبات مختلفی است که حضور آنها میتواند برای تجهیزات پالایشگاهی مشکلساز باشد.
به همین دلیل، پیش از ورود خوراک به بخش اصلی پالایش، عملیات آمادهسازی انجام میشود تا شرایط خوراک برای فرآیندهای بعدی مناسب شود.
بیشتر بخوانید: خوراک پتروشیمی چیست؟
۲. پیشگرمایش نفت خام
خوراک از طریق شبکه مبدلهای حرارتی و در ادامه کوره، به دمای موردنیاز برای ورود به برج تقطیر میرسد.
بازیابی حرارت از جریانهای داغ خروجی اهمیت زیادی در طراحی پالایشگاه دارد؛ زیرا باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش بهرهوری فرآیند میشود.
۳. تقطیر اتمسفری
قلب مرحله اولیه جداسازی، برج تقطیر اتمسفری است.
نفت خام گرمشده وارد برج میشود و اجزای آن بر اساس محدوده جوش از یکدیگر جدا میشوند. ترکیبات سبکتر تمایل دارند به سمت قسمتهای بالاتر برج حرکت کنند و ترکیبات سنگینتر در قسمتهای پایینتر باقی میمانند.
در این مرحله معمولاً جریانهایی مانند گازهای سبک، نفتا، نفت سفید، گازوئیل و برشهای سنگینتر به دست میآیند.
نکته مهم این است که تقطیر یک فرآیند جداسازی است، نه شکستن مولکولها.
۴. تقطیر در خلأ
تهمانده سنگین برج اتمسفری را نمیتوان همیشه در فشار اتمسفری تا دماهای بسیار بالا حرارت داد؛ زیرا خطر تجزیه حرارتی و تشکیل کک افزایش پیدا میکند.
برای همین، در پالایشگاههای دارای واحد مربوطه، بخش سنگینتر وارد برج تقطیر در خلأ میشود. کاهش فشار باعث میشود برخی ترکیبات در دمای پایینتری نسبت به حالت اتمسفری به جوش بیایند و امکان جداسازی برشهای سنگین فراهم شود.
۵. فرآیندهای تبدیلی
پس از جداسازی اولیه، بعضی از برشها مستقیماً قابل استفاده هستند و برخی دیگر برای افزایش ارزش اقتصادی باید وارد واحدهای تبدیلی شوند.
کراکینگ، هیدروکراکینگ و ریفرمینگ از مهمترین فرآیندهای تبدیلی در پالایشگاه هستند. در کراکینگ، مولکولهای هیدروکربنی سنگینتر به مولکولهای کوچکتر تبدیل میشوند؛ هیدروکراکینگ نیز این تبدیل را در حضور هیدروژن و کاتالیست انجام میدهد.
۶. تصفیه و کنترل کیفیت
پس از جداسازی یا تبدیل، محصول ممکن است به عملیات تصفیه بیشتری نیاز داشته باشد.
هدف این مرحله میتواند کاهش گوگرد، ترکیبات نامطلوب، آب، ناخالصیها یا کنترل ویژگیهایی باشد که برای کاربرد نهایی اهمیت دارند.
در نهایت، محصول بر اساس مشخصات فنی موردنظر آزمایش میشود و سپس به مخازن ذخیره یا واحدهای پاییندستی ارسال میشود.
بیشتر بخوانید: کیفیت نفت ایران
تولید هیدروکربن سبک چگونه انجام میشود؟
تولید هیدروکربن سبک میتواند از دو مسیر اصلی انجام شود:
- جداسازی برشهای سبک موجود در نفت خام
- تبدیل هیدروکربنهای سنگینتر به مولکولهای سبکتر
در مسیر اول، تقطیر نقش اصلی دارد. در مسیر دوم، فرآیندهای تبدیلی مانند کراکینگ و هیدروکراکینگ اهمیت پیدا میکنند.
بیشتر بخوانید: برش نفتی چیست؟
تولید هیدروکربن سبک از طریق تقطیر
وقتی نفت خام وارد برج تقطیر میشود، ترکیبات دارای نقطه جوش پایینتر در قسمتهای بالاتر برج جدا میشوند. این جریانها میتوانند شامل گازهای پالایشگاهی و برشهای نفتایی باشند.
اما «سبک بودن» یک اصطلاح نسبی است و باید مشخص شود محصول بر اساس چه معیار یا استانداردی طبقهبندی شده است.
