برج تقطیر ( جامع و کامل )| برج تقطیر چیست؟| تقطیر|نیل پالا

برج تقطیر ( جامع و کامل )| برج تقطیر چیست؟| تقطیر|نیل پالا

برج تقطیر ( جامع و کامل )| برج تقطیر چیست؟| تقطیر|نیل پالا

مقدمه تقطير ، در واقع ، جداسازي فيزيکي برشهاي نفتي است که اساس آن ، اختلاف در نقطه جوش هيدروکربنهاي مختلف است. هر چه هيدروکربن سنگينتر باشد، نقطه جوش آن زيادتر است و هر چه هيدروکربن سبکتر باشد، زودتر خارج مي‌شود. اولين پالايشگاه تاسيس شده در جهان ، در سال ۱۸۶۰ در ايالت پنسيلوانياي آمريکا بوده است. نفت خام ، از کوره‌هاي مبدل حرارتي عبور کرده، بعد از گرم شدن وارد برجهاي تقطير شده و تحت فشار و دما به دو صورت از برجها خارج مي‌شود و محصولات بدست آمده خالص نيستند. انواع برجهاي تقطير در زير توضيح داده مي‌شوند.

تقطير

استفاده از اختلاف نقطه جوش براي جداسازي اجزاي يک مخلوط مايع اساس فرآيند تقطير را تشکيل مي دهد . در بيشتر موارد موادي که اختلاف نقطه ي جوش آنها قابل توجه است را مي توان به وسيله حرارت دادن تفکيک نمود در اين صورت ماده با دماي جوش پايين تر ، سريعتر به جوش آمده و ماده با دما جوش بالا باقي مي ماند و اين امر اساس فرايند تقطير را تشکيل مي دهد. اجزايي را که در اثر حرارت دادن بخار مي شوند وارد سرد کننده مي کنند تا به صورت مايع جمع آوري گردد.

 

برجهاي تقطير سيني دار :

برج تقطیر

طرز کار يک برج سيني دار

بطور کلي فرآيندي که در يک برج سيني دار اتفاق مي افتد، عمل جداسازي مواد است. همانطور که ذکر شد فرآيند مذکور به طور مستقيم يا عيرمستقيم انجام مي پذيرد.

در فرآيند تقطير منبع حرارتي (Reboiler)، حرارت لازم را جهت انجام عمل تقطير و تفکيک مواد سازنده يک محلول تأمين ميکند. بخار بالارونده از برج با مايعي که از بالاي برج به سمت پايين حرکت مي کند، بر روي سيني ها تماس مستقيم پيدا مي کنند. اين تماس باعث ازدياد دماي مايع روي سيني شده و نهايتا باعث نزديک شدن دماي مايع به دماي حباب مي گردد. با رسيدن مايع به دماي حباب به تدريج اولين ذرات بخار حاصل مي شود که اين بخارات غني از ماده فرار (ماده اي که از نقطه جوش کمتري و يا فشار بالاتري برخوردار است) مي باشد.از طرفي ديگر در فاز بخار موادي که از نقطه جوش کمتري برخوردار هستند، تحت عمل ميعان قرار گرفته و بصورت فاز مايع به سمت پايين برج حرکت مي کند. مهمترين عملکرد يک برج ايجاد سطح تماس مناسب بين فازهاي بخار و مايع است. هر چه سطح تماس افزايش يابد عمل تفکيک با راندمان بالاتري صورت ميگيرد. البته رژيم جريان مايع بر روي سيني نيز از جمله عوامل مهم بر عملکرد يک برج تفکيک مي باشد.

برجهاي تقطير با سيني کلاهکدار

در برجهاي تقطير با سيني کلاهکدار ، تعداد سينيها در مسير برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکيک بستگي دارد. قطر برج و فاصله ميان سيني‌ها به مقدار مايع و گاز که در واحد زمان از يک سيني مي‌گذرد، وابسته است. هر يک از سيني‌هاي برج ، يک مرحله تفکيک است. زيرا روي اين سينيها ، فاز گاز و مايع در کنار هم قرار مي‌گيرند و کار انتقال ماده از فاز گازي به فاز مايع يا برعکس در هر يک از سيني‌ها انجام مي‌شود. براي اينکه بازدهي انتقال ماده در هر سيني به بيشترين حد برسد، بايد زمان تماس ميان دو فاز و سطح مشترک آنها به بيشترين حد ممکن برسد.

برج تقطیر

بخشهاي مختلف برج تقطير با سيني کلاهکدار

بدنه و سينيها: جنس بدنه معمولا از فولاد ريخته است. جنس سيني‌ها معمولا از چدن است. فاصله سيني‌ها را معمولا با توجه به شرايط طراحي ، درجه خلوص و بازدهي کار جداسازي بر مي‌گزينند. در بيشتر پالايشگاههاي نفت ، براي برجهاي تقطير به قطر ۴ft فاصله ميان ۵۰ - ۱۸ سانتيمتر قرار مي‌دهند. با بيشتر شدن قطر برج ، فاصله بيشتري نيز براي سيني‌ها در نظر گرفته مي‌شود.

سرپوشها يا کلاهکها: جنس کلاهکها از چدن مي‌باشد. نوع کلاهکها با توجه به نوع تقطير انتخاب مي‌شود و تعدادشان در هر سيني به بيشترين حد سرعت مجاز عبور گاز از سيني بستگي دارد.

موانع يا سدها: براي کنترل بلندي سطح مايع روي سيني ، به هر سيني سدي به نام "ويير" (wier) قرار مي‌دهند تا از پايين رفتن سطح مايع از حد معني جلوگيري کند. بلندي سطح مايع در روي سيني بايد چنان باشد که گازهاي بيرون آمده از شکافهاي سرپوشها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بيشترين حد ممکن برسد. بر اثر افزايش زمان گذشتن حباب از مايع ، زمان تماس گاز و مايع زياد شده ، بازدهی سینی‌ها بالا می‌رود.

برج تقطیر

 

برجهای تقطیر با سینی‌های مشبک

در برجهای با سینی مشبک ، اندازه مجراها یا شبکه‌ها باید چنان برگزیده شوند که فشار گاز بتواند گاز را از فاز مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهمی که در بازدهی این سینیها موثر است، شیوه کارگذاری آنها در برج است. اگر این سینیها کاملا افقی قرار نداشته باشند، بلندی مایع در سطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همه مجراها یکسان نخواهد بود.

خورندگی فلز سینیها هم در این نوع سینیها اهمیت بسیار دارد. زیرا بر اثر خورندگی ، قطر سوراخها زیاد می‌شود که در نتیجه مقدار زیادی بخار با سرعت کم از درون آن مجاری خورده شده گذر خواهد کرد. و می‌دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد، مایع از مجرا به سوی پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت.

برجهای تقطیر با سینی‌های دریچه‌ای

این نوع سینیها مانند سینیهای مشبک هستند. با این اختلاف که دریچه‌ای متحرک روی هر مجرا قرار گرفته است. در صنعت نفت ، دو نوع از این سینیها بکار می‌روند:

 

انعطاف پذیر: همانطور که از نام آن برمی‌آید، دریچه‌ها می‌توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند.

صفحات اضافی: در این نوع سینیها ، دو دریچه یکی سبک که در کف سینی قرار می‌گیرد و دیگری سنگین که بر روی سه پایه‌ای قرار گرفته ، تعبیه شده است. هنگامی که بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت در می‌آید. اگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد، هر دو دریچه حرکت می‌کنند.

 

مقایسه انواع گوناگون سینی‌ها

در صنعت نفت ، انواع گوناگون سینی‌ها در برجهای تقطیر ، تفکیک و جذب بکار برده می‌شوند. ویژگیهایی که در گزینش نوع سینی برای کار معینی مورد توجه قرار می‌گیرد، عبارت است از: بازدهی تماس بخار و مایع ، ظرفیت سینی ، افت بخار در هنگام گذشتن از سینی ، زمان ماندن مایع بر روی سینی ، مشخصات مایع و ... . چون در صنعت بیشتر سینی‌های کلاهکدار بکار برده می‌شوند، برای مقایسه مشخصات سینی‌های دیگر ، آنها را نسبت به سینی‌های کلاهکدار ارزیابی می‌کنند.

