برای این که روغن موتور بتواند نقش خود را به خوبی ایفا کند، باید مشخصاتش در حد مطلوب باشد. این مشخصات عبارتند از: گرانروی و اندیس آن، نقطه ریزش و انجماد، پایداری و ...

 با توجه به اندیس گرانروی، پارافین ها مشخصات مطلوب تری دارند ولی عیب آن ها بالا بودن نقطه انجمادشان است و به همین دلیل نمی توانند مشخصات مورد لزوم روغن را در سرما تامین نمایند، پس باید هیدروکربن هایی را جستجو کرد که نه تنها مشخصات مورد نظر را دارا باشند بلکه در دماهای پایین نیز این خصوصیات را حفظ نمایند. پس از بررسی های مختلف معلوم شد که زنجیرهای بسیار بلندی که در جای جای آن ها یک شاخه و یا یک حلقه قرار گرفته است، بهترین جوابگوی این خصوصیات می باشند. بنابراین، در پالایش روغن ابتدا باید این نوع ترکیبات را تثبیت کرد و سپس ترکیباتی را که باعث عدم مرغوبیت روغن می شوند، حذف نمود. این ترکیبات نامطلوب عبارتند از آروماتیک ها، ترکیبات گوگردی، نیتروژن دار و اکسیژن دار. بر این اساس برای پالایش روغن دو روش به کار می رود:

 الف- روش معمول که اساسا از جداسازی های فیزیکی استفاده می نماید.

ب- روش تصفیه با هیدروژن

روش معمول یا کلاسیک

این روش پالایش روغن از قسمت های زیر تشکیل شده است:

- برج تقطیر خلا

- واحد استخراج با حلال

- واحد موم گیری

- واحد عملیات نهایی

 هر گاه تولید روغن های سنگین مورد نظر باشد، عملیات آسفالت گیری نیز به این مجموعه اضافه می شود.

شروع عملیات هنگامی است که باقیمانده اتمسفری ( از واحد تقطیر اتمسفری)، وارد ستون تقطیر خلا می شود. در خروج از این ستون، تعدادی از برش ها را برای روغن سازی انتخاب می کنند. این انتخاب با توجه به نوع روغن مورد نظر صورت می گیرد.

 فرآورده ی سبک تقطیر (Light distillate) به عنوان پایه روغن های سبک به کار می رود. فرآورده های میانی و سنگین تر (Heavy distillate) برای تهیه روغن های موتور مصرف می شوند و باقیمانده ی خلا پس از آسفالت گیری با پروپان، پایه روغن سنگین (Bright stock) را تشکیل می هد.

 معمولا در خروج از ستون تقطی خلا، مشخصات این برش ها بسیار نامطلوب است. به همین جهت ابتدا عملیات استخراج با حلال را بر روی این برش ها انجام می دهند تا اندیس گرانروی شان افزایش یافته و در ضمن درصد کربن، گوگرد و نیتروژن کاهش یابد. سپس عملیات موم گیری به منظور پایین آوردن نقطه انجماد و در پایان عملیات تصفیه با خاک های رنگبر و یا هیدروژن، انجام می شود.

آسفالت گیری (Deasphalting)

قیرها و آسفالت ها هیدروکربن های بسیار سنگین چند حلقه ای هستند که حاوی مقداری گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و فلزاتی چون سدیم، کلسیم، آهن، نیکل و وانادیم می باشند.

با توجه به این که نمی توان این مواد را از طریق تقطیر از سایر هیدروکربن ها جدا کرد، بنابراین از روش استخراج با حلال استفاده می شود. در این روش می توان مواد آسفالتی را توسط هیدروکربن های سبک مایع شده (از پروپان تا هگزان) رسوب داد و از برش روغنی جدا کرد.

 در این رابطه، اتان نه تنها آسفالت را رسوب می دهد بلکه بخش مهمی از روغن را نیز به همراه آسفالت رسوب می دهد، بالعکس بوتان و پنتان و هگزان آسفالت را به اندازه کافی رسوب نمی دهند. پروپان از نظر رسوب مواد آسفالتی وضعیت بهینه را داراست و به همین جهت در واحد آسفالت گیری مورد استفاده قرار می گیرد. از خصوصیات پروپان آنست که در بالاتر از 40 درجه سانتیگراد برخلاف سایر حلال ها عمل می کند به این صورت که افزایش دما قدرت حلالیت آن را نسبت به روغن کاهش می دهد.