برای مثال، در قراردادهای تجاری ممکن است محدوده تقطیر محصول یکی از معیارهای اصلی تعیین مشخصات باشد. ASTM D86 یکی از روشهای شناختهشده برای تعیین ویژگیهای محدوده جوش فرآوردههای نفتی است و دامنه کاربرد آن شامل محصولاتی مانند نفتا و White Spirits نیز میشود.
تولید هیدروکربن سبک با کراکینگ
اگر هدف، تبدیل مولکولهای بزرگتر به مولکولهای کوچکتر باشد، از فرآیندهای تبدیلی استفاده میشود.
در کراکینگ، پیوندهای مولکولهای هیدروکربنی سنگینتر تحت شرایط مشخص فرآیندی شکسته میشوند و محصولات سبکتری شکل میگیرند. در پالایشگاههای پیچیده، واحدهایی مانند FCC و هیدروکراکینگ برای این هدف استفاده میشوند.
در این حالت، برخلاف تقطیر، ساختار شیمیایی خوراک تغییر میکند.
نقش هیدروکراکینگ در تولید هیدروکربن سبک
هیدروکراکینگ ترکیبی از شکست مولکولهای سنگین و هیدروژنهکردن است.
در این فرآیند، خوراک سنگین در حضور هیدروژن و کاتالیست به محصولات سبکتر تبدیل میشود. نوع خوراک، کاتالیست و شرایط عملیاتی بر توزیع محصولات اثر دارند.
از دیدگاه پالایشگاهی، این فرآیند زمانی اهمیت ویژه دارد که هدف، تبدیل بخشی از برشهای سنگین به محصولات با ارزش بالاتر باشد.
بیشتر بخوانید: هیدروکربن سبک چیست؟
تولید هیدروکربن سنگین چگونه انجام میشود؟
در مورد تولید هیدروکربن سنگین نیز باید میان «جداسازی» و «تولید از طریق تبدیل» تفاوت قائل شد.
بخش قابل توجهی از ترکیبات سنگین از ابتدا در نفت خام وجود دارند. پس از تقطیر، این ترکیبات در برشهای سنگینتر متمرکز میشوند.
در واقع، در بسیاری از موارد مسیر تولید یک محصول هیدروکربنی سنگین به این صورت است:
نفت خام → آمادهسازی → تقطیر اتمسفری → جریان سنگین → تقطیر در خلأ/فرآوری → تصفیه و کنترل کیفیت → محصول نهایی
جداسازی برشهای سنگین از نفت خام
در برج تقطیر، ترکیبات با نقطه جوش بالاتر در قسمتهای پایینی برج قرار میگیرند. EIA نیز برشهای سنگینتر را در بخش پایین برج تقطیر توصیف میکند.
این جریانها بسته به انوع نفت خام مصرفی و طراحی پالایشگاه میتوانند ترکیبات بسیار متفاوتی داشته باشند.
نقش تقطیر در خلأ
تقطیر در خلأ امکان جداسازی بهتر بخشهای سنگین را فراهم میکند.
با کاهش فشار، نقطه جوش مؤثر ترکیبات کاهش مییابد و میتوان جداسازی را در شرایطی انجام داد که نسبت به تقطیر اتمسفری، ریسک تخریب حرارتی خوراک کمتر باشد.
محصولات این بخش میتوانند بهعنوان خوراک واحدهای تبدیلی مورد استفاده قرار گیرند.
فرآوری برشهای سنگین
برشهای سنگین در صورت نیاز میتوانند وارد فرآیندهایی مانند هیدروکراکینگ، ککسازی یا سایر واحدهای تبدیلی شوند.
هدف این فرآیندها بسته به پالایشگاه متفاوت است؛ اما یک هدف مهم، تبدیل بخشی از مولکولهای سنگین به محصولات سبکتر و با ارزش اقتصادی بالاتر است.
بنابراین، تولید هیدروکربن سنگین الزاماً به معنای ساختن یک ماده از مولکولهای سبک نیست؛ در بسیاری از موارد، محصول سنگین حاصل جداسازی و فرآوری بخش سنگین موجود در خوراک نفتی است.