اینک به معرفی چند اصطلاح پرکاربرد در فرایند تقطیر می پردازیم

 

خوراک (Feed)

مخلوط ورودی به داخل برج که ممکن است مایع، گاز و یا مخلوطی از مایع و گاز باشد، خوراک (Feed) نام دارد. معمولا محل خوراک در نقطه مشخصی از برج است که از قبل تعیین می شود. در برجهای سینی دار محل ورودی خوراک را سینی خوراک یا (Feed Tray) می نامند. از جمله مشخصات مهم سینی خوراک این است که از نقطه نظر درجه حرارت و ترکیب نسبی (کسر مولی) ، جزء مورد نظر با خوراک ورودی مطابقت داشته باشد. البته محل خوراک ورودی به حالت فیزیکی خوراک نیز بستگی دارد. معمولا اگر خوراک بصورت مایع باشد، همراه با مایعی که از سینی بالایی سرازیر می شود به درون سینی خوراک وارد می گردد. اگر خوراک بصورت بخار باشد معمولا آن را از زیر سینی خوراک وارد می کنند و اگر خوراک بصورت مخلوطی از مایع و بخار باشد، بهتر است که ابتدا فاز مایع و بخار را از هم جدا نموده و سپس به طریقی که گفته شد خوراک را وارد برج نمایند. ولی عملا به منظور صرفه جویی از هزینه های مربوط به تفکیک دو فاز بخار و مایع، عمل جداسازی به ندرت صورت می گیرد.

محصول بالاسری (Overhead Product)

آنچه از بالی برج به عنوان خروجی از آن دریافت می شود محصول بالاسری نامیده می شود که معمولا غنی از جزئی که از نقطه جوش کمتری برخوردار است می باشد.

 

محصول ته مانده (Bottom Product)

ماده ای که از پایین برج خارج می شود ته مانده یا محصول انتهایی (Bottom) نام دارد و معمولا غنی از جزء یا اجزائ سنگین تر (که از نقطه جوش بالاتری برخوردار می باشند) خواهد بود.

 

نسبت برگشت (پس ریز) (Reflux Ratio)

نسبت مقدار مایع برگشتی به برج بر حسب مول یا وزن به مایع یا بخاری که به عنوان محصول از سیستم خارج می شود را نسبت برگشتی می گویند و آن را با حرف R نشان می دهند.

 

نسبت برگشتی و اثرات آن بر شرایط کارکرد برج

با افزایش نسبت مایع برگشتی تعداد سینی های مورد نیاز جهت تفکیک (طول برج) کاهش می یابد، اما در مقابل آن بار حرارتی کندانسور و جوش آور و مقادیر بخار و مایع در طول برج افزایش می یابد. در این صورت نه تنها لازم است سطوح گرمایی مورد نیاز به آنها اضافه شود، بلکه به دلیل افزایش میزلن جریان مایع و بخار سطح مقطع برج نیز افزایش می یابد.

هنگامی که مقدار R زیاد باشد تعداد مراحل و طول برج به کمترین مقدار خود می رسد و تمام محصول بالاسری به عنوان مایع برگشتی وارد برج می شود و این حالت را برگشت کامل یا (Total Reflux) می نامند.

در شرایطی که R در کمترین مقدار خود باشد طول برج و تعداد مراحل در بیشترین مقدار خود خواهد بود و عمل تفکیک به شکل کاملی انجام نخواهد شد. مقدار عملی R معمولا بین حالت برگشت کامل و حداقل میزان R است. در بیشتر موارد مقدار مایع برگشتی بر روی درجه حرارت برج نیز تأثیر می گذارد. معمولا در یک برج تقطیر دمای انتهای آن به مراتب بیشتر از دمای پایین آن است و این اختلاف دما در طول برج وجود خواهد داشت. میزان جریان برگشتی به عنوان یک عامل کنترلی بر روی درجه حرارت سیستم خواهد بود.

 

• جوش آور (Reboiler)

جوش آورها که معمولا در قسمت های انتهای برج و کنارآن قرار داده می شود، وظیفه تأمین حرارت یا انرژی لازم را برای انجام عمل تقطیر به عهده دارند.

معمولا جوش آورها به عنوان یک مرحله تعادلی در عمل تقطیر و به عنوان یک سینی در برجهای سینی دار در نظر گرفته می شوند.

 

انواع جوش آورها

 

مهمترین انواع جوش آورها که در صنایع شیمیایی کاربرد زیادی دارند، عبارتند از:

۱. دیگهای پوشش (Jacketted Kettle)

۲. جوش آورهای داخلی (Internal Reboiler)

۳. جوش آور نوع Kettle

۴. جوش آور ترموسیفونی عمودی (Vertical Termosiphon Reboiler)

۵. جوش آور ترموسیفونی افقی (Horizontal Thermosiphon Reboiler)

۶. جوش آور از نوع سیرکولاسیون اجباری (Forced Circulation Reboiler)

در جوش آورهای ترموسیفونی یا جوش آورهای با گردش طبیعی، حرکت سیال بر اساس اختلاف دانسیته نقاط گرم و سرد صورت می پذیرد. این پدیده می تواند به دو صورت انجام پذیرد که عبارتند از :

۱. جوش آوری با یکبار ورود سیال (Once – Thorugh Reboiler)

۲. جوش آور با چرخش سیال (Recirculating Reboiler)

 

معیارهای موجود برای انتخاب جوش آور مناسب

بطور کلی نکاتی که در انتخاب یک جوش آور باید مد نظر قرار گیرد عبارتند از :

۱. سرعت انتقال (حداقل سطح)

۲. فضا و خطوط لوله لازم

۳. سهولت نگهداری

۴. تمایل به رسوب و جرم گذاری سیال

۵. زمان اقامت سیال در فرآیند

۶. پیداری عملیاتی

۷. هزینه عملیاتی

۸. افزایش میزان بخار تولیدی

هر کدام از جوش آورها مزایا و معایبی دارد که در کتب مرجع جمع آوری شده است. از این داده ها می توان برای طراحی اولیه کمک گرفت. ولی بطور کلی متداولترین و اقتصادی ترین

جوش آوری که در صنایع شیمیایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد نوع ترموسیفونی می باشد، خصوصا نوع افقی آن که در سیستمهای تقطیر کاربرد زیادی دارد.

انتخاب نوع Reboiler

 

انتخاب نوع Reboiler یا جوش آور به عوامل زیر بستگی دارد:

۱. خواص فیزیکی سیال بویژه ویسکوزیته و تمایل به رسوبدهی سیال

۲. فشار عملیات (خلأ یا تحت فشار)

۳. روش قرار گرفتن تجهیزات و فضای قابل استفاده

 

مزایای جوش آورهای ترموسیفونی افقی

۱. ابعاد واحدهای افقی از نقطه نظر طول لوله ها و وزن محدودیتی نداشته و بنابراین برای سطوح حرارتی بزرگ، نصب واحدهای افقی مطلوبتر و آسانتر می باشد.

۲. از آنجائیکه در جوش آورهای ترموسیفونی افقی، سیال در داخل پوسته حرکت می نماید، از نظرعدم رسوب و جرم گذاری و سهولت در نگهداری و استفاده از آنها ترجیح دارد.

۳. این جوش آورها از نظر طراحی هیدرولیکی سطوح مایع مجاز در سیستم، منعطف تر می باشند و جریان های با گرد بالایی را می توان بدون هیچ مشکلی در آن ایجاد نمود.

۴. جوش آورهای ترموسیفونی افقی نسبت به نوع عمودی، افزایش نقطه جوش کمتری دارند و این مسئله در موارد خاصی کخ سیال نسبت به دما حساس بوده و یا سیستم در حالت خلأ عمل می نماید مزیتی مهم محسوب می گردد.

