عمليات تكرير النفط

مصفاة أناكورتس (تسورو)، على الطرف الشمالي من مارش پوينت، شمال شرق أناكورتس، واشنطن.

عمليات تكرير النفط Petroleum refining processes، هي عمليات الهندسة الكيميائية والمرافق الأخرى المستخدة في مصافي النفط (ويشار إليها أيضاً بمصافي النفط) لتحويل النفط الخام إلى منتجات صالحة للإستخدام مثل الغاز النفطي المسال، الگازولين، الكريوسين، الوقود النفاث، وزيوت الوقود.

يصاحب النفط أثناء خروجه من الآبار غازات وأملاح ومياه وشوائب ميكانيكية "رمال وطين" في بعض الأحيان، ولذا يجب فصل هذه الأشياء جزئيًا في الحقل، وكلياً بعد ذلك في معمل التكرير. ويتم فصل الغازات المصاحبة في حقول البترول في محطات عزل الغاز الطبيعي ، ثم تدفع إلى وحدة الجازولين لفصل المكثفات الخفيفة،التي تكون غالبًا مصاحبه للغازات، والتي يتم فصلها بتكثيفها وتسمى "الجازولين الطبيعي". ثم يدفع الخام بعد ذلك إلى مستودعات ترسيب، حيث يتم فصل الشوائب الميكانيكية بالترسيب. بعد ذلك يتم نزع الأملاح من البترول عن طريق غسل الأملاح بالماء العذب ثم ينزع الماء بعد ذلك من البترول في وحدات معالجة النفط الرطب. ويعالج البترول المحتوي على نسبة كبيرة من الأملاح بواسطة 3-5% من الماء. ويفصل الماء من البترول في بعض الأحيان بسهولة نسبيًا. ولكن غالبًا ما يكون مستحلبات ثابتة مع البترول صعبة الفصل، خصوصًا خلال عمليات الضخ والنقل في أنابيب بسرعة كبيرة ممايصعب التخلص منه.

تتم تجزئة منتجاة النفط تبعاً لدرجات غليانها، وتعتمد على فصل أجزاء النفط بعضها عن بعض على اختلاف صفاتها الفيزيائية. فالمعروف أن النفط يتألف من مزيج معقد من عدد كبير من المواد التي يمكن تجزئتها في عمليات فصل فيزيائية مختلفة إلى مكونات نقية إلى عدة أجزاء ومنتجات تسمى عمليات التصفية (التقطير)، التي تعتمد على مراحل تكنولوجية في التصنيع بدءاً من منتجات ضغط البخار بدرجات حرارة ثابتة ومنتجات الغليان بضغط ثابت، وأساليب فصل المزيج بتيارٍ متساوٍ وتيار متعاكس وتعيين نسبة الارتداد وعدد السطوح النظرية، وبسبب تعقيد تركيب النفط يعتمد بناء وحدات التصفية (ASTM) بأسلوب الحساب التقريبي لأبراج التقطير .

منحنيات غليان حقيقية

إذ يأخذ منحني الغليان المنحى الحقيقي الناتج من تقطير المنتج النفطي تحت شروط قاسية، ويجزأ إلى عدد من الأجزاء الضيقة تعرف بالمكونات الزائفة .

تجزئة مزيج من عدة مواد إلى مكونات زائفة V3,V2,V1 درجات الغليان الوسطى للمكونات الزائفة 1و2و3

إذ تُعين درجات الغليان الوسطى والكثافات والكتل الجزئية النسبية لتلك الأجزاء أو تحسب بالطرائق المخبرية. عند فصل أجزاء النفط المختلفة يتوجب تتطابق نقطة نهاية منحني الغليان الحقيقي للجزء الأخف مع نقطة بداية الغليان للجزء الأثقل .

منحنيات نقطة غليان حقيقية لأجزاء نفطية متجاورة

وإن الفصل الجيد بين الأجزاء يتطلب عدداً كبيراً من صواني التقطير، وعند تقويم شدة فصل برج التقطير تؤخذ من منحني الغليان بين النقطة 95% للجزء الخفيف والنقطة 5% للجزء الثقيل التالي، يمكن أن يوجد تداخل (ناتج من تجزئة رديئة) أو فجوة غليان .

