پالایشگاه روغن و فرآیندهای آن

روغن کاری و روانسازی از جمله مسائل مهم و کاربردی در صنایع و تجهیزات مختلف است. از جمله دلایل استفاده از روغن در صنایع می‌­توان به روانسازی و کاهش اصطکاک بین قطعات، تمیز کردن و خروج آلودگی ها از لوازم و خنک کاری دستگاه ها و تجهیزات اشاره نمود. پالایشگاه روغن و فرآیندهای مربوطه یکی از فرآیندهای جانبی پالایشگاه ها محسوب می گردد.

انواع مختلفی از روغن های روانساز (Lube Oil) وجود دارند که معروف ترین آن­ها روغن موتور خودرو می­باشد. مشخصاتی که سبب تمایز روغن ها از هم می‌­شود عبارتند از : ویسکوزیته، نقطۀ ریزش، نتقطۀ انجماد، خاصیت پاکسازی، اسیدی بودن، فاصلۀ جوش و…

استفادۀ فراوان صنایع مختلف از روغن ها با خواص متفاوت، سبب ایجاد پالایشگاه های روغن در سطح جهان شده است. در برخی موارد پالایشگاه روغن در ادامه و به عنوان واحدی از یک پالایشگاه نفت می­‌باشد و در موارد دیگر، پالایشگاه های روغن دارای تشکیلات جداگانه و در محلی جدا هستند.

از جمله پالایشگاه های روغن معروف در ایران می‌­توان به پالایشگاه نفت پارس، پالایشگاه نفت بهران و پالایشگاه ایرانول اشاره کرد. این شرکت ها علاوه بر تولید روغن موتور خودروها، انواع روغن ها و روان کننده های مورد نیاز صنایع مختلف را تولید می­‌کنند.

پالایش روغن دارای مراحل و تجهیزات مختلفی بوده و محصولات تولیدی در این پالایشگاه ها دارای انواع متعددی هستند که در ادامۀ این مطلب به آن ها اشاره می­‌شود.

خواص مختلف روغن ها

به طور کلی روغن ها و روان کننده ها دارای یک سری خواص هستند که سبب تمایز آن­ها از یکدیگر می­‌شود. این خواص عبارتند از:

ویسکوزیته

ویسکوزیتۀ (Viscosity) یک سیال میزان مقاومت آن سیال در برابر جریان است. در مورد روغن ها هرچه ویسکوزیته بالاتر باشد، لایه ی ضخیم تری از روغن بین قطعات فلزی متحرک تشکیل می‌­گردد. با توجه به کاربرد مورد انتظار، روغن های با ویسکوزیتۀ بالا یا پایین استفاده می‌­شوند.

اندیس ویسکوزیته

اندیس ویسکوزیته (Viscosity Index) پارامتری است که بیانگر تغییرات ویسکوزیتۀ روغن با دما است. هرچه این اندیس بالاتر باشد تغییرات ویسکوزیته­ی روغن با دما کمتر است و روغن با کیفیت تر است. ترکیبات پارافینی دارای اندیس ویسکوزیتۀ بالا و ترکیبات نفتنی اندیس ویسکوزیتۀ پایینی دارند.

پایداری در برابر اکسید شدن

هنگامی که روغن در دماهای بالا مانند موتور خودرو کار می­‌کند، افزایش حرارت سبب ایجاد واکنش های شیمیایی در روغن و اکسید شدن آن می‌­شود. برای جلوگیری از این امر باید مواد ضد اکسایش به روغن افزوده گردد. از این رو بالا بودن مقاومت روغن در برابر اکسید شدن از مزایای روان کننده ها محسوب می‌­گردد.

نقطه ریزش و انجماد

نقطه­ ریزش یک سیال در واقع پایین ترین دمایی است که سیال در آن هنوز دارای حرکت است. هرچه نقطه ریزش یک روغن پایین تر باشد، آن روغن عملکرد بهتری در سرما خواهد داشت. هیدروکربن های پارافینی که اندیس ویسکوزیتۀ بالایی دارند، نقطه ریزش آن­ها پایین است.