بیشتر بخوانید: هیدروکربن سنگین چیست؟
تفاوت تولید هیدروکربن سبک و سنگین چیست؟
مهمترین تفاوت این دو مسیر در نوع خوراک و فرآیندی است که برای رسیدن به محصول موردنظر استفاده میشود.
| پارامتر | هیدروکربن سبک | هیدروکربن سنگین |
| جایگاه معمول در تقطیر | بخشهای بالاتر | بخشهای پایینتر |
| محدوده جوش | پایینتر | بالاتر |
| فراریت | بیشتر | کمتر |
| ویسکوزیته | معمولاً پایینتر | معمولاً بالاتر |
| فرآیند اولیه | تقطیر و جداسازی | تقطیر و جداسازی |
| فرآیندهای تبدیلی رایج | تولید از خوراک سنگین با کراکینگ/هیدروکراکینگ | تبدیل یا فرآوری برشهای سنگین |
| کاربردهای رایج | خوراک پتروشیمی، حلالها، سوختها | خوراک واحدهای تبدیلی، سوختها و محصولات سنگین |
| معیار مهم خرید | محدوده تقطیر، چگالی، ترکیب و نقطه اشتعال | چگالی، ویسکوزیته، محدوده جوش و ترکیب |
البته این جدول یک چارچوب کلی است و نمیتوان از آن برای تعیین مشخصات فنی یک محصول تجاری خاص استفاده کرد. مشخصات نهایی باید بر اساس برگه آنالیز (COA)، مشخصات فنی محصول و استاندارد قراردادی بررسی شود.
توجه: آنالیز هیدروکربن سبک و هیدروکربن سنگین تولیدشده در مجموعه پتروپالایش گهر لرستان، در صفحه مشخصات این محصولات قابل مشاهده و دانلود است.
بیشتر بخوانید: تفاوت هیدروکربن سبک و سنگین
خط تولید هیدروکربن به صورت پیوسته چگونه کار میکند؟
در یک خط تولید هیدروکربن به صورت پیوسته، خوراک به شکل مداوم وارد واحد میشود و جریانهای محصول نیز بدون توقف در یک فرآیند کنترلشده از سیستم خارج میشوند.
یک مسیر سادهشده میتواند چنین باشد:
مخزن خوراک → پمپ → مبدل حرارتی → کوره → برج تقطیر → جداکنندهها → تصفیه → مخزن محصول
در واحدهای پیچیدهتر، جریانها میتوانند میان چندین واحد فرآیندی گردش داشته باشند.
مهمترین پارامترهایی که باید بهصورت مداوم پایش شوند عبارتاند از:
- دما
- فشار
- دبی خوراک
- سطح مخازن
- نسبت خوراک و محصولات
- شرایط کوره
- کیفیت جریان خروجی
- مشخصات فیزیکی و شیمیایی محصول
مزیت سیستم پیوسته این است که میتوان کیفیت محصول و ظرفیت تولید را در شرایط نسبتاً پایدار کنترل کرد. در مقابل، هرگونه نوسان در خوراک یا تجهیزات میتواند روی مشخصات محصول تأثیر بگذارد.
برای همین در تولید صنعتی، کنترل کیفیت تنها به آزمایش محصول نهایی محدود نمیشود و کنترل فرآیند در طول تولید نیز اهمیت دارد.
تولید هیدروکربن از لاستیک چگونه انجام میشود؟
یکی از مسیرهای متفاوت تولید مواد هیدروکربنی، استفاده از لاستیکهای ضایعاتی بهعنوان خوراک پیرولیز است.
در پیرولیز لاستیک، ماده اولیه در محیط با اکسیژن بسیار محدود یا بدون اکسیژن حرارت داده میشود. ساختار پلیمری لاستیک در اثر حرارت تجزیه شده و جریانهایی مانند روغن پیرولیزی، گاز و ماده جامد کربنی تولید میشود.
با این حال، روغن حاصل از پیرولیز لاستیک را نباید بدون بررسی، معادل یک برش پالایشگاهی استاندارد در نظر گرفت. ترکیب آن به نوع لاستیک، فناوری راکتور، دما، زمان ماند و سایر شرایط فرآیندی وابسته است.
بنابراین تولید هیدروکربن از لاستیک بیشتر در حوزه بازیافت شیمیایی و تبدیل ضایعات قرار میگیرد و برای استفاده در یک کاربرد صنعتی مشخص، نیاز به آنالیز و در بسیاری از موارد فرآوری و تصفیه دارد.
