موقع النفط والغاز الطبيعي العربي

 

 

 
    الصفحة الرئيسية > قسم المقالات > التكرير والمصافي      
 

 تكرير النفط  ج1

المهندسة نسرين

 

المقدمة:

     عمليات التكرير الحديثة معقدة جداً, ويبدو انه مهمة مستحيلة الى حد التعقيد مع مجموعة منسقة من العمليات البسيطة, والغرض من هذا الموضوع هو عرض عمليات التكرير قدر الامكان وبنفس النمط الذي يتدفق منه النفط الخام خلال المصفاة لغرض اظهار االترابط من وحدات المعالجة.

طريقة دراسة الحالة هي الافضل للفهم السريع للتكرير , ونحن نوصي بأن يتم اختيار النفط وحسابات التكلفة والعائدات حسب اجراء دراسة عمليات التكرير في النظام.

الهدف من مصفى الوقود النموذجي هو تحويل اكبر قدر من براميل النفط الخام الى وقود وسائل النقل بشكل عملي من الناحية الاقتصادية. رغم ان المصافي تنتج منتوجات مربحة جداً, المنتوجات المربحة ذات حجم عالي هي وقود النقل والديزل ووقود التوربينات, زيوت التدفئة والاضاءة فهذه الانواع من الوقود لها نقطة غليان تتراوح بين (0-345)م (30-650)ف. أما زيوت التدفئة الخفيفة فليست وقود النقل لكن المكونات الهيدروكاربونية قابلة للاستبدال بوقود الديزل ووقود الطائرات فقط باختلاف المواد المضافة. على الرغم من ان المنتجات مثل زيوت التشحيم وزيوت التبريد والمحولات, والمواد الاولية البتروكيمياوية هي مربحة الا ان كمياتها تصل الى اقل من 5% من مجموع النفط الخام المشحون الى مصافي التكرير في الولايات المتحدة الامريكية.

عملية الجريان والمنتوجات لمصفاة كاملة معقدة جداً موضح في الشكل (1-1). ومعدات التجهيز المشار اليها هي لمعالجة النفط الخام ذات اوزان نوعية  والمحتوى الكبريتي المعتدل. اما النفط الخام ذات (API) واطئ (وزن النوعي العالي) ومحتوى الكبريتي العالي تتطلب معدات اضافية للمعالجة المائية.
ومن المتوقع ان نوعية النفط الخام الذي يتم معالجته بواسطة المصافي الامريكية تزداد سوءاً تدريجياً في المستقبل مع زيادة محتويات الكبريت والكثافة.
سوف تستخدم المواد ذات درجة الغليان العالية كزيت الوقود الثقيل ولكن الطلب على هذه الزيوت تتناقص بسبب صرامة المتطلبات البيئية. ويتطلب ذلك المصافي لمعالجة برميل كامل من النفط الخام بدلاً من مجرد المادة ذات درجة غليان أدنى من 1050F - 566C

القيود الكبريتية على الوقود (فحم الكوك وزيوت الوقود الثقيل) يؤثر على معالجة برميل بشكل جيد. وهذه العوامل تتطلب اضافة مصفى واسعة وحديثة والتحول في متطلبات السوق بين الغازولين واعادة صياغة الوقود للنقل ينبغي تجهيز تحدي محفز ومهندسو المصفى لتطوير حلول مبتكرة لهذه المشاكل. الاثار البيئية لاعداد واستهلاك الوقود تتطلب ان يحدث تحولاً كبيراً في توزيع المنتجات( اي الكازولين اقل تقليدية, واعادة صياغة اكثر, وانواع الوقود البديلة) وسوف يكون لهذا الامر تأثير كبير على عمليات التكرير كما يكون عبئاً على المصفاة بالاضافة الى الحاجة الى زيادة القدرة على توفير نسبة عالية من الكبريت والزيوت الثقيل. 

(1-1) رسم تخطيطي لسير العمليات في المصفاة

وصف للعمليات في المصفى:

   الشكل (1-1) يبين تسلسل عملية المعالجة في مصفاة حديثة معقدة جداً, تشير الى معالجة الجريان كبيرة بين العمليات. حيث يتم تسخين النفط الخام في الفرن ويحمل الى ابراج التقطير الجوية, حيث يتم فصله الى (بيوتان, غاز رطب الخفيف, نفثا الخفيفة الغير المستقرة, نفثا الثقيلة, النفط الابيض, زيت الغاز الجوي, مكونات قمة البرج, يتم ارسال مكونات قمة البرج الى برج التقطير المخلخل (الفراغي)  ليتم فصله الى زيت الغاز المخلخل (الفراغي)ومكونات اسفل البرج الفراغي (المخلخل) (VRC).

