پاورپوینت سوخت های مایع و پالایش آن

مقدمه

سوخت مایع مهمترین مواد تولید کننده انرژی. از سوخت های مایع در صنعت حمل و نقل، مراکز تولید انرژی، صنایع تولید آهن و فولاد و صنایع پتروشیمی استفاده می شود. مهمترین سوخت مایع نفت خام است.

مزایای سوخت مایع:

• با هزینه نسبتاً کم و به سادگی می توان آنها را به مراکز مصرف حمل کرد.
• پس از احتراق خاکستر چندانی از خود بر جای نمی گذارند و بر خلاف سوخت های جامد تولید غبار نمی کنند.
• کنترل تحتراق آنها آسان است و با کم و زیاد کردن جریان سوخت می توان گرمای حاصل از احتراق را افزایش یا کاهش داد.
• ارزش گرمایی آنها زیاد است و می توان در حجم کم، مقدار زیادی انرژی ذخیره کرد.
• می توان سوخت های مایع را در محوطه ای دور از مصرف و به صورت های مختلف ذخیره کرد.
• خود به خود مشتعل نمی شوند.

معایب سوخت های مایع:

• ذخیره کردن مقادیر سوخت زیاد، احتمال بروز آتش سوزی را در پی دارد.
• مقدار گوگرد در اغلب سوخت های مایع زیاد است و خطر آلودگی هوا و خوردگی تجهیزات محفظه احتراق وجود دارد.
• قیمت سوخت های مایع از سوخت های جامد بالاتر است.

تقسیم بندی انواع سوخت های مایع

سوخت های مایع طبیعی و مصنوعی (ساختگی)

• نفت خام مهمترین سوخت مایع طبیعی است. بنزین، نفت سفید و … از نمونه سوخت های مصنوعی هستند.

سوخت های سبک و سوخت های سنگین

• سوخت های سبک بیشتر در موتورهای احتراق داخلی (مانند بنزین، الکل و سوخت دیزل) و موتورهای جت (مانند پارافین) بکار می روند.
• سوخت های سنگین شامل سنگینترین قسمت نفت طبیعی می باشند که در کوره های صنعتی و مصارف روغن کاری استفاده می شوند.

ویژگی های سوخت مایع

الف) وزن مخصوص و سنگینی

مهمترین عامل تمایز نفت های سبک از سنگین، سنگینی است. چگالی سوخت و API سنگینی است. هر چه چگالی بالاتر، سنگینی کمتر است.

افزایش سنگینی نفت باعث:

• کاهش لزجت
• کاهش کربن محتوی و افزایش هیدروژن محتوی
• کاهش چگالی
• افزایش دمای احتراق
• کوتاه شدن طول شعله

هر گاه سنگینی API نفتی از 45 کمتر باشد، آن را نفت سنگین می نامند.

تقسیم بندی نفت خام

نفت خام مشتمل بر مجموعه پیچیده ای از هیدروکربونهای جامد، مایع و گازی شکل و مقداری ناخالص هیدروکربنی است.

ترکیب شیمیایی نفت خام به صورت:

هیدروکربن های متنوعی از متان تا C60 در نفت خام وجود دارد. همه این هیدروکربن ها به صورت زیر می باشند:

• هیدروکربن های پارافینی یا آلکانی (CnH2n+2) (سادهترین نوع هیدروکربن در این گروه متان است).
• هیدروکربن های الفینی (CnH2n) (هیدروکربن های زنجیری اشباع نشده مانند اتیلن C2H4)
• هیدروکربن های سیکلو پارافینی (CnH2n) (هیدروکربن های حلقوی اشباع شده مانند سیکلو بوتان)
• هیدروکربن های آسفالتی یا معطر (CnH2n-6) (6 اتم کربن در شکل حلقه 6 گوش دارد مانند بنزن)

غیر هیدروکربنها شامل ترکیبات آلی گوگرد دار، ترکیبات اکسیژن دار و ترکیبات نیتروژن دار که ترکیبات گوگردی باعث خوردگی و افزایش فرسودگی تجهیزات می شود. همچنین نفت خام ممکن است ناخالص هایی مانند ذرات ماسه به همراه آب و نمک های معدنی یافت شود.

