نفت

مقدمه: نفت (پترول) یا به اصطلاح روغنهای معدنی مخلوطی از هیدرو کربن ها می باشد که منابع آن اغلب در اعماق زمین وجود دارد. انگلیسها کلمه لاتین آن (پترولئوم) را پذیرفته اند در صورتیکه آلمانیها آنرا (اردل) به معنای روغن زمینی می نامند. نفت منبع انرژی و سرچشمه مواد اولیه بسیاری از ترکیبات شیمیایی است و این دو از عوامل اصلی اقتصاد مدرن به شمار می رود. در صنایع جدید از ثروت بیکران و تغییر و تبدیل مواد خام اولیه آن بی اندازه استفاده می شود.مواد حاصل از صنایع نفتی امروز به دو بخش تقسیم می گردد. 1- فر آورده پالایشگاه 2- فرآورده صنایع پتروشیمی از نفت خام بیش از 2000 فرآورده نفتی با مشخصات منحصر بفرد تولید می شود که 17 گروه طبقه بندی می شود و عبارتند از: گازهای سوختی،گازهای مایع،انواع بنزین،سوخت جت،نفت سفید،سوخت دیزل و نفت کوره سبک،نفت کوره سنگین،روغن های روان ساز،روغن سفید،روغن های ترانفور ماتور،گریس،موم،قیر،کک،دوده،مواد شیمیایی،حلالها،مواد متفرقه. تاریخچه نفت این ماده از قرن ها پیش به صورت گاز در آتشکده ها و یا بصورت قیر می شناختند.بطوریکه در کتب مقدس تاریخی اشاره شده استدر ساختمان برج بابل از قیر استقاده گردیده و کشتی نوح و گهواره حضرت موسی نیز به قیر اندود شده بود. مدت زمان مدیدی مورد استفاده نفت برای مصارف خانگی و یا بعنوان چرب کننده ها بود.اما از آغاز قرن شانزدهم میلادی روزبروزموارد استعمال آن رو به افزلیش نهاد.صنعت نفت با احداث چاه نفت دارک در منطقه پنسیلوانیای اتازونی در سال 1859 میلادی آغاز شد.این صنعت ابتدا در کشورهایی مانند کانادا ،روسیه،ایتالیاو پس از چند دهه به منطقه خاور میانه گسترش یافت. تئوری تشکیل نفت نحوه پیدایش نفت دقیقا" مشخص نیست و در این مورد فرضیه های گوناگونی پیشنهاد شده است.مهمترین تئوری ها مربوط به مواد معدنی و تئوری دیگر مربوط به ترکیبات آلی می باشد. الف- تئوری تشکیل نفت از مواد معدنی اساس این فرضیه بر ای استوار است که کربورهای فلزی تشکیل شده در اعماق زمین در اثر تماس با آب هایی که در زمین نفوذ می نماید ابتدا ایجاد هیدرومربورهای استیلنیبا رشته زنجیر کوتاه می کند .سپسهیدرو کربورهای حاصل در اثر تراکم و پلیمریزه شدن ایجاد ترکیبات پیچیده و کمپلکس را می نماید که اغلب آنها اشباع شده است. ب- تئوری تشکیل نفت از مواد آلی بنابراین فرضیه، نفت در اثر تجزیه بدن حیوانات در مجاورت آب و دور ار هوا تشکیل شده است.زیرا در این شرایط قسمت اعظم مواد ازته و گوگردی تخریب و مواد چرب باقیمانده در اثر آب هیدرولیز می گردد. اسیدهای چرب حاصله در اثر فشار و درجه حرارت با از دست دادن عوامل اسیدی تولید هیدرو کربن هایی با یک اتم کمتر کربن می نماید. تئوری تشکیل نفت بر مبنای مواد آلی فعلا" بیشتر مورد قبول می باشد. ذخایر نفتی در گذشته اکتشاف نفت به صورت تصادفی بوده،بطوریکه یک درصد ازحفاریها به نفت می رسید.اما با پیشرفت تکنولوژی امروزه شناسایی چاههای نفتی قابل بهره برداری،با ضریب اطمینان بیشتری صورت می پذیرد.