 شرح واحد آسفالت گیری

 واحد آسفالت گیری از دو بخش استخراج و بازیابی حلال تشکیل شده است. استخراج آسفالت در یک ستون تحت فشار (30 تا 40 اتمسفر) انجام می شود تا حلال در فاز مایع باقی بماند.

باقیمانده خلا در بدو ورود به ستون استخراج، با پروپان تماس پیدا می کند و به دو فاز تفکیک می شود. فاز آسفالتی به طرف پایین ستون جریان می یابد که در آن جا پایین آمدن دما باعث افزایش حلالیت روغن (کشیده شده توسط آسفالت) در جریان صعودی پروپان می شود.

 فاز روغن-حلال هم که حاوی مقداری آسفالت است، به طرف بالای ستون می رود و در آن جا افزایش دما باعث کاهش حلالیت شده، به طوری که اسفالت کشیده شده به تدریج رسوب می کند و روغن خروجی از سر ستون به صورت شفاف به دست می آید.

افزایش نسبت حلال به خوراک باعث افزایش بازده عملیات می شود. معمولا این نسبت بین 5:1 و 10:1 تغییر می کند و هر چه خوراک سنگین تر باشد باید مقدار آن بیشتر شود.

معمولا فاز استخراجی دارای 15 تا 20% وزنی روغن است. فاز تصفیه شده نیز حاوی 30 تا 50% حجمی پروپان است.

 بخش بازیابی حلال پیچیده تر از بخش استخراج است. برای بازیابی حلال از فازهای استخراج و تصفیه، از سیستم تبخیر آنی دو مرحله ای استفاده می شود. در مرحله اول که فشار بالاتر است، اشکال کشیده شدن آسفالت و کف کردن پیش می آید که برای کاهش آن باید در دمای حدود 290 درجه سانتیگراد عمل کرد. در مرحله دوم، در فشار اتمسفری، پروپان باقیمانده از فازهای استخراج و تصفیه جدا می شود. پروپان بازیافتی قبل از بازگشت به مخزن، متراکم می شود. روغن به دست آمده از این واحد از نوع روغن سنگین (Bright stock) است.

استخراج آروماتیک ها از برش های روغنی

 ویژگی اصلی یک روغن موتور مرغوب، بالا بودن اندیس گرانروی آنست. بنابراین در پالایش روغن باید ترکیباتی را که اندیس گرانروی پایینی دارند از برش روغنی جدا کرد. در میان هیدروکربن ها، آروماتیک ها دارای پایین ترین اندیس گرانروی می باشند. برش های روغن خامی که از ستون تقطیر خلا به دست می آیند، اغلب دارای ترکیبات آروماتیکی و نفتنی می باشند. این مواد به علت پایین بودن اندیس گرانروی و همچنین عدم پایداری در برابر اکسیده شدن، موجب عدم مرغوبیت روغن می شوند. برای افزایش مرغوبیت و مقاومت روغن، این مواد را به وسیله ی حلال های مناسب از برش روغنی جدا می کنند.

 در عملیات استخراج، حلال نقش اساسی دارد و در انتخاب آن باید قدرت حلالیت و انتخابگری (Selectivity) مورد توجه قرار گیرند.

قدرت حلالیت معرف میزان سازنده ی قابل حل در واحد حجم یا جرم حلال است و انتخابگری، میل ترجیحی حلال برای یک سازنده ی مشخص در مخلوط می باشد. هنگام استخراج، در اثر تماس حلال با خوراک دو فاز به وجود می آید: یکی فاز تصفیه شده (Raffinate) که قسمت نامحلول است و دیگری فاز استخراج (Extract) که در حلال کاملا حل می شود.

در عملیات استخراج چنان چه میزان حلال افزایش یابد، بازده ماده تصفیه شده کاهش می یابد ولی کیفیت آن بهتر می شود.

 دما نیز اثر زیادی بر عملیات استخراج دارد. معمولا با افزایش دما قدرت حلالیت افزایش یافته ولی انتخابگری کاهش می یابد. به علت این دو اثر متضاد، باید برای استخراج دمای بهینه ای در نظر گرفت.