منحنيات غليان الأجزاء النفطية (منحني غليان ASTM)

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

 عملية التقطير

Crude oil is separated into fractions by fractional distillation. The fractions at the top of the fractionating column have lower boiling points than the fractions at the bottom. The heavy bottom fractions are often cracked into lighter, more useful products. All of the fractions are processed further in other refining units.

 خطوات التصفية المشتركة

 الرسم التخطيطي لتدفق نموذجي لمصفاة نفط

Schematic flow diagram of a typical oil refinery

 منتجات نهائية متخصصة

Sarnia, Ontario is a major Great Lakes refining area for Shell, Imperial Oil, ExxonMobil, Suncor Energy, Dow Chemicals, Bayer, and others.

 أجهزة تقطير النفط

تحدد المواصفات الرئيسية للمنتجات النهائية، مثل مجال الغليان لمختلف أنواع الوقود، واللزوجة، ونقطة وميض زيوت التزليق، ونقطة فرز بقايا التقطير الثقيل، لتقطير النفط في أولى مراحل تصنيع النفط. وتتشابه أسس طرائق تقطير النفط الخام وتتألف من وحدات التقطير الرئيسية الآتية: المسخنات الأنبوبية، الأبراج التجزيئية، المعريات، المبادلات الحرارية، المكثفات والمبردات، المضخات وأنابيب الوصل، مستودعات الجمع والتخزين، أجهزة القياس والضبط.

1- المسخنات الأنبوبية: يتألف المسخن الأنبوبي من مجموعة أنابيب موجودة في غرفة مبنية من الحجارة المقاومة لدرجات الحرارة العالية وغالباً ما تقسم غرف التسخين إلى منطقة الإشعاع radiation ومنطقة حمل الحرارة conveotion .

المسخن الأنبوبي

يتم التسخين إما بحرق زيت وإما غاز وقود. تعطي منطقة الإشعاع غازات احتراق حرارتها 5400 ْم يضخ النفط الخام (اللقيم) إلى المسخن الأنبوبي، ويدخل منطقة حمل الحرارة حيث يسخن تسخيناً أولياً بوساطة غازات الاحتراق الخارجية، ثم يدخل إلى منطقة الإشعاع فترتفع درجة حرارته وتصل إلى الدرجة المرغوبة، إذ يتلقى الحرارة من الأشعة مباشرة. وتضبط الحرارة بأخذ قسم من غازات الاحتراق وتبريدها ثم إعادتها إلى غرفة الاحتراق. وهناك أنواع كثيرة من المسخنات الأنبوبية تختلف باختلاف وضعية منطقة الإشعاع ومنطقة الحمل.

2- أبراج التجزئة: يتألف برج التجزئة من عدة طبقات تسمى صواني ولها أنابيب بخارية تحتوي على فتحات تسمح بخروج البخار، ويختلف عدد الصواني حسب نوع الفصل ونوع المادة. إذ يدخل اللقيم إلى الثلث السفلي لبرج التجزئة الوارد من مخرج المسخن الأنبوبي (الذي تبخر منه القسم الأكبر تحت الضغط الجوي) على شكل مزيج غاز مميع.

3- المعريات: وهي فواصل صغيرة مجهزة في أبراج التقطير للتخلص من المنتجات الخارجة من أبراج التقطير بوساطة البخار المحمص أو مراحل إعادة الغليان .

المعريات

4- المبادلات الحرارية.

5- المكثفات والمبردات.

6- المضخات وأنابيب الوصل.

7- مستودعات الجمع والتخزين.

8- أجهزة القياس والضبط.

 تكرير المنتجات النهائية

مبدأ وحدة تقطير النفط الخام.