 

 چگالنده (Condenser)

نقش چگالنده در واقع تبدیل بخارات حاصل از عمل حرارت دهی به مخلوط، به مایع می باشد. این امر در اصطلاح میعان یا چگالش نامیده می شود و دستگاهی که در آن عمل مذکور انجام می شود چگالنده نام دارد. به طور کلی چگالنده ها به دو دسته اساسی تقسیم می شوند:

۱. چگالنده های کامل (Total Condenser)

۲. چگالنده های جزئی (Partial Condenser)

 

در صورتیکه تمام بخار بالای برج به مایع تبدیل شود و بخشی ازآن وارد برج شده و بخش دیگر وارد مخزن جمع آوری محصول گردد عمل میعان کامل (Total Condensation) انجام شده است. اما اگر بخشی از بخارات حاصل مایع شده و بخش دیگر به صورت بخار از کندانسور خارج شود به آن یک کندانسور جزئی گفته می شود. در کتب مرجع راهنمای انتخاب نوع کندانسور همراه با ضرایب انتقال حرارت کندانسور تهیه شده است.

تقطیر

تقطیر ، در واقع ، جداسازی فیزیکی برشهای نفتی است که اساس آن ، اختلاف در نقطه جوش هیدروکربنهای مختلف است. هر چه هیدروکربن سنگینتر باشد، نقطه جوش آن زیاد است و هر چه هیدروکربن سبکتر باشد، زودتر خارج می‌شود. اولین پالایشگاه تاسیس شده در جهان ، در سال ۱۸۶۰ در ایالت پنسیلوانیای آمریکا بوده است. نفت خام ، از کوره‌های مبدل حرارتی عبور کرده، بعد از گرم شدن وارد برجهای تقطیر شده و تحت فشار و دما به دو صورت از برجها خارج می‌شود و محصولات بدست آمده خالص نیستند. انواع برجهای تقطیر در زیر توضیح داده می‌شوند.
           
    
برجهای تقطیر با سینی کلاهکدار
در برجهای تقطیر با سینی کلاهکدار ، تعداد سینیها در مسیر برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکیک بستگی دارد. قطر برج و فاصله میان سینی‌ها به مقدار مایع و گاز که در واحد زمان از یک سینی می‌گذرد، وابسته است. هر یک از سینی‌های برج ، یک مرحله تفکیک است. زیرا روی این سینیها ، فاز گاز و مایع در کنار هم قرار می‌گیرند و کار انتقال ماده از فاز گازی به فاز مایع یا برعکس در هر یک از سینی‌ها انجام می‌شود. برای اینکه بازدهی انتقال ماده در هر سینی به بیشترین حد برسد، باید زمان تمام میان دو فاز و سطح مشترک آنها به بیشترین حد ممکن برسد.

                       
بخشهای مختلف برج تقطیر با سینی کلاهکدار

بدنه و سینیها: جنس بدنه معمولا از فولاد ریخته است. جنس سینی‌ها معمولا از چدن است. فاصله سینی‌ها را معمولا با توجه به شرایط طراحی ، درجه خلوص و بازدهی کار جداسازی بر می‌گزینند. در بیشتر پالایشگاههای نفت ، برای برجهای تقطیر به قطر ۴ft فاصله میان ۵۰ - ۱۸ سانتیمتر قرار می‌دهند. با بیشتر شدن قطر برج ، فاصله بیشتری نیز برای سینی‌ها در نظر گرفته می‌شود.
سرپوشها یا کلاهکها: جنس کلاهکها از چدن می‌باشد. نوع کلاهکها با توجه به نوع تقطیر انتخاب می‌شود و تعدادشان در هر سینی به بیشترین حد سرعت مجاز عبور گاز از سینی بستگی دارد.
موانع یا سدها: برای کنترل بلندی سطح مایع روی سینی ، به هر سینی سدی به نام "وییر" (Wier) قرار می‌دهند تا از پایین رفتن سطح مایع از حد معنی جلوگیری کند. بلندی سطح مایع در روی سینی باید چنان باشد که گازهای بیرون آمده از شکافهای سرپوشها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بیشترین حد ممکن برسد. بر اثر افزایش زمان گذشتن حباب از مایع ، زمان تماس گاز و مایع زیاد شده ، بازدهی سینی‌ها بالا می‌رود.
برجهای تقطیر با سینی‌های مشبک
در برجهای با سینی مشبک ، اندازه مجراها یا شبکه‌ها باید چنان برگزیده شوند که فشار گاز بتواند گاز را از فاز مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهمی که در بازدهی این سینیها موثر است، شیوه کارگذاری آنها در برج است. اگر این سینیها کاملا افقی قرار نداشته باشند، بلندی مایع در سطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همه مجراها یکسان نخواهد بود.
خورندگی فلز سینیها هم در این نوع سینیها اهمیت بسیار دارد. زیرا بر اثر خورندگی ، قطر سوراخها زیاد می‌شود که در نتیجه مقدار زیادی بخار با سرعت کم از درون آن مجاری خورده شده گذر خواهد کرد. و می‌دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد، مایع از مجرا به سوی پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت.

برجهای تقطیر با سینی‌های دریچه‌ای
این نوع سینیها مانند سینیهای مشبک هستند. با این اختلاف که دریچه‌ای متحرک روی هر مجرا قرار گرفته است. در صنعت نفت ، دو نوع از این سینیها بکار می‌روند:

۱.    انعطاف پذیر: همانطور که از نام آن برمی‌آید، دریچه‌ها می‌توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند.

۲.    صفحات اضافی: در این نوع سینیها ، دو دریچه یکی سبک که در کف سینی قرار می‌گیرد و دیگری سنگین که بر روی سه پایه‌ای قرار گرفته ، تعبیه شده است. هنگامی که بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت در می‌آید. اگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد، هر دو دریچه حرکت می‌کنند.

مقایسه انواع گوناگون سینی‌ها
در صنعت نفت ، انواع گوناگون سینی‌ها در برجهای تقطیر ، تفکیک و جذب بکار برده می‌شوند. ویژگیهایی که در گزینش نوع سینی برای کار معینی مورد توجه قرار می‌گیرد، عبارت است از: بازدهی تماس بخار و مایع ، ظرفیت سینی ، افت بخار در هنگام گذشتن از سینی ، زمان ماندن مایع بر روی سینی ، مشخصات مایع و ... . چون در صنعت بیشتر سینی‌های کلاهکدار بکار برده می‌شوند، برای مقایسه مشخصات سینی‌های دیگر ، آنها را نسبت به سینی‌های کلاهکدار ارزیابی می‌کنند.

برجهای انباشته
در برجهای انباشته ، بجای سینی‌ها از تکه‌ها یا حلقه‌های انباشتی استفاده می‌شود. در برجهای انباشته حلقه‌ها یا تکه‌های انباشتی باید به گونه‌ای برگزیده و در برج ریخته شوند که هدفهای زیر عملی گردد.

  1.  ایجاد بیشترین سطح تماس میان مایع و بخار
  2. ایجاد فضا مناسب برای گذشتن سیال از بستر انباشته

جنس مواد انباشتی
این مواد باید چنان باشند که با سیال درون برج ، میل ترکیبی نداشته باشند.

استحکام مواد انباشتی
جنس مواد انباشتی باید به اندازه کافی محکم باشد تا بر اثر استفاده شکسته نشده و تغییر شکل ندهد.

شیوه قرار دادن مواد انباشتی
مواد انباشتی به دو صورت منظم و نامنظم درون برج قرار می‌گیرند.

  1.  پر کردن منظم: از مزایای این نوع پر کردن، کمتر بودن افت فشار است که در نتیجه می‌شود حجم بیشتر مایع را از آن گذراند.
  2. پر کردن نامنظم: از مزایای این نوع پر کردن ، می‌توان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد. ولی افت فشار بخار در گذر از برج زیاد خواهد بود.

