البترول

زائر

صناعة البتروكيماويات والمواد البتروكيماوية الأساسية
أولاً: نشأة صناعة البتروكيماويات وتطورها
1. نشأة صناعة البتروكيماويات
أ. الاحتياج المتزايد للكيماويات المستخدمة في صناعة المطاط الصناعي والراتنجات والألياف الصناعية، فاق بدرجة كبيرة المصادر غير النفطية، مما أوجب البحث عن مصادر جديدة لتقابل هذه المطالب.
ب. كان أول منتج كيماوى يصنع من الهيدروكربونات النفطية، هو الإيثيلين جلايكول الناتج من الإيثيلين بطريقة كلوريد الهيدرين. وقد أدخلت هذه الصناعة شركة كاربيد الأمريكية في أوائل عام 1920. يُعدّ ذلك أول بداية لصناعة البتروكيماويات التي تطورت بثبات على مدى عشرين عاماً. ونتيجة للمتطلبات الكبيرة التي نشأت بعد الحرب العالمية الثانية تزايد النمو في هذه الصناعة بصورة مطردة.
وحتى عام 1920 لم تكن قد ظهرت صناعة كيماويات بدرجة ملحوظة من البترول، ولكن عند حلول عام 1955 كان أكثر من 25% من الكيماويات التي تنتج في الولايات المتحدة الأمريكية يصنف تحت اسم البتروكيماويات، وبمعدلات متزايدة أخذت صناعة البتروكيماويات تغطي جميع الكيماويات المنتجة.
ج. في عام 1956 ثُمّ إنتاج 35 بليون رطل من البتروكيماويات منها 21 بليون رطل مواد أليفاتية، 3.5 بليون رطل مواد أروماتية، 10.5 مليون رطل مواد غير عضوية.
وقد ظهر النمو الهائل في صناعة البتروكيماويات من المتطلبات المتزايدة للكيماويات، والتي لا يمكن تصنيعها من مصادر أخرى. ولمدة طويلة كان قطران الفحم المصدر الرئيس للكيماويات العضوية.
د. تُعدّ المنتجات الزراعية مصدرًا مهمّا للكيماويات، مثل الكحول الإيثيلي، وحامض الخليك، والأسيتون، والكحول الميثيلي. وقد وضح أن هذه المصادر غير كافية تمامًا لتغطية المتطلبات المتزايدة من هذه الكيماويات، علاوة على أن إنتاجها من النفط أقل من تكلفة إنتاجها من المصادر الزراعية. كما ازداد الاحتياج إلى عمليات التكرير والتكسير في صناعة النفط، والتي أدخلتها بعض الشركات لزيادة المتطلبات من كميات الجازولين ونوعياته، وتبع ذلك الازدياد في كميات الأوليفينات ذات الوزن الجزيئي الصغير مثل الإيثيلين والبروبلين والبيوتيلين، وكذلك الهيدروكربونات البارافينية، وكل هذه المواد الأولية مطلوبة في صناعة البتروكيماويات.
ونتيجة البحوث المتزايدة في مجال البتروكيماويات، تم إنتاج مواد جديدة لم يكن في الإمكان إنتاجها من مصادر أخرى، وظهرت على المستوى الصناعي كيماويات متطورة لم تكن معروفة من قبل.
وبمتابعة التطور في بعض الكيماويات خلال الحرب العالمية الأولى سنجد أن الطولوين كان مطلوبًا لتحضير المادة المفرقعة ثلاثي نيتروطولوين (ت ن ت)، وقد كان إنتاج الطولوين من قطران الفحم غير كاف، لتغطية متطلبات صناعة المفرقعات، وبحلول الحرب العالمية الثانية ظهرت عملية صناعة جديدة لتحويل النافثينات النفطية إلى هيدروكربونات أروماتية. وبالرغم من أن الاحتياج لمادة (ت ن ت) كان كبيراً إلا أن إنتاج الطولوين المستخدم في صناعتها كان غير كافٍ. وفي الوقت الحالي أصبح 70% من إنتاج الطولوين مصدره من النفط، بالرغم من أن الكميات المنتجة من قطران الفحم قد ازدادت.
والحالة المماثلة لذلك، هى إنتاج الزايلين من قطران الفحم، إذ أصبح ينتج من النفط، وهذا الزايلين يستخدم في تحضير راتنجات ألكيدية، وتحضير حامض تيرفثاليك المستخدم في صناعة ألياف "الداكرون".
هـ. في بداية الحرب العالمية الأولى، استدعى الاحتياج الملح للأسيتون المنتج من تقطير الخشب إلى صناعته من مواد أولية جديدة. ثم ظهرت طريقة جديدة لتحضير الأسيتون من الكحول الأيزوبروبيلى، والذي تم تصنيعه من هيدرة البروبلين، وبذلك تم فتح باب جديد يوفر كميات كبيرة من الأسيتون بأسعار أرخص من إنتاجه بأي طريقة أخرى.
وكان لتحويل الغاز الطبيعي والهيدروكربونات النفطية إلى أول أكسيد الكربون؛ أو ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين المنفذ الرخيص لإنتاج الهيدروجين اللازم لصناعة الأمونيا أو الميثانول. وقد كان قبل عام 1927 يتم الحصول على الميثانول في الولايات المتحدة الأمريكية من تقطير الخشب. إلا أن هذا الإنتاج كان غير كافٍ ولا يغطي احتياجات السوق، ووصل سعر الجالون منه إلى دولار، وفي عام 1927 تم إدخال طريقة صناعية جديدة لإنتاج كحول الميثانول من أول أكسيد الكربون والهيدروجين، وتم رفع إنتاج هذا الكحول بسعر منخفض وصل إلى ثلاثة وثلاثين سنتاً للجالون.
وبعد الحرب العالمية الثانية، أدى الاحتياج الشديد للفينول المطلوب لتحضير الراتنجات الصناعية، إلى تزايد الطلب على البنزين، الذي فاق الكميات المنتجة من فحم الكوك. مرة أخرى قابلت بحوث البتروكيماويات هذا التحدى، وتم تطور عمليات صناعية لتحويل الهيدروكربونات النفطية إلى بنزين يغطي الاحتياجات المطلوبة والمتزايدة.
خلال الحرب العالمية الثانية، كان الجلسرين (وهو منتج ثانوى ينتج من صناعة الصابون) شحيحاً، وكان لابد من البحث عن مصدر آخر لإنتاجه. بعد الحرب العالمية ازداد الطلب على الجلسرين في حين انخفضت المصادر التي تنتجه. كان يمكن أن يصل حجم إنتاج الجلسرين إلى مرحلة حرجة، إذا لم تتطور صناعة البتروكيماويات، وتنجح في إنتاج الجلسرين من البروبلين.
و. يتوقع أن تستمر احتياطيات النفط اللازمة لصناعة البتروكيماويات زمناً طويلاً. وبالإضافة إلى النفط يتم الحصول على الإيثان والهيدروكربونات الكبيرة من الغاز الطبيعى، وهذه يتم تحويلها بالتالي إلى إيثيلين وأوليفينات تستخدم كمواد أولية في صناعة البتروكيماويات. وهناك اهتمام متزايد لإجراء مزيد من التطوير على طريقة (فيشر ـ تروبش) لإنتاج الهيدروكربونات والكحولات والألهيدات والكيتونات والحموض العضوية من أول أكسيد الكربون والهيدروجين. تطوير هذه الطريقة يعطي كميات أكبر من الأوليفينات المستخدمة كمواد وسيطة. وفي الوقت الحالي يتم إنتاج أول أكسيد الكربون والهيدروجين بكميات كبيرة من الغاز الطبيعي.
2. تطور صناعة الهيدروكربونات البارافينية
أ. يُعدّ الغاز الطبيعي أهم مصدر للمواد الخام في صناعة البتروكيماويات، وسوف يستمر ذلك مادامت احتياطيات النفط تغطي الاحتياجات المطلوبة. ونظرًا لأن هذه الاحتياطيات سوف تنضب في يوم ما، فإن جهودًا كبيرة تبذل من أجل البحث عن مصادر جديدة للهيدروكربونات كوقود أو ككيماويات. أغلب هذه الجهود تبذل في اتجاه الاستفادة من غاز التشييد، المكون من (أول أكسيد الكربون والهيدروجين)، وهذا الغاز يمكن الحصول عليه إما من الفحم أو من الغاز الطبيعى.
ب. كانت ألمانيا لا تمتلك إلا القليل من النفط في الماضي، ولكي تحقق اكتفاءً ذاتيّا منه فقد قامت باكتشاف طريقة (فيشر ـ تروبش) لتحضير نفط صناعي من أول أكسيد الكربون والهيدروجين المستخرجين من الفحم.. وقد استخدم هذا النفط الصناعي كوقود سائل، وكذلك في تحضير بعض الكيماويات.
ففي عام 1923 لاحظ العالمان الألمانيان فرانز فيشر وهانز تروبش أن الهيدروجين وأول أكسيد الكربون وجد برادة الحديد القلوية، وتحت ضغط 400-450 جو، وحرارة 100-150°م، تتحول إلى منتج يتركب من خليط من مركبات أوكسجينية تحتوي على كميات ضئيلة من الهيدروكربونات. ولاحظ فيشر أنه عندما يكون ضغط التفاعل 1-7 جو تنعكس نسب المركبات الأوكسجينية إلى الهيدروكربونات، وفيما بعد وجد أن الحفازات التي تحتوي على نيكل وكوبالت وحديد أو روثينيوم تجعل التفاعل نشيطًا في تحويل أول أكسيد الكربون والهيدروجين إلى مركبات عضوية.
بعد الحرب العالمية الثانية ازداد الاهتمام بطريقة (فيشر ـ تروبش) في الولايات المتحدة الأمريكية وتم تطويرها والتوسع فيها، حتى أصبحت في الوقت الحالي منافسة للنفط في إنتاج الوقود، بالإضافة إلى اعتبارها مصدرًا مهمًّا للكيماويات.
غاز التشييد: يشار في ألمانيا إلى خليط أول أكسيد الكربون والهيدروجين بغاز التشييد، ويتم الحصول عليه من فحم الكوك طبقا للتفاعل الآتي:

هذا التفاعل طارد للحرارة، ويتم فيه أولاً تسخين فحم الكوك حتى درجة التوهج بواسطة اللفح الهوائي. بعد ذلك يتم إدخال بخار الماء ليتكون خليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين. يستخدم في هذه العملية تشغيل فرنين في وقت واحد، بحيث يتم تسخين أحد الفرنين في المرحلة الأولى، ثم يتم إنتاج غاز التشييد في الفرن الآخر في المرحلة الثانية.
وللحصول على خليط مناسب من أول أكسيد الكربون إلى الهيدروجين بنسبة 2:1 وهي النسبة اللازمة في الصناعة يتم تحويل نصف كمية أول أكسيد الكربون الناتجة إلى ثاني أكسيد الكربون وهيدروجين كالآتي:

ويتم هنا امتصاص غاز ثانى أكسيد الكربون الناتج بإمراره في الماء. يحتاج هذا التفاعل لحفاز مناسب، وأشهر الحفازات المستخدمة أكسيد الحديديك المدعم بأكسيد الكروم والكالسيوم والمغنسيوم.
يُعدّ الغاز الطبيعي في الولايات المتحدة الأمريكية مصدرًا لإنتاج غاز التشييد أكثر من الفحم، وتستخدم في ذلك عمليتين: العملية الأولى تشمل تفاعل الغاز الطبيعي (الميثان) مع بخار الماء.

في العملية الأولى يكون التفاعل ممتصّا للحرارة، في حين أنه في العملية الثانية يكون التفاعل طاردًا للحرارة، بحيث يزداد معدل التفاعل الأول بالنسبة للتفاعل الثاني كلما ارتفعت درجة الحرارة.
يحتاج تفاعل الميثان مع البخار إلى حفاز في حرارة أقل من 1300°م. وأغلب الحفازات هنا تحتوي على نيكل.
نظرًا لأن تفاعل الميثان مع البخار يكون نسبة عالية من الهيدروجين، فإنه عادة ما يستخدم هذا التفاعل كمصدر للهيدروجين اللازم لصناعة الأمونيا. ويتم هنا تحويل أول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون بالتفاعل مع بخار الماء.
الطريقة الثانية لتحضير غاز التشييد من الغاز الطبيعي تشمل الاحتراق الجزئي في وجود كمية محدودة من الهواء أو الأوكسجين. وهذه العملية طاردة للحرارة، ولا تحتاج إلى حرارة خارجية، وتُعدّ اقتصاديًّا أرخص من الطريقة الأولى. ويسير التفاعل هنا طبقًا للآتي:

80% من الإنتاج العالمى للأمونيا يرجع الفضل فيه إلى الهيدروجين الناتج من الغاز الطبيعي، والذي يشكل 70% من مصادر الهيدروجين. أما باقي مصادر الهيدروجين (30%) فهي تنتج من النافثا والمقطرات الثقيلة.
عادة ما يكون الغاز الطبيعي مشوبًا بمركبات كبريتية (كبريتيد الهيدروجين)، وذلك يستلزم إزالتها بواسطة إمرار الغاز فوق طبقات محملة بحفازات الكربون وأكسيد الزنك في حرارة 400°م. أما في حالة نزع المركبات الكبريتية من النافثا فتستخدم لذلك وحدات نزع الكبريت بالهدرجة في حرارة 400°م وضغط 35 - 40جو في وجود هيدروجين، والمرور فوق حفازات الكوبالت والموليبدنيوم التي تضمن نزع الكبريت بالكامل.
الجدير بالذكر أن الطن من الغاز الطبيعي (ميثان) ينتج 2 طن أمونيا، في حين أن طن نافثا ينتج 1.7 طن أمونيا، وذلك بالنسبة للإنتاج العالمي الحالي خلال العقدين الأخيرين.
ثانياً: صناعة المواد البتروكيماوية الأساسية
1. لما كان الإيثيلين الأعلى طلبًا، فقد تطورت الطاقات الإنتاجية له في أوروبا الغربية منذ بدء إنتاجه على المستوى التجارى عام 1942م، إلى 150 ألف طن عام 1950م، 290 ألف طن عام 1955م، ثم إلى 1.09 مليون طن عام 1960، 2.32 مليون طن عام 1965م، ثم قفز إلى 7.84 مليون طن عام 1970م، و13 ثم 16 مليون طن في عامي 1975م، 1980م على التوالي. (اُنظر جدول الطلب العالمي على الإيثيلين) و(جدول الطلب العالمي على البروبيلين) و(جدول العرض والطلب العالميين على البنزول)
2. وقد تضافرت عوامل ارتفاع أسعار البترول والركود الاقتصادي، وعدم وجود توازن بين العرض والطلب إلى إغلاق عدد من وحدات الإنتاج خلال الفترة من 1980 إلى 1985، ومنذ عام 1985 وحتى الآن تسير أعمال التوسع في الطاقات الإنتاجية مع معدلات زيادة الطلب بقدر الإمكان.
كما ارتفع متوسط الطاقة الإنتاجية لوحدات التكسير الحراري للنافثا من 33 ألف طن عام 1960 إلى 130 ألف طن عام 1970، ثم إلى 300 ألف طن عام 1990، وتُعدّ الطاقة المتعارف عليها حاليّا 450 – 500 ألف طن إيثيلين سنويّا، ويرجع ذلك إلى انخفاض تكلفة الإنتاج بزيادة الطاقة الإنتاجية للوحدة، على أن ذلك لم يمنع إنشاء وحدات بطاقة أقل أو أكثر حتى وقتنا هذا، وتشغيلها اقتصاديّا، إذ يمثل حجم الإنتاج أحد العوامل المؤثرة على اقتصاديات عملية الإنتاج، وليس العامل الوحيد، وربما كانت أسعار مواد التغذية والطاقة أهم العوامل المؤثرة على اقتصاديات الإنتاج.
هذا وقد بلغ استهلاك مواد التغذية في عام 1994 على المستوى العالمي 1.7 بليون برميل أكثر من نصفها نافثا، بينما بلغ حجم الاستهلاك من الإيثان والبروبان 35% من إجمالي الاستهلاك.
3. كما تجدر الإشارة إلى أن اختيار مادة التغذية تتوقف على عدة عوامل، تشمل: ضمان الإمداد، والأسعار، ونوعية ونسب مكونات منتجات وحدة التكسير الحراري (إيثيلين ـ بروبلين ـ بيوتاديين ـ أروماتيات... الخ).
ويقدر بعض الخبراء أنه سوف يتم التعاقد على إنشاء عشر - خمس عشرة وحدة لإنتاج الإيثيلين في عام 2000 بطاقة متوسطة 450 - 550 ألف طن للوحدة. كما ينتظر أن تكون أكبر الدول المصدرة للإيثيلين عالميّا بحلول عام 2000 هي السعودية، قطر، ليبيا، كوريا، واليابان. وأن تكون أهم الدول المستوردة له إندونيسيا، الهند، تايلاند، تايوان، ومنطقة جنوب أوروبا.
هذا وقد توصلت شركة UOP بالاشتراك مع شركة Norsk Hydro النرويجية إلى تكنولوجيا جديدة لتحويل الميثانول إلى أوليفينات، وقدرت احتياجات مادة التغذية في وحدة إنتاج 500 ألف طن إيثيلين بالإضافة إلى 300 ألف طن بروبيلين سنويّا بحوالي 2.5 مليون طن ميثانول. وترى الشركتان، أن الطريقة المبتكرة تتساوى في اقتصادياتها مع تكنولوجيا التكسير البخاري للإيثان، وتفضل تكسير النافثا. وفي حالة ثبوت جدوى هذه التكنولوجيا، ينتظر التوسع في إنشاء وحدات جديدة لإنتاج الميثانول بالعديد من دول العالم النامي، وتصديره بتكلفة أقل من تكلفة نقل الغاز الطبيعي أو الغازات البترولية المسالة للدول الصناعية لإنتاج البتروكيماويات.
4. أما بالنسبة للبروبلين فهناك طلب متزايد عليه لإنتاج البولى بروبلين، وكذلك المطاطات من نوعية الترموبلاستيك أساساً. ولما كان 80% من إنتاج البيوتاديين يدخل في صناعة المطاط الصناعي فإن الطلب عليه ينتظر أن يستمر في النمو مع ازدياد الطلب العالمي على المطاط الصناعي.
5. أما بالنسبة للبنزول والأروماتيات بصفة عامة فإن الاعتبارات البيئية سوف تحد من محتواها بالجازولين، الأمر الذي يدعو لاستخدام تكنولوجيات أخرى بديلة لتكنولوجيا الإصلاح الحفزى للنافثا كأحد المصادر الأساسية للبنزول والأروماتيات كالآتي:
%
الاستخدامات
24
- بولي إيثيلين عالي الكثافة
19
- بولي إيثيلين منخفض الكثافة
13
- بولي إيثيلين منخفض الكثافة خطي
7
- أستايرين
15
- البولي فينيل كلوريد
11
- أكسيد الإيثيلين والإيثيلين جليكول
12
- مواد أخرى

مواد ناتجة من الغاز الطبيعي
يُعدّ الغاز الطبيعي أحد المصادر الرئيسة لصناعة البتروكيماويات في العالم. ويُعدّ الميثان المكون الرئيس للغاز الطبيعي، وتقل نسبته إلى أكثر من 90% من عديد من الغازات الطبيعية. تعديل الغاز الطبيعي ينتج أول أكسيد الكربون والهيدروجين، وهذان الغازان في خليط منهما يسمى بغاز التشييد.
غاز التشييد SYNTHESIS GAS SYN-GAS
غاز التشييد هو خليط من غازي أول أكسيد الكربون والهيدروجين بأية نسب منهما، وقد تستعمل هذه المخاليط كما هي، أو يفصل مكونيها لاستعمال كل منهما على حدة، وينتج غاز التشييد بتفاعل الغاز الطبيعي مع بخار الماء عن طريق عمليتين أساسيتين: هما عملية التعديل ببخار الماء، وعملية الأكسدة الجزئية، وتستعمل هاتين العمليتين الغاز الطبيعي كمادة أولية بصفة أساسية، إلا أنهما يمكنهما أيضًا، استعمال مقطرات أثقل، فبعملية التعديل ببخار الماء قد تستعمل مقطرات ثقيلة مثل السولار إلا أن الأكسدة الجزئية قد تستعمل أبعد من ذلك لتشمل مخلفات التقطير الثقيلة heavy residues.
أ. عملية التعديل ببخار الماء The Steam Reforming Process
هذه العملية حفزية catalytic، يستعمل فيها حفازات تحتوي على أكسيد النيكل، على ألومينا NiO/Al2O3 ، والذي يعبأ في أنابيب رأسية كطبقة ثابتة fixed-bed. ونظرا لاستعمال درجـات حرارة عالية تصل إلى 1000°م في هذه العملية، فإن السبائك المصنوع منها صلب هذه الأنابيب تحتوي على نسبة عالية من الكروم والنيكل لتقاوم التآكل. ويستفاد من حرارة غازات العادم exhaust المنبعثة من الأفران المسخنة للأنابيب المحتوية على الحفاز، في تسخين بخار الماء steam المستعمل في هذه العملية، إذ ينتج نصف بخار الماء اللازم للتفاعلات منها. والعملية من العمليات المستمرة أو السريانية continuous process flow، والنصف العلوي من الأنابيب يحتوي على حفاز يختلف قليلاً عن الحفاز المعبأ في النصف السفلي منها، إذ أن النصف السفلي يحتوي على نسب أكبر من الأكاسيد القاعدية، مثل أكسيد البوتاسيوم التي تعمل كمنشطات promoters، كما تختلف درجة حرارة النصف العلوى من أنابيب الحفاز عن حرارة النصف السفلي، فالأولى حوالي 700°م، بينما الثانية حوالي 1000°م، والضغط المستعمل في العملية هو 25 ضغطًا جويّا، وهو ضغط منخفض نسبيّا، وبالرغم من أن وجهة النظر الثرموديناميكية تلزم باستعمال ضغوط أكثر انخفاضاً إلا أن رفع الضغط إلى 25 جو يساعد على عدم ترسيب الكوك Coke على الحفاز؛ لأنه ينقص من عمره التشغيلي ويسبب تفتته، أيضًا، desintegration.