 نواتج التقطير الخفيفة

• غاز النفط السائل
• الگازولين
• الكيروسين
• الوقود النفاق ووقود الطائرات

 نواتج التقطير المتوسطة

• وقود الديزل للسيارات والقطارات
• وقود التسخين المنزلي
• زيوت الوقود الخفيفة الأخرى

 نواتج التقطير الثقيلة

• زيوت الوقود الثقيلة
• زيت وقود المستودعات وزيوت الوقود المترسبة

 أخرى

معظم هؤلاء المنتجات لا تنتج في مصافي النفط.

• نفتا النفط الخاصة
• المذيبا الخاصة
• الكبريت وأحياناً حمض الكبريتيك
• Petrochemical feed-stocks
• الأسفلت والقطران
• فحم الكوك النفطي
• زيوت التشحيم
• الشموع والشحم
• زيوت المحولات والكابلات
• أسود الكربون

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

 تنقية المنتجات النفطية

هي فصل كيمياوي للمواد الضارة وغير المرغوب فيها من المنتجات النفطية من دون أي تغيير في بنية الفحوم الهدروجينية وطبيعتها. وتستخدم في تنقية المنتجات النفطية عدة طرائق للتخلص من المركبات والشوائب.

1- التنقية بوساطة الأسس: تعد طريقة بسيطة وقديمة، ويستخدم فيها محلول قلوي للتخلص من المواد والشوائب الحمضية كالحموض التفتينية، والحموض الدسمة، وكبريت الهدروجين، والمركبتانات، وأيضاً الحموض الكبريتية، وإسترات حمض الكبريت الناتجة من التنقية بحمض الكبريت ، و المركبات الفينولية الناتجة من عمليات التكسير. ولكن يصعب التخلص من المركبات ذات الحموضة الضعيفة كالمركبتانات التي تعطي مع المحاليل القلوية مركبتيدات ، لذا تستعمل كميات كبيرة من الماء لغسل المواد المراد تنقيتها.

2- التنقية بوساطة حمض الكبريت المركز أو بحمض الكبريت الدخاني: تستخدم هذه الطريقة حمض الكبريت لقدرته على المماثرة والأكسدة والسلفنة وإذابة بعض المركبات والتخلص من التفاعلات الثانوية بتأثير أكسجين الهواء والحرارة والضوء والآزوت… ولكن من مضار هذه الطريقة تفاعل حمض الكبريت مع بعض مواد المنتجات النفطية التي يستحسن عدم ضياعها، إضافة إلى مضار اقتصادية، كتجمع المنتجات بعضها مع بعض مشكلة قطراناً حمضياً. ويمكن التخلص منها بالحرق وبالحصول على ثالث أكسيد الكبريت ، وبالتالي على حمض الكبريت. إلا أن هذه الطريقة معقدة تقنياً وغير ناجعة اقتصادياً.

3- التنقية بالامتزاز: اعتمدت طريقة التنقية بالامتزاز على أجسام لها مساحات سطحية كبيرة كالفحم الخشبي و فحم العظام والغضار، وتستخدم هذه الطريقة اليوم السطوح الخارجية للتربة «كالسيليكاجيل» أو جيل من هدروكسيد الحديد بأساليب تقنية متطورة لامتزاز المركبات ذات الوزن الجزيئي الكبير والميالة إلى التأكسد الذاتي أو البلمرة التي تسبب تشكل الصموغ.

4- طرائق خاصة للتنقية: تعمل هذه الطرائق على تنقية المنتجات النفطية من الشوائب، ومنها المركبات الكبريتية التي تعتمد على تنقية المنتج (الغازولين مثلاً) من كبريت الهدروجين الذائب بمحلول قلوي، وغسله بمحلول قلوي ممزوج بمادة أخرى كالميتانول، لتسهيل ذوبان المركبتيدات القلوية.

وبعد فصل الغازولين النقي عن المحلول يجدد المحلول بأسلوبين:

أ- بالحلمهة عن طريق النفخ المباشر لبخار الماء

كطريقة استخلاص ميروكس .Merox

ب- بالأكسدة عن طريق الهواء بوجود وسيط ينتج ثنائي ماءات الصوديوم

ويفصل ثنائي الكبريت عن المحلول المائي القلوي عند غسله بالزيت كطريقة ميروكس.

