طرق التكرير والتقطيروالتكسير والمعالجة الكيميائية والتحسين للزيوت الجديدة والمستعملة

- المصفاة المتكاملة

Integrated Refinery.

تكنولاب البهاء جروب

عميد دكتور

بهاء بدر الدين محمود

استشارى كيميائى

01229834104

ويجمع هذا النوع من المصافي كل العمليات الأساسية بما فيها بعض العمليات البتروكيميائية.

إن أهم العمليات الكيميائية التي تتم في مصافي البترول تشمل

تقطير النفط الخام Distillation

و عملية التكسير باستخدام العامل المساعد Catalytic Cracking

والتكسير الحراري Thermal Cracking

والتكسير الهيدروجيني Hydro-Cracking

وإعادة التشكيل (التهذيب) باستخدام العامل المساعد Catalytic Reforming

و عمليات البلمرة Polymerization

والألكلة Alkylation

والأسمرة (التماكب)Isomerization ،

و يمكن تقسيم هذه العمليات إلى ما يلي

أ- عمليات الفصل الفيزيائية:

(تشمل التقطير والتبلور والاستخلاص بالمذيبات والامتصاص (للسوائل والغازات) والامتصاص (للسوائل والغازات مع المواد الصلبة) ، وغيرها.

ب – عمليات التحويل الكيميائية:

(وتشمل عمليات التكسير والتهذيب و البلمرة و الألكلة والأسمرة ، وغيرها)

ج – عمليات المعالجة:

(وتستخدم لتنقية منتجات عمليات الفصل الفيزيائية وعمليات التحويل الكيميائية لجعلها موافقة للمواصفات التسويقية من ناحية الرائحة واللون والثبات أو لإزالة المواد الشائبة الموجودة فيها.)

د – العمليات المساعدة:

(وتشمل عمليات الخلط لبعض المنتجات أو إضافة مواد للحصول على منتجات ملائمة للمواصفات التسويقية.)

-----------------------------------------------------------------------------

وفيما يلي وصف لأهم العمليات في مصافي تكرير النفط:

1 – تقطير النفط الخام:

تعد عملية التقطير العملية الأساسية الأولية في سائر مصافي تكرير النفط ، إذ يعقبها عمليات أخرى كثيرة ،

وتتم عملية تقطير النفط في برج التقطير وهو عبارة عن بـرج أسطواني معدني عال يعرف بعمود التجزئة ويبلغ طوله نحو 30 متراً ويتراوح قطره فيما بين 3 إلى 5 أمتار وسمك الغلاف الخارجي له 11-15 مليمتر وعدد الصواني Plates فيه حوالي 35 ،

وفي عملية التقطير الجوي Atmospheric Distillation يتم تسخين الزيت الخام في أفران التسخين إلى درجة حرارة 200 إلى 300 مئوية ثم يدخل إلى بـــرج التقطير الجوي لتنفصل مكوناته إلى أجراء متميزة حسب أوزانها الجزئية ، أو في الواقـع حســـب درجة غليانها ، ويكون الفارق في درجات الحرارة بحدود 50 درجة مئوية بين الأجزاء المنتجـــة المختلفة ،

ويلاحظ أن المنتجات الخفيفة ترتفع إلى أعلى برج التقطير ، وتشمل هذه الغازات وبعض المواد الخفيفة ، في حين أن المنتجات الثقلية ذات الوزن الجزيئي المرتفع تتكثف في أسفل برج التقطير ، وفيما بينهما تفصل المنتجات المتوسطة مثل النفثا والكيروسين وزيت الغاز.

نواتج التقطير الأولي و درجة غليانها

المركب درجة الغليان (م5) النسبة المئوية

الغازات الخفيفة - 8%

الجازولين 30 - 65 12%

النفثا 65 -150 5%

الكيروسين 150-250 15%

زيت الغاز 150-400 5%

مواد متبقية 320-540 55%

-------------------------------------------------------------------------------

بعد عملية التقطير الجوي تعالج المنتجات الخفيفة لتنقيتها لإزالة الكبريت والشوائب الأخرى وذلك باستعمال الهيدروجين Hydrotreating في وحدات الميروكس Merox على سبيل المثال