ب. عملية الأكسدة الجزئية PARTIAL OXIDATION
تُعدّ هذه العملية أحدث من التعديل ببخار الماء، إلا أن الأخيرة أوسع انتشارًا حتى الآن، وقد زاد انتشار الأكسدة الجزئية بعد أن أصبح الأكسيد رخيص الإنتاج حاليّا. وقد توصلت إلى هذه العملية شركة تكساس للبترول، لذلك تسمى، أيضا، بعملية تكساكو نسبة لهذه الشركة The Texaco Process، كذلك يطلق عليها، أيضا، اسم عملية التعديل بالأكسجين Oxygen Reforming ؛ لأن الأكسجين يستعمل فيها، أيضاً، مما يفرقها عن التعديل ببخار الماء، ومن الأسماء المستعملة لهذه العملية، اسـم عمليـة توليد غاز التشييد Synthesis Gas Generation، ومما يجعل هذه العملية أكثر اقتصاديّا من التعديل الحفزي، أنها تستعمل مواد تغذية ثقيلة كزيت الوقود Fuel oil إذ لا يهم استعمال أي نوع من مادة التغذية الهيدروكربونية؛ لأنها عملية غير حفزية non-catalytic؛ ولا يخشى ترسيب كربون كما في العمليات الحفزية. ومن المتوقع أن يكثر انتشار هذه العملية في المستقبل، خاصة في المناطق التي يصعب وصول الغاز الطبيعي إليها والتي هي في حاجة ملحة للمقطرات الخفيفة. (اُنظر شكل مخطط لعملية الأكسدة الجزئية) يبين مخططًا لعملية الأكسدة الجزئية لإنتاج غاز التشييد.
مواد ناتجة من المقطرات النفطية
تُعدّ المقطرات النفطية مصدرًا أساسيّا لإنتاج الأوليفينات بواسطة التكسير الحراري. وفي الوقت الحالي يُعدّ التكسير الحراري للنفط هو أهم مصدر للأوليفينات الصناعية. وتتم عملية التكسير الحراري في وجود أو غير وجود حفاز، ولكن عند عدم استخدام حفاز تتطلب العملية الصناعية حرارات عالية. تتم عادة عملية التكسير الحراري في حرارة 500 - 600°م، ولكن عند الرغبة في الحصول على أوليفينات يجب أن يكون التكسير في حرارة 750 - 800°م.
والأوليفينات غير ثابتة من ناحية الديناميكا الحرارية في جميع أنواع درجات الحرارة، ولكن ثبات الأوليفينات بالنسبة للبارافينات المقابلة يزداد بزيادة الحرارة. لذلك يُعدّ الإيثيلين أكثر ثباتاً من الإيثان في حرارة فوق 800°م، عمومًا تُعدّ البارافينات والنافثينات أكثر الهيدروكربونات ثباتًا في حرارة تحت 250°م. أما الأوليفينات والأروماتيات فتُعدّ أكثر ثباتاً فوق هذه الحرارة.
وعندما يتعرض هيدروكربون لحرارة عالية تحدث عملية نزع الهيدروجين لتكوين الأوليفينات أو قد تنكسر الرابطة الكربونية لتكون أوليفينات وبارافينات ذات أوزان جزيئية أصغر. بالنسبة للهيدروكربونات ذات الأوزان الصغيرة تُعدّ عملية نزع الهيدروجين ذات أهمية كبرى، خاصة عند تطبيقها على الإيثان والبروبان والبيوتان. وفي هذه الحالة يتم الاستعانة بحفاز مناسب.
وتتكون الأوليفينات الثنائية والهيدروكربونات الأروماتية في حرارة أعلى من 600°م. وتتكون الهيدروكربونات الأروماتية بتزاوج الأوليفينات والأوليفينات الثنائية. أغلب المركبات الأروماتية التي تنتج من النفط يتم صناعتها بواسطة انتزاع الهيدروجين من النافثينات.
لإنتاج الأوليفينات يتم استخدام مخزون تغذية أحادي التركيب، مثل الإيثان أو البروبان أو مخزون تغذية متعدد الهيدروكربونات، مثل سوائل الغاز الطبيعي NGLNatural Gas Liquids، أو النافثا، أو زيوت الديزل الموجودة في الزيت الخام.
في أوروبا، إذ يوجد نقص في الغاز الطبيعي ومكثفاته، يتم إنتاج الأوليفينات من النافثا الخفيفة أو الثقيلة (الكيروسين)، والتي يتم الحصول عليها من تقطير الزيت الخام. وفي الولايات المتحدة الأمريكية يتم إنتاج الأوليفينات من مقطرات سوائل الغاز الطبيعي NGL. ونظرًا لأن هذه المقطرات أصبحت شحيحة، فإن الاتجاه يتزايد في استغلال النافثا الثقيلة والبارافينات وزيت الديزل.
يتم حاليّا تحسين خواص نوعية مخزون التغذية الثقيلة، وذلك بانتزاع الكبريت بالهدرجة أولاً، ثم القيام بعملية التكسير المهدرج.
أ. الإيثيلين
(1) يتم إنتاج الإثيلين حاليّا بواسطة التكسير الحراري للهيدروكربونات في مفاعلات ذات ملفات أنبوبية تسخن من الخارج. وقد أُحرز نجاح كبير في التكسير الحراري للزيوت الخام لإنتاج الإيثيلين بواسطة شركة باسف BASF الألمانية في أواخر الستينات، ثم تلى ذلك إحراز تقدم في إنتاج الإيثيلين بواسطة شركة يونيون كاربيد Union Carbide الأمريكية بالتعاون مع شركة داو Dow، وشركة شييودا Chiyoda.
(2) في أواخر عام 1979، بدأت شركة يونيون كاربيد إنتاج 2300 طن متري إيثيلين في العام بواسطة استخدام وحدة تجريبية في مدينة ستيدريفت Steadrift في تكساس. وهذه الوحدة مزودة بمفاعل أولي متقدم. ثم قامت شركة داو Dow بإقامة مصنع يملك طاقة إنتاجية قدرها 11.300 طن متري في العام في مدينة فري بورت Freeport في تكساس. وتُعدّ سخانات التكسير الحراري وملحقاتها من مبدلات التبريد بمثابة القلب في مصنع إنتاج الإيثيلين. (اُنظر شكل سخان النافتا الحراري)
(3) أما إنتاج الإيثيلين من مخزون النافثا منخفضة الكبريت فيستخدم في ذلك 6 – 8 سخانات تكسير حراري، وأحدها يعمل كاحتياطي وذلك لإنتاج 300.000 طن متري إيثيلين في العام. (اُنظر شكل مصنع إنتاج الإثيلين)
ب. البروبلين
يتم إنتاج بروبلين التكرير كمنتج ثانوي للتكسير الحفزي السائل للسولار gas oil، وفي الولايات المتحدة الأمريكية زادت وصلات تكرير النفط من إنتاج الجازولين مما أدى إلى زيادة إنتاج البروبلين أكثر منه في أوروبا.
وفي عام 1981، قامت شركة يونيون كاربيد Union Carbide، وشركات أخرى بإنتاج البروبلين بواسطة مفاعل تكسير متقدم Advanced cracking reactor ، يتم فيه تكسير الزيت الخام أو المقطرات النفطية الثقيلة المتعددة في حرارة عالية وزمن تفاعل قصير في منطقة التفاعل، مع تبريد سريع لناتج التفاعل لتقليل المنتجات الثانوية غير المرغوب فيها.
ج. البيوتيلين
(1) ينتج البيوتيلين من عمليات التكسير الحراري لمقطرات الكربون الرباعي مثل البيوتان، إذ يتكون من نوعين من الأيزوميرات، أحدهما يـسمى سيس - 2 - بيوتيلين cis-2 - butylene، والآخر يسمى ترانس -2- بيوتيلين trans - 2 - butylene.
ويتحقق أعلى ناتج من البيوتيلين في الحرارة العالية والضغط المنخفض، ومن الصعب فصل أيزوميرات البيوتيلين بواسطة التقطير. وجميع الناتج من البيوتيلين يستخدم كمصدر لإنتاج البيوتاديين.
(2) الطريقة الثانية لإنتاج البيوتيلين هي بواسطة النزع الحفزي للهيدروجين من البيوتان. ويتم ذلك في حرارة 600°م، وضغط 1 جوي، وسرعة تلامس عالية. ويستخدم في ذلك حفازات أكسيد الكروم على الألومنيا، إذ يتم إنتاج مخلوط مـن 75% 2- بيوتيلين، 25% 1- بيوتيلين، وذلك من البيوتان. بعد ذلك يتم نزع الهيدروجين من 1- بيوتيلين للحصول على البيوتاديين.
والحفازات المكونة من 10-45% ألومونيا، 5-50% أكسيد الكروم، والباقي خامس أكسيد الفاناديوم أو ثالث أكسيد الموليبدنيوم سبق استخدامها بنجاح لتحويل البيوتان إلى بيوتيلين وبيوتاديين. وقد تم تنفيذ عملية نزع الهيدروجين في حرارة 550 - 750°م عند ضغط 1-3 جو في وجود 10-25 حجم بخار ماء لكل حجم هيدوكربون، سرعة التلامس النوعية هنا 200 - 700 حجم من غاز الهيدروكربون لكل حجم حفاز في الساعة الواحدة.
د. الأسيتيلين
يصنع الأسيتيلين بإحدى الطرق الآتية:
(1) طريقة إنتاج الأسيتيلين من كربيد الكالسيوم تعتمد على تلامس كربيد الكالسيوم للماء في ضغط أقل من الضغط الجوي. ويستلزم لإنتاج وحدة واحدة من الأسيتيلين 2.5 - 3 ضعفها من كربيد الكالسيوم.
(2) طريقة إنتاج الأسيتيلين بواسطة التحلل الكهربي للميثانن تجري بواسطة قوس كهربى للتفريغ، يتم فيه تسخين التغذية بالميثان لخفض الطاقة الكهربائية اللازمة للتفريغ. يبلغ استهلاك الطاقة في القوس الكهربي حوالي 6.45 - 7 كيلو وات لكل كجم أسيتيلين. في حالة استخدام التغذية بالبروبان تقل الطاقة الكهربية المستخدمة إلى 5-6 كيلو وات لكل كجم بروبان.
قامت شركة دي بونت Du Pont الأمريكية بتطوير طريقة التحلل الكهربي، بتصميم فرن كهربي يتكون من قوس كهربي يقع بين كاثود من نوع سودير برج Soderberg قطره 1.25 سم، والأنود هنا يتكون من أنبوبة نحاس مبردة قطرها 9 سم، ويحوطها ملف مغناطيس. يدخل الغاز الهيدروكربوني منطقة القوس، ثم ينتقل إلى الأنود، إذ يتم تبريده كاملاً بالماء. التطوير الجديد هنا هو استبدال القوس الكهربي بواسطة نفاث بلازما. وتنتج بلازما الأرجون في حرارة 1200°م ما يقرب من 90 - 99% أسيتيلين. (اُنظر شكل طريقة دى بونت لإنتاج الأستيلين)
(3) أما طريقة وولف لإنتاج الأسيتيلين فتعتمد على التحلل الحراري التي تتم داخل زوج من المبدلات الحرارية يقعان على جانبي غرفة الاحتراق. تتم عملية التحلل الحراري في حرارة 1300°م وما فوقها بالنسبة للميثان، في حين أنه بالنسبة للبروبان تستخدم حرارة 1200°م. يتم الاحتفاظ بضغط أقل من الضغط الجوي حوالي نصف بار، خلال عملية التحلل الحراري لزيادة إنتاج الأسيتيلين. تتميز طريقة وولف بعدم الحاجة للأكسجين النقي، وكذلك بعدم اختلاط نواتج الاحتراق مع نواتج التكسير، علاوة على عدم تكوين سناج أو كربون.
(4) ينتج الأسيتيلين حاليّا في شركات عديدة بطريقة الأكسدة الجزئية للميثان، باستخدام الأكسجين، وذلك يحتاج إلى أعلى طاقة للتحويل إلى الأسيتيلين. يستخدم في هذه الطريقة أفران أكسدة جزئية لإنتاج الأسيتيلين من الميثان أو الغاز الطبيعي باستغلال حرارة الاحتراق.
هـ. الأروماتيات
(1) كانت أول عملية لفصل الأروماتيات من فحم الكوك، الذي كان المصدر الوحيد لهذه المركبات. بدأ الطلب على الأروماتيات يفوق ما يتم إنتاجه من فحم الكوك في حوالي عام 1951 فبدأ البحث عن مصادر بديلة أخرى.
(2) خلال الحرب العالمية الأولى كان إنتاج الطولوين اللازم لصناعة مفرقعات (ت ن ت) غير كافٍ، وسرعان ما استنبطت عمليات صناعية لإنتاج الطولوين من النفط. أما الزايلينات الأيزوميرية فقد أصبح من الممكن الحصول عليها من النفط، وقد تم فصل الأرثوزايلين وأكسدته إلى أنهيدريد الفثاليك كطريقة بديلة لأكسدة النافتالين. كما تم أكسدة أيزوميرات الميتازايلين، والبارازايلين إلى حموض الفثاليك المقابلة.
(3) بعد الحرب العالمية الثانية، ازداد الاحتياج على البنزين لدرجة أصبح فيها فحم الكوك (وهو المصدر الوحيد له) لا يكفي لإنتاجه، وفي الوقت الحالي نجد أن 90% من الزايلين، وحوالي 70% من الطولوين يتم الحصول عليها من النفط، بالإضافة إلى أنه يتم الحصول على 450 مليون رطل بنزين من النفط كل عام. وهذه العطريات تعدّ الآن من أهم البتروكيماويات التجارية.
(4) تعدّ الأورماتيات من أهم المواد الأولية في الصناعات الكيماوية لعدة سنوات، خاصة صناعة البلاستيك، والألياف الصناعية، والراتنجات، والأصباغ، والمنظفات الصناعية. لعقود قليلة كان الجانب الاقتصادي لاستخلاص الأروماتيات من مقطرات النفط غير مناسب لسببين. السبب الأول هو صناعة الطيران، وهي المستهلك الأول للأروماتيات. السبب الثاني هو إمكانية الإنتاج الوفير للأروماتيات من فحم الكوك بأسعار زهيدة. وقد انعكس هذا الاتجاه مؤخرًا وأصبحت الكميات الرئيسة للأروماتيات تنتج من النفط، علاوة على أن بعض الخامات النفطية غنية بكميات كبيرة من الأروماتيات، وهذه الخامات تعدّ مصدرًا مهمّا لها.
(5) في الوقت الحالي أصبحت معامل التكرير معدة للإصلاح الحفزي ومعدة، أيضاً، بوحدات أخرى للبلمرة، والألكلة، والتكسير الحراري، والتي لها القدرة على تغطية إنتاج الأروماتيات طبقًا لاإحتياجات المتزايدة. لقد أصبح وقود الطائرات النفاثة والكيروسين وزيوت التزييت في اتجاه الأروماتيات، وبذلك أصبح الاستخلاص البسيط للأروماتيات من هذه المقطرات أو من مقطرات ذات درجات غليان عالية كافيًا لإنتاج كميات وفيرة تغطي احتياجات الصناعات الكيماوية، والتي لا يمكن لصناعة فحم الكوك أن توفرها، نظراً لأن صناعة الحديد لا تتقدم بالسرعة الكافية التي تجعلها تستهلك فحم الكوك.
(6) الأروماتيات ذات الفائدة الكبرى هي تلك التي لها درجات غليان منخفضة، وتشمل البنزين والطولوين والزايلين Benzene, Toluene, Xylene، ويطلق عليها ب ت إكس BTX.
وينتج ب ت إكس بواسطة الإصلاح الحفزي والذي يتم بواسطته رفع كفاءة الجازولين منخفض الأوكتان إلى جازولين عالي الأوكتان باستخدام الحفازات.
التفاعلات الآتية توضح تكوين ب ت إكس من مقطرات البارافينات ذات درجات الغليان المنخفضة (80 - 180°م):
(أ) نزع الهيدروجين : لتحويل النافثينات إلى أرومايتات

(ب) الأزمرة
وتنتج أعلى رقم أوكتان، إذ يتم أزمرة البارافينات الطبيعية إلى أيزوبارافينات. وعند أزمرة أرومايتات ذات سلاسل جانبية طويلة يتم الحصول على أرومايتات ذات سلاسل جانبية قصيرة.

(ج) تكسير البارافينات
وفيها يتم تكسير البارافينات ذات الأوزان الجزيئية الكبيرة إلى جزيئات أصغر. وينطبق ذلك على الأرومايتات ذات السلاسل الطويلة.

(د) الهدرجة
وفيها يتم تحويل المركبات غير المشبعة إلى مركبات مشبعة بالهيدروجين

(7) وقد أدى التقدم في عمليات الإصلاح الحفزي إلى ولادة عدة عمليات للإصلاح، مثل الإصلاح الحفزي، والإصلاح المنصي، والإصلاح المدعم..، وكل هذه العمليات متماثلة والاختلاف بينها يقع في عدد المفاعلات وترتيبها.
في المرحلة الأولى: تتم عملية إصلاح حفزي للنافتا للحصول على مقطـرات إصلاحية. (اُنظر شكل إصلاح حفزى للنافتا)
في المرحلة الثانية: تتم عملية استخلاص للأرومايتات ب ت إكس من المقطرات المستصلحة. (اُنظر شكل فصل النافتا المنصلحة)
في المرحلة الثالثة: يتم فيها تقطير جزئي للأرومايتات ب ت إكس للحصول على البنزين والطولوين والزايلين كل على حدة. (اُنظر شكل فصل خليط الأروماتيات)

زائر

صناعة المواد البتروكيماوية الوسيطة
أولاً: مواد ناتجة من غاز التشييد

يلاحظ هنا أن غاز التشييد هو أهم منتج بتروكيماوي ينتج من الغاز الطبيعي. ويعدّ غاز التشييد المادة الأولية لمنتجات الأمونيا واليوريا والميثانول.
1. الأمونيا (النشادر)
أ. تعدّ صناعة الأمونيا واليوريا من الصناعات الرئيسة للصناعات النيتروجينية، وتمثل صناعة الأسمدة الأزوتية أهم منتجاتها.
ب. بعد الحرب العالمية الثانية، كان الاستخدام الأساس للأمونيا هو صناعة حامض النيتريك، وذلك بواسطة أكسدتها، ثم ازداد الطلب على الأمونيا في صناعة الاسمدة. تمثل الأمونيا أهم مصدر نيتروجيني لنمو النبات، ولذلك كان يتم ضخ الأمونيا السائلة أو محلولها المائي المخفف في التربة. ويتم حاليّا التوسع في إقامة مصانع إنتاج الأمونيا بمعدلات كبيرة في دول العالم. وقد وصل إنتاجها عام 1990 في الولايات المتحدة الأمريكية إلى 300 بليون رطل.
ج. تستخدم الأمونيا في تصنيع أنواع من الأسمدة النيتروجينية مثل نترات الأمونيوم وفوسفات الأمونيوم واليوريا.
د. تعدّ عملية "هابر" أهم عمليات إنتاج النشادر وأوسعها انتشارًا، إذ يتم فيها إمرار مخلوط من النيتروجين والهيدروجين بنسبة جزيئية 1 : 3 فوق حفاز من أكسيد الحديد المنشط في حرارة 475 - 550°م، وتحت ضغط 250 - 300 جو.
هـ. إنتاج حامض النيتريك : يتم إنتاج حامض النيتريك بأكسدة الأمونيا بالهواء في وجود حفاز من البلاتين والروديوم.
من أهم استخدامات حامض النيتريك إنتاج سماد نترات الأمونيوم ونيترة البارافينات والأروماتيات.
و. إنتاج الأمينات : تتفاعل الأمونيا مع الفورمالدهايد المائي لتكون الهكساميثيلين تترامين (هكسامين).
ومن أهم استخدامات الهكسامين صناعة لدائن الفينول - فورمالدهايد، وفي الصناعات الدوائية، وفي صناعة مفرقع RDX بواسطة النترتة.
وتتفاعل الأمونيا، أيضاً، مع هاليدات الألكيل لتكون أمينات أولية وثنائية وثلاثية. وفي الصناعة توجد عملية مستمرة لصناعة أحادي ميثيل الأمين، وثنائي ميثيل الأمين، وثلاثي ميثيل الأمين، بالتفاعل المباشر بين الأمونيا والميثانول في مفاعل نازع للماء، مثل السليكا والألومينا تحت ضغط 6 - 12 جو، وحرارة 380 - 450°م.

2. اليوريا
يتم صناعة اليوريا بتفاعل الأمونيا مع ثاني أكسيد الكربون، وتنتج اليوريا على مرحلتين:
أ. المرحلة الأولى: يتكون فيها كاربامات الأمونيوم، والتفاعل هنا طارد للحرارة، ولذلك يحتاج التفاعل لحرارة منخفضة، وضغط مرتفع نسبيّا، ولذلك تستخدم حرارة 180 - 200°م، وضغط 180 - 200جو، وتكون نسبة التحول إلى الأمونيا في الدورة الواحدة 35-40%، أما نسبة الأمونيا إلى ثاني أكسيد الكربون في التغذية فتصل إلى حوالي 3 : 1.
ب. المرحلة الثانية: تتحلل فيها كاربامات الأمونيوم إلى يوريا وماء عند 200°م. والتفاعل هنا ماص للحرارة. (اُنظر شكل عملية إنتاج اليوريا)
3. الميثانول
أ. يصنع الميثانول من غاز التشييد منذ عام 1923 بالطريقة نفسها التي ينتج بها اليوم. وتوجد مصانع الميثانول عادة بجوار مصانع اليوريا، وذلك لأن مصنع الميثانول يستخدم ثاني أكسيد الكربون الناتج من طريقة هابر للأمونيا. في هذه الحالة يتم تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الميثان والبخار فوق حفاز النيكل، لينتج كميات إضافية من أول أكسيد الكربون والهيدروجين، ثم السير قدمًا لاتحادهما لتكوين الميثانول، الذي يستلزم ضغوطًا مرتفعة جدّا حتى لا يرتد وينعكس التفاعل الأخير:

ب. أقيم أول مصنع لإنتاج الميثانول من غاز التشييد عام 1924 في ألمانيا بواسطة شركة باسف (BACF)، وقد استخدم في هذه الصناعة الضغوط العالية 3500 - 5000 باسكال، وحفاز النحاس والزنك؛ وفي السنوات التالية، طورت الحفازات لتخفيض الضغوط وتقليل تكاليف التشغيل. وفي الوقت الحالي، ظهرت حفازات متطورة من أكسيد النحاس والزنك، خفضت ضغوط التشغيل إلى 500 - 1500 بسكال في 90% من مصانع الميثانول.
ج. مازالت عملية تصنيع الميثانول مكلفة، وتجرى البحوث حاليّا لاكتشاف حفاز يسمح بتحويل الميثان مباشرة إلى ميثانول دون أن يرتد التفاعل. ومازال الأمل معقودًا لتحقيق تقدم في هذا المجال.
د. يشمل تصنيع الميثانول ثلاث خطوات رئيسة:
(1) الإصلاح البخاري للغاز الطبيعى، وإضافة ثاني أكسيد الكربون لتعديل نسبة أول أكسيد الكربون إلى الهيدروجين لتكون 2 : 1.
(2) الضغط من 500 إلى 1500 بسكال.
(3) محول حفزي لتكوين الميثانول.
(4) تنقية الميثانول وتقطيره.
ولحماية الكباسات في المصنع يتم تزويدها من الأمام بخط من الماء. يتم تسخين الغاز المكبوس، ومروره خلال مفاعل به رفوف عليها الحفازات، وفيما بينها مبدلات حرارية. التفاعل هنا طارد للحرارة، ونظرًا لحساسية التفاعل للحرارة يتم إزالة الحرارة بسرعة.
ويحتوى مخرج التفاعل على 5 - 20% ميثانول فقط، إذ أن عملية التحويل تتم في اتجاه واحد ببطء جدّا. بعد التبريد وخفض الضغوط يزال الميثانول السائل وتنقيته بالتقطير.
باقي غاز التشييد غير المتفاعل يتم تدويره إلى المفاعل مرة أخرى. (اُنظر شكل مخطط إنتاج الميثانول)
يتم الحصول على الميثانول بنقاوة 99% وينقل داخل حاويات مغلقة. حوالي 40-50% من الميثانول يتم تحويله إلى فورمالدهايد بأكسدته بالهواء

يعدّ الفورمالدهايد مكونًا مهمّا في صناعة اللدائن الأمينية والفينولية.
هـ. النمو المتزايد في استخدام الميثانول ليس في اتجاه صناعة البتروكيماويات، ولكن في اتجاه وقود السيارات، وذلك إما بتحويله إلى ميثيل رباعي بيوتيل الأثير MTBE، الذي يضاف للجازولين لرفع رقم الأوكتين أو يضاف الميثانول مباشرة للجازولين.
و. يضاف الميثانول بنسبة 10% إلى الإيثانول لأسباب سياسية حتى لا يستخدم الأخير في صناعة المشروبات الروحية، ذلك لأن الميثانول يسبب دوارًا وقيئًا وعمى إبصار وغيبوبة، ومن ثم يحد من تداول الإيثانول كمادة مسكرة.
ثانياً: مواد ناتجة من البارافينات
تعدّ الهيدروكربونات البارافينية من أحد المكوّنات الرئيسة للنفط، وهي بمثابة المواد الأولية الكبرى لتحضير البتروكيماويات. وتُعدّ البارافينات المصدر الرئيس لتحضير الأوليفينات بواسطة عمليات التكسير الحراري ونزع الهيدروجين.. وقد سبق الإشارة إلى عملية تحويل الميثان إلى غاز التشييد، وكذلك عملية تحويل البارافينات (ميثان، إيثان، بروبان) إلى أسيتيلين.
ويأتي بعد استعراض للتفاعلات المهمة للهيدروكربونات البارافينية : الأكسدة والكلورة والنترتة، والسلفو أكسدة والسلفو كلورة، وجميع هذه التفاعلات تنتج مواد كيماوية بالغة الأهمية، وحتى الآن لم تدخل هذه الصناعة في برامج البتروكيماويات بالمنطقة العربية.
1. أكسدة البارافينات
لم تلق عمليات أكسدة البارافينات إلا الاهتمام القليل، نتيجة بعض الصعوبات الفنية. وأولها ضرورة إجراء التفاعلات خارج حدود انفجار مخلوط الهيدروكربونات والهواء، ويستلزم ذلك استخدام كميات كبيرة من الهيدروكربونات أو من الهواء. وفي حالة استخدام فائض كبير من الهيدروكربونات يستلزم ذلك إعادة تدوير كميات كبيرة منها. وكذلك استخدام كميات كبيرة من الهواء مما ينتج عنه فقدان للنواتج الثانوية المتطايرة من مخارج الغازات.
ولذلك استبدل الهواء بالأكسجين حتى يسهل إزالة كميات كبيرة من الغاز الخامل (النيتروجين) المستخدم خلال هذه العملية الصناعية. وكللت هذه العملية بالنجاح.
المشكلة الثانية في أكسدة البارافينات هي تنوع نواتج الأكسدة، وفقدان كمية من الهيدروكربونات المستخدمة في صورة أول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون. كما أنه عندما تتكون منتجات عديدة يستلزم ذلك فصل المنتجات النقية، وذلك يتطلب تكاليف باهظة.
تتأثر أكسدة البارافينات بأية تغيرات طفيفة في العمليات الصناعية، مثل الحرارة، وزمن التفاعل، ووجود حفازات، مما يصعب فيه الإعادة التامة للعمليات الصناعية السابق تنفيذها.
2. هناك بعض القواعد العامة الخاصة بأكسدة البارافينات، وهي:
أ. تتفاعل البارافينات مع الأكسجين صناعيّا في حرارة 250°م، وأعلى من ذلك.

