فرآورده های نفتی و معدنی

فرآورده های نفتی و معدنی سیالات کاربردی هستند که از نفت به دست می آیند. فرآیندهای میان جریان نفت و گاز، نفت را به منظور تشکیل محصولات سوختی و غیرسوختی پالایش می کنند. سوخت ها شامل گازها، بنزین، نفت سفید، گازوئیل و نفت کوره می شود در حالی که محصولات غیرسوختی شامل مواد اولیه پتروشیمی، روغن های پایه، روغن های معدنی، مواد واسطه و پلیمرهای پایه است. 

واژه نفت از پیشوندهای لاتین petra به معنی سنگ و oleum به معنای روغن گرفته شده است. این اصطلاح می تواند برای توصیف هر مخلوطی از هیدروکربن های گازی، جامد یا مایع موجود در زیر سطح زمین استفاده شود. این یک سیال طبیعی مبتنی بر هیدروکربن با وزن‌های مولکولی مختلف است. اگرچه اصطلاح نفت به عنوان یک اصطلاح گسترده استفاده می شود که اشکال مختلفی را در بر می گیرد، اما ترکیب عنصری کاملاً مشخصی دارد. 

ترکیب شیمیایی

نفت شامل طیف گسترده ای از مواد مبتنی بر هیدروکربن با ترکیبات شیمیایی مختلف و طیف گسترده ای از خواص فیزیکی است. این ویژگی ها شامل چگالی، ویسکوزیته، ویسکوزیته سینماتیکی، کشش سطحی و وزن مخصوص می باشد. ترکیبات خاص موجود شامل مایعات معطر، نفتنیک و پارافینیک است.

معطر

مشتقات نفتی معطر دارای ساختار شیمیایی از نوع حلقه بنزن هستند. آنها همچنین به عنوان هیدروکربن های آروماتیک چند حلقه ای (PAHs) شناخته می شوند. معطرها برخی از رفتارهای شیمیایی بنزن مانند واکنش پذیری بالاتر و حلالیت بالاتر را در مقایسه با محصولات پارافینی و نفتنی از خود نشان می دهند. ماهیت واکنش پذیر روغن های پایه معطر آنها را به عنوان بلوک های ساختمانی پتروشیمی مفید می کند. می توان از آنها برای تولید سیالات مصنوعی و سایر ترکیبات پتروشیمی استفاده کرد. نفتالین را می توان ساده ترین هیدروکربن معطر در نظر گرفت، اما اغلب در گروه خود طبقه بندی می شود.

نفتالین

نفتالین دارای فرمول شیمیایی C 10 H 8 است و از نظر ساختاری به صورت دو حلقه بنزن ذوب شده با هم ظاهر می شود. نفتالین بوی مشخصی از «گلوله پروانه» دارد. روغن های نفتنیک به عنوان واسطه برای تولید حلال ها، سورفکتانت ها و سایر مواد پتروشیمی استفاده می شوند. 

نفتن

سیالات نفتنی دارای نسبت بالایی از ساختارهای سیکلوآلکانی با غیاب یا محتوای مولکول موم بسیار کم (کم تا بدون آلکان) هستند. روغن های معدنی با کمتر از 55 تا 60 درصد آلکان یا ساختار پارافینیک نفتنیک محسوب می شوند. مایعات نفتنیک و همچنین معطر، حلالیت بالاتری نسبت به مایعات پارافینی دارند. سیالات نفتنی همچنین خواص دمای پایین بهتری نسبت به سیالات پارافینی از خود نشان می دهند که آنها را برای کاربردهای نقطه ریزش پایین مفید می کند.