         

 

  مقایسه برجهای انباشته با برجهای سینی‌دار

در برجهای انباشته ، معمولا افت فشار نسبت به برجهای سینی‌دار کمتر است. ولی اگر در مایع ورودی برج ، ذرات معلق باشد، برجهای سینی‌دار بهتر عمل می‌کنند. زیرا در برجهای انباشته ، مواد معلق ته‌نشین شده و سبب گرفتگی و برهم خوردن جریان مایع می‌گردد. اگر برج بیش از حد متوسط باشد، برج سینی‌دار بهتر است. زیرا اگر در برجهای انباشته قطر برج زیاد باشد، تقسیم مایع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده یکنواخت نخواهد بود.
در برجهای سینی‌دار می‌توان مقداری از محلول را به شکل فرایندهای کناری از برج بیرون کشید، ولی در برجهای انباشته این کار، شدنی نیست. کارهای تعمیراتی در درون برجهای سینی‌دار ، آسانتر انجام می‌گیرد. تمیز کردن برجهای انباشته ، از آنجا که باید پیش از هرچیز آنها را خالی کرده و بعد آنها را تمیز نمایم، بسیار پرهزینه خواهد بود.

نگاه اجمالی

هر پالایشگاه ، دارای طرحهای تولید خاص خود است که بر اساس تجهیزات فراهم ، هزینه‌های عملیاتی و میزان تقاضا برای فراورده‌ها مشخص می‌شوند. طرح تولید بهینه برای هر پالایشگاه ، بر اساس ملاحظات اقتصادی مشخص می‌گردد و عملیات دو پالایشگاه هرگز کاملا مشابه یکدیگر نیستند.

 فراورده‌های نفتی

درحالی‌که مصرف کننده عادی تصور می‌کند که شمار فراورده‌های نفتی نظیر بنزین ، سوخت جت ، نفت سفید و غیره محدود است، ولی بررسیهایی که موسسه نفت آمریکا ( API ) در مورد پالایشگاههای نفت و کارخانه‌های پتروشیمی انجام داده است، نشان می‌دهد که بیش از ۲۰۰۰ فراورده نفتی با مشخصات منحصر بفرد تولید می‌شود که در ۱۷ گروه طبقه‌بندی می‌شوند و عبارتند از:

گازهای سوختی - گازهای مایع - انواع بنزین - سوختهای توربین گازی (جت) - نفت سفید - فراورده های میان تقطیر (سوخت دیزل و نفت کوره های سبک) - نفت کوره باقیمانده ای - روغن‌های روان‌ساز - روغن‌های سفید - فراورده های میان روغن‌های ترانسفورماتور و کابل- گریس- مومها (واکس) - آسفالتها - ککها - دوده‌ها - مواد شیمیایی ، حلالها ، متفرقه.

معمولا شمار فراورده‌هایی که طراحی پالایشگاه را جهت می‌دهند نسبتا کم است. فرایندهای اصلی پالایش را با توجه به فراورده‌هایی که تولیدشان زیاد است مانند بنزین ، سوخت جت ، سوخت دیزل طراحی می‌کنند. بعضی از اجزای نفت خام را همان‌گونه که هستند (یعنی فراورده ها تقطیر مستقیم) بفروش می‌رسانند و یا اینکه عملیات پالایش بعدی را بر روی آنها انجام می‌دهند تا فراورده‌های با ارزشتری بدست آورند.

منابع خوراک پالایشگاه

مواد خام پایه پالایشگاهها نفت خام است. اگر چه در بعضی موارد از نفت‌های سنتزی حاصل از سایر منابع (جیلسوتیت، ماسه‌های قیری ، غیره) نیز استفاده می‌شود.

فرایندهای پالایش در پالایشگاه

تقطیر نفت خام

دستگاه‌های تقطیر نفت خام ، نخستین واحدهای فراورش (پالایش) عمده در پالایشگاه هستند. تفکیک نفت خام در دو مرحله صورت می‌گیرد، اول تفکیک جزء به جزء همه نفت خام در فشار اتمسفر و سپس ارسال باقیمانده دیر جوش این مرحله به دستگاه تفکیک دیگری که تحت خلاء شدید عمل می‌کند. بنابراین ، نفت خام پس از حرارت در کوره در برج تقطیر اتمسفری به فراورده‌های زیر تفکیک می‌شود:
گازهای سوختی ( که عمدتا شامل متان و اتان است ) ، گازهای سبکتر (شامل پروپان ، بوتان و همچنین متان و اتان است) ، نفتهای سبک تثبیت نشده ، نفتهای سنگین ، نفت سفید ، نفت گاز اتمسفری و باقیمانده خام برج تقطیر اتمسفری (ARC). در برج تقطیر در خلاء نیز باقیمانده برج تقطیر اتمسفری به جریان نفت گاز خلاء و باقیمانده برج تقطیر در خلاء (VRC ) تفکیک می‌شود. نفت گاز اتمسفری و نفت گاز خلاء را غالبا برای تولید بنزین ، سوخت هواپیما و سوخت دیزل به واحد هیدروکراکینگ یا کراکینگ کاتالیزی می‌فرستند.
باقیمانده برج خلاء را نیز می‌توان در واحدهای گرانروی شکن ، کمک‌سازی و یا آسفالت‌زدایی برای تولید نفت کوره سنیگن و یا خواک واحد کراکینگ و یا مواد خام روغن روان‌سازی پالایش کرد. باقیمانده نفت خامهای آسفالتی را می‌توان برای تولید آسفالت جاده سازی و یا پشت بام ، مورد عملیات یا پالایش دیگری قرار داد.

فرایندهای کک سازی و گرمایی

باقیمانده خام برج تقطیر در خلاء ( VRC ) در واحد کک سازی به کمک گرما شکسته می‌شود و در نتیجه گاز تر، بنزین واحد کک سازی ، نفت گاز واحد کک سازی و کک تولید می‌شود. در واقع ، در کک بدست آمده مواد فرار و یا با نقطه جوش بالا وجود دارد. برای حذف اغلب مواد فرار از کک نفتی ، باید آن را در دمای ۲۰۰۰ تا ۲۳۰۰ درجه فارنهایت تکلیس کرد. موارد استفاده اصلی از کک نفتی عبارتند از:
سوخت انواع کوره‌ها ، ساخت آند ها برای کاهش سلول الکترولیتی آلومین ، استفاده مستقیم از آن به عنوان منبع کربن شیمیایی برای تولید فسفر عنصری ، کلسیم کاربید و سیلسیم کاربید ، ساخت الکترود برای بکارگیری در کوره الکتریکی تولید فسفر عنصری ، تیتان دی اکسید ، کلسیم کاریبد و سیلیسیم کاربید ، تولید گرافیت.

 
کراکینگ و هیدروکراکینگ کاتالیزی

نفت گاز حاصل از واحدهای تقطیر اتمسفری و تقطیر در خلاء و کک سازی به عنوان خوراک واحدهای کراکینگ کاتالیزوری و یا هیدروکراکینگ بکار می‌رود. این واحدها مولکولهای سنگین را شکسته و آنها را به مواد باارزشتری مانند بنزین ، سوخت جت و نفت کوره سبک تبدیل می‌کنند. فراورده های سیر نشده واحد کراکینگ ، نخست سیر می‌شوند و سپس در واحد تبدیل و یا واحد پالایش با هیدروژن ، کیفیت بهتری پیدا می‌کنند. فراورده های واحد هیدروکراکینگ ، سیر شده هستند.