ب. الميثان هو الأكثر صعوبة في الأكسدة، كما أن عمليات الأكسدة تسهل كلما طالت السلاسل الكربونية للبارافينات.
ج. تتم الأكسدة من خلال ميكانيكية الشوارد الحرة.
د. نواتج أكسدة البارافينات هي الكحولات، والألدهيدات، والحموض العضوية

هـ. عادة ما يحدث تكسير للسلاسل الكربونية والبارافينات العليا، وينتج عنها نواتج أكسجينية ذات سلاسل كربونية أقل.
و. لمنع الأكسدة الزائدة للبارافينات يلزم انخفاض في سرعة التفاعل وكذلك في زمن التلامس.
ز. تستخدم في الأكسدة حفازات من أكاسيد المعادن مثل خامس أكسيد الفانديوم.
ح. إضافة بيروكسيدات لتوليد الشوارد الحرة تخفض حرارة التفاعل التي تحدث فيها الأكسدة كما أنها تزيد من سرعة التفاعل.
3. كلورة البارافينات
يتم كلورة البارافينات في الحالة السائلة، أو الغازية مع وجود حفاز أو بدونه. وللأشعة فوق البنفسجية تأثير كبير في إثارة تفاعلات الكلورة، كما أنها تسمح باستخدام حرارة أقل انخفاضًا. تشمل الحفازات الفعالة في كلورة البارافينات: اليود، وثالث كلوريد الفوسفور، وثالث كلوريد الأنتيمون.
وتبدأ عملية الكلورة بميكانيكية الشقوق الحرة عند كلورة الميثان في وجود الأشعة فوق البنفسجية، إذ تسبب هذه الأشعة تفكك جزئي الكلور إلى ذرتين، كلور تعمل كل ذرة منهما على حث تفاعل متسلسل.
وعند كلورة الميثان يتكون أولاً كلوريد الميثيل CH3CI، الذي يتفاعل مع ذرة كلور أخرى، وينتج كلوريد الميثيلين CH2CI2، الذي يتحول إلى كلور وفورم CH CI3، ثم في النهاية إلى رابع كلوريد الكربون CCI4. هناك صعوبة في التحكم في تفاعل الكلورة. ولذلك يتم تصميم عمليات الكلورة في الصناعة، بغرض تحضير منتجات أحادية الكلور باستخدام كميات كبيرة من البارافين.
هناك محاذير في استخدام مخاليط الهيدروكربون والكلور، لأنها تميل للتفاعل بانفجار، ولذلك يلزم الاهتمام بعدم إجراء هذا التفاعل في حدود الانفجار.

4. نترتة البارافينات
في الماضي كان الاهتمام بالنيتروبارافينات معمليّا حتى عام 1935م عندما اكتشفت طريقة لتحضيرها بالنترتة المباشرة للهيدروكربونات البارافينية في الحالة الغازية. في حالة نترتة بارافين النونان في الحالة السائلة تم الحصول على ناتج بنسبة 76% يحتوي على مركبات أحادية النيترو ومركبات متعددة النيترو. غير أن عمليات النترتة كانت مصحوبة بقدر كبير من الأكسدة، وتحول كميات كبيرة من حامض النيتريك (المستخدم في النترتة) إلى نيتروجين، وبالتالي فقدان قدر كبير من الحامض، علاوة على تكون كميات كبيرة من مركبات متعددة النيترو. وقد أمكن التغلب على ذلك بإجراء التفاعل في الحالة الغازية في حرارة 400 -500°م. أهم النيتروبارافينات نيتروميثان CH3NO2 ونيتروإيثان CH3CH2NO2 التي تستخدم في تحضير الأمينات.
5. سلفوكلورة البارافينات
تتفاعل البارافينات مع ثاني أكسيد الكبريت والكلور، أو مع كلوريد السلفوريل في وجود الضوء أو مواد باعثة للشقوق الحرة لإنتاج ألكيل كلوريد السلفونيل بكميات كبيرة. ويسمى هذا التفاعل تفاعل ريد Reed Reaction. .

ومثل تفاعلات الكلورة والنترتة نجد أن تفاعلات السلفو كلورة تنتج خليطًا من أيزوميرات كلوريد السلفونيل نظرًا لأن هذا التفاعل يتم عشوائيّا على طول السلسلة الكربونية للهيدروكربون البارافيني، كما أن عملية كلورة أخرى تتم في السلسلة الكربونية نفسها.
باستخدام الأشعة فوق البنفسيجية الصادرة من المصابيح الزئبقية أو بتعريض التفاعل للضوء الشديد المتوهج، يزداد تفاعل السلفوكلورة، ويقل تفاعل كلورة السلسلة الكربونية. ولتقليل تفاعل الكلورة يجرى تفاعل السلفوكلورة في حرارة الغرفة، وباسـتخدام ثاني أكسيد الكبريت بزيادة 10 - 30%.
يمكن أن يتم تفاعل السلفوكلورة، أيضًا، باستخدام أشعة جاما. كما يمكن أن يتم تفاعل السلفوكلورة في غير وجود الضوء باستخدام حفازات عضوية مثل الديازوميثان ومركبات الآزو والبيروكسيدات العضوية.
من الناحية العملية لا يمكن منع تكوين مركبات السلفوكلورة الثنائية والعديدة، ولكي يتم تقليلها يجرى التفاعل جزئيّا.
يتم تفاعل سلفوكلورة البارافينات الطبيعية بسلاسة ومعدل عالٍ. وفي حالة الأيزوبارافينات تزداد نسبة الكلورة الثانوية في السلسلة الكربونية.
بارافينات كلوريد السلفونيل الناتجة من تفاعل السلفوكلورة تسمى ميرزولات Mersolates. ويتم تصبينها بالصودا الكاوية للحصول على منظفات صناعية أنيونية RSO3 Na.
6. سلفو أكسدة البارافينات
اكتشفت سلفو أكسدة البارافينات بواسطة العالم بلاتز Blatz، الذي تمكن من مفاعلة البارافينات مع ثاني أكسيد الكبريت والأكسجين في وجود الضوء والحفازات العضوية مثل البروكسيدات للحصول على حموض السلفونيك. يتم سلفو أكسدة البارافينات السائلة في الظروف العادية باستخدام الأشعة فوق البنفسجية أو أشعة جاما أو البيروكسيدات. وتتم هنا عملية السلفنة في أي موقع على السلسلة الكربونية.

يتم تصبين حموض السلفونيك للبارافينات بواسـطة الصودا الكاوية للحصـول على منظفات صناعية أنيونية RSO3 Na.
نجح الباحث المصري الدكتور/ عبد الفتاح محسن بدوي، أستاذ البتروكيماويات بمعهد بحوث البترول المصري، في تطبيق عمليات السلفوكلورة، والسلفو أكسدة على بارا فينات من خام زيت مرجان المصري، وقد أشاد العالم الألماني كونيك Konnecke بهذا البحث ووصفه بأنه عمل دقيق بذلت فيه عناية فائقة. (اُنظر شكل جهاز السلفوكلورة المعملي) ويوضح الشكل عملية سلفوكلورة بارافين مرجان التي أجراها الباحث المصري معمليّا.

7. أزمرة البارافينات
أ. هذه العملية من أهم استعمالاتها أزمرة البيوتان العادي والبنتان العادي إلى الأيزوبيوتان والأيزوبنتان على التوالي:

ب. المعروف أن البيوتان المتفرع (الأيزوبيوتان) يستعمل كمادة تغذية لعملية الألكلة Alkylation. ألكلة الأيزوبيوتان والأيزوبيوتين تعطي الأيزوأكتان صاحب الرقم الأوكتيني 100 هذا بالإضافة إلى أن الأيزوبيوتان يضاف إلى الجازولين المستعمل كوقود للسيارات لرفع بخريته Volatility، ورقمه الأوكتيني. أما الأيزوبنتان فإنه صاحب رقم أوكتيني مرتفع، ويعدّ من مكونات الجازولين الجيد، الذي يستعمل كوقود للسيارات والطائرات، فإذا استعملت عملية الأزمرة للبارافينات ذات ذرات الكربون £ 5 فإن الهدف سيكون إنتاج وقود له رقم أوكتيني مرتفع. كذلك يمكن أزمرة البنتان العادي ليعطي الأيزوبنتان الذي يعدّ المادة الأولية في إنتاج الأيزوبرين، والذي يمكن بلمرته لينتج مطاط الأيزوبرين.
ج. يستعمل في الأزمرة حفاز ثالث كلوريد الألومنيوم اللامائي AICI3، وقد تستعمل حفازات أخرى مثل برومين الألومنيوم أو ثاني كلوريد الزنك. وتجرى عملية الأزمرة في الحالة السائلة أو البخارية. وفي الحالة السائلة تستخدم درجات حرارة منخفضة من - 20 إلى 50°م، بينما تستعمل في الحالة الغازية درجات حرارة تتراوح ما بين 160 إلى 200°م. وحينما يكون الهيدروكربون العادي المراد أزمرته محتويًا على خمس ذرات كربون فأكثر فإن عملية الأزمرة يلزمها استعمال ضغط أعلى من الضغط الجوي، وذلك لكبح جماح تفاعل التكسير؛ لأن التكسير يزداد بازدياد عدد ذرات الكربون في سلسلة الجزيء بميكانيكية أيون الكربونيوم.
ثالثاً: مواد ناتجة من الأوليفينات
لا توجد الأوليفينات في النفط أو الغاز الطبيعي، ولكنها تتكون كناتج ثانوي بواسطة التكسير الحراري لمقطرات النفط. ويتم إنتاج الأوليفينات بكميات كبيرة عند عمليات تصنيع الهيدروكربونات من أول أكسيد الكربون والهيدروجين. وتعدّ هذه العمليات مصدرًا مهمّا للأوليفينات الأوليفينات الناتجة من ذلك لها روابط مزدوجة طرفية تجعلها مرغوبة في الاستخدام ككيماويات وسيطة لعدة صناعات.
هناك عدة تفاعلات رئيسة مهمة للأوليفينات: الهيدرة، الأكسدة، الكلورة، البلمرة، وذلك لكي تكون كيماويات تجارية مهمة من الكحولات والأكاسيد العضوية والمركبات الكلورية والبوليمرات.
1. الإيثانول C2H5 OH
أ. ينتج الإيثانول أساسًا بواسطة تخمر المولاس في عدة دول. وفي بعض الدول ينتج الإيثانول بواسطة هيدرة الإيثيلين في وجود حفاز. وعملية الهيدرة تتم إما في الحالة السائلة أو الحالة البخارية.
هيدرة الإيثيلين في الحالة السائلة: ويتم فيها دفع الإيثيلين في حامض الكبريتيك المركز، الذي يمتصه في تفاعل طارد للحرارة. في الخطوة التالية يتم تحلل المخلوط الناتج ليتكون إيثانول وحامض طبقًا للتفاعل الآتى:

يعمل حامض الكبريتيك في هذا التفاعل كحفاز، ويتم التفاعل في درجة الحرارة العادية، ويزيد الضغط امتصاص الإيثيلين في حامض الكبريتيك. يتم تفاعل الامتصاص داخل برج التفاعل، وينتهي بخروج النواتج إلى وحدة التحلل ليتكون الإيثانول.
في التفاعل يمتص حامض الكبريتيك تركيز 95% حوالي 1.2 جزئي إيثيلين لكل جزيء حامض، والوقت اللازم للتفاعل هو أربع ساعات. في الصناعة يكون زمن الامتصاص في 98% حامض كبريتيك مركز حوالي 1 - 1.5 ساعة، ويكون للضغط الجزئي للإيثيلين تأثير على التفاعل بحيث يحتفظ بالضغط عند 20 بار.
المرحلة الثانية من التفاعل تلي الامتصاص، وفيها تبدأ عملية التحلل. يحتاج الامتصاص هنا إلى حرارة أعلى تصل إلى 90 - 100°م، وزمن التفاعل يكون أطول إذا كان التخفيف عاليًا. يتم معادلة المخلوط وتقطيره في برج التقطير، ويكون أول ناتج في قمة البرج هو خليط من الأثير وكحول إيثيلى 60% وماء. ولتركيز الكحول يستخدم برجين أو ثلاثة أبراج للتقطير. أما متبقي الحامض في البرج فيتم تركيزه وإعادة تدويره. عادة ما يتم الحصول على كحول إيثيلى تركيز 95% في هذه العملية. أما الكحول الإيثيلي المطلق فيتم الحصول عليه بواسطة تقطير أزيتروبي مع البنزين.
ب. الهيدرة المباشرة للإيثيليين:
توجد بعض المصاعب الفنية في التعامل مع حامض الكبريتيك في الطريقة السابقة، منها تنقية الإيثانول. وقد تطورت هذه الطريقة باستخدام الهيدرة المباشرة للإيثيلين. أحسن حفاز للهيدرة المباشرة هو حامض الفوسفوريك المحمل على قاعدة سليكا ـ ألومينا.
تلعب نسب المواد المتفاعلة والضغط والحرارة دورًا مهمّا في تحديد الناتج. وأحسن ناتج يتم في زمن تلامس 18 - 20 ثانية، وتكون نسبة الماء إلى الإيثيلين حوالي 0.6 - 0.7. ويكون الناتج نسبة ضئيلة من الإثير والألدهيد. ولكن أعلى نسبة ناتج تكون عادة في اتجاه الكحول النقي.
لتصنيع الكحول الإيثيلي في هذه العملية يتم هنا تسخين خليط من الإيثيلين والبخار، ثم يدفع هذا الخليط إلى مفاعل يحتوي على حفاز محمل فوق طبقة ثابتة. ثم يتم السماح لمواد التفاعل بالتبادل الحراري، إذ يتم بعدها إزالة باقي غازات الإيثيلين من الكحول السائل بواسطة فاصل غازي، بعد ذلك يتم دفع الإيثانول نحو التقطير، إذ تمزج الغازات مع الماء لاستخلاص أبخرة الإيثانول، ثم يتم التقطير المشترك مع محلول الإيثانول في الماء للحصول على إيثانول تركيز 95%. (اُنظر شكل إنتاج الايثانول من الإيثيلين)

2. أكسيد الايثيلين
أ. أصبح أكسيد الإيثيلين مادة كيماوية مهمة بعد أن أصبحت عملية الأكسدة المباشرة للإيثيلين صناعية عام 1950. يقـدر إنتاج أكسيد الإيثيلين في العالم عام 1983 بحوالي 8.09×610 أطنان منها حوالي 47% يتم إنتاجه في الولايات المتحدة الأمريكية.
ب. تعدّ الطريقة الحديثة لإنتاج أكسيد الإيثيلين ثورية، إذ تشتمل على خطوة واحدة في التفاعل يتم فيها أكسدة مباشرة للإيثيلين فوق حفاز الفضة. ونظراً لأن الإيثيلين قابل للانفجار لذلك تتم أكسدته خارج حدود الانفجار ويتم التفاعل كالآتي:

يتم في هذه العملية إزالة الحرارة الزائدة لضبط التفاعل؛ ولذلك يتم إعادة تدوير التفاعل عدة مرات. أغلب الصناعات الحديثة تعتمد على هذه التكنولوجيا. ومن الشائع إضافة وحدة لإنتاج جلايكول الإيثيلين Ethylene glycol إلى صناعة أكسيد الإيثيلين. (اُنظر شكل إنتاج أكسيد وجلايكول الإيثيلين)
ج. تبدأ صناعة أكسيد الإيثيلين بخليط من الإيثيلين تركيز 95% وأكسجين جاف يتم إمراره فوق حفاز الفضة في مفاعل متعدد الأنابيب. يصل ضغط التفاعل إلى حوالي 1 - 3 مللي بسكال، والحرارة حوالي 200-300°م. يتم هنا امتصاص الأكسجين على أسطح الفضة، إذ يثار التفاعل بالشقوق الحرة.
وينفجر خليط الإيثيلين والهواء إذا زاد تركيز الإيثيلين من 1.7 الى 78% حجمًا عندما تنخفض الحرارة من 540°م الى 460°م. وجود الأكسجين يزيد من حدود الانفجار للإيثيلين.
د. في العملية الصناعية هالكون Halcon يتم إنتاج أكسيد الإيثيلين بخليط من 15% إيثيلين مع 7% أكسجين، والباقي نيتروجين. تقوم شركة شل Shell لإنتاج أكسيد الإيثيلين باستخدام خليط من 30% إيثيلين مع 8% أكسجين (الحفاز عادة يكون 8% فضة منشطة بواسطة السزيوم والبوتاسيوم المحملة على حبيبات الألومينا). يستخدم هنا غاز خامل أو نيتروجين لتخفيف تيار الأكسجين، وذلك بتعديل إعادة دوران الغازات، والتي يكون التركيز فيها عاليًا. الصناعة التي تعتمد على الهواء يستخدم فيها النيتروجين للتخفيف. أما الصناعة التي تعتمد على الأكسجين فيستخدم فيها الميثان.
هـ. جلايكول الإيثيلين: يتم صناعة أحادي وثنائي وثلاثي جلايكول الإيثيلين بتحلل أكسيد الإيثيلين في الماء تحت درجة حرارة 70°م تحت الضغط الجوي، وطبقًا لنسب الماء كالآتي:

و. الإيثانولامينات: يتفاعل أكسيد الإيثيلين مع الأمونيا لينتج مخلوطًا من أحادي وثنائي وثلاثي إيثانولامين كالآتي:

جميع الإيثانولامينات تستخدم في امتصاص ثنائي كبريتيد الهيدروجين، وثاني أكسيد الكربون علاوة على استخدامها في صناعة المنظفات الصناعية والمذيبات.
3. كلورة الإيثيلين
أ. التفاعل العادي بين الإيثيلين والكلور يتم بإضافة الكلور إلى الرابطة المزدوجة، ولكن في الحرارة العالية يقوم الكلور باستبدال الهيدروجين. ففي حرارة فوق 400°م، نجد أن الإيثيلين مع الكلور بنسبة جزئية 5 : 1 يتحول إلى فينيل كلوريد.

أما كلورة الإيثيلين بالإضافة، فتعطي ثنائي كلوريد الإيثيلين EDC (Ethylene Dichloride)، وهو مذيب معروف.

ب. هذا التفاعل يتم في حرارة منخفضة، ويتم عادة في الحالة السائلة، وفي وجود مذيب خامل. التفاعل هنا طارد للحرارة، ولكي يتم منع تكوين منتجات عالية يفضل تبريد خليط التفاعل لمنع ارتفاع الحرارة أكثر من 25°م. تستخدم كلوريدات الفلزات مثل كلوريد الحديديك FeCl3 كحفاز للتفاعل ليمنع حدوث التفاعل بالاستبدال، ويجعله يتم بالإضافة في حرارة منخفضة.
ج. في الصناعة يتم الإنتاج التجاري لثاني كلوريد الإيثيلين بإجراء التفاعل في الحالة الغازية بين الإيثيلين والكلور في مفاعل أنبوبي باستخدام كلوريد الألومنيوم AlCl3 أو كلوريد الحديديك FeCl3 كحفاز. درجة الحرارة تتراوح ما بين 15°م في المدخل إلى 135°م في المخرج، ويتم التفاعل في ضغط الجو، ثم يتم فصل ثاني كلوريد الإيثيلين بالتقطير الجزئي للحصول عليه بصورة نقية ودرجة غليان 83.7°م.
يستخدم ثاني كلوريد الإيثيلين EDC كمذيب، وكمادة وسيطة لإنتاج مونومر فينيل كلوريد Vinyl Chloride Monomer VCM، وذلك بتسخين ثاني كلوريد الإيثيلين في حرارة 600°م ليفقد جزيء كلوريد هيدروجين مكونا كالآتي:

يتفاعل مونومر فينيل كلوريد مع الكلور بالإضافة ليكون 1، 1، 2 - ثلاثي كلوريد الإيثان، وبكلورة أخرى يكون رابع كلوريد الإيثان، ثم خامس كلوريد الإيثان، وأخيرًا سادس كلوريد الإيثان.
رابع كلوريد الإيثان في حرارة 600°م يفقد جزئي كلوريد هيدروجين مكوّنًا ثالث كلوريد الإيثيلين المذيب الصناعى، المعروف والمستخدم في عمليات التنظيف الجاف للملابس، وفي إزالة الشحوم من المعادن.

استطاعت شركة دي بونت الأمريكية إزالة كلوريد الهيدروجين من رابع كلوريد الإيثان في حرارة 300°م، وذلك باستخدام كلوريد الباريوم BaCl2.
تحضير ثالث كلوريد الإيثيلين من الإيثيلين، يحتاج إلى ستة ذرات كلور، في حين أن تحضيره من الأسيتيلين يحتاج إلى أربع ذرات كلور فقط، ولذلك يفضل استخدام الطريقة الأخيرة في الصناعة.
د. مونومر فينيل كلوريد VCM: يتم تحضير VCM في الصناعة بالعمليات المشتركة للأوكسي كلورة، والكلورة المباشرة للإيثيلين. (اُنظر شكل مصنع ثنائى كلوريد الإيثيلين)
4. البيوتاديين CH2=CH-CH=CH2
مركب 1، 3 - بيوتاديين يعدّ أوليفين ثنائي، وهو المكون الرئيس للمطاط الصناعي، ويتم تصنيعه إما من الكحول الإيثيلى أو من الإيثيلين أو البيوتان. صناعة البيوتاديين من الإيثيلين هي الأكثر اقتصاديا حيث يتم بلمرة الإيثيلين إلى بيوتايلين ثم يتبعها عملية نزع الهيدروجين أو يتم نزع الهيدروجين من البيوتان للحصول على البيوتاديين.

يتم الحصول على أغلب البيوتاديين في الصناعة بالإزالة الحفزية للهيدروجين من البيوتايلين الطبيعي، الذي ينتج من التكسير الحراري للهيدروكربونات عالية الوزن الجزئي، أو بواسطة نزع الهيدروجين من البيوتان الطبيعي n-butane، وهذه العملية تتم في مرحلة واحدة على طبقات ثابتة أو سائلة. (اُنظر شكل إنتاج البيوتاديين من البيوتان)

رابعاً: مواد ناتجة من الأروماتيات
عدم ثبات الإلكترونات المرتبطة بحلقة البنزين تجعل الهيدروكربونات الأروماتية تتميز بخصائص كل من المركبات المشبعة، والمركبات غير المشبعة، مما يجعل حلقة البنزين تتفاعل مثل البارافينات بواسطة الإحلال تحت ظروف معينة، وتتفاعل بالإضافة مثل الأوليفينات تحت ظروف خاصة.
1. أكسدة الأروماتيات
البنزين: يتم أكسدة البنزين إلى فينول دون فتح الحلقة كالآتي:

يستخدم في الأكسدة حفازات مثل أكسيد الفاناديوم V2O5، وأكسيد التنجستين WO3، وأكسيد الموليبدنيوم MoO3 والبلاتين. ويتم التفاعل في حرارة 300-400°م تحت ضغط مرتفع 150-200 بار، مع استخدام الهواء أو الأكسجين. هذا التفاعل ليس له أهمية صناعية، ولكن تفاعلات فتح حلقة البنزين لتكون أنهيدريد المالييك هي الأكثر أهمية، ويتم ذلك بأكسدة البنزين بالهواء، وهي من أقدم الطرق الكيماوية، ومازالت تطبق حتى الآن كالآتي:

يتم إجراء هذا التفاعل في مفاعل باستخدام أكاسيد الفاناديوم والموليبدنيوم في حرارة 380°م وتحت ضغط طبيعى، ويصل الناتج إلى 65-70%. (اُنظر شكل مصنع إنتاج أنهيدريد المالييك)
2. كلورة البنزين
أ. يعدّ أحادي كلورو بنزين من مركبات البنزين المعروفة، ويتم تحضيره بواسطة عمليات متقطعة أو عمليات مستمرة. أما في ثاني كلورو بنزين، فيكون وضع ذرتي الكلور في الوضع أرثو أو الوضع بارا، وذلك عند زيادة عملية الكلورة، والتي تعتمد على زمن التفاعل والحرارة والعامل الحفاز.

