نفتا چیست و چه کاربردی در صنعت دارد؟
مقدمه
نفتا (Naphtha) یکی از مهمترین برشهای میانی حاصل از پالایش نفت خام است که جایگاهی حیاتی در زنجیره ارزش صنایع نفت، گاز و پتروشیمی دارد. این ترکیب مایع شفاف و بیرنگ، از نظر شیمیایی مجموعهای از هیدروکربنهای سبک با تعداد اتم کربن بین ۵ تا ۱۲ است و در بازه دمایی تقریباً ۳۰ تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد تقطیر میشود.
نفتا بهدلیل خصوصیات فیزیکی و ترکیب شیمیایی ویژهاش، بهعنوان خوراک اصلی واحدهای ریفورمینگ کاتالیستی، کراکر بخار، و ایزومریزاسیون مورد استفاده قرار میگیرد. این ماده بهطور غیرمستقیم پایه تولید هزاران محصول پتروشیمیایی نظیر بنزین با عدد اکتان بالا، الفینها (اتیلن، پروپیلن، بوتادین)، ترکیبات آروماتیک (بنزن، تولوئن و زایلن)، حلالهای صنعتی و پلاستیکها است.
ترکیب شیمیایی نفتا
نفتا از نظر ترکیب شامل چندین خانواده از هیدروکربنهاست که هر یک نقش متفاوتی در فرآیندهای صنعتی ایفا میکنند. نسبت این ترکیبات به منبع نفت خام، شرایط پالایش و فرآیند تولید بستگی دارد.
1. آلکانها (Paraffins)
آلکانها یا پارافینها ترکیبات اشباع و خطی یا شاخهدار هستند. در نفتای سبک، بخش عمده ترکیب از پارافینها تشکیل شده است.
نمونه ترکیبات: پنتان (C₅H₁₂)، هگزان (C₆H₁₄)، هپتان (C₇H₁₆)
ویژگی:
عدد اکتان پایینتر نسبت به آروماتیکها
واکنشپذیری پایین و پایداری حرارتی بالا
مناسب برای ایزومریزاسیون و تولید بنزین با عدد اکتان بالا
2. سیکلوآلکانها (Naphthenes)
سیکلوآلکانها یا نفتنها ترکیبات حلقوی اشباع هستند که معمولاً در نفتای سنگین یافت میشوند.
نمونه ترکیبات: سیکلوهگزان، متیلسیکلوپنتان
ویژگی:
قابلیت تبدیل به آروماتیکها در فرآیند ریفورمینگ کاتالیستی
نقش کلیدی در تولید BTX
3. آروماتیکها (Aromatics)
آروماتیکها ترکیبات معطر با حلقه بنزنی هستند.
نمونه ترکیبات: بنزن (C₆H₆)، تولوئن (C₇H₈)، زایلنها (C₈H₁₀)
ویژگی:
عدد اکتان بالا
پایه تولید بسیاری از محصولات پتروشیمی مانند پلیاسترها، رزینها و مواد منفجره
انواع نفتا
بهطور کلی نفتا به دو نوع اصلی تقسیم میشود:
1. نفتای سبک (Light Naphtha)
بازه دمای جوش: ۳۰ تا ۹۰ درجه سانتی گراد
ترکیب: شامل آلکانها و ایزوالکانهای سبک (C₅–C₆)
کاربردها:
خوراک واحد ایزومریزاسیون برای تولید ایزومرهای بنزینی با عدد اکتان بالا
تولید حلالهای صنعتی
خوراک واحدهای کراکر بخار برای تولید اتیلن و پروپیلن
2. نفتای سنگین (Heavy Naphtha)
بازه دمای جوش: ۹۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد
ترکیب: غنی از سیکلوآلکانها و آروماتیکها
کاربردها:
خوراک واحد ریفورمینگ کاتالیستی برای تولید BTX (بنزن، تولوئن و زایلن)
افزایش عدد اکتان بنزین
ماده اولیه در تولید مواد شیمیایی پایه و حلالها
نفتای سبک عموماً دارای درصد بالایی از پارافینها بوده و برای تولید الفینها (اتیلن و پروپیلن) استفاده میشود، در حالی که نفتای سنگین با غلظت بیشتر ترکیبات آروماتیکی، خوراک اصلی واحد ریفورمینگ برای افزایش عدد اکتان بنزین و تولید آروماتیکهاست.
