نفت خام، این مایع سیاه و چسبناک، یکی از ارزشمندترین منابع طبیعی دنیاست که نقش حیاتی در تأمین انرژی جهانی و تولید مواد اولیه صنایع مختلف دارد. اما آیا تاکنون فکر کرده‌اید که این ماده‌ی طبیعی چگونه از دل زمین استخراج شده و به سوخت‌هایی مانند بنزین، گازوئیل و مواد اولیه پتروشیمی تبدیل می شود؟ در این مقاله، به زبانی ساده اما دقیق، فرآیند استخراج و پالایش نفت خام تا تولید سوخت پتروشیمی را بررسی می کنیم.
نفت خام چیست؟
نفت خام (Crude Oil) ترکیبی طبیعی از هیدروکربن ها و مقادیر اندکی ناخالصی مانند گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و فلزات است. این ماده طی میلیون ها سال از تجزیه و فشرده شدن بقایای موجودات زنده دریایی در لایه های رسوبی زمین به وجود آمده و در اعماق پوسته زمین تجمع یافته است.
به طور کلی، دو نوع رایج نفت خام در بازار جهانی وجود دارد: نفت سبک (Light Crude) و نفت سنگین (Heavy Crude).
به نفت خامی گفته می شود که چگالی پایینی دارد. یعنی API Gravity بالاتر از ۳۱ و دارای گرانروی کم و درصد گوگرد پایین است. به دلیل کیفیت بالا، پالایشگاه ها معمولاً نفت سبک را ترجیح می دهند.
ویژگی ها:
- راحت تر استخراج و پالایش می شود.
- محصولات باارزشی مثل بنزین و گازوئیل سبک از آن به دست می آید.
- در بازارهای جهانی قیمت بالاتری نسبت به نفت سنگین دارد.
نفت سنگین(Heavy Crude)
نفت سنگین (Heavy Crude) به نفتی گفته میشود که گرانروی بالا و API Gravity کمتر از ۲۲ دارد. به دلیل ناخالصی بالای نفت سنگین، قیمت آن در بازار جهانی کمتر از نفت سبک است.
ویژگی ها:
- غلیظ و چسبناک است.
- استخراج و پالایش آن سخت تر و پرهزینه تر است.
- گوگرد و فلزات سنگین بیشتری دارد.
- معمولاً برای تولید قیر، روغن های سنگین و سوخت کوره استفاده میشود.
ویژگی های مهم نفت خام
نفت خام بسته به محل استخراج، رنگ، چگالی و ترکیب شیمیایی متفاوتی دارد که در ادامه به این ویژگی ها می پردازیم:
1- گرانروی (ویسکوزیته -Viscosity)
گرانروی نفت خام یکی از ویژگی های مهم نفت خام است که به میزان مقاومت آن در برابر جاری شدن گفته می شود.
- نفت با گرانروی پایین (نفت سبک):روان تر است، راحت تر پمپ می شود، و در فرآیندهای استخراج و پالایش هزینه کمتری دارد.
- نفت با گرانروی بالا (نفت سنگین):غلیظ تر و چسبناک تر است، سخت تر استخراج می شود و نیاز به عملیات حرارتی یا رقیق سازی دارد.
2- وزن مخصوص (API Gravity)
وزن مخصوص یا
API Gravity یکی از شاخص های بسیار مهم در طبقه بندی نفت خام است که توسط مؤسسه نفت آمریکا (API) تعریف شده. این شاخص نشان می دهد که نفت خام نسبت به آب، چقدر سبک یا سنگین است. هرچه API بالاتر باشد، نفت کیفیت بهتری دارد و پالایش آن آسان تر است. پالایشگاه ها معمولاً ترجیح می دهند نفت سبک با API بالا را دریافت کنند چون محصولات با ارزش تری مثل بنزین از آن به دست می آید.