(VRC) من البرج الفراغي يتم تكسيره حرارياً في وحدة التكويك لانتاج الغاز الرطب, بنزين الكوكر, زيت الغاز الكوكر فحم الكوك, هذه البقايا الثقيلة كانت تباع بنحو 70% من سعر النفط الخام. تستخدم وحدات النفط الخام في الغلاف الجوي والفراغي زيوت الغاز وزيت الغاز الكوكر كمادة اولية لتغذية عملية التكسير بواسطة العامل المساعد او وحدات التكسير الهيدروجيني. تقوم هذه الوحدات بتكسير المركبات ذات اوزان جزيئية ثقيلة الى مركبات ذات اوزان جزيئية اقل او اصناف الوقود المستقطرة.

المنتجات المتكونة من التكسير الهيدروجيني مشبعة. اما المنتجات الغير المشبعة الناتجة من عملية التكسير بواسطة العامل المساعد تتشبع وتتحسن في النوعية بالمعالجة الهيدروجينية اوعملية التحسين. التيارات النفثا الخفيفة الناتجة من البرج النفط الخام, cocker, ووحدات التكسير يتم ارساله الى وحدة الازمرة لتحويل البارافين المتفرع الى ايزومرات ذات ارقام اوكاتانية اكبر.

تدخل تيارات النفثا الثقيلة الناتجة من البرج الخام, cocker, ووحدات التكسير, الى عملية التحسين بواسطة العامل المساعد لتحسين الرقم الاوكتاني. يتم مزج المنتوجات الناتجة من عملية التحسين مع البنزين العادي والمحسن لبيعها. تيارات الغاز الرطب الناتج من الوحدات النفط الخام ,cocker, وحدات التكسير, يتم عزلها الى محطة استخراج البخار (مصنع الغاز) لتحويلها الى غاز الوقود, LPG, الهيدروكاربونات الغير المشبعة (بروبين, بيوتين, بنتين), ن-بيوتان وايزو بيوتان حيث يتم حرق غاز الوقود كوقود في افران المصفى, ويمزج ن- بيوتان مع البنزين والغاز المسال LPG. يتم ارسال الهيدروكاربونات الغير المشبعة وايزو بيوتان الى وحدة الالكلة للمعالجة.
يتم استخدام حامض الهيدروفلوريد والكبريتيك في وحدات الالكلة كمحفز لكي تتفاعل الاوليفينات مع ايزوبيوتان لتكوين ايزوبارافينات في سلسلة كازولين. يدعى المنتوج (الكلة), والمنتوج ذات الرقم الاوكتاني العالي يتم مزجه مع بنزين المحرك المحسن او المرغوب وبنزين الطائرات. نواتج التقطير الوسطية الناتجة من وحدة النفط الخام,
cocker, ووحدات التكسير يتم مزجها مع وقود الديزل والطائرات وزيوت الافران.
في بعض المصافي, يتم معالجة زيت الغاز المخلخل الثقيل والنفط الخام من البرافينات وزيوت الخام النفثيني الاساسي الى زيوت التشحيم. بعد ازالة الاسفلت من البروبان في وحدات ازالة الاسفلت, يتم معالجة مكونات اسفل البرج بعملية الحجب مع زيوت الغاز المخلخل لانتاج الزيت التزييت. زيوت الغاز الفراغي والمخزون المزيل الاسفلتي تعتبر من اول المذيبات المستخلصة لازالة المركبات العطرية(الاروماتية) ومن ثم ازالة الشمع لتحسين نقطة الانصباب (الانسكاب). ثم يتم معالجتها مع انواع خاصة من الطين او المعالجة الهيدروجينية القاسية جداً لتحسين اللون والاستقرارية قبل امتزاجه مع زيوت التشحيم.
لكل مصفى برنامج او مخطط معالجة فريدة تخصها والتي يتم تحديدها بـ المعدات المعالجة المتوفرة, خصائص النفط الخام, تكاليف التشغيل, والمنتج المطلوب.
 

