برج‌های تقطیر، که به عنوان ستون‌های تفکیک نیز شناخته می‌شوند، از اجزای کلیدی صنعت پتروشیمی هستند و نقش اساسی در فرآیند پالایش نفت خام و تولید محصولات پتروشیمیایی ایفا می‌کنند. این سازه‌های بلند با بهره‌گیری از اصول تقطیر جزء به جزء، مخلوط‌های پیچیده مانند نفت خام یا مایعات گازی را بر اساس تفاوت در نقطه جوش به اجزای تشکیل‌دهنده‌شان تفکیک می‌کنند. نقش این برج‌ها در تبدیل مواد خام به سوخت‌ها، مواد شیمیایی و محصولات واسطه‌ای که صنایع مدرن را پشتیبانی می‌کنند، غیرقابل‌جایگزین است.
برج تقطیر به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین تجهیزات فرآیندی در صنعت پتروشیمی، نقشی غیرقابل انکار در جداسازی ترکیبات شیمیایی ایفا می‌کند. عملکرد این برج بر پایه‌ی تفاوت در نقطه جوش اجزای یک مخلوط مایع استوار است، که با استفاده از آن، امکان تفکیک و بازیابی مواد مختلف با خلوص بالا فراهم می‌شود. در صنعت پتروشیمی که با طیف گسترده‌ای از هیدروکربن‌ها و ترکیبات آلی سر و کار دارد، برج تقطیر به‌عنوان ستون فقرات بسیاری از فرآیندهای پالایش و تولید محسوب می‌شود.
عملکرد برج‌های تقطیر
برج تقطیر با گرم کردن یک مخلوط مایع و تولید بخار عمل می‌کند. بخار تولیدشده به سمت بالای برج حرکت می‌کند و با کاهش دما، اجزایی که نقطه جوش بالاتری دارند در ارتفاعات مختلف برج متراکم می‌شوند. برج‌ها مجهز به سینی‌ها یا مواد پرکننده هستند که تماس بین بخارهای در حال صعود و مایعات در حال نزول را تسهیل می‌کنند و فرآیند جداسازی را بهبود می‌بخشند. این فرآیند منجر به جمع‌آوری اجزای مختلف مانند بنزین، نفت سفید، گازوئیل و باقی‌مانده‌های سنگین‌تر مانند قیر در سطوح مختلف برج می‌شود.
در صنعت پتروشیمی، نفت خام معمولاً در یک واحد تقطیر اتمسفری (ADU) پردازش می‌شود که در آن تحت فشار اتمسفری به اجزای مختلف تفکیک می‌شود. برای اجزای سنگین‌تر که نیاز به پردازش بیشتر دارند، از واحد تقطیر خلأ (VDU) استفاده می‌شود که تحت فشار کاهش‌یافته عمل می‌کند تا نقطه جوش را پایین بیاورد و از تجزیه حرارتی ترکیبات حساس جلوگیری کند.
اهمیت جداسازی در فرآیندهای پتروشیمی
فرآیندهای پتروشیمی اغلب با خوراک‌هایی مانند نفتا، گاز طبیعی، یا برش‌های نفت خام آغاز می‌شوند. این خوراک‌ها ترکیبی از ده‌ها تا صدها ماده شیمیایی مختلف هستند که برای تبدیل آن‌ها به محصولات باارزش مانند اتیلن، پروپیلن، بوتادین، بنزن، تولوئن، زایلن و غیره، ابتدا باید جداسازی شوند. برج‌های تقطیر ابزار اصلی برای این جداسازی‌ها هستند.
به‌عنوان مثال، در واحد تولید اتیلن (واحد کراکر)، پس از انجام کراکینگ حرارتی، محصول خروجی مخلوطی از گازها و مایعات مختلف است. برای جداسازی این ترکیبات، از چندین مرحله تقطیر استفاده می‌شود، که در هر مرحله یک یا چند جزء به‌طور مجزا بازیابی می‌گردند. بدون وجود برج‌های تقطیر، این جداسازی‌ها یا ممکن نبود یا با هزینه‌ای بسیار بالا و راندمانی پایین انجام می‌شد.
برج تقطیر سینی‌دار (Tray Column)
در برج تقطیر سینی‌دار، سینی‌هایی در فواصل معین داخل ستون تعبیه شده‌اند که عمل تماس بین بخار و مایع را افزایش می‌دهند. این برج‌ها برای خوراک‌هایی با دبی بالا و تفاوت نسبی کم در نقطه جوش اجزا مناسب‌اند. انواع سینی‌های مورد استفاده شامل سینی سوراخ‌دار، سینی دریچه‌دار و سینی حباب‌دار هستند.
فرآیند تقطیر در پتروشیمی چگونه انجام می‌شود؟
تقطیر در اصل به فرآیند جداسازی اجزای یک مخلوط بر اساس تفاوت در نقطه جوش آن‌ها گفته می‌شود. این فرآیند به‌صورت پیوسته یا ناپیوسته قابل اجراست، ولی در صنعت پتروشیمی معمولاً به‌صورت پیوسته انجام می‌شود تا تولید به‌صورت مداوم و با راندمان بالا ادامه یابد.