ب. ظروف التفاعل
· الحرارة: 80 – 100°م
· الضغط: عادي
· العامل الحفاز: كلوريدات الألومنيوم، الحديد، القصدير
ويتم إنتاج 80% من أحادي كلورو بنزين في تفاعل الإحلال الموضح بعاليه، وباقي الناتج يتكون من ثنائي كلورو بنزين. الاستخدام الرئيس لأحادي كلورو بنزين هو في صناعة الفينول والإيثيلين، والاستخدامات الأخرى تشمل صناعة البولي كلوروبنزين والنيترو بنزين.
3. الفينول
يتم إنتاج الفينول عادة بواسطة طريقة راشيج Raschig Process، إذ يتم تحضير الكلورو بنزين من البنزين وحامض الهيدروكلوريك والهواء، وفوق كلوريد النحاس كحفاز يتلوها تحلل الكلورو بنزين إلى الفينول بواسطة البخار. (اُنظر شكل إنتاج الفينول من البنزين)

4. ألكلة الأروماتيات
ألكلة الأروماتيات ذات أهمية كبرى لتحضير إيثيل البنزين، وتحضير دوديسيل بنزين.
أ. إيثيل البنزين
يتم تحضير إيثيل البنزين بتفاعل الإيثيلين مع البنزين في وجود كلوريد الألومنيوم أو حامض الفوسفوريك كعامل حفاز. يتم إدخال خليط من البنزين الجاف والإيثيلين (بنسبة جزيئية 1 : 0.6) في داخل برج الألكلة تحت ضغط جوي. يتم إضافة كمية قليلة من كلوريد الإيثيل ethyl chloride إلى الإيثيلين كمصدر لكلوريد الهيدروجين لتنشيط العامل الحفاز (كلوريد الألومنيوم). يتم التغذية بحبيبات كلوريد الألومنيوم من أعلى البرج بمعدل ثابت. ويلزم هنا رطل كلوريد ألومنيوم لإنتاج 75-100 رطل إيثيل بنزين. يتم غسيل إيثيل البنزين بواسطة 50% هيدروكسيد صوديوم، ثم يقطر ويستخدم في تحضير الإستايرين.

ب. الإستايرين
يستخدم إيثيل البنزين كمادة وسيطة لتحضير الإستايرين. ويتم ذلك بعملية إزالة الهيدروجين من إيثيل البنزين باستخدام عامل حفاز مكون من أكاسيد الزنك والكروم والحديد والماغنسيوم فوق فحم منشط أو ألومينا. يتم هنا تسخين إيثيل البنزين في حرارة 520°م، ويخلط في مفاعل مع بخار عالي السخونة حرارته 710°م (2.5 رطل بخار لكل رطـل إيثيل بنزين)، ثم يمرر المخـلوط في مفاعل يحتوي على العـامل الحفاز، ويحتفظ بحرارة المفـاعل عند 630°م، إذ يتكون الإسـتايرين بنسبة 35-40%. (اُنظر شكل مصنع إنتاج الإستايرين) و(صورة مصنع بوليسار)
ج. دوديسيل بنزين
يتم ألكلة البنزين بواسطة أوليفينات طويلة السلسلة مثل الدوديسين. ويتم تكوين الدوديسين بواسطة البلمرة الرباعية للبروبلين التي تكون البروبلين رباعى البلمرة Propylene tetramer كالآتي:

قام العالمان ايفرنج وبيترز Evering & Peters ببلمرة البروبلين بواسطة عامل حفاز مكون من فلوريد الهيدروجين وثالث فلوريد البورون HF-BF3 في حرارة 40-60°م، وتحت ضغط مناسب للاحتفاظ بالحالة السائلة، مع استخدام كميات كبيرة من البروبان كوسيط لتخفيف التفاعل، وأمكن الحصول على كميات كبيرة من الأوليفينات ذات سلسلة كربونية من 12 إلى 15 C12-C15 .

قام كذلك العلماء الثلاثة فونتانا وأوبلاد وكيدير Fontana, Oblad , Kidder بتحضير البروبلين رباعى البلمرة بكميات كبيرة باستخدام عامل حفاز مكوّن من فلوريد الهيدروجين وثالث بروميد الألومنيوم
HBr-AlBr3، واستخدام البروبان كمذيب لتخفيف وسط التفاعل. وأجرى التفاعل في حرارة - 40 إلى 26°م لإنتاج البروبلين رباعي البلمرة. يستخدم البروبلين رباعي البلمرة في ألكلة البنزين كالآتي:

لقد وجد أن كلاّ من كلوريد الهيدروجين أو فلوريد الهيدروجين أو حامض الكبريتيك كلها عوامل حفازة جيدة لإتمام عملية ألكلة البنزين، باستخدام نسبة معينة من البنزين والبروبلين رباعي البلمرة، يعطي حامض الكبريتيك كميات كبيرة من دوديسيل البنزين أكثر من استخدام فلوريد الهيدوجين أو كلوريد الهيدروجين، إلا أن الناتج يكون ملوثاً بواسطة أوليفينات غير مرغوبة يصعب إزالتها.
يعدّ فلوريد الهيدروجين حفازًا ممتازًا لألكلة البنزين في حرارة 5-10°م.
دوديسيل البنزين من الكيماويات الوسيطة المهمة في تحضير المنظفات الصناعية، وذلك بواسطة عمليات السلفنة والتعادل.
5. نترتة الأروماتيات
أ. نترتة البنزين
يتم تحضير النيتروبنزين بواسطة النترتة المباشرة للبنزين بواسطة مخلوط من حامض النيتريك في مفاعل ثم يضاف إليه مخلوط مكون من 55% حامض كبريتيك، 35% حامض نيتريك، 8% ماء، وذلك من تحت سطح البنزين في حرارة 50 – 55°م، ويستغرق التفاعل 2 - 6 ساعات.
يتم دفع مخلوط التفاعل إلى حوض الفصل، إذ يتم سحب النيتروبنزين الخام وغسله لإزالة أي بقايا حموض ثم تجفيفه وتقطيره. أغلب النيتروبنزين المتكون يحول إلى أنيلين بواسطة الهدرجة الحفزية في وجود الحديد والماء.. كالآتي.

ب. نترتة الطولوين
نترتة الطولوين من العمليات المهامة لتحضير المفرقع المعـروف باسـم ثلاثي نيترو الطولوين (ت ن ت) T.N.T Trinitro toluene. ويتم ذلك في عدة خطوات. كل خطوة تتطلب حرارة عالية وحموضًا أكثر تركيزًا.
الخطوة الأولى في عملية النترتة تتم في حرارة 30 - 50°م باستخدام مزيج مكون من حامض كبريتيك 59% وحامض نيتريك 24% وماء 17%.
نواتج التفاعل المكونة من الأورثونيتروطولوين والبارا نيتروطولوين يتم نترتتها مرة أخرى للحصول على ت ن ت باستخدام مزيج مكون من حامض نيتريك أعلى تركيزاً وماء أقل وحرارة 70°م.

زائر

صناعة المواد البتروكيماوية النهائية
تنتج البتروكيماويات النهائية باستخدام واحد أو أكثر من البتروكيماويات الأساسية و/أو الوسيطة، ومن أمثلتها في مجال صناعة البلاستيك (الترموبلاستيك) البولي إيثيلين والبولي بروبلين والبولي فينيل كلوريد، والبولي إستايرين.
أولاً: البولي إيثيلين CH2-CH2- n
1. يستهلك 50% من إنتاج الإيثيلين في العالم في إنتاج البولي إيثيلين. وقد تم اكتشاف هذا البوليمر عام 1932، وسمي بالبولي إيثيلين منخفض الكثافةPELD، أو البولي إيثيلين عالي الضغط، لأنه يحضر عند ضغوط في حدود 1500 ضغط جوي، وعند 200°م، وتسير البلمرة بميكانيكية الشقوق الحرة، إذ تضاف مركبات قادرة على تكوين شقوق حرة، مثل البيروكسيدات أو الهيدروبيروكسيدات أو الأكسجين نفسه.
يتكون البوليمر من سلاسل مستقيمة متوازية يقطعها وصلات عرضية Cross linked، لذلك يسمى البولي إيثيلين منخفض الكثافة، إذ تبعد الوصلات العرضية السلاسل عن بعضها، كما أن لهذا النوع من البولي إيثيلين نسبة تبلورCrystallinity منخفضة.
2. في عملية إنتاج البولي إيثيلين منخفض الكثافة، يدفع الإيثيلين إلى ضغط التفاعل، وذلك بواسطة عدة مكابس تتطلب فيما بينها عمـليات تبريد. يتم إدخال الإيثيلين المكبوس والحفاز إلى مفاعل أوتوكلاف Autoclave ترفع فيه درجة الحرارة والضغط لتتم عملية البلمـرة. يسحب البولي إيثيلين النـاتج بانتظام ثم يبرد، ويحول لحبيبات جافة، في الوقت الذي يتم فيه فصل باقي الإيثيلين، الذي لم يتبلمر، ويعاد تدويره في الكباسات. (اُنظر شكل مصنع بولى إيثيلين منخفض الكثافة)
3. أما البولي إيثيلين مرتفع الكثافة PEHD أو منخفض الضغط، فقد اكتشف عام 1945، وهو يخلو من الوصلات العرضية، ونسبة التبلور فيه عالية.
ويتم تحضيره عند ضغط في حدود 2 جو، مما يجعل هذه العملية اقتصادية للغاية، وتستخدم درجات حرارة ما بين 50 - 70°م أي أوطأ من درجة انصهار البوليمر نفسه، كما يستعمل زمن تلامس ما بين 1 - 4 ساعة، ويمكن التحكم في الوزن الجزيئ للبوليمر بالتحكم في ظروف التفاعل.
تسمى عملية إنتاج البولي إيثيلين عالي الكثافة بعملية زيجلر Zeigler، إذ يستعمل حفاز زيجلر المكوّن من ناتج تفاعل أحد مركبات فلز انتقالي، مثل رابع كلوريد التيتانيوم TiCl4 مع مركب عضو فلزي Organometallic مثل داي إيثيل ألومنيوم مونو كلوريد Diethyl Aluminium Monochloride.
وهناك طريقة أخرى لإنتاج بولي إيثيلين عالي الكثافة تستخدم فيها حفازات أكسيدية من أكاسيد الفلزات مثل أكسيد الكروم المحمل على سيليكا أو سيليكا ألومينا، والتي يضاف إليها بعض المنشطات من أكاسيد الفلزات الأخرى مثل أكسيد الحديد وأكسيد النحاس وأكسيد الباريوم.
في هذه العملية تستعمل ضغوط في حدود 40 جو، وحرارة 125-160°م، ويضاف الحفاز بنسبة ½ %..
وفي عمليات الإنتاج، يتم تحضير الحفاز في غرفة مستقلة، تمد المفاعل بكميات صغيرة من الحفاز المذاب في مذيب الهكسان الحلقي Cyclohexane. كما يغذى المفاعل بإيثيلين شديد النقاوة ليعطي ضغطًا من 1 - 6 جو، وتكون درجة حرارة المفاعل 50 - 70°م. يتكون البولي إيثيلين عالي الكثافة، ثم يسير إلى مبخر المذيب، ويترسب البوليمر الصلب. (اُنظر شكل مصنع بولى إيثيلين مرتفع الكثافة) و(صورة مصنع هوكست سيلانيز)
4. يعدّ البولي إيثيلين واحدًا من أهم البوليمرات الذي يزداد إنتاجه عامًا بعد عام، وهو مادة ثرموبلاستيكية Thermoplastic ذات لون أبيض ونقطة ليونة Softening point تساوي 120 - 125°م". (اُنظر جدول الطلب العالمي على البولي إيثيلين) و(جدول تطور الطلب العالمي على البولي إيثيلين) و(جدول التوزيع الجغرافي للطاقات الإنتاجية للبولي إيثيلين).
وللبولي إيثيلين مقاومة كيماوية عالية وقوة ميكانيكية، ومقاومة للتجمد، ومقاومة للنشاط الإشعاعي، ومقاومة لنفاذية الغازات والرطوبة. ويمتاز بوزنه الخفيف، كما أنه لا يحتوي على أي سمّيّة.

ثانياً: البولي بروبلين
عندما نضجت تكنولوجيا البولي بروبلين PP في أواخر عام 1950، أسرعت الصناعات الكيماوية بحصاد التطبيقات العديدة لهذا المنتج الثرموبلاستيكى Thermoplastic، نظرًا لسهولة تشكيله أو دفعه وكذلك لقدرته على تقبل الألوان.
تشبه مصانع إنتاج البولي بروبلين إلى حد كبير مصانع إنتاج البولى إيثيلين عالي الكثافة، بل إنه يمكن استخدام المصانع نفسها في الإنتاج. التغذية هنا تتم بواسطة بروبلين عالي النقاوة. كما أن مصانع إنتاج البولي بروبلين مزودة بوحدات إضافية لإزالة البولي بروبلين منخفض الوزن الجزيئ والعشوائي atactic من البولى بروبلين مرتفع الوزن الجزئي والمنتظم المستوى isotactic، وذلك بوضع خليط البوليمرات في هبتين طبيعية heptane ساخنة، التي تذيب البوليمر العشوائي، ولا تذيب البوليمر المنتظم، وبالتالي يمكن فصل البوليمر الأخير بواسطة عمليات الطرد المركزي.
مازالت هناك بحوث لتطوير صناعة البولي بروبلين، خاصة في مجال الحفازات، للوصول إلى بوليمر منتظم isotactic، بنسبة 100% نظرًا لأن الحفازات المستخدمة حاليا لا تنتج إلا 60 - 70% من هذا النوع المطلوب.

ثالثاً: البولي فينيل كلوريد
1. البولي فينيل كلوريد PVC هو أحد البوليمرات القليلة ذات التطبيقات الواسعة تجاريّا، والتي لها حجم مبيعات يقع بين البولي إيثيلين والبولي إستايرين. في عام 2000 تنبأ معهد استانفورد للبحوث أن PVC في الولايات المتحدة الأمريكية سيصل إلى المقدمة، وسيكون حجم إنتاجه السنوي 17 × 910 طن متري. وهذا التوسع في الإنتاج ناتج من درجة المقاومة الكيماوية العالية، والقدرة الفريدة، لهذا النوع من البوليمرات، الذي يمكن خلطه مع إضافات أخرى ليعطي أنواعًا كثيرة من بوليمرات ذات خصائص طبيعية وكيماوية وبيولوجية متعددة أكثر من أي بوليمرات أخرى. (اُنظر جدول تطور الطلب العالمي على البولي فينيل كلوريد) و(جدول لتاوزيع الجغرافي لإنتاج البولي فينيل كلوريد)
2. يتم إنتاج PVC بواسطة بلمرة الشقوق الحرة لكلوريد الفينيل. وتتراوح درجة البلمرة n ما بين 300 إلى 1500 جزيئ. بوليمرات PVC تتشكل حرارياً Thermoplastic بمعنى أنها تزداد طواعية، وتتشكل في الحرارة العالية، وعند تبريدها تحتفظ بخواصها الأصلية. بتطبيق الحرارة والضغط يمكن دفع PVC وتشكيله ليأخذ أي شكل مطلوب، ويتم ذلك في حرارة 150 - 200°م طبقًا للوزن الجزيئ والتركيب.
3. في عام 1935 تم اكتشاف PVC بعد تعرض مادة 1، 2 - ثنائي كلوريد الإيثان لضوء الشمس، ففي أوائل عام 1935 تم تسجيل مادة بيضاء تركيبها العنصري C2H3Cl وكثافتها 1.406 جرام/سم3. ثم تم اكتشاف الطبيعة اللدائنية والأهمية التجارية لهذه المادة، وظهرت لها تطبيقات تم تسجيلها في براءات اختراع لإنتاج الرقائق والألياف. بعد ذلك ظهرت طريقة بلمرة مشتركة لها باستخدام البيروكسيدات كمنشطات للبلمرة. وقد فتحت مجالات عديدة لهذه المادة بعد اكتشاف الملدنات ومثبتات الحرارة.
4. خلال الحرب العالمية الثانية، ظهر نقص في إنتاج المطاط الصناعي وظهر في الأفق الـ PVC كمواد عازلة للأسلاك والكابلات تفوقت على المطاط، واستمر تطور الـ PVC حتى وقتنا الحالي.
5. صناعة PVC لها مشاكلات الخواص الفراغية للبولي بروبلين نفسها، نظرًا لعدم انتظام ذرة الكربون المتصل بها ذرة الكلور، وبالتالي يمكن أن تنتج جزيئات PVC منتظمة أو عشوائية التبلمر. بوليمر PVC التجاري يحـتوي على 5 - 10% أشكال بلورية، وهي نسبة مئوية صغيرة من الجزيئات المنتظمة. كثافة البوليمر حوالي 1.3 - 1.8 جرام/سم2، وهي أعلى من البولي إيثيلين أو البولي بروبلين.
6. يتم بلمرة مونومر فينيل كلوريد VCM بواسطة أربع طرق: معلق، مستحلب، كتلة، محلول، أغلب PVC يصنع بواسطة طريقة المعلق Suspensio، إذ يسهل تشكيله ودفعه وتحويله إلى رقائق.
وبوليمر PVC الناتج من عمليات المستحلب emulsion يمكن استخدامه في الدهانات، كما أنه يمكن تشكيله بعد تجفيفه وإضافة ملدن سائل Plasticizer
7. في عملية البلمرة كمعلق يتم ملء مفاعل الأوتوكلاف autoclave بالماء، ويستخدم كحول بولي فينيل Polyvinylalcohol للمساعدة في تثبيت المعلق، كما يضاف لورويل بيروكسيد كحفاز للشقوق الحرة. تستغرق عملية الإنتاج 10 - 12 ساعة في الدفعة الواحدة.
وتبلغ سعة المفاعل 5000 - 6000 جالون، وهو مبطن بالزجاج. بعد شحن جميع المكونات يتم دفع بخار ماء في قميص خارجى للتسخين. وعند بداية التفاعل يتم استبدال البخار بالماء البارد. ثم تخلط المكونات بقوة للحفاظ على المونومر معلقاً في الماء، ويتم متابعة تكوين جزيئات البوليمر والحفاظ على نموها. (اُنظر شكل مصنع إنتاج PVC معلق)

رابعاً: البولي إستايرين
1. بدأ الإنتاج التجاري للبولي إستايرين PS عام 1930، بطاقة إنتاجية متزايدة بسرعة، خلال الحرب العالمية الثانية، لتغطية المصانع المنتجة للمطاط الصناعي. (اُنظر جدول الطلب العالمي على البولي ستيرين)
2. بالرغم أن الإستايرين يتبلمر ذاتيّا بالحرارة في جو خالٍ من الأكسجين، إلا أن الحفازات تضاف إليه للبلمرة الكاملة في حرارة منخفضة. هذه الحفازات تشمل مركبات كاتيونية أو أنيونية أو مركبات زيجلر أو شقوق حرة مثل البيروكسيدات أو مركبات الآزو. تعدّ الشقوق الحرة من أهم الحفازات ذات الأهمية التجارية الكبرى. ويستخدم لذلك بواعث للشقوق الحرة ثنائية الوظيفة لتقليل زمن التفاعل، والتحكم في تكوين الوزن الجزيئ الفعال. يتم الوصول إلى معدلات عالية من البلمرة باستخدام حفازات أنيونية، مثل المركبات العضوية الفلزية.
3. يستخدم في صناعة البولي إستايرين عمليات بلمرة مستحلب أو معلق مائي أو محلول، أو كتلة وكل عملية تنتج أنواعًا مختلفة من البوليمرات. عملية بلمرة الكتلة تتميز بالنقاوة والألوان الممتازة للبوليمر، بالمقارنة لعملـية البلمرة بالمعلق، التي تنتج بسهولة بوليـمرات ذات أوزان جزيئية مختلفة، ولكنها تفتقد النقاوة.
4. البولى إستايرين المتمدد أو الرغوي EPS هو نوع من أشكال البوليمرات الخلوية الجامدة. ويتم إنتاجها بإضافة عامل متمدد مثل البنتان الطبيعي أو الأيزو بنتان إلى الإستايرين قبل عملية البلمرة المعلقة. يتم إضافة مثبتات إلى خليط التفاعل لإنتاج حبيبات ذات أحجام كبيرة.
5. تعدّ عمليات بلمرة المعلق أكثر العمليات شيوعًا في إنتاج البولي إستايرين. (اُنظر شكل مخطط إنتاج البولى إستايرين)
خامساً: مواد البلاستيك
1. بلغ إنتاج مواد البلاستيك 34.1 مليون طن بالولايات المتحدة الأمريكية عام 1994، كانت قيمتها 36 بليون دولار، ودخلت هذه المواد في تصنيع سلع ارتفعت قيمتها إلى 80 بليون دولار. وتمثل الجداول المرفقة تطور الطاقات الإنتاجية وأحجام الطلب على نوعيات مواد البلاستيك الثرموبلاستيك والتي يتضح منها:
ظلت الدول الصناعية حتى عهد قريب مناطق الإنتاج الرئيسة لمواد البلاستيك والمستهلك الأساس لها، ولكن هذه الصورة تغيرت كثيرًا في الوقت الحاضر، وينتظر أن تستمر صورة التغيير بدخول دول منطقة آسيا/ الباسيفيك أساسًا كمنطقة إنتاج رئيسة، كما تطور الاستهلاك في العالم النامي بصفة عامة.
2. ينتظر أن يتجمد حجم الطلب للفرد من البولي إيثيلين منخفض الكثافة، بينما يتزايد الطلب على كل من البولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة والبولى إيثيلين مرتفع الكثافة، كما يتزايد الطلب بمعدلات مختلفة بالنسبة للنوعيات الأخرى من مواد البلاستيك. (اُنظر جدول الطلب العالمي على البولي إيثيلين) و(جدول تطور الطلب العالمي على البولي إيثيلين) و(جدول التوزيع الجغرافي للطاقات الإنتاجية للبولي إيثيلين) و(جدول تطور الطلب العالمي على البولي فينيل كلوريد) و(جدول التوزيع الجغرافي لإنتاج البولي فينيل كلوريد) و(جدول الطلب العالمي على البولي ستيرين)
3. هناك نوعية جديدة من العوامل المساعدة المسماة بالميتالوسين، يمكن باستخدامها إنتاج نوعيات متميزة من مواد البلاستيك، تقترب في خواصها من مواد البلاستيك الهندسية، وبتكلفة محدودة نسبيّا، مما يدعو للاعتقاد بأنه لن يكون هناك مشروع جديد لإنتاج البولي أوليفينات، بدون استخدام هذه النوعية من العوامل المساعدة.
4. هناك اهتمام كبير، وعلى مستوى عالمي، بإعادة تدوير مواد البلاستيك المختلفة، وقد يؤثر هذا الاتجاه بالسلب على معدلات نمو الطلب على الإنتاج الجديد، في حالة نجاح تكنولوجيا إعادة التدوير، والتوسع في تطبيقها مستقبلاً، وتعدّ ألمانيا دولة رائدة في هذا المجال.
كما يتزايد استهلاك مواد البلاستيك سهلة التحلل كوسيلة من وسائل حماية البيئة.
5. يحتاج تشغيل مواد البلاستيك إلى منتجات نهائية لاستخدام العديد من الإضافات، التي تسهل من عمليات التشغيل، أو تحافظ على خواص المنتجات أو تحسنها، وقد بلغ حجم هذه الإضافات على المستوى العالمي 6.8 مليون طن عام 1994، وكان حجم مبيعاتها 15 بليون دولار.
6. لا توجد دولة في العالم مكتفية ذاتيّا من جميع نوعيات مواد البلاستيك، وليس أدل على ذلك من حجم صادرات وواردات الولايات المتحدة الأمريكية من مواد البلاستيك عام 1995، إذ بلغ حجم الواردات 7.5 بليون دولار، بينما كانت الصادرات 15.5 بليون دولار.
البلاستيك الثرموست Thermoset plastics
يعدّ البلاستيك الثرموست أكثر صلابة، ولكنه أكثر هشاشة من البلاستيك الثرموبلاست. ويتميز البلاستيك الثرموست بخواص متميزة من الناحية الميكانيكية والكيماوية والكهربية، ولكن ذلك يعتمد على التركيب الكيماوي والوزن الجزيئ.
ويتكون البلاسيتك الثرموست من جزيئات طويلة السلسلة، تكون بوليمرات متشابكة في ثلاثة أبعاد تنتج من تفاعلات التكاثف condensation.
خلال عملية البلمرة أو بواسطة إضافة مواد تساعد على التشابك، يتم تقوية هذا النوع من البلاستيك، لتحسين نوعياته، وذلك باستخدام الألياف الزجاجية أو الألياف الصناعية أو القطن أو الورق.
ويعدّ بلاستيك الفينول ـ فورمالدهايد، وكذلك بلاستيك اليوريا ـ فورمالدهايد، من أقدم أنواع البلاستيك الهندسية، التي تتميز بأنها قوية وثابتة الأبعاد، ومقاومة للتآكل والصدمات، وتعمل في ظروف حرارية مختلفة.
1. لدائن الفينول ـ فورمالدهايد
تعدّ من أقدم أنواع اللدائن، وقد تم اكتشافها بواسطة العالم باكيلاند Backeland عام 1909، ولذلك أطلق عليها اسم باكيلايت Bakelites، وقد استخدمت على نطاق واسع في صناعات الكهرباء والسيارات، ويتم إنتاجها بأشكال مختلفة متعددة، إذ أنها تحتوي على مجموعات وظيفية ثنائية وثلاثية. (اُنظر شكل مخطط إنتاج لدائن الفينول – فورمالدهايد)
وينتج تفاعل التكاثف بين الفينول والفورمالدهايد نوعان من اللدائن: أحدها يسمى نوفولاك Novolacs، والآخر يسمى ريزول Resols، ويتم تفاعل التكاثف في وسط قاعدي، أو وسط حامضي، لينتج نوعان من اللدائن.
وعندما يتفاعل الفينول مع الفورمالدهايد في وسط حامضي بكميات متماثلة جزيئيّا أو في وجود زيادة طفيفة من الفينول، تنتج كحولات بنزيلية، ثم تحدث بلمرة فيما بينها، مكونة وصلات ميثيلينية. ومع ازدياد التكاثف تتكون مركبات ذات سلاسل طويلة. تكون الحفازات الحامضية في وجود زيادة من الفينول لدائن خطية تذوب في كثير من المذيبات العضوية. هذا النوع من اللدائن يكثر عليه الطلب في صناعة البويات والطلاءات.
وفي صناعة اللدائن الفينولية، يمكن إنتاج أنواع منها تلائم عدة أغراض في مجال التشكيل أو مقاومة الحرارة أو الطلاءات، أو المواد اللاصقة المستخدمة في صناعة الخشب الحبيبى. الشكل الرقم 24 يوضح عملية إنتاج لدائن الفينول - فورمالدهايد.
2. لدائن اليوريا ـ فورمالدهايد
يقع هذا النوع من اللدائن تحت اسم البلاستيكات الأمينية. والمنتجات الناتجة من تكاثف اليوريا والفورمالدهايد قديمة مثل قدم المنتجات الناتجة من تكاثف الفينول - فورمالدهايد. تلعب نسب مواد التفاعل وظروف التفاعل دورًا مهمّا في سير تفاعل التكاثف، وينتج عند إضافة اليوريا إلى الفورمالدهايد نوعان من المواد: أحدهما يسمى أحادي ميثايلول يوريا، والآخر يسمى ثنائي ميثايلول يوريا، كالآتي:

