09 شهریور 1394 منتشرشده در مقالات نوشته شده توسط 

بررسی ضریب پیچیدگی نلسون

این مورد را ارزیابی کنید
(0 رای‌ها)

1- مقدمه

نفت خام ماده ای بامولکول های سنگین وزنجیره ی هیدروکربنی بالاست که باانجام فرایندهای تصفیه ای می توان آن رابه فراورده های باارزش تری تبدیل کردوهرچه بتوان مولکول های نفت خام رابه مولکول های سبک تری تبدیل کرد ارزش اقتصادی آن بالاترخواهد رفت وبرای این کارباید ازمجموعه فرایند های بیشتری استفاده کرد.

 

 انواع پالایشگاه از نظر پیچیدگی :

میزان سوددهی یك پالایشگاه، به عوامل زیر بستگی دارد:
"قیمت نفت‌خام و در دسترس‌بودن آن"، "خصوصیات بازار منطقه‌ای"، "ظرفیت فرایندهای پالایشگاه"، "درجه پیچیدگی" و "كارآیی پالایشگاه". انتخاب درجه پیچیدگی مناسب برای یك پالایشگاه، با توجه به این عوامل تعیین می‌گردد. پالایشگاه‌ها از نظر پیچیدگی به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند:

1- ساده (Topping)
در این پالایشگاه نفت‌خام توسط تقطیر اتمسفری، تنها به اجزای تشكیل‌دهنده‌اش تبدیل می‌شود. محصول آن نفتا است و بنزین تولید نمی‌كند.

2- Hydroskimming -:
این نوع پالایشگاه به واحد تقطیر اتمسفری و واحد تغییر شكل نفتا (Reforming) مجهز است. از نوع ساده پیچیده‌تر است و بنزین تولید می‌كند. اما مقدار زیادی سوخت كم‌ارزش كه تقاضا برای آن كم است، نیز تولید می‌كند.

3- Cracking:
علاوه بر واحدهای ذكر شده در انوع ۱ و ۲ ، شامل واحد تقطیر خلأ و واحد شكست كاتالیستی (FCC) نیز می‌باشد. نسبت به نوع ۲، یك درجه پیچیدگی بیشتری دارد. تولید نفت كوره در آن كاهش یافته و تبدیل آن به فرآورده‌های تقطیر سبك و میان‌تقطیر انجام می‌شود.

 

 4-: Coking

این پالایشگاه مجهز به فرایندDelayed Coking است كه قبل از فرایند شكست كاتالیستی انجام می‌شود. درجه بالای تبدیل نفت ‌كوره به فراورده‌های تقطیر و كك نفت باعث می‌شود نسبت به انواع قبلی بالاترین پیچیدگی را داشته باشد.
برای نشان دادن میزان پیچیدگی یك پالایشگاه، از ضریب پیچیدگی نلسون استفاده‌ می‌كنند كه این ضریب برای پالایشگاه Hydroskimming، در حدود ۲، برای پالایشگاه Cracking تا ۵ و برای نوع Coking بالاتر از ۹ تعیین شده‌است.
ضریب پیچیدگی پالایشگاه، اطلاعاتی راجع به پیچیدگی پالایشگاه، هزینه‌های جایگزینی و توانایی ارزش‌افزوده یك پالایشگاه در اختیار قرار می‌دهد؛ ضمن اینكه می‌توان براساس آن پالایشگاه‌های مختلف را طبقه‌بندی كرد.

معرفی فرایندهای پالایش :
نوع فرایندهای مورد استفاده در پالایشگاه، در تعیین پیچیدگی آن مؤثر است و هر اندازه واحدهای تبدیل ثانویه یك پالایشگاه، بیشتر باشند درجه پیچیدگی آن نیز بیشتر خواهد بود. در زیر واحدهای تبدیل اولیه و ثانویه و انواع آنها معرفی می‌شوند:

الف) فرایندهای تبدیل اولیه (Primary Conversion Processes) :

1- تقطیر اتمسفری:
ابتدایی‌ترین فرایند در پالایشگاه، جداسازی تركیبات تشكیل‌دهنده نفت خام در فشار اتمسفر است كه توسط حرارت و سپس متراكم كردن آن با سردكردن انجام می‌شود. این فرایند در واحد CDU یا Conversion Distillation Unit انجام می‌گیرد