في حين ان معظم المستهلكين يعتقدون أن المنتجات النفطية لاتتعدى الـ (بضعة منتجات) مثل النفط الأبيض (وقود التدفئة) والبنزين ووقود الطائرات والديزل مع بعض زيوت المحركات وزيوت التشحيم, ....الخ. في حين أن معهد البترول الأمريكي (API) قام بمسح على معامل تكرير البترول والمعامل البتروكيمياوية الأمريكية أظهر وجود أكثر من 2000 منتج من المنتجات النفطية بمواصفات مختلفة وكما يظهر في الجدول التالي المنتجات التي يتم انتاجها في معامل تكرير البترول الأمريكية.

نوع المنتج النفطي

العدد

غاز الوقود

1

غازات مسالة

13

بنزين

40

     المحركات (مكائن الاحتراق الداخلي(

19

الطيران

9

أخرى(تراكتور, بحرية, أخرى(

12

وقود التوربينات الغازية
(المحركات النفاثة
(

5

النفط الأبيض

10

مادة مستقطرة متوسطة
 (الديزل وزيوت الوقود الخفيفة
(

27

زيت الوقود المتخلف (المتبقي(

16

  وبصورة عامة فان المُنتَجات التي تنتج حسب تصاميمَ المصافي تكون قليلة العَدَدِ نسبياً وان عمليات التكرير الرئيسية تعتمد على انتاج كميات كبيرة من المنتجات مثل (البنزين, الديزل, وقود الطائرات, النفط الأبيض).

 يعتبر خزن المنتجات النفطية والتخلص من النفايات المتبقية عالي الكلفة، لذلك فمن الضروريُ بَيْع كُلّ الموادِ المنتجة مِنْ النَفط الخامِّ حتى ان البعض مِنْ الموادِ، مثل   زيتِ الوقود الثقيلِ العاليِ نسبة الكبريتِ) و الوقودِ الحاوي على كمية من الفحم، يجب أنْ يُباعَ بأسعارِ أقل مِنْ كلفةَ زيتِ الوقود (النفط الأسود) المنتج منه.
 
تَتطلّبُ الموازنة الإقتصادية اتخاذ القرار سواء ببيع بَعْض منتجات النَفط الخامِّ مباشرة أو أَنْ تُباعَ بعد اجراءْ عمليات تكريرية اضافية (أو اضافة نوع معين يسمى بالمحسنات الكيمياوية) لإنْتاج مُنتَجاتِ ذات نوعية افضل سَـتكونُ لها قيمةُ سـعرية أعظمُ وأداء أفضل مثلا البنزين العادي والممتاز ذو الرقم الأوكتاني العالي نسبيا تعتبر القيمة الأوطأ لأي مُنتَج هيدروكربونِي هي القيمةُ الحرارية لذلك المنتج أَو مكافئُ زيتِ وقودها (FOE) هذه القيمةِ تحدد دائماً اعتمادا على مجموعة عوامل مثل الموقعِ، الطلب، توفر المنتج، خصائص الاحتراقِ، نسبة محتوى الكبريتِ، وأسعار الوقود المنافسةِ.
 
ان معرفة الخواص الفيزياوية والكيمياويةِ للمنتجات النفطية ضروريُ لفَهْم الحاجةِ لعملياتِ التكرير المُخْتَلِفةِ ولتَقديم صورة مفصلة لمُنتَجاتِ التكرير، يمكن وصفها في الفَقَراتِ التاليةِ وذلك بزيَاْدَة الوزن النوعي وتقليل اللاستقرارية والوزن حسب مقياس الـ (API) معهد البترول الأمريكي.
 
في الصناعة النفطية تَستعملُ طريقة إختزالية لتسـجيل مركّبات الهيدروكربونِ واطئة الغليان الذي يُميّزُ الموادَ بعددِ ذرّاتِ الكاربونِ والروابطِ الغير مشبّعةِ في الجزيئةِ، على سبيل المثال، بروبان يُصور على شكل C3 والبروبلين ايضا  في حين أن ذرات الهيدروجين يفترض أن تكون موجودة مالم يتم الاشارة الى غير ذلك

 1. المنتجات ذات درجة الغليان الواطئة:

 ان التصنيف (المنتجات ذات درجة الغليان الواطئة) يشمل المركبات التي تكون في الحالة الغازية في درجة الحرارة والضغط الجويين في الحالة الاعتيادية وهي: الميثان، الإيثان، البروبان، البيوتان، والأوليفينات المشابهة.  

