آشنایی با روش های جداسازی اجزای نفت خام

جداسازی اجزای نفت خام فرآیندی است که آنرا به محصولات مختلف هیدروکربنی مفیدتر تقسیم می کند. معمولا تقطیر جزء به جزء اولین مرحله در فرآوری نفت خام است زیرا ترکیبات آنرا بر اساس وزن مولکولی در ستون تقطیر تفکیک می کند. این ترکیبات شامل بنزین ، گازوئیل ، نفت سفید ، قیر و بسیاری از محصولات دیگر است که اکثرا عواقب زیست محیطی زیادی به همراه می آورد!

نفت خام یک منبع سوخت مایع است که در زیر زمین واقع شده است و با حفاری استخراج می شود. بین ۵۰ تا ۹۷ درصد نفت از هیدروکربن ها تشکیل شده است ، مولکول هایی که فقط از اتم های هیدروژن و کربن تشکیل شده اند و بسیاری از آنها آلکان نامیده می شوند.

علاوه بر این  بین ۶ تا ۱۰ درصد آنرا نیتروژن ، اکسیژن و گوگرد تشکیل می دهد و کمتر از ۱٪ نفت از فلزاتی مانند مس ، نیکل ، وانادیوم و آهن تشکیل شده است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در رابطه با روش های جداسازی اجزای نفت خام ارائه می گردد لطفا ما را همراهی کنید.

کاربردهای نفت خام

نفت خام پایه بسیاری از محصولات و شامل سوخت های حمل و نقل مانند سوخت جت ، بنزین و سوخت دیزل است که با روش های جداسازی اجزای نفت خام تولید می شوند. همچنین از نفت خام سوخت هایی تولید می شود که هم برای گرمایش و هم برای تولید برق استفاده می شوند. وقتی هیدروکربن ها می سوزند ، گرمای حاصل از پیوندهای تشکیل دهنده آنها و دی اکسید کربن آزاد می شود.

در سال ۲۰۱۹ ، ایالات متحده ۷.۵ میلیارد بشکه نفت خام مصرف کرد از این مقدار ، ۳.۴ میلیارد بشکه برای ساخت بنزین موتور استفاده شد. ۱.۵ میلیارد بشکه دیگر برای سوخت دیزل استفاده شد. بیش از ۶۳۵ میلیون بشکه برای سوخت جت استفاده شده است.

نفت خام همچنین فرآورده های نفتی فرعی ایجاد می کند که شامل محصولاتی مانند قیر ، آسفالت ، موم پارافین و روغن های روانکاری و همچنین مواد شیمیایی مانند کود ، عطر ، حشره کش ها ، صابون ، لوله های PVC ، مواد آرایشی و منسوجات هستند.

انواع نفت خام

نفت خام تگزاس (West Texas Intermediate) از کیفیت بسیار بالایی برخوردار است زیرا دارای وزن کمی است و دارای مقدار کمی گوگرد است . به همین دلایل ، اغلب از آن به عنوان نفت خام “سبک و شیرین” یاد می شود. این خواص آن را برای ساخت بنزین عالی می کند و معیار اصلی نفت خام در امریکا است.

نفت برنت (Brent Blend) ترکیبی از نفت خام بیش از ده حوزه مختلف نفتی در دریای شمال است. از تگزاس کمتر “سبک” و “شیرین” است اما هنوز هم برای ساخت بنزین عالی است. این ماده در شمال غربی اروپا تصفیه می شود و معیار اصلی نفت خام در اروپا یا آفریقا است.

نفت شیل نفت خامی است که در بین لایه های سنگ شیل قرار دارد بنابراین سنگ باید شکسته شود تا امکان دسترسی به لایه های نفت فراهم شود. فناوری جدید به این نفت اجازه داده تا با قیمت رقابتی به بازار بیاید و قیمت نفت را کاهش دهد.

روش انجام تقطیر جزء به جزء نفت خام

تقطیر جزء به جزء یا فرکشنال یکی از روش های جداسازی اجزای نفت خام به مخلوط های ساده تر و مفیدتر است. از این روش می توان استفاده کرد زیرا هیدروکربن های مختلف موجود در نفت خام دارای نقطه جوش متفاوتی هستند. در این روش نفت خام گرم شده و وارد یک ستون بلند می شود که در پایین داغ است و به سمت بالا سردتر می شود. بخارات حاصل از نفت از طریق ستون بالا می روند و به محض خنک شدن متراکم می شوند و مایعات در ارتفاعات مختلف از ستون خارج می شوند.

مولکول های کوچک هیدروکربن دارای نیروهای بین مولکولی ضعیفی هستند ، بنابراین دارای نقاط جوش پایین هستند. آنها متراکم نمی شوند ، اما ستون را به شکل  گاز ترک می کنند. مولکول های هیدروکربن با زنجیره طولانی دارای نیروهای بین مولکولی قوی تری هستند ، بنابراین از نقاط جوش بالایی برخوردار هستند. آنها ستون را به صورت قیر مایع داغ ترک می کنند.

