فرآیند تولید سوخت گازوئیل

ثبت و نگارش توسط

سوخت گازوئیل یکی از مهم‌ترین فرآورده‌های نفتی است که در صنایع حمل‌ونقل، کشاورزی و تولید انرژی کاربرد گسترده‌ای دارد. فرآیند تولید آن از روش‌های سنتی مبتنی بر نفت خام تا رویکردهای نوین زیستی و سنتتیک متنوع است. در روش‌های متداول، نفت خام ابتدا از طریق تقطیر فرازشی جداسازی می‌شود تا برش‌های هیدروکربنی مناسب برای گازوئیل به دست آید. سپس، فرآیندهایی مانند هیدروکراکینگ برای شکستن مولکول‌های سنگین‌تر و افزایش بازده، و گوگردزدایی برای کاهش آلاینده‌های سولفوری اعمال می‌شود تا محصول نهایی با استانداردهای زیست‌محیطی سازگار باشد. علاوه بر این، تولید زیستی گازوئیل از طریق ترانس‌استریفیکاسیون روغن‌های گیاهی یا حیوانی به بیودیزل، یک جایگزین پایدار ارائه می‌دهد که وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهد. فرآیند فیشر-تروپش نیز امکان تولید دیزل سنتتیک از گاز سنتز را فراهم می‌کند، که از منابع متنوعی مانند گاز طبیعی یا زیست‌توده مشتق می‌شود. این روش‌ها نه تنها کارایی انرژی را افزایش می‌دهند، بلکه به سمت سوخت‌های پاک‌تر و تجدیدپذیر حرکت می‌کنند. در ادامه، جزئیات هر فرآیند بررسی خواهد شد تا درک جامعی از تولید گازوئیل به دست آید.

تقطیر نفت خام – Crude Oil Distillation

تقطیر نفت خام نخستین گام در تولید سوخت گازوئیل است که در پالایشگاه‌ها انجام می‌شود. در این فرآیند، نفت خام که مخلوطی پیچیده از هیدروکربن‌ها است، تا دمای بیش از ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود تا به بخار تبدیل گردد. سپس، این بخار در برج تقطیر فرازشی وارد می‌شود، جایی که بر اساس تفاوت نقطه جوش، اجزای مختلف جداسازی می‌شوند. گازوئیل از بخش میانی برج به دست می‌آید، زیرا نقطه جوش آن بین ۲۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد است. این برش شامل هیدروکربن‌های زنجیره‌ای با ۱۲ تا ۲۰ اتم کربن است که ویژگی‌های مناسبی برای سوخت دیزل فراهم می‌کند. فرآیند تقطیر ساده است اما برای دستیابی به کیفیت بالاتر، نیاز به مراحل بعدی مانند تصفیه دارد. پالایشگاه‌ها با استفاده از تقطیر خلأ، می‌توانند اجزای سنگین‌تر را نیز بدون تجزیه حرارتی جداسازی کنند، که این امر بازده تولید گازوئیل را افزایش می‌دهد. در نهایت، این روش پایه‌ای برای تولید بیش از نیمی از گازوئیل مصرفی در جهان است و نقش کلیدی در زنجیره تأمین انرژی ایفا می‌کند.

هیدروکراکینگ – Hydrocracking

هیدروکراکینگ یک فرآیند کاتالیستی پیشرفته است که برای تبدیل هیدروکربن‌های سنگین به محصولات سبک‌تر مانند گازوئیل استفاده می‌شود. در این روش، خوراک سنگین مانند گازوئیل خلأ یا روغن‌های سنگین در حضور هیدروژن و کاتالیست‌های دوفلزی (مانند نیکل-مولیبدن) تحت فشار بالا (تا ۲۰۰ بار) و دمای ۳۵۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد. هیدروژن به شکستن پیوندهای کربن-کربن کمک می‌کند و همزمان، ترکیبات اشباع‌نشده را اشباع می‌سازد، که منجر به تولید گازوئیل با کیفیت بالا و کم‌گوگرد می‌شود. این فرآیند انعطاف‌پذیر است و می‌تواند بر اساس نیاز بازار، نسبت محصولات مانند بنزین یا گازوئیل را تنظیم کند. هیدروکراکینگ نسبت به کراکینگ حرارتی کارآمدتر است زیرا محصولات کمتری مانند کک تولید می‌کند و بازده بالاتری دارد. در پالایشگاه‌های مدرن، این روش برای حداکثرسازی تولید سوخت‌های میان‌تقطیری مانند گازوئیل حیاتی است و به کاهش وابستگی به نفت خام سبک کمک می‌کند.