 الميثان C1 يُستَعملُ عادة كوقود في المصافي، كذلك يُمْكِنُ أَنْ يُستَعملَ كمادة أولية لإنتاجِ الهيدروجينِ بطريقة التكسير والتحلل بالحرارةِ والتفاعل مع بخار الماء (في المفاعل) وتقاس كميته عموماً بـالباوناتِ أوبالكيلوغرامات، أقدام مكعّبة قياسية (scf) في درجة حرارة 60 فهرنهايت وضغط 14.7 با/عقدة مربعة ,الأمتار المكعّبة في درجة حرارة  15.6م وضغط جوي 1 بار، أَو برميل زيتِ الوقود المكافئ اعتمادا على أوطأ قيمة حرارية لـ  05.6 X 106سـعرة حرارية (Btu) أو كيلو جول.6.38X106

 المواصفات الطبيعيةَ (الفيزياوية) للميثان في الجدول التالي:

 المواصفات الطبيعية (الفيزياوية) للبارافينات

الوزن حسب
قياس
(
°API)

الوزن النوعي
(60/60 °F)

درجة الإنصهار
فهرنهايت

درجة الغليان
فهرنهايت

جزيئة الكاربون

المركب

340.0 0.30 – 296.5 – 258.7 C1 الميثان
265.5 0.356

– 297.9

– 128.5 C2

الايثان

147.2 0.508 – 305.8 – 43.7 C3 البروبان
110.6 0.584 217.1 31.1 C4 ن-بيوتان
119.8 0.563 – 225.3 10.9 C4 أيزو-بيوتان

68.7

0.707

– 70.2 258.2 C8 ن- أوكتان

71.8

0.696

– 161.3

210.6 C8 آيزو-اوكتان

65.0

0.720

219.0 223.7 C8

4,2,2

61.2

0.734

– 21.4 345.5 C10

3,3,2,2

51.0

0.775

64.0 555.0 C16 الديكان (طبيعي(

49.4 

0.782 

98.0 650.0 C20

السيتان (طبيعي(

49.2

0.783

147.0

850.0 C30 الايكوسان (طبيعي(

40.4

0.823

– 31.0

815.0 C30 الترايكوتان

  ملاحظات
 1. 
درجة الغليان تَرتفعُ مع زيادةِ الوزن الجزيئي.
 2. 
درجة الغليان للهيدروكربون ذو السلسلة المتشعبة أوطأُ مِنهْ للسلسلة المتصلةِ لنفس الوزن الجزيئي.

 3.  
درجةِ الإنصهار تزداد بازدياد الوزن الجزيئي.
 
4.  درجة الانصهار للهيدروكربون ذو السلسلة المتشعبة أوطأُ مِنهْ للسلسلة المتصلةِ لنفس الوزن الجزيئي مالم يؤدي التفرع إلى التناظر.
 
5.  يزداد الوزن بازدياد الوزن الجزيئي

الإيثان C2 يُمْكِنُ أَنْ يُستَعملَ كوقود في المصافي أَو كمادة أوليةلإنْتاج الهيدروجينِ أَو الإثيلينِ، اللذان يستعملان في العملياتِ التشغيلية للمصانع البتروكيمياويةِ. كما ان الإثيلين والهيدروجين ينتج احيانا بصورة عرضية في المصافي ويمكن بيعهما إلى المصانع البتروكيمياويةِ

البروبان C3 : يُستَعملُ كثيراً كوقود في المصافي في الأفران لرفع درجة حرارة النفط الخام و يُباعُ أيضاً كغاز بترولي مسـال (
LPG)،حيث أن مواصفاته محدّدة من قبل (جمعية مشغلي الغازَ (GPA) (المواصفات المثالية للبروبان تتضمن اقصى ضغط بخار بحدود 210 با\عقدة مربعة عند درجة حرارة 100 ف مايعادل 37.8 م وتعادل 95%  درجة غليان من درجة الحرارة -37 ف و-38.3م أو أوطأ عند 760 ملم زئبق(ا بار) ضغط جوي. وفي بَعْض المواقعِ (معامل التكرير) يتم فصل البروبلين لغرض بيعه كمادة أولية إلى منتجي البولي برويلين.

البيوتان C4:
 تتواجد البيوتانات (C4) في النفط الخام ويتم انتاجها خلال العمليات التشغيلية في معامل التكرير (المصافي) وتستخدم كمكونات للبنزين في العمليات التشغيلية في معامل التكرير اضافة الى الغاز البترولي المسال(LPG).أما البيوتان الطبيعي (nC4) فله ضغط بخار اقل من الآيزوبيوتان (iC4) وهو يُفضّلُ عادة للمَزْج مع البنزين لتَنظيم ضغطِ بخارِه لتقديم تشغيل افضل في الطقسِ الباردِ. 