ويعاد تقطير المنتجات الثقيلة المتبقية في أسفل برج التقطير الجوي وذلك في برج التقطير الفراغي Vacuum Distillation لزيادة حجم المنتجات الخفيفة،

وبرج التقطير الفراغي عبارة عن بـرج أسطواني معدني يبلغ طوله نحو 30 متراً ويتراوح قطره حوالي 5 أمتار وسمك الغلاف الخارجي له 20 مليمتر تقريباً وعدد الصواني Plates فيه حوالي 25، ويتم التقطير الفراغي عند ضغط يعادل 140 مليمتر زئبق تقريباً (أقل من 2ر0 ضغط جوي) ، وذلك للتمكن من رفع درجة حرارة المواد المراد تقطيرها دون تكسرها ،

وينتج عن التقطير الفراغي مقطرات متوسطة يمكن استعمالها كمواد تغذية لعمليات التكسير لإنتاج كمية أكبر من الجازولين.

وهناك عدد من الدلائل التشغيلية المهمة يجب مراعاتها في عمليات التقطير للنفط ، من أهمها :(إنتاجية الوحدة وإنتاج المنتجات طبقاً للمواصفات وطول فترة تشغيل وحدة التقطير واستهلاك الوقود والطاقة وكمية فواقد الإنتاج)

----------------------------------------------------------------------------

2- عمليات التكسير:

يتم في عمليات التكسير المختلفة تحويل الجزيئات الهدروكربونية الكبيرة إلى جزيئات هدروكربونية صغيرة لها درجات غليان أقل ، وبالتالي تتمتع بمواصفات أفضل ، وتسمى عمليات التكسير حسب ظروف التشغيل أو المواد المستخدمة وتشمل العمليات التالية :

عملية التكسير باستخدام العامل المساعد Catalytic Cracking

والتكسير الحراري Thermal Cracking

والتكسير الهيدروجيني Hydro-Cracking ،

و يتم تسخين المواد الداخلة إلى درجة حرارة تتراوح فيما بين 425 - 500 درجة مئوية استعداداً لتحللها إلى مكونات هدروكربونية خفيفة.

و يمكن تقسيم عمليـــات التكسير إلى نوعــــين رئيسين هما التكسير بواسطة الحرارة أو التكسير باستخدام العامل المساعد Catalyst ،

والغرض الأساسي من عمليات التكسير هو زيادة المنتجات الخفيفة وإنتاج كمية كبيرة من الجازولين برقم أوكتيني عال.

ويستعمل التكسير بواسطة العامل المساعد بكثرة لهذا الغرض ، إذ يصعب التحكم بالمنتجات من عملية التكسير الحراري ، كما أن نسبة 25% تقريباً من المنتجات في عملية التكسير الحراري تتحول إلى كربون وهيدروجين لا يستفاد منها ، وتعطي عملية التكسير باستخدام العامل المساعد منتجات تحتوي على مواد هدروكربونية متشعبة ذات رقم أوكتني عال.

وتعد عملية تكسير اللزوجة Visbraking من عمليات التكسير الحراري ، وفيها تنخفض لزوجة المواد من جراء تكسيرها إلى منتجات خفيفة ، ويتم خفض لزوجة مخلفات التقطير الفراغي لإنتاج زيت وقود منخفض اللزوجة إضافة إلى الغازات الخفيفة والجازولـين ،

كما تنـدرج عمليـة التفحيم Coking ضمن عمليات التكسير ، وتعتمد عملية التفحيم على التكسير العميق لبقايا عملية التقطير الجوي والفراغي ، وذلك برفع درجة الحرارة إلى 490-520م5 على عدة مراحل تحت ضغط 10-25 كغم/سم، وينتج عن ذلك غازات خفيفة وجازولين وزيت الوقود الخفيف والثقيل والفحم .

أهم العوامل المساعدة المستخدمة في عملية التكسير باستخدام العامل المساعد هي السيليكا (Silica, SiO2) والثوريا (Thoria, ThO2) ، والزركونيا (Zirconia, ZrO2) والألومنيا (Alumina, Al2O3) ،

ويعمل العامل المساعد على زيادة سرعة التفاعلات المرغوبة وإيقاف بعض التفاعلات غير المرغوبة للحصول على نوعية جيدة من المنتجات ، وتكسر باستعمال العامل المساعد المقطرات المتوسطة المنتجة من التقطير الفراغي وكذلك زيت الوقود للحصول على الجازولين عالي الجودة (عالي الأوكتين) بحدود 80-84 لاحتوائه على نسبة عالية من البرافينات المتشعبة.