خاصیت پاکسازی

خاصیت پاکسازی در واقع قدرت انحلال رسوب ها و آلودگی ها در روغن است. هرچه اندیس گرانروی روغن پایین تر باشد خاصیت انحلال و پاکسازی بهتری دارد. روغن های حاوی ترکیبات نفتنی به روغن های پاکساز معروف هستند.

فاصلۀ جوش

فاصلۀ جوش اختلاف بین نقطه اولیه جوش و نقطه نهایی جوش است. هرچه فاصله­ جوش یک روغن بیشتر باشد، روغن سنگین تر بوده و ویسکوزیتۀ بالاتری دارد.

خاصیت اسیدی

وجود خاصیت اسیدی در روغن ها می‌­تواند باعث ایجاد خوردگی در قسمت های مختلف تجهیزات شود. به این منظور باید با استفاده از مواد خنثی کننده خاصیت اسیدی روغن ها را کاهش داد.

با جمع بندی مطالب بالا می­توان به این نتیجه رسید که یک روغن مطلوب در واقع روغنی است که دارای اندیس ویسکوزیتۀ بالا، نقطه ریزش پایین، مقاوم در برابر اکسید شدن و خاصیت اسیدی پایین باشد. از آنجایی که این خواص همگی به طور یکجا در هیچ کدام از گروه های هیدروکربنی تشکیل دهندۀ روغن ها وجود ندارد، نیاز است تا با انجام تغییرات فیزیکی و شیمیایی در ساختار روغن آن­ها را به بهترین کیفیت ممکن رساند.

جدول زیر مشخصات گروه های مختلف هیدروکربنی در روغن ها را نشان می­‌دهد.

عملیات پالایش روغن

در عملیات پالایشگاه روغن و فرآیندها (Lube Oil Refining Process) باید با توجه به ساختار برش نفتی مورد پالایش، خواص مناسب آن را تثبیت می‌کند. همچنین خواص نامطلوب که باعث عدم مرغوبیت روغن می‌­شود را حذف کرد. این ترکیبات نامطلوب عبارتند از آروماتیک ها، ترکیبات گوگردی، ترکیبات نیتروژن دار و اکسیژن دار.

خوراک پالایشگاه روغن، محصولات خروجی از برج تقطیر خلأ می­‌باشد. فراورده های سبک تقطیر به عنوان پایۀ روغن های سبک استفاده می­‌شوند. فراورده های میانی و سنگین تر برای روغن موتور خودرو و باقیماندۀ خلأ پایه­ روغن های سنگین می‌­باشد.

یک پالایشگاه روغن دارای واحدها و فرآیندهای مختلفی می­‌باشد که در ادامه بیان خواهد شد.

آسفالت گیری (Deasphalting)

قیرها و آسفالت ها از ترکیبات نامطلوب موجود در روغن ها هستند. این مواد هیدروکربن های بسیار سنگینی هستند که دارای مقادیری گوگرد، نیتروژن و اکسیژن می‌­باشند. به علت دمای جوش بالای قیر نمی­توان آن را به­ وسیلۀ تقطیر از روغن جدا کرد. بنابراین برای جداسازی قیرها از روش استخراج با حلال استفاده می­‌گردد.

از هیدروکربن های سبک مانند اتان، پروپان، بوتان و پنتان برای حل کردن و رسوب دادن آسفالت استفاده می­‌کنند. از بین این هیدروکربن ها، پروپان بهترین کیفیت آسفالت گیری را داشته و معمولاً در پالایشگاه ها از آن استفاده می­‌کنند. از خصوصیات پروپان این است که در دما های بالا خاصیت حلالیت آن کاهش می­یابد و باید در دماهای زیر 40˚ C استفاده شود.

