بنزین چگونه به دست می‌آید؟ آشنایی با فرآیندهای پالایش و تصفیه
چگونه بنزین از نفت خام استخراج می‌شود؟ مراحل تولید این سوخت مهم
چگونه بنزین تولید می‌شود؟
وجود فراگیر بنزین در جامعه مدرن اغلب فرآیندهای پیچیده‌ای که برای انتقال آن از اعماق زمین به مخازن سوخت ما نیاز است را پنهان می‌کند. این مایع به ظاهر ساده، نتیجه سفری پیچیده است که شامل زمین‌شناسی، شیمی و مهندسی می‌شود. درک چگونگی تولید بنزین روشنایی بر مقیاس صنعت انرژی جهانی و اصول علمی که آن را پایه‌گذاری می‌کنند، می‌افکند. این مقاله به مراحل دقیق تولید بنزین، از استخراج اولیه نفت خام تا مخلوط‌سازی نهایی سوختی که روزانه استفاده می‌کنیم، خواهد پرداخت.
تشکیل نفت خام
داستان بنزین میلیون‌ها سال پیش آغاز می‌شود با تجزیه موجودات دریایی باستانی. گیاهان و حیوانات میکروسکوپی مانند جلبک‌ها و پلانکتون‌ها مردند و به کف اقیانوس نشستند. در طول دوره‌های طولانی، این بقایای ارگانیک زیر لایه‌های رسوبات ،شن، سیلت و خاک رس،دفن شدند. فشار و حرارت زیادی که توسط این فرآیند دفن ایجاد می‌شود، باعث شد که مواد ارگانیک دستخوش تغییرات شیمیایی شوند. از طریق واکنش‌های شیمیایی پیچیده، مواد ارگانیک به یک ترکیب پیچیده از هیدروکربن‌ها تبدیل شدند ،بلوک‌های سازنده اولیه نفت خام. این فرآیند که به آن دی‌آژنسیس (دیژنز) گفته می‌شود، یک تغییر تدریجی و کند است که در نهایت به تشکیل مخازن نفت مایع در سنگ‌های متخلخل منتهی می‌شود.
استخراج نفت خام
پس از شناسایی ذخایر نفتی از طریق مطالعات زمین‌شناسی، مرحله بعدی استخراج است. این کار از طریق روش‌های مختلفی انجام می‌شود که معمولاً به ویژگی‌های میدان نفتی و شرایط زمین‌شناسی بستگی دارد. حفاری سنتی شامل استفاده از دکل‌های حفاری برای حفر به عمق زمین و رسیدن به مخزن نفتی است. نفت که اغلب تحت فشار زیادی قرار دارد، به طور طبیعی به سطح می‌آید. این را بازیابی اولیه می‌نامند.
اما پس از کاهش فشار اولیه، روش‌های بازیابی ثانویه مانند تزریق آب یا گاز برای هدایت بیشتر نفت به سطح استفاده می‌شود. روش‌های بازیابی نفت بهبود یافته مانند تزریق بخار، مواد شیمیایی یا CO2 نیز به کار می‌روند. صرف‌نظر از روش، هدف این است که نفت خام را به طور مؤثر و اقتصادی تا حد ممکن استخراج کنند. نفت خام بازیابی شده در این فرآیند یک ترکیب پیچیده از هیدروکربن‌ها است که نیاز به پردازش گسترده دارد.
پالایش نفت خام: تحولی در فرآیند
نفت خام در حالت خام خود بسیار پیچیده است و برای استفاده مستقیم مناسب نیست. باید آن را به محصولات مختلفی از جمله بنزین پالایش کرد. فرآیند پالایش، هیدروکربن‌های مختلف را بر اساس نقاط جوش آنها جدا می‌کند و ترکیب پیچیده را به اجزای مفیدتری تقسیم می‌کند.
تقطیر جزئی
اولین و بنیادی‌ترین مرحله در پالایش، تقطیر جزئی است. نفت خام در یک کوره به دماهای بسیار بالا حرارت داده می‌شود و سپس به یک ستون تقطیر منتقل می‌شود، یک برج بلند که در آن دما به تدریج از پایین به بالا کاهش می‌یابد. هنگامی که بخارات داغ بالا می‌روند، سرد می‌شوند و در ارتفاعات مختلف درون ستون تقطیر متراکم می‌شوند. مولکول‌های هیدروکربن سنگین با نقاط جوش بالاتر در پایین ستون متراکم می‌شوند، در حالی که مولکول‌های سبک‌تر با نقاط جوش پایین‌تر در بالای ستون متراکم می‌شوند. این فرآیند جداسازی اجازه می‌دهد تا بخش‌های مختلف یا برش‌ها جمع‌آوری شوند، مانند:
بخش‌های سنگین: مانند قیر، آسفالت و روغن‌های روانکاری
بخش‌های میانه: مانند دیزل، نفت سفید و روغن‌های گرمایشی
بخش‌های سبک: شامل بنزین، نفتا و گازهای نفتی
برش بنزین که ترکیبی از هیدروکربن‌ها با 4 تا 12 اتم کربن است، در قسمت بالای میانه ستون جمع‌آوری می‌شود، اما برای رسیدن به استانداردهای عملکردی مورد نظر نیاز به پردازش بیشتر دارد.
