مصفاة نفط
مصفاة النفط Oil refinery، هي مكان الذي يتم فيه مجموعة العمليات الصناعية التي تهدف إلى معالجة النفط الخام وتقطيره إلى منتجات بترولية قابلة للاستخدام، مثل الجازوليت، الديزل، الوقود، القواعد الأسفلتية، الزيت الحراري، وغاز البترول المسال. ومصافي البترول تعبير عن مجمعات صناعية كبيرة يتخللها مواسير تجري فيها السوائل من خلال وحدات المعالجة الكيميائية.
عملية التكرير
يمر النفط أثناء تكريره في مصفاة النفط بالمراحل الرئيسية التالية:
- الفصل: تفصل المواد المتنوعة بالحرارة، فالمركبات ذات درجة غليان عالية تظل أسفل البرج والمركبات ذات درجة غليان منخفضة ترتفع إلى أعلى البرج وتُسحب منه.
- التحويل: إجراء بعض العمليات الكيميائية لتحويل بعض المركبات الناتجة من البرج إلى منتجات مرغوبة كالبوليمرات (البلاستيك واللدائن).
- المعالجة: تنقية المنتجات النفطية من الشوائب وإعدادها 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 آخر قطرة من النفط الخام.ومنشأة مصفاة النفط منشأة كبيرة تقدر بمساحة عشرات الملاعب الكروية، وهي تعمل 24 ساعة في اليوم على مدار السنة كما يعمل برج الفصل الحراري على مدار الساعة حيث يزود باستمرار بالنفط الخام وتسحب منه النواتج على ارتفاعات مختلفة أولا بأول.
تحتاج المصفاة لتشغيلها إلى مئات العاملين، كما حتى تكاليف إنشائها وتشغيلها تقدر بمليارات الدولارات وأيضا لا يمكن تشغيل هذه المعدات من دون الوحدات المساندة كالإمداد بالطاقة والصيانة والمعدات الثقيلة.
العمليات الفيزيائية"الفصل"
1-التقطير:
فيها تفصل الجزيئات الأخف ذات درجات الغليان المنخفضة بواسطة الغليان والتكثيف كما يلي:
*التقطير الابتدائي أوالجوي : تجزئة النفط الخام إلى قطفات تكون جميع منها مجموعة مكونات هيدروكربونية وذلك بتسخينه بحيث:
- يحمل النفط الخام بالمضخات من مستونادىته إلى فرن "ولكن عادة يجري له عملية تسخين تدريجي باستعمال مبادلات حرارية تتبادل بين النفط الخام البارد والقادم من الخزانات وبين منتجات برج التكرير الساخنة والتي بحاجة إلى تبريد. وحيث ان هذا العمل يساعد في تخفيف تكاليف التبريد فانه أيضا يمنع تفحم النفط الذي يحدث عندما يتم تسخين النفط بشكل مفاجئ ثم يدخل إلى الفرن فيتبخر تبخرا جزئيا. ويمر البخار إلى برج التجزئة. وترتفع المكونات الغازية تدريجيا خلال صواني البرج. وحدثا ارتفع بخار المكونات تقلصت درجة حرارته، وتكثف جزء منه على جميع "صينية" من " الصواني " التي يتكون منها برج التجزئة. فإذا ما امتلأت إحدى الصواني، فاض ما عليها من السائل زائد، وسقط على الصينية التي تليها.وتكون عادة جميع صينية أقل حرارة من التي تحتها، أي أنه حدثا كان مسقط الصينية مرتفعا كانت المواد المتجمعة عليها أقل كثافة وحدثا 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 حديث كما يمكن التحكم في درجة الحرارة أعلى البرج بإعادة دفع جزء معين من المنتج الذي يخرج من هذه المنطقة بعد تكثيفه وتسمى هذه العملية " الارتداد". ومع أنه يتجمع على جميع صينية من صواني برج التجزئة سائل له نقطة غليان يختلف قليلا ،فإن جزءا معينا من المنتج يفترض أن يتكثف ،رغم حتى نقطة غليانه أقل من نقاط غليان معظم السائل المتجمع على الصينية،يا ترى؟ 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 تتحدد نقطة 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 ،والكيروسين ،والسولار ،والديزل والمازوت.
*التقطير تحت الضغط المخلخل"التفريغي":تستخدم هذه الطريقة لتجزئة زيت الوقود الثقيل "المازوت" الناتج من عملية التقطير الابتدائي إلى بيتومين "أسفلت" و"قار" ومواد أخرى "سولار" و"مقطرات شمعية" وتستخدم أساسا في إنتاج الزيوت والشحوم،يا ترى؟ كما يمكن استخدامها في عمليات التكسير الحراري أوبالعوامل المساعدة (المحفزات).
ونشير إلى أنه يجب خفض درجة الحرارة اللازمة لتبخير أكبر جزء من زيت الوقود الثقيل للحصول على الأسفلت لأنه يمكن تخفيض نقطة غليان السائل بتخفيض الضغط الواقع عليه. وفي هذه الكيفية تستخدم أجهزة أومضخات التفريغ للاحتفاظ بضغط منخفض ،كما تستخدم مضخات لحمل الزيت خلال الفرن إلى برج التقطير تحت الضغط المنخفض. إذ حتى التفريغ يحول دون سحب الزيت بالتدفق الطبيعي ويتحول الزيت إلى بخار الزيت وينساب الأسفلت إلى القاع حيث يقابله بخار ماء ذودرجة عالية، يتسبب في دفع ما قد يحدث عالقا بالإسفلت من مواد زيتية قليلة الكثافة إلى أعلى البرج.