گوگردزدایی – Hydrodesulfurization

گوگردزدایی یا هیدرو دی‌سولفوریزاسیون فرآیندی کلیدی برای تولید گازوئیل پاک است که آلاینده‌های سولفوری را حذف می‌کند. در این روش، گازوئیل خام در حضور هیدروژن و کاتالیست‌های کبالت-مولیبدن یا نیکل-مولیبدن تحت فشار ۳۰ تا ۱۳۰ بار و دمای ۳۰۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد. هیدروژن با ترکیبات سولفوری مانند دی‌بنزوتیوفن واکنش می‌دهد و سولفور را به هیدروژن سولفید تبدیل می‌کند، که سپس جداسازی می‌شود. این فرآیند برای دستیابی به استانداردهای زیست‌محیطی مانند یورو ۵ و ۶ ضروری است، جایی که محتوای سولفور باید کمتر از ۱۰ ppm باشد. گوگردزدایی عمیق برای ترکیبات مقاوم نیاز به مراحل چندمرحله‌ای دارد و می‌تواند با ترکیباتی مانند نیتروژن‌دار تداخل داشته باشد. در نتیجه، گازوئیل حاصل نه تنها پاک‌تر است بلکه عمر موتورها را افزایش می‌دهد و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش می‌دهد. این روش در پالایشگاه‌ها به طور گسترده اعمال می‌شود و نقش مهمی در بهبود کیفیت سوخت ایفا می‌کند.

تولید زیستی – Bio-Production

Transesterification for biodiesel

ترانس‌استریفیکاسیون یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای تولید بیودیزل از منابع زیستی است که شامل واکنش روغن‌های گیاهی یا حیوانی با الکل (معمولاً متانول) در حضور کاتالیست است. در این فرآیند، تری‌گلیسریدهای موجود در روغن با الکل واکنش می‌دهند تا استرهای متیلی اسید چرب (بیودیزل) و گلیسرول تولید شود. کاتالیست‌های قلیایی مانند هیدروکسید سدیم یا پتاسیم برای تسریع واکنش استفاده می‌شوند، اما برای خوراک‌هایی با اسید چرب آزاد بالا، کاتالیست‌های اسیدی یا آنزیمی مناسب‌تر هستند. فرآیند در چهار مرحله انجام می‌شود: ابتدا الکل با کاتالیست مخلوط می‌شود، سپس به روغن اضافه شده و تحت حرارت ۵۰ تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد هم‌زده می‌شود. پس از واکنش، فازهای بیودیزل و گلیسرول جداسازی می‌شوند و بیودیزل شستشو و خشک می‌گردد. این روش کارآمد است و بازده تا ۹۸ درصد دارد، اما کیفیت خوراک اهمیت زیادی دارد زیرا ناخالصی‌ها می‌توانند واکنش را مختل کنند. بیودیزل حاصل با گازوئیل فسیلی مخلوط‌پذیر است و انتشار کربن کمتری دارد، که آن را به گزینه‌ای پایدار برای کاهش وابستگی به نفت تبدیل می‌کند. علاوه بر این، استفاده از ضایعات مانند روغن‌های پسماند می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد و چرخه اقتصادی ایجاد کند.

در فرآیند ترانس‌استریفیکاسیون، انتخاب کاتالیست نقش حیاتی دارد زیرا بر سرعت و کارایی واکنش تأثیر می‌گذارد. کاتالیست‌های همگن قلیایی سریع هستند اما جداسازی دشوار دارند، در حالی که کاتالیست‌های ناهمگن مانند اکسیدهای فلزی قابل بازیافت هستند و آلودگی کمتری ایجاد می‌کنند. پیشرفت‌های اخیر شامل استفاده از کاتالیست‌های نانو برای افزایش سطح تماس و کاهش زمان واکنش است. همچنین، فرآیندهای فوق‌حرارتی بدون کاتالیست در حال بررسی هستند که نیاز به کاتالیست را حذف می‌کنند اما انرژی بیشتری مصرف می‌کنند. بیودیزل تولیدشده باید استانداردهایی مانند ASTM D6751 را برآورده کند، که شامل آزمون‌هایی برای ویسکوزیته، نقطه اشتعال و محتوای اسید است. این سوخت نه تنها برای موتورهای دیزل مناسب است بلکه می‌تواند در مخلوط‌هایی مانند B20 (۲۰ درصد بیودیزل) استفاده شود بدون نیاز به تغییرات موتور. مزایای زیست‌محیطی شامل کاهش انتشار ذرات معلق و هیدروکربن‌های نسوخته است، که به بهبود کیفیت هوا کمک می‌کند. با این حال، چالش‌هایی مانند رقابت با تولید غذا برای روغن‌های گیاهی وجود دارد، که منجر به تمرکز بر منابع غیرخوراکی مانند جلبک یا ضایعات شده است.