5- التنقية بالاستخلاص بوساطة المذيبات: تستخدم هذه الطريقة للتخلص من القطران الحمضي باستعمال مادة مذيبة رخيصة الثمن ذات انتقائية عالية مثل طريقة إيدلانو Edeleanu التي أوجدها العالم الروماني إيدلانو عام 1906م، والتي تعتمد على تنقية المنتجات النفطية بثنائي أكسيد الكبريت السائل بصفته محلاً شديد الانتقائية لإزاحة الفحوم الهدروجينية العطرية والصموغ والكبريت ومكونات اللون والأوليفينات إضافة إلى تحسين لزوجة المواد المنقاة بزيادة قرينة لزوجتها. وقد تطورت طرائق التنقية بمذيبات أخرى كالفورفورال ، والفينول، نوترو البنزن، والكريزول، والكلوروكس (B, B- ثنائي كلور ثنائي إيتل الإيتر)، ومزيج البروبان والكريزول أو البروبان والفينول (طريقة دوسول Duosol)، ومزيج الماء والغليكول (طريقة أودكس Udex) و أحادي ميتيل الفورم أميد (طريقة موفكس Mofex).

 نزع الشمع (البارافين) :dewaxing

الشمع فحوم هدروجينية بارافينية كبيرة الجزئ قد تصل نسبتها حتى 12./. من النفط الخام، أو هي بارافينات غير نظامية متجمعة في بقايا التقطير، أو مشكلة في أجزاء زيوت التزليق، ويتم الحصول على شمع البارافين بإذابة اللقيم الحاوية على الشمع المسخن في كمية كبيرة من مذيب مناسب (مزيج الأسيتون والبنزين أوالميتل إيتل كيتون والبنزن و البروبان السائل أو البولة) أو باستخدام فحوم هدروجينية مكلورة. يبرد المزيج تدريجياً، ويفصل الشمع بعد ترسبه. يتميز شمع البارافين بأهمية صناعية كصناعة الشموع، وتشميع الورق وعيدان الثقاب ومواد التجميل.

 نزع الإسفلت :deasphalting

تتألف بقايا التقطير منخفض الضغط من مركبات بارافينية ضخمة الجزئ وأجزاء من الزيت الناصع bright lock والحُمّر (البيتومين bitumen)، وتعد أجزاء الزيوت الناصعة مصدراً أساسياً لزيوت التزليق التي تعاني عند تنقيتها باستخدام حمض الكبريت تشكل القطران الحمضي، الذي يؤثر سلباً في نوعية الزيوت وجودتها، ويمكن إذابة الفحوم الهدروجينية بالزيوت لترسيب البقايا الإسفلتية (البيتومين) لانخفاض درجة غليانها، وإن أفضل طريقة لفصل البقايا البيتومينية عن الزيوت باستخدام البروبان السائل.

 السلامة والاهتمامات البيئية

Fire at Union Oil refinery, Wilmington, California, 1951

MiRO refinery at Karlsruhe

 انظرأيضاً

Storage tanks and towers at Shell Puget Sound Refinery (Shell Oil Company), Anacortes, Washington

• Acid gas
• AP 42 Compilation of Air Pollutant Emission Factors
• API oil-water separator
• Ethanol fuel
• Gas flare
• Industrial wastewater treatment
• K factor crude oil refining
• قائمة مصافي النفط
• Nelson complexity index
• Sour gas

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

 وصلات خارجية

• Interactive map of UK refineries
• Searchable United States Refinery Map
• Complete, detailed refinery description
• Ecomuseum Bergslagen - history of Oljeön, Sweden
• Fueling Profits: Report on Industry Consolidation (publication of the Consumer Federation of America)
• Price Spikes, Excess Profits and Excuses (publication of the Consumer Federation of America)
• Basics of Oil Refining Overview of crude oil refining process
• Refining NZ Learning Centre Oil Refinery Process Animations,Videos & 360 Degree Views