تعتبر عملية تكرير البترول عملية دقيقة في فصل المركبات الهيدروكربونية المختلفة من الزيت الخام (crude oil)، وتتم هذه العملية من خلال خمس عمليات أساسية، هي:

 

أولًا: الفصل (بالتقطير أو الامتصاص)

ثانيًا: التكسير (تكسير المواد الكبيرة الحجم إلى مواد أصغر)

ثالثًا: إعادة التشكيل (إعادة ترتيب هيكل الجزيء)

رابعًا: التجميع (تجميع المركبات الصغيرة إلى مركبات كبيرة)

خامسًا: المعالجة (إزالة كيميائية للشوائب)

 

 

تختلف المركبات الهيدروكربونية في طولها وكذلك درجة غليانها. فكلما زاد طول السلسلة زادت درجة الغليان.[1]

تقوم عملية التكرير بتجميع المركبات في شكل مجموعات تسمى جزيئات (fractions). وتعتبر عملية التقطير التجزيئي هي الأقدم والأكثر شهرة في فصل هذه المركبات. [1]

أولًا: الفصل بالتقطير التجزيئي (Fractional distillation)

هي عملية تقوم فيها محطات تكرير البترول بفصل مركبات الزيت الخام المختلفة إلى مركبات هيدروكربونية مفيدة -بناءً على وزنها الجزيئي- في برج التقطير.

 تعتبر هذه الخطوة اللبنة الرئيسة في عملية تكرير البترول، كما تعتبر عملية الفصل الرئيسية حيث أنها تقوم بالفصل العنيف لمركبات الوقود.

تُعرف المركبات الناتجة من هذه العملية باسم جزيئات (fractions)، وتحتوي هذه الجزيئات التي يتم فصلها على الجازولين، والكيروسين، والديزل، والبيتومين.

يتيح التقطير التجزيئي إمكانية إنتاج العديد من المنتجات المفيدة من الزيت الخام. وتعتبر عملية الفصل عملية سهلة في التنفيذ، لكنها فعالة في فصل المركبات المختلفة والمعقدة للزيت الخام.

أولًا يتم تسخين الزيت الخام إلى حد التبخر، ثم يتم ضخه في قاع برج الفصل، ويتم خروج البخار خلال العمود الرأسي، ومع ارتفاع الغازات في أعلى البرج؛ تقل درجة الحرارة. وعليه فإن المركبات الهيدروكربونية تتكثف في مستويات مختلفة، كل جزيء (fraction) يتكثف في مستوى معين، يحوي مركبات هيدروكربون بنفس عدد ذرات الكربون، تسمح عملية الفصل -بناءً على درجة الغليان- بفصل المركبات الهيدروكربونية في عمليات مفردة.

الجزيئات (Fractions)

هناك العديد من الطرق لتصنيف الجزيئات التي تخرج من عملية تقطير الزيت الخام، والطريقة العامة لذلك هي تصنيفهم لثلاثة عناصر: جزيئات خفيفة، ومتوسطة، وثقيلة.

تتجمع الجزيئات الثقيلة عند درجة الحرارة العالية، ويمكن إزالتها من قاع برج التقطير، بينما تتجمع الجزيئات الأخف عند مستوى أعلى قبل أن تصل إلى درجة حرارة عالية، وعلاوة على ذلك فإن الجزيئات تحمل الصفات التالية:

القُطارة الخفيفة (Light distillate)

تعتبر واحدة من أهم الجزيئات، وتمتلك منتجاتها درجة غليان من 70 إلى 200 درجة مئوية، ومن المركبات الهيدروكربونية التي تحويها هذه الطبقة: الجازولين، والنفثا (naphtha)، والكيروسين، ووقود الطائرات النفاثة، والبارافينات.كما أن منتجات هذه الطبقة تتطاير بسهولة، وهي صغيرة المركبات، كما أن درجة غليانها منخفضة، وسهلة التدفق، والاحتراق.

القُطارة المتوسطة (Middle distillate)

تتراوح درجة غليان مركبات هذه الطبقة بين 200 إلى 350 درجة مئوية. ومن مركباتها زيت الديزل.

القُطارة الثقيلة (Heavy distillate)

 تمتلك مركبات هذه الطبقة درجة تطاير منخفضة، كما أن درجة غليانها تكون أعلى من 350 درجة مئوية.

تعتبر مركبات هذه الطبقة صلبة أو نصف صلبة، وربما تحتاج إلى التسخين حتى تتدفق. تحتوي هذه الطبقة على الوقود (Fuel oil)، والمركبات كبيرة الحجم.