- طبقه بندیوزن نفت خام بر اساس API
| نوع نفت |
محدوده API |
توضیح |
| نفت سبک (Light Crude) |
بیشتر از ۳۱ |
ارزشمندتر، مناسب برای تولید بنزین |
| نفت متوسط (Medium Crude) |
بین ۲۲ تا ۳۱ |
کیفیت متوسط، کاربرد عمومی |
| نفت سنگین (Heavy Crude) |
کمتر از ۲۲ |
استخراج سخت تر، ارزش اقتصادی پایین تر |
| نفت بسیار سنگین (Extra Heavy) |
کمتر از ۱۰ |
به سختی جریان می یابد، نیازمند فرآیندهای پیشرفته |
3- درصد گوگرد (Sulfur Content)
درصد گوگرد یکی از مهم ترین ویژگی های شیمیایی نفت خام است که نقش حیاتی در تعیین کیفیت، ارزش اقتصادی، و نحوه‌ی پالایش آن دارد.
- طبقه‌بندی نفت براساس درصد گوگرد
| نوع نفت خام |
میزان گوگرد |
توضیح |
| نفت شیرین
(Sweet Crude) |
کمتر از ۰.۵٪ |
کیفیت بالا، فرآیند پالایش آسان، آلودگی کمتر |
| نفت ترش
(Sour Crude) |
بیشتر از ۰.۵٪ |
نیاز به پالایش پیچیده‌تر، خوردگی بیشتر در تجهیزات، آلودگی بالاتر |
4- نقطه اشتعال (Flash Point)
نقطه اشتعال یکی از ویژگی های ایمنی و فیزیکی مهم نفت خام است که در ذخیره‌سازی، حمل‌ونقل و فرآیندهای صنعتی بسیار کاربرد دارد. نقطه اشتعال دمایی است که در آن بخارات حاصل از نفت خام می توانند در حضور شعله یا جرقه مشتعل شوند. به بیان دیگر، این دما پایین‌ترین دمایی است که نفت بخار قابل اشتعال تولید می‌کند.
| نوع نفت |
حدود نقطه اشتعال |
توضیح |
| نفت سبک |
۲۰–۴۰ درجه سانتی‌گراد |
زودتر بخار شده و قابل اشتعال می شود |
| نفت سنگین |
۵۰–۷۰ درجه سانتی‌گراد |
بخارپذیری کمتر، |
5- ترکیبات شیمیایی
ترکیبات شیمیایی نفت خام یکی از مهم ترین عوامل تعیین کننده در نوع فرآورده های نفتی و نحوه‌ی پالایش آن هستند. نفت خام مخلوطی پیچیده از هزاران ترکیب مختلف آلی است که بیشتر آنها از کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند، به همین دلیل به آنها هیدروکربن می گویند.
دسته بندی ترکیبات شیمیایی نفت خام:
- هیدروکربن های پارافینی (آلکان ها – Alkanes)
- هیدروکربن های نفتنیک(Cycloalkanes)
- هیدروکربن های آروماتیک(Aromatics)
- سفالتن ها و رزین ها(Asphaltenes & Resins)
- ترکیبات غیرهیدروکربنی
7- مقدار فلزات سنگین
مقدار فلزات سنگین در نفت خام یکی از ویژگی های مهم کیفی آن است که بر پالایش، ارزش اقتصادی و میزان آلودگی زیست محیطی تأثیرگذار است. این فلزات در مقادیر بسیار کم در حد ppm، ولی با اثرات بزرگ در فرآیندهای صنعتی حضور دارند. هرچه مقدار فلزات سنگین کمتر باشد، نفت خام ارزش اقتصادی بالاتری دارد. نفت هایی با نیکل و وانادیوم زیاد معمولاً جزو نفت های سنگین محسوب می شوند و پالایش آنها پیچیده تر و پرهزینه تر است.
8- رنگ و بو
نفت خام بسته به منشأ و ترکیبات شیمیایی اش، رنگ و بوی متفاوتی دارد که می تواند اطلاعات اولیه‌ای درباره کیفیت و ترکیب آن بدهد.
رنگ نفت خام:
- از کهربایی روشن تا قهوه‌ای تیره یا سیاه
- نفت سبک معمولاً رنگ روشن‌تری دارد.