رفرمینگ (تبدیل) کاتالیزی و همپارش

نیاز اتومبیلهای امروزی به بنزینهای با عدد اکتان بالا ، محرکی برای استفاده رفرمینگ کاتالیزی شد. در رفرمینگ کاتالیزی ، تغییر در نقطه جوش ماده‌ای که از این واحد می‌گذرد، نسبتا کم است، زیرا مولکولهای هیدروکربن ، شکسته نمی‌شوند، بلکه ساختارهای آنها بازآرایی می‌شوند تا آروماتیکهای با عدد اکتان بالا تولید شوند. منابع خوراک واحد رفرمینگ کاتالیزی عبارتند از:
بنزینهای سنگن تقطیر مستقیم (HSR ) و نفت سنگین حاصل از واحدهای برج تقطیر نفت خام ، کک سازی و کراکینگ. فراوده های حاصل تبدیل کاتالیزی برای فروش به عنوان بنزین معمولی و بنزین سوپر با هم مخلوط می‌شوند.
عدد اکتان نفتهای سبک ( LSR ) را می‌توان با استفاده از فرایند همپارش که طی آن پارافینهای نرمال (راست زنجیر) به همپارهایشان تبدیل می‌شوند، بهبود بخشید.

بازیابی بخار (واحد صنعتی گاز(

جریانهای گاز تر حاصل از واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ در بخش بازیابی بخار ، به گاز سوختی ، گاز نفتی مایع ( LPG ) ، هیدروکربنهای سیر نشده (پروپیلن، انواع بوتیلن و پنتن )، نرمال بوتان و ایزوبوتان تفکیک می‌شوند. گاز سوختی در کوره‌های پالایشگاه سوزانده می‌شود و n-بوتان با بنزین و یا LPG مخلوط می‌شود. هیدروکربنهای سیر نشده و ایزوبوتان بمنظور فراورش ، به واحدهای آلکیل دار شدن فرستاده می‌شوند.

آلکیل دار کردن

 افزایش یک گروه آلکیل به هر ترکیب ، یک واکنش آلکیل دار کردن است. ولی در پالایش نفت ، واژه آلکیل دار کردن در مورد واکش اولفین های دارای وزن مولکولی پایین با یک ایزوپارافین ، به منظور تشکیل ایزوپارافینهای دارای وزن مولکولی بالاتر ، بکار می رود. نیاز به سوختهای هواپیمایی با عدد اکتان بالا انگیزه خوبی برای توسعه فرایند آلکیل دار کردن بمنظور تولید بنزین‌های ایزوپارافینی با عدد اکتان بالا بود.
اگر چه آلکیل دار کردن در فشار و دمای بالا ، بدون نیاز به کاتالیزگر مسیر است، ولی تنها فرایندهایی از اهمیت اقتصادی برخورد دارند که در دمای پایین و در مجاورت سولفوریک اسید یا هیدروفلوئوریک اسید انجام می شود. با انتخاب مناسب شرایط عملیاتی ، بیشتر فراورده‌ها در گستره جوش بنزین با اعداد اکتان موتوری ۸۸ تا ۹۴ و اعداد اکتان پژوهشی بین ۹۴ تا ۹۹ قرار می‌گیرد.

اختلاط فراورده ها

هدف از اختلاف فراورده‌ها ، تخصیص اجزای اختلاطی فراهم برای دستیابی به شرایط و مشخصات فراوده مورد تقاضا با کمترین هزینه و تولید فراورده‌های فزاینده‌ای است که سود کلی پالایشگاه را بیشینه کند. فراورده‌های عمده پالایشگاهی که از طریق اختلاط بدست می‌آیند عبارتند از:
بنزین ، سوخت جت ، نفت کوره و سوخت دیزل که از مخلوط میان تقطیرهای واحد تقطیر نفت خام ، کک سازی و واحدهای کراکینگ بدست می‌آیند. در برخی از پالایشگاهها ، نفت گاز خلاء سنگین و باقیمانده خام نفتهای خام نفتنی و یا پارافینی را برای تولید روغن‌های روانسازی فراورش (پالایش) می‌کنند. پس از حذف آسفالتها در واحد آسفالت زدایی با پروپان ، باقیمانده خام تقطیر در خلاء و نفت گاز خلاء ، بمنظور تولید مواد پایه روغن‌های روانساز ، در معرض یک رشته عملیات محدود قرار می‌گیرند.
نفت گازهای خلاء و منابع خام آسفالت زدایی شده را نخست بمنظور حذف ترکیبات آروماتیکی ، با حلال استخراج می‌کنند و سپس بمنظور بهبود نقطه ریزش ، موم (واکس) زدایی می‌نمایند. بعد از این مرحله ، این مواد را بخاطر بهبود رنگ و پایداری ، با خاک رسهای خاص عمل آوری کرده یا در معرض عمل آوری جدی با هیدروژن قرار می‌دهند و سپس آنها را برای تولید روغنهای روانساز مخلوط می‌کنند.

فرایندهای پشتیبانی

تعدادی از فرایندها در پالایشگاهها مستقیما در تولید سوختهای هیدروکربنی شرکت ندارند، بلکه نقش پشتیبانی ایفا می‌کنند. این فرایندها عبارتند از:

  •  واحد هیدروژن بمنظور تولید هیدروژن برای واحدهای هیدروکراکینگ و عمل‌آوری با هیدروژن.
  •  واحد فراوری گاز که هیدروربنهای زود جوش را جدا می‌سازد.
  •  واحد عمل آوری گاز اسیدی که هیدروژن سولفید و یا سایر گازهای اسیدی را از جریان گاز هیدروکربنی جدا می‌کند.
  • واحد بازیافت گوگرد
  • سیستمهای عمل‌آوری مایع خروجی (فاضلاب پالایشگاهها)
  • کنترل آلودگی ناشی از گازهای احتراق و بخارهای هیدروکربنی خروجی از دستگاههای فرایندی و مخازن ذخیره مواد

رده بندی فراورده‌ها در پالایشگاه

در یک پالایشگاه ، اغلب سه نوع فراورده تولید می‌گردد:

  • فراورده‌های نهائی که مستقیما قابل عرضه به بازار می‌باشد (بنزین- نفت گاز(.
  •  فراورده‌های نیمه نهائی که باید مجددا عملیاتی بر روی آنها انجام گیرد (برش هائی که بهینه روغن های معدنی بکار می‌روند(.
  • فراورده‌های حد واسط ، شامل ترکیباتی می‌گردد که بعنوان مواد اولیه در صنعت پتروشیمی بکار برده می‌شوند.

و بطور کلی فراورده های حاصل از پالایشگاهها عبارتند از:

  • گازها ، شامل هیدروژن و هیدروکربورهای گازی شکل (گازهای صنعتی و پتروشیمیایی) و گازهای مایع شده ( L.P.G ) مثل بوتان و پروپان‌های تجارتی جهت مصارف خانگی و صنعتی
  •   کربوران‌ها جهت موتورهای اتومبیل و هواپیما و موتورهای دیزل
  •  اسانس‌های مخصوص و حلال‌ها ، بعنوان پاک‌کننده لکه‌ها ، حلال در نقاشی ، حلال در صنعت
  •  کروزن یا نفت لامپا برای روشنایی و یا ایجاد حرارت
  • مازوت خانگی ، ماده قابل احتراق برای تاسیسات حرارتی خانگ یا صنعتی با قدرت کم
  • روغن ها ، روغن های سبک جهت چرب‌کردن دستگاههای مکانیکی کوچک (چرخ خیاطی) ، روغن‌های سنگین جهت ساخت روغن موتور ، روغن سیلندر مورد استفاده در ماشین‌های بخار
  • پارافین و موم ، جهت محافظت مواد غذائی و عایق الکتریسته
  • مازوت سنگین ، بعنوان سوخت برای تاسیسات حرارتی با قدرت زیاد مانند نیروگاههای برق و کشتی
  •  آسفالت ، بصورت قید جهت استفاده در جاده‌ها یا در ساختمان‌ها و همچنین بمنظور قالب‌گیری و بسته‌بندی
  •  کک ، بعنوان سوخت برای صنایع و یا ماده مورد استفاده جهت تهیه الکترودها

 ارزیابی نفت خام و روش های تفكیك (Condensate)

