چگونه گرانش API و میزان گوگرد نفت خام، ارزش و فرآیند پالایش آن را تعیین می‌کنند

ارزش و فرآیند پالایش نفت خام تقریباً به طور کامل توسط دو ویژگی فیزیکی آن تعیین می‌شود: چگالی آن که با گرانش API اندازه‌گیری می‌شود، و میزان گوگرد آن. نفت‌های خام سبک و شیرین با حداقل فرآوری، سوخت‌های با ارزشی مانند بنزین تولید می‌کنند و قیمت بالاتری دارند، در حالی که نفت‌های خام سنگین و ترش با تخفیف معامله می‌شوند زیرا برای تولید همان محصولات نهایی، نیازمند سرمایه‌گذاری هنگفت در واحدهای پیچیده کراکینگ و گوگردزدایی هستند. هر بشکه نفتی که در سطح جهان استخراج می‌شود، در جایی از این ماتریس قرار می‌گیرد و مسیر آن را از سر چاه تا پمپ بنزین مشخص می‌کند.[1]

مقیاس گرانش API (مؤسسه نفت آمریکا)، که در سال ۱۹۲۱ به عنوان استاندارد صنعتی پذیرفته شد، میزان سنگینی یک مایع نفتی را در مقایسه با آب اندازه‌گیری می‌کند. آب دارای گرانش API پایه ۱۰ درجه است. از آنجایی که این مقیاس یک معیار معکوس برای چگالی است، اعداد بالاتر نشان‌دهنده مایعات سبک‌تر هستند. نفت‌های خام با گرانش API بالاتر از ۳۱.۱ درجه به عنوان سبک طبقه‌بندی می‌شوند، در حالی که آنهایی که زیر ۲۲.۳ درجه هستند، سنگین محسوب می‌شوند. اگر گرانش API نفت خام زیر ۱۰ درجه باشد، مانند قیر فوق سنگین، چگالی آن بیشتر از آب است و در آب غرق خواهد شد.[4]

میزان گوگرد، دومین معیار حیاتی، «شیرینی» نفت را تعیین می‌کند. بورس کالای نیویورک (NYMEX) نفتی را که کمتر از ۰.۵ درصد گوگرد وزنی دارد، به عنوان نفت خام شیرین تعیین می‌کند. هر چیزی بالاتر از آستانه ۰.۵ درصد به عنوان ترش طبقه‌بندی می‌شود، و برخی از گریدهای بسیار ترش حاوی ۲.۰ تا ۴.۰ درصد گوگرد هستند. از لحاظ تاریخی، این اصطلاحات از کاشفان نفت در دهه‌های ۱۸۵۰ و ۱۸۶۰ نشأت گرفته است که به معنای واقعی کلمه نفت را می‌چشیدند؛ نفت کم‌گوگرد طعم نسبتاً شیرینی داشت، در حالی که نفت پرگوگرد به دلیل سولفید هیدروژن، تلخ و بدبو بود.[5]

این دو عدد، کل استراتژی عملیاتی و هزینه‌های سرمایه‌ای یک پالایشگاه را دیکته می‌کنند. هنگامی که یک تأسیسات محموله‌ای از نفت خام سبک و شیرین دریافت می‌کند—مانند نفت خام وست تگزاس اینترمدیت (WTI) که دارای گرانش API حدود ۳۹.۶ درجه و میزان گوگرد تقریباً ۰.۲۴ درصد است—فرآیند پالایش بسیار کارآمد است. نفت وارد ستون تقطیر اتمسفری می‌شود، جایی که حرارت، هیدروکربن‌ها را بر اساس نقطه جوششان جدا می‌کند. از آنجایی که نفت‌های سبک به طور طبیعی حاوی نسبت بالایی از مولکول‌های زنجیره کوتاه هستند، اغلب تقطیر ساده برای استخراج حجم زیادی از نفتا، نفت سفید و گازوئیل با کیفیت بالا کافی است.[5]

این سادگی، نفت خام سبک و شیرین را به پرطرفدارترین خوراک در بازار جهانی انرژی تبدیل کرده است. پالایشگاه‌هایی که فاقد واحدهای فرآوری ثانویه پیشرفته هستند، که به عنوان پالایشگاه‌های ساده یا «تاپینگ» شناخته می‌شوند، منحصراً به این گریدها متکی هستند تا عملیاتی باقی بمانند. با این حال، این تقاضای بالا، همراه با هزینه‌های پایین‌تر فرآوری، به این معنی است که نفت خام سبک و شیرین به طور مداوم با قیمت بالاتری در بازارهای کالا معامله می‌شود. مبادله اقتصادی برای پالایشگر این است که برای جلوگیری از هزینه‌های سرمایه‌ای زیرساخت پالایش پیچیده، هزینه اولیه بیشتری برای مواد خام بپردازد.[2][3]

