بنزین چگونه تولید می شود؟ + شرح دقیق مراحل

۱. استخراج و انتقال نفت خام
نفت خام، ماده اولیه تولید بنزین، از چاه‌های نفت استخراج می‌شود. این ماده ترکیبی پیچیده از هیدروکربن‌ها با زنجیره‌های مختلف (از متان با یک کربن تا هیدروکربن‌های سنگین با بیش از ۵۰ کربن) است.

پس از استخراج، نفت خام از طریق خطوط لوله یا نفت‌کش‌ها به پالایشگاه‌ها منتقل می‌شود. برای مثال، در ایران، نفت خام از مناطقی مثل مسجدسلیمان یا خوزستان به پالایشگاه‌هایی مثل پالایشگاه آبادان ارسال می‌شود.

۲. پالایش اولیه: تقطیر جزء به جزء
در پالایشگاه، اولین مرحله برای تولید بنزین، تقطیر جزء به جزء نفت خام است. این فرآیند در برج تقطیر انجام می‌شود:
گرمایش نفت خام: نفت خام در کوره‌های بزرگ تا دمای حدود ۳۵۰ تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌شود.

این دما باعث تبخیر بخش زیادی از هیدروکربن‌ها می‌شود، اما به گونه‌ای تنظیم می‌شود که هیدروکربن‌های سنگین‌تر تجزیه نشوند.

ورود به برج تقطیر: مخلوط بخار و مایع وارد برج تقطیر می‌شود. این برج شامل سینی‌های متعدد است که هر سینی دمای متفاوتی دارد.

هیدروکربن‌ها بر اساس نقطه جوششان جدا می‌شوند:
هیدروکربن‌های سبک (مانند گازهای متان و اتان) در بالای برج جمع می‌شوند.
برش‌های میانی مثل نفتا (Naphtha) که پایه اصلی بنزین است، در بخش‌های میانی برج به دست می‌آیند (دمای ۴۰ تا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد).

برش‌های سنگین‌تر مثل نفت سفید، گازوئیل و در نهایت قیر در پایین برج جدا می‌شوند.
برش نفتا که شامل هیدروکربن‌هایی با ۵ تا ۱۲ اتم کربن (C5-C12) است، ماده اولیه تولید بنزین محسوب می‌شود، اما هنوز به فرآیندهای بیشتری نیاز دارد.

۳. بهبود کیفیت نفتا: فرآیندهای تبدیل
نفتای به‌دست‌آمده از تقطیر مستقیم (Straight-Run Gasoline) کیفیت پایینی برای استفاده به‌عنوان بنزین دارد، زیرا عدد اکتان آن پایین است (حدود ۵۰ تا ۶۰) و نمی‌تواند در موتورهای مدرن عملکرد خوبی داشته باشد.

برای بهبود کیفیت، فرآیندهای زیر انجام می‌شود:
الف) ریفرمینگ کاتالیزوری (Catalytic Reforming):
این فرآیند برای افزایش عدد اکتان و تولید هیدروکربن‌های آروماتیکی (مثل بنزن، تولوئن و زایلن) انجام می‌شود:
نفتا با هیدروژن و کاتالیزور (معمولاً پلاتین یا رنیوم روی پایه آلومینا) در دمای ۴۸۰ تا ۵۲۰ درجه سانتی‌گراد و فشار ۱۰ تا ۳۰ بار واکنش می‌دهد.

در این فرآیند، هیدروکربن‌های پارافینی به هیدروکربن‌های آروماتیک تبدیل می‌شوند. برای مثال، هگزان (C6H14) به بنزن (C6H6) تبدیل می‌شود و هیدروژن آزاد می‌شود.

محصول این فرآیند، بنزین ریفرم شده (Reformate) با عدد اکتان بالا (۹۰ تا ۱۰۰) است.
ب) کراکینگ کاتالیزوری (Fluid Catalytic Cracking - FCC):
برای افزایش بازده بنزین، برش‌های سنگین‌تر (مثل گازوئیل) در واحد FCC شکسته می‌شوند:
این فرآیند در دمای ۵۰۰ تا ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد و با کاتالیزور زئولیت انجام می‌شود.