در صنعت حلال هایی که برای استخراج مواد آروماتیکی به کار می روند عبارتند از: فورفورال، فنل، ان متیل پیرولیدین، انیدرید سولفورو و دوئوسل.

 - فورفورال: یک آلدهید حلقوی به فرمول C5H4O2 است که انتخابگری مناسبی دارد. گرانروی آن پایین بوده و حلالیتش برای روغن بسیار کم است. از معایب آن اکسیده شدن در حضور هوا و تولید ترکیبات اسیدی خورنده و نیز ککینگ در دمای بالاتر از 230 درجه سانتیگراد است. برای استخراج آروماتیک ها اغلب از فورفورال استفاده می شود.

 - فنل: فنل انتخابگری بالایی دارد. قدرت حلالیت آن نیز بسیار بالاست ولی به علت سمیت کاربرد کمتری دارد. نقطه جوش آن بالاست بنابراین بازیابی آن را می توان در دمای بالاتری انجام داد.

 - انیدرید سولفورو: حلالیت آن برای روغن کم است و به سادگی دو فاز جداگانه ایجاد می کند. به علت پایین بودن نقطه جوش آن، عملیات استخراج باید در فشار بالاتری انجام شود ولی هنگام بازیابی به سادگی جدا می شود. با سنگین تر شدن خوراک، قرت حلالیت انیدرید سولفورو کاهش می یابد و در نتیجه باید نسبت حلال به خوراک را افزایش داد.

 - دوئوسل (Duosol): دوئوسل مخلوطی است از حلال های پروپان و سلکتو (Selecto) (مخلوطی از اسید کرزیلیک و فنل). پروپان و سلکتو مواد آسفالتی، مواد آروماتیکی و سایر ترکیباتی را که جرم مولکولی بالایی دارند،در خود حل می کنند ولی کاربرد دوئوسل بری استخراج آروماتیک ها از برش های روغنی به علت نیاز به دما و فشار زیاد و بالا بودن نسبت حلال به خوراک و مشکلات بازیابی حلال، مقرون به صرفه نیست.

روش استخراج آروماتیک ها

همانند سایر روش های استخراج، هنگام استخراج آروماتیک ها سه عمل باید صورت گیرد:

- تماس نزدیک خوراک (فرآورده های تقطیر خلا) و حلال

- توزیع متفاوت هیدروکربن های پارافینی، نفتنی و آروماتیک موجود در خوراک بین دو فاز حلال و روغن

- بازیابی حلال موجود در دو فاز تصفیه و استخراج به کمک تقطیر با بخار آب.

واحد استخراج از یک ستون سینی دار و یا مجهز به همزن با صفحه ی دوار (RDC) تشکیل شده است. خوراک و حلال از دو انتهای ستون وارد می شوند و در جهت مخالف یکدیگر حرکت می کنند و به این ترتیب تماس برقرار می شود.

نسبت حلال به خوراک و نیز دمای ستون، تابع نوع روغن و اندیس گرانروی مورد نظر است.

واحد استخراج با فورفورال

خوراک روغنی در دمایی متناسب با گرانروی آن، وارد ستون استخراج (با جریان مخالف) می شود.گرادیا دمایی از بالا تا پایین ستون بین 30 تا 50 درجه سانتیگراد است. دمای بالای ستون بستگی به دمای اختلاط فورفورال و روغن دارد و معمولا در محدوده ی 105 تا 150 درجه سانتیگراد قرار دارد.

فاز روغنی، فاز پیوسته است و فاز پخش شده از ورای فاز روغنی به طرف پایین جریان می یابد. برای افزایش کارایی، فاز استخراج با نسبت 0.5:1 بازگردان میشود.

نسبت فورفورال به روغن بین 2:1 برای خوراک های سبک تا 4.5:1 برای خوراک های سنگین در نظر گرفته می شود.تلاف حلال کمتر از 0.02 % وزنی جریان های تصفیه و استخراج می باشد.

فورفورال به آسانی اکسیده می شود و به همین دلیل در سیستم از یک گاز بی اثر استفاده می شود. همچنین فورفورال می تواند در معرض تجزیه حرارتی قرار گیرد و به همین علت دمای مبدل ها باید به دقت کنترل شود.

