ارزیابی نفت خام و روش های تفكیك

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 برش65-15 یا برش 100-65 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 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 200 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 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:

1. عدد اكتان ( gasolin)

2. نقطه دودی (kerosine)

3. 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:

1. تعیین وزن مخصوص

2. تعیینAPI

3. درصد ناخالصی ها ، نظیر گوگرد، نیتروژن و غیره

4. تعیین ویسكوزیته نفت

5. سبك یا سنگین بودن نفت خام

6. تعیین درصد فرآورده های نفتی

در روش های ASTM ستون تقطیر دارای حدود 32-30 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 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 2 كار عمده انجام می دهد.

1. سرویس دهی به واحدهای دیگر و پتروشیمی

2. 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 غيره را بررسی می كنند.

در این واحد از یك دستگاه ، شبیه تقطیر استفاده می شود این دستگاه حدود 65 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

اساس كار دستگاههای تقطیر به 2 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 2 روش عمده وجود دارد كه عبارتند از:

1. روش برج تقطیر

2. 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 20 بشكه به 20 لیتردر یك مقیاس نیمه صنعتی .

از این ستون تقطیر برای كارهای تحقیقاتی، تولیدی و شبیه سازی و غیره استفاده می شود.

ظرفیت دستگاه حدود 15 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 2 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 15 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 10 میلی بار پایین آورد.

5 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 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 35 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 )

1. شبیه سازی شرایط پالایشگاه

2. تولید بعضی از محصولات ویژه درحد چند تن

3. كارهای تحقیقاتی

4. تحقیقات بر روی كاهش خسارت در تغییرات خوردگی

5. 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:

1. ( perforated) : مشبك

2. 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.

1- اندازه گیری برشهای روغنی ،

2- آسفالتین ،

3- مقدار آب و نمك نفت و

4- 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 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.