هیدروکربن‌های سنگین به هیدروکربن‌های سبک‌تر (در محدوده C5-C12) تبدیل می‌شوند که برای تولید بنزین مناسب هستند.

محصول FCC معمولاً شامل مقدار زیادی الفین (هیدروکربن‌های غیراشباع) است که عدد اکتان را بالا می‌برد.

ج) ایزومریزاسیون (Isomerization):
هیدروکربن‌های پارافینی خطی (مثل n-پنتان) به ایزومرهای شاخه‌دار (مثل ایزوپنتان) تبدیل می‌شوند:
این فرآیند با کاتالیزور پلاتین و در حضور هیدروژن انجام می‌شود.
ایزومرهای شاخه‌دار عدد اکتان بالاتری دارند و احتراق بهتری در موتور فراهم می‌کنند.

د) آلکیلاسیون (Alkylation):
در این فرآیند، الفین‌های سبک (مثل پروپیلن و بوتن) با ایزوبوتان واکنش می‌دهند تا آلکیلات تولید شود:
این واکنش در حضور اسید سولفوریک یا اسید هیدروفلوئوریک انجام می‌شود.
آلکیلات یک برش با عدد اکتان بالا (۹۰ تا ۹۵) است که به مخلوط بنزین اضافه می‌شود.

۴. مخلوط‌سازی (Blending):
پس از تولید برش‌های مختلف (ریفرمیت، آلکیلات، FCC Gasoline و غیره)، این برش‌ها با نسبت‌های مشخص مخلوط می‌شوند تا بنزین نهایی با خواص مورد نظر به دست آید:
عدد اکتان: معمولاً بنزین با عدد اکتان ۸۷ (معمولی)، ۹۱ (متوسط) یا ۹۵ (سوپر) تولید می‌شود.

فشار بخار (Reid Vapor Pressure): برای کنترل تبخیر بنزین و جلوگیری از قفل بخار (Vapor Lock) در موتور.

افزودنی‌ها: موادی مثل MTBE (متیل ترت‌بوتیل اتر) برای افزایش عدد اکتان یا مواد ضدخوردگی و پاک‌کننده به بنزین اضافه می‌شوند.

۵. کنترل کیفیت و استانداردسازی
بنزین نهایی باید استانداردهای زیست‌محیطی و عملکردی را رعایت کند:
کاهش گوگرد: گوگرد موجود در بنزین با فرآیند هیدرودی‌سولفوریزاسیون (HDS) حذف می‌شود تا استانداردهای یورو ۴ یا یورو ۵ رعایت شود (کمتر از ۱۰ ppm گوگرد).

کاهش آروماتیک‌ها: به دلیل مسائل زیست‌محیطی، میزان آروماتیک‌ها (مثل بنزن) محدود می‌شود (کمتر از ۱ درصد بنزن).

آزمایش‌ها: بنزین از نظر عدد اکتان، فشار بخار، میزان گوگرد و سایر پارامترها در آزمایشگاه تست می‌شود.

۶. توزیع و ذخیره‌سازی
بنزین نهایی از طریق خطوط لوله، کامیون‌ها یا قطار به مخازن ذخیره منتقل می‌شود و از آنجا به جایگاه‌های سوخت توزیع می‌گردد. در این مرحله، باید از آلودگی بنزین با آب یا سایر مواد جلوگیری شود، زیرا بنزین به‌شدت به آلودگی حساس است.

جمع‌بندی فنی

تولید بنزین یک فرآیند چندمرحله‌ای است که از تقطیر اولیه نفت خام شروع می‌شود و با فرآیندهای پیچیده شیمیایی مثل ریفرمینگ، کراکینگ و آلکیلاسیون ادامه می‌یابد. هدف اصلی، تولید سوختی با عدد اکتان بالا، احتراق مناسب و کمترین آلودگی زیست‌محیطی است. در ایران، با توجه به منابع عظیم نفت خام، پالایشگاه‌هایی مثل پالایشگاه تهران، بندرعباس و آبادان نقش کلیدی در تولید بنزین دارند، اما چالش‌هایی مثل قدیمی بودن برخی تجهیزات و نیاز به سرمایه‌گذاری برای تولید بنزین با استانداردهای بالاتر همچنان وجود دارد.