كلمات كليدي: نفت خام، تقطير،اساس كار دستگاههای تقطیر، واحد قیر و راهسازی، آزمايشگاه ها، كاربردها

نفتی كه از چاه بیرون می آید همواره مقداری آب و رسوبات گازی به همراه دارد. در واحد بهره برداری هدف آن است كه این مواد را از نفت خام جدا كنند . نفت خام را به پالایشگاهها می فرستند (جهت تصفیه شدن) و یا اینكه از طریق ترمینال ها آن را صادر می كنند. می دانیم كه پالایشگاهها بر اساس نوع خوراک آنها طراحی می شوند.
در این واحد ابتدا یك سری آزمایشات مقدماتی مثل اندازه گیری مقدارash, N2,O2,H2O را روی نفت خام انجام می دهند. پس از آن به شناخت تركیب نفت خام بااستفاده از ستون تقطیر و روش غیر پیوسته می پردازند.
دراین روش مقداری نفت خام را داخل Flask قرار داده و حرارت می دهند.
در بالای Flask ستون تقطیر قرار دارد و کمی بالاتر یك Condenser قرار گرفته است. در آنجا یك دماسنج قرار دارد كه با استفاده از آن Cut point ها رامی توانیم بخوانیم و برش های مختلف را در زمان مناسب جدا كنیم . در مورد گازهای هیدرو كربوری سبك با استفاده از هوا مایع گازهایی مثل پروپان و بوتان را مایع می كنند. هر قدر عمل تقطیر ادامه یابد و جداسازی بیشتر صورت گیرد، هیدروكربورهای داخل سنگین تر می شوند، اما اگر دما از حد مشخص بالاتر رود عمل كراكنیگ صورت می گیرد. چون هدف ما پی بردن به تفكیك نفت خام می باشد باید به شدت مراقب باشیم تا دما از یك حدی بالاتر نرود و كراكنیگ صورت نگیرد. در ستون تقطیر آزمایشگاهی ابتدا NGL ، آب ، بنزین ، نفت سفید و گاز جدا می شوند.

 در این مرحله هیدروكربورهای باقی مانده به شدت ویسكوز شده اند و باید از فرآیندهای دیگری برای ادامه عملیات استفاده كنیم. بعد از این مراحل هریك از تركیبات بدست آمده را به واحدهای بعدی می فرستند تا آزمایشاتی برای تعیین مشخصات هریك از آنها انجام گیرد. روغن ها را نیز برای تصفیه به سایر واحدها می فرستند. دیواره ستون تقطیر ذكرشده در فوق را دو جداره و جیوه اندود می كنند تا از هدر رفتن گرما جلوگیری شود.
اگر بخواهیم نفت خام را صادر كنیم، باید خصوصیات آن مانند API، درصد ناخالصی و ویسكوزیته آن را تعیین كنیم.
اساس تقطیر نفت خام بر مبنای اختلاف نقطه جوش است و در تقطیر نفت خام نمی توانیم یك تركیب را بطور خالص جدا كنیم. بهمین خاطر از محدوده نقطه جوش استفاده می كنیم: مثلاً برش °C 65-15 یا برش ۱۰۰-۶۵ درجه سانتیگراد.
در این آزمایشگاه روشهای U.O.P, ASTM می توانند مورد استفاده قرار گیرند.

تقطیر بصورت batch است و دمای حمام را تا °C 20- قرارمی دهیم تاگازهایی مثل متان و اتان و.... را جدا كنیم، بعداً طبق چارت تقطیر عمل تقطیر را انجام می دهیم تا درصد رانسبت به خوراك اولیه بدست آوریم.
اگر دما را به ۲۰۰ برسانیم فشار را باید پایین آوریم تا برشها Crack نشوند.بعد از تهیه برش ها آنها را به آزمایشگاه می فرستیم. مثلاً برا ی بنزین عدد اكتان مهم است و باید عدد اكتان تعیین شود.قیر و آسفالت و روغن را با دستگاه دیگری جدا می كنیم.
در این قسمت از دستگاههایی چون Separators ، Reflox و Condenser استفاده می شود.
همانطور كه قبلاً اشاره شد در مورد نفت خام جداسازی مواد بصورت خالص بی معناست و فقط برشها جدا میشوند. دراینجا برای جداكردن برشهای °C 65-15 ابتدا شیرها را باز كرده و پس از جدا كردن مواد، شیرها را می بندیم و عملیات تقطیر را ( با توجه به دما ) ادامه می دهیم .
اگر هیدروكربورها خیلی حرارت ببیند، عمل كراكنیگ صورت می گیرد و چون ما نمی خواهیم این كار صورت بگیرد، در اینجا با اعمال فشارهای مختلف عمل جداسازی انجام می پذیرد.
در بخشهای دیگر ستون تقطیر عمل روغنگیری انجام می پذیرد كه این عملیات در حدود فشارهای بین یك تا ده میلی متر جیوه انجام می پذیرد.
با داشتن وزن هر برش و داشتن وزن خوراك اولیه می توان درصد وزنی هر برش و درصد حجمی هر برش را بدست آورد. همچنین می توان وزن مخصوص هر برش رانیز بدست آورد.
از پارامترهای دیگر قیمت گذاری نفت خام بر اساس منحنی تقطیر(كه S شكل است) صورت می پذیرد و برای هر محصول تستهای ویژه آن محصول صورت می گیرد:

 ۱. عدد اكتان ( gasolin)
۲. نقطه دودی (kerosine)
۳. در مورد روغنها باید عملیات تصفیه روغن صورت بگیرد.

همچنین در واحد نفت خام بخش تفكیك و ارزیابی تركیبات C1-C 100 و ایزومرهای آنها وجود دارد. نفت خامی كه گاز آن استخراج شده باشد به آن نفت مرده می گویند.
نفت پس از اینكه تصفیه شد به خطوط لوله منتقل می شود. قبل از اینكه نفت به خطوط لوله انتقال داده شوند، باید یك سری آزمایشات جهت تشخیص مشخصات نفت انجام گیرد تا شناسنامه نفت خام تعیین شود.
مـا بایـد بـه ایـن نكتـه تـوجـه داشته باشیم كه نفت خام برداشت شده از مخازن به مرور زمان تغییر خاصیت می دهند و سنگین تر می شوند.
همچنین نفت خام موجود در خط لوله از تركیب نفت مخازن مختلف است وخواص آن نیز معمولاً متفاوت است. بنابراین بررسی خواص متفاوت آن باید صورت گیرد.
در مرحله تقطیر ابتدا NGL بنزین جدا می شود و عناصر سبك دربالا جداسازی شده و عناصر سنگین در پایین ستون جمع آوری می شوند. با داشتن وزن اولیه و وزن مواد بدست آمده، درصد مواد مختلف بدست می آیند و از آنجا منحنی تقطیر رسم می شود.
روشهای آزمایشگاهی تقطیر عبارتند از:ASTM ،U.O.P و I.P
از كارهای مهمی كه در بخش تقطیر نفت خام صورت می گیرد عبارتند از:

    ۱. تعیین وزن مخصوص
    ۲. تعیینAPI
    ۳. درصد ناخالصی ها ، نظیر گوگرد، نیتروژن و غیره
    ۴. تعیین ویسكوزیته نفت
    ۵. سبك یا سنگین بودن نفت خام
    ۶. تعیین درصد فرآورده های نفتی

در روش های ASTM ستون تقطیر دارای حدود ۳۲-۳۰ سینی می باشد. این ستون بصورت دو جداره است. ایـن واحـد بصـورت batch عمل می کند. در بـالای ستون یك دماسنج قرار دارد كه دما را نشان می دهد.
محدوده برای جمع آوری محصولات متغیر است.
از دمای °C 20- برای جمع كردن گازهای سبك نظیر متان تا دمای °C 150 برای جمع آوری تركیبات سنگین در انتهای ستون استفاده می شود.