پارافین ها

پارافین یک هیدروکربن آلکانی با فرمول کلی (CnH 2n + 2 ) است. پارافین یا مشتقات نفتی پارافینی شامل روغن پارافین و موم پارافین است. موم پارافین از مخلوط آلکان تشکیل شده است که طول زنجیره آن از محدوده 20 ≤ n ≤ 40 متغیر است. زنجیره های هیدروکربنی به دو صورت مستقیم و منشعب یافت می شوند. موم پارافین در دمای اتاق جامد است و پس از تقریباً 37 درجه سانتیگراد (99 درجه فارنهایت) وارد فاز مایع می شود. روغن پارافین مانند روغن معدنی یک محصول جانبی از فرآیند تقطیر نفت است. محصولات مبتنی بر پارافین نسبتاً غیر واکنشی هستند و پایداری اکسیداسیون عالی دارند. روغن‌های پارافینیک دارای محتوای موم نسبتاً بالایی، نقطه ریزش بالا و معمولاً شاخص ویسکوزیته (VI) بالایی هستند.

پالایش

منبع نفت خام اغلب استفاده عملکردی را دیکته می کند زیرا مخلوط ممکن است حاوی بخش بزرگتری از هیدروکربن باشد که متناسب با یک نیاز خاص باشد. محصولات سوختی و غیر سوختی با استفاده از فرآیندهای میانی مانند تقطیر و کراکینگ جدا یا تصفیه می شوند.

تقطیر

تقطیر نفت خام مخلوطی از هیدروکربن ها را به اجزای مختلف آن از جمله گازهای سبک، بنزین، نفتا، نفت سفید، نفت دیزل، نفت کوره و باقیمانده جدا می کند. نقطه جوش این هیدروکربن ها توسط ساختار شیمیایی و تعداد اتم های کربن موجود در مولکول تعیین می شود. هنگام تقطیر درجه حرارت بالا می رود تا سیال تبخیر شود. هنگامی که بخارات از طریق ستون تقطیر بالا می روند، شروع به سرد شدن می کنند و هنگامی که دما به زیر نقطه جوش آنها می رسد، به حالت مایع تبدیل می شوند. چندین سینی سوراخ‌دار به بخارها اجازه می‌دهند تا در حین جمع‌آوری میعانات در شیب‌های دمایی مختلف، نفت خام را به جریان‌های سیال مختلف جدا کنند.

ترک خوردن

کراکینگ فرآیندی است که برای تجزیه زنجیره های هیدروکربنی بزرگ به زنجیره های کوچکتر استفاده می شود. این فرآیند با تغییر در آنتروپی هدایت می شود و با معرفی یک محیط فشار بالا و دمای بالا تسهیل می شود. این اجازه می دهد تا اتم های کربن در مولکول های بزرگتر جدا شوند. دو فرآیند اساسی وجود دارد، ترک حرارتی و ترک کاتالیستی.

• کراکینگ حرارتی یک فرآیند مبتنی بر دما است که در درجه اول برای تولید مواد اولیه برای پتروشیمی ها مانند آلکن های ساده استفاده می شود.

• کراکینگ کاتالیستی فرآیندی با دمای پایین تر است که در آن از کاتالیزورها برای تجزیه هیدروکربن های بزرگ استفاده می شود. ترک کاتالیزوری در درجه اول برای تولید محصولات سوختی استفاده می شود. 

مواد اولیه غیر سوختی

اکثر نفت خام برای تولید محصولات سوختی از جمله بنزین، نفت کوره، سوخت دیزل و مایعات گاز طبیعی پالایش می شود. تقطیر و باقیمانده شامل مواد اولیه پتروشیمی، روغن های پایه، روغن های معدنی و قیر است.

روغن های پایه و فرآیند

روغن‌های پایه و روغن‌های فرآیندی، سیالات خام هستند، معمولاً یک کسر نفت تصفیه شده یا یک ماده مصنوعی انتخاب شده، که با مواد افزودنی به منظور تولید روان‌کننده‌ها، گریس‌ها، روغن‌های حرارتی، سیالات هیدرولیک و سیالات فلزکاری ترکیب می‌شوند.

قیر

قیر که به آن آسفالت نیز می گویند، یک مایع چسبناک یا باقیمانده نفت نیمه جامد است. این ماده عمدتاً به عنوان چسبنده برای تثبیت سنگدانه ها در بتن و آسفالت استفاده می شود. قیر به عنوان یک باقیمانده تصفیه شده از تقطیر جزئی به دست می آید یا در موارد دیگر قیر خام ممکن است به عنوان یک ذخایر نفتی طبیعی یافت شود. 