أما التكسير الهيدروجيني فيستعمل عادة لتكسير غاز الوقود إلى مكونات خفيفة باستخدام العامل المساعد والهيدروجين ، وتنتج هذه العملية منتجات خفيفة تمتاز برقم أو كتيني عالي أعلى من النفثا الخفيفة ، وتخلط هذه المنتجات مع الجازولين مباشرة ،

أما المنتجات الثقيلة لهذه العملية فتهذب بواسطة العامل المساعد في عمليات التهذيب اللاحقة ، وتتيح عملية التكسير الهيدروجيني إمكانية التحكم بظروف التشغيل للوصول إلى نوعية من المنتجات توافق المواصفات المطلوبة.

و تهدف عمليات التكسير إلى ما يلي :

- تحويل الزيوت الثقيلة إلى مواد خفيفة في حدود درجة غليان مركبات الجازولين.

- تحسين بعض الخصائص كتخفيض اللزوجة .

- تكسير شمع البرافين لإنتاج مقطرات ذات أوزان جزئية منخفضة تحتوي نسباً مرتفعة من الأوليفينات. وباستخدام هذا المنتج عادة في صناعة المنظفات الصناعية ويضاف إلى زيت الوقود Fuel Oil.

---------------------------------------------------------------------------

3- عملية التهذيب (إعادة التشكيل):

إن الغرض الأساسي لهذه العملية هو إعادة تشكيل التركيب الكيميائي لبعض المركبات المنتجة للحصول على منتجات ذات رقم أوكتيني عال ، فالبرافينات تحول إلى أوليفينات بنزع الهيدروجين Dehydrogenation ثم تحول إلى نفثينات (برافينات حلقية) ومن ثم إذا أمكن إلى مركبات أرومانية ، وكذلك الشأن بالنسبة للأوليفينات ، أما المركبات الأروماتية فتبقى كما هي لارتفاع رقمها الأوكتيني.

و تعد عملية التهذيب باستعمال العامل المساعد من أكثر العمليات شيوعاً لإصلاح النفثا.

وتعتمد هذه العملية على استخدام الضغط العالي (125-540 رطل/بوصة مربعة) والحرارة والعامل المساعد (المحفز) والذي يحتوي عادة على 75ر0% من البلاتين وحوالي 8-10% من المولبدنم موضوع في داعم من الألومنا.

ويغير التركيب الكيميائي للنفثا لتحتوي على البرافينات المتناظرة Isoparaffin والمركبات العطرية Aromatics مثل البنزين والتلوين والأكسايلين ، وهذه المنتجات لها رقم أوكتيني عال يمكن استخدامها للخلط مع الجازولين لرفع رقمه الأوكتيني.

وتعتمد كمية إنتاج هذه المركبات على تصميم وحدة التهذيب ونوع العامل المساعد ونوعية النفثا المراد تهذيبها و ظروف تشغيل وحدة التهذيب.

نواتج وحدة التهذيب و نسبها.

تهذيب النفثا باستخدام العامل المساعد

المنتج النسبة المئوية

هيدروجين 8ر4
غازات المصفاة (ميثان إيثان) 2ر3
بروبان 9ر4
بيوتان 5ر3
مركبات مستصلحة 6ر83

----------------------------------------------------------------------------------

4- عملية البلمرة:

إن عملية البلمرة تهدف إلى إنتاج مركبات كبيرة الحجم والوزن الجزئي من المركبات الخفيفة الطيارة ، وذلك لرفع نسبة وكمية الجازولين المنتج في المصفاة ،

وبذلك فإن عملية البلمرة هي عكس عملية التكسير.

وكلتا العمليتين تهدف إلى زيادة كمية الجازولين ، إما بتكسير المواد الكبيرة (كما هو الحال في عمليات التكسير) أو بتجميع واتحاد المواد الصغيرة(كما هو الحال في عملية البلمرة) لتكون المنتجات ضمن نطاق مركبات الجازولين.