 

واحد تفكیك و تقطیر نیمه صنعتی نفت خام

پس از بهره برداری نفت خام از چاه و انتقال آن به مراكز بررسی، باید پتانسیل های آن را مورد بررسی قرار داد، به همین علت یك سری آزمایشات دقیق روی نفت خام انجام می گیرد تا بتوانیم مشخصات و تركیبات موجود در نفت خام را ارزیابی كنیم.
این واحد در واقع ۲ كار عمده انجام می دهد.
    ۱. سرویس دهی به واحدهای دیگر و پتروشیمی
    ۲. پروژه های تحقیقاتی در مورد نفت و تركیبات آن و سرویس دهی در مورد صادرات
نفت خام بر اساس استانداردهای موجود تقطیر وبعلاوه روی نفت خام مطالعاتی انجام می دهند و برشهای مختلف را جدا می كنند و مسائل مختلفی را نظیر درصد گوگرد، Flash point, Dew point و ... را بررسی می كنند.
در این واحد از یك دستگاه ، شبیه تقطیر استفاده می شود این دستگاه حدود ۶۵ سینی از نوع bubble cap دارد كه در فشار اتمسفر كار می كند، همچنین می توان در شرایط خلاء نیز با آن كار كرد.
اصول كار دستگاه شبیه تقطیر بر اساس اختلاف در نقطه جوش تركیبات مختلف می باشد. چون تركیبات نفتی دارای برشهای مختلف با نقطه جوش متنوعی هستند.
در این دستگاه ستونی وجود دارد كه ستون تقطیر نام دارد دمای آن از پایین به بالا در حال افزایش تدریجی است. تركیبات سنگین در انتهای ستون و تركیبات گازی در بالای ستون جمع می شوند.

اساس كار دستگاههای تقطیر به ۲ صورت می باشد كه عبارتند از:
    قسمت پیوسته (سیستم) Continous
    قسمت (سیستم) Batch

در سیستم پیوسته (كه اساس كار این دستگاه شبیه تقطیر است ) همه محصولات جدا شده و هر كدام همزمان و در یك سیستم دقیق جمع آوری می شوند. یعنی می توان در یك لحظه تمام محصولات و برشهای نفتی را جمع كرد.
در سیستم Batch با توجه به اینكه در هر دمای خاصی یك تركیب به دمای جوش می رسد با افزایش تدریجی دما هر محصول و برش خاصی به ترتیب جمع آوری می شود، پس زمان زیادتری لازم داریم.

اصولاً جهت مطالعات روی تركیبات و برشهای نفتی ۲ روش عمده وجود دارد كه عبارتند از:
    ۱. روش برج تقطیر
    ۲. روش استفاده از نرم افزار
البته استفاده از نرم افزار برای دقت محاسبه برشهای آن و خواص سیالی دقیق تر است. اما چون در صنعت به اتكای كارهای آزمایشگاهی پروژه ها را تعریف می كنند، لازم است كه دریك مقیاس نیمه صنعتی این آزمایشات انجام شود تا بتوانیم نظر مسؤلین صنعت نفت را به خود جلب كنیم . مثلاً تولید ۲۰ بشكه به ۲۰ لیتردر یك مقیاس نیمه صنعتی .
از این ستون تقطیر برای كارهای تحقیقاتی، تولیدی و شبیه سازی و غیره استفاده می شود.
ظرفیت دستگاه حدود ۱۵ لیتر است. در قسمت بالایی بخارات را مایع می كنیم و سپس در پایین از طریق یك گیرنده آن را جمع آوری می كنیم.
از آب و یا الكل به عنوان مایع سرد كننده در سیستم استفاده می شود. در این میان یك سری تستهای جانبی روی نفت خام و یا ‍فرآورده های نفتی انجام می دهند.
از جملـه كارهای دیگــر تعیین دقت ریـزش گازوئیل است. تعیین رنگ نفت نیز از جمله كارهای دیگر است.
از طریق دستگاه تقطیر وAD-4 یك منحنی، D-8 بدست می آید كه از طریق نقطه جوش حاصل می گردد.(Automatic distillalion)

 

دستگاه پیلوت تقطیر
دستگاه موجود در این بخش می تواند چند شبكه تولید داشته باشد. به این شكل كه به ۲ صورت پیوسته و بسته كار می كند، می توان حرارت را به صورت بخار ویا به صورت الكتریكی اعمال كرد. اگر از روش پیوسته استفاده شود دستگاه با یك سرعت ثابت تغذیه می شود. در این حالت در اواسط مسیر ستون تقطیر، نیزمحصول خواهیم داشت. ولی در سیستم بسته فقط محصول بالاسری را خواهیم داشت. دستگاه دارای ۱۵ سینی است.
تركیبات نفتی را فقط تا حد خاصی می توان حرارت داد و اگر به حرارت بالاتری در بعضی جاها نیاز داشته باشیم می توانیم فشار خلاء را پایین بیاوریم. این سیستم این امكان را دارد كه خلاء را تا ۱۰ میلی بار پایین آورد.
۵ مخزن در كنار دستگاه دیده می شود كه هر یك از محصولات وارد آنها می شود. در این دستگاه به صورت یك در میان بین سینی ها دما داریم و نیز می توانیم با سرنگ نمونه برداری کنیم. به همین دلیل این دستگاه برای كارهای تحقیقاتی كاربرد زیادی دارد.
از آنجایی كه سیستم بسته است ( برای كاهش امكان خطر) با استفاده از سیستم تولید هوا مایع كه هوا را در دمای °C196- مایع كرده است- تركیبات سبك ترا ز C3 را به حالت مایع در می آورند. با استفاده از سیستم هوا مایع می توان از یك سری به همراه تجهیزات الكل برای مایع كردن گازهای سبك استفاده كرد.

دستگاه CHROMPACK
برای جداسازی تركیبات هیدرو كربوری به كار می رود
دستگاه GC
در این بخش یافت می شود که قبلاً شرح داده شد.واحد تقطیر و تفكیك نیمه صنعتی یكی از بخشهای مكمل مهندسی نفت است.
دستگاه پیلوت تقطیر بیشتر برای كارهای تحقیقاتی استفاده می شود. برای خنك كردن بخارات سبك از یك حمام استفاده می شود كه تا دمای ۳۵ درجه زیر صفرخنك می كند.
هر قدر برگشت بیشتر باشد محصول خالص تر خواهد بود و زمان تقطیر در این صورت بیشتر می شود و تفاوت حالت Continous, batch در این است كه در حالت های batch ورودی یكطرفه است و خروجی بطور پیوسته به بیرون می رود.

كاربردهای دستگاه پیلوت تقطیر (Fischer )
        ۱. شبیه سازی شرایط پالایشگاه
        ۲. تولید بعضی از محصولات ویژه درحد چند تن
        ۳. كارهای تحقیقاتی
        ۴. تحقیقات بر روی كاهش خسارت در تغییرات خوردگی
        ۵. پالایشگاهها
یكی دیگر از تفاوتهای روش Continous , batch این است كه در روش batch ما در هر لحظه درستون تقطیر فقط یك برش داریم اما در روش پیوسته در هر لحظه در ستون تقطیر بطور همزمان چند برش نفتی خواهیم داشت .
دستگاه Automatic distillation) AD-4)
برای تبخیر هیدروكربورهای سبک به کار می رود.

انواع سینی های موجود در ستون تقطیر عبارتند از:
    ۱. ( perforated) : مشبك
    ۲. bubble cap .‎

آزمایشگاه تفكیك: ( separation lab.)
در این آزمایشگاه در یك دستگاه تقطیرcm³ 100 از نمونه نفت را مورد تفكیك قرار می دهند و با استفاده از منحنی ها نقطه D-86 را بدست می آورند.

