در دهه‌های اخیر، صنعت نفت و گاز با پیشرفت‌های فناوری به سرعت در حال توسعه است و مینی ریفاینری‌ها به عنوان قلب این صنعت، نقش اساسی در تبدیل مواد خام به محصولات پایدار و قابل استفاده ایفا می‌کنند. یکی از فرایندهای حیاتی در این مینی ریفاینری‌ها، فرایند کراکینگ مازوت است که باعث بهبود کیفیت و بهره‌وری سوخت‌های مازوتی میشود.
کراکینگ مازوت به عنوان یک تکنولوژی پیشرفته، در تولید محصولات نفتی با ویژگی‌های بهینه و سازگار با استانداردهای انرژی جهانی نقش مهمی ایفا می‌کند. این فرایند نه تنها به بهبود کیفیت سوخت‌ها کمک می‌کند بلکه با افزایش بهره‌وری در مصرف سوخت، تاثیر مثبتی بر بهره‌وری و پایداری مینی ریفاینری‌ها دارد.
در ادامه، به بررسی چگونگی اجرای فرایند کراکینگ مازوت در مینی ریفاینری‌ها، تکنولوژی‌ها و تجهیزات مورد استفاده، چالش‌ها و راهکارها، پیشرفت‌ها و نوآوری‌ها در این زمینه می‌پردازیم. این بررسی به ما کمک می‌کند تا نقش اساسی کراکینگ مازوت در بهبود عملکرد و پایداری صنعت نفت و گاز را به عنوان یکی از عناصر کلیدی مینی ریفاینری‌ها بشناسیم.
دلیل ضرورت کراکینگ
در یک مینی ریفاینری با خوراک نفت خام، چهار محصول نفت سفید، گازوئیل، نفتا و مازوت تولید می شود. در بین محصولات گفته شده بیشترین درصد تولید متعلق به مازوت است (حدود ۴۰ درصد).
این ماده در ایران، به دلیل وجود نداشتن تکنولوژی بیشتر در صنایع قیر سازی استفاده می شود. اما با افزودن واحد کراکینگ در مینی ریفاینری ها می توان از این ماده در جهت تولید نفتا، نفت سفید و گازوئیل استفاده کرد و به این ترتیب درصد سود دهی مینی ریفاینری را چند برابر کرد.
همچنین یکی ار مزیت های واحد کراکینگ، تولید کک متالورژی به عنوان یک منبع کربن در صنایع مختلف، به ویژه در تولید فولاد، آهن، نیکل، و کروم استفاده میشود.این ماده به دلیل سختی تولید و کمیاب بودن، بسیار با ارزش می باشد.
فرایند کراکینگ مازوت
فرایند کراکینگ ترکیبات سنگین نفتی یکی از سودآورترین فرایندهای موجود در صنعت نفت است که بسته به خوراک دارای مراحل متفاوتی است. مراحل مشترک برای تمامی خوراک ها به خصوص وکیوم باتوم و مازوت، گوگرد زدایی از خوراک ورودی و استفاده از راکتور کراکینگ است.
کراکینگ هیدروکربن های سنگین در صنعت به روش های مختلفی از جمله کراکینگ حرارتی، کراکینگ هیدروژنی و … انجام می شود. چالش اساسی این فرایند خوردگی تجهیزات و تولید محصولات بی کیفیت ناشی از گوگرد موجود در خوراک است که با واحد گوگرد زدایی سامیار این مشکل به راحتی قابل حل است.
انواع فرایند های کراکینگ
۱.کراکینگ کاتالیستی(Catalytic Cracking):
کراکینگ مازوت به روش کاتالیستی، به منظور تبدیل مازوت به مواد با ارزش به وسیله ی یک کاتالیست انجام می شود.
- ورود مازوت: در ابتدا مازوت که ماده ی اولیه است، وارد واحد می شود. به منظور بهره وری و نتیجه ی مطلوب تر محصول تولیدی ،ممکن است از واحد گوگردزدایی عبور کرده و وارد راکتور کراکینگ شود.
- تماس مازوت با کاتالیست: در این مرحله مازوت در راکتور تحت دما و فشار مخصوص با کاتالیست های خاص در تماس قرار می‌گیرد. کاتالیست یک نوع ماده است که سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهد ولی خود مصرف نمی شود. کاتالیست ها معمولاً از مواد مختلفی مانند زئولیت، مولیبدن و نیکل تشکیل میشوند. سرانجام، زنجیره ی مولکول های مازوت شکسته شده و به ماده ی سبک تری تبدیل می شود.
- تولید محصول های سبک: در نتیجه ی شکستن زنجیره ی مولکول های سنگین مازوت،نفتا،نفت سفید و گازوئیل تولید میشود.
- جداسازی محصولات: محصولات باید از یکدیگر جدا شوند، اینکار به وسیله ی Separation Equipmentجدا می شوند.
- بازیابی کاتالیست: کاتالیست استفاده شده از محصولات جدا میشود و به واحد بازیابی کاتالیست منتقل میشود. در اینجا، کاتالیست از مواد لایه‌ای و رسوب‌های تشکیل شده تمیز شده و برای استفاده مجدد آماده میشود.
چالش های این روش:
- خستگی کاتالیست: ماده کاتالیست با گذر زمان خسته میشود و نیاز به تعویض دارد. منظور از این اصطلاح، این است که به دلیل تجمع برخی از آلودگی ها بر روی کاتالیست،کارایی کاتالیست کم می شود.