جداسازی فورفورال از فاز تصفیه شده که پارافینی است و حاوی 15 تا 20% فورفورال است و نیز از فاز استخراج که حاوی آروماتیک ها و 85 تا 95% فورفورال است، از طریق تبخیر آنی (Flash) و استریپینگ (Steam Stripping) با بخار انجام می شود.

فورفورال با آب یک آزئوتروپ تشکیل می دهد و به همین دلیل سیستم بازیابی فورفورال وضعیت خاصی دارد. پس از تقطیر این آزئوتروپ در ستون مربوطه و میعان فرآورده های حاصل، دو لایه غنی از آب و غنی از فورفورال تشکیل می شود.

لایه غنی از فورفورال بازگردان می شود و فورفورال باقیمانده در لایه آبی به وسیله ی استریپینگ با بخار جدا می شود.

بخارهای بالای ستون نیز پس از میعان به جدا کننده ی فورفورال-آب بازگردان می شوند. جریان پایین ستون که از فورفورال خالص تشکیل شده است به مخزن فورفورال ارسال می شود.

در این روش متغیرهای عملیاتی عبارتند از نسبت فورفورال به روغن (F/O)، دمای استخراج و نسبت بازگردان.

نسبت فورفورال به روغن اثر زیادی بر کیفیت و بازده روغن تصفیه شده دارد. دما نیز با توجه به گرانروی روغن و سهولت اختلاط آن تعیین می شود. نسبت بازگردان نیز بر درجه ی تفکیک آروماتیک ها موثر است.

واحد استخراج با فنل

واحد استخراج با فنل تا حدی شبیه واحد فورفورال بوده ولی بخش بازیابی آن متفاوت است زیرا فنل آسان تر از فورفورال بازیابی می شود.

فنل علاوه بر آروماتیک ها، قسمتی از پارافین ها و نفتن ها را نیز حل می کند. آب می تواند به عنوان ضد حلال عمل کند و گزینش پذیری فنل را افزایش دهد. بدین منظور 3 تا 8% حجمی آب به فنل اضافه می شود.

در این واحد، متغیرهای عملیاتی عبارتند از نسبت فنل به روغن، دمای استخراج و درصد آب در فنل. بازیابی فنل از فازهای تصفیه و استخراج به وسیله ی تقطیر و استریپینگ با بخار انجام می شود.

واحد استخراج با ان متیل پیرولیدون (NMP)

در این واحد استخراج، برای جداسازی حلقه های آروماتیک متراکم و ترکیبات قطبی از برش های روغنی، از حلال ان متیل پیرولیدون استفاده می شود. این روش به عنوان جانشینی برای روش فنل در نظر گرفته شده است تا اشکالات ایمنی و زیست محیطی فنل را تا حدودی برطرف کند. البته به علت اختلاف نقاط جوش و ذوب و نیز گرانروی فنل و متیل پیرولیدون و آمیزش کامل این ماده با آب، در صورت استفاده از متیل پیرولیدون باید تغییراتی در طراحی واحد فنل اعمال شود.

عملیات موم گیری (Dewaxing)

در خروج از واحد استخراج، نقطه انجماد برش های روغنی بسیار بالاست (بین 20 تا 60 درجه سانتیگراد) که در چنین شرایطی نمی توانند مصرف شوند. بنابراین باید تمام هیدروکربن هایی که نقطه انجمادشان بالاتر از حداقل دمای مصرف روغن است، حذف شوند. این هیدروکربن ها اساسا از پارافین های سنگین و موم ها تشکیل شده اند و به همین دلیل حذف این ترکیبات را موم گیری نامیده اند. موم گیری به دو روش، با و یا بدون استفاده از حلال انجام می شود.

در روش موم گیری بدون حلال، ابتدا برش روغنی را سرد می کنند به طوری که موم های آن متبلور شوند، سپس موم حاصل را به وسیله صافی فشاری یا سانتریفوژ از روغن جدا می کنند. در حال حاضر این روش کاربردی ندارد و بیشتر از روش موم گیری با حلال استفاده می شود. استفاده از حلال به دو منظور است:

- رسوب دادن موم ها

- کاهش گرانروی و رقیق کردن برش روغنی که باید از صافی بگذرد.