برای بهبود بازدهی مخازن نفتی ،روشهای مختلفی ارائه شده است که در سه دسته تقسیم بندی می گردد. 1- روشهای حرارتی 2- روشهای تزریق امتزاجی 3- روش شیمیایی شکل 1 نحوه قرار گرفتن لایه های مختلف ژیزمان نفتی نشان می دهد مواد سازنده نفت خام مواد سازنده نفت از نظر نوع هیدرو کربن و هم چنین از نظر نوع ترکیبات هترو اتم دار بستگی به محل و شرایط تشکیل آن دارد.بنابراین مقدار درصد مواد سازنده نفت خام در یک ژیزمان نسبت به ژیزمان دیگر تغییر می کند.بطور کلی مواد سازنده نفت خام شامل:هیدروکربن ها،ترکیبات اکسیژنه،سولفوره،ازته و مواد معدنی می گردد. چون تعداد هیدروکربن های موجود در نفت نامحدود و جدا کردن آنها بطور کامل خیلی مشکل است،لذا آنها را بصورت کلی زیر تقسیم بندی می نمایند: پارافین های نرمال یا آلکان های خطی ایزو پارافین ها یا آلکانهای شاخه دار نفتن ها یا سیکلوآلکانها اولفین ها یا آلکن ها آروماتیک ها آلکیل آروماتیک ها فرآیند پالایش : کلیه ی عملیاتی که روی نفت خام انجام می شود تا نفت خام را به مواد قابل عرضه به بازار تبدیل کند. پالایش خود سه فرآیند عمده دارد : 1- تفکیک Separation 2- تصفیه ی شیمیایی Chemical treatment 3- تبدیل Conversion تفکیک Separation در واقع تفکیک، تفکیک حرارتی و یا همان تقطیر است. مخلوط پیچیده ای را در برج های تقطیر بزرگ حرارت داده و در اثر آن برش های نفتی به وجود می آید. واحدهای تقطیر اغلب از برج های تقطیر تشکیل شده است که شامل کوره ها،وسایل تبادل حرارتی،برج تقطیر جزء به جزء ،سرد کننده ها و چگالنده ها می باشد.اغلب از سه نوع روش تقطیر استفاده می کنند: تقطیر در فشار اتمسفر تقطیر در خلاء تقطیر تحت فشار در شکل 2 یک برج تقطیر و فرآورده جانبی آن بصورت شماتیک نشان داده شده است. تصفیه ی شیمیایی Chemical treatment برش های حاصل از تقطیر اغلب مستقیما" قابل استفاده نمی باشند و باید بر روی آنها عملیاتی انجام گیرد تا اب حذف ناخالصی ها تبدیل به موادی قابل ارائه به بازار گردند. روشهاي تصفيه مواد نفتي عملياتي كه در توليد و تصفيه نفت بر روي نفت خام انجام مي‌گيرند، عبارتند از: روش‌هاي گوناگون تقطير ، روش‌هاي فيزيكي و شيميايي تصفيه و تفكيك و روش‌هاي تغيير و تبديل مواد در واحدهاي مربوطه. بنابراين يك پالايشگاه ، مجتمعي از واحدهاي مختلف توليد ، تصفيه و تغيير و تبديل مواد خواهد بود كه هر واحد آن مجهز به سيستم‌هاي آماده نمودن شارژ ، تماس ، تفكيك فازها و جمع‌آوري حلال يا حرارت مي‌باشد و در هر واحد آن فرآورده هاي مختلفي بدست مي‌آيد. البته نخستين عمل قبل از هر گونه پالايش بر روي نفت خام ، عاري نمودن آن از آب مي‌باشد و سپس تصفيه نفت خام انجام مي‌گيرد. عاري نمودن نفت خام از آب : نفت خامي كه وارد تصفيه خانه مي‌گردد، داراي مقدار قابل ملاحظه‌اي از آبهاي نمكي است كه اغلب در مجاورت شن و تركيبات اكسيژنه به حالت امولسيون در مي‌آيد و وجود آب در اين مورد ، ايجاد اختلالاتي در حين عمل تقطير مي‌نمايد و بعلت وجود نمك‌ها نيز سبب خوردگي ديگ‌هاي بخار مي‌گردد. بنابراين بايد بطرق ممكنه ، آب را از نفت خام جدا نمود. با استفاده از يكي از روشهاي سانتريفوژ ، دكانتاسيون و استفاده ار يك ميدان الكتريكي ، آب را از روغن تفكيك مي‌كنند. تصفيه برش هاي سبك : منظور از تصفيه برش هاي سبك ، بيشتر تخليص گازهاي حاصل از پالايشگاه و يا گازهاي طبيعي از هيدروژن