2- تقطیر در خلأ :
واحد تقطیر در خلأ (VDU) عمل جداسازی تركیبات نفت‌خام را به اجزای تشكیل‌دهنده، در فشاری پایین‌تر از فشار اتمسفری انجام می‌دهد كه در این صورت از تغییر شكل كك جلوگیری می‌شود.
تركیبی از این دو واحد فرایند (VDU/CDU) نیز برای جداسازی نفت‌خام به تركیبات اولیه به‌كار می‌رود كه محصولات آن LPG،‌ نفتا،‌ كروزن، نفت‌گاز، نفت‌گاز خلأ و ته‌مانده ستون تقطیر خلأ می‌باشد.

 

 ب) فرایندهای تبدیل ثانویهSecondry Conversion Processes))

فرایندهایی هستند كه روی محصولات حاصل از ستون‌های تقطیر مانند نفت‌كوره و نفتا انجام می‌شوند و محصولات سبك‌تر و با ارزش‌افزوده بالاتر تولید می‌كنند.

1- آلكیلاسیون (Alkylation)
این فرایند برای تركیب شیمیایی ایزوبوتان‌ با هیدوركربن‌های اولفینی سبك(از نوع c۴و c۳)، در حضور كاتالیست‌ اسیدی به‌كار می‌رود. محصول این فرایند آلكیلات (Alkylate)، یكی از بهترین تركیباتی است كه می‌تواند برای به‌سوزی بنزین به آن اضافه شود؛ زیرا یك سوخت تمیز، با محتوی سولفور كم و فاقد تركیبات اولفینی و آروماتیكی است ضمن اینكه عدد اكتان بالا و فشار بخار پایین هم از خصوصیات آن می‌باشد.
از منظر دیگر،‌ اولفین‌های C۳ و C۴ برای تولید LPG یا Petroleum Gas Liquified نیز كاربرد دارند. از این‌رو در مناطقی كه تقاضا برای LPG بیشتر از مصرف بنزین باشد، فرایند آلكلیلاسیون رایج نیست.

2- فرایند ( Bottam of the Barrel) 
مجموعه فرایندهایی است كه روی مواد ته‌مانده ستون تقطیر خلأ با نقطه‌جوش بالا ( ºc۵۶۵)، محتوی سولفور زیاد و حاوی قیرمعدنی و فلزاتی كه در نفت كوره صنعتی یا سنگین یافت می‌‌شود انجام می‌شود؛ اهمیت آن از این جهت است كه كاربرد نفت كوره به‌دلیل محدودیت‌های میزان انتشار Sox و Nox به‌شدت در حال كاهش است. چندین روش برای انجام این عمل وجود دارد كه شامل فرایندهای زیر است:
Delayed Cracking-1
Visbreaking-2
Resid Desulfurization-3
در ادامه به توضیحات بیشتر درباره آنها نیز می‌پردازیم.

3- شكست كاتالیستی (Catalytic Cracking)
در طی این فرایند مولكول‌های هیدروكربن پیچیده، سنگین و بزرگ توسط حرارت و در حضور كاتالیست (بدون افزودن هیدروژن) به مولكول‌های ساده‌تر و سبك‌تر شكسته می‌شوند. با اعمال این فرایند، نفت سنگین (از اجزای‌ تشكیل‌دهنده نفت كوره) به محصولات با ارزش‌تر مثل LPG، بنزین و فراورده‌های میان‌تقطیر تبدیل می‌شود. كاربرد این فرایند كه اختصاراً با نام FCC یا Catalytic Cracking Fluidized‌ شناخته می‌شود،‌ در فرایندهای تبدیل ثانویه پالایش گسترده است.
واحدهای FCC، براساس دو الگوی "حداكثر تولید بنزین" و "حداكثر تولید فراورده‌های تقطیری" عمل می‌كنند كه انتخاب یكی از آنها به الگوی تقاضای فصلی محصولات بستگی دارد. اخیراً روش "حداكثر تولید اولفین" نیز اهمیت پیدا كرده است كه تولید پروپلین، بوتیلن‌ها وLPG به حداكثر میزان خود می‌رسد