در این عملیات خوراک را تحت شرایط معینی با حلا مخلوط کرده، سرد می کنند (25- تا 10- درجه سانتیگراد). افزایش حلال می تواند قبل یا بعد از سرد کردن خوراک و یا دو مرحله باشد.

مواد نامحلول در حلال، متبلور می شوند. سپس به کمک صافی های دوار، موم متبلور از مخلوط روغن و حلال جدا می شود. برش صاف شده به ستون تقطیر ارسال شده، حلال از روغن جدا می شود. حلال بازیابی شده به واحد موم گیری بازگردان شده، روغن برای عملیات نهایی به واحد مربوط فرستاده می شود.

انتخاب حلال

حلال مناسب باید روغن را حل کرده، تمام موم ها را رسوب دهد. از طرف دیگر، پس از تبلور، شبکه بلوری موم ها نباید آن چنان فشرده باشد که مانع عبور و صاف شدن رغن شود.

بنزن و تولوئن حلال های بسیار خوبی برای روغن ها می باشند ولی موم ها را نیز تا حدودی حل می کنند. بالعکس استون و کتون های بالاتر، روغن ها را چندان حل نمی کنند و موم ها را به خوبی رسوب می دهند. این ترکیبات را ضد حلال (Anti-solvent) می نامند زیرا در مخلوط با حلال هایی چون تولوئن، باعث کاهش قدرت حلالیت آن ها می شوند. با مخلوط کردن یک حلال و یک ضد حلال با نسبت های مناسب، می توان به حلال ایده آل موم گیری نزدیک شد. به نظر می رسد که هر چه ضد حلال بیشتر باشد، بهتر است ولی نمی توان نسبت آن را بیش از حد بالا برد. در عملیات موم گیری، حلال متداول تر مخلوط تولوئن و متیل اتیل کتون است. در بعضی واحدها از حلال پروپان نیز استفاده می شود.

شرح واحد موم گیری

در بیشتر روش ها از مخلوط تولوئن-متیل اتیل کتون و یا متیل ایزوبوتیل کتون استفاده می شود. قبلا مخلوط بنزن-متیل اتیل کتون به کار می رفت ولی به علت مخاطراتی که از نظر سلامتی ایجاد می کرد، کنار گذاشته شد.

ابتدا حلال به خوراک روغنی اضافه شده و مخلوط توسط یک رشته مبدل و چیلر سرد می شود. برای سهولت کار، در حین کاهش تدریجی دما، حلال اضافی به خوراک افزوده می شود. در مبدل ها از ماده ی صاف شده سرد استفاده می شود و ماده سرد کننده چیلرها معمولا پروپان است.

به منظور حذف موم متبلور، مخلوط سرد وارد صافی های دوار می شود. کیک مومی حاصل در محیط گاز خنثی با حلال سرد شستشو داده می شود. بازیابی حلال از فرآورده صاف شده و موم به وسیله حرارت، تبخیر آنی و استریپینگ با بخار انجام می شود. آبی که در نتیجه استریپینگ با بخار وارد سیستم می شود به طور مداوم به وسیله یک رشته تفکیک کننده جدا می شود.

فرآورده های بالای استریپر به یکدیگر پیوسته، مایع می شوند و سپس در جداکننده به دو فاز تفکیک می شوند. فاز رقیق حاوی 3.5% مولی کتون و فاز کتونی دارای 3% مولی آب است. فاز کتونی وارد ستون آبگیری شده و فاز آبی به استریپر کتون ارسال می شود. کتون به وسیله بخار آب از فاز آبی جدا شده، آب از پایین ستون تخلیه می شود.

فرآورده های واحد موم گیری عبارتند از روغن موم گیری شده و موم نرم (Slack wax). پس از آن، به منظور بهبود رنگ و پایداری، روغن به مرحله تصفیه ارسال می شود. موم نیز یا به عنوان خوراک کراکینگ کاتالیزوری به کار می رود و یا تحت عملیات روغن گیری قرار می گیرد تا قابلیت کاربرد صنعتی به دست آورد.