فرآیند فیشر-تروپش – Fischer-Tropsch

فرآیند فیشر-تروپش روشی برای تولید دیزل سنتتیک از گاز سنتز (مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن) است که از منابع مختلفی مانند گاز طبیعی، زغال‌سنگ یا زیست‌توده به دست می‌آید. در این فرآیند، گاز سنتز در حضور کاتالیست‌های آهن یا کبالت تحت فشار ۲۰ تا ۴۰ بار و دمای ۲۰۰ تا ۳۵۰ درجه سانتی‌گراد واکنش می‌دهد تا هیدروکربن‌های مایع تولید شود. واکنش‌های پلیمریزاسیون و هیدروژناسیون منجر به زنجیره‌های خطی هیدروکربن می‌شوند که پس از تصفیه، دیزل با کیفیت بالا به دست می‌آید. این دیزل سنتتیک عاری از سولفور و آروماتیک‌ها است و عدد ستان بالایی دارد، که عملکرد موتور را بهبود می‌بخشد. فرآیند در راکتورهای ثابت یا سیال انجام می‌شود و می‌تواند برای تولید سوخت‌های مختلف تنظیم شود. در مقایسه با روش‌های سنتی، این رویکرد انعطاف‌پذیرتر است و امکان استفاده از منابع تجدیدپذیر را فراهم می‌کند، که به کاهش انتشار کربن کمک می‌کند.

فرآیند	خوراک اصلی	مزایا	معایب	بازده تقریبی
تقطیر نفت خام	نفت خام	ساده و ارزان	وابسته به نفت	۱۵-۲۵% گازوئیل از نفت خام
هیدروکراکینگ	هیدروکربن‌های سنگین	کیفیت بالا، انعطاف‌پذیر	هزینه بالا	تا ۸۰% تبدیل
گوگردزدایی	گازوئیل خام	کاهش آلاینده‌ها	نیاز به هیدروژن	۹۸% حذف سولفور
ترانس‌استریفیکاسیون	روغن‌های زیستی	پایدار، تجدیدپذیر	رقابت با غذا	۹۰-۹۸%
فیشر-تروپش	گاز سنتز	عاری از ناخالصی	پیچیده	۵۰-۷۰% هیدروکربن مایع

سوالات متداول

گازوئیل چگونه از نفت خام تولید می‌شود؟

گازوئیل از طریق تقطیر فرازشی نفت خام به دست می‌آید، جایی که نفت گرم شده و اجزا بر اساس نقطه جوش جداسازی می‌شوند.

تفاوت بیودیزل و گازوئیل معمولی چیست؟

بیودیزل از منابع زیستی مانند روغن‌های گیاهی تولید می‌شود و انتشار کمتری دارد، در حالی که گازوئیل معمولی از نفت خام مشتق است.

چرا گوگردزدایی مهم است؟

گوگردزدایی سولفور را حذف می‌کند تا سوخت پاک‌تر شود و انتشار گازهای مضر مانند دی‌اکسید سولفور کاهش یابد.

فرآیند فیشر-تروپش چه کاربردی دارد؟

این فرآیند دیزل سنتتیک از گاز سنتز تولید می‌کند و برای استفاده از منابع غیرنفتی مانند زغال‌سنگ یا زیست‌توده مناسب است.

چقدر گازوئیل از یک بشکه نفت خام به دست می‌آید؟

حدود ۱۰ تا ۱۵ گالن گازوئیل از یک بشکه ۴۲ گالنی نفت خام تولید می‌شود، بسته به نوع نفت و فرآیند پالایش.

در نهایت، تولید سوخت گازوئیل از روش‌های متنوعی تشکیل شده که هر کدام نقش مهمی در تأمین انرژی جهانی ایفا می‌کنند. از تقطیر سنتی نفت خام گرفته تا فرآیندهای پیشرفته مانند هیدروکراکینگ و گوگردزدایی، این روش‌ها کیفیت و کارایی سوخت را افزایش می‌دهند. رویکردهای زیستی و سنتتیک مانند ترانس‌استریفیکاسیون و فیشر-تروپش، آینده‌ای پایدارتر را نوید می‌دهند با کاهش وابستگی به منابع فسیلی و بهبود جنبه‌های زیست‌محیطی. انتخاب روش مناسب بستگی به منابع موجود، هزینه‌ها و الزامات زیست‌محیطی دارد. با پیشرفت فناوری، انتظار می‌رود تولید گازوئیل کارآمدتر و پاک‌تر شود، که به سمت یک سیستم انرژی پایدار کمک می‌کند.