عملية تكرير النفط

تعريف النفط: سائل كثيف قابل للاشتعال لونه بني غامق أو مخضر يوجد في الطبقة العليا من القشرة الأرضية ويتكون خليط من الهيدروكربونات معظمها من الالكانات ويتفاوت لونه ونقاوته من مكان إلى أخر .
نظريات تكوين النفط
النظرية الغير العضوية :
1- نظرية مند ليف : المركبات الهيدروكربونيه النفطية تتكون من باطن الأرض من تفاعل بخار الماء الساخن مع كرببيدات الفلزات تحت تأثير الحرارة والعوامل الحفازة ..
A4 C3 +12HO 4AL(OH)3+3CH4
CaC2 +2H2O C2H2+ Ca (OH)2

النظرية العضوية:
2- تحلل بقايا حيوانات بحريه ونباتات قديمة إلى موادها العضوية ودفنت بمرور الزمن تحت طبقات رسوبية
بتأثير الحرارة والضغط العاليين تحولت المواد المتحللة إلى :
ماده شمعيه تسمى كير وجين + هيدوركربونات سائله وغازيه

تركيب النفط:
1- مواد هيدروكربونية
2- مواد غير عضوية
3- غاز طبيعي

أنواع النفط : 1-الزيت الحلو: زيت نفط خام خال من المواد الشوائب غير العضوية مثل الكبريت والنيتروجين
2-الزيت المر: نفط خام يحتوي شوائب غير عضوية مثل الكبريت بنسب مرتفعه .

مراحل إنتاج النفط:
أولا: الفصل
التقطير المبسط
مبدأ التقطير المبسط: تبخير ثم تكثيف
متى يستعمل : يستعمل لفصل مادتين فقط
التقطير التجزيئي
تعريفه: عمليه فصل مكونات المخاليط في الحالة السائلة عن بعضها بتحويلها إلى بخار ثم إعادة تكثيف كل منها على حدة اعتمادا تفاوت درجات غليانها .

مبدأ عمل جهاز التقطير التجزيئي : تمر المكونات في عمود تجزئة بحيث إن المكونات مخفضة الغليان تصل إلى اعلي العمود تليها المكونات الأخرى حسب درجة غليانها .
برج التقطير : في مصافي النفط يقوم برج كبير يسمى برج تقطير بعمل العمود التجزئة في جهاز التجزيئي ويتميز هذا البرج بأنه يمكن سحب المكونات أماكن مختلفة منه.

خطوات تقطير النفط: 1
-التبخير:يسخن النفط في أفران خاصة بعزل عن الهواء وفق تقنية التبادل الحراري.
تتبخر مكونا ت النفط فتتصاعد أبخرتها لأعلى.
وهذا مقطع مصور من اليوتيوب يوضح كيفيه عملية التقطير
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
2-الفصل:
بالنسبة للغازات الذائبة في النفط : تنفصل الغازات المذابة في النفط بمجرد تسخين النفط ولا تكثف ثانية وتسحب من قمة البرج على صورتها الغازية..
بالنسبة لأبخرة المواد السائلة : عند صعود بخار النفط إلى اعلي برج التقطير تكثف أبخرة المواد السائلة واحدا تلو الأخر وينتم استخراج كل ماده منفصلة عند نقطة تكثفها عبر أنابيب خاصة ..

النواتج الأساسيه لعملية التقطير :
1- المواد الغازية
2- الكيروسين
3- زيت التشحيم وشمع البرافين
4 – القار والإسفلت

ثانيا: المعالجة والتنقية
عمل وحدة المعالجة والتنقية: يتم في وحده المعالجة والتنقية تنقية المواد الناتجة من برج التكرير وإزالة الشوائب..

طرق المعالجة والتنقية:
1- التنقية بالمعاملة الكيمائية : تستخدم مواد كيميائية لتنقية المادة المطلوبة من الشوائب مثل (الصودا الكاوية "هيدروكسيد الصوديوم" –حمض الكبريت – للوريد النحاس)..
2- التقية بالهدرجة:تنقية المواد النفطية كالنافثات والكيروسين والدي زل بفاعلتها مع غاز الهيدروجين وتتم تحت ضغط عال – درجة حرارة تتراوح بين 250 م و400 م –مع وجود مواد حافزة..