يتم بلمرة الميثايلول يوريا عند التسخين في وجود حامض أو هكسامين. ويتم التفاعل ببطء تحت ظروف متحكم فيها، بحيث يحتفظ بالحرارة عند 40°م، ودرجة تركيز هيدروجينى pH 7 - 8. ثم يستمر التسخين لإزلة الماء. عادة تستخدم كمية كبيرة من الفورمالدهايد تصل نسبتها من 3 إلى 5 مرات من اليوريا. بعد إزالة الماء تصبح الكتلة اللدنة المتكونة لزجة، وذلك بإضافة مواد طاردة للماء مثل الثيوريا أو السليولوز، وهذه المواد تعمل على فصل الماء من المنتج المتكون. يتم إضافة حفازات حامضية مثل البروم أو حمض التارتاريك قبل عملية عجن اللدائن. ثم يتم إزالة الحفاز الحامضى تحت ضغط، إذ تعمل الحرارة بعد ذلك على سير البلمرة. يضاف كلوريد الأمونيوم، الذي يعمل على صلابة المنتج قبل تشكيله. (اُنظر شكل مخطط إنتاج لدائن اليوريا ـ فورمالدهايد)

زائر

استخدامات البتروكيماويات
أولاً: استخدام البتروكيماويات في المجالات المدنية
1. البولي فينيل كلورايد
أ. صناعات المواسير المستخدمة في مجالات
(1) شبكات الصرف الزراعي المغطى.
(2) الشبكات الكهربائية في الإنشاءات المدنية.
(3) شبكات التوصيلات التليفونية.
(4) الصرف الصحي.
(5) شبكات الغاز الطبيعي للمنازل.
(6) شبكات مياه الشرب.
ب. صناعة الكابلات الكهربائية
تكوين طبقة عازلة خارجية لتغطية أنواع الكابلات كافة (كابلات ضغط عالي ومنخفض)، وأسلاك التوصيلات، وصناعة الأجهزة الكهربائية مثل الراديو والتليفزيون والتليفونات والثلاجات والغسالات والبطاريات السائلة والجافة.
ج. صناعة الجلود والأحذية ولعب الأطفال
تستخدم في صناعة الجلود الصناعية، وأرضيات الفينيل، كما تصنع منها الأحذية الكاملة والنعال والأحذية الشعبية، مما يساعد على الحد من ارتفاع الأسعار المطرد للأحذية الجلدية.
د. قطاع النقل والمواصلات
يدخل في صناعة بعض الأجزاء البلاستيكية المستخدمة في صناعة السيارات.
هـ. العبوات
عبوات الأدوية وعبوات الزيوت ومستحضرات التجميل وزجاجات المياه المعدنية
و. المباني والإنشاءات
تصنيع الشبابيك والأبواب الداخلية والقواطع والألواح المستخدمة في صناعة الأثاث والديكور ـ مفروشات الحمامات ـ المفارش البلاستيكية.
2. البولي إيثيلين
أ. مجال الزراعة
(1) تبطين الترع والقنوات لتقليل فاقد المياه.
(2) صواني الشتلات الزراعية.
(3) المواسير المستخدمة في أحدث طرق الري بالرش والتنقيط.
(4) الغطاء المستخدم في الصوبات الزراعية.
ب. مجال التعبئة والتغليف
(1) إنتاج الأكياس بأنواعها المختلفة.
(2) الزجاجات اللازمة لتعبئة الزيوت والمواد الغذائية ومستحضرات التجميل.
(3) صناعة صناديق تعبئة المياه الغازية.
ج. مجال الأدوات المنزلية
(1) الأوعية المصنعة من البلاستيك.
(2) لعب الأطفال.
(3) خراطيم المياه.
(4) الأحذية.
(5) صناعة المنتجات البلاستيكية والإسفنج الصناعي
3. البروبلين
تتبع مادة البروبلين مجموعة الألياف الأحادية، وهي ثاني أهم مواد هذه المجموعة بعد الإيثيلين، كمادة بتروكيماوية أساسية، كما أنها تعدّ ثاني المواد البتروكيماوية من حيث حجم الإنتاج بكل من دول غرب أوروبا والولايات المتحدة الأمريكية. وتتضح أهمية البروبلين كمادة بتروكيماوية أساسية من خلال المواد البتروكيماوية الوسيطة والنهائية، المعتمد إنتاجها على خامة البروبلين، ودور هذه المواد في تكامل الصناعات البتروكيماوية، وكذلك أهميتها كخامات مستخدمة في الصناعات التحويلية.
وحيث إن تنمية قاعدة الصناعات التحويلية تعدّ أمرًا حيويّا بالأقطار العربية، لما في ذلك من تأثير على صناعة الخامات من ناحية، وتوفير السلع النهائية التي تحتاج إليها القطاعات كافة من ناحية أخرى، هذا بالإضافة إلى إحلال الواردات من السلع، فإنه من الضروري توضيح أهمية تنمية الصناعات البتروكيماوية المعتمدة على البروبلين بالنسبة لبعض الصناعات التحويلية، وفيما يلي مشتقات البروبلين المستخدمة في هذه الصناعات:
البولي بروبلين ـ أكريلونيتريل إستايرين بيوتاديين ABS ـ البولي يول ـ رانتجات البولي إستر غير مشبع (منتجات الفيبر جلاس) ـ راتنجات الفينول فورمالدهيد ـ راتنجات بولي ميثيل ميتا أكريلات.
4. البولي بروبيلين
أ. أهمية البولي بروبلين في الدول العربية
لقد اتضح مما سبق الأهمية المتزايدة للبولي بروبلين على المستوى العالمي، ووفقًا لبيانات شركة آثر دي ليتل العالمية يستخدم البولي بروبلين على النحو التالي:
(1) المنتجات البلاستيكية بطريقة الحقن، والمستخدمة في قطاعي التعبئة والتغليف، وقطاع النقل 44%
(2) الفيلم المستخدم في مجال التعبئة 17%
(3) الألياف والخيوط (السجاد والمجالات الصناعية) 28%
ب ويُعدّ توفير مواد البولي بروبلين أمرًا مهمّا بالنسبة لتنمية بعض القطاعات بالدول العربية، وفي مقدمتها:
(1) الشكائر المنسوجة لتعبئة الخضراوات والفاكهة
(أ) السيلوفان.
(ب) تبطين رقائق الألومنيوم لتعبئة المواد الغذائية.
(ج) زجاجات عبوات مستحضرات التجميل والكيماويات.
(د) صناديق تعبئة زجاجات المياه الغازية.
(2) مجال البطاريات وقطع الغيار
(أ) صناديق بطاريات السيارات.
(ب) قطع غيار السيارات.
(3) صناعة السجاد والموكيت من ألياف وخيوط البولي بروبلين
(أ) الصناعات النسيجية.
(ب) ألياف وخيوط البولي بروبلين.
(ج) ألياف الأكريليك.
(د) ألياف النايلون.
(هـ) صناعة الأدوات المكتبية، والأدوات المنزلية، وأدوات النظافة.
(و) مجال الحقن الطبية البلاستيكية بأحجامها المختلفة.
(4) الراتنجات
(أ) راتنجات الإيبوكسي.
(ب) راتنجات ستايرين أكريليك.
(ج) راتنجات ستايرين بولي أكريليك
ج. وفيما يلي بعض المواد البتروكيماوية المشتقة ومجالات الاستخدام:
البلاستيك للأغراض الصناعية ـ السجاد
· بولي بوتلين ترفتنالات PET
مادة مذيبة للراتنجات
· تتراهيدروفوران THF
مادة مذيبة ومزيلة للدهانات
· جاما بوتيرولكتون
منتجات الفيبر جلاس (الخزانات ـ الأنابيب والمنتجات الأخرى)
· بولي إستر غير مشبع UPـresins
مادة مذيبة (الزيوت ـ الراتنجات ـ الدهانات) ـالأسيتون.
· يزوبروبانول IPA
ألياف الأكريليك (الأقمشة ـ التريكو ـ البطانيات ـ السجاد ـ الستائر)
· بولي أكريلونيتريل
الدهانات ـ المواد اللاصقة ـ صناعة النسيج
· أكريلك إستر
البولى أكريل أميد (معالجة المياه) ـ طينة حفرالآبار ـ صناعة النسيج.
· أكريل أميد
راتنجات البولي أستر غير مشبع ـ مانعة للتجمد ـ الأحبار ـ سوائل الفرامل
· جلايكول البروبلين
البولي يورثين (الإسفنج الألكيد ـ المتفجرات ـ العقاقير ـ البولي يول
· بولى إيثيربولي يول
الأسيتون ـ الايزوبروبانول
· صناعات المذيبات الكيماوية
البروبلين جلايكول
· إنتاج موانع التجميد

5. المطاط الصناعي
أ. مجال النقل والهندسة
(1) إنتاج إطارات السيارات والجرارات
(2) السيور الناقلة
(3) أرضيات السيارات الداخلية
ب. مجال الأحذية
(1) صناعة نعال الأحذية
(2) صناعة الأحذية المطاطية
ج. مجال البطاريات
(1) صناديق بطاريات السيارات
د. مجال الأدوات المنزلية
(1) الأثاثات المنزلية
(2) المشايات المطاطية
(3) خراطيم الحرائق
هـ. وفيما يلي بعض المواد البتروكيماوية المشتقة ومجالات الاستخدام:
مادة مذيبة (الدهانات ـالمواد اللاصقة ـ المبيدات)
· ميثيل أيزوبوتيل كيتون
منتجات بلاستيكية بديلة لتلك المصنعة من الزجاج ـ ألواح أكريليك
· بولي ميثيل ميتا أكريلات PMMA
التعبئة والتغليف ـ منتجات ذات الاستخدام الواحد ـ العزل الحراري ـ الأغراض الصناعية
· بولي إستايرين
البلاستيك ـ للأغراض الصناعية ـ التعبئة والتغليف ـ الأجهزة المنزلية.
· ستايرين أكريلونيتريل SAN
الإطارات والمنتجات المطاطية ـ السجاد
· مطاط إستايرين بيوتاديين ABR
البلاستيك للأغراض الصناعية
· أكريلونيتريل إستايرين بيوتاديينABS
الإطارات والمنتجات المطاطية
· مطاط بيوتاديين BR
الإطارات والمنتجات المطاطية
· مطاط كلوروبرين
الإطارات والمنتجات المطاطية ـ رفع درجة أوكتين الجازولين ـ مادة مذيبة ـ العطور ـ مزيل الدهانات
· مطاط نيتريل
الإطارات والمنتجات المطاطية
· مطاط أيزوبرين
الإطارات والمنتجات المطاطية
· مطاط بوتيل
رفع درجة أوكتين الجازولين (بديل مركبات الرصاص) مادة مذيبة ـ مزيلة للدهانات ـ المنظفات الصناعية
· ميثيل ثالث بيوتيل الإثير MTBE
مادة مذيبة الدهانات ييـرقائق بي.في.سي)
· ميثيل إيثيل كيتون MEK
المواد اللاصقة بالأنصهار ـ تغليف الكابلات ـ مواد عالقة Sealant مادة خام في صناعة المنظفات والمواد الملينة.
· بولي بيوتين

6. ألياف وخيوط البولي إستر
أ. لقد أوضحت الدراسات أهمية وضرورة تنمية الألياف التركيبية بالدول العربية، وبصورة خاصة ألياف وخيوط البولي إستر.
ويُعد توفير مادة البولي إيثيلين ترفتلات ذات أهمية كبرى بالنسبة لتنمية بعض القطاعات، وفي مقدمتها قطاعي الغزل والنسيج والتعبئة والتغليف، وأهم المنتجات المصنعة من مادة بولي إيثيلين ترفتلات ما يلي:
(1) الخيوط المستخدمة في صناعة الأقمشة
(2) الخيوط المستخدمة في صناعة السجاد BCF
(3) الخيوط عالية المتانة TIRE CORD
(4) خرز أو حبيبات البولي إستر Polyester Chips :
(أ) خيوط البولي إستر المستمرة
(ب) قوارير وعبوات البولي إستر (التعبئة والتغليف)
(ج) أفلام التصوير Photographic film
(د) أفلام أشعة إكس X-Ray Film
(هـ) شرائط التسجيل والفيديو والكمبيوتر Magnetic Tape
ب. وتسوق ألياف وخيوط البولي إستر في العالم تحت العديد من الأسماء التجارية ومن أهمها:
- Dacron Du Pont
- Diolen Enka Glazstoff
- Terylene ICI
- Trevira Hoechst
- Tergal Rhone Poulenc
- Terton Teigin, Toya Rayon