للبيوتان الطبيعي ضغط بخارريد* (RVP) بقيمة 52 با\عقدة مربعة مقارنة بـ71 با\عقدة مربعة للآيزوبيوتان, ولهذا يمكن اضافة مقدار اكبر من البيوتان الطبيعي (nC4) الى البنزين بدون تخطي قيمة ضغط بخار ريد لمنتوج البنزين. اعتمادا على  قاعدة الحجمِ فان البنزين لَهُ قيمة مبيعات أعلى مِنْ تلك التي لغاز البترول المسال لذلك فمن الناحية الاقتصادية من المرغوب به أَنْ تَمْزجَ كمية من البيوتانَ الطبيعيَ وحسب الامكان إلى البنزينِ. اضافة الى كل ذلك يُستَعملُ البيوتان الطبيعي أيضاً كمادة أولية لوحدات الأزمرة لتَشكيل وتصنيع الآيزوبيوتان.

 ان التعليمات التي أصدرتها وكالةِ حمايةِ البيئهِ (EPA) لتَخفيض الإنبعاثاتِ الهيدروكربونيةِ أثناء عملياتِ التزود بالوقود والتبخير مِنْ المحرّكاتِ الساخنة بعد شوط الإيقادِ خفّضَت بصورة كبيرة ضغطُ البخارِ (رَيد) المسموح به للبنزين أثناء فصلِ الصيف. وبالنتيجة أدت الى تأثيرين رئيسيينِ على الصناعةِ.  الأول هو التوفيرَ المتزايدَ للـ (بيوتان الطبيعي) أثناء فصل الصيف, والثاني هو ضرورة استخدام طريقة أخرى لتَزويد الأوكتانِ المتوسط المفقود نتيجة الإستخراجِ والاستخدام المفرط للبيوتان الطبيعي.

 إنّ الأوكتانَ المتوسط هو معدل الاوكتان من الانتاج الكلي للبنزين في معامل التكرير في حالة مزج البنزينِ الممتازِ جداً والمتوسط القيمةَ والعادي معاً فيما يعتبر البيوتان الطبيعي رخيص نسبيا كمحسن للبنزين وجزء من خليط الأوكتان, أما الآيزوبيوتان فتتحدد قيمته القصوى عندما يستخدم كمادة أولية لوحدة الألكلة حيث يتم وصلها بالموادِ الغير مشبّعةِ، (البروبينات، بيوتانات، والبنتينات) لتَشكيل مركبات ايزوبارافينية ذات أوكتانِ عالي في مدى الغليان للبنزينِ.

 بالرغم من وجود الآيزوبيوتين في النَفط الخامِّ، الا ان مصادر تموينه الرئيسية مِنْ عملية التكسير بالعامل المساعدِ السائلِ ووحدات التكسير بوجود الهيدروجين في المصافي ووحدات معالجة الغاز الطبيعي ولا يستعمل الآيزوبيوتان كمادة اولية لتغذية وحدات الألكلة ولكن يُمْكِنُ بيعه كغاز بترولي مسيل (LPG) أَو يستعملَ كمادة أولية لتصنيع البروبلين او البروبين, ويتم تحويل كمية لابأس بها من الآيزوبيوتين الى آيزوبيوتيلين والتي بتفاعلها مع الميثانول ينتج منها مادة المثيل بيوتيل أثير الثلاثي. عندما تباع البيوتانات كغاز بترولي مسيل، تكون مواصفاتها متوافقة مع مواصفات البيوتان التجاري, والتي تتضمن ضغط بخار 70 با\عقدة مربعة أو أقل عند درجة 1000 ف أو (210م . و 95% درجة غليان عند درجة حرارة 36 ف أو 2.2م .وعند ضغط 760 ملم زئبق ضغط جوي, من عيوب البيوتان الطبيعي كغاز بترول مسيل (LPG) درجة الغليان العالية تعادل 32 ف أو  0م . وعند ضغط 760 ملم زئبق وبذلك فانه في الأجواء الباردة شتاءً فمن غير المفضل استخدامه للتدفئة والاستعمالات الأخرى عندما يخزن في مناطق خارجية تتعرض بصورة متكررة لانخفاض في درجات الحرارة تحت الصفر. يمتلك الآيزوبيوتان درجة غليان تعادل 11ف .وهو ايضا لايفضل استخدامه كغاز مسيل للتدفئة في المناخ البارد.