فرآیندهای تبدیل: افزایش تولید بنزین
برش بنزین حاصل از تقطیر جزئی کافی برای تأمین تقاضای جهانی نیست و ویژگی‌های مطلوب برای عملکرد بهینه موتور را ندارد. فرآیندهای تبدیل با هدف افزایش تولید و کیفیت بنزین از طریق دستکاری هیدروکربن‌ها طراحی شده‌اند.
شکستن مولکول‌ها
یکی از فرآیندهای مهم در پالایش نفت، شکستن یا کرکینگ است که مولکول‌های هیدروکربن بزرگ‌تر را به مولکول‌های کوچکتر و مفیدتر تقسیم می‌کند. این کار از طریق دماهای بالا، فشارها و معمولاً استفاده از کاتالیزورها انجام می‌شود. کرکینگ حرارتی از گرما برای شکستن مولکول‌ها استفاده می‌کند، در حالی که کرکینگ کاتالیزوری از کاتالیزورهای ویژه برای سرعت بخشیدن به واکنش و تولید محصولات با کیفیت بالاتر، از جمله اجزای بیشتر بنزین، استفاده می‌کند. کرکینگ کاتالیزوری مایع (FCC) رایج‌ترین فرآیند کرکینگ کاتالیزوری است.
آلکیلاسیون
فرآیند تبدیل حیاتی دیگر، آلکیلاسیون است. در این فرآیند، مولکول‌های هیدروکربنی کوچکتر مانند بوتن‌ها و ایزوبوتان با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا مولکول‌های بزرگ‌تر و با عدد اکتان بالاتر تشکیل دهند، که به‌ویژه برای بنزین مهم است. آلکیلات یک بخش کلیدی در تولید بنزین با عملکرد بالا و خواص ضد کوبش خوب است.
ایزومریزاسیون
فرآیندهای ایزومریزاسیون ساختار مولکول‌های هیدروکربنی را بدون تغییر فرمول شیمیایی آنها تغییر می‌دهند. این فرآیند برای تبدیل مولکول‌های خطی به مولکول‌های شاخه‌ای استفاده می‌شود که عدد اکتان بنزین را نیز بهبود می‌بخشد.
فرآیندهای تصفیه: حذف آلودگی‌ها
پس از فرآیندهای تبدیل، بخش‌های مختلف اغلب حاوی ناخالصی‌هایی هستند که باید حذف شوند. فرآیندهای تصفیه برای از بین بردن آلاینده‌هایی مانند گوگرد، نیتروژن و اکسیژن استفاده می‌شوند. این کار به دلایل زیست‌محیطی مهم است، زیرا ناخالصی‌ها می‌توانند منجر به انتشار گازهای مضر شوند. هیدروتروتینگ یک روش رایج است که در آن از هیدروژن برای حذف این ناخالصی‌ها از بخش‌های هیدروکربنی استفاده می‌شود. بخش بنزین باید تصفیه شود تا با استانداردها و مقررات زیست‌محیطی سخت مطابقت داشته باشد.
ترکیب: دستیابی به عملکرد بهینه
آخرین مرحله در تولید بنزین، ترکیب است. اجزای مختلف بنزینی که در فرآیند پالایش تولید شده‌اند، در نسبت‌های خاصی با هم ترکیب می‌شوند تا ویژگی‌های مطلوب برای انواع مختلف بنزین به دست آید.
عدد اکتان
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های بنزین، عدد اکتان آن است که مقاومت آن در برابر پیش‌احتراق یا کوبش در موتور را نشان می‌دهد. سوخت‌های با عدد اکتان بالاتر برای موتورهای با عملکرد بالا طراحی می‌شوند. ترکیب بنزین شامل انتخاب دقیق و ترکیب جریان‌های مختلف برای دستیابی به عدد اکتان مشخص است. اجزای مختلفی مانند آلکیلات، رفرمات و ایزومرات معمولاً برای افزایش درجه اکتان استفاده می‌شوند.
مواد افزودنی
علاوه بر کنترل عدد اکتان، فرآیند ترکیب شامل افزودن مواد افزودنی مختلف برای بهبود عملکرد، جلوگیری از خوردگی و افزایش ثبات سوخت است. این افزودنی‌ها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:
دترجنت‌ها: برای تمیز نگه داشتن اجزای موتور
آنتی‌اکسیدان‌ها: برای جلوگیری از تخریب بنزین در طول زمان
بازدارنده‌های خوردگی: برای حفاظت از قطعات سیستم سوخت
مواد ضد یخ‌زدگی: برای جلوگیری از یخ‌زدگی خطوط سوخت در هوای سرد
اتانول: این الکل به عنوان یک منبع سوخت تجدیدپذیر و اکسیژن‌ساز به بنزین اضافه می‌شود.