شرح عملیات آسفالت گیری به این صورت است که فراوردۀ برج خلأ در ابتدا وارد ستون استخراج شده که فشاری حدود 30 تا 40 اتمسفر دارد و با پروپان تماس پیدا می­‌کند. در اثر تماس با پروپان این فراورده به دو فاز روغن و آسفالت تفکیک می­‌شود. آسفالت در پایین برج جمع شده و روغن به قسمت بالایی می­‌رود. در قسمت پایین برج، با کاهش دما حلالیت روغن را در جریان صعودی پروپان بیشتر کرده و از این طریق روغن باقیمانده در آسفالت جدا می­‌شود. در قسمت بالای ستون برعکس بوده و دما را افزایش می‌­دهند تا آسفالت از روغن جدا شود.

پس از این قسمت محصولات خروجی وارد قسمت بازیابی حلال می­‌شوند تا پروپان از آن­ها جدا شده و دوباره به چرخه بازگردانده شود. به منظور بازیابی حلال از سیستم تبخیر آنی دو مرحله ای استفاده می­شود. نهایتاً روغن آسفالت گیری شده وارد مرحلۀ بعدی پالایش می‌­شود.

استخراج آروماتیک ها

ترکیبات آروماتیک اندیس ویسکوزیتۀ پایینی داشته و وجود آن­ها در روغن ها باعث کاهش کیفیت روغن می­‌شود. جداسازی آروماتیک ها از روغن باید به روش استخراج با حلال انجام شود. از جمله حلال هایی که برای استخراج مواد آروماتیک از روغن ها به کار می­‌روند عبارتند از: فورفورال، فنل، انیدرید سولفور، ان متیل پیرولیدین و دوئوسل. هرچه میزان حلال در فرآیند بیشتر شود، مقدار مادۀ تصفیه شده کاهش یافته اما کیفیت آن بهتر می­‌شود.

برای استخراج آروماتیک ها معمولاً از فورفورال به عنوان حلال استفاده می‌­شود که دارای خواص نسبتاً مناسبی می­‌باشد. واحد استخراج آروماتیک ها از یک ستون سینی و یا مجهز به همزن و صفحۀ دوار تشکیل شده است. خوراک و حلال از دو طرف ستون وارد شده و باهم ترکیب می­شوند. گرادیان دمایی از بالا تا پایین ستون استخراج 30 تا 50 درجه سانتی گراد است و دمای بالای ستون حدود 140 ˚C می‌­باشد.

پس از جدایش دو فاز آروماتیک و روغن از هم فاز روغن جهت تصفیۀ مجدد به ستون استخراج فرستاده می­‌شود. نهایتاً پس از پاکسازی کامل وارد قسمت جداسازی حلال می­‌شود. در این قسمت فورفورال به وسیلۀ انحلال در آب و تقطیر از فراورده ها جدا شده و به چرخه بازگردانده می­‌شود. همچنین روغن تصفیه شده وارد قسمت موم گیری پالایشگاه می­‌شود.

عملیات موم گیری (Dewaxing)

روغن های خروجی از واحد استخراج عموماً دارای نقطه انجماد بالایی (در حدود 20 تا 50 درجه سانتی گراد) هستند. وجود پارافین های سنگین و موم ها در روغن سبب این بالا بودن نقطه انجماد می­شود. بالا بودن نقطه انجماد روغن عملاً آن را غیر قابل استفاده می­‌کند. از این رو یکی از واحدهای مهم پالایشگاه روغن، واحد موم گیری بوده که به حذف این ترکیبات پارافینی از روغن می‌­پردازد.

موم گیری به دو روش با حلال و بدون حلال انجام می­‌شود. در روش بدون حلال که امروزه کمتر استفاده می­‌شود، روغن را سرد می­‌کنند تا موم در آن متبلور و جدا شود و سپس به وسیلۀ صافی آن را جدا می­‌کنند.  اما در روش با حلال ابتدا خوراک را با حلال مخلوط کرده و سپس تا دمای -25 ˚C سرد می­‌کنند. وجود حلال باعث می­‌شود تا مومها بهتر رسوب کرده و روغن روان تر و راحت تر جریان یابد و جدا شود.