علاوةً على ذلك، هناك بعض المكونات الأساسية التي لا تقع ضمن هذا التصنيف، حيث يقع في قمة البرج المركبات شديدة التطاير التي لا تتكثف، مثل البروبان والبيوتان. كما أنه في قاع برج التقطير يوجد البقايا (residuals)، والتي تكون ثقيلة على أنها ترتفع لأعلى البرج، وتحتوي هذه البقايا على البيتومين والشموع الأخرى، ولفصل هذه المركبات يتم معاملتها بالبخار أو التقطير الهوائي، وذلك لأهميتها.[2]

 

 

ثانيًا: التكسير (Cracking)

 يتم في هذه العملية تكسير المركبات الكبيرة إلى مركبات أصغر، وأكثر إفادة. مثل

تستخدم المركبات الناتجة من عملية التكسير مثل: الإيثين، والبروبين، 1،3 بيوتين في تصنيع مواد كيميائية هامة. بينما تضاف المركبات الألكانية المتفرعة والحلقية الأخرى إلى الجازولين الناتج من التقطير لزيادة المعدل الأوكتاني.[3]

 

أنواع التكسير

تنقسم أنواع التكسير إلى نوعين: تكسير حراري وتكسير حفزي

أولًا: التكسير الحراري (Thermal cracking)

يتم فيها استخدام الضغط والحرارة لتكسير المركبات الكبيرة إلى مركبات أصغر. ينقسم هذا النوع إلى نوعين:

أ- التكسير البخاري (Steam cracking)

هي عملية قديمة، يتم فيها استخدام الطاقة الحرارية الناجمة عن البخار، وتعتبر هذه الطريقة مفيدة في تكوين الألكينات. ويعتبر خليط البروبان-بيوتان والجازولبن (الناتج من تقطير البترول) المادة الخام المستخدمة في هذه العملية.

ب- التكسير الحراري الحديث (Modern thermal cracking)

يتم فيها استخدام الضغط والحرارة المرتفعين، يحدث فيها كسر متجانس للروابط الكربونية في المركبات الهيدروكربونية.

ثانيًا: التكسير الحفزي (Catalytic cracking)

كما هو موضح من الاسم، فإن هذه العملية تتم في وجود عامل محفز، وينقسم التكسير الحفزي (Catalytic cracking) إلى نوعين:

أ- التكسير الهيدروجيني (Hydrocracking)

تتكون هذه العملية من مرحلتين وهما الهدرجة (Hydrogenation) والعامل الحفاز (catalyst). في وجود الهيدروجين، يتم تكسير المواد للحصول على المركبات المطلوبة.

ب- التكسير الحفزي للسوائل (Fluid catalytic cracking)

يتم وضع المادة تحت ضغط متوسط ودرجة حرارة مرتفعة، ثم بعد تتحد مع مسحوق عامل حفاز ساخن؛ يتم تكسير المركبات طويلة السلسة إلى مركبات أصغر.

أهمية التكسير

1- تنتج عملية التقطير مركبات هيدروكربونية كبيرة الحجم، ويكون ذلك على حساب المركبات صغيرة الحجم، فعندما تقوم عملية التكسير بتحويل المركبات الكبيرة إلى مركبات صغيرة؛ يتكون وقود مثل البترول.

2- تنتج عملية التكسير الألكينات، حيث أنها تمثل لبنة الصناعات البتروكيماوية. [4]

 

ثالثًا: إعادة التشكل الحفزية (Catalytic reforming)

تتفاعل مركبات النفثالين (naphtha) مع عوامل حفازة حمضية تحتوي على البلاتينوم (Platinum)، عند درجة حرارة وضغط مرتفعين لتتحول إلى مركبات هيدروكربونية أروماتية، وعندما يكون الهدف من هذه العملية هو تكون مركبات أروماتية كمادة خام لوقود الموتور، فإنه يتم تحويل المركبات النفثالية ذات الرقم الأوكتاني المنخفض (low octane naphtha) إلى سائل جازولين ذي رقم أوكتاني عالي.[5]

رابعًا: التجميع (Combination)

يتم في هذه الخطوة اتحاد المركبات الصغيرة لتكوين مركبات أكبر.[1]

 

خامسًا: المعالجة (Treatment)

يتم في هذه الخطوة إزالة الشوائب مثل المركبات العضوية التي تحتوي على أكسجين، ونيتروجين، وكبريت، والمعادن الذائبة، والأملاح غير العضوية، والأملاح الذائبة في المياه المستحلبة، من المركبات البترولية أو الغازات.

هناك العديد من عمليات التكرير المختلفة، ولكن الغرض الأساسي من أغلب هذه العمليات هو إزالة مركبات الكبريت غير المرغوب فيها.

يتم تحلية وتجفيف مركبات مختلفة مثل الجازولين، والكيروسين، ووقود الطائرات، والغازات الحامضية.

تقوم عملية التحلية -وهي عملية التكرير الرئيسية للجازولين- بمعالجة مركبات الكبريت مثل هيدريد الكبريت، الثايوفينون (thiophenone)، والمركبتان (mercabtan) لتحسين لونها، ورائحتها، وثبات تأكسدها، علاوةً على ذلك فإن عملية التحلية تقلل من تركيز ثاني أكسيد الكربون.

يمكن تنفيذ عملية المعالجة كمرحلة وسطية في عملية التكرير، أو قبل إرسال المواد النهائية للخزان.

وأما عن طريقة المعالجة فهي تعتمد على نوع الكسور البترولية (fractions)، كمية ونوع الشوائب في هذه الكسور، وكفاءة هذه الطريقة في إزالة الشوائب، كما تتضمن مواد المعالجة أحماضًا، ومذيبات، وقلويات، وعوامل أكسدة، وعوامل امتزاز. [6]

 

وختامًا، آملُ في أن يكون هذا الطرح المتواضع قد قدمّ بين يديك مجموعة معلوماتٍ كافيةٍ عن تكرير البترول، ومراحله المختلفة..