فرایندهاي هیدروژنی به عنوان روشهاي جدید در پالایشگاه به منظور افزایش کیفیت روغنهاي پایه با عملكرد بهتر توسعه پیدا کرده اند. هر دو عمل موم زدایی و حذف مواد آروماتیك در فرایند هیدروژنی می تواند بدون ازبین بردن مولكولهاي اصلی عملكرد خوبی داشته باشند. در فرایند هیدروژنی آروماتیكها و اولفینها با هیدروژن اشباع شده و میتوان با فرایند ایزومریزاسیون تبدیل به ایزوپارافین
شده و همچنین n-پارافینها میتوانند با انتخابپذیري و بدون کاهش بازده، هیدروکراکینگ2 شوند تا محصول باکیفیتی به دست آید. گوگرد، نیتروژن و اکسیژن را میتوان با استفاده از هیدروژن از سایر مولكولهاي موجود حذف کرد. روشهاي جدید فرایند هیدروژنی امكان تولید روغن پایه با ویسكوزیته کم از روش شكست پارافین موجود در موم و فناوري GTL را فراهم میکنند. هیدروکرکینگ نوعی فرایند هیدروژنی با شدت بیشتر و تحت دما و فشار قوي میباشد. در این فرایند، با شكستن پیوند C-C، ساختار حلقهاي تلغیظ شده و سپس با بازسازي ساختار مولكول با فرایند ایزومراسیون، مولكولها دوباره تشكیل ساختار داده و به مولكولهاي کوچكتر شكسته میشوند. از دیگر موارد شایان توجه در این بخش حذف ترکیبات گوگردي و نیتروژنی میباشد.
آروماتیكها اشباع شده و حلقه هاي نفتنیك از هم باز میشوند و ایزومرهاي پارافین دوباره از هم جدا و پخش میشوند. کماکان فناوري هیدروکراکینگ به پیشرفت خود ادامه میدهد. در سال
1222، اولین فرایند هیدروکراکینگ جهت تولید روغن پایه توسط Idemitsu Kosan در پاالیشگاه Chiba ژاپن، با استفاده از فناوري هاي خاص و داراي مجوز از شرکت Golf به مرحله تجاري شدن رسید.
این روغنهاي پای هاي بهبودیافته بر اساس فرایند هیدروژنی حاوي مقادیر کمتري از مواد آروماتیك، گوگرد، نیتروژن و موم هستند و داراي شاخص ویسكوزیته زیادتر بوده که براي تولید محصولاتی با ویسكوزیته کمتر و بازده بیشتر مانند روغنهاي 31-2w-31 ،11w و
31-1w مناسب میباشند.
روغن موتورهاي جدید که با مشخصات API SM / SN و 5-ILSAC GF-4 / GF روبه رو هستند، براي دستیابی به مصرف اقتصادي و بهینه سوخت و مصرف کمتر روغن، به روغن پایه با نوسانات کمتر فازي و شاخصه ویسكوزیته بیشتر نیاز دارند. در روغن موتورهاي 2w-xx، فراریت نوک2 در حد معمولی %12 مطلوب است اما در روغنهاي پایهاي API درجه I فراریت تا %32 نیز توصیه میشود. اگر روغنهاي پایه اي با فراریت کم در یك پالایشگاه قدیمی با تكنولوژي هاي معمولی تولید شوند، بازده به میزان درخور توجهی پایین میآید. لذا، روشهاي جدید هیدروژنی جهت برطرفکردن این مشكل توسعه داده شده اند. اولین فناوريهاي مومزدایی و ایزومرکردن مومها بهوسیله کاتالیزور در سال 1221 معرفی شدند.
با استفاده از حلال براي تولید روغنهاي پایه با ویسكوزیته زیاد در اروپا استفاده کرد. شرکت Mobil فرایند مومزدایی کاتالیزوري را توسعه داد و آن را با واحد مومزدایی با حلال ترکیب کرد تا روغنهاي خنثی بهبودیافته تولید کند. شرکت Chevron با ترکیب روشهاي مومزدایی کاتالیستی با فرایند هیدروکراکینگ و هیدروفینیشینگ توانست مسیري جهت تولید روانکننده ها از روغن پایهاي را توسعه دهد.
روشهاي هیدروژنی مدرن با استفاده از اشباع سازي حلقه هاي آروماتیك، پلی آروماتیك را به نفتن تبدیل میکند. برخی از ترکیبات اشباع شده نیز میتوانند با تحمل بازشدن ساختار حلقهاي به آلكانهاي داراي نقطه ریزش کمتر تبدیل شوند. همچنین گوگرد و نیتروژن در طی این فرایندها به شكل سولفید هیدروژن و آمونیاک تغییر می یابند. واکنشهاي زیر بهخوبی این تغییرات را شرح میدهد:
1- واکنشهاي حذف سولفور با هیدروژن hydrodesulfurization
4- واکنشهاي ایزومراسیون
2- هیدروکراکینگ
2- هیدروژناسیون اولفین
اولفینها مولكولهاي ناپایداري هستند و میتوانند کامل هیدروژنه شوند تا مولكولهاي پایدار داشته باشند و این واکنش بسیار گرمازا
است.