بهتر است بدانید
فرآیند تقطیر فرکشنال نسبتاً ساده اما روشی قدرتمند است که تمام اجزای مختلف و پیچیده نفت خام را از هم جدا می کند. با کاهش دما در بالای ستون تقطیر هیدروکربن های خاص شروع به متراکم شدن در سطوح مختلف می کنند. هر کسری که در یک سطح مشخص متراکم شود ، شامل مولکول های هیدروکربن با تعداد مشابه اتم کربن است که به آنها برش می گویند. این “برش” های نقطه جوش اجازه می دهد تا هیدروکربن های مختلف طی یک فرآیند جدا شوند و این خنک شدن با افزایش ارتفاع برج است که امکان جدا شدن آنها را فراهم می کند.

پس از این تصفیه اولیه با روش تقطیر جزء به جزء ، سوخت های منفرد ممکن است برای از بین بردن هرگونه آلودگی یا مواد نامطلوب  یا برای بهبود کیفیت سوخت از طریق کراکینگ بیشتر تصفیه شوند.

طبقه بندی برش های حاصل از نفت خام

روشهای مختلفی برای دسته بندی بخش های مفیدی که با جداسازی اجزای نفت خام از طریق تقطیر تفکیک می شوند ، وجود دارد. یک روش کلی تقسیم آنها به سه دسته برش سبک ، میانی و سنگین است. اجزای سنگین تر در دماهای بالاتر متراکم می شوند و در پایین ستون برداشته می شوند. برش های سبک تر قبل از سرد شدن در دمای چگالش در ستون بالاتر می روند و دیرتر جداسازی می شوند. علاوه بر این برش های جدا شده خصوصیات مختلفی دارند که در زیر شرح داده شده است:

برش های تقطیری سبک

یکی از مهمترین بخش های نفت خام است و شامل محصولات تقطیری با نقطه جوش حدود ۷۰-۲۰۰ درجه سانتی گراد است. هیدروکربن های مفید در این محدوده شامل بنزین ، نفتا (ماده اولیه شیمیایی) ، نفت سفید ، سوخت جت و پارافین است. این محصولات بسیار فرار و دارای مولکول های کوچک و نقطه جوش پایین هستند و به راحتی مشتعل می شوند.

برش تقطیری متوسط ​​

شامل محصولاتی است که دارای نقطه جوش ۲۰۰-۳۵۰ درجه سانتی گراد هستند . محصولات موجود در این محدوده شامل سوخت دیزل و گازوئیل هستند که در تولید گاز شهری و گرمایش تجاری استفاده می شود.

برش تقطیری سنگین

این برش ها می توانند جامد یا نیمه جامد باشند و برای جریان یافتن باید گرم شوند. مازوت در این بخش تولید می شود. این محصولات مولکول های بزرگی دارند ، نوسانات کمی دارند ، جریان کمی دارند و به راحتی مشتعل نمی شوند.

دو مولفه اصلی دیگر وجود دارد که در این سه دسته قرار نمی گیرد : در بالای برج گازهایی وجود دارند که بسیار فرار هستند و نمی توانند متراکم شوند ، مانند پروپان و بوتان. در پایین  ستون ترکیبات “باقیمانده” وجود دارد که حاوی هیدروکربن های سنگین بسیار متراکم از جمله قیر ، آسفالت و موم هستند. این ترکیبات برای تقطیر بیشتر تحت تقطیر بخار یا خلا قرار می گیرند زیرا بسیار مفید هستند.

کاربرد برش های نفت خام

برش های تا ۴ کربن: اینها شامل گاز متان است که  جهت تولید انرژی الکتریکی یا گرمایش منازل استفاده می شود،  اتان و پروپان نیز جز این دسته هستند.

برش های تا ۵-۷ کربن: نقطه جوش این هیدروکربن‌ ها بیش از دمای اتاق است و شامل سوخت خودروها است که باید در دمای اتاق به صورت مایع باشد تا ذخیره و حمل و نقل آنها ساده باشد.

برش های تا ۱۰-۱۶ کربن:  این ترکیبات مولکول ‌های بزرگی دارند و شامل پارافین و نفت سفید هستند از این فرآورده‌ ها به عنوان سوخت جت و همچنین برای گرمایش منازل استفاده می شوند.

برش های تا ۱۴-۲۰ کربنی : این فرآورده‌ ها شامل  ترکیبات غیر فراری مانند گازوئیل و نفت کوره هستند. گازوئیل سوختی پر کاربرد است که نسبت به بنزین قدرت شعله وری کمتری دارد. نفت کوره نیز در دیگ بخار کشتی ‌ها و موتور لوکوموتیو استفاده کرد.

برش های با بیش از ۲۱ اتم کربن : این ترکیبات شامل روغن های روانکاری ،  وکس و قیر هستند که  به دلیل نیروهای بین مولکولی قوی دارای ویسکوزیته بالا و غیر فرار هستند.