ترکیب فصلی
فرآیند ترکیب ثابت نیست و بسته به فصل ممکن است متفاوت باشد. بنزین برای تابستان و زمستان به طور متفاوتی ترکیب می‌شود تا عملکرد آن در شرایط آب و هوایی مختلف بهینه شود. به عنوان مثال، فشار بخار بنزین در ترکیب‌های تابستانی کمتر است تا از انتشار آلاینده‌ها کاسته شود و از قفل شدن بخار جلوگیری کند، وضعیتی که در آن سوخت می‌تواند در خط سوخت بخار شود و از تحویل مناسب به موتور جلوگیری کند.
توزیع: از پالایشگاه تا مخزن سوخت
پس از اینکه بنزین ترکیب و الزامات کیفیتی و زیست‌محیطی لازم را برآورده کرد، آماده توزیع است. این فرآیند از ذخیره‌سازی در تانک‌های بزرگ در پالایشگاه آغاز می‌شود. از آنجا، بنزین از طریق خطوط لوله، تانکرها، واگن‌های قطار و کامیون‌ها به پایانه‌های توزیع و نهایتاً به پمپ بنزین‌ها منتقل می‌شود تا به مصرف‌کنندگان عرضه شود. زیرساخت گسترده‌ای تضمین می‌کند که بنزین به طور مؤثر و ایمن به مصرف‌کنندگان در سراسر جهان تحویل داده شود. زنجیره توزیع عملیاتی هماهنگ است که شامل بازیگران مختلفی از تولیدکنندگان نفت تا شرکت‌های حمل‌ونقل و اپراتورهای خرده‌فروشی می‌شود.
سوالات متداول درباره بنزین چگونه به دست می آید
1. بنزین چگونه از نفت خام استخراج می‌شود؟
بنزین از نفت خام با استفاده از فرآیند پالایش تولید می‌شود. ابتدا نفت خام در برج تقطیر فراکشنال به بخش‌های مختلف تقسیم می‌شود، سپس بنزین از بخش‌های سبک‌تر آن جدا و در مراحل بعدی تصفیه و اصلاح می‌شود.
2. آیا تمامی بنزین‌ها یکسان هستند؟
خیر، بنزین‌ها بسته به ترکیبات شیمیایی، ویژگی‌های عملکردی متفاوتی دارند. بنزین‌های مختلف با درجه اکتان متفاوت تولید می‌شوند که تأثیر زیادی بر عملکرد موتور دارند.
3. فرآیند تقطیر بنزین چگونه انجام می‌شود؟
فرآیند تقطیر به وسیله برج‌های تقطیر انجام می‌شود. نفت خام گرم می‌شود و بخارات آن به برج تقطیر فرستاده می‌شود. در این برج، بخارات در دماهای مختلف سرد و مایع می‌شوند و بنزین در قسمت بالایی برج جمع‌آوری می‌شود.
4. چرا از فرآیندهایی مثل کراکینگ در تولید بنزین استفاده می‌شود؟
فرآیند کراکینگ برای تبدیل مولکول‌های بزرگ هیدروکربنی به مولکول‌های کوچکتر و مفیدتر انجام می‌شود. این فرآیند به افزایش تولید بنزین و بهبود ویژگی‌های آن کمک می‌کند.
5. چگونه بنزین برای فصول مختلف بهینه‌سازی می‌شود؟
بنزین برای هر فصل به صورت جداگانه ترکیب می‌شود. برای مثال، بنزین تابستانی با فشار بخار پایین‌تری تهیه می‌شود تا از ایجاد بخار و قفل بخار در سیستم سوخت جلوگیری کند.
نتیجه‌گیری
تولید بنزین یک فرآیند پیچیده و چندوجهی است که شامل زمین‌شناسی، شیمی و مهندسی می‌شود. از استخراج اولیه نفت خام تا ترکیب نهایی سوخت، هر مرحله در ایجاد محصولی که بخش عمده‌ای از دنیای مدرن را به حرکت در می‌آورد، حیاتی است. تحقیقات و نوآوری‌های مداوم در پالایش و فناوری سوخت به منظور بهبود کارایی فرآیند، کاهش اثرات زیست‌محیطی و پاسخگویی به تقاضاهای انرژی آینده است. درک جزئیات تولید بنزین بینش ارزشمندی را درباره مقیاس و پیچیدگی صنعت انرژی جهانی و اصول علمی که آن را ممکن می‌سازند، ارائه می‌دهد.
گرد آوری:بخش علمی موزستان