افزودن H2 به آلكنها، آلكان را به دست میدهد:از این واکنشها میتوان به راحتی استفاده کرد تا از مشکلات ناشی از مولكولهاي نامطلوب موجود خالص شده و روان کننده های مطلوبی از روغنهاي پایه به دست آید. پالایشگامدرن از فرایند هیدروژنی براي تولید روغنهاي API گروه II و III استفاده میکنند و شرایط عملیاتی آنها در جدول 1-13 نمایش داده شده است.
در یك پاالیشگاه، فرایندهاي هیدروژنی میتوانند با ترکیبات مختلف در فرایندهاي متفاوت گنجانده شوند تا افزایش عملكرد و کاهش هزینه به همراه داشته باشند. در یكی از فرایندهاي ترکیبی، فرایند هیدروژنی در تولید روانکنندهها با فرایند پالایش و مومزدایی با حلال ترکیب شده است. روغن پایه API گروه II با قراردادن محصول استخراج شده از فرایند تبدیل هیدروژنی و سپس مومزدایی تولید شوند
درصورت نیاز به تولید موم، از فرایند مومزدایی با حلال استفاده میشود اما اگر تولید موم در نظر نباشد، از فرایند مومزدایی با استفاده از هیدروژن جهت بهبود عملكرد و شاخصه ویسكوزیته استفاده خواهد شد. این روش بسیار مقرون به صرفه است. از آنجا که فرایند پیش استخراج اجازه میدهد تا فرایند هیدروژنی در دما و فشار کمابیش معتدل با مصرف هیدروژن کمتر انجام شود. با استفاده از
این روش، روغنهاي پایهاي گروه I از API بهبود مییابند. با واردکردن فرایند هیدروایزومریزاسیون که مومها را به ایزوپارافین تبدیل میکند، میتوان عملكرد روانکننده ها را بهبود بخشید. این فرایند ترکیبی عملكرد روغن پایه API گروه II و III را بهبود می بخشد و در ادامه باعث افزایش عملكرد روانکننده خواهد شد.
روشهای هیدروژنی-کاتالیزوری / مومزدايی
فرایند مومزدایی هیدروژنی با استفاده از کاتالیست یك فرایند متناوب بر اساس فرایند مومزدایی با حلال است که با توجه به شكست مولكولهاي زنجیره بلند پارافین موجود در موم موجود در برشهاي سبك گاز و نفتا عمل میکند. این فرایند محصوالتی با نقطه ریزش بسیار پایین و عملكرد مناسب و هزینه کم تولید میکند. در روشهاي نوین مومزدایی کاتالیستی از ترکیب کاتالیزورها با مومهاي ایزومرشده استفاده میشود. ایزومریزاسیون کاتالیزوري Exxon Mobil و فرایندهاي مومزدایی ایزومري Texaco-Chevron مرکز اصلی دانش این تكنولوژي را در اختیار دارند. این فرایند موجب تولید روغنهاي درجه I از گروه API را تولید میکند که کیفیت مطلوبی دارند. پیشرفتهاي بیشتر در فناوري استفاده از کاتالیزور منجر به فرایند هیدروژنی با ایزومراسیون شده که بهطور انتخابی جریان آب در فرایند هیدروکراکر را کاهش میدهد تا روغنهاي پایه گروه API درجه II و III با کیفیت خوب تولید شود. در این روش با توجه به اینكه میزان هیدروژن بیشتري الزام است اما براي مواد نفتی با خصوصیات گسترده تري قابل استفاده میباشد و روغنهایی با شاخص ویسكوزیته بیشتر تولید میکند.
روند تولید روانکننده از روغنهاي پایهاي با فرایند هیدروکراکر و مومزدایی در نمایش داده شده است. این فرایند نیز جهت بهبود کیفیت روغن بهصورت تجاري انجام میشود. این فرایند علاوه بر تولید روانکننده هاي مطلوب باعث حذف ناخالصی هایی مانند نیتروژن و گوگرد میشود و شاخص ویسكوزیته را افزایش میدهد. از سوي دیگر، در فرایند هیدروکراکینگ به دلیل استفاده از فرایند مومزدایی بازده کاهش پیدا میکند. این فرایند در واقع باعث ازبین رفتن موم نمی شود و تنها آن را به ایزوپارافین هایی با نقطه ریزش پایینتر تبدیل میکند.
