پس از آسفالت گيري به عنوان خوراك واحد روغنسازي بكار مي‌رود.
خوراك واحد روغنسازي ابتدا به برج استخراج با حلال ارسال مي‌شود تا تركيب آروماتيكي سنگين آن جدا شوند. سپس وارد واحد موم گيري مي‌شوند، تا نقطه ريزش آن كاهش يابد. در انتها عمليات تصفيه بوسيله خاك‌هاي مخصوص يا هيدروژن آنجام مي‌شود تا رنگ و پايداري روغن بهبود يابد.
نمودار جريان و طرح عملياتي هر پالايشگاه با توجه به تجهيزات موجود، هزينه‌هاي عملياتي، تقاضاي بازار براي فراورده‌ها و ملاحظات اقتصادي مشخص مي‌شوند و از ويژگي‌هاي هر پالايشگاه است و هيچ دو پالايشگاهي وجود ندارد كه از نظر نمودار عملياتي كاملا مشابه يگديگر باشند[9].
ترکیب نفت خام
نفت خام اساسا از هيدروكربن‌ها تشكيل شده است. اين هيدروكربن‌ها متعلق به سه گروه پارافيني، نفتيو آروماتيك مي‌باشند.4هيدروكربن‌هاي سير نشده اولفيني، دي اولفيني، استيلني و غيره در نفت خام وجود ندارند، ولي ممكن است طي عمليات پالايشي در فرآورده هاي نفتي توليد شوند [9].
ويژگي‌هاي هيدروكربن‌هاي پارافيني اتصال اتم‌هاي كربن بوسيله پيوندهاي ساده است. ساير پيوند‌ها نیز بوسيله اتم‌هاي هيدروژن اشباع شده‌اند. C_n H_(2n+2) فرمول عمومي آنها است. نفتن‌ها یا سیکلو پارافین‌ها به فرمول C_n H_2n هیدروكربن‌هاي حلقوي سير شده‌اند.
ويژگي هاي آروماتيكها حلقه بنزني است كه سير نشده ولي پايدار است. هيدروكربن‌هاي حلقوي (نفتني و آروماتيك (كه داراي زنجيرهاي جانبي باشند، به هيدروكربن‌هاي مختلط موسومند.
علاوه بر هيدروكربن‌ها نفت خام داراي مقدار كمي تركيبات آلي گوگردي، نيتروژن‌دار و اكسيژن‌دار و نيز مقدار جزيي تركيبات آلي-فلزي با پايه نيكل، واناديم و آهن مي‌باشد.
تركيبات گوگردي موجود در نفت خام عبارتند از مركاپستان‌ها، انواع سولفيدها و پلي‌سولفيدها، تيوفن و تركيبات تيوفني كه در قسمت‌هاي سنگين نفت خام متمركزند. ضمنا تركيبات گوگردي اكسيژن‌دار نيز ممكن است در حين عمليات پالايشي، در اثر واكنش تركيبات گوگردي با اسيد سولفوريك ايجاد شوند.
مقدار تركيبات نيتروژن دار موجود در نفت خام كمتر از تركيبات گوگردي است. تركيبات نيتروژن‌دار موجود در نفت خام به دو دسته بازي و غير بازي تقسيم مي‌شوند. از تركيبات بازي مي‌توان مشتقات پيريدين و كينولئين و از تركيبات غير بازي مشتقات پيرئل، اندول و كاربازل را نام برد.
در نفت خام تركيبات اكسيژن‌دار به صورت اسيدهاي كربوكلسيليك، فنولها، كتونها و تركيباتي از نوع دي بنزوفوران موجود است.
نفت خام حاوي برخي از فلزات نظير نيكل، واناديم، آهن، روي، مس، كروم، منگنز و كبالت نيز مي‌باشد. غلظت این فلزات بسیار ناچیز می‌باشد و با وجود غلظت اندك باعث بروز اشكالاتي از قبیل خورندگي، مسموميت كاتاليزور و غيره مي‌شوند.
جدول‌هاي زير مهمترين تركيبات گوگردي، نيتروژن دار واكسيژن‌دار موجود در نفت‌هاي خام را ارائه مي‌دهد.