 يباع خليط البيوتان- بروبانِ كغاز بترولي مسيل، ويتم تحديد مواصفات وطريقة الاختبار القياسيةِ لهذا الخليط من قبل جمعيةِ معالجي الغازَ.
 
  =(RVP)* ضغط البخار بمعيار ريد عند درجة حرارة 100 ف 

 مواصفات النفط الخام

النفط الخام مركب معقد جداً, باستثناء العناصر ذات درجات الغليان الواطئة التي لاتحتاج من المصفى اي جهد لتحليل العناصر النفطية الموجودة في النفط الخام.
الاختبارات البسيطة نسبيا تعمل على النفط الخام وتستخدم هذه الاختبارات للعلاقات التجريبية لتقييم النفط الخام كمادة اولية لمصفى معين. يتم مقارنة كل من النفط الخام مع المواد الاولية الاخرى المتاحة وبناءا على تكاليف التشغيل وتحقيق المنتج يتم تعيين القيمة.

 المحتوى الكبريتي :-

المحتوى الكبريتي وكثافة API هما الخاصيتان ذات تاثير اكبر على قيمة النفط الخام ، على الرغم من زيادة المحتوى النيتروجيني والمعادن ذات اهمية يعبر عن المحتوى الكبريتي بنسبة الكبريت على الوزن ويختلف من اقل من %0,1 الى اكبر من 5% . على العموم النفط الخام ذات المحتوى الكبريتي اعلى من 5% يتطلب معالجة اكثر شمولاً من تلك التي ذات المحتوى الكبريتي المنخفض، على الرغم من ان مصطلح النفط الخام الحامضي في البداية تشير الى النفط الخام التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين المذاب المستقل عن مجموع المحتوى الكبريتي ، وقد حان ليعني اي نفط خام ذات محتوى الكبريتي العالي ما يكفي لتطلب معالجة خاصة . هناك خط فاصل بين النفط الخام الحامضي والحلو . لكن المحتوى الكبريتي 0.5% كثيراً ما يستخدم كمعيار للنفط الخام .

نقطة الانسكاب :-

نقطة الانسكاب للنفط الخام في درجة فهرنهايت او الدرجة المئوية هو مؤشر تقريبي لنسبة المركبات البارافينية والاروماتية في النفط الخام . انخفاض نقطة الانسكاب ، انخفاض المحتوى البارافيني وزيادة المحتوى الاروماتي .

 بقايا الكربون :-

يتم تحديد بقايا الكربون عن طريق التقطير الى بقايا فحم الكوك بمعزل عن الهواء.  بقايا الكربون هي تقريباً ترتبط بالمحتوى الاسفلتي في النفط الخام والى كمية من جزء زيت التشحيم الذي يمكن استخراجها. في معظم الحالات بقايا الكربون المنخفضة تعطي قيمة اكثر للنفط الخام . وهذا ما يعبر عنه نسبة الوزن لبقايا الكربون لكل من RCR او ASTM (CCR) اجراءات الاختبار (D-524 & D-189) .

 المحتوى الملحي :-

اذا احتوى النفط الخام على الملح حيث يعبر عنها NaCl اكبر من 1000 bb/10bl ، عموماً من الضروري ازالة الملح من النفط الخام قبل معالجته . اذا لم يتم ازالة الملح فقد يواجه عملية المعالجة مشاكل التأكل الشديدة ولكن عند معالجته بواسطة العوامل المساعدة ، ازالة الملح الى الحد المرغوب به في النفط الخام . على الرغم من عدم امكانية تحويل الوحدات بين lb/1000 bbl و ppm بواسطة الوزن بسبب الكثافات المختلفة للنفط الخام 1 lb/1000bbl تقريباً 3 ppm .

عوامل التوصيف:-

هناك العديد من العلاقات بين العائد والاروماتيات والبرافينات في النفط الخام، لكن الاكثر استخداما هي UOP او  "Watson characterization factor Kw" ومؤشر الترابط "CI) "correlation index) .

مدى Kw اقل من 10 لاعلى مواد الاروماتية لغاية 15 لأعلى مركبات بارافينية. يظهر في النفط الخام اضيق مدى لـ Kw حيث تختلف من 10.5 للنفط الخام النفثيني العالي لغاية 12.9 للنفط الخام البارافيني.

مؤشر الترابط مفيد في تقييم الاجزاء الفردية من النفط الخام. مقياس CI هي اساسا للسلسلة المتصلة البارافينية يعطي قيمة 0 اما لحلقة البنزين فيعطي قيمة 100. قيمة CI ليست كمية، لكن اوطأ قيمة لـ CI هي اعلى تراكيز للهيدروكاربونات البارافينية. وأعلى قيمة ل CI هي اعلى تراكيز للنفثينات والمركبات الاروماتية.