در این فرآیند پس از افزودن حلال و سرد کردن، مواد نامحلول و موم ها متبلور شده و به کمک صافی های دوار، موم کاملاً از روغن جدا می­‌شود. سپس محصولات وارد بخش جداسازی حلال شده تا حلال از روغن جدا شده و به چرخه بازگردد. حلال های مختلفی می­‌توانند برای واحد موم گیری استفاده شوند. از جمله حلال های مورد استفاده در واحد موم گیری می­‌توان به ترکیبی از بنزن و تولوئن با استون و متیل اتیل کتون و یا پروپان به تنهایی اشاره کرد.

در فرآیند موم گیری هرچه سرعت سرد کردن روغن کمتر باشد بلورهای موم درشت تر شده و موم گیری بهتر انجام می­‌شود. همچنین در مرحلۀ بعد هرچه صافی تندتر بچرخد موم گیری بهتر بوده و روغن با کیفیت تر خواهد شد. روغن خروجی از واحد موم گیری جهت انجام عملیات های نهایی وارد قسمت تصفیه با هیدروژن می­‌شود.

عملیات تصفیۀ نهایی

پس از آن که روغن از مراحل آسفالت گیری، استخراج با حلال و موم گیری عبور کرد نهایتاً باید یک سری عملیات تصفیه بر روی آن انجام شود. عملیات تصفیه باعث می­‌شود تا روغن پایدارتر شده و رنگ و ظاهر بهتری پیدا کند.

در گذشته به منظور تصفیۀ روغن از خاک های جاذب رنگ بر استفاده می­‌شد که امروزه این روش به دلیل هزینۀ بالا مورد اقبال نبوده و از عملیات تصفیۀ هیدروژنی برای تصفیۀ روغن استفاده می­‌شود. جنس خاک های رنگ بر معمولاً از سیلیکات های آلومینیوم بوده و در ترکیب با اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک به روغن اضافه می­‌شوند و سبب بهبود رنگ و ظاهر روغن می­‌شوند.

در عملیات تصفیۀ هیدروژنی روغن، مخلوطی از روغن و گاز هیدروژن وارد کوره شده و پس از بالا رفتن دما وارد راکتور می­‌شوند و از بستر کاتالیزور عبور می­‌کند. کاتالیزور مورد استفاده در این فرآیند معمولاً از جنس آهن – کبالت – مولبیدن می‌­باشد. در این فرآیند فشار راکتور بین 60 تا 65 اتمسفر و دمای راکتور بین 230 تا 340 درجه سانتی گراد قرار دارد.

روغن تصفیه شده پس از خروج از راکتور، طی دو مرحله وارد تجهیزات جداساز شده و مواد اضافی و گازهای آن جدا می‌­شود. گاز هیدروژن جداشده به چرخه باز می­‌گردد و روغن تصفیه شده پس از خشک شدن، از سیستم خارج می­‌شود.

محصولات خروجی پالایشگاه روغن

هر پالایشگاه روغن با توجه به نیاز های بازار به تولید محصولات مختلف می­‌پردازد. مهم ترین محصول تولیدی پالایشگاه های روغن، روغن موتور خودروها می­‌باشد. دیگر محصولات تولیدی یک پالایشگاه روغن عبارتند از:

• روغن های مورد استفاده در خودروها مانند روغن گیربکس، روغن ترمز، روغن موتورهای دیزلی و…
• روغن های صنعتی مانند روغن توربین، روغن کمپرسور، روغن هیدرولیک، روغن انتقال حرارت، روغن ماشین آلات کشاورزی، روغن عملیات فلزکاری، روغن نساجی، روغن ماشین ابزار، روغن ترانسفورماتور
• گریس ها
• ضد یخ و ضد جوش