و بسبب شدة نشاط المركبات الصغيرة وتفاعلها خاصة الأيثلين والبروبلين فإنها تتبلمر بسرعة إلى مركبات سائلة وذلك بواسطة ارتفاع درجة الحرارة والضغط ووجود العامل المساعد.

وعادة ما يكون العامل المساعد هو حمض الفسفوريك ، وتتراوح درجة الحرارة في وحدات البلمرة بين 190 إلى 230 درجة مئوية و يكون الضغط من 910 إلى 1165 رطل للبوصة المربعة ، وتتراوح نسبة التحويل بين 80–95%.

--------------------------------------------------------------------------------

5 – عملية الألكلة:

يتم في هذه العملية اتحاد جزئيات البرافينات المتناظرة Isoparaffins مع الألوفينات الخفيفة Light Olefins لإنتاج برافينات متشعبة لها رقم أوكتيني عال تخلط مع الجازولين بهدف تحسين نوعية الجازولين المنتج.

ويستخدم حمض الكبريتيك بتركيز 98% كعامل مساعد في عملية الألكلة ، وتكون درجة حرارة التشغيل حوالي 5–7 درجة مئوية ، كما يستخدم أحياناً حمض الهدروكلوريك عاملاً مساعدا في عملية الألكلة وتكون درجة الحرارة فيما بين 25–45 درجة مئوية ،

ويفضل هذا لارتفاع تكاليف عمليات التبريد في مصافي تكرير النفط، ويتم إزالة الحامض وإعادة استخدامه باستعمال الصودا الكاوية ، كما يتم الحصول على منتجات الألكلة بفصلها بالتقطير.

وأكثر تفاعلات الألكلة شيوعاً في صناعة النفط هي تفاعلات أحد الهدروكربونات المشعبة المتفرعة السلسلة كالأيزوبيوتان Isobutane مع أحد الأوليفينات كالأثيلين Ethylene أو البروبين propene أو البيوتين butene ، ويمكن أن تتم الألكلة بالحرارة وحدها إلا أن ذلك يتطلب استخدام ضغوط كبيرة ولذلك يستخدم العامل المساعد (حامض الكبريتيك أو حامض الهدروكلويك) لتخفيض احتياجات الضغط.

-------------------------------------------------------------------------------------

6- عملية التماثل البللورى:

تسمى عملية تحويل الجزيء الهدروكربوني من تركيبة كيميائية إلى أخرى لها نفس الوزن الجزئيIsomerization ،

ويتم في هذه العملية تحويل النفثا الخفيفة من المركبات الهدروكربونية مستقيمة السلسلة إلى مركبات متفرعة أو حلقية ، وذلك لارتفاع مواصفات هذه المركبات المتفرعة والحلقية على تلك المستقيمة ، وذلك أيضاً لرفع مواصفات الجازولين المنتج عند خلط منتجات عملية الأسمرة معه.

و تتم هذه العملية بوجود العامل المساعد وهو عبارة عن كلوريد الألومونيوم المنشط بحمض الهدروكلوريك غير المائي ، وتكون درجة الحرارة والضغط بحدود 110 درجة مئوية و 280 رطل على البوصة المربعة.

كما يتم أيضاً تحويل البوتان إلى أيزوبيوتان (البيوتان المناظر) ويستخدم كلوريد الهيدروجين عاملا مساعدا في ذلك ، ويستعمل أيضاً البلاتين وسيطا لأسمرة البنتان والهكسان وتعرف هذه العملية بعملية بينكس.

-----------------------------------------------------------------------------------

7- عمليات المعالجة:

يحتاج إلى عمليات المعالجة لتحسين منتجات عمليات الفصل والتحويل أو لإزالة بعض الشوائب من المنتجات الوسيطة أو المنتجات النهائية ، وتنقسم عمليات المعالجة إلى قسمين هما:

1- عمليات المعالجة الطبيعية ، كعملية الامتصاص والغربلة (النخل) الجزيئية Molecular Sieves والترسيب وغيرها.

