محطة تكرير النفط هو من أكثر الثروات الطبيعية قيمة إذ يمثل أكثر من ثلث مصادر الطاقة في العالم. إذا فما هو النفط و ما هي العمليات التي تجري عليه من أول مكان له في باطن الأرض إلى أن يصبح جاهزا للإستعمال في مختلف المجالات ؟
إن استمرار الاستهلاك العالمي الحالي مع عدم إمكانية تقدير كميات البترول الموجودة في جوف الأرض و أعماق البحار، فإن النفط سينتهي يومان لذا يجب إيجاد طرق للاقتصاد منه وحسن استعماله. ومن ناحية أخرى يختبر العلماء مصادر أخرى للطاقة كالنووية و الشمسية .
العمليات الفيزيائية"الفصل"
1-التقطير:
عملية التقطيرفيها تفصل الجزيئات الأخف ذات درجات الغليان المنخفضة بواسطة الغليان و التكثيف كما يلي:
*التقطير الإبتدائي أو الجوي : تجزئة النفط الخام إلى قطفات تكون كل منها مجموعة مكونات هيدروكربونية وذلك بتسخينه بحيث:
يرفع النفط الخام بالمضخات من مستودعاته إلى فرن، فيتبخر تبخرا جزئيا. ويمر البخار إلى برج التجزئة. ويرتفع تدريجيا خلال صواني البرج، وكلما ارتفع البخار انخفضت درجة حرارته، وتكثف جزء منه على كل "صينية" من " الصواني " التي يتكون منها برج التجزئة. فإذا ما امتلأت إحدى الصواني، فاض ما عليها من السائل زائد ، وسقط على الصينية التي تليها.و تكون عادة كل صينية أقل حرارة من التي تحتها ، أي أنه كلما كان موقع الصينية مرتفعا كانت المواد المتجمعة عليها أقل كثافة وكلما اخترقت فقاعات البخار سائلا على إحدى هذه الصواني من خلال حاجز الفقاقيع ، تكثف من البخار ذلك الذي له مدى غليان السائل الموجود على هذه الصينية نفسه ، أما المواد المواد الخفيفة التي قد تكون مختلطة بالسائل فإنها تنفصل على شكل مرة أخرى و تنتقل إلى الصينية التي تعلوها .
ويمكن التحكم في درجة حرارة برج التجزئة بتمرير السائل الموجود في أسفل البرج، في فرن لغليه من جديد كما يمكن التحكم في درجة الحرارة أعلى البرج بإعادة دفع جزئ معين من المنتج الذي يخرج من هذه المنطقة بعد تكثيفه وتسمى هذه العملية" الإرتداد" ومع أنه يتجمع على كل صينية من صواني برج التجزئة سائل له مدى غليان يختلف قليلا ،فإن جزءا معينا من المنتج سوف يكثف ،رغم أن مدى غليانه أقل من مدى غليان معظم السائل المتجمع على الصينية وعندئذ يتم سحب السائل من صواني خاصة إلى أعلى أبراج جانبية وفي هذه الأبراج يفيض السائل مجتازا عددا قليلا من الصواني، بينما تطرد الأبخرة المتصاعدة المواد أقل كثافة وبذلك يتحدد مدى غليان السائل المنتج وتعود الهيدروكربونات التي تطرد بالغليان إلى البرج الرئيسي .
المنتجات الرئيسية التي تأخذ من برج التقطير تحت الضغط الجوي هي:الغازات النفطية الخفيفة التي تستخدم في صناعة الأسمدة ،البوتاجاز، الجازولين الذي يستخدم في إنتاج بنزين السيارات ،الكيروسين ،السولار،الديازال والمازوت .
