التكسير الحراري

التكسير الحراري thermal cracking، هو عملية تكسير الفحوم الهيدروجينية المرتفعة درجة الغليان بفعل الحرارة والضغط معطية غازاً وفحم كوك ومركبات أوليفينية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 التاريخ

كانت أول طريقة للتكسير الحراري، هي طريقة تكسير شوخوڤ، اخترعها المهندس الروسي ڤلاديمير شوخوڤ، في الامبراطورية الروسية، براءة اختراع رقم 12926، 27 نوفمبر 1891.

طور وليام مريام بورتون طرق التكسير الحراري المبكرة عام 1912 وكانت تعمل عند درجة 700–750 °F (371–399 °C) وعند ضغط مطلق مقداره 90 psi (620 kPa) وكانت تعرف باسم عملية بورتون. وبعد ذلك بفترة قصيرة، عام 1921، س.پ. دوبس، موظف لدى شركة يونيڤرسال لمنتجات النفط، طور طريقة أكثر تطوراً للتكسير الحراري كانت تعمل عند درجة 750–860 °F (399–460 °C) وعرفت باسم عملية دوبس. كانت عملية دوبس تستخدم على نطاق واسع في الكثير من المصافي حتى أوائل أربعينيات القرن العشرين عندما بدأ استخدام التكسير التحفيزي.

 تكسير النفط

•  مقالة مفصلة: تكسير النفط

تزداد مقاومة الفحوم الهدروجينية ذات الوزن الجزيئي المتقارب للتكسير عند تعرضها لدرجات حرارة تراوح بين (400 ْ -500 ْم) وفق الترتيب الآتي: الألكانات ـ الأوليفينات وحيدة الرابطة المزدوجة ـ الأوليفينات ثنائية الرابطة المزدوجة ـالنفتينات السداسية ـ النفتينات الخماسية ـ الفحوم الهدروجينية العطرية، وتزداد مقاومة تلك المجموعات للتكسير الحراري بارتفاع عدد المحتوى للمجموعات الذرية إذ تبدأ السلاسل المشبعة والسلاسل المربوطة بالفحوم الهدروجينية العطرية بالتكسير ثم تتم عمليات نزع الهدروجين وانفصاله.

 تفاعلات التكسير الحراري

يجري التكسير الحراري عادة عند درجات حرارة تراوح بين 455 ْ ـ 730 ْ م وضغوط تراوح بين الضغط الجوي و70 ضغطاً جوياً. وأهم التفاعلات التي تحدث هي قصم الارتباط كربون ـ كربون ونزع الهيدروجين والتماكب isomerization والتماثر polymerization. وتعدّ تفاعلات تكسير الجزيئات البارافينية أو السلاسل الجانبية ماصة للحرارة وغير عكوسة معطيةً جزيئات أخفض وزناً من فحوم هدروجينية بارافينية وأوليفينية. وتعد الفحوم الهدروجينية العطرية أقل قابلية للتكسير من الفحوم الهدروجينية الأخرى، وتتكسر المشتقات النفتينية عند درجات الحرارة المنخفضة بانفصال السلسلة الجانبية التي تأخذ صفات السلاسل البارافينية وتنقسم إلى قطع صغيرة، وتنكسر الحلقات أو ينفصل منها الهدروجين بارتفاع درجة الحرارة. أما النفتينات السداسية فإنها تتحول بعد انطلاق الهدروجين إلى فحوم هدروجينية عطرية تزداد كميتها بارتفاع درجة الحرارة، وتمتاز هذه المركبات بثباتها ومقاومتها للتكسير. كما أن الفحوم الهدروجينية العطرية تتماثر في عملية التكسير مؤدية إلى مركبات ضخمة الجزيء تشبه القطران، وتتحول إلى فحم كوك مع ارتفاع درجة الحرارة وانطلاق الهدروجين.

 العوامل المؤثرة في عمليات التكسير الحراري

تؤثر في عملية التكسير الحراري عند درجة الحرارة (315 ْـ 370 ْ م) تقريباً حسب طبيعة المادة المتكسرة، وتزداد سرعة التكسير بارتفاع درجة الحرارة وتحدث عملية التكسير في الطور البخاري بالضغوط المنخفضة (من 1 إلى 7 ضغط جوي) عند درجات الحرارة المرتفعة (أعلى من 540 ْ م)، أما بالضغوط المرتفعة (من 14 إلى 70 ضغط جوي) ودرجات الحرارة بين 400 ْ ـ510 ْ م فتحدث في الطور السائل أو المختلط، كما أن زيادة زمن التماس يزيد في سرعة التفكك، ومع إطالة الزمن وارتفاع درجة الحرارة يزداد التماثر والتكويك coking.

 التطبيقات الصناعية للتكسير الحراري

يعتقد أن اكتشاف التكسير الحراري تم بالمصادفة في ولاية نيوجرسي الأمريكية التي كانت تنتج الكيروسين ومواد مزلقة من بقايا النفط الخام، فقد أدى إهمال عامل إلى ارتفاع درجة حرارة بقايا النفط وتلوث الكيروسين بغازولين التكسير الحراري. وقد ازداد الطلب على هذا الغازولين ـ إبان الحرب العالمية ـ الذي يبلغ عدد أوكتانه بين 72ـ 75 مقابل 60ـ 63 لغازولين التقطير المباشر.

 طرق التكسير الحراري

للتكسير الحراري طرائق مختلفة أهمها: التكسير الحراري الانتقائي thermal cracking selective والتكسير الحراري الإصلاحي thermal reform cracking والتكسير الحراري بخفض اللزوجة thermal cracking by visbreaking والتكسير الحراري بالتكويك thermal cracking by coking إما بالتكويك المُعَوق delayed coking أو الانسيابي fluid coking.

 انظر أيضاً

• تكسير النفط
• التكسير التحفيزي المائع

 المراجع

• محمود محمد العمري، النفط والصناعة البترولية (كيمياء وتجزئة) (جامعة أم القرى، مكة المكرمة 1992).
• G.D.HOBSON & W.POHL, Applied Modern Petroleum Technology, Fourth Edition (Science Publishers 1975)
• Prospects of Arab Petroleum Refining Industry, Joint study, OAPEC and Ent, Kuwait (1983).