عوامل موثر بر موم گیری

عوامل موثر بر موم گیری عبارتند از: دما، کیفیت خوراک، نسبت حلال به ضد حلال، میزان رقیق کردن و نحوه آن، روش سرد کردن، شست و شوی کیک و تنظیم صافی ها.

عملیات تصفیه نهایی

پس از عملیات فوق الذکر، معمولا روغن مشخصات فیزیکی لازم را به دست می آورد ولی بدرنگ و ناپایدار است. هدف عملیات تصفیه بهبود رنگ و افزایش پایداری روغن است.

پیش از این تصفیه روغن به وسیله خاک های جاذب رنگبر انجام می شد ولی از سال 1960 بیشتر از روش های تصفیه هیدروژن استفاده می شود. این روش ها امکان بهبود رنگ و کاهش درصد گوگرد و کربن کنرادسون را می دهند و گاهی نیز مشخصات گرانروی روغن را بهبود می بخشند.

عملیات با خاک های جاذب رنگبر

خاک های رنگبر از نوع سیلیکات های آلومینیوم با فرمول های مختلف به صورت زیر می باشند:

هالویزیت (Halloysite) Al4(Si4O10)(OH)8، آتاپولژیت (Attapulgite) Mg5,Al5Si8O22(OH)4,4H2O، مونت موریلونیت (Montmorillonite) 5SiO2,Al2O3(MgCa)O,nH2O

بعضی از این خاک ها به طور طبیعی قدرت رنگبری دارند مانند هالویزیت برخی دیگر فاقد این قدرت می باشند ولی در اثر فعال شدن با اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک (در 90 درجه سانتیگراد) خاصیت رنگبری پیدا می کنند.

تصفیه با خاک های رنگبر به دو روش صورت می گیرد: روش پرکولاسیون و روش تماسی.

- روش پرکولاسیون

دراین روش، خاک رنگبر به صورت دانه هایی در بستر ثابت در یک یا چند صافی استوانه ای قرار می گیرد. روغن به کندی از روی خاک در دمای هر چه پایین تر عبور داده می شود. اولین قطره های روغن کاملا بیرنگ می باشند ولی به تدریج این بی رنگی کاهش می یابد. در انتها، قسمت های مختلف روغنی را مخلوط می کنند تا رنگ متوسط یکسانی به دست آید.

پس از انجام عملیات، خاک فرسوده با بنزین شسته می شود و پس از تبخیر بنزین، آن را به کوره دوار می فرستند تا در دمای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد تکلیس شود.

کاربرد این روش باعث صرفه جویی در خاک می شود ولی عیب آن لزوم استفاده از تاسیسات بزرگ است که سرمایه گذاری زیادی لازم دارد.

- روش تماسی

در این روش مداوم، روغن و خاک با نسبت های مناسب مخلوط شده، وارد یک پیش گرمکن می شوند. مخلوط پس از هواگیری وارد یک کوره لوله ای می شود و چند دقیقه در دمای لازم که بستگی به نوع روغن و خاک دارد، توقف می کند. در خروج از کوره، مخلوط وارد یک مخزن تحت خلا شده،به مدت 10 الی 30 دقیقه بهم زده می شود و سپس از ستون استریپینگ دو مرحله ای عبور می کند.

در قسمت فوقانی، نفتای قابل اشتعالی که حین عبور مخلوط از کوره، تشکیل شده است، همراه بخار به خارج کشیده می شود. قسمت تحتانی که به پمپ خلا متصل است، امکان خشک کردن نسبی مخلوط را می دهد. پس از آن، مخلوط سرد شده، از صافی عبور داده می شود.

پس از خروج از صافی، روغن هنوز حاوی ذرات ریز می باشد و باید از صافی نهایی کاغذ دار عبور داده شود.

شرکت بهبود صنعت آمادگی خود جهت تهیه طرح توجیهی تولید روغن موتور را اعلام می دارد

هم اکنون سفارش طرح توجیهی تولید روغن موتور دهید

استفاده از کلیه مطالب این سایت برای عموم آزاد می باشد ، فقط در راستای حفظ زحمات تیم تولید محتوی ما خواهشمندیم در صورت برداشت از این محتوی لینک ما را درج نمایید. باسپاس