پالایش: فرایند جداسازی اجزای نفت خام

پالایش نفت خام: سفری از مخزن به زندگی روزمره

نفت خام چیست و چرا باید پالایش شود؟

نفت خام، مایعی غلیظ و تیره رنگ است که از اعماق زمین استخراج می‌شود. این ماده یک ترکیب خالص نیست، بلکه مخلوطی پیچیده از هزاران ماده شیمیایی مختلف به نام هیدروکربن^۵ است. مولکول‌های هیدروکربن از اتم‌های $ \ce{C} $ (کربن) و $ \ce{H} $ (هیدروژن) تشکیل شده‌اند. طول و ساختار این زنجیره‌های کربنی، خواص مختلفی به آن‌ها می‌دهد؛ از گازهای بسیار سبک مانند متان تا مواد جامدی مانند قیر.

ما نمی‌توانیم نفت خام را مستقیماً استفاده کنیم. برای مثال، ریختن نفت خام در باک خودرو، نه تنها آن را روشن نمی‌کند، بلکه به موتور آسیب جدی می‌زند. بنابراین، هدف از پالایش، جداسازی این مخلوط پیچیده به اجزای مفید و سپس تبدیل برخی از آن‌ها به محصولات باارزش‌تر است.

قلب پالایشگاه: برج تقطیر جز به جز

مهم‌ترین و اولین مرحله در پالایش، فرآیند تقطیر جز به جز^۶ است. این فرآیند از یک تفاوت کلیدی بین اجزای نفت خام استفاده می‌کند: نقطه جوش^۷.

هیدروکربن‌های با زنجیره کوتاه‌تر، نقطه جوش پایین‌تری دارند و زودتر بخار می‌شوند. هیدروکربن‌های با زنجیره بلندتر، نقطه جوش بالاتری دارند و دیرتر بخار می‌شوند. در برج تقطیر، نفت خام تا حدود ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود و به بخار تبدیل می‌شود. این بخار به داخل برجی بلند هدایت می‌شود که دما از پایین به بالا کاهش می‌یابد. هر جزء بر اساس نقطه جوش خود، در سینی‌های مختلف چگالش می‌یابد و به مایع تبدیل می‌شود و از نقاط مختلف برج جمع‌آوری می‌گردد.

تبدیل مولکول‌های سنگین به محصولات سبک و ارزشمند

پس از تقطیر، یک مشکل اساسی وجود دارد: تقاضا برای بنزین و نفتا بسیار بیشتر از تقاضا برای نفت کوره و قیر است. برای حل این مشکل، از فرآیندهای تبدیلی مانند کراکینگ استفاده می‌شود. در این فرآیند، مولکول‌های بزرگ و سنگین هیدروکربنی (مانند آن‌هایی که در نفت کوره یافت می‌شوند) در دما و فشار بالا و در حضور یک کاتالیزور^۸، به مولکول‌های کوچک‌تر و سبک‌تر (مانند بنزین) شکسته می‌شوند.

یک معادله ساده شده برای کراکینگ یک مولکول بزرگ به بنزین را می‌توان اینگونه نشان داد:

فرآیندهای تبدیلی دیگر شامل پلیمریزاسیون^۹ (اتصال مولکول‌های کوچک به هم برای ساخت مولکول‌های بزرگ) و ایزومریزاسیون^۱۰ (تغییر آرایش اتم‌ها در یک مولکول برای بهبود کیفیت، مانند افزایش عدد اکتان بنزین) هستند.

پالایش نفت در زندگی روزمره ما

محصولات پالایشگاه به شکلی باورنکردنی در زندگی ما حاضر هستند. وقتی با خودروی شخصی خود به مدرسه می‌روید، از بنزین استفاده می‌کنید. اتوبوس‌های مدرسه معمولاً با گازوئیل حرکت می‌کنند. اگر با هواپیما مسافرت کرده باشید، سوخت آن نفت سفید (سوخت جت) است.

اما فرآورده‌های نفتی فقط سوخت نیستند. نفتا خوراک اصلی کارخانه‌های پتروشیمی است که از آن، پلاستیک اسباب‌بازی‌ها، بطری‌های آب، لاستیک خودروها و الیاف پارچه‌هایمان تولید می‌شود. قیر برای آسفالت خیابان‌ها و پشت بام خانه‌ها به کار می‌رود. حتی وازلین و بسیاری از مواد آرایشی نیز از مشتقات نفت هستند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱ پالایش نفت خام (Crude Oil Refining)
^۲ برج تقطیر (Distillation Column)
^۳ کراکینگ کاتالیستی (Catalytic Cracking)
^۴ نفتا (Naphtha)
^۵ هیدروکربن (Hydrocarbon)
^۶ تقطیر جز به جز (Fractional Distillation)
^۷ نقطه جوش (Boiling Point)
^۸ کاتالیزور (Catalyst): ماده‌ای که سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش می‌دهد بدون آنکه خود مصرف شود.
^۹ پلیمریزاسیون (Polymerization)
^۱۰ ایزومریزاسیون (Isomerization)