فرآیندهای تولید نفتا
1. تقطیر مستقیم نفت خام (Straight Run Naphtha)
در فرآیند تقطیر اتمسفریک، نخستین برش سبک در محدوده دمای ۳۰ تا ۲۰۰°C بهعنوان نفتا جدا میشود. این نوع نفتا بسته به کیفیت نفت خام، ممکن است سبکتر یا سنگینتر باشد.
2. نفتای حاصل از کراکینگ (Cracked Naphtha)
در فرآیند کراکینگ حرارتی یا کاتالیستی، مولکولهای سنگینتر نفتی به ترکیبات سبکتر از جمله نفتا، گاز مایع (LPG) و الفینها شکسته میشوند. نفتای کراکینگ معمولاً دارای درصد بالایی از اولفینها (Olefinic Naphtha) است که برای فرآیندهای پتروشیمی ارزشمند محسوب میشود.
3. نفتای میعانات گازی (Condensate Naphtha)
در مناطق گازخیز، میعانات گازی استخراجشده از چاههای گاز طبیعی پس از تقطیر، نفتای سبک تولید میکنند. این نوع نفتا چگالی پایینتری داشته و فاقد ترکیبات سنگین و گوگرددار است.
4. نفتای حاصل از زغالسنگ و منابع غیرنفتی
در فناوریهای Coal-to-Liquid (CTL) یا Gas-to-Liquid (GTL) نیز میتوان از گاز سنتز یا زغالسنگ نفتا تولید کرد. این نفتا از نظر ترکیب بسیار خالص بوده و برای فرآیندهای پتروشیمی بهینه است.
ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی نفتا
| ویژگی | محدوده معمول | توضیح علمی |
|---|---|---|
| رنگ | بیرنگ تا زرد کمرنگ | افزایش ترکیبات آروماتیکی موجب تیرهتر شدن رنگ میشود |
| چگالی (g/cm³) | 0.65 – 0.75 | به ترکیب هیدروکربنی و دمای محیط بستگی دارد |
| بازه دمای جوش (°C) | 30 – 200 | نشاندهنده گستره مولکولی C₅ تا C₁₂ |
| فشار بخار (kPa) | بالا (30–70) | سبب فرّاریت زیاد و خطر اشتعال بالا |
| نقطه اشتعال (°C) | -20 تا +40 | نیازمند ذخیرهسازی در شرایط ایمن |
| محتوای گوگرد (ppm) | < 100 (پس از تصفیه) | گوگرد باید قبل از ریفورمینگ حذف شود |
| اندیس آروماتیکی (vol%) | 10–50 | معیار ارزش پتروشیمیایی و عدد اکتان |
کاربردهای نفتا در صنایع
1. خوراک ریفورمینگ کاتالیستی (Catalytic Reforming)
در این فرآیند، نفتای سنگین در حضور کاتالیستهای پلاتینیوم یا رنیوم در دمای ۴۵۰–۵۰۰ درجه سانتی گراد و فشار حدود ۱۵ بار، به ترکیبات آروماتیکی تبدیل میشود. محصولات این فرآیند شامل بنزن، تولوئن، زایلن (BTX) و بنزین با عدد اکتان بالا است.
2. خوراک کراکینگ بخار (Steam Cracking)
در دمای حدود ۸۵۰ درجه سانتی گراد، نفتای سبک در حضور بخار آب بهصورت حرارتی شکسته میشود و گازهای سبک مانند اتیلن، پروپیلن، بوتادین تولید میشوند. این ترکیبات پایه تولید پلاستیکها (پلیاتیلن، پلیپروپیلن)، لاستیکها و الیاف مصنوعی هستند.