زائر

البتروكيماويات في منطقة الشرق الأوسط، ومعالجة التلوث
أولاً: البتروكيماويات في العالم العربي وفي منطقة الشرق الأوسط
1. تطور صناعة البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987- 1992م
في أوائل الثمانينات كان إجمالي إنتاج المواد البتروكيماوية في الدول العربية بأكمله في غاية التواضع، لا يلفت الأنظار إليه لضآلته، إذ لم يتجاوز 386 ألف طن عام 1981، ولكن كثيرًا من الدول العربية كانت على قناعة تامة بأهمية الصناعات البتروكيماوية، ولذا فقد شهد عقد الثمانينات نموّا كبيرًا في هذه الصناعة، فما أن حل عام 1987م حتى قفز الإنتاج إلى أكثر من 8.7 مليون طن، وقارب الإنتاج عام 1992م على 13 مليون طن. (اُنظر جدول تطور صناعة البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 - 1992م).
ويلاحظ من الجدول المذكور ارتفاع معدل النمو السنوي في إنتاج المواد البتروكيماوية في الدول العربية خلال الفترة (1987 - 1992م) إذ بلغ 9% سنويّا.
وقد تطورت واردات الدول العربية من المواد البتروكيماوية أيضًا خلال تلك الفترة بمعدلات أعلى كثيرًا من معدلات نمو الإنتاج، إذ نمت الواردات بمعدل 16% سنويًا، من حوالي 70 ألف طن في عام 1987م، إلى أكثر من 1.3 مليون طن في سنة 1992م.
وقد سلكت الصادرات في نموها خلال الفترة سلوكًا مشابهًا تقريبًا لتطور الواردات، فقد ازدادت بمعدل سنوي قدره 15%، من حوالي 3.6 مليون طن في عام 1987م، إلى 7 ملايين طن تقريبًا في عام 1992م.
أما نمو استهلاك الدول العربية للمواد البتروكيماوية فقد كان بمعدل 6% سنويّا في المتوسط، وقد زاد الاستهلاك من 5.8 مليون طن سنة 1987م إلى 7.3 مليون طن عام 1992م.
وبما أن معظم هذه المواد البتروكيماوية تعدّ من المواد الخام لصناعات أخرى، أو من المواد الوسيطة يتم استخدامها في كثير من الصناعات التحويلية المنتجة للسلع النهائية، فإن استهلاك هذه المواد البتروكيماوية في الدول العربية يعدّ مؤشرًا على نمو الصناعات المرتبطة بالمنتجات البتروكيماوية في الدول العربية.
ويظهر في (جدول تطور صناعة البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 - 1992م) تزايد الفائض في الدول العربية من المواد البتروكيماوية خلال السنوات الست التي غطتها الدراسة، إذ أن متوسط النمو السنوي قد بلغ 18%. إلا أنه يلاحظ أن معظم النمو في الفائض يعزى إلى القفزة الكبيرة في هذا الفائض في عامي 1991م و 1992م، إذ أن الفائض لم يصل إلى 3 ملايين طن قبل عام 1991م، وقفز إلى حوالى 5.7 مليون طن في عام 1992م.
وكما هو موضح فإن بيانات الجدول، تفيدنا بالاتجاه العام لتطور الصناعات البتروكيماوية في الدول العربية بشكل إجمالي خلال الفترة (1987 - 1992م)، إلا أنه محدود الفائدة في كشف مجالات التعاون والتكامل على مستوى القطر العربي الواحد، أو على مستوى الدول العربية ككل، ولذلك فقد تم تفصيل هذه الإجماليات حسب المواد البتروكيماوية، (اُنظر جدول تطور إنتاج البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) و(جدول تطور واردات البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) و(جدول تطور صادرات البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) و(جدول تطور استهلاك البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) وهذه الجداول تبين الإجمالي بالنسبة للدول العربية مجتمعة، حسب المادة البتروكيماوية من حيث إنتاجها ووارداتها وصادراتها واستهلاكها والعجز والفائض في كل مادة على مستوى الدول العربية.
2. الإنتاج
في مجموعة الجداول السابقة نستطيع التعرف على تطور الوضع لكل مادة من المواد البتروكيماوية على مستوى الدول العربية إجمالاً خلال السنوات الست موضع الدراسة (1987 - 1992م).
فجدول (تطور إنتاج البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) يبين تطور الإنتاج لكل مادة يتم إنتاجها في دولة أو أكثر من الدول العربية، وبالرغم من أن عدد المواد المذكورة في جدول الإنتاج حوالي 60 مادة، إلا أن المواد التي تم الحصول على معلومات عن إنتاجها في الدول العربية لم تتجاوز 35 مادة. وقد أظهر الجدول، أيضًا، أن أكثر من 60% من إجمالي إنتاج الدول العربية من المواد البتروكيماوية يتركز في ثلاث مواد: هي الإيثيلين حوالي 3 ملايين طن والميثانول حوالي 3.6 مليون طن، والبولي إيثيلين بأنواعه الثلاثة 1.4 مليون طن، وذلك في عام 1992م.
كما يلاحظ في الجدول أن معدل النمو خلال الفترة قد تم حسابه كمتوسط، إلا أنه يعطي مؤشرًا على اتجاه التطور في إنتاج المادة المعنية، وهو ما يساعد على التنبؤ بالمستقبل.
ولكي تتضح الصورة، فلابد من النظر في جداول الواردات والصادرات والاستهلاك لمعرفة مواطن العجز والفائض في كل مادة من المواد البتروكيماوية على مستوى الوطن العربى.
3. الواردات
و(جدول تطور واردات البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) يوضح لنا إجمالي واردات الدول العربية من كل مادة من المواد البتروكيماوية الداخلة في الدراسة. وإذا رجعنا إلى الجدول وجدنا أن إجمالي واردات الدول العربية من جميع المواد البتروكيماية لم يتجاوز 1.5 مليون طن تقريبًا في أي سنة من السنوات التي شملتها الدراسة، وبالرغم من أن الاستيراد بشكل عام لا يعطي صورة اقتصادية إيجابية في معظم الأحوال، إلا أن الأمر في هذه الحالة مختلف تمامًا، والسبب أن معظم المواد البتروكيماوية تعدّ مواد خاماً، أو مواد وسيطة لصناعات أخرى، وبذلك يكون انخفاض الاستيراد منها مع عدم إنتاجها محليّا دليلاً على عدم تطور الصناعات التي تستخدم هذه المواد.
ولذلك، فإن الاستنتاج الذي نخرج به من فحص جدول الواردات هو أن حجم الصناعات التي تستخدم المنتجات البتروكيماوية في الدول العربية إجمالاً متواضعة، ولكن بالنظر إلى معدل نمو الواردات نجده في ارتفاع مستمر (16%)، وهو ما يبعث على التفاؤل.
4. الصادرات
يبين (جدول تطور صادرات البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) صادرات الدول العربية بشكل إجمالي مجتمعة من كل مادة من المواد البتروكيماوية.
ونلاحظ في هذا الجدول أن هناك مواد يتم تصديرها، في حين أنه لا يوجد ما يقابلها في جدول الإنتاج، كما يلاحظ أن هذه الكميات صغيرة، مما يدل على أنها في الغالب مستوردة وأعيد تصديرها.
كما يبين الجدول أن معظم الصادرات يتركز في عدد قليل من المواد البتروكيماوية، فمثلاً، تشكل صادرات الميثانول 40% من صادرات الدول العربية من جميع المواد البتروكيماوية في عام 1992م.
كما يلاحظ في الجدول أنه على الرغم من أن إنتاج الإيثيلين يقرب من 3 ملايين طن عام 1992م، إلا أن المصدر منه حوالي 430 ألف طن في العام نفسه، مما يشير إلى استهلاكه في صناعة عربية.
وبشكل عام تكرر ما لاحظناه في جدول الواردات، وهو أن تصدير المواد البتروكيماوية (الأساسية والوسيطة) يعني أن الصناعات التي تستخدم هذه المواد في الدول العربية لم تتطور إلى الدرجة التي تواكب فيها تطور صناعة البتروكيماويات الأولية. وكما هو معروف أن القيمة المضافة في الصناعة تتزايد كلما اقتربنا من المنتج النهائي، وغني عن القول أن أهم أهداف هذه الدراسة الكشف عن فرص ومجالات التعاون في هذا القطاع، وتزود المهتمين في التنمية الصناعية في الوطن العربي بالمعلومات التي تمكنهم من اتخاذ قرارات سليمة في هذا الفرع الحيوي من فروع القطاع الصناعي.
5. الاستهلاك
يبين (جدول تطور استهلاك البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) إجمالي استهلاك الدول العربية من كل مادة من المواد البتروكيماوية التي شملتها الدراسة لكل سنة من السنوات المدروسة، وكذلك معدل النمو في المتوسط في استهلاك كل مادة، ويبين الجدول توزيع الاستهلاك حسب المواد، ودرجة تركزه على عدد قليل من المواد. فمثلاً تشكل مادتي الإيثيلين والبولي إثيلين بأنواعه الثلاثة أكثر من 50% من استهلاك الدول العربية للمواد البتروكيماوية، وهو ما يدل على حجم الصناعات المستخدمة لهذه المواد تحديدًا.
كما يلاحظ في الجدول ظهور أرقام استهلاك سالبة لبعض السنوات مثل الميثانول في عام 1987 وعام 1990م، ومادة الزايلين عام 1992م، ومادة اليإثيلين جلايكول عام 1992م. وهذه كميات صغيرة نسبيّا، ويمكن تفسيرها بتغير كميات المخزون[1].
أما ظهور كميات سالبة من استهلاك مادة بولي إيثيلين منخفض الكثافة عام 1991/1992م، فهذا يعود إلى أن بعض البيانات تدمج البولي إيثيلين بأنواعه الثلاثة في بعض السنوات، وتنقلها في بيانات أخرى. ولو رجعنا إلى (جدول تطور إنتاج البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) لوجدنا أنه لا توجد بيانات عن البولي إيثيلين منخفض الكثافة، إذ أنه مدمج مع البولي إيثيلين بأنواعه الثلاثة، ولكن في (جدول تطور واردات البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) و(جدول تطور صادرات البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) ظهرت في البيانات كميات مفصلة لمادة البولي إيثيلين منخفض الكثافة، ولذلك ظـهرت الأرقام في (جدول تطور استهلاك البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 – 1992م) كأنها كميات سالبة.
وعودة إلى (جدول تطور صناعة البتروكيماويات في الدول العربية خلال الفترة 1987 - 1992م) نجد أن الاستهلاك الإجمالي للدول العربية من جميع المواد البتروكيماوية عام 1992م في حدود 7.3 مليون طن، وهو ما يعادل 51% من إجمالي الإنتاج والواردات، وهو ما يشير إلى وجود مجال واسع لتطوير مزيد من الصناعات التي تستخدم المواد البتروكيماوية المنتجة في الدول العربية. 6. التطورات العربية الحديثة
واصلت الأقطار العربية، وخاصة أقطار الخليج العربى خلال عام 1997 والنصف الأول من عام 1998 التوسع في قطاع الصناعات البتروكيماوية إما عن طريق إقامة مشرةعات جديدة أو التوسع في المشروعات القائمة.
ففي سلطنة عُمان تم اختيار شركة البترول البريطانية للكيماويات كشريك لإقامة مشروع بتروكيماويات هو الأول من نوعه في البلاد. وسيقام هذا المجمع في صحار في الشمال الغربي من البلاد، وسيتكون من وحدتين أساسيتين، الأولى لإنتاج اليإثيلين بطاقة 450 ألف طن/سنة، والثانية لإنتاج البولي إيثيلين بالطاقة نفسها، وذلك باستخدام الغاز الطبيعي لإنتاج مادة الإيثيلين. يتوقع أن تنتهي عمليات الإنشاء، وأن يدخل المشروع مرحلة الإنتاج ما بين عامي 2001 و2002. وستمتلك شركة البترول البريطانية للكيماويات ما بين 40 إلى 49% من أسهم المشروع، ويطرح 40% من الأسهم للاكتتاب العام، بينما تمتلك شركة نفط عُمان (OOC) ما تبقى من الأسهم.
وفي الإمارات العربية المتحدة، أبرمت شركة أبو ظبي للبلمرات المحدودة "بروج"، وهي شركة مشتركة بين شركة أبو ظبي الوطنية للبترول (أدنوك)، وشركة بورلس Borealis الدانماركية، عقدًا مع مجموعة بكتل - لندي اللآينس، لتنفيذ عمليات الإنشاء لأول مجمع بتروكيماوى ضخم في الدولة. وسيقام هذا المجمع في منطقة الرويس الصناعية، ويتكون من وحدة لإنتاج الإيثيلين بطاقة 600 ألف طن/سنة. بدأت عمليات الإنشاء خلال الربع الثالث من عام 1999، وتنتهي خلال الربع الأخير من عام 2001. وتقدر الكلفة الإجمالية لهذا المشروع بحوالي 600 مليون دولار أمريكي.
وفي المملكة العربية السعودية، أبرمت شركة الجبيل للبتروكيماويات (كيميا)، وهي إحدى الشركات المملوكة للشركة السعودية للصناعات الأساسية (سابك)، اتفاقاً مع مجموعة من البنوك والمؤسسات المالية المحلية والإقليمية والعالمية للحصول على قرض بقيمة 720 مليون دولار، وذلك لتمويل جزء من برنامج توسعة تقوم "كيميا" بتنفيذه. ويشمل هذا البرنامج إقامة وحدة جديدة لإنتاج البولي إيثيلين منخفض الكثافة بطاقة 218 ألف طن/سنة، هذا بالإضافة إلى تنفيذ أعمال إعادة تأهيل لوحدة إنتاج البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي القائمة بغرض رفع طاقتها بنسبة 40% لتصل إلى 850 ألف طن/سنة.
وقد تم اختيار شركة ABB Lummus Global لتنفيذ المشروع، الذي سيقام في مدينة الجبيل الصناعية. ومن المتوقع أن يدخل مرحلة الإنتاج في نهاية عام 2000. وسوف تستخدم مادة الإيثيلين المنتجة في هذه الوحدة لإنتاج البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي المنتج في المجمع نفسه.
ومن ناحية أخرى، أبرمت الشركة الشرقية للبتروكيماويات (شرق) اتفاقاً مع الشركة اليابانية ميتسوبيشي للصناعات الثقيلة، لتنفيذ عمليات تطوير وإعادة تأهيل لوحدتي إنتاج مادة البولي إيثيلين منخفض الكثافة الخطي، بغرض رفع طاقتها بحوالي 300 ألف طن/ سنة. وسيؤدي ذلك إلى رفع إجمالي طاقة إنتاج سابك من هذه المادة إلى حوالي 3 ملايين طن/سنة، عندما يتم الانتهاء من هذا المشروع وغيره من المشروعات، التي تقوم بتنفيذها شركات سابك الأخرى. ومن المتوقع أن تنتهي أعمال الإنشاء لمشروع "شرق" خلال منتصف عام 2000.
وتقوم الشركة السعودية ـ الأوربية للبتروكيماويات (ابن زهر)، ببناء وحدة ثانية لإنتاج البولي بروبلين بطاقة 320 ألف طن/سنة، في الوقت نفسه الذي يجري فيه تنفيذ أعمال إعادة تأهيل الوحدة القائمة بغرض رفع طاقتها الحالية إلى 320 ألف طن/سنة. ومن المتوقع أن يدخل المشروع الجديد الجاري تنفيذه مرحلة الإنتاج خلال الربع الثاني من عام 2000.
ومن ناحية أخرى، يشرف المشروع، الذي يجري تنفيذه من طرف الشركة العربية للألياف الاصطناعية (ابن رشد) على الانتهاء. وسينتج هذا المشروع مادة حامض النيريفثاليك النقي المستخدمة في إنتاج الألياف الاصطناعية. وتبلغ الطاقة الإنتاجية للمشروع 350 ألف طن/سنة من حامض النيريفثاليك النقي. كما يجري الإعداد لتشغيل مجمع العطريات، الذي يتكون من وحدتين: الأولى لإنتاج البنزين بطاقة 350 ألف طن/سنة، والثانية لإنتاج مادة البارازيلين بطاقة 330 ألف طن/سنة.
هذا ويواصل القطاع الخاص في المملكة الدراسة والتخطيط لإقامة مشروعات بتروكيماوية جديدة تعتمد على المواد البتروكيماوية الأساسية والوسيطة التي تنتجها سابك والشركات التابعة لها. وفي هذا الإطار تخطط شركة الجفالي وإخوانه لإقامة مصنع لإنتاج مادة طولوين داي أيسو سيانايد. وسوف يقام هذا المشروع، الذي لم تحدد طاقته الإنتاجية بعد في مدينة الجبيل الصناعية، وسيتم تزويد المشروع بمادة الكلور من مصنع شركة "صدف"، كما حصلت شركة عبد الرحمن الفضة على ترخيص لإنشاء مصنع جديد لإنتاج مادة نونيل فينول Nonyl Phenol بطاقة 25 ألف طن/سنة. كذلك تخطط شركة تحسين، وهي شركة مشتركة تمتلك شركة نستي Neste 15%، وباقي الأسهم تمتلكها مؤسسات مالية سعودية. وتخطط هذه الشركة لإنشاء مجمع لإنتاج مادة ميثيل بيوتيل إيثر بطاقة 900 ألف طن/سنة. ومن المتوقع أن يبدأ الإنتاج في هذا المشروع، الذي سيقام في ينبع في أواخر عام 2000. وستقوم شركتا إيكرفيول ونستي بتسويق 350 ألف طن/سنة من الإنتاج، بينما تسوق شركة تحسين الباقي.
ومن ناحية أخرى، تقوم شركة "تلدين"، والتي هي عبارة عن شركة مشتركة بين مجموعة "نتبت" السعودية Natpet، وشركة مونتال أريبيا Montell Arabia باستدراج عروض لبناء مصنع لإنتاج مادة البولي بروبلين بطاقة 250 ألف طن /سنة، وذلك في مدينة ينبع الصناعية، وسيتم استخدام التقنية التي طورتها شركة UOP الأمريكية، والتي تعتمد على نزع الهيدروجين من البروبان، إضافة إلى استخدام تقنية مونتال الخاصة بإنتاج مادة البروبلين.
أما فيما يتعلق بنشاطات شركة سابك للتسويق، فقد تم افتتاح فرع جديد لهذه الشركة في برشلونة بإسبانيا تحت اسم "شركة سابك أيبريكا المحدودة للتسويق".
وتجدر الإشارة إلى أن سابك تمتلك فروعًا أخرى في كل من فرنسا وبريطانيا وإيطاليا وألمانيا، بالإضافة إلى مكاتب تمثيل في عدد من الدول الأوربية الأخرى.
وفي الكويت، تواصل شركة الصناعات البتروكيماوية الكويتية تنفيذ خططها الهادفة إلى التوسع في قطاع البتروكيماويات، وذلك على الرغم من الانخفاض، الذي طرأ على أسعار المنتجات البتروكيماوية في الأسواق العالمية. وتدرس الشركة حاليّا إقامة مجموعة من المشروعات البتروكيماوية، أهمها مجمع لإنتاج الأروماتيات، ووحدة لإنتاج الميثانول، ووحدة لإنتاج البولي فينيل كلورايد.
6. ازدياد نمو الصناعات البتروكيماية في الشرق الأوسط
يقول فهد الشيبي (رئيس مجموعة مصانع البوليمر في الشركة السعودية للصناعات الأساسية - سابك) إن منطقة الشرق الأوسط من الممكن أن تكون من المحاور العالمية في مجال النشاط البتروكيماوي خلال العقود القليلة المقبلة.
ومن بين الدلائل التي تشير إلى نمو صناعة البتروكيماويات في منطقة الشرق الأوسط. ما تنويه الشركة السعودية للصناعات الأساسية سابك من زيادة في إنتاجها من البتروكيماويات. فسوف تنمو طاقة سابك من إنتاج الإيثيلين خلال السنوات الثلاث المقبلة من 3.2 مليون إلى 5.5 مليون طن متري سنوياً. وسيتم خلال هذا العام تصنيع 35 مليون طن متري من المنتجات كافة، وسوف يصل الإنتاج - خلال عام 2010 - إلى 48 مليون طن متري على أقل تقدير. (اُنظر شكل إنتاج الإيثيلين في الشرق الأوسط)
والجدير بالذكر أن نصيب (سابك) من السوق العالمية في بعض المنتجات الرئيسة، مثل جلايكول الإيثيلين والميثانول (14 في المائة) وبيوتيل ثلاثي الإيثان المثيلي والبولي إيثيلين، كان آخذًا في النمو.
من بين خواص النمو السريع في الأسواق المحلية، أن (سابك) تبيع 40 في المائة من مجمل إنتاجها داخل المملكة العربية السعودية. وسوف تستوعب السوق السعودية الإنتاج كافة في مادتي تيريفثاليت البولي إيثيلين مع حلول عام 2002.
هذا وقد ارتفع إجمالي استهلاك البوليمر في المملكة بنسبة 8.5 في المائة سنوياً منذ عام 1985، بل إنه ارتفع إلى 19 في المائة خلال السنوات القليلة الماضية. فقد وصل الاستهلاك خلال عام 1999 إلى 650 ألف طن متري، وهو في طريقه لأن يتعدى المليون طن متري سنويّا مع حلول عام 2004.
من جهة أخرى من المنتظر، فيما بين عامي 2000 - 2005، البدء في إقامة مشروعات عالمية كبرى في كل من الكويت، وقطر، وأبو ظبى، وعُمان، ومصر. وهذا - بلا شك - سوف يزيد الطاقة الإنتاجية في مواد متعددة، بداية من البولي إيثيلين الخطي المنخفض الكثافة وغاز البروبلين، وانتهاءً بأسمدة وجلايكول المونوإيثيلين والصودا الكاوية.
إن عملية إعادة البناء الشاملة في مجال هذه الصناعة سوف تستمر، وهذا من شأنه أن يعيد الحياة إلى المصانع المهملة، ومرافق الإنتاج في المناطق المحرومة من مزايا مخزون التغذية. إن منطقة الشرق تسترجع مركزها التجاري القديم، الذي كانت تحتله منذ ألفي عام كمفترق طرق بين الشرق والغرب.
ثانياً: معالجة التلوث في الصناعات البتروكيماوية
تعدّ صناعة البتروكيماويات عمليات إنتاجية، تبدأ بمواد أولية (ميثان، مقطرات نفطية) للحصول على منتجات وسيطة، ومونومرات لصناعة البلاستيك واللدائن والألياف الصناعية، والتي يباع جزء منها، والجزء الآخر يحول إلى منتج شبه نهائي.
الإجراءات الوقائية لضبط التلوث في الصناعات البتروكيماوية ترتبط بمصانع الإنتاج. وتشمل الملوثات هنا:
1. مواد عضوية غير قابلة للتحلل (مركبات كلورية)
2. مركبات نيتروجينية.
3. معادن ثقيلة.
يرتبط التلوث بالمواد العضوية الكلورية بعمليات البلمرة والإضافة والتكثـيف، الناتجـة من التفاعلات الثانوية التي تتم في مواقع الإنتاج المختلفة. هذه المواد لها بعض الذوبانية في الماء نتيجة وجود مجموعات جاذبة للزيت lipophilic groups علاوة على بط تأكسدها بيولوجيّا.
يشمل التلوث بالمواد النيتروجينية كلوريد الأمونيوم (الناتج الثانوي من إنتاج الكابرولاكتام والأكريلونيتريل والأكريلات)، وكذلك مواد تحتوي على نيتريلات، أو سيانوهيدرين، أو أمينات، أو مشتقات نيترو أروماتيات. هذه المركبات عندما تتحلل بيولوجيّا تكون في الصرف النهائي كميات ملحوظة من أيونات الأمونيوم أو أيونات النيترات.
يعزى التلوث بالمعادن الثقيلة إلى التسرب، الذي يحدث للحفازات، وكذلك إلى عمليات إنتاج الكلور بالخلايا الزئبقية. ينتج التلوث كذلك من تآكل المعدات. المعادن التي تكون عادة في مياه الصرف الصناعي تشمل النحاس والنيكل والكوبالت والموليبدنيوم والكبروميوم والزنك والبزموت والفاناديوم.
المعايير التي تتخذ في معالجة التلوث في الصناعات البتروكيماوية تشمل خفض التلوث إلى معدلات السلامة بالنسبة لتركيزات المواد التي لها سمية حادة. كذلك خفض معدلات المواد الموجودة عادة في مياه الصرف الصناعي، مثل المعادن والمركبات النيتروجينية، والفوسفورية، والمواد العضوية القابلة للتحلل، والهيدروكربونات المكلورة.
تحتاج معالجة التلوث في صناعة البتروكيماوية إلى وضوح الأهداف عند التخطيط المحكم للاستثمارات في مجال البيئة. ويستلزم ذلك أنظمة صارمة واستخدام تكنولوجيات عملية اقتصادية يسهل تطبيقها.
وأهم طرق معالجة التلوث في هذه الصناعة الآتي:
1. وحدات مركزية لمعالجة مياه الصرف
تتكون خطوات المعالجة هنا من:
أ. فصل المواد الصلبة المعلقة
تشمل هذه الطريقة عملية الترويب Flocculation، التي تتم بإضافة مواد مروبة Flocculaling agents لترسيب المواد العالقة. بالإضافة إلى المواد الصلبة العالقة العضوية وغير العضوية. يجب إجراء عمليات للتخفيض الجزئي للمواد الذائبة، خاصة أيونات المعادن والفلوريدات والفوسفات والجزئيات العضوية الكبيرة بإضافة كميات كبيرة من الجير الذي يحسن من عمليات فصل المواد العالقة والذائبة.
ب. خفض الأكسجين الحيوي الممتص BOD
تتم هذه الطريقة بالأكسدة البيولوجية، وتمثل أهم جزء في معالجة التلوث. تعدّ الأكسدة البيولوجية بواسطة الحمأة النشيطة activated sludge من أقدم طرق المعالجة. تستخدم في ذلك مرشحات في وسط البلاستيك، وقد اتسع انتشارها كمرحلة أولى لتخفيض الأكسجين الحيوي الممتص BOD، والذي يتميز بنسبة عالية من الأحمال البيولوجية.
تمثل الزيادة في استخدام الطاقة العالية، وكذلك الاحتياج لخزانات أكسدة ذات أحجام كبيرة مشكلات كبيرة في معالجة التلوث، ويتم حلها بإحلال الأكسجين بدلاً من الهواء، واستخدام الفحم المنشط لدعم الكتلة البيولوجية.
تسمح العمليات البيولوجية للحمأة النشيطة بالفصل الكامل للفوسفات المتبقية في الصرف الصناعي ولكنها ذات تأثير محدود بالنسبة لخفض نسبة المركبات النيتروجينية، والمواد غير القابلة للتحلل البيولوجي (المركبات الكلورية).
ج. الترشيح النهائي والكلورة
تعدّ هذه العملية الخطوة الأخيرة التي تسمح بإزالة الكميات المتبقية من الحمأة التي تسربت في المرحلة البيولوجية السابقة، وتسمح هذه العملية بتطهير التدفق الأخير للصرف.
د. التخلص من الحمأة
يتم التخلص من الحمأة بالحرق في أفران خاصة، ثم الترشيح للتخلص من الحمأة الأولية والثانوية في وحدة الصرف الصناعي.
هناك طريقة تبادلية ممكنة لمعالجة الحمأة في مراحلها الأولى لتجنب التخمر اللاهوائي، وتقليل حجمها، وذلك باستخدام عدة طرق، منها التثبيت الهوائي واللاهوائي والمعالجة بالأوزون أو ثاني أكسيد الكبريت، وكذلك التسخين داخل أوتوكلاف في وجود أو غير وجود الأكسجين.
إن الوحدة المركزية لمعالجة مياه الصرف حتى لو نفذت على أعلى مستوى تكنولوجي لن تستطيع القيام بالخفض المطلوب، كما يجب لتركيز المركبات النيتروجينية، والمركبات العضوية غير القابلة للتحلل: (مثل المركبات الهالوجينية)، والمعادن الثقيلة (مثل الزئبق)، والملوحة.
هناك أمثلة عملية على مستوى صناعي لعمليات النترتة nitrification، وإزالة النترتة بيولوجيّا biological denitrification أثبتت نجاحًا في معالجة التلوث. (اُنظر شكل إزالة النترتة بيولوجياً)
2. التدخل الفني في حدود البطارية
تشمل هذه المرحلة عمليات لمعالجة صرف معين يحتوي على ملوثات خاصة:
طريقة تعتمد على فصل طبيعي وكيماوي، وطبيعي كيماوي، ستكون مناسبة لمعالجة مياه الصرف الخاصة بالصناعات البتروكيماوية، والطرق المستخدمة هنا تشمل:
أ. الطفو Flotation
بالإضافة إلى إزالة الزيوت غير الذائبة، تُعدّ هذه التكنولوجيا تطبيقًا مفيدًا لاستخلاص المواد التي لها خواص ذات نشاط سطحي، وكذلك لإزالة المركبات العضوية الأخرى بعد معالجتها كيماويّا لتحويلها إلى متراكبات Complexation أو جعلها لا تذوب insolubilization
ب. التحلل الحراري Thermal hydrolysis
تستخدم هذه العملية عادة لتدمير النيتريلات، والسيانيدات وكذلك لتحلل الجزيئات السامة أو المعقدة، وذلك للإسراع بتحللها بيولوجيّا.
ج. الأكسدة المبللة Wet oxidation
بالرغم من وجود بعض المصاعب التكنولوجية (التآكل وتكوين القشور)، يعدّ استخدام هذه الطريقة فعالاً. ويستلزم ذلك الوصول بالأكسدة الحفزية إلى أحسن معدلات لخفض حرارة التشغيل القائمة، والتي تصل إلى فوق 250°م. هذه العملية تسمح بتدمير المواد السامة والجزيئات الكبيرة الذائبة الموجودة بكميات كبيرة في الصرف.
د. الادمصاص Adsorption
في هذه العملية يتم الادمصاص على كربون نشيط أو على بوليمرات صناعية، ويزداد الاحتياج إلى هذه الطريقة عند الرغبة في استخلاص المواد التي لا تتحلل بيولوجيّا، وبالأخص المركبات العضوية الكلورية.
[/size]