در مقابل، نفت خام سنگین و ترش یک چالش اقتصادی و شیمیایی اساساً متفاوت را ارائه می‌دهد. با گرانش API زیر ۲۲.۳ درجه، این نفت‌ها حاوی نسبت عظیمی از مولکول‌های هیدروکربنی سنگین و زنجیره بلند هستند که در طول تقطیر ساده به سوخت‌های حمل و نقل با ارزش تبدیل نمی‌شوند. در عوض، آنها در کف ستون تقطیر به صورت نفت کوره با ارزش پایین یا آسفالت جمع می‌شوند. همانطور که اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده (EIA) اشاره می‌کند: «نفت‌های خام سنگین برای تولید محصولات با ارزش بالا، نیازمند فرآوری اضافی و گران‌تری هستند.»[1][4]

برای استخراج ارزش از نفت خام سنگین، پالایشگاه‌ها باید از واحدهای تبدیل عمیق استفاده کنند. کراکرهای کاتالیزوری سیال، هیدروکراکرها و کک‌سازهای تأخیری از حرارت، فشار و کاتالیزورهای شیمیایی شدید برای شکستن فیزیکی زنجیره‌های کربنی بلند به مولکول‌های کوتاه‌تر و با ارزش‌تر استفاده می‌کنند. این فرآوری ثانویه به شدت انرژی‌بر است و نیازمند میلیاردها دلار زیرساخت تخصصی است. یک پالایشگاه که برای فرآوری نفت خام سنگین ساخته شده است، یک تأسیسات صنعتی بسیار پیچیده‌تر از پالایشگاهی است که برای گریدهای سبک و شیرین طراحی شده است.[1][3]

وجود گوگرد، پیچیدگی را تشدید می‌کند. نفت‌های خام ترش برای خطوط لوله و مخازن پالایشگاه بسیار خورنده هستند و در طول فرآوری، گاز سمی سولفید هیدروژن تولید می‌کنند. قبل از اینکه محصولات پالایش شده به فروش برسند، گوگرد باید با استفاده از هیدروگوگردزدایی (Hydrodesulfurization) حذف شود—فرآیندی که مقادیر زیادی گاز هیدروژن مصرف می‌کند و هزینه‌های عملیاتی را بیشتر افزایش می‌دهد. با توجه به مقررات زیست‌محیطی جهانی که سوخت‌های فوق‌العاده کم‌گوگرد را الزامی می‌کنند، که معمولاً برای گازوئیل در ۱۰ تا ۱۵ قسمت در میلیون محدود شده است، این مرحله غیرقابل مذاکره است.[3][5]

با وجود این موانع عظیم فرآوری، نفت خام سنگین و ترش همچنان یک جزء حیاتی و بسیار سودآور از ترکیب انرژی جهانی باقی مانده است. از آنجایی که پالایش آن دشوار است، با تخفیف قابل توجهی نسبت به معیارهای سبک و شیرین معامله می‌شود. پالایشگاه‌هایی که قبلاً سرمایه را در واحدهای پیچیده کک‌سازی و گوگردزدایی غرق کرده‌اند، می‌توانند این خوراک تخفیف‌خورده را خریداری کرده و آن را به سوخت‌های با کیفیت تبدیل کنند. با انجام این کار، آنها حاشیه سود گسترده‌تری—که در صنعت به عنوان «اسپرد کراک» شناخته می‌شود—نسبت به تأسیساتی که نفت خام گران‌قیمت سبک را فرآوری می‌کنند، به دست می‌آورند.[2][3]

بنابراین، چشم‌انداز پالایش جهانی توسط این دو معیار تقسیم شده است. تأسیسات در مناطقی مانند ساحل خلیج ایالات متحده، سرمایه‌گذاری زیادی در بهینه‌سازی برای گریدهای سنگین و ترش انجام داده‌اند و به آنها اجازه می‌دهند میلیون‌ها بشکه در روز نفت خام تخفیف‌خورده از کانادا و آمریکای لاتین را فرآوری کنند. در همین حال، مناطقی که نفت خام سبک و شیرین تولید می‌کنند، مانند دریای شمال یا حوضه پرمین ایالات متحده، پالایشگاه‌های ساده‌تری را تأمین می‌کنند که به خوراک با کیفیت بالا وابسته هستند. تعامل بین گرانش API و میزان گوگرد تضمین می‌کند که ارزش هیچ دو بشکه نفتی دقیقاً یکسان نیست و اقتصاد کل بخش انرژی پایین‌دستی را تثبیت می‌کند.[6]