ثالثا:التحويل
عملية يتم فيها تحويل السوائل الثقيلة ذات الكتل الجزيئية الكبيرة إلى مواد خفيفة ذات كتل جزيئية صغيرة "اقل في عدد الكربونات " مثل الميثان والبر وبان والبيوتان والجازولين..
1- التكسير الحراري:عملية تحويل المركبات العضوية الكبيرة إلى مركبات عضوية اصغر بواسطة الحرارة..
المواد الناتجة من التكسير الحراري
هيدروكربونات مشبعة : تستعمل لإنتاج الطاقة وتحضير مركبات كيميائية جديدة..
هيدروكربونات غير مشبعة :تستعمل في تحضير مركبات مفيدة خاصة في الصناعات البيتروكميائية..
2- التكسير الحفزي : عملية تحويل الجزيئات العضوية الكبيرة إلى جزيئات اصغر باستخدام مواد كيميائية حافزة..
فوائد المواد الحفازة : * تزيد من سرعة عملية التكسير ..
*التكسير الحفزي أكثر دقة في تحديد نواتج عملية التكسير ..
أمثلة للمواد الحافزة: ثاني أكسيد السيلكون – أكسيد الالومنيوم..
لا تستخدم طريقة التكسير الحفزي إلا مع المواد الناتجة من برج التكرير

تكرير النفط
محطة تكرير النفط

تكرير النفط هو العمليات الضرورية التي يمكن من خلالها معالجة الزيت الخام، بتكسير هذا الأخير إلى مكوناته الأصلية وإعادة ترتيبها وتصنيعها إلى منتجات صالحة للاستعمال.

محتويات

1 مصفاة النفط
2 نقل النفط إلى معامل التكرير
3 تكرير النفط
3.1 إعداد النفط الخام للتكرير:
4 عمليات التكرير
4.1 العمليات الفيزيائية"الفصل"
4.2 العمليات الكيميائية"التحويل"
4.3 التنقية"المعالجة"


مصفاة النفط

مصفاة النفط هي عبارة عن منشأة تستقبل النفط الخام وتفرز مواده إلى عدد كبير من المنتجات النفطية الاستهلاكية ؛ كالجازولين والقار ووقود الطائرات ووقود السيارات والنفط الأبيض والمئات من المنتجات وتتكون المصفاة بشكل عام من:

ابراج الفصل.
مبادلات حرارية.
مضخات كهربائية أو بخارية.
مفاعلات كيمياوية.
اوعية وخزانات للفصل والتخزين.
صمامات ومسيطرات الية ويدوية.
بالإضافة إلى آلاف الاطنان من الاسلاك الكهربائية والأجهزة الدقيقة.

و يمر النفط داخل المصافي بثلاث مراحل وهي:

الفصل:تفصل المواد بالحرارة، فالأثقل وزناً يبقى اسفل البرج والأخف في الأعلى.
التحويل: إجراء بعض العمليات الكيميائية لتحويل النفط إلى منتجات مرغوبة كالبوليمرات (البلاستيك أو اللدائن).
المعالجة: تنقية المنتجات انفطية من الشوائب وإعداده للاستهلاك وأيضا يتم استخراج الغازات للاستفادة منها في بقية عمليات الإنتاج مثل إنتاج غاز الهيدروجين من النقثا الثقيلة للاستفادة منه في وحدات التكسير بالهيدروجين حيث يتم الاستفادة من اخر قطرة من النفط الخام.و منشأة مصفاة النفط منشأة كبيرة تقدر بمساحة مئات الملاعب الكروية، وهي تعمل 24 ساعة في اليوم على مدار السنة وتحتاج لتشغيلها إلى مئات العاملين، كما أن تكاليف إنشاءها وتشغيلها تقدر بمليارات الدولارات وأيضا لا يمكن تشغيل هذه المعدات من دون الوحدات المساندة كالطاقة والصيانة والمعدات الثقيلة.

نقل النفط إلى معامل التكرير

ينقل النفط في صورته الخامة أو قابلا للاستعمال بطريقتين:

النقل البريويشمل خطوط الأنابيب وهي أحسن وسيلة لنقل النفط ،بالإضافة إلى الشاحنات أو القطارات الصهريجية.