*التقطير تحت الضغط المخلخل"التفريغي":تستخدم هذه الطريقة لتجزئة زيت الوقود الثقيل "المازوت" الناتج من عملية التقطير الابتدائي إلى بيتومين "إسفلت" ومواد أخرى "سولار" و"مقطرات شمعية" وتستخدم أساسا في إنتاج الزيوت والشحوم،كما يمكن استخدامها في عمليات التكسير الحراري أو بالعوامل المساعدة وونشير إلى أنه يجب خفض درجة الحرارة اللازمة لتبخير اكبر جزء من زيت الوقود الثقيل للحصول على الإسفلت لأنه يمكن تخفيض نقطة غليان السائل بتخفيض الضغط الواقع عليه. وفي هذه الطريقة تستخدم أجهزة أو مضخات التفريغ للاحتفاظ بضغط منخفض ،كما تستخدم مضخات لرفع الزيت خلال فرن إلى برج التقطير تحت الضغط المنخفض،إذ أن التفريغ يحول دون سحب الزيت بالتدفق الطبيعي ويتحول الزيت إلى بخار وينساب الإسفلت إلى القاع حيث يقابله بخار ماء ذو درجة عالية،يتسبب في دفع ما قد يكون عالق بالإسفلت من مواد زيتية قليلة الكثافة إلى أعلى البرج. وتخرج الأجزاء ذات الكثافة المنخفضة من أعلى البرج على شكل بخار مختلط ببخار الماء ،ليمر على مكثف يكثفهما معا ،ثم يدخل المزيج من السولار والبخار المتكثفين إلى برج الاسترجاع،فترد الأبخرة بسحبها بالمضخات إلى أعلى الصينية من صواني برج التجزئة ، ويسحب الباقي بإعتباره أحد المنتجات النهائية ، ويتم سحب الغاز غير المكثف من أعلى البرج بواسطة مضخات التفريغ . وتسحب السوائل من برج التقطير على أبعاد مختلفة فيمرر كل سائل ببرج تثبيت لفصل المواد الخفيفة بالإستعانة ببخار الماء و إعادتها إلى البرج . أما الباقي فيبرد على حدى ، وهو أساسا السولار و المقطرات الشمعية التي تصبح المادة الخام لصناعة زيوت التزييت والشحومات ، كما يمكن إستخدامها في عمليات التكلاير بالعوامل المساعدة ويتبقى "الاسفلت" في قاع البرج . تتمثل نتائج التقطير تحت التفريغ في: زيوت التزييت ، الاسفلت .
2- الاستخلاص بالمذيبات:
يتم الفصل فيها حسب النوع الكيميائي للجزيئات ، مثل بارافينات ، عطريات أو نافثينات. يدخل في نطاق هذه العملية إنتاج زيوت التزييتن فقد سبق وأن ذكرنا أن المقطرات الشمعية الناتجة من عمليات التقطير تحت الضغط المخلخل"التفريغي" التي يمكن الحصول عليها من مستويات مختلفة من البرج ، يمكن معالجتها لإنتاج زيوت التزييت .وكذلك بالنسبة للمتبقي في قاع البرج ، وكل ذلك يتم في حالة معالجة الخامات البارافينية ، فهذه المقطرات تشكل المواد الاولية اللازمة لانتاج زيوت التزييت الخفيفة و المتوسطة و الثقيلة ، كما يعد المتبقي في قاع البرج المادة الاولية لانتاج الزيوت المتبقية ، ومن الضروري إن تكون هذه الزيوت على درجة عالية من النقاء ، و أن تتوفر فيها المواصفات القياسية العالمية نظرا لدورها الخطير في كافة الاستخدامات و لتحقيق ذلك يلزم معالجة المقطرات الشمعية والمتبقي باستخدام مذيبات خاصة لاستخلاص الشوائب من زيوت التزييت.
3- التبريد:
تشمل عمليات التبريد مايلي :
*فصل "فرز"الغازات: يدخل في نطاق عمليات التبريدالتي تعد واحدة من عمليات الفصل المستخدمة في صناعة التكرير –عملية "فرز" الغازات الناتجة من عمليتي التكسير الحراري و التكلاير بالعوامل المساعدة في معامل التكرير.و تعد هذه الغازات من أهم المصادر و المواد الأولية اللازمة للصناعة البتروكيمياوية ، والمصدر الآخر هو الغاز الطبيعي الذي يستخرج من بعض الآبار.