جدول 4 1 ترکیبات گوگردی نفت خام[9]
جدول 4 2 ترکیبات اکسیژن‌دار و نیتروژن‌دار [9]
تقطیر
نخستین عمل مهمی که در پالایشگاه روی نفت خام انجام می‌شود، تقطیر است. طی این عمل نفت خام به فراورده‌های مختلف نفتی تفکیک می‌شود. مبنای این تفکیک اختلاف فاصله‌ی جوش فراورده‌هاست[7].
کلیاتی در مورد تقطیر
اجسام خالص
هنگامی که یک مایع خالص را در فشار اتمسفری حرارت دهند مقداری گرما جذب کرده و دمایش افزایش می‌یابد، تا به نقطه‌ای برسد که شروع به جوشیدن کند یعنی در آن حباب‌های بخار تشکیل می‌شود. این دما را نقطه جوش عادی مایع می‌نامند.
افزايش فشار باعث بالا رفتن نقطه جوش مي‌شود. چنانچه تغييرات فشار را بر حسب دماي جوش رسم كنيم، منحني فشار بخار بدست ميآيد، كه به نقطه بحراني منتهي مي‌شود. فشار بخار نشان دهنده تمايل مولكول‌ها به فرار از فاز مايع است. هنگام جوشيدن فشار بخار يك مايع خالص برابر فشار خارجي مي‌شود. اگر حرارت دادن به مايع در حال جوش را ادامه دهند، مايع در دماي ثابت تبخير مي‌شود. گرمايي كه مايع در اين هنگام جذب مي‌كند، گرماي نهان تبخير ناميده مي‌شود. اگر مايعي را تحت فشار حرارت دهند، آنتالپي و دمايش مرتبا افزايش يافته، ولي تا زماني كه فشار آن برابر فشار خارجي نشده باشد، تبخير صورت نمي‌گيرد. حال اگر فشار خارجي را كاهش دهيم بي‌آنكه حرارتي به مايع داده شود، مايع شروع به جوشيدن مي‌كند. در اين حالت قسمتي از مايع به وسيله انبساط ايزوآنتالپيك تبخير مي‌شود كه به تبخير آني107 موسوم است. مقايسه با تبخير، تقطير عمل كاملتري است و عبارت‌از تبخير يك مايع و سپس سرد كردن و ميعان بخارهاي حاصل مي‌باشد[7].
مخلوط دوتایی و چند‌جزیی
هنگامی که فشار بخار مخلوط برابر فشار خارجی شود مخلوط شروع به جوشیدن می‌کند. دمای شروع جوش را نقطه‌حباب108 می‌نامند که بستگی به فشار و غلظت محلول دارد. دمایی که آخرین قطره مایع تبدیل به بخار می‌شود نقطه‌شبنم109 نام دارد که بالاتر از نقطه حباب است. نقطه حباب و شبنم تابع فشار و ترکیب مخلوط می‌باشد.
در يك مخلوط چند جزيي، فشار بخار يك مخلوط برابر است با مجموع فشارهاي بخار جزيي سازنده‌هاي آن. در مخلوط ايده آل بر طبق قانون رائول، فشار بخار جزيي هر سازنده برابر است با حاصل‌ضرب فشار بخار حقيقي آن در كسر مولي. در مخلوط‌هاي پيچيده كه تركيب سازنده‌ها مشخص نيست، بايد فشار بخار را از راه آزمايش بدست آورد.
چند نوع تقطیر آزمایشگاهی
تقطیر آنی
در عمليات تبخير آني ابتدا خوراك تحت فشار گرم شده، سپس در يك محفظه تحت شرايط ثابت منبسط شده وبه دو فاز مايع و بخار تفكيك مي‌شود. در صنعت هنگا م ورود خوراك گرم به ستون تقطير عمل تبخيرناگهاني صورت مي‌گيرد.
تبخير تدريجي ساده
در تبخير تدريجي يك مخلوط در دماي حباب شروع به جوشيدن مي‌كند .نقطه نهايي برابر دماي جوش سنگينترين سازنده است، زيرا غلظت سازنده‌هاي سنگين‌تر در مايع موجود در بالن افزايش مي‌يابد و قطره آخر از سنگينترين سازنده تشكيل شده است. در مخلوط‌هاي پيچيده، نقطه نهايي پايين‌تر از نقطه جوش سنگينترين سازنده است[7].
