مراحل عملية تكرير البترول .. بالتفصيل

المنتجات البترولية المكررة واستخداماتها

الإجابة على سؤال كيفية تكوين البترول تكمن في أن أي منتج بترولي يمر بأكثر من مرحلة خلال عملية التكرير لفصل مشتقات النفط عن بعضها، ويتم الحصول على هذا البترول من النفط الخام الذي له استخدامات عديدة، من بينها ما يلي

• يتم استخدام غاز البترول المسال، المعروف باسم LPG، والذي يطلق عليه أيضًا اسم البروبان أو البيوتان، عادةً كوقود للسيارات أو يتم تعبئته في زجاجات للاستخدام المنزلي.
• يُستخدم في صناعة الأسفلت، الذي يُطلق عليه في بعض الأحيان اسم البيتومين وهو واحد من المواد الأساسية المستخدمة في تعبيد الطرق.
• تستخدم زيوت البترول الأساسية في صناعة مواد التشحيم.
• يتم استخدام زيت التدفئة المشتق من البترول لتدفئة المنازل والمباني.
• تستخرج المواد الخام الرئيسية في صناعة البتروكيماويات من البترول.
• يتم استخدام مادة الكيروسين كوقود للطائرات.
• يستخدم الديزل والبنزين كوقود للسيارات.

مراحل تكرير البترول

يخضع النفط الخام لعملية معالجة قبل إرساله في شكله النهائي وجاهزية استخدامه. تتألف هذه العملية من ثلاث مراحل، وهي التقطير، والتحويل، والمعالجة. وفيما يلي شرح ووصف لكل من هذه العمليات الثلاثة:

مرحلة الفصل

في الخطوة الأولى يتم بدء فصل جزيئات النفط الخام عن طريق المرور بها بعملية التقطير الجوي التي تتم بالضغط الجوي الطبيعي، ويتوقف ذلك على وزن الجزيئات النفطية، وخلال هذه العملية التي تسمى بالتكرير، يتم تسخين الزيت في قاع خاص يسمى بعمود التقطير، ويجب أن يكون طول هذا العمود 60 مترا عندما يصل إلى درجة حرارة تتراوح بين 350 و 400 درجة مئوية، مما يؤدي إلى تبخر الزيت وصعود بخاره داخل العمود، في حين تترك الجزيئات الثقيلة والمخلفات في قاع العمود دون تبخر.

عندما ترتفع البخارية، تتكاثف الجزيئات وتتحول إلى سوائل في شكل عمود بدرجات حرارة مختلفة ومتفاوتة. ومع ذلك، تظل الغازات في القمة من دون تحول إلى سوائل، حيث ينخفض الحرارة إلى 150 درجة مئوية. ثم تتجمع السوائل مع زيادة ارتفاعها في العمود، وتحدث هذه الظاهرة في صواني مختلفة توجد على ارتفاعات مختلفة داخل العمود. وفي كل درجة، يتم تجميع أجزاء البترول والقطع البترولية المختلفة، وهذا ما يعرف علميا بالقطع البترولية. أثناء هذه العملية، يتم الحفاظ على اللزوجة العالية للغازات المتواجدة في الأعلى والأسفل، ويعرف الأسفلت المتراكم في العمود بالقار.

وبعد الانتهاء من عملية التقطير الجوي سوف تبقى المخلفات الثقيلة تشتمل على الكثير من المنتجات متوسطة الكثافة، ومن ثم تنتقل المخلفات لعمود ثاني، إذ تخضع تلك المخلفات إلى المرحلة الثانية من مراحل التقطير وذلك من أجل استعادة ما ينتج عن التقطيرة من مخلفات متوسطة، ومن أمثلتها الديزل والوقود الثقيل. 