زائر

: أصل البترول
تَكَوّن البترول ـ الذي نستخدمه اليوم ـ منذ ملايين السنيين، ولكن لا أحد يعلم تماماً كيف تكوّن هذا البترول، وما أصله. نحن نعلم أن البترول يوجد في قيعان البحار القديمة، ويستقر الكثير منه الآن بعيدًا تحت سطح الأرض في المناطق البرية، أو تحت قيعان البحار والمحيطات.
وتقول إحدى النظريات الخاصة بأصل البترول:
إن الزيت قد تكوّن من النباتات الميتة، ومن أجسام مخلوقات دقيقة لا حصر لها. ومضمون هذه النظرية، أن مثل هذه البقايا ذات الأصل الحيواني أو النباتي، ترسبت في قيعان البحار القديمة، وترسبت فوقها المزيد من الصخور المحتوية على المواد العضوية نفسها، التي تحملها الأنهار لتصب في البحار. وقد شكلت هذه المواد العضوية، المختلطة بالطين والرمال، طبقة فوق طبقة استقرت على قاع البحار. ولأن الطبقات القديمة قد دفنت تحت أعماق أبعد وأبعد، فقد تحللت المواد العضوية بفعل الوزن والضغط القائم فوقها. وهذا الضغط الهائل يولد أيضا الحرارة. ومن ثمّ فإنه بفعل الضغط والحرارة، فضلا عن النشاط الإشعاعي والتمثيل الكيميائي والبكتيري كذلك، تحولت المادة العضوية إلى مكونات الهيدروجين والكربون، التي تتحول في النهاية إلى المادة التي نعرفها باسم البترول، ونستخدمها للطاقة. ومن المعتقد أن الطبقات العديدة المتراكمة قد كونت الصخور الرسوبية المعروفة، مثل الصخور الجيرية والصخور الرملية والدولوميت، والصخور الأخرى التي تكونت من الجسيمات الرقيقة الهشة، التي التصقت في كتل صلبة بفعل الضغط الهائل الذي يتولد نتيجة تراكم هذه الصخور بعضها فوق بعض، وبعض هذه الصخور كثيف جدًا لدرجة لا تسمح بنفاذ الزيت والغاز. أما باقي الصخور، فهي مسامية، بحيث تسمح للبترول والغازات الطبيعية المصاحبة بأن ترشح من خلالها. ويوجد الزيت في باطن الأرض على شكل نقط دقيقه بين حبيبات الرمال والحجر الرملي وفي شقوق الحجر الحيرى، وليس صحيحًا ذلك المفهوم الخاطيء أن البترول يوجد على شكل بحيرات أو أنهار أو ينابيع.
وهناك عدة أنواع من التراكيب الجيولوجية، تصلح لتجميع زيت البترول الخام. وهناك شرطان أساسيان لاحتجاز هذا الزيت في الخزان الجوفي وعدم تحركه وهما:
1. لابد من وجود "مصيدة" تحتجز الزيت، وتمنع تحركه خلال الطبقة الحاملة له، وهذه المصيدة قد تكون واحدة من عدة أنواع سيرد ذكرها.
2. وجود حاجز من الصخور الصماء، يمنع هروب الزيت إلى طبقات أعلى، وتسبب الطبقات الصخرية التي تعلو التكوينات الحاملة للزيت ضغوطًا كبيرة تصل إلى آلاف الأرطال على البوصة المربعة، وتزيد من قوة هذا الضغط حركة انثناء الطبقات التي تصاحب تكوين التركيب الجيولوجي، والتي تكونت نتيجة للتحركات في القشرة الأرضية في الماضي السحيق، حيث حدثت انهيارات أو كسور في قيعان المحيطات بين الطبقات المسامية وغير المسامية.
وتتسبب الضغوط الهائلة في تحرك الزيت والغاز إلى طبقات أكثر مسامية، مثل الحجر الرملي والحجر الجيري. ويستمر تحرك الزيت خلال الطبقات المسامية في التركيبات الجيولوجية، إلى أن يصادف طبقة من الصخور الصماء غير المسامية، ولا يستطيع النفاذ منها فيبقى مكانه. وفي مثل هذه الأماكن يتجمع الزيت والغاز والماء.
ونتيجة كل ذلك، تكونت "مصائد" مناسبة لاحتجاز الزيت والماء وتجميعهما. وهذه المصائد هي المصدر الرئيس لاحتياطات العالم اليوم من البترول والغاز الطبيعي، وهي عادة ما تكون على مسافات بعيدة الأعماق.
وأغلب الأنواع المعروفة من مصائد الزيت:
· التكوين القبوي: هي طية أو انثناء إلى أعلى، في أطوار نمو الأرض، تكون على شكل قوس. (اُنظر شكل تكوين قبوي تقوس).
· الفالق أو الانكسار: وينتج عن كسر في طبقات الأرض أو في القشرة الأرضية، يترتب عليه انزلاق طبقة على طبقة، فتواجه حافة إحدى الطبقات الصالحة لتجمع الزيت، طبقة أخرى صماء، فتتكون نتيجة لذلك مصيدة مناسبة لاحتجاز الزيت وتجمعه، والمصائد الناشئة عن حركات الانثناء والفالق تعد أمثلة للمصائد التركيبية. (اُنظر شكل الفالق "الانكسار").
· المصائد الطبقية: لا تنتمي بصلة إلى الفالق ولا الانثناء، وإنما ترجع إلى تحول في طبيعة طبقات الأرض، فتصبح أقل مسامية، وأقل قابلية للنفاذ، والمصائد الطبقية هي تكوين تحبس فيه الطبقات المسامية بين الطبقات غير المسامية.
وفي مناطق كثيرة من العالم، هناك رواسب هائلة من الصخور الملحية التي تكون على هيئة نصف سائل، أو عجينة، نتيجة لضغط طبقات الصخور الأخرى ودرجة الحرارة، وتدفع خلال طبقات الصخور التي تكون بأعلاها فتحدث تقويسًا لها فتكون المصيدة. والملح الموجود هذه الحالة لا يسمح بنفاذ البترول ويعمل كصخور مانعة لنفاذه. (اُنظر شكل القبة الملحية).
وقد تكونت كل المصائد بسبب التحركات الجيولوجية، بمعنى أن البترول يتجمع في هذه المصائد بكميات قد تكون مناسبة واقتصادية، مما يستدعي القيام بعمليات البحث واستغلاله. ولاشك أن أسهل هذه المصائد من حيث إمكانية استكشافها وأسخَاهَا عطاءً للبترول، هي المصائد من النوع القبوي.
1. الكشف وأساليبه
يبدأ البحث عن زيت البترول بمعرفة الجيولوجي، وهو لا يقوم بالحفر بحثًا عن الزيت، ولكنه يقوم بعمل مسح تمهيدي ليقرر أين "يحتمل" وجود الزيت؟
2. المسح الجيولوجي
وعند البحث عن الزيت في منطقة ما، يعمل الجيولوجي أولاً على معرفة ما إذا كانت الظروف في الحقبات الجيولوجية الماضية قد ساعدت على تكوّن البترول في منطقة البحث؟ ويقوم برسم خرائط في المناطق التي يقوم بمسحها، معتمدًا على مشاهداته للصخور الظاهرة على سطح الأرض، ثم يبحث عن أي نشع من الزيت، إذ ربما يكون قد نضح على السطح. وقد يلجأ الجيولوجي إلى إحداث حفر في الأرض، ليحصل على البيانات التي يحتاجها من جدران هذه الحفر إذا لم تكن هناك صخور ظاهرة على السطح.
ولا تقتصر الخريطة الجيولوجية على بيان الميل والاتجاه، وإنما تحتوي، إلى جانب ذلك، على معلومات مفيدة عن طوبوغرافية "تضاريس" المنطقة، كما تبين الخريطة العصور الجيولوجية المختلفة التي تنتمي إليها الطبقات، كما تبين جميع الآبار، وأنواع الرشح، وطرق الصرف.
ورغم كل ذلك، فإن هذه البيانات لا تؤكد وجود البترول، إلا أنها تساعد الجيولوجي على معرفة الظروف الجيولوجية تحت سطح الأرض، بما يمكنه من تقرير الطبقات والأعماق التي "يحتمل" وجود البترول فيها، فإذا وجدت الظروف الجيولوجية ملائمة، يبدأ البحث عن تكوينات يحتمل أن يتجمع فيها الزيت.
ومن أهم الأساليب التي تعين الجيولوجي في هذا الأمر، التصوير الفوتوغرافي الجوي، حيث تطير الطائرة في اتجاه معين ثابت فوق المنطقة المزمع مسحها، وأثناء تحليقها يقوم جهاز التصوير الدقيق المثبت فيها، بالتقاط صور سريعة تغطي كل منها ثلثي الصور السابقة لها. وبهذا يمكن الاطلاع على معالم المنطقة جميعها بصورة مجسمة، وملاحظة انحدار الصخور، كما يسهل تمييز الانثناءات والفوالق، وبنقل هذه الظواهر من كل مجموعة من الصور وتجميعها معًا، يمكن الحصول على خريطة تفيد في مرحلة الكشف التالية.
3. المسح الجيوفيزيقي
وعادة ما تستخدم أساليب أخرى بخلاف الطرق الجيولوجية، وذلك إلى جانب رسم خريطة التكوينات الصخرية الموجودة تحت سطح الأرض، من سطح الأرض أو من الجو، وهي:
أ. أسلوب قياس جاذبية الأرض
تستخدم أجهزة دقيقة جدا لقياس الاختلافات الطفيفة في قوة الجاذبية الأرضية على السطح، كالجرافيميتر "جهاز قياس الجاذبية Gravimeter ". وهناك أربعة عوامل تؤثر في اختلاف شدة الجاذبية على سطح الأرض من مكان لآخر، وهي القوة المركزية الطاردة الناتجة عن دوران الأرض، وارتفاع المكان عن سطح البحر، وفرطحة الأرض عند القطبين، واختلاف كثافة الصخور بالقشرة الأرضية تحت نقطة المشاهدة، وتتأثر الاختلافات بكيفية توزيع الصخور ذات الكثافة المختلفة تحت سطح الأرض. وبهذه الطريقة يمكن الكشف عن أي شيء غير عادي بدقة. كوجود قمة جرانيتية مدفونة، أو تركيب قبوي رفع جزءًا من صخور قديمة كثيفة عن وضعها الطبيعي، أي يمكن بدقة التعرف على طبيعة التكوينات في الأعماق.
ويتركب الجرافيميتر من ميزان لولبي دقيق، ومرايا، وتلسكوب يساعد على القراءة الدقيقة داخل صندوق معزول ذي حرارة ثابتة.
ب. أسلوب قياس الاهتزازات أو الزلازل
يقوم هذا الأسلوب على أساس إحداث هزات أرضية صناعية، بتفجير شحنات من المواد المتفجرة، فيولد الانفجار موجات من الاهتزازات في القشرة الأرضية، فتتلقاها وتسجلها أجهزة غاية في الحساسية تسمى "السيزموجراف" "Seismograph" أو السيزوموميتر، أي مقياس الاهتزازات. وهذه الأجهزة تثبت بترتيب معين على أبعاد مختلفة من مكان الانفجار، في المنطقة التي يجري فيها الكشف. (اُنظر شكل المسح السيزمي "الاهتزازي").
ويعتمد هذا الأسلوب على القاعدة المعروفة. وهي أن سرعة سريان موجات الاهتزازات تختلف باختلاف أنواع الصخور، فهذه الموجات تنتقل خلال التكوينات الصلبة الكثيفة، بسرعة تفوق سرعة انتقالها خلال التكوينات الخفيفة والهشة منها. وبقياس سرعة الموجات، يمكن معرفة نوع الصخور التي اجتازتها، وتقدير عمقها.
وهناك أسلوب آخر يستخدم على نطاق واسع، وهو يعتمد على أن موجات الاهتزازات تحدث انعكاسًا أو صدى عندما تصطدم برواسب صلدة كالحجر الجيري، فيقاس الوقت الذي يستغرقه انتقال الموجات من السطح إلى الطبقة العاكسة تحت الأرض، ثم الارتداد إلى السطح، فيمكن معرفة عمق الطبقة العاكسة. وتُعد طريقة قياس الاهتزازات أنفع الأساليب الجيوفيزيقية التي توصل إليها العلم للحصول على معلومات مباشرة عن التركيبات الجيولوجية المختفية في باطن الأرض، وتعرف هذه الطريقة عادة بالطرقة السيزمية. وتفصيلاً لما سبق ذكره، يقوم الجيوفيزيقي بتحديد أماكن أجهزة السيزموجراف في المنطقة التي رسم حدودها مهندس المساحة، ثم يتم تجهيز حُفَر في المنطقة توضع فيها شحنات متفجرة، ويقوم المكلف بالتفجير ـ لدى تلقيه الأمر من مهندس تشغيل السيزموجراف ـ بإشعال كبسولة الانفجار. ويسجل السيزموجراف، وقت الانفجار، موجات الاهتزازات المتتالية. ويظهر أولاً في الرسم البياني الذي يسجله السيزموجراف موجات الاهتزاز، التي تسري على سطح الأرض من نقط الانفجار، يتلوها ظهور عدد من الانعكاسات الزلزالية التي هي ارتداد موجات الاهتزاز إلى سطح الأرض، عند اصطدامها بتغيير في نوع الطبقات الصخرية والحجر الرملي إلى الحجر الجيري وغيره. وكلما زاد عمق الطبقة زاد الوقت الذي يستغرقه وصول موجات الاهتزاز إليها، ثم ارتدادها إلى السطح، وتسجل أجهزة السيزموجراف هذه الانعكاسات بترتيب وقت وصولها. ومن معرفة سرعة سريان موجات الاهتزاز في طبقات الأرض، ثم عودتها إلى السطح، وشدة الذبذبات التي تحدثها، يمكن استنتاج الأعماق التي تقع عليها مختلف الطبقات الصخرية في باطن الأرض وأنواعها. وبذلك يمكن للجيولوجي تعيين موقع كل طبقة ونوعها.
ج. أسلوب قياس المغناطيسية
يمكن معرفة توزيع الصخور ذات الخواص المغناطيسية المختلفة، من دراسة الاختلافات المحلية في كثافة المجال المغناطيسي للأرض واتجاهاته، ومن أسرع الطرق لتصوير منطقة واسعة، القيام بمسح مغناطيسي لها، بالاستعانة بآلات الماجينيتوميتر Magnetometer التي تحملها الطائرات.
ويوضح جهاز الماجنيتوميتر الاختلافات في المجال المغناطيسي للأرض الناشئة عن التكوينات المختلفة الواقعة تحت سطح الأرض. وتدل المعلومات التي يحصل عليها هذا الجهاز على بعض التكوينات الجيولوجية، وهذا الجهاز يُعد صورة دقيقة حديثة للمسح الذي استخدمه الخبراء زمنًا طويلاً في عمليات البحث عن خام الحديد، وقد استخدم في مسح مناطق شاسعة من سطح الأرض.
وبعد الحرب العالمية الثانية، تم اختراع جهاز قياس مغناطيسي جوي تحمله الطائرات، يساعد على مسح مناطق واسعة في زمن قصير، وهي أسرع وسيلة لمسح المناطق الشاسعة.
وهناك أهمية كبرى للتعرف على تكوينات تنتمي إلى عصر واحد. ولتحقيق ذلك، فإن الأسلوب الرئيس المتبع هو إعداد ثقوب في الأرض، لاستخراج عينات صخرية، يتبعها مقارنة التركيبات التي تحت الأرض من ثقب إلى آخر من ناحيتي العمق والسمك. وتتم دراسة نوع الحفريات والصخور التي يعثر عليها وطبيعتها وشكلها.
وفي أثناء البحث عن التكوينات الملائمة، يقوم الجيولوجيون والجيوفيزيقيون بفحص مناطق كثيرة من الأرض، وتستقر دراساتهم عادة على اختيار مناطق صغيرة، يرونها نموذجية لإجراء عمليات استكشاف مفصلة فيها. ولكن حتى بعد تصوير المناطق ودراستها دراسة تفصيلية، فإن وجود الزيت لا يمكن إثباته إلا بوسيلة واحدة وهي الحفر.
4. عمليات الحفر
هناك ثلاثة أساليب للحفر بحثًا عن الزيت وهي:
أ. طريقة الدق The Cable Tool
ب. طريقة الدوران "الرحى" The Rotary Drill
ج. طريقة الحفر التوربيني Turbo Drilling
وتتشابه الطريقتان الأولى والثانية، في أن كلاهما يحتاج إلى برج حفر ومحرك ومستودعات للتخزين، ومواسير فوق الأرض، وتختلفان فيما عدا ذلك، وطريقة الحفر الأولى هي الأقدم، وكانت السائدة خلال القرن التاسع عشر الميلادي، ومازالت مستعملة في بعض المناطق، ولكن يقتصر استعمالها على الأعماق القريبة، وعلى الآبار التي لا تخترق كثيرًا من الطبقات الصلبة، وهي أرخص من طريقة الدوران، إذ لا تتطلب تبطين الحفرة بمواسير الصلب المرتفعة التكلفة تبطينًا كاملاً، كما هو الحال في طريقة الدوران "الرحى". وعلى كل، فإن طريقة الدوران هي الطريقة الشائعة الاستعمال في الوقت الحالي. أما الطريقة الثالثة "الحفر التوربيني" فطريقة مستحدثة يدار فيها المثقب بواسطة توريبنات، يتم تحريكها بواسطة طين الحفر "الطفلة". (اُنظر شكل برج الحفر).
وبعد تحديد موقع الحفر، يبدأ العمل في إقامة جهاز الحفر الذي يتكون من برج قوي من الصلب، وآلات رافعة "أوناش"، والكثير من وصلات مواسير "أنابيب" الحفر والتغليف، وهى أنابيب فولاذية مجوّفة يوصل بعضها بالبعض الآخر بالقلاووظ، ويثبت في طرفها الأسفل دقاق "مثقاب" أو أداة قطع، وفي طرفها الأعلى حمالة متحركة أو رأس دوّار. ويضم محركات لإدارة مواسير الحفر، ومضخات لدفع سائل الحفر "الطفلة" داخل الأنابيب.
وعندما تبدأ فعلاً عملية الحفر، ترفع إحدى مواسير الحفر إلى داخل جهاز الحفر، ويركب في أسفلها مثقاب من القطر اللازم، ثم تركب الماسورة في أسفل ماسورة الدوران التي ترتبط بمضخات الحفر بواسطة خرطوم ذي ضغط عال، بحيث يمكن ضخ طين الحفر "الطفلة" إلى داخل مواسير الحفر من خلال المثقاب، ثم صعودًا في الفراغ بين الماسورة والبئر، بحيث يبقى ثقب الحفر خاليًا من الصخور المفتتة التي يكسرها المثقاب، وتدار ماسورة الحفر والمثقاب بواسطة "الرحى الدوارة" التي توجد على أرض هيكل الحفر، والتي تديرها بدورها سلسلة مرتبطة بالرافعة. وعندما تختفي ماسورة الحفر داخل الأرض تركب عليها ماسورة أخرى بالطول ذاته وهكذا...
وتخرج الطفلة في مستودعات تتصل بمضخات الحفر، بحيث يمكن ضخ الطفلة من مستودعها، فتمر خلال ماسورة الحفر والمثقاب. وعندما تعود إلى سطح الأرض ترجع إلى المستودع، ثم يعاد ضخها مرة أخرى... وهكذا. والطفلة العائدة إلى السطح، تمر قبل عودتها إلى المستودع على غربال هزاز، يحجز على سطحه قطع الصخور الصغيرة المفتتة وحبات الرمل الكبيرة، وهذه العملية تمكن من تنقية طفلة الحفر بحيث تتاح إعادة استخدامها، فضلاً عن أنها تتيح للجيولوجيين عينات من الصخور الموجودة في باطن الأرض، لفحصها والاستدلال على نوعها، وكذلك للحصول على المعلومات المتعلقة بطبقات الأرض، والتعرف على أية شواهد بترولية أو غازية. ولطينة الحفر "الطفلة" مزايا أخرى، بالإضافة إلى ما سبق فهي تؤدي إلى تثبيت جدران البئر فتمنعها من الانهيار، كما تبرد المثقاب الذي ترتفع درجة حرارته مع تقدم اختراقه للصخور. ومن مهامها أيضًا التحكم في الغازات التي قد يقابلها الحفر؛ ولذلك يقوم مهندس الطفلة، بصفة مستمرة، بقياس درجة لزوجة الطفلة وثقلها، لضمان أن يكون وزن عمود الطفلة في البئر أكبر دائما من ضغط الغاز الموجود، وإلا اندفع الغاز خارج البئر، بل قد يؤدي إلى حوادث جسيمة. ولكي تحتفظ الطفلة بتركيبها تستخدم أنواع مختلفة من المواد الكيماوية. وأهمها مسحوق سلفات الباريوم، الذي يبلغ وزنه أربعة أضعاف وزن الماء، ويضاف المسحوق إلى الطفلة فيزيد من وزنها ليصل إلى الوزن المطلوب.
ويواصل الخبراء ـ أثناء عملية الحفر ـ التعرف على خواص الطبقات التي يخترقها الحفر بتحليل فتات الصخور التي تحملها الطفلة، وفحصها تحت الميكروسكوب، واختبار بعض الخواص الطبيعية للصخور باستخدام طريقة كهربائية خاصة، مثل درجة المسامية والمحتويات السائلة.
وعندما يستدل ـ من الطفلة الخارجة من البئر ـ على أن المثقاب قد أصاب طبقة محملة بالزيت أو رمالاً ندية بالزيت، تستمر أعمال الحفر حتى يتم تحديد سمكها بالضبط، ثم يتم تفكيك برج الحفر ونقله، ويبقى الزيت في قرار البئر بثقل الطفلة عليه. ثم تدلى في البئر أنابيب التغليف الأخيرة ذات قطر أصغر، وتثبت بالأسمنت لمنع تسلل المياه إلى البئر. ثم تدلى مصفاة أنبوبية إلى الطبقة المحملة بالزيت. لتكون مانعًا للرمال من أن تدخل مع الزيت والغاز، وبعد ذلك تدلى في البئر مواسير الإنتاج الضيقة إلى المصفاة، فيتدفق فيها الزيت والغاز إلى سطح الأرض. وآخر مرحلة قبل شروع البئر في الإنتاج هي التخلص من الطفلة الثقيلة، وذلك بإحلال الماء محلها. ويتم تركيب مجموعة من الصمامات على فوهة البئر يطلق عليها اسم شجرة عيد الميلاد Christmas Tree وذلك للتحكم في إنتاج البئر، ويمضي رجال البترول إلى موقع آخر في محاولة جديدة للبحث عن أهم مورد للطاقة.
5. الإنتاج
طالما كان الضغط الطبيعي في قاع البئر كافياً لدفع الزيت إلى السطح، فإن الزيت يتدفق من البئر تدفقًا طبيعيًا، والماء والغاز هما اللذان يسببان هذا الضغط. وعادة ما يكون أحدهما ذا أثر أكبر من الآخر. وبالنسبة للآبار الحديثة العهد بالإنتاج، يتدفق الزيت تدفقًا طبيعيًا لفترة ما، وكلما انخفض الضغط الطبيعي في الخزان الجوفي انخفضت كمية الزيت المنتجة تدريجيًا، ويتلاشى الضغط ويتوقف الإنتاج، مما يستدعي اتباع طرق صناعية لرفع الضغط وعودة الإنتاج، وهناك طريقتان لتحقيق ذلك:
أ. استخدام المضخات لسحب الزيت.
ب. رفع الزيت بضغط الغاز والمياه التي يتم حقنها في البئر.