- تشکیل لایه کربنی: در برخی موارد، لایه‌هایی از کربن روی کاتالیست تشکیل میشود که ممکن است به کاهش کارایی آن منجر شود.
۲.کراکینگ حرارتی:
کراکینگ حرارتی یکی از روش های تبدیل هیدروکربن‌ها است که طی آن مولکول‌های هیدروکربن در اثر حرارت شکسته می شود و با توجه به گرماگیر بودن این واکنش‌ها در هر واحد کراکینگ، کوره نقش مهمی دارد و سایر قسمت ها فقط به منظور جداسازی فرآورده‌ها قرار داده شده‌اند.
- آماده سازی خوراک:ابتدا مازوت در داخل مخازن جمع آوری می شود و برای فرآیند کراکینگ آماده می شوند.
- پیرولیز: در یک راکتور،خوراک اولیه تحت حرارت و فشار مخصوص قرار می گیرد.گرمای این مرحله به وسیله ی کوره تامین می شود. خوراک ورودی شکسته شده و به مولکول های کوچک تر تبدیل می شود. در این روش برای کنترل دما از کاتالیست های مخصوص استفاده می شود.
- جمع آوری محصولات: محصولات باید از یکدیگر جدا شوند، اینکار به وسیله ی Separation Equipmentجدا میشوند.
چالش ها:
- تولید گازهای سمی: در فرآیند کراکینگ حرارتی، تولید گازهایی همچون اکسیدهای کربن، متان و گازهای سمی می‌تواند اتفاق بیافتد. این گازها نیاز به کنترل و پالایش دارند تا تأثیرات زیست محیطی کاهش یابد.
- خستگی کاتالیست: مانند کراکینگ کاتالیستی، خستگی کاتالیست در کراکینگ حرارتی نیز یک چالش است. آلودگی‌ها، تشکیل لایه‌های کربنی و تغییرات شیمیایی باعث کاهش عمر مفید کاتالیست میشوند.
- پرهیز از تجزیه مولکولی غیرمطلوب: در برخی موارد، تجزیه مولکولی به سمت تولید محصولات غیرمطلوب ممکن است اتفاق بیافتد. استفاده از کاتالیست‌های با گرمای انتخابی و فرآیندهای کنترلی برای جلوگیری از این مشکلات لازم است.
- مدیریت حرارت: کنترل دقیق دماها و حرارت در تمام فرآیند یک چالش است. تغییرات ناگهانی دما ممکن است به عوارض جانبی و کاهش کارایی منجر شود.
کراکینگ با فناوری سامیار:
فناوری کراکینگ (شکست حرارتی) مازوت با افزودنی و شرایط بهینه و تولید محصولات با کیفیت از جمله نفتا (بنزین خام)، نفت سفید (سوخت جت) گازوئیل، کک متالورژی با هدف حداقل گاز تولیدی(حدود ۵%) است. چالش اصلی این فرآیند فناورانه دسترسی به میزان حد اکثر سوخت مایع و حداقل میزان گاز است.
با توسعه واحد پیش فرایند، تنظیم درصد افزودنی های خوراک، بهینه سازی شرایط راکتور و ریسیور و ایجاد واحد جداسازی برای رسیدن به خلوص نهایی امکان اجرای این ایده وجود خواهد داشت.
اولین مرحله و در واقع مهم ترین مرحله ی کراکینگ مازوت،بخش راکتور می باشد. به این ترتیب که مازوت وارد راکتور می شود و بر اساس حرارت دیدن، زنجیره ی هیدروکربن های سنگین آن شکسته می شوند و به هیدروکربن های سبک تر مانند نفتا، نفت سفید و… تبدیل می شوند که از لحاظ اقتصادی و نیاز جامعه با ارزش تر می باشند.
حال بهینه بودن شرایط راکتور می تواند تاثیر زیادی بر روی رسیدن به هدف مورد نظر که افزایش تولیدات سوخت های مایع و کاهش گاز ها داشته باشد. اقداماتی که شرکت سامیار در این راستا انجام داده است این بوده که در فشار و دما های مختلف آزمایش انجام داده و درصد و بازدهی راکتور و رنج تقطیر محصولات را اندازه گیری کردیم تا بهینه ترین حالت را پیدا کنیم.همچنین نوع حرارت دهی و ابعاد راکتور در بهینه سازی مهم است.
در مورد حرارت دهی،مواردی نظیر نرخ انتقال حرارت و مدت زمان رسیدن به دمای مورد نظر نیز مورد اهمیت می باشد.
شرکت صنعت آفرین سامیار با انجام ازمایش و در نظر گرفتن موارد بالا توانسته است به بهینه ترین حالت راکتور و حداکثر میزان سوخت مایع و حداقل مقدار گاز دست یابد.
تاثیرات اقتصادی:
در یک مینی ریفاینری، حدود نیمی از محصول از مازوت تشکیل شده است. مازوت ماده ی با ارزشی است به شرطی که به وسیله فرآیند بهینه ی کراکینگ مازوت به مواد با ارزش مانند نفتا،نفت سفید و گازوئیل تبدیل شود.
در زیر به وسیله ی نمودار می توان تفاوت افزودن واحد کراکینگ به یک مینی ریفاینری را با شرایط بدون واحد کراکینگ مقایسه کنید.