- نفت سنگین به دلیل وجود آسفالتن ها و ترکیبات سنگین‌تر، تیره تر و غلیظ تر است.
بوی نفت خام:
- بویی تند، تیز و نافذ دارد.
- ناشی از ترکیبات آروماتیک و گوگردی مثل بنزن، تولوئن، مرکاپتان ها
- برخی نفت‌ها به دلیل وجود هیدروژن سولفید بوی شبیه تخم مرغ فاسد دارند.
نحوه استخراج نفت خام
استخراج نفت خام فرآیندی پیچیده و چندمرحله ای است که به منظور بیرون آوردن نفت از مخازن زیرزمینی و انتقال آن به سطح زمین انجام می شود. این فرآیند به طور کلی شامل مراحل اکتشاف، حفاری و تولید است که در ادامه به آنها اشاره می کنیم:
- اکتشاف:با استفاده از روش های زمین شناسی و لرزه نگاری، محل های دارای مخزن نفت شناسایی می شود.
- حفاری:پس از تایید وجود نفت، با دکل های مخصوص چاه هایی در زمین حفر می شود تا به لایه های نفتی برسند.
- تولید:در ابتدا با فشار طبیعی، نفت به سطح می آید (بازیافت اولیه). سپس با تزریق آب یا گاز (بازیافت ثانویه) و در مراحل پیشرفته با بخار یا مواد شیمیایی (بازیافت ثالثیه) تولید ادامه می یابد.
در پایان، نفت استخراج شده تصفیه اولیه می شود و از طریق لوله یا تانکر به پالایشگاه ها منتقل می شود.
فرآیند تبدیل نفت خام به سوخت پتروشیمی
تبدیل نفت خام به سوخت های مختلف و مواد پایه پتروشیمی نیازمند فرآیندهای پیچیده‌ای در پالایشگاه ها و واحدهای شیمیایی است. این مراحل به صورت زیر انجام می شوند:
۱. استخراج نفت خام
در این مرحله، نفت خام از طریق حفر چاه های نفتی از اعماق زمین یا دریا استخراج می شود. پس از استخراج، نفت به کمک خطوط لوله یا تانکرها به پالایشگاه منتقل می شود.
۲. پالایش نفت خام (Refining)
در پالایشگاه، نفت خام وارد برج های تقطیر (Distillation Towers) می شود. در این برج ها، نفت به تدریج گرم شده و در دماهای مختلف به اجزای سبک‌تر و سنگین‌تر تفکیک می شود. این فرآیند که تقطیر جزء به جزء نام دارد، نخستین گام در پالایش نفت است. خروجی های اصلی این مرحله عبارتند از:
- گاز مایع(LPG)
- بنزین(Gasoline)
- نفت سفید(Kerosene)
- گازوئیل(Diesel)
- نفت سنگین(Fuel Oil)
- باقیمانده ها(Residuum)
۳. فرآیندهای تبدیلی (Conversion Processes)
برای تولید مواد پتروشیمی یا افزایش کیفیت سوخت ها، برخی از اجزای سنگین تر باید به اجزای سبک تر تبدیل شوند. این کار از طریق فرآیندهایی مانند:
- کراکینگ(Cracking): شکستن مولکول های بزرگ تر به مولکول های کوچک تر.
- ریفورمینگ(Reforming): بازآرایی ساختار مولکولی برای افزایش اکتان بنزین.
- آلکیلاسیون(Alkylation): ترکیب مولکول های سبک برای تولید سوخت های با کیفیت.
فرآورده های تولید شده از نفت خام
در کنار تولید سوخت، بخش قابل توجهی از اجزای نفت خام به عنوان خوراک اولیه صنایع پتروشیمی استفاده می شوند. این مواد پایه در ساخت هزاران محصول شیمیایی، پلاستیکی، دارویی و صنعتی کاربرد دارند. مهم ترین مواد پتروشیمی حاصل از نفت خام عبارتند از:
- اتیلن(Ethylene): ماده اولیه در تولید پلاستیک ها، پلی‌اتیلن، PVC و...