تقطیر کامل 110T.B.P
اگر تقطير در دستگاهي انجام شود كه تعداد مراحل آن زياد باشد، با رسم دماي بخار خروجي بر حسب در صد تقطیر شده منحنی T.B.Pيا نقطه جوش حقيقي بدست ميآيد. دستگاه آزمايشگاهي شامل بالني است که يك ستون پر شده بر روي آن سوار است[7].
تقطیر111ASTM
اين تقطير حد واسطي است، ميان تقطير تدريجي كه سلكتيويته كمي دارد و تقطير T.B.P با سلكتيويته بالا. امتياز اين تقطير در مقايسه با T.B.Pسرعت بيشتر آن است.
تبخير تدريجي به علت پايين بودن سلكتيويته، بر خلاف T.B.P نامناسبترين تقطير است. منحنی هر نوع تقطير ديگري كه انجام شود، بين دو منحني تبخير تدريجي و T.B.P قرار می‌گیرد (مانند منحنی تقطیر ASTM)، تبخير آني نيز سلكتيويته بسيار كمي دارد[7].
سلكتيويته، معرف درجه تفكيك يك مخلوط است.
عملیات تقطیر
عمليات تقطير را مي‌توان به طور مداوم112 یا غير مداوم113 بصورت يك مرحلهاي يا چند مرحلهاي انجام داد.
تقطير غير مداوم يك مرحلهاي
در اين حالت، خوراك در ظرف تقطير حرارت داده مي‌شود و بخارهاي حاصل پس از خروج از ظرف به مايع تبديل مي‌شوند. غلظت فرآورده ها با زمان تغيير مي‌كند و دما مرتبا افزايش مي‌يابد.
تقطير غير مداوم چند مرحلهاي
با قراردادن يك ستون چند مرحله اي روي مخزن، مي‌توان تقطير را بصورت چند مرحلهاي انجام داد. در اين حالت امكان برگشت فرآورده‌ها بصورت بازگردان114 وجود دارد.
تقطير مداوم چند مرحلهاي
در اين حالت مايع داغ پس از عبور از شير افكن منبسط شده، به دو فاز مايع و بخار تفكيك مي‌شود. در جداكننده، اين دو فاز از هم جدا شده، مايع از پايين و بخار از بالا خارج مي‌شوند.
تقطير مداوم چند مرحلهاي (تقطير جزء به جزء)
تقطير مداوم در برج‌ها و يا ستون‌هاي استوانه‌اي انجام مي‌شود. ستون‌ها ممكن است به صورت سيني‌دار115 یا پر شده116 باشند. در ستون‌هاي پر شده، از حلقه هاي راشيگ117 ، پال118 ، لسینگ119 و زین مانند120 استفاده می‌شود. ستون‌های سینی‌دار كاربرد بيشتري دارند. سيني‌ها مي‌توانند از نوع غربالي121 یا کلاهک دار122 باشند. نقش پركننده‌ها يا سيني‌ها ايجاد تماس بين فاز مايع و بخار و برقراري تعادل بين آنهاست. در هر سيني عبور بخار از درون مايع با انتقال جرم و حرارت همراه است. بخار از پايين به بالا جريان دارد و مايع در جهت مخالف، دماي سيني‌ها متفاوت است. بيشترين دما در ته ستون و كمترين دما در بالاي ستون برقراراست. گرماي لازم در پايين ستون بوسيله ي گرمكن تامين مي‌شود و در بالا هنگام عبور بخار از كندانسور، قسمتي از گرماي ستون گرفته مي‌شود.
محل تزريق خوراك سيني خوراك نام دارد و در آن تبخير آني صورت مي‌گيرد. قسمتي از ستون كه بالاي سيني خورك قرار دارد، منطقه غني سازي123 و قسمت زير سيني خوراك منطقه استريپينگ124 است. گردش سیال‌ها در ستون مطابق شکل 4 3 انجام مي‌شود.