النقل البحريوتتمثل في الناقلات والبواخر المسطحة.

تكرير النفط
إعداد النفط الخام للتكرير:

يتم الإعداد كما يلي:

*طرد الغازات :إن الغاز الذي يصاحب النفط أثناء خروجه من البئر، يجب فصله عن النفط ،وذلك بواسطة خفض سرعة حركة مخلوط النفط والغاز ،وتستخدم طريقة فصل الغاز على عدة مراحل في حالة وجود ضغط عالي في البئر.

* نزع الماء والأملاح:إن الماء، الأملاح، الرمل والطين تصاحب النفط دائما أثناء استخراجه.ويفصل الماء عن النفط في بعض الأحيان بسهولة ،ولكنه يكون مستحلبات ثابتة مع النفط في البعض الآخر هذه الحالة يجب أن يخضع النفط لمعالجة خاصة معقدة نسبيا لفصله. إن تكرير النفط ذو الشوائب يعقد تشغيل الوحدات الصناعية إلى حد كبير، فإذا سخن مثلا نفط يحتوي على الشوائب في مبادل حراري فإنها تترسب على سطح التسخين مما يؤدي إلى خفض كفاية المبادل الحراري ،وتحك الأجهزة فتبليها قبل الأوان ،ويؤدي تواجدها في المتبقيات النفطية بعد التقطيرإلى خفض جودة هذه الأخيرة وزيادة نسبة الرماد فيها.

ويحتوي الماء الموجود في النفط على كمية كبيرة من الأملاح التي تتوفر بصورة أساسية على هيئة كلوريدات 2CaCL،2MgCL،NaCL،ويتكون حمض الهيدروكلوريك من تحلل كلوريد الكالسيوم وخاصة كلوريد المغنزيوم أثناء عملية التقطير، ويحك هذا الحمض الأجهزة.
[عدل] عمليات التكرير
[عدل] العمليات الفيزيائية"الفصل"

1-التقطير:
عملية التقطير

فيها تفصل الجزيئات الأخف ذات درجات الغليان المنخفضة بواسطة الغليان والتكثيف كما يلي:

*التقطير الابتدائي 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 وتنتقل 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 أكبر 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 باعتباره 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 وإعادتها إلى البرج. أما الباقي فيبرد على حدى، وهو أساسا السولار والمقطرات الشمعية التي تصبح المادة الخام لصناعة زيوت التزييت والشحومات، كما يمكن استخدامها في عمليات التكسير 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 الأولية اللازمة لإنتاج زيوت التزييت الخفيفة والمتوسطة والثقيلة، كما يعد المتبقي في قاع البرج المادة الأولية لإنتاج الزيوت المتبقية، ومن الضروري إن تكون هذه الزيوت على درجة عالية من النقاء، وأن تتوفر فيها المواصفات القياسية العالمية نظرا لدورها الخطير في كافة الاستخدامات ولتحقيق 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 والتكسير بالعوامل المساعدة في معامل التكرير.و تعد هذه الغازات من أهم المصادر والمواد الأولية اللازمة للصناعة البتروكيمياوية، والمصدر الآخر هو الغاز الطبيعي الذي يستخرج من بعض الآبار.

*تثبيت البنزين: يؤدي تخزين البنزين في الأجواء الحارةإلى تبخر البروبان والبيوتان الذين 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 المانعة للثبات التفجيري أحد البارامترات الأساسية التي تحدد جودة الوقود الناتج من النفط، والمخصص لمحركات الإحتراق الداخلي للشرارة الكهربائية. ويطلق اسم 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 والضغط أو بالعوامل المساعدة والهدف منها زيادة كمية وقود السيارات والنفاثات وجودته حيث يتم فيها تغير جزيئات الهيدروكربونات الموجودة في النفط وتشمل هذه العمليات ما يلي:

العمليات التحويلية الحرارية.
عملية التكسير 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، وحمض الكبريتيك المركزالذي يستخدم في تنقية الكيروسين من المواد الكبريتية والعطرية التي تسبب تصاعد الدخان الأسود، كما يستخدم في تنقية وقود النفاثات وغيره، 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 والأكسوجينية والهالوجينية ،وإزالة الشوائب المعدنية الموجودة في الزيت.