وتخرج الأجزاء ذات الكثافة المنخفضة من أعلى البرج على شكل بخار السوائل مختلطا 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 جميع سائل ببرج تثبيت لفصل المواد الخفيفة بالاستعانة ببخار الماء وإعادتها إلى البرج. أما الباقي فيبرد على حده، وهوأساسا 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، الأسفلت.
2- الاستخلاص بالمذيبات:
يتم الفصل فيها حسب النوع الكيميائي للجزيئات، مثل بارافينات، عطريات أونافثينات. يدخل في نطاق هذه العملية إنتاج زيوت التزييت، إذ حتى 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 إذا 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:
تضم 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.وتعد هذه الغازات من أبرز المصادر والمواد الأولية اللازمة للصناعة البتروكيمياوية، والمصدر الآخر هوالغاز الطبيعي الذي يستخرج من بعض الآبار.
*تثبيت البنزين: يؤدي تخزين البنزين في الأجواء الحارة إلى تبخر البروبان والبيوتان الذين يحتويهما البنزين، وذلك لانخفاض درجة حرارتهما.يتم فصل هاذين الغازين وتعبئتهما في أسطوانات تحت ضغط مرتفع بحيث يتم الاحتفاظ بهما في شكل سائل، ويستخدم البيوتان وقودا في الأجهزة المنزلية، تتم هذه العملية في أبراج تعمل بكيفية 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 الاحتراق الداخلي للشرارة الكهربائية. ويطلق اسم العدد الأكتاني للوقود على مرشد 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 العاديقد يكون مداه من الصفر إلى 100.
*العدد الأكتاني للوقود:يساوي عدديا النسبة المئوية"بالحجم" للأيزوأكتان في مخلوطه مع الهبتان العادي التيقد يكون عندها الثبات التفجيري لهذا المخلوط مساويا للثبات التفجيري للوقود الجاري اختباره.
*العدد السيتاني لوقود الديزل:يشتعل الوقود في ماكينات الديزل بالانضغاط، ويستخدم لها قطفات من وقود الديزل مدى غليانه من 180-360°م، ويعد العدد السيتاني الدليل الذي يبين ميل وقود الديزل إلى الاشتعال 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 أوبالعوامل المساعدة والهدف منها زيادة كمية وقود السيارات والنفاثات وجودته حيث يتم فيها تغير جزيئات الهيدروكربونات الموجودة في النفط وتضم 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 أوكيميائية، 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 الكثير من الشوائب.
*إزالة كبريتيد الهيدروجين: H2S موجود أساسا في الخام أوتكون نتيجة تحللالمركبات الكبريتية خلال العمليات المتنوعة، وهوذورائحة 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.
المنتجات الأساسية لمصافي النفط
- غاز النفط المسال (LPG)
- جازولين (ويعهد أيضا باسم نفط)
- Naphtha
- كيروسين ووقود الطائرات النفاثة
- وقود الديزل
- زيت الوقود
- زيوت التشحيم
- شمع البرافين
- أسفلت وقطران
- فحم الكوك
وحدات العمليات الشائعة الموجودة في مصفاة البترول
تتكون المصفاة بشكل عام من:
- أبراج الفصل.
- مبادلات حرارية.
- مضخات كهربائية أوبخارية.
- مفاعلات كيمياوية.
- اوعية وخزانات للفصل والتخزين.
- صمامات ومسيطرات آليه ويدوية.
- بالإضافة إلى آلاف الاطنان من الاسلاك الكهربائية والأجهزة الدقيقة.
رسم تخطيطي لسير العمليات المعتادة في المصفاة
المجال والمنتجات
مواقع مصافي النفط
ما يخص الأمان والبيئة
مشاكل التآكل والوقاية
التاريخ
تقطير البترول في الولايات المتحدة
انظر أيضا
- تلوث الهواء
- AP 42 Compilation of Air Pollutant Emission Factors
- API oil-water separator
- معالجة مياه الصرف الصناعية
- برج التبريد
- وقود الايثانول
- Gas flare
- قائمة مصافي البترول
- Nelson complexity index
- تقطير
- Acid gas
- Sour gas
المصادر
- ^ Gary, J.H. and Handwerk, G.E. (1984). Petroleum Refining Technology and Economics (2nd Edition ed.). Marcel Dekker, Inc. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: extra text (link)
- ^ Leffler, W.L. (1985). Petroleum refining for the nontechnical person (2nd Edition ed.). PennWell Books. ISBN .CS1 maint: extra text (link)
وصلات خارجية
 |
مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Oil refinery. |
- Searchable United States Refinery Map
- Interactive map of UK refineries
- Complete, detailed refinery description
- Petroleum Refinery Planning and Optimization Using Linear Programming
- Student's Guide to Refining
- Global refinery shortage shifts power balance
- Short introduction to oil refining in a slideshow
- Ecomuseum Bergslagen - history of Oljeön, Sweden
- Detailed refinery description
- 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)
- Refinery study
- Basics of Oil Refining Overview of crude oil refining process
- Basics of Oil Refining Overview of crude oil refining process with focus on Canadian crude oil
- Refinery Animations & Videos Oil Refinery Process Animations,Videos & 360 Degree Views