 المحتوى النيتروجيني :-

المحتوى النيتروجيني العالي غير مرغوب في النفط الخام بسبب مركبات النيتروجينية العضوية الذي يسبب تسمم حاد للعوامل المساعدة المستخدمة في عملية المعالجة كما يسبب مشاكل التاكل مثل تقرحات الهيدروجينية . النفط الخام ذات المحتوى النيتروجيني اعلى من 0,25% من حيث الوزن يتطلب معالجة خاصة لازالة النيتروجين .

 مدى التقطير :-

مدى التقطير للنفط الخام تعطي مؤشراً للكميات المنتجات المختلفة الموجودة. ومن المعروف ان النوع الاكثر فائدة للتقطير هي (نقطة الغليان الحقيقية (TBP) للتقطير وعموماً يشير الى تنفيذ التقطير في المعدات التي تحقق تجزئة الى الدرجة المناسبة .

 المحتوى المعدني :-

المحتوى المعدني في النفط الخام يمكن ان يختلف من بضعة اجزاء لكل مليون الى اكثر 1000 جزء لكل مليون وعلى الرغم من التراكيز المنخفضة نسبياً فهي ذات اهمية كبيرة. الكميات الدقيقة لبعض هذه المعادن (النيكل ، الفناديوم ، النحاس) يمكن ان يؤثر بشدة على نشاط العوامل المساعدة والنتائج في توزيع المنتجات اقل قيمة . تركيز الفناديوم الاعلى من (2) جزء بالمليون في النفط الخام قد يؤدي الى تآكل حاد لريش التوربينات وتدهور بطانات الفرن والمداخن.

تراكيز التقطير للمكونات المعدنية من النفط الخام في المخلفات ، لكن في الواقع بعض من المركبات المعدنية العضوية تتطاير في درجات حرارة التقطير في المصفى وتظهر في نواتج التقطير ذات درجات الغليان العالية. يمكن تخفيض المحتوى المعدني بواسطة مذيبات مع البروبان او مذيبات مماثلة كمركبات معدنية عضوية ليترسب  كــ (اسفلت والراتنجات).

  تركيب النفط

يتكون النفط الخام واجزاء النفط الخام ذات درجات الغليان العالية من العديد من سلاسل المتشاكلة القليلة نسبياً من الهيدروكاربونات.

تركيب الخليط الكلي لايختلف كثيراً من حيث التركيب الاولي, لكن الاختلاف البسيط في التركيب يمكن ان يؤثر جداً على الخصائص الفيزيائية. والمعالجة المطلوبة لانتاج منتجات قابلة للبيع. البترول هو في الاساس خليط من الهيدروكاربونات وحتى المركبات غير الهيدروكاربونية هي عموماً مكونات هيدروكاربونية معقدة ذات جزيئات معقدة ولكن تحتوي على كميات صغيرة من اوكسجين, كبريت, نيتروجين, فناديوم, نيكل. وتصنف الهيدروكاربونات الموجودة في النفط الخام الى ثلاث اجزاء رئيسية: النفثينات, البرافينات, المركبات الاروماتية بالاضافة الى النوع الرابع الاوليفينات وهذا يتشكل خلال عملية المعالجة بازالة الهيدروجين من البارافينات والنفثينات.

 البارافينات:

  تتميز السلسلة الهيدروكاربونية البارافينية من خلال القاعدة بان ذرات الكاربون ترتبط بآصرة احادية مع آواصر اخرى تتشبع بذرات الهيدروجين, الصيغة العامة للبارافينات هي CnH2n+2. ابسط سلسلة بارافينية هي الميثان CH4  وتليها سلسلة مماثلة من الايثان والبروبان C2H6 والبيوتان العادي وايزو بيوتان, البنتان العادي وايزو ونيوبنتان ...الخ . أنظر الشكل