سولفوره و گاز كربنيك مي‌باشد. مهمترين روشهاي بكار گرفته شده ، شامل روش‌هاي ژيربوتول (Girbotol) ، آلكازيد (Alkazid) و فلوئورسلونت (Fluorsolvent) مي‌گردد. مواد جاذب مورد استفاده براي اين سه روش بدين قرار است: در روش ژيربوتول: مونواتانول آمين - دي اتانول آمين - تري اتانول آمين در روش آلكازيد: دي متيل آمينوپتاسيم استات - متيل آمينو پتاسيم پروپيويان در روش فلوئوسلونت: كربنات پروپيلن ،اين مواد جاذب ، اغلب در درجه حرارتي نزديك به درجه حرارت معمولي با CO2 و H2S عمل مي‌كنند و گازهاي جذب شده بعدا ، در فشار اتمسفر و حرارت 110 درجه سانتي‌گراد از محلول جاذب جدا و خارج مي‌گردند. تبدیل Conversion برش های نفتی که از عمل تقطیر بدست می آید کاملا" قابل استفتده نبوده و باید عملیات جدیدی بر روی آنها انجام داد تا باعث افزایش راندمان یا مرغوب شدن محصول گردد.برای این منظور از روشهای شیمیایی که ساختمان هیدروکربن ها را تغییر میدهداستفاده می نمایند.روش های تبدیل عبارتند از: الف- کراکینگ -کراکینگ حرارتی - کراکینگ کاتالیتیکی -هیدرو کراکینگ ب- رفرمینگ ج-روشهای سنتزی -دریدوژناسیون(هیدروژن گیری) - آلکیلاسیون الف- کراکینگ کراکینگ یعنی تبدیل هیدرو کربن های سنگین به هیدرو کربن های سبک جهت تولید سوخت مخصوصا" بنزین یا بالا بردن کیفیت بنزین.برای کراکینگ رو شهای مختلفی وجود دارد. -کراکینگ حرارتی کاستن از وزن مولکولی برش های مختلف نفت خام با استفاده از پیرولیز را کراکینگ حرارتی می گویند.روشهای کراکینگ حرارتی عبارتند از: کاهش ویسکوزیته کک سازی کراکینگ تحت فشار بخار آب - کراکینگ کاتالیتیکی در طریقه کراکینگ کاتالیکی عمل را تحت شرایط ملایم تری انجام می دهند.راندمان بنزین حاصله با راندمان بنزین از طریقه کراکینگ حرارتی برابر بوده اما عدد اکتان آن خیلی بالاتر می باشد.اولین کاتالیزور مورد استفاده زئولیت یا سیلیکوآلومینات طبیعی بود.امروزه از کاتالیزورهای سنتزی و نیمه سنتزی استفاده می شود. -هیدرو کراکینگ روش کاتالیکی دیگری که در آن از پیدایش کک جلوگیری می شود هیدروکراکاژ نام دارد.در این طریق باید عمل کراکینگ را تحت فشار زیاد هیدروژن(100اتمسفر)انجام داد.لازم است ازیک کاتالیزور اسید قوی مانند اسید فلوئوریدریک برای عمل کراکینگ و یک کاتالیزور مانند نیکل جهت انجام هیدروژناسیون وارد رآکتور نمود. ب- رفرمینگ جهت بالا بردن عدد اکتان بنزین هایی که از تقطیر مستقیم نفت خام بدست می آید از روشهای رفرمینگ استفاده می شود.از دو روش رفرمینگ حرارتی و کاتالیزوری استفاده می شود. استفاده از رفرمینگ کاتالیزوری موجب افزایش راندمان و مرغوبیت بیشتر بنزین نسبت به روش حرارتی می گردد. ج-روشهای سنتزی در دستگاههای کراکینگ و رفرمینگ همراه با تهیه بنزین مقداری از هیدروکربن های اشباع یا غیر اشباع تولید می گردد.جهت جلوگیری از تولید این ترکیبات از روشهای سنتزی استفاده می شود -دریدوژناسیون(هیدروژن گیری) این واکنشها همگی گرماگیر بوده و در دمای 600-500 درجه سلسیوس انجام می گیرد.کاتالیزور مورد استفاده معمولا" اکسید وانادیوم بر روی ژل سیلیس می باشد. - آلکیلاسیون تجمع یک مولکول اشباع شده با یک مولکول اشباع نشده را آلکیلاسیون می نامند.