 

4- شكست تأخیری ( Delayed Coking)
یكی از فرایندهایی است كه روی مواد ته‌مانده حاصل از ستون‌ تقطیر خلأ انجام می‌شود و نفت‌های سبك‌تر و هم‌چنین كك‌نفت تولید می‌كند. نفت‌ سبك می‌تواند در واحدهای دیگر پالایشگاه به محصولات باارزش‌تر تبدیل شود. كك حاصله، هم به‌عنوان سوخت و هم در ساخت ورق‌های آلومینیومی كاربرد دارد. 5- تصفیه هیدروژنی (Hydrotreating)
این فرایند برای تصفیه اجزای تشكیل‌دهنده نفت‌خام، در حضور كاتالیست‌ها و مقادیر معتنابهی از هیدروژن به‌كار می‌رود. این فرایند در سولفور‌زدایی، نیتروژن‌زدایی و تبدیل اولفین‌ها به پارافین‌ها مؤثر است.

6- اصلاح یا تغییر شكل‌دادن (Reforming)
در این فرایند، هیدروكربن‌های خطی به آروماتیكی تغییر شكل می‌دهند كه در بنزین این شكل مناسب‌تر است. از آنجا كه كاتالیست‌ این فرایند، حاوی پلاتین می‌باشد خوراك آن باید عاری از سولفور باشد.
برای تولید آروماتیك‌ها در صنعت پتروشیمی نیز از این فرایند استفاده می‌شود.

7- شكست حرارتی (Thermal Cracking)
در این فرایند از گرما و فشار برای شكستن مولكول‌های سنگین و تولید مولكول‌های سبك‌تر (‌با خوراك نفت كوره)‌ استفاده می‌شود. این فرایند شامل Visbreaking، Delayed Coking و فرایندهای مشابه می‌باشد.

8- Visbreaking
یك فرایند شكست حرارتی ملایم است كه از نفت‌كوره و ته‌مانده‌های حاصل از ستون تقطیر اتمسفریك و خلأ،‌ در دمای ملایم، محصولات سبك و با ویسكوزیته پایین تولید می‌كند و در مناطقی كه هنوز نفت‌كوره سنگین مصرف بالا دارد، رایج است. به‌طور‌كلی باتوجه به مسائل زیست‌محیطی، اهمیت آن در سطح جهانی در حال كاهش است.

 

 9-شیرین‌سازی (sweetening) 

محصولات نفت باید عاری از تركیبات سولفور (مركاپتان‌ها) باشند، به‌دلیل اینكه در حین سوخت، گازهای نامطلوب Sox تولید می‌كنند. در فرایند ذكر شده توسط اكسیداسیون، سولفور‌زدایی انجام می‌‌شود كه به آن Merox یاMercaptan Oxidation گفته می‌شود. این فرایند در مورد LPG اشباع و غیراشباع، بنزین و كروزن كاربرد دارد.
جمع‌بندی:
به‌كار گیری فرایندهای تبدیل ثانویه با كارآیی بالا و بالا بودن درجه پیچیدگی پالایشگاه، مزیت‌های زیر را در‌پی دارد:
۱. انعطاف‌پذیری لازم در فرایند نفت‌خام با كیفیت‌های متنوع از جمله نفت‌خام نامرغوب، ‌ترش و سنگین
۲. توانایی تولید درصد بیشتری از محصولات باارزش مثل LPG، فراورده‌های تقطیری سبك و میان‌تقطیر و تولید درصد كمی از محصولات سنگین و نفت‌كوره كه در نتیجه آن ارزش‌افزوده بالاتری هم حاصل می‌شود.
۳. توانایی تولید محصولات (‌از جمله بنزین و گازوئیل)‌ با كیفیت بالا
باتوجه به آنچه گفته شد تعیین ضریب پیچیدگی پالایشگاه‌های كشور در ارتقای نوع آن‌ها، هم‌چنین انتخاب خوراك مناسب و نهایتاً سوددهی می‌تواند مؤثر باشد

 

محاسبه ضریب پیچیدگی نلسون برای پالایشگاه:

 برای محاسبه‌ی شاخص پیچیدگی پالایشگاه از رابطه‌ی زیر که در واقع معادل با متوسط وزنی پیچیدگی هر یک از واحدهای پالایشگاهی نسبت به واحد تقطیر اتمسفریک است، استفاده می‌کنند.