مرحلة التحويلات

في هذه المرحلة من عملية تكوين النفط، ستتواجد جزيئات كثيرة من الهيدروكربونات الثقيلة التي تتبقى بعد عملية الفصل، لتلبية الاحتياجات للمنتجات ذات الكثافة المنخفضة، حيث يتم تكسير الجزيئات الثقيلة إلى أجزاء أخف وزنا في شكل جزئين أو أكثر، وتعرف هذه العملية بالتحويل، وتتم عند درجة حرارة تبلغ 500 درجة مئوية، بالإضافة إلى أنها تعرف أيضا بالتكسير التحفيزي، وذلك لأنه يستخدم كمادة محفزة لتسريع عملية التفاعل الكيميائي 

يتم تحويل ما يقرب من 75% من المواد الثقيلة المستخرجة من النفط إلى مشتقات مختلفة مثل الديزل والبنزين والغاز، ويمكن زيادة هذا المخزون باستخدام غاز الهيدروجين في عملية التكسير الهيدروجيني أو التحويل العميق الذي يتم بإزالة الكربون، وكلما ازدادت تعقيدات هذه العمليات ارتفعت تكلفتها واستهلاكها للطاقة، والهدف الأساسي من صناعة تكرير البترول هو الوصول إلى توازن بين تكلفة التحويل والعائد منه

مرحلة المعالجة

إن معالجة النفط الخام تتم عن طريق إزالة الجزيئات التي تتسبب في التآكل أو تلك التي ينتج عنها تعرض الهواء للتلوث، وبشكل خاص الكبريت، أو الحد من نسبتها بشكل بالغ، وهو ما يأتي في إطار أنه في الاتحاد الأوروبي تكون معايير انبعاثات الكبريت بالغة الصرامة، ومنذ الأول من شهر يناير عام 2009 ميلادية لم يعد من المسموح به أن يتضمن الديزل والبنزين الذي يتم تداوله في أوروبا على ما يزيد عن عشرة أجزاء بالمليون (ppm)، أو عشرة ملليغرام من الكبريت لكل كيلوغرام.

الهدف من هذا الإجراء هو تحسين جودة الهواء وزيادة فعالية المحولات المحفزة التي تستخدم في معالجة الغازات الناتجة عن العادم. وفيما يتعلق بالديزل، سيتم إزالة الكبريت عندما يصل إلى درجة حرارة 370 درجة مئوية وضغط 60 بار. وفي هذه الحالة، يتفاعل غاز الهيدروجين الذي يستخدم في هذه العملية مع الكبريت، مما ينتج عنه تكوين مركب الهيدروجين الكبريتيد (H2S). يتم معالجة هذا المركب بعد إزالة الكبريت، ويستخدم في صناعة عديدة بشكل واسع.

أيضا، يتم غسل بعض المشتقات النفطية مثل البروبان والبيوتان والكيروسين باستخدام محلول قوي من هيدروكسيد الصوديوم المعروف بالصودا الكاوية، وذلك لإزالة المادة المعروفة بالثيول. يشار إليه أيضا باسم المراقبة، ويطلق على هذه العملية اسم التحلية

استخدامات غريبة لمشتقات النفط

توجد العديد من الاستخدامات الأساسية لمشتقات النفط التي أصبح من الصعب الاستغناء عنها، خاصةً مع التقدم التكنولوجي وظروف الحياة الحديثة، ومن أهم هذه الاستخدامات التي لا يمكن الاستغناء عنها:

• الألواح الشمسية: رغم استخدام الألواح الشمسية كمصدر للطاقة البديلة، إلا أنه يتم استخدام بعض مشتقات البترول والمواد البلاستيكية في صناعتها.
• الملابس المقاومة للتجعّد: يتم استخدام مادة البوليستر المعالجة في تصنيع الملابس، وتصل إليها عبر مصافي البترول .
• الألوان: يتم خلط شمع البرافين، وهو مادة شمعية صلبة مشتقة من البترول، مع المواد الأخرى المستخدمة في التصنيع.
• الأسبرين: يحتوي الأسبرين على حمض الأسيتيل ساليسيليك، وهو حمض يمتلك خصائص تخفيف الألم، يتم الحصول على هذا الحمض من مكون البنزين الذي يعتبر مشتقا للبترول
• أحمر الشفاه: تستخدم بعض المواد مثل قطران الفحم والكريلت والبروبيلين غليكول في صناعة العديد من منتجات التجميل.