شکل 4 3 گردش سیال‌ها در ستون تقطیر[9]
قسمتي از بخار خروجي از بالاي ستون كه پس از ميعان به ستون برگردانده مي‌شود، به بازگرداندن موسوم است. اين مايع در مدار بسته اي بين بالاي ستون تقطير و كندانسور گردش مي‌كند. به اين ترتيب كه هنگام ورود به ستون با جذب گرما، تبخير مي‌شود و اين گرما را در حين عبور از كندانسور از دست مي‌دهند. نقش بازگرداندن تنظيم دماي بالاي ستون در حد مورد نظر و برقرار نمودن گراديان دمايي در طول ستون است.
شرح تقطير جزء به جزء125
مخلوط مايع و بخار پس از خروج از كوره، وارد قسمت پايين ستون تقطير مي‌شود و بلافاصله بخارات به طرف بالاي ستون حركت مي‌كنند و طي حركت با فاز مايعي كه در جهت مخالف جريان دارد، تماس مي‌يابند.
دماي هر سيني به ترتيب از پايين به بالا كاهش مي‌يابد. در هر سيني موادي كه نقطه ميعانشان برابر دماي آن سيني باشد، تبديل به مايع شده، بر روي سيني جمع مي‌شوند و به طرف پايين جريان مي‌يابند. بخارات كه به تدريج از سازنده‌هاي سبك غني مي‌شوند به طرف بالاي ستون حركت مي‌كنند و در نهايت از آنجا خارج شده، پس از عبور از كندانسور تبديل به مايع مي‌شوند. اين مايع همان فراورده‌ي تقطير است، كه قسمتي از آن تحت عنوان بازگردانه ستون برگشت داده مي‌شود.
بخار خروجي از بالاي ستون داراي بيشترين غلظت نسبت به سازنده سبك بوده و مايع باقيمانده خروجي از ته ستون داراي بيشترين غلظت نسبت به سازنده سنگين است.
تقطیر نفت خام
ستون تقطیر اتمسفری126
نفت‌خام پس از نمک‌گیری، به داخل یک رشته مبدل حرارتی پمپ می‌شود و پس از تبادل حرارت با فرآورده‌ها و جریان برگشتی ستون تقطیر ، به دمای حدود 2808 درجه سانتی‌گراد می‌رسد. پس از آن از کوره می‌گذرد و دمایش به حدود 3508 درجه‌سانتی‌گراد می‌رسد . سپس مخلوط مایع و بخار بدست‌آمده وارد منطقه تبخیر آنی127 ستون تقطیر اتمسفری می‌شود[7]. (شکل 4 4).
شکل 4 4 ستون تقطیر اتمسفری[9]
در این منطقه، بخارها بطور ناگهانی از مواد سنگین‌تر جدا شده به طرف سینی‌های بالای ستون حرکت می‌کنند (منطقه غنی‌سازی128) و قسمت سنگین‌تر که به صورت مایع است به طرف پایین جریان می‌یابد (منطقه استریپینگ) ستون تقطیر از تعدادی سینی تشکیل شده است که در هر یک از آنها بخار و مایع در حال تعادل‌اند. در این ستون فراورده‌های نفتی بر حسب فاصله‌ی جوش جدا می‌شوند. به این ترتیب که از بالای ستون سبک‌ترین مواد و از قسمت‌های جانبی ستون فراورده‌های میان تقطیر بدست می‌ایند که فرآورده‌های مستقیم نامیده می‌شوند.
جريان‌هاي خروجي از ستون تقطير به صورت بخارند و پس از عبور از كندانسورها تبديل به مايع مي‌شوند. قسمتي از اين مايع به عنوان فرآورده تقطير، دريافت و قسمتي ديگر تحت عنوان بازگردان به ستون تقطيربازگردانده مي‌شود. هدف از بازگردان، تفكيك بهتر و تنظيم دماي ستون است، زيرا بازگردان به محض ورود به ستون مجددا تبخير مي‌شود وگرماي لازم براي تبخير را از مواد موجود در سيني مي‌گيرد. مواد سنگينتري كه در بخارات آماده خروج از ستون بودند، دوباره به حالت