در هدف­‌گذاری­‌های مربوط به توسعه‌ی ظرفیت پالایشی، علاوه بر بهبود و افزایش ظرفیت پالایشی، بهبود شاخص پیچیدگی نلسون معیار مناسبی برای ارزیابی است. در نظر داشتن شاخص نلسون به عنوان یک پارامتر مهم توسعه، معیار قابل قبولی برای بسیاری از کشورهای دنیا است، به­ گونه‌ای که توسعه ظرفیت پالایشی با محوریت بهبود شاخص پیچیدگی فناوری هدف­‌گذاری می­‌شود، این درحالی است که توسعه‌ی ظرفیت پالایشی در ایران با محوریت ارتقای سطح فناوری دنبال نمی­‌شود.

 

سرمایه­‌گذاری­‌های مناسب با هدف بالابردن ضریب پیچیدگی مجتمع‌های پالایشگاهی، مزیت و نتایج مطلوبی را در پی دارد که مهم­‌ترین آن­‌ها عبارتند از:

  • افزایش توان پالایشگاه در فرآورش نفت­‌های نامرغوب و یا نفت­‌های سنگین؛
  • بالا رفتن حجم تولید محصولات سبک­ و با ارزش­‌تر مانند بنزین؛
  • تولید محصولات با کیفیت مطلوب ( به‌سوزی و آلایندگی)؛
  • بهبود حاشیه­‌ی سود پالایشگاهی (Refinery Margin).

به عنوان نمونه، پالایشگاه نفت Big Spring از جمله پالایشگاه­‌های ایالات متحده‌ی آمریکا با شاخص پیچیدگی نلسون در حدود 10.2 و ظرفیت 70 هزار بشکه در روز به فرآورش نفت خام مشغول است. مناسب بودن سطح پیچیدگی این پالایشگاه به­ نحوی است که سبد فرآورده­‌های آن در طی سال­‌های 2006 تا 2012 به طور متوسط شامل 50 درصد بنزین بوده است. همچنین پالایشگاه‌های انگلستان با داشتن متوسط 8.26 برای شاخص پیچیدگی نلسون، موفق به تولید فرآورده­‌های پالایشی با کیفیت مطلوبی شده‌اند.

 سرمایه‌گذاری­‌ها به گونه­‌ای بوده که متوسط آلایندگی محصولات آن­‌ها همواره نسبت به حداکثر مقادیر مجاز تعیین شده توسط اتحادیه اروپا، به مراتب پایین­‌تر بوده است. همان­طور که از شکل­ زیر پیداست میزان گوگرد بنزین همیشه کمتر از مقادیر مجاز اتحادیه اروپا بوده است به­ طوری­‌که میزان گوگرد بنزین تولیدی در سال 2009 به کمتر از 10 پی­‌پی­‌ام رسیده است.

 

2-شناخت وضع موجود صنعت پالایش ایران وجهان

1-2-میزان تولید،صادرات وپالایش نفت ایران:

 2-2-چگونگی پالایش درکشور: 

ایران دارای 9پالایشگاه می باشد وعلاوه برآن 7 پالایشگاه دردست ساخت دارد مجموع ظرفیت اسمی پالایشی ایران1.347 میلیون بشکه درروز است اما ظرفیت عملی آن 1.7 میلیون بشکه درروزاست.