*تثبيت البنزين: يؤدي تخزين البنزين في الأجواء الحارةإلى تبخر البروبان و البيوتان اللذين يحتويهما البنزين،وذلك لانخفاض درجة حرارتهما.يتم فصل هاذين الغازين وتعبئتهما في أسطوانات تحت ضغط مرتفع بحيث يتم الإحتفاظ بهما في شكل سائل،ويستخدم البيوتان وقودا في الأجهزة المنزلية، تتم هذه العملية في أبراج تعمل بطريقة تشبه تماما أي برج آخر للتجزئة،إلا أنها تعمل تحت ضغوط عالية لكي يبقى السائل المرتد في حالة السيولة دائما.
*العدد الأكتاني للبنزين"الجازولين":تعد الخواص المانعةللثبات التفجيري أحد البارامترات الأساسية التي تحدد جودة الوقود الناتج من النفط،والمخصص لمحركات الإحتراق الداخلي للشرارة الكهربائية . ويطلق إسم العدد الأكتاني للوقود على دليل ثباته التفجيري ويجري تقدير الخواص التفجيرية للوقود في المحرك بواسطة مقارنة الوقود المطلوب دراسته مع وقود آخر قياسي،والوقودان القياسيان هما :
الأيزوأوكتان(2-2-4-ثلاثي مثيل بنتان):عدده الأكتاني يساوي 100،وذلك لأنه قليل التفجير.
الهبتان العادي:سهل التفجروعدده الأكتاني معدوم،أما العدد الأكتاني لمخاليط الأيزوأوكتان والهبتان العادي يكون مداه من الصفر إلى 100.
*العدد الأكتاني للوقود:يساوي عدديا النسبة المئوية"بالحجم" للأيزوأكتان في مخلوطه مع الهبتان العادي التي يكون عندها الثبات التفجيري لهذا المخلوط مساويا للثبات التفجيري للوقود الجاري اختباره.
*العدد السيتاني لوقود الديزل:يشتعل الوقود في ماكينات الديزل بالإنضغاط،ويستخدم لها قطفات من وقود الديزل مدى غليانه من 180-360°م،ويعد العدد السيتاني الدليل الذي يبين ميل وقود الديزل إلى الإشتعال العفوي بالانضغاط عن طريق مقارنة اشتعالية الوقود المختبر باشتعالية مخلوط من وقودين قياسيينهما:
السيتان:عدده السيتاني يساي100.
هيدروكربون أروماتي:عدده السيتاني معدوم.
العمليات الكيميائية"التحويل"
هي عملية كيميائية تجري تحت تأثير الحرارة و الضغط أو بالعوامل المساعدة والهدف منها زيادة كمية وقود السيارات والنفاثات و جودته حيث يتم فيها تغير جزيئات الهيدروكربونات الموجودة في النفط وتشمل هذه العمليات ما يلي:
العمليات التحويلية الحرارية.
عملية التكلاير بالعامل المساعد.
الإصلاح الحفزي للبنزين .
عمليات استخدام الغازات النفطية.
التنقية"المعالجة"
هي العمليات النهائية للمنتجات النفطية،وتكون إما فيزيائية أو كيميائية،والكيمياويات المستخدمة في عمليات التنقية كثيرة،منها محلول الصودا الكاوية الذي يستخدم في تنقية البوتاجاز والبنزين من كبريتيد الهيدروجين، و حمض الكبريتيك المركزالذي يستخدم في تنقية الكيروسين من المواد الكبريتية والعطرية التي تسبب تصاعد الدخان الأسود ، كما يستخدم في تنقية وقود النفاثات و غيره،كذلك يستخدم غاز الهيدروجين في إزالة العديد من الشوائب.
*إزالة كبريتيد الهيدروجين: H2S موجود أساسا في الخام أو تكون نتيجة تحللالمركبات الكبريتية خلال العمليات المختلفة، وهو ذو رائحة كريهة ، يتحول بسرعة إلى كبريتيت مما يسبب تآكل الآلات والمعدات وهناك طريقتين لإزالته:
إذا كانت نسبته ضئيلة يستخدم محلول الصودا الكاوية.
إذا كانت نسبته عالية يستخدم سائل لامتصاص H2S
*التنقية بالهيدروجين: تستخدم الآن تجاريا على نطاق واسع لأنها تزيل المواد الكبريتية المحدثة للتآكل ،وتؤدي إلى إزالة المواد النيتروجينية والأكلاوجينية والهالوجينية ،وإزالة الشوائب المعدنية الموجودة في الزيت.
احمد الجابري