چه عواملی کیفیت هیدروکربن تولیدی را تعیین میکنند؟
در معاملات B2B، عنوان محصول تنها نقطه شروع ارزیابی است. کیفیت واقعی باید با مشخصات فنی قابل اندازهگیری تعیین شود.
مهمترین پارامترها عبارتاند از:
محدوده تقطیر
محدوده تقطیر اطلاعات مهمی درباره فراریت و رفتار محصول در هنگام استفاده ارائه میدهد. این پارامتر برای بسیاری از فرآوردههای نفتی و حلالها اهمیت بالایی دارد. ASTM D86 نیز برای تعیین ویژگیهای محدوده جوش فرآوردههای مختلف نفتی کاربرد دارد.
چگالی
چگالی میتواند برای کنترل یکنواختی محصول و ارزیابی ترکیب آن مورد استفاده قرار گیرد.
نقطه اشتعال
در محصولات قابل اشتعال، نقطه اشتعال یکی از پارامترهای مهم ایمنی، حملونقل و انبارداری است.
مقدار گوگرد
میزان گوگرد برای بسیاری از کاربردهای سوختی و فرآیندهای پالایشگاهی اهمیت دارد و میتواند بر الزامات زیستمحیطی و عملکرد فرآیند اثر بگذارد.
ویسکوزیته
در برشهای سنگین، ویسکوزیته اهمیت بیشتری پیدا میکند و مستقیماً بر پمپاژ، انتقال و فرآوری اثر دارد.
ترکیبات آروماتیک
در برخی کاربردها، مقدار آروماتیکها باید تحت کنترل باشد. برای نمونه، استاندارد ASTM D235 برای Mineral Spirits پارامترهایی مانند مقدار آروماتیک، نقطه اشتعال، رنگ، تقطیر، خوردگی مس و چگالی ظاهری را در مشخصات خود لحاظ میکند.
کاربرد هیدروکربنهای سبک و سنگین در صنایع
کاربرد هیدروکربن به ترکیب و مشخصات محصول وابسته است و نمیتوان تمام محصولات سبک یا سنگین را برای یک کاربرد واحد مناسب دانست.
کاربرد هیدروکربنهای سبک
هیدروکربنهای سبک میتوانند در بخشهای مختلفی مانند:
- خوراک واحدهای پتروشیمی
- تولید و اختلاط برخی سوختها
- تولید حلالهای هیدروکربنی
- صنایع رنگ و پوشش
- فرآیندهای شیمیایی
- واحدهای تبدیلی پالایشگاهی
به کار گرفته شوند.
کاربرد هیدروکربنهای سنگین
هیدروکربنهای سنگین نیز بسته به مشخصات خود میتوانند بهعنوان:
- خوراک واحدهای تبدیلی
- خوراک فرآیندهای پالایشگاهی
- مواد اولیه برخی صنایع شیمیایی
- سوختهای سنگین
- خوراک تولید محصولات پاییندستی
مصرف شوند.
در تمام این موارد، مشخصات فنی محصول باید با نیاز مصرفکننده مطابقت داشته باشد.
نقش پتروپالایش گهر لرستان در زنجیره تأمین هیدروکربن
پتروپالایش گهر لرستان در زنجیره تأمین محصولات نفتی و پتروشیمی، محصولاتی با ماهیت و کاربردهای متفاوت ارائه میکند. ارتباط این محصولات با موضوع تولید هیدروکربن را میتوان در دو گروه اصلی مشاهده کرد: برشهای هیدروکربنی و محصولات حاصل از فرآوری و تصفیه برشهای نفتی.
هیدروکربن سبک و هیدروکربن سنگین از جمله محصولاتی هستند که کاربرد و مشخصات فنی متفاوتی دارند. برای خریدار صنعتی، بررسی ویژگیهایی مانند محدوده تقطیر، چگالی، ویسکوزیته و سایر پارامترهای درجشده در مشخصات فنی، پیش از انتخاب محصول اهمیت دارد.
در کنار این محصولات، حلال 402 یا وایت اسپریت نیز یکی از محصولات پرتقاضای این مجموعه است. این محصول در دسته حلالهای هیدروکربنی نفتپایه قرار میگیرد و در کاربردهایی مانند صنایع رنگ، رزین، پوششها و برخی فرآیندهای صنعتی استفاده میشود. مشخصات موردنیاز و گرید حلال باید بر اساس کاربرد مصرفکننده تعیین شود؛ زیرا ویژگیهایی مانند محدوده تقطیر، نقطه اشتعال و مقدار آروماتیک میتوانند بر عملکرد آن اثر بگذارند.