پالایشگاه‌های نفت متناسب با میزان پیچیدگی‌ فناوری­‌های به­ کار رفته در آن­‌ها، فرآورده‌های متفاوتی را تولید می­‌کنند که خود تعیین کننده­ ی سبد فرآورده­ های پالایشگاهی است. درجه پیچیدگی یك پالایشگاه به توانایی تولید محصولات با ارزش در یک پالایشگاه اطلاق می‌­شود. این شاخص در پالایشگاه یکی از مهمترین عوامل موثر بـر وضـعـیـت سوددهی این صنعت است. تولید فرآورده‌ها با استانداردهای زیست­ محیطی مطلوب نیز یکی دیگر از پارامترهایی حائز اهمیت است، که دستیابی به آن منوط به داشتن فناوری‌های مناسب است. در راستای تعیین میزان پیچیدگی پالایشگاه­‌ها، نوع واحدهای فرآیندی به ­کار رفته در مجتمع پالایشی، تعیین کننده‌ی سطح فناوری  است و بر اساس محاسبات صورت گرفته برای تعیین میزان سطح پیچیدگی و به روز بودن پالایشگاه‌های کشور، عدد نلسون به طور متوسط 4.5گزارش شده است که این مقدارپایینی است.

 

 3-بررسی انواع فرآیندهای پالایشی نفت خام:

اولین ومهمترین واحد درپالایش نفت خام واحد تقطیراتمسفری (CDU ([1]است. این فرآیند ساده ترین فرآیند درپالایشگاه است. که درآن ترکیبات تشکیل دهنده ی نفت خام براساس نقطه ی جوش هیدروکربن هادرفشاراتمسفروتوسط حرارت  به صورت فیزیکی جدامی شود. فراورده های این واحدعمدتا شامل نفتای سبک،نفتای سنگین،سوخت جت، گازوییل،وته مانده ی برج اتمسفری است.

نفتای حاصل از واحد تقطیراتمسفری ابتدا به واحد تصفیه ی هیدروژنی [2]ارسال می شود، این واحد قبل از واحدهای کاتالیستی وعمدتا برای تصفیه ی گوگرد وازت به کارمی رود زیرا گوگرد وازت موجود درخوراک موجب سمی شدن کاتالیست می شود به همین خاطر ابتداآن راتصفیه می کنند. سپس ازطریق واحد تصفیه ی کاتالیستی[3] نفتای سنگین رابه بنزین موتور بادرجه ی آرام سوزی بالا تبدیل می کنند. این واحد رانمی توان برای نفتای سبک به کاربرد زیرا مولکول های آن سبک تراست واگراز واحد استفاده کنیم منجربه تولید فراورد های سبک وبی ارزش مانند پنتان وبوتان می شود. برای بالا بردن عدد اکتان نفتای سبک از فرآیند ایزومراسیون[4] استفاده می شود این فرایند درمجاورت کاتالیست انجام می شود و شامل واکنش هایی است که درآن فرمول مولکولی ثابت ولی شکل مولکول تغییرمی کند یعنی ترکیب خطی تبدیل به انشعابی می شود و باعث می شودکه درجه ی آرام سوزی آن هابیش ازحالت نرمال شود. این واکنش ها گرمازا بوده و و درمحیط اسید کلرید ریک سرعت بیشتری می یابد.

دومین برج درپالایشگا ها واحد تقطیر خلا  (VDU)[5] نام دارد وخوراک آن مواد باقی مانده ی برج تقطیر اتمسفری است. این واحد ازطریق شکست حرارتی، مواد سنگین نفتی رابه سوخت سبک مانند گازوییل (سبک وسنگین) تبدیل می کند.  گازوییل تولید شده دراین واحد به این علت  که ازروش شکست گرمایی [6]حاصل شده است کیفیت مطلوبی ندارد وعدد اکتان آن پایین است پس ابتدا گازوییل سبک راتصفیه می کنند بعد ازطریق روش های کاتالیستی (عمدتافرایند کاتالیستی بسترسیال[7]) آن راتبدیل به سوخت باکیفیت می کنند.

 گازوییل سنگین مستقیما وارد واحد شکست کاتالیستی(آیزوماکس) [8]می شود که طی آن مولکول های سنگین شکسته وبه مولکول های سبک تبدیل می شوند هدف ازطراحی وساخت واحد شکست کاتالیستی، تبدیل هایدروکربن های سنگین نفتی به فرآورده های مرغوب وپرمصرف که عمدتا فرآورده های میان تقطیر است می باشد این واحد متشکل ازدوبخش است

الف-راکتورها   ب-تقطیر

باقی مانده ی برج تقطیر خلا (نفت کوره) به واحد کک تاخیری [9]ارسال می شود که درآن فرآیند شکست حرارتی تاخیری باعث تخلیه کامل فلزات وکربن باقی مانده دریک فراورده به عنوان کک گردیده ودرهمان حال با درصد بازیافت بالابه نفتاودیزل ونفت گاز سنگین تبدیل می شود.