2- عمليات المعالجة الكيمائية ، وذلك بتفاعل بعض المـواد الكيميائية أو المذيبات مع الشوائب ومن ثم فصلها من المنتج المراد تنقيته ،

وأهم هذه العمليات في مصافي تكرير النفط هي عملية المعالجة بالهدرجة لإزالة الكبريت Hydro-Desulphrization ،

إذ يستخدم الهيدروجين عند درجة حرارة 450 مئوية تقريباً و ضغط يتراوح بين 20 إلى 50 ضغط جـوي للتفاعل مع المركبات بوجود العامل المساعد لتكوين كبريتد الهيدروجين والذي يحرق فيما بعد ويتسبب في انبعاث ثاني أكسيد الكبريت إلى الهواء الجوي.

ويمكن إجمالاً تلخيص مراحل تكرير النفط بالخطوات التالية

المرحلة الأولى: استخلاص المنتجات الخفيفة بواسطة التقطير.

المرحلة الثانية: الحصول على زيت الغاز Gas Oil من زيت الوقود Fuel Oil بالتقطير الفراغي ، ثم تكسير زيت الغاز بواسطة العامل المساعد أو بالعامل المساعد مع الهيدروجين لزيادة كمية المنتجات الخفيفة.

المرحلة الثالثة: استخلاص الزيوت الثقيلة من الأسفلت بواسطة المذيبات ، ثم تكسير هذه الزيوت بواسطة العامل المساعد أو بالعامل المساعد مع الهيدروجين لزيادة كمية المنتجات الخفيفة.

المرحلة الرابعة: تحويل المخلفات إلى فحم صناعي أو منتجات سائلة في عملية التفحيم أو تحويل المخلفات إلى غاز وقود Fuel Gas.

-----------------------------------------------------------------------------------

المنتج ملاحظات

غاز الوقود

Fuel Gas يتكون من غاز الميثان بشكل رئيس ، يستخدم وقودا، كما يستخدم لإنتاج الهيدروجين بالتكسير البخاري.

غاز البترول المسال LPG

يحتوي على غاز البروبان والبيوتان ، وتسال هذه الغازات لإنتاج الغـاز المستعمل في المنازل ، يفصل البيوتان ليخلط مع الجازولين ، ينتج الأيزوبيوتان لوحدات الألكة.

النفثا

Naphtha 65 – 150 خليط من الهدروكربونات تنتج في وحدة التقطير الجوي ، تعالج بالهدروجين لإزالة الكبريت والشوائب الأخرى ، يخلط الجزء الخفيف منها مع الجازولين ، ويهذب الجزء الثقيل بوحدة التهذيب لرفع الرقم الأوكتيني.

الجازولين

Gasoline 35 – 210 خليط من الهدروكربونات يتراوح عدد ذرات الكربون فيه من 5 إلى 8 ، ويتم إنتاجه من وحدات مختلفة في المصفاة ، مثل وحدة التقطير الجوي والتهذيب والتكسير والبلمرة والألكة.

الكيروسين Kerosine

150 – 250 مجموعة من الهيدروكربونات ، تستخدم في الإضاءة والتدفئة وفي إنتاج وقود الطائرات ، تعالج في وحدات الميروكس لتنقيتها من الكبريت والشوائب الأخرى.

الديزل

Diesel 170 – 340 خليط من الهدروكربونات ، يستخدم كوقود لكثير من المعدات وبعض السيارات وفي محطات توليد الكهرباء.

زيت الغاز

Gas Oil 150 – 400 ينتج في وحدات التقطير الجوي والفراغي وغيرها ، يعالج في وحدات التكسير لإنتاج منتجات خفيفة والجازولين والكيروسين والديزل.

زيت الوقود

Fuel Oil أعلى من 315 من مخلفات وحدة التقطير الجوي ، يسمى أحياناً النفط الخام المتبقي Reduced Crdude ، كما تنتج نوعية ثقيلة منه من مخلفات التقطير الفراغي ، يستعمل كوقود في الأفران كما يستخدم لإنتاج الأسفلت.

» التصنيع والتكرير للزيوت MANUFACTURE & REFINING
» الاضافات الكيميائية للزيوت الصلبة المستعملة والمكررة
» انواع المنظفات الكيميائية المضافة للزيوت المعدنية
» الاضافات الكيميائية للزيوت المعدنية المستعملة والمكررة
» الفصل التجزيئي للزيوت Segregated oil