روغن های معدنی

روغن معدنی محصول فرعی نفتی است که از تقطیر جزئی نفت خام تولید می شود. روغن های معدنی دارای اجزای حلقوی و آلکانی هستند. روغن‌های معدنی اغلب پایه یا روغن پایه در فرمول‌های روان‌کننده، سیال هیدرولیک یا مایع انتقال حرارت هستند. 

مواد اولیه پتروشیمی

مواد اولیه نفتی توسط صنایع پتروشیمی برای تولید طیف وسیعی از مواد و مواد شیمیایی استفاده می شود. دو ماده خوراکی رایج پتروشیمی الفین ها و آروماتیک ها هستند که از ترک خوردگی نفتا تولید می شوند یا ممکن است در طی تقطیر جزئی جذب شوند. این مواد اولیه ذخیره اولیه مورد استفاده برای تشکیل پتروشیمی های تمام شده از جمله حلال ها، مواد شیمیایی، مونومرها، واسطه ها، پلیمرهای پایه، رزین ها، الیاف، ژل ها و سایر مواد آلی هستند.

مایعات و روغن های فرآوری شده

سیالات مبتنی بر نفت برای تولید طیف گسترده ای از روغن ها و سیالات صنعتی بیشتر پردازش می شوند. کاربردهای کاربردی شامل موارد زیر است: 

ویژگی ها

• پیشگیری کننده از زنگ زدگی و بازدارنده های خوردگی روان کننده ها، گریس ها، روغن ها یا مواد افزودنی سیال هستند که یک لایه محافظ یا مانع برای جلوگیری از تشکیل زنگ زدگی یا خوردگی تشکیل می دهند.

• افزودنی‌های فشار شدید (EP)  شامل عوامل شیمیایی فعال (گوگرد، فسفر، ترکیبات کلردار) هستند که واکنش‌پذیر هستند و فیلمی را تشکیل می‌دهند که از تشنج، چسبندگی یا چسبندگی سطحی در کاربردهای فشار بالا جلوگیری می‌کند.

• روغن های نفتی و معدنی کم کف یا بدون کف حاوی مواد افزودنی هستند که هوای حباب شده را می شکنند. هوای وارد شده می تواند باعث آسیب پمپ به دلیل کاویتاسیون شود. کف کردن همچنین می تواند توانایی خنک کنندگی و مدول حجمی (یا سفتی) سیال را کاهش دهد.

• روان کننده ها یا سیالات جابجایی آب این توانایی را دارند که آب را از یک سطح بر اساس ویژگی های خیس شدن یا انرژی سطحی جابجا کنند.

استانداردها

سازمان بین المللی استاندارد (ISO) استانداردهایی را برای فرآورده های نفتی و فرآورده های نفت معدنی حفظ می کند. برای صنعت نفت و نفت معدنی، ISO با همکاری صنعت نفت آمریکا (API) برای بین المللی کردن استانداردها کار می کند. کمیته بین المللی انجمن آزمایش و مواد معدنی آمریکا (ASTM) نیز استانداردهایی را برای فرآورده های نفتی و نفت معدنی حفظ می کند که بسیاری از آنها مطابق با استانداردهای ISO هستند.

API Basic Petro Data - کتاب داده پایه نفت که برای اولین بار در اکتبر 1975 منتشر شد، حاوی اطلاعات گردآوری شده از انواع منابع ثانویه و همچنین داده های جمع آوری شده توسط API است.

ASTM Annual Book of Standards - انتشار سالانه استانداردهای جدید و تجدید نظر شده. استانداردهای خاص نیازهای صنایع متعددی از جمله فلزات آهنی و غیر آهنی، دفع زباله، مصالح ساختمانی، نفت، منسوجات، سیستم های کامپیوتری، تجهیزات پزشکی و تجهیزات ورزشی را برآورده می کند. 

منابع

نفت پالایش

اصول اولیه گریس روانکاری (pdf)

کراکینگ و فرآیندهای مربوط به پالایشگاه

.https://www.globalspec.com/