- پروپیلن(Propylene): پایه تولید پلی‌پروپیلن و رزین ها
- بوتادین(Butadiene): برای تولید لاستیک های مصنوعی
- بنزن، تولوئن، زایلن:ترکیبات آروماتیک پرکاربرد در صنایع شیمیایی
نقش پتروشیمی در تبدیل نفت خام به پلیمرها
صنعت پتروشیمی یکی از مهم ترین حلقه های میانی زنجیره ارزش نفت خام است که نقش اصلی آن، تبدیل ترکیبات پایه حاصل از نفت و گاز به محصولات شیمیایی و پلیمری با ارزش افزوده بالا می باشد. در این میان، پلیمرها از مهم ترین محصولات نهایی پتروشیمی هستند که کاربرد گسترده ای در زندگی روزمره و صنایع گوناگون دارند، از جمله:
1- تولید مواد اولیه پلیمری
در مرحله اول، واحدهای پتروشیمی مواد سبک حاصل از تقطیر نفت خام مانند نفتا یا گاز طبیعی را طی فرآیندهایی مانند کراکینگ بخار به ترکیباتی ساده تر مانند اتیلن، پروپیلن، بوتادین و استایرن تبدیل می کنند. این ترکیبات به عنوان مونومر شناخته می شوند.
2- فرآیند پلیمریزاسیون
در واحدهای بعدی پتروشیمی، مونومرهای تولیدشده وارد واکنش های شیمیایی زنجیره ای موسوم به پلیمریزاسیون می شوند. در این واکنش ها، مولکول های کوچک (مونومر) به هم متصل شده و زنجیره های بلند پلیمری ایجاد می کنند. نمونه هایی از این تبدیل ها عبارتند از:
- اتیلن →پلی اتیلن (PE)
- پروپیلن →پلی پروپیلن (PP)
- استایرن →پلی استایرن (PS)
- وینیل کلراید →پلی وینیل کلراید (PVC)
3- کاربرد گسترده پلیمرها
پلیمرهای تولیدشده در پتروشیمی ها پس از شکل دهی، رنگ آمیزی و افزودن مواد کمکی، در ساخت هزاران محصول مختلف به کار می روند؛ از جمله:
- بسته بندی مواد غذایی
- لوازم خانگی
- قطعات خودرو
- اسباب بازی ها
- تجهیزات پزشکی
- الیاف مصنوعی، لوله، فیلم، بطری، کابل و ده ها مورد دیگر
نتیجه گیری
نفت خام یک منبع عظیم انرژی و مواد اولیه است که پس از استخراج، وارد مسیر پالایش و تبدیل می شود تا به سوخت های مختلف و محصولات پتروشیمی تبدیل گردد. این فرآیند نه تنها نیازهای انرژی بشر را برآورده می سازد، بلکه پایه گذار بسیاری از صنایع مدرن است. درک این زنجیره ارزش، ما را با اهمیت اقتصادی و استراتژیک نفت بیش از پیش آشنا می کند.
نفت چیست؟
نفت نوعی
سوخت فسیلی که از ترکیب هیدروکربن‌ها (اتم‌های کربن و هیدروژن) ساخته شده است. در حالت طبیعی در زیر زمین و بین لایه‌های سنگی وجود داره و با حفاری از چاه استخراج میشود.
نفت خام چگونه تشکیل میشود؟
نفت خام در اثر تجزیه جلبک‌ها و موجودات ریز دریایی که میلیون‌ها سال پیش در کف دریاها مدفون شدند، به‌وجود می‌آید. این بقایا زیر لایه‌های ضخیم گل و سنگ، تحت فشار و حرارت زیاد قرار گرفته و به مرور به هیدروکربن‌ها (ترکیبات اصلی نفت و گاز) تبدیل می‌شوند. سپس نفت به سمت بالا حرکت کرده و در میان سنگ‌های نفوذناپذیر به دام می‌افتد تا سرانجام با حفاری از دل زمین استخراج شود.