انواع نفت های پارافینی نسبت به انواع آسفالتی دارای چگالی کمتر (یا سنگینی API بیشتر)، عدد اکتان بالاتر و گوگرد کمتر هستند و برای روغن کاری مناسبترند. انواع نفت های پارافینی در مقابل اکسایش و تغییر ترکیب پایدارترند و به خوبی می سوزند.

انواع نفت های آسفالتی کربن بیشتری دارند و به علت دود زایی در موتورهای احتراق داخلی کمتر استفاده می شوند. خواص نفت خام سیکلوپارافینی مابین انواع پارافینی و آسفالتی است.

پالایش نفت خام

مرحله اول: وارد کردن نفت خام در مخازن به منظور رسوب کردن ذرات جامد مانند ذرات شن و نمک های معدنی و خارج شدن گاز های حل شده در نفت

وارد شدن نفت در سیستم گریز از مرکز به منظور جدا کردن باقی مانده ذرات جامد، آب و …

شستن نفت به منظور جدا کردن نمک های معدنی

اجرای مراحل پالایش در پالایشگاه

فرایند تقطیر جزء به جزء:

یک عملیات جدا سازی فیزیکی است که قسمت های مختلف نفت خام بر اساس اختلاف در نقطه جوش مواد مختلف آن از یکدیگر جدا می شوند. این کار در یک ستون استوانه ای انجام می شود.

در این شکل ابتدا نفت خام به کمک پمپ از مبدل حرارتی عبور می کند و دما به حدود 170 درجه سلسیوس می رسد، سپس وارد کوره های لوله ای شده و تا حدود 300 درجه سلسیوس گرم می شود. در این شرایط نفت خام به صورت مخلوطی از بخار و مایع تحت فشار به سمت پایین ستون تقطیر می شود.

فراورده های اصلی نفت خام

الف) سوخت های گازی:

این اجزا در دماهای معمولی به صورت گاز هستند مانند، متان، اتان، پروپان و بوتان. سوخت های گازی در محدوده دمایی صفر تا 45 درجه در برج تقطیر از نفت جدا می شوند.

گاز حاصل از تقطیر را می توان مایع کرد که به LPG (Liquified Petroleum Gas) معروف است و از آن در خودرو و … استفاده کرد. این گاز مایع عمدتاً شامل پروپان و بوتان است.

تذکر: گاز طبیعی را نیز می توان تا 118- درجه سلسیوس سرد کرد و تحت فشار 13/5 بار به صورت مایع تحت عنوان LNG (Liquified Natural Gas) ذخیره کرد.

ب) بنزین:

بنزین مخلوط بی رنگ از برش های مختلف نفت خام است که در گستره دمایی 30 تا 300 درجه سلسیوس تقطیر می شود. (در بنزین هواپیما دامنه تقطیر به 50 تا 170 درجه سلسیوس محدود می شود، زیرا توزیع یکنواخت مخلوط در موتور هواپیما مورد نیاز است).

خواص اغلب بنزین ها معادل اکتان (C8H18) فرض می شود اما در واقع بنزین ها شامل هیدروکربن های بین C5 تا C12 است. چگالی نسبی آن حدود 0/73 است. ارزش حرارتی بنزین حدود 43/9 مگا ژول بر کیلوگرم یا 31/8 مگا ژول بر لیتر است.

مهمترین خاصیت بنزین ها سرعت آرام سوزی آنها است، خاصیت آرام سوزی بنزین نشان دهنده نسبتی از انرژی است که می توان در حالت کاری از آن استخراج کرد.

هر چه در محفظه احتراق انفجار بیشتری صورت گیرد، سرعت جابجایی شعله حاصل از جرقه شمع بیشتر می شود و علاوه بر ایجاد سر و صدا و گرم شدن سیلندر، مصرف سوخت را نیز بالا می برد و قدرت موتور کمتر می شود.

خاصیت آرام سوزی یا ضد ضربه بنزین ها به وسیله عدد اکتان مشخص می شود. عدد اکتان معرف درصد ایزو اکتان موجود در مخلوطی از ایزو اکتان و هپتان نرمال است. عدد اکتان برای ایزو اکتان که آرام می سوزد 100 و برای هپتان نرمال که خاصیت انفجاری شدید دارد صفر فرض شده است. با افزودن ترکیباتی مانند تترا اتیل سرب می توان عدد اکتان سوخت را بالا برد.