آزمایشگاه تصفیه روغن
در این آزمایشگاه كارهای زیر صورت می گیرد.
۱- اندازه گیری برشهای روغنی ،
۲- آسفالتین ،
۳- مقدار آب و نمك نفت و
۴- تعیین نقاط جوش برشهای سنگین

آزمایشگاه شناسایی هیدروكربورهای نفتی

محصول بالای ستون تقطیر و تركیبات سبك را در اینجا آنالیز می كنند. در این قسمت از دستگاه GC استفاده می شود.
یك دستگاه دیگر نیز گروههای هیدروكربوری را شناسایی می كند. اما محدودیت دمایی دارد. نام این دستگاهPIONA Analyzer است و بالای °C 220 را نمی تواند اندازه گیری كرد.
چون هر كدام از برشهای نفتی دارای خواص منحصر بفرد است، با استفاده از منحنی های مخصوص كه بصورت پیك هایی است به عنوان خروجی دستگاه(GC ) محسوب می شود، می توان به این طریق برشهای نفتی را تعیین كرد.

واحد قیر و راهسازی

از قیر برای منظور های مختلفی استفاده می شود كه می توان به موارد زیر اشاره كرد:
    ۱. در راهسازی
    ۲. در قطعات الكتریكی برای اینكه اتصال كوتاه اتفاق نیفتد و برای عایقكاری نیز استفاده می شود.
    ۳. در درزبندی معمولاً بین قطعات بتونی یك لایه قیر می ریزند تا انبساط و انقباض آنها را كنترل كند و صدمه ای وارد نشود.
    ۴. در پوشش زیر بدنه اتومبیل و جلوگیری ازاکسید شدن قطعات استفاده می شود.

به طور كلی قیر را به ۳ طریق می توان تهیه كرد كه عبارتند از:

    ۱. باقیمانده نفت خام در فرآیند پالایش در پالایشگاهها پس از اینكه به وسیله روشهای فیزیكی آب و مواد معدنی آنها جدا شده باشد .
    ۲. قیرهای طبیعی : كه در اثر مهاجرت نفت خام به سطح زمین و تحت تاثیر هوازدگی و تبخیر به قیر طبیعی تبدیل می شوند.
    ۳. قیر زغال سنگ: قطران حاصل از عملیات كوره بلند است (قطرانCoaltar ) اگر قطران را بدون وجود اكسیژن حرارت دهند بهPeech ( قیرزغال سنگ ) تبدیل می شود.
تقریباً بدترین نفت خام، بهترین نفت خام برای تولید قیر است. برعكس بهترین نفت خام (سبك ترین)
آنها، بدترین نوع برای تولید قیر است. آنچه كه در ایران تولید می شود، نفت خام حدواسط است كه چندان برای تولید قیر مناسب نمی باشد.
قیر جزء سیالات غیر نیوتینی است. همچنین می دانیم كه تغییرات آن نسبت به دما بسیار زیاد است. از آنجا كه قیر جامد وزن مخصوص بیشتری نسبت به قیر مایع دارد، در حین فرآیند ذوب در انجام عمل Convection motion ایجاد اختلال می كند. زیرا قیر جامد در زیر قسمت ذوب شده و داغ قرار می گیرد.
قیر را معمولاً برای مصرف در حلال های نفتی حل می كنند و یا از مخلوط آن بصورت امولسیون با آب استفاده می شود. وجود آسفالتن در قیر باعث می شود كه حجم قیر بالا رود و وزن مخصوص آن پایین بیاید. همچنین آسفالتن باعث بالا رفتن ویسكوزیته قیر می شود و به آن حالت شكنندگی می دهد. وجود رزین در قیر نیز باعث چسبندگی قیر می گردد.

كاربردهای قیر زغال سنگی
برای احیاء آهن از اكسید آهن استفاده می شود. زغال سنگ بدون حضور اكسیژن ( پیرولیز) به كك تبدیل می شود( حرارت حدود °C 1100 است). قیر زغال سنگ كه تحت این حرارت قرار گیرد به كك تبدیل می شود. در بالای برج تقطیر این گازها قطران می گردند و دوباره جداسازی روی آنها صورت می گیرد كه به اینها Core Coke Pitch می گویند.
Pitch: به هیدروكربوری گفته می شود كه بدون حضور اكسیژن تحت حرارت قرارگیرد.
در ایـن واحـد هـم كارهـای تحقیقـاتـی و هـم كارهـای پروژه ای صورت می گیرد. مثلاً مشكلات موجود در پالایشگاههای داخلی مورد بررسی قرار می گیرند.
قیرها دارای مشخصاتی هستند كه به آنها Penetration grade گفته می شود.
قیرهایی كه بر اساس نفت خام مخلوط بدست می آیند دارای مشخصات ساختاری اند كه براحتی نمی توان این مشخصات را پیدا كرد. Penetration gradeخواص قیر را به خوبی نشان نمی دهد.
معمولاً قیر رابصورت امولسیون در می آورند، امولسیون به این خاطر است كه قیر و آب در هم حل نمی شوند، در اینجا ازemulsifier استفاده می شود. این دستگاه از یک طرف ذرات قیر و از طرف دیگر ذرات آب را در بر می گیرد و بدینصورت قیر بصورت امولسیون در می آید.
انواع emulsifier
        ۱. ionic
        ۲. noniomc
        ۳. cationic                                               4.‎ رسی
ترکیب شیمیایی : هر قدر كه در ستون تقطیر پایین بیاییم مشخصات منحصر به یك محصول خاص دربرشها مشخص می شود. تعداد هیدروكربورهای موجود در هر برش فرق دارد و خصوصیات شیمیایی این برشها كاملاً با هم فرق دارند. اگر بنزین دارای ۱۹ مولكول باشد، كه این مولكولها همگی مختلفند، ممكنست خواص فیزیكی این مولكولها یكسان باشد ولی خواص شیمیایی اینها تفاوت دارند.

نظرات مختلف در مورد مواد تشكیل دهنده قیر:
دو نظریه در این مورد وجود دارد:
نظریه اول : Resin و Asphaltene
نظریه دوم : Saturate، Aromatic ، Polar Aromatic و Asphaltene
برای هركدام از اینها یك مشخصات خاصی وجود دارد كه باید در محدوده های خاص خودش از آنها استفاده نمود.
یكی دیگر از كاربردهای قیر برای پوشش لوله های فلزی گاز و نفت و ‌آب در روی زمین كه مرطوب بوده و یا در زیر زمین می باشد. هر قدر نسبت C ⁄ H بیشتر باشد قیر بهتری خواهیم داشت.
آسفالتن: مولكولی است كه حجم زیادی را در بر می گیرد ومانند اسفنج متبلور است.

برای پمپاژ كردن قیر نیاز به محاسبات ویژه و پیچیده ریاضی داریم.
ارزیابی قیر هایی كه در راه سازی مصرف میشود، سه خصوصیت دارد.(۸۰% قیر برای راهسازی استفاده می شود).

        ۱. Pain grade
        ۲. Viscosity grade
        ۳. Performance grading

بهترین نفت خام، نفت خام پارافینی است كه برای تهیه هیدروكربورهای سبك كاربرد دارد. در آمریكا ۱۵ پالایشگاه برای تولید قیر طراحی شده است اما در ایران متاسقانه چنین پالایشگاهی وجود ندارد.
سابقه استفاده از قیر به دروانهای قدیم بر می گردد كه قیر از طریق شكستگیهای سطح زمین و درزها به سطح زمین راه پیدا می كرد. مردم از آن به عنوان ۲ وسیله اصلی و عمده استفاده می كردند كه عبارتند از:
        ۱. چسبندگی زیاد
        ۲. ضد زنگ بودن

از بالای برج تقطیر به پایین نسبت C/H ( نسبت كربن به هیدروژن) افزایش می یابد، یعنی تركیبات سنگین تر را خواهیم داشت. در واقع تركیبات آروماتیك افزایش می یابد.
در قسمت Vaccum bottom : قیرهای نفتی دارای مولكولهای خیلی زیادی هستند.
قیرهای قدیمی ایران منشاء طبیعی داشته اند و از حوالی كردستان تهیه می شده اند.

افزودن دیدگاه جدید