برای تبدیل نفت کوره می توان ازفرآیند شکست کاتالیستی بسترسیال برای مواد باقی مانده(RFCC)[10] استفاده کرد، تفاوت این فرآیند دراین است که به جای این که، باقی مانده ی برج تقطیراتمسفری به برج خلا برود ابتدا به واحدRCD برای تصفیه می رود (همان گوگردزدایی وازت زدایی) سپس به واحد RFCC برای تبدیل به فرآورده های سبک تر ارسال می شود. مزیت این روش این است که اولا نفت کوره ی کمتری تولید می شود،ثانیا دراین روش فرآورده های باکیفیت تری تولید می شود، ثالثا انرژی کمتری مصرف می کند،وهمین طوربنزین بیش تری تولید می کند ودیگر نیاز به استفاده از برج تقطیر خلا نخواهد بود.

 تااینجا یک توضیح مختصر درباره ی واحد های پالایشگاهی داده شد اما درپالایشگا ه های ایران این فرآیند ها کمی متفاوت هستند بدین ترتیب که در ایران  فرآیندهای شکست گرمایی(مانند کاهش گرانروی،واحدبرج تقطیرخلا و...) بیش ازفرآیند های شکست کاتالیستی انجام می پذیرد واین باعث تولید فراورده هایی باکیفیت پایین وهمین طورمصرف بالاترانرژی می شود درحالی که درجهان واحدها ی مبتنی برروش شکست گرمایی درحال منسوخ شدن است.

متاسفانه درایران گازوییل سبک برج تقطیر خلا به علت پایین بودن کیفیت مستقیما باسوخت تولید شده در سایر واحد ها مخلوط می شود که این باعث کاهش کیفیت فراورده های پالایشی میشود وهمین طوردرایران واحد کک تاخیری و شکست کاتالیستی بسترسیال مواد باقی مانده (به جزشازند) استفاده نمی شود ویکی ازعلت های تولید بالای مازوت این مورد است.

 

 تولید بالای مازوت دراین می تواند علل متعددی داشته باشد بخشی ازاین دلایل به شرح زیراست:

1-قدیمی بودن پالایشگاهها(متوسط عمرپالایشگاهها درایران48است)

2-استفاده بیش ازظرفیت اسمی پالایشگاه ها(به طورمثال ظرفیت عملی به اسمی پالایشگاه اصفهان 1.8است)

3-مصرف بالای مازوت درایران(حدود77درصد مازوت مصرفی درایران درنیروگاه هامصرف می شودکه این مقداربرابر14.5 میلیارد لیتردرسال است باارزش تقریبی 8.6میلیارد دلار!)

4-وزارت نفت ازپالایشگاهها برای فروش  فرآورده ها درصد قابل توجهی رو دریافت می کنداما برای فروش نفت کوره درصد قابل توجهی دریافت نمی کند وهمین می تواند یک عامل برای افزایش تولید نفت کوره باشد

 


 

[1]- Atmospheric distillation unit or conversion distillation unit

[2]- hydrotreater

[3] -catalytic reformer

[4]- isomerization plant

[5] -vacuum distillation unit

[6] -Thermal cracking

[7] -fluid catalytic cracking

[8] - hydrocracker

[9] - delayed coker

[10] - Residue Fluid Catalytic Cracking Unit

بازدید 5247 بار
آخرین ویرایش در دوشنبه, 09 شهریور 1394 ساعت 06:11

موارد مرتبط

ارتباط با ما

آدرس

ایران - تهران - دانشگاه علم و صنعت - دفتر مرکز پژوهش و فناوری علم و توسعه.

تلفن و فکس

77240664 - 021

021 - 77240667

ایمیل

این آدرس ایمیل توسط spambots حفاظت می شود. برای دیدن شما نیاز به جاوا اسکریپت دارید