خوراک ورودی معمولاً پس از پیش‌گرمایش وارد برج می‌شود. در داخل برج، اجزای سبک‌تر با دمای پایین‌تر تبخیر شده و به سمت بالای برج حرکت می‌کنند، در حالی‌که اجزای سنگین‌تر به سمت پایین برج می‌روند و به‌صورت مایع تخلیه می‌شوند. در نقاط مختلف برج، محصولات جداشده از طریق لوله‌های جانبی جمع‌آوری می‌شوند.
برای افزایش دقت و خلوص، بسیاری از برج‌ها به سیستم‌های بازجریان (Reflux) مجهز هستند که بخشی از بخار بالا دوباره به برج برمی‌گردد و باعث بهبود جداسازی می‌شود.
کاربردهای عملی برج تقطیر در واحدهای پتروشیمی
برج‌های تقطیر در واحدهای مختلف پتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله:
- واحد تقطیر نفتا برای تهیه بنزین، حلال‌ها و ترکیبات سبک آروماتیکی
- واحد تفکیک گاز طبیعی برای جداسازی متان، اتان، پروپان و بوتان
- واحد بازیافت حلال در تولید پلیمرها و رزین‌ها
- واحد تصفیه نهایی محصولات آروماتیک برای افزایش خلوص بنزن، تولوئن و زایلن
- واحد خالص‌سازی ترکیبات شیمیایی خاص مانند الکل‌ها، اسیدها و اترها
مزایای استفاده از برج تقطیر در پتروشیمی
- بازیابی بهینه محصولات با ارزش بالا
- صرفه‌جویی در مصرف انرژی با استفاده از فناوری‌های بهینه‌سازی مانند ریبویلرهای حرارتی
- امکان جداسازی چند مرحله‌ای و تولید محصولات با خلوص بالا
- قابلیت کنترل دقیق شرایط عملیاتی (فشار، دما، بازجریان)
- پایداری و عملکرد پیوسته در فرآیندهای تولید انبوه
اهمیت در صنعت پتروشیمی
- تولید سوخت و مواد اولیه پتروشیمیایی: برج‌های تقطیر سوخت‌های ضروری مانند بنزین، سوخت جت و گازوئیل را تولید می‌کنند که حمل‌ونقل و صنایع را تأمین می‌کنند. علاوه بر این، اجزای سبک‌تر مانند نفتا و گاز مایع (LPG) به عنوان مواد اولیه برای فرآیندهای پایین‌دستی، از جمله تولید پلاستیک، لاستیک مصنوعی و کودهای شیمیایی، استفاده می‌شوند.
- بهینه‌سازی منابع: با تفکیک نفت خام به اجزای قابل‌استفاده، برج‌های تقطیر اطمینان می‌دهند که تقریباً تمام اجزای ماده خام مورد استفاده قرار گیرند و ضایعات به حداقل برسد. این کارایی در صنعتی که بهینه‌سازی منابع مستقیماً بر سودآوری و پایداری زیست‌محیطی تأثیر می‌گذارد، حیاتی است.
- پشتیبانی از فرآیندهای پایین‌دستی: اجزای حاصل از برج‌های تقطیر به فرآیندهای ثانویه مانند کراکینگ کاتالیزوری، هیدروتریتینگ و ریفرمینگ وارد می‌شوند. برای مثال، باقی‌مانده‌های سنگین از تقطیر اتمسفری ممکن است تحت تقطیر خلأ یا کراکینگ قرار گیرند تا محصولات باارزشی مانند روان‌کننده‌ها یا الفین‌ها تولید شوند.
- انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری: برج‌های تقطیر برای پردازش طیف وسیعی از مواد اولیه، از نفت خام سبک تا انواع سنگین و غنی از گوگرد، طراحی شده‌اند. این انعطاف‌پذیری آن‌ها را به یکی از اجزای اصلی پالایشگاه‌های سراسر جهان تبدیل کرده که قادر به پاسخگویی به نیازهای متنوع بازار هستند.
پیشرفت‌های برج‌های تقطیر
برج‌های تقطیر مدرن از فناوری‌های پیشرفته برای بهبود کارایی و کاهش اثرات زیست‌محیطی استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، سیستم‌های کنترل کامپیوتری شرایط عملیاتی را در زمان واقعی بهینه‌سازی می‌کنند و مصرف انرژی را کاهش می‌دهند. تکنیک‌های یکپارچه‌سازی حرارتی گرما را در فرآیند پالایش بازیابی و بازاستفاده می‌کنند و کارایی انرژی را افزایش می‌دهند. علاوه بر این، نوآوری‌هایی در طراحی سینی‌ها و مواد پرکننده، دقت جداسازی را بهبود بخشیده و امکان تولید محصولات با خلوص بالاتر را فراهم کرده است.
منبع: ابرار صنعتی