3. تولید حلالها و سوختهای ویژه
نفتا بهدلیل ترکیب متنوع و نقطه جوش مناسب، در تولید حلالهای صنعتی، تینرها، رنگها و چسبها استفاده میشود. همچنین در برخی کشورها، نفتا بهعنوان سوخت در توربینهای گازی و کشتیها مصرف میشود.
4. فرآیند ایزومریزاسیون (Isomerization)
در این فرآیند، نفتای سبک شامل پنتان و هگزان به ایزوپنتان و ایزوهگزان تبدیل میشود که عدد اکتان بالاتری دارند. این مرحله معمولاً در واحدهای پالایشی بنزین انجام میشود.
استانداردهای فنی و روشهای آزمون کیفیت نفتا
| استاندارد ASTM | نام آزمون | هدف کاربردی |
|---|---|---|
| ASTM D86 | Distillation of Petroleum Products | تعیین بازه دمای جوش |
| ASTM D1298 | Density and API Gravity | سنجش چگالی و خلوص ترکیب |
| ASTM D93 | Flash Point | ارزیابی ایمنی در انبارداری |
| ASTM D1319 | Hydrocarbon Types | تعیین نسبت پارافین، نفتن و آروماتیک |
| ASTM D2622 / D4294 | Sulfur Content | اندازهگیری گوگرد کل |
| ASTM D5002 | Density by Oscillating U-tube | روش دقیقتر برای تعیین دانسیته |
| ASTM D323 | Vapor Pressure | بررسی فرّاریت برای حملونقل ایمن |
ملاحظات ایمنی و زیستمحیطی
نفتا ترکیبی بسیار قابل اشتعال، فرّار و سمی است. استنشاق بخارات آن میتواند موجب سرگیجه، تهوع و اثرات عصبی شود. تماس طولانی با پوست باعث خشکی و التهاب میگردد.
در محیط زیست، نشت نفتا منجر به آلودگی هوا، خاک و منابع آب میشود. بنابراین ذخیرهسازی آن باید در مخازن دوپوسته با سیستم تهویه و سیستم جمعآوری بخارات (Vapor Recovery Unit) انجام گیرد.
نقش نفتا در زنجیره ارزش پالایش و پتروشیمی
نفتا حلقه اتصال میان پالایشگاهها و مجتمعهای پتروشیمی است. از آنجا که حدود ۵۰٪ از تولیدات پتروشیمی جهان از خوراک نفتا حاصل میشود، این ماده در تعیین قیمت جهانی محصولات پلاستیکی و سوختی نقش کلیدی دارد.
با توسعه فناوریهای نوین مانند هیدروتریتینگ (Hydrotreating) برای حذف گوگرد، ریفورمینگ پیشرفته (CCR Reforming) برای افزایش بهرهوری کاتالیستها، و GTL و CTL برای تولید نفتای مصنوعی، روند جهانی بهسمت افزایش بازده و کاهش آلایندهها حرکت کرده است.
نتیجهگیری
نفتا بهعنوان یکی از پایهایترین فرآوردههای پالایش نفت خام، نقش محوری در تولید سوختهای با عدد اکتان بالا و محصولات پتروشیمی دارد. با پیشرفت فناوریهای پالایشی، میتوان ترکیب نفتا را بهگونهای بهینهسازی کرد که ضمن افزایش راندمان، اثرات زیستمحیطی کاهش یابد.
آینده صنایع پتروشیمی وابسته به توسعه فرآیندهای تبدیل نفتا به محصولات با ارزش افزوده بالا، همچون الفینها، آروماتیکها و سوختهای پاک است؛ بنابراین نفتا نهتنها یک ماده میانی، بلکه ستون فقرات صنایع شیمیایی مدرن محسوب میشود.