البارافينات في النفط الخام

عندما يكون عدد ذرات الكاربون في الجزيئة اكبر من ثلاثة قد توجد عدة مركبات هيدروكاربونية تحتوي على نفس العدد من الكاربون ولكن تختلف بتشكيله. هذا لان الكاربون قادرة ليس فقط لتشكيل سلسلة ولكن ايضا لتشكيل سلاسل متفرعة احادية او مزدوجة التي تؤدي الى ايزومرات ذات خصائص مختلفة الى حد كبير.على سبيل المثال العدد الاوكتاني للمحركات ذات اوكتان عادي 17 ولآيزو اوكتان هو (2, 2, 4 ثلاثي مثيل بنتين) هو 100. يمكن زيادة عدد الازمرة في المتوالية الهندسية كزيادة عدد ذرات الكاربون.
هناك صيغتين للازمرة البارافينية للبيوتان وثلاثة للبنتان و17 للاوكتان ومع الوقت تزداد ذرات الكاربون الى 18. هناك 60533 صيغة ايزومرية للسيتان, يحتوي النفط الخام على جزيئات لااكثر من 70 ذرة كاربون، والعدد الممكن من الهيدروكاربونات البارافينية هي عالية جدا.

 الاوليفينات:

لاتوجد الاوليفينات بشكل مستقل في النفط الخام ولكن تتشكل خلال عملية المعالجة. وهي مشابهة جداً لبنية البارافينات لكن تتكون على الاقل من ذرتين كاربون تربط بينهما اصرة مزدوجة. الصيغة العامة هي CnH2n.
الاوليفينات بصورة عامة غير مرغوب بها في النواتج النهائية بسبب الاصرة المزدوجة التي تتفاعل مع المركبات وهي تتأكسد بسهولة وتتبلمر لتكوين الصمغ والورنيش.
في البنزين , بعض من الاوليفينات مرغوبة لان لها اعداد اوكاتنية مختبرية عالية مقارنة مع البارافينات التي  لها نفس عدد  ذرات الكاربون. الاوليفينات التي تحتوي على خمسة ذرات كاربون لها معدلات تفاعل عالية مع المركبات في الغلاف الجوي والتي تسبب تكوين ملوثات, وحتى لها اعداد اوكاتنية مختبرية عالية. وهي تعتبر عموماً غير مرغوب به. بعض الاوليفينات (التي تحتوي على اصرة مزدوجة) هي ايضاً تتكون خلال عملية المعالجة. ولكنها تتفاعل بسرعة كبيرة مع اوليفينات اخرى لتشكيل بوليمرات ذات اوزان جزيئية عالية تتضمن العديد من الجزيئات الغير المشبعة التي ترتبط مع بعضها. اوليفينات الثنائية غير مرغوب بها في المنتجات لانها تتفاعل بسرعة بحيث تتبلمر وتكوين مصفاة  ومعدات توصيل المركبات. 

النفثينات :

 الهيدروكاربونات البارافينيه الحلقية التي فيها كل من الاواصر المتوفرة من ذرات الكاربون والتي تتشبع بهيدروجين هي تسمى بالنفثينات. هناك عدة انواع من النفثينات التي توجد في النفط الخام, باستثناء المركبات ذات درجات غليان الواطئة مثل البنتان الحلقي والهكسان الحلقي هي عموماً لايتعامل معها كمركبات مستقلة. يتم تصنيف النفثينات وفقاً لمدى الغليان وتحديد الخصائص بمساعدة عوامل الربط وهي عامل Kw و CI.

بعض المركبات النفثينية النموذجية تظهر في الشكل التالي:



النفثينات في النفط الخام

  المركبات الاروماتية

الخواص الفيزيائية والكيميائية للسلسلة الهيدروكاربونية الاروماتية مختلفة جدا عن البرافينات والبرافينات الحلقية (النفثينات). الهيدروكاربونات الاروماتية تحتوي على حلقة بنزين وهي غير مشبعة لكنها مستقرة وكثيرا مايتصرف معها كمركب مشبع. بعض المركبات الاروماتية النموذجية تظهر في الشكل التالي:

الهيدروكاربونات الحلقية سواءاً, كانت النفثينات او المركبات الاروماتية , يمكن ان يضاف سلاسل جانبية من البرافينات في مكان بعض من الهيدروجينات التي تغادر الكاربون من المركب الحلقي لتشكيل هياكل مختلطة. هذه الانواع المختلطة لها العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركبات الاصلية التي تكونت منها لكن عموما تصنف وفقا للمركب الحلقي الاصلي.

 



 المركبات الاروماتية في النفط الخام

 مقتبس بتصرف من موقع العلوم والتكنلوجيا  

 
 

      اطبع هذه الصفحة    

         

 

المقالات والمواضيع المنشورة في الموقع تعبر عن وجهة نظر أصحابها - أتفاقية الأستخدام
كل الحقوق محفوظة ®2011 لموقع النفط والغاز الطبيعي العربي