بیشتر بخوانید: وایت اسپریت چیست؟
پتروپالایش گهر لرستان بهعنوان یکی از برترین تولیدکنندگان محصولات نفتی در ایران است. از منظر زنجیره تأمین، وجود این محصولات در کنار هیدروکربنهای سبک و سنگین، امکان پاسخگویی به نیازهای متفاوت صنایع مصرفکننده فرآوردههای نفتی را فراهم میکند.
جمعبندی
تولید هیدروکربن در صنعت نفت مجموعهای از عملیات جداسازی، تبدیل و تصفیه است و نمیتوان آن را تنها به تقطیر یا یک فرآیند شیمیایی خاص محدود کرد.
در مسیر تولید هیدروکربن سبک، بخشی از محصولات از طریق جداسازی برشهای سبک نفت خام به دست میآیند و بخشی دیگر از تبدیل برشهای سنگینتر در فرآیندهایی مانند کراکینگ و هیدروکراکینگ حاصل میشوند. در مقابل، هیدروکربنهای سنگین عمدتاً از بخشهای سنگین موجود در خوراک نفتی جدا شده و در صورت نیاز تحت فرآوریهای بعدی قرار میگیرند.
تفاوت مهم میان این دو مسیر در این است که تقطیر، ترکیبات موجود را بر اساس محدوده جوش جدا میکند، اما فرآیندهایی مانند کراکینگ ساختار مولکولی خوراک را تغییر میدهند.
در خطوط تولید پیوسته نیز کنترل دما، فشار، دبی، شرایط عملیاتی و کیفیت جریانها برای دستیابی به محصول یکنواخت ضروری است. از طرف دیگر، برای خرید صنعتی هیدروکربن نمیتوان تنها به عنوان محصول اکتفا کرد؛ بررسی آنالیز، محدوده تقطیر، چگالی، نقطه اشتعال، ویسکوزیته، گوگرد و سایر مشخصات فنی باید مبنای انتخاب قرار گیرد.
همین رویکرد در مورد حلالهای هیدروکربنی مانند حلال 402 یا وایت اسپریت نیز اهمیت دارد؛ محصولی که بسته به مشخصات فنی میتواند در صنایع رنگ، رزین، پوشش و سایر کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
سوالات متداول
۱. هیدروکربن چگونه تولید میشود؟
هیدروکربنها از منابعی مانند نفت خام و گاز طبیعی به دست میآیند. در پالایشگاه، بخشی از آنها با تقطیر از یکدیگر جدا میشوند و بخشی دیگر در فرآیندهایی مانند کراکینگ و هیدروکراکینگ از طریق تغییر ساختار مولکولی تولید میشوند.
۲. تولید هیدروکربن سبک چگونه انجام میشود؟
هیدروکربن سبک میتواند با جداسازی برشهای سبک نفت خام در تقطیر یا با تبدیل مولکولهای سنگینتر در فرآیندهایی مانند کراکینگ و هیدروکراکینگ به دست آید.
۳. تولید هیدروکربن سنگین چگونه انجام میشود؟
بخش قابل توجهی از هیدروکربنهای سنگین از ابتدا در نفت خام وجود دارند و با تقطیر اتمسفری و در صورت نیاز تقطیر در خلأ از سایر برشها جدا میشوند. سپس بسته به کاربرد، ممکن است تحت فرآوری و تصفیه بیشتری قرار گیرند.
۴. آیا هیدروکربن سنگین را میتوان به هیدروکربن سبک تبدیل کرد؟
بله. فرآیندهایی مانند کراکینگ و هیدروکراکینگ برای شکستن مولکولهای بزرگتر و تبدیل آنها به محصولات سبکتر استفاده میشوند.
۵. آیا تولید هیدروکربن از لاستیک با تولید هیدروکربن نفتی یکسان است؟
خیر. در تولید از لاستیک، معمولاً از پیرولیز برای تجزیه حرارتی لاستیک و تولید روغن، گاز و جامد کربنی استفاده میشود. محصول حاصل از نظر ترکیب با برشهای پالایشگاهی تفاوت دارد و باید برای کاربرد موردنظر آنالیز و در صورت نیاز تصفیه شود.