زائر

ثانياً: التركيب الكيميائي للبترول
إن أيدروكربونات السلاسل البارافينية والنفثينية والأروماتية هي المركبات الأساسية الداخلة في تركيب البترول 80 – 90%، كما توجد في البترول، علاوة على ذلك، كميات ضئيلة نسبيّا من المركبات الأكسجينية والكبريتية والنتروجينية. وتتحدد خواص البترول الفيزيائية والكيمائية بنسبة المركبات الداخلة في تركيبه. أما الأيدروكربونات غير المشبعة "الأوليفينات" فغالبًا لا تتوفر في الخام، ولكن يمكن توفرها نتيجة لعمليات التكرير المختلفة.
1. الأيدروكربونات الداخلة في تركيب البترول
في البترول أيدروكربونات غازية وسائلة وصلبة بتركيبات مختلفة ويمكن تقسيمها إلى:
أ. الأيدروكربونات البارافينية "الكانات"
الأيدروكربونات البارافينية الداخلة في تركيب البترول عبارة عن غازات أو سوائل أو مواد صلبة عند درجة الحرارة العادية، وتحوي سلسلة المركبات الغازية من 1 إلى 4 ذرات كربون (C1 - C4)، وتدخل هذه المركبات في تركيب الغازات الطبيعية المصاحبة associated gases "الميثان، الإيثان، البروبان، البيوتان". أما المواد التي تحوي من 5 إلى 15 ذرة كربون (C5 - C15)، فهي سوائل، تدخل في تركيب الجازولين والكيروسين ووقود آلات الديزل، وابتداء من (C16 H34) مواد صلبة "شموع بارافينية".
والأيدروكربونات سلسلة الميثان أيزومرات مختلفة، يزداد عددها ازديادًا كبيرًا كلما زاد عدد ذرات الكربون في السلسلة الكربونية. وتؤدي هذه الخاصية إلى صعوبة فصل بارافينات منفصلة مفردة من القطفات البترولية، نتيجة لتقارب درجات غليان الأيزومرات. ويمكن أن يوجد البيوتان على شكلين كالآتي:
CH3 – CH2 – CH2 – CH3
&
CH3 – CH – CH3 – CH3
بيوتان

أيزوبيوتان

والأيدروكربونات ذات الصيغة الجزيئية C13 H28، يمكن أن توجد في 802 أيزومر، وكذلك C14 H30 له 1858 أيزومر، ولذلك نرى أن التركيب الكيميائي للبترول معقد جدّاً. وأيزومرات الأيدروكربونات المتفرعة تختلف كلية في خواصّها الكيميائية والفيزيائية، عن الأيدروكربونات المقابلة ذات السلسلة المستقيمة. وهذا الاختلاف ممكن أن يشاهد حتى بزيادة ذرة كربون واحدة في الجزيء. فنرى أن للهبتان العادي (n-C7 H16) رقم أكتان = صفر بينما أن للأيزوأكتان (iso-C8 H18) رقم أكتان = 100. وتعتمد النسبة بين البارافينات العادية والمتفرعة على طبيعة الخام ذاته، فالبترول ذو الكثافة الأقل يكون غنيّاً بالبارافينات العادية. والبارافينات العادية تؤدي إلى خفض الرقم الأوكتاني، بينما البارافينات المتفرعة تؤدي إلى رفع الخصائص المحركية لوقود الجازولين.
ب. الأيدروكربونات النفثينية "الألكانات الحلقية"
الصيغة الجزئية العامة لها Cn H2n، وتختلف عن الأوليفينات بعدم وجود روابط ثنائية. وهي أكثر الأيدروكربونات الداخلة في تركيب البترول انتشارًا. وتوجد في قطفات البترول المنخفضة الغليان نفثينات خماسية وسداسية الحلقة "البنتان الحلقي والهكسان الحلقي"

وتوجد كميات كبيرة من الأيدروكربونات النفثينية في القطفات التي تتبخر عند درجة حرارة أعلى من 400م. وفي بعض أنواع البترول الغنية بالبارافينات، تحتوي على القطفات التي تتبخر عند درجة 400 - 550م على 70 - 80% من الأيدروكربونات النفثينية. وتتميز نفثينات القطفات البترولية العالية بتركيب متعدد الحلقات، أي أنها تحتوي على حلقة واحدة أو عدة حلقات ذات سلاسل بارافينية جانبية طويلة.
ج. الأيدروكربونات الأروماتية
تدخل الأيدروكربونات الأروماتية، من سلسلة البترول والتولوين والنفثالين وغيرها، في تركيب جميع قطفات البترول. وقد تم فصل البنزول والتولوين من قطفات الجازولين. وتحتوي قطفات الكيروسين على أيدروكربونات أروماتية أحادية الحلقة، وقد ثبت وجود مشتقات ثنائي الفينيل والنفثالين وغيرهما، وكذلك مشتقات البنزول ذات السلاسل الأليفاتية الجانبية الطويلة والقصيرة في القطفات التي تغلي عند درجات حرارة أعلى. والقطفات العالية الغليان تحتوي كقاعدة على نسبة من الأيدروكربونات الأروماتية أكبر مما تحتويه القطفات المنخفضة الغليان. وعلى هذا فإن في الجازولين الذي يحتوى على كمية كبيرة من الأيدروكربونات النفثينية، كمية صغيرة من الأيدروكربونات الأروماتية، وبالعكس فالقطفات الغنية بالأيدروكربونات البارافينية تحتوي على كمية كبيرة من الأيدروكربونات الأروماتيه، وقد اكتشف وجود أيدروكربونات تحتوي على حلقات أروماتية ونفثينية في الوقت نفسه، وذلك في القطفات البترولية الزيتية العالية الغليان.

2. المكونات غير الأيدروكربونية في البترول
أ. المركبات الكبريتية
تتوفر المركبات الكبريتية في جميع أنواع البترول بكميات مختلفة 0,5 % الى 3% ويمكن أن تصل إلى 7%، ويُعدّ الخام المحتوي على أقل من 0,5% كبريت خامًا منخفض الكبريت، وأعلى من ذلك يعدّ خامًا عالي الكبريت.
ويدخل الكبريت في تركيب مركبات مختلفة، منها غاز كبريتييد الأيدروجين H2S، والمركتبانات RSH والكبريتيدات R-S-R وثنائي الكبريتيدات R-S-S-R والكبريتيدات الحلقية.

ويتوزع الكبريت في القطفات البترولية، بحيث تزداد نسبة وجودة مع ارتفاع درجة الغليان.
ب. المركبات النتروجينية
توجد المركبات النتروجينية في البترول بكميات صغيرة "من 0.03 إلى 0.3%"، وتزداد نسبة النتروجين في البترول بزيادة الوزن النوعي، ونسبة المواد الراتنجية، ويوجد النيتروجين في الغالب على صورة مركبات ذات طابع عضوي، وتتركز المركبات النتروجينية أثناء التقطير بصورة أساسية في المتبقي بعد عملية التقطير الأولى وهو المازوت.
ج. المركبات الأكسجينية
لا تزيد نسبة الأكسجين في البترول عن 1%، وتنتمي إلى الأحماض النفثينية والفينولات وكذلك المركبات الأسفلتية الراتنجية. والأحماض النفثينية من ناحية التركيب الكيميائي هي مركبات حلقية تحتوي على مجموعة الكربوكسيل.
د. الشوائب المعدنية
إن دراسة رماد البترول تقودنا إلى أن البترول يحتوي ـ علاوة على الأزوت N والكبريت S ـ على عناصر أخرى مثل الفاناديوم V والفسفور P والبوتاسيوم K والنيكل Ni واليود I وغيرها.
هـ. المواد الأسفلتية والراتنجية
تنضم إلى طائفة المركبات العديدة الحلقات، ذات الوزن الجزئي الهائل المتعادلة والمحتوية على الكبريت،علاوة على الأكسجين وتتركز في المتبقي بعد التقطير.
والمواد الراتنجية والأسفلتية تكسب المنتجات البترولية لونًا غامقًا، ويساعد توفر كميات كبيرة من هذه المواد في الوقود، على تكوين فحم الكوك والقشور في أسطوانات المحرك.
وتنقسم المواد الراتنجية والأسفلتية، طبقًا للتصنيف المعمول به، إلى راتنجات متعادلة تذوب في الجازولين الخفيف، وأسفلتينات "نواتج بلمرة الراتنجات المتعادلة مع الأحماض الأيدروكسيلية" لا تذوب في الجازولين الخفيف، ولكنها تذوب في البنزول والكلوروفورم، وكبريتيد الكربون، وأحماض بولينفثينية وانهيدريداتها؛ وهى ذات طابع حمضى، ولا تذوب في الجازولين الخفيف ولكنها تذوب في الكحول.

زائر

ثالثاً: تصنيف البترول ومعالجته
1. تصنيف خام البترول
لنظام تصنيف البترول أهمية كبيرة، إذ يسمح بتحديد اتجاه تكرير البترول، وقائمة أنواع المنتجات وجودتها.
ويتخذ التركيب الأيدروكربوني أساسًا للتصنيف الكيميائي للبترول، فبعض أنواع الخام تحتوي على نسب عالية من البارافينات، ومنها الشموع البارافينية الصلبة، وأنواع أخرى تحتوي على النفثينات. وبالتالي فالمنتجات غير القابلة للتقطير "المتبقي" تختلف من خام إلى خام آخر.
ويصنف البترول الخام بطريقة عامة إلى ثلاثة أصناف:
· البترول ذو الأساس البارافيني: يحتوي على الشموع البارافينية، وقد يحتوي على كميات ضئيلة من المواد الأسفلتية، ويحتوي عمومًا على الأيدروكربونات البارافينية، وغالبًا ما يعطي كميات جيدة من الشمع البارافيني وزيوت التزييت عالية الجودة.
· البترول ذو الأساس الإسفلتي: يحتوي على المواد الإسفلتية بكميات كبيرة، أما الشمع البارافيني فلا يتوفر أو يتوفر بكمية ضئيلة، الأيدروكربونات تكون غالبًا من النوع النفثيني "الحلقي". وتحتاج زيوت التزييت المنتجة من هذا الخام إلى نوع من المعالجة لتكون في كفاءة الزيوت المنتجة من الخامات ذات الأساس البارافيني.
· الخام ذو الأساس المختلط: يحتوي على كل من الشمع البارفيني وكذلك المواد الإسفلتية بالتساوي، وبه الأيدروكربونات البارفينية والنفثينية، وكذلك بعض النسب من الأيدروكربونات الأروماتية.
أ. الخواص الفيزيائية للبترول ومنتجاته
عرفنا أن البترول هو خليط معقد من المركبات الأيدروكربونية؛ ولذلك فإن الخواص الفيزيائية التي يتم تعيينها هي في الواقع متوسطات للقيم المفردة لهذه المركبات.
(1) الوزن النوعي النسبي ودرجة API
يعدّ الوزن النوعي والكثافة من أهم الخصائص المستخدمة عند دراسة البترول والمنتجات البترولية. ولهاتين الخاصيتين أهمية خاصة عند حساب وزن المنتجات البترولية وكتلتها في الحالات التي يعين فيها حجم هذه المنتجات بالقياس المباشر.
ويطلق اصطلاح الوزن النوعي للسائل أو الغاز،على وزن وحدة حجمه، ويطلق اصطلاح كثافة السائل أو الغاز، على كمية المادة الموجودة في وحدة الحجم، ولتعيين الوزن النوعي لمادة ما، يجب قسمة وزن جسم منها G على حجمه V: G/V.
ولتعيين كثافة مادة ما، يجب قسمة كتلة جسم منها m على حجمه V

أما الوزن النوعي النسبي "الكثافة النسبية"، فهي كمية غير مميزة، وتساوي نسبة كثافة المادة المختبرة إلى كثافة الماء النقي عند درجات الحرارة القياسية "+4م للماء و+ 20م للمنتجات البترولية" ويرمز له بالرمز d420 والكثافة النسبية والوزن النوعي النسبي كميتان متساويتان عدديّا. وتقاس كثافة الماء عند درجة 4°م، إذ أن أعلى كثافة للماء تكون عند هذه الدرجة. وهناك طريقة أخرى للتعبير عن كثافة السوائل وهي درجة American Petroleum Institute API.
وهي مقلوب الوزن النوعي النسبي، ويعبّر عنها بالعلاقة التالية:

وتعين كثافة المنتجات البترولية بواسطة الهيدروميتر أو بالميزان الأيدروستاتي، وكذلك بواسطة قنينة الكثافة.
وتقل كثافة المنتجات البترولية بارتفاع درجة الحرارة. كذلك هناك تأثير بسيط للضغط على كثافة السوائل. وهناك جداول شاملة تبين تغير الكثافة أو الوزن النوعي مع التغير في درجة الحرارة والضغط.
ودرجة API تبدأ غالبًا من 10 إلى 50 API، ولكن لمعظم أنواع خام البترول تنحصر القيمة بين 20 إلى 45 API.
وتستخدم قيم الكثافة والوزن النوعي مرشدًا لمعرفة التركيب الكيميائي للخام، فعمومًا الأيدروكربونات البارافينية تكون كثافتها قليلة، والأيدروكربونات النفيثينية والأوليفينية لها كثافات متوسطة، أمّا الأيدروكربونات الأروماتيه فلها قيم كبيرة للكثافة.
(2) اللزوجة "الاحتكاك الداخلي للسائل"
"وهي مقاومة السائل لإزاحة إحدى طبقاته بالنسبة لطبقة أخرى تحت تأثير قوة خارجية"، ويتم التمييز بين اللزوجة الدينامية والكينماتية والنسبية.
اللزوجة الدينامية (n) وتقاس بالباسكال ثانية (Pa. s).
واللزوجة الكينماتية (v) وهي النسبة بين اللزوجة الدينامية والكثافة النسبية للسائل d عند درجة الحرارة نفسها، وتقاس بالمتر المربع على الثانية.
اللزوجة النسبية هي النسبة بين زمن تدفق 200 ملل من المنتج البترولي عند درجة حرارة الاختبار، وبين زمن تدفق حجم الماء المقطر نفسه عند درجة 20°م.
مقياس اللزوجة البسيط Simple Viscometer
· يتم تعيين الزمن الذي يأخذه السائل من الانتفاخ 1للوصول إلى الانتفاخ 2 من خلال الأنبوبة C.
· تتغير لزوجة المنتجات البترولية مع التغير في درجة الحرارة، فتقل بارتفاع درجة الحرارة، وتزداد بانخفاضها. وبالنسبة لزيوت التزييت، لابد من تعيين التغير في اللزوجة خلال معدل درجات التشغيل العادية.
ومن هذه الطرق دليل اصطلاحي افتراضي يطلق عليه اسم دليل اللزوجة Viscosity Index (VI)، ويعين بواسطة مخططات بيانية خاصة، على أساس معرفة مقدار اللزوجة عند 100°م، 50°م؛ وذلك لزيوت قياسية، والمقارنة بينها حيث يعطي الزيت الذي تتأثر لزوجته تأثرًا كبيرًا بالتغير في درجة الحرارة VI = صفر، أمّا الزيت الذي له خواص لزوجة جيدة وذلك بتغير الحرارة بين هاتين الدرجتين فيعطي VI = 100. وتقارن زيوت التزييت بهذا الدليل. فدليل اللزوجة العالي القيمة يدل على زيت تتأثر لزوجته تأثرًا طفيفًا مع التغير في درجة الحرارة.
(3) الوزن الجزيئي
يتوقف الوزن الجزيئي للبترول والقطفات البترولية على الوزن الجزيئي للمركبات الداخلة فيها وعلى النسبة بينها. وغالبًا ما تراوح للخام من 250 إلى 300. ويزداد الوزن الجزيئي للقطفات البترولية بارتفاع درجة غليانها. والتركيب الأيدروكربوني للقطفات المتماثلة من الأنواع المختلفة للبترول مختلف، ونتيجة لذلك تكون أوزانها الجزيئية غير متساوية.
وعند درجات الغليان نفسها، تتميز قطفات الأنواع البارافينية من البترول بأكبر وزن جزيئي، وقطفات الأنواع النفثينية الأروماتية بأقل وزن جزيئي، وتشغل قطفات البترول ذات القاعدة النفثينية مكانًا وسطًا.
(4) درجة الوميض والاشتعال والاشتعال الذاتي
يحكم على قابلية المنتجات البترولية الخفيفة للاشتعال "الالتهابية inflammability" بدرجة وميضها.
يطلق اسم درجة الوميض flash point على درجة الحرارة التي تومض عندها أبخرة المنتج البترولي المسخن في ظروف محددة عند تقريب لهب منها.
وتتميز درجة الوميض بأن اللهب ينطفئ في الحال. وإذا رفعت بعد ذلك درجة حرارة السائل، فعند الوصول إلى درجة حرارة معينة، وتقريب اللهب، تشتغل الأبخرة مرة أخرى، ولكنها لا تنطفئ. ويطلق على درجة الحرارة هذه "درجة الاشتعال للمنتجات" Ignition point ودرجة الاشتعال أعلى دائما من درجة الوميض.
ولكي يتم وميض الأبخرة القابلة للاشتعال، يجب أن تقع نسبة تركيزها في الهواء في حدود معينة، ويفرق بين الحد الأعلى والحد الأدنى لتركيز الأبخرة. والحد الأدنى هو أقل نسبة لتركيز الأبخرة في الهواء يلاحظ عندها الوميض عند تقريب اللهب، أما الحد الأعلى فهو تلك القيمة لتركيز الأبخرة التي لا يحدث الوميض بعدها لعدم كفاية الأكسجين. والحد الأدنى لتركيز الأبخرة البترولية هو الذي يؤخذ في الاعتبار عند تعيين درجة الوميض. وكلما خف المنتج البترولي كانت هذه الدرجة أقل. فدرجة وميض الجازولين أقل من صفر، والكيروسين 30 - 50°م، ووقود الديزل المختلف الأنواع من 30 إلى 90°م، وزيوت التزييت من 130 إلى 320°م.
ويحكم في الظروف الصناعية على وجود القطفات الخفيفة في المنتجات بدرجة الوميض، فتدل مثلاً درجة الوميض المنخفضة للمازوت، المتبقي بعد تقطير البترول، على أن المنتجات البترولية الخفيفة لم تفصل جيدًا منه.
وعلاوة على درجة الوميض ودرجة الاشتعال اللتين يجري عند تعيينهما اشتعال الأبخرة البترولية بتقريب لهب إليها، تعرف أيضًا ظاهرة "الاشتعال الذاتي" Self Ignition، أي الظاهرة التي يجري عندها اشتعال المنتج المسخن عند التلامس مع الهواء بدون تقريب اللهب إليه. ويطلق اسم درجة الاشتعال الذاتي "العفوي" على درجة الحرارة التي عندها يشتعل المنتج البترولي ذاتيًا عند ملامسة الهواء. وتعتمد درجة الاشتعال الذاتي على ثبات المنتج لتأثير الأكسجين. وأكثر المنتجات تعرضًا للاشتعال الذاتي هي متبقيات تكرير البترول الثقيلة "القار والسناج وغيرها". فدرجة الاشتعال الذاتي للمنتجات البترولية المنخفضة الغليان أعلى من درجة الاشتعال الذاتي للمنتجات العالية الغليان. وتبلغ درجة الاشتعال الذاتي للمتبقيات البترولية 300°م - 350°م ، وللكيروسن أعلى من 400°م ، وللجازولين أعلى من 500°م.
أما درجة وميض الجازولين، فهي أقل من - 18°م م، معنى ذلك أنه في درجات الحرارة العادية يكون تركيز بخار الجازولين أعلى بكثير من تركيز الهواء في حيز مغلق، وبالتالي لن يشتعل الجازولين. أمّا المنتجات البترولية التي تتراوح درجة وميضها بين 30 و60°م، فيجب الاحتياط من خطورة اشتعالها، حيث إنه في خلال هذا المدى من درجات الحرارة يتم إنتاج هذه المنتجات ونقلها وتخزينها.
(5) معامل الانكسار
تتغير سرعة الأشعة الضوئية واتجاهها عند انتقالها من وسط إلى آخر، وتسمى هذه الظاهرة بـ "انكسار الشعاع". ويطلق اسم "معامل الانكسار" على النسبة بين زاوية سقوط الشعاع وزاوية الانكسار. ويدخل في تركيب البترول والمنتجات البترولية طوائف أيدروكربونية مختلفة ذات معاملات مختلفة للانكسار. فأيدروكربونات السلسلة البارافينية ذات معامل انكسار قليل يليها الأيدروكربونات النفثينية ثم الأروماتية، ويزداد معامل الانكسار بازدياد الوزن الجزيئي للأيدروكربونات. ويستخدم جهاز خاص لتعيين معامل الانكسار يطلق عليه اسم "مقياس انكسار الأشعة" (refract meter).
2. معالجة البترول
يصاحب البترول أثناء خروجه من البئر غازات وأملاح ومياه وشوائب ميكانيكية "رمال وطين"، ولذا يجب فصل هذه الأشياء جزئيًا في الحقل، وكلياً بعد ذلك في معمل التكرير.
ويتم فصل الغازات المصاحبة في حقول البترول في أجهزة خاصة "مصايد"، ثم تدفع إلى وحدة الجازولين لفصل المكثفات الخفيفة، التي تكون غالبًا مصاحبه للغازات، والتي يتم فصلها بتكثيفها وتسمى "الجازولين الطبيعي". ثم يدفع الخام بعد ذلك إلى مستودعات ترسيب، حيث يتم فصل الشوائب الميكانيكية بالترسيب. بعد ذلك يتم نزع الأملاح من البترول عن طريق غسل الأملاح بالماء العذب، ثم ينزع الماء بعد ذلك من البترول. ويعالج البترول المحتوي على نسبة كبيرة من الأملاح بواسطة 10 – 15% من الماء مرتين أو ثلاث مرات. ويفصل الماء من البترول في بعض الأحيان بسهولة نسبيًا. ولكن غالبًا ما يكون مستحلبات ثابتة مع البترول صعبة الفصل، خصوصًا خلال عمليات الضخ والنقل في أنابيب بسرعة كبيرة مما يصعب التخلص منه.
أ. إعداد البترول للتكرير
(1) طرد الغازات وتثبيت البترول في الحقول
إنّ الغاز الذي يصاحب البترول أثناء خروجه من البئر، يجب فصله عن البترول. ويتم هذا الفصل في حقول البترول في أجهزة خاصة "مصايد"، وذلك بواسطة خفض سرعة حركة مخلوط البترول والغاز. وتستخدم طريقة فصل الغاز على عدة مراحل في حالة وجود ضغط عال في البئر.
ولا يكفي فصل الغاز فقط من البترول، إذ يتبقى بعد الفصل كثير من القطفات الخفيفة التي قد تتبخر أثناء التخزين في المستودعات وصب البترول في الصهاريج... إلـخ. ولذلك فمن المستحسن تثبيت البترول في الحقول، وخاصة إذا كان البترول المستخرج يحتوي على كثير من القطفات الخفيفة، ويراد نقله لمسافات بعيدة.
ويتلخص تثبيت البترول في فصل القطفات الخفيفة والغازات الذائبة عن الخام. وتوجه لهذا الغرض أبخرة القطفات الخفيفة والغاز بعد مرورها خلال مكثف إلى فاصل الغاز gas separator، حيث يفصل الغاز ويدفع بواسطة مضخة إلى شبكة الغاز أو إلى مصانع معالجة الغاز. ويوجه البترول المثبت إلى المصانع للتكرير. (اُنظر شكل وحدة تثبيت نموذجية)
يدفع البترول المنزوع منه الماء والذي لا يحتوي على أكثر من 2% من الماء إلى مبادلات حرارية حيث يسخن بواسطة البترول المثبت، ثم يمر في مجموعة مبادلات حرارية مسخنة بالبخار. ويدخل البترول بعد تسخينه إلى درجة 90°م في المثبت الذي يعمل تحت ضغط 1.5 ضغط جوي، والمزود بمسخن بخاري reboiler يعمل على تثبيت درجة الحرارة عند 110°م. ويدفع البترول المثبت في مبادلات حرارية حيث يبرد على حساب تسخين البترول الخام غير المثبت، ثم يجمع بعد ذلك في خزان. ويمر مخلوط البخار والغاز الخارج من المثبت خلال مكثف وفاصل. وتوجه الغازات الخارجة من الفاصل للمعالجة أو تدخل في شبكة جمع الغاز. أما المتكثف فيجمع في سعة حيث يدفع جزء منه إلى القسم العلوي للمثبت كرجع.
(2) نزع الماء والأملاح من البترول
إن الماء والشوائب الميكانيكية "الأملاح والرمل والطين" تصاحب البترول دائمًا أثناء استخراجه. ويفصل الماء من البترول في بعض الأحوال بسهولة نسبية، ولكنه يكون مستحلبات ثابتة مع البترول في البعض الآخر.
ويجب أن يخضع البترول الذي يحصل عليه على صورة مستحلب، لمعالجة خاصة معقدة نسبياً لفصله عن الماء والشوائب الميكانيكية، حيث إن تكرير البترول ذو الشوائب يعقد تشغيل الوحدات الصناعية إلى حد كبير. فإذا سخن مثلاً بترول يحتوي على شوائب ميكانيكية في مبادل حراري، فإن هذه الشوائب تترسب على سطح التسخين؛ مما يؤدي إلى خفض كفاية المبادل الحراري، وأثناء مرور البترول في الأنابيب بسرعات كبيرة يكون للجسيمات الصلبة تأثير المواد الحاكة، أي أنها تحك في الأجهزة فتبليها قبل الأوان. ويؤدي بقاء الشوائب الميكانيكية في المتبقيات البترولية بعد التقطير، إلى خفض جودة هذه المتبقيات وزيادة نسبة الرماد فيها (وقود الغلايات والكوك)، وإلى عدم إمكانية الحصول على منتجات مطابقة للمواصفات.
ويتبخر بشدة الماء الداخل مع البترول في أجهزة التسخين، فيزداد حجمه زيادة بالغة، مما يؤدي إلى رفع الضغط في الأجهزة والإخلال بالمعدلات التشغيلية التقنية للوحدة. ويحتوي الماء الموجود في البترول على كمية كبيرة من الأملاح. وتتوفر هذه الأملاح بصورة أساسية على هيئة كلوريدات NaCl,MgCl2, CaCl2، ويتكون حمض الأيدروكلوريك من تحلل كلوريد الكالسيوم وخاصة كلوريد المغنسيوم أثناء عملية التقطير، ويحت هذا الحمض الأجهزة بشدة.
ويتضح مما سبق أن البترول بعد الحصول عليه من الآبار، يجب أن يخضع لمعالجة إعدادية لتوفير درجة نقاوته المطلوبة.
(3) المستحلبات البترولية
هناك نوعان من المستحلبات البترولية: "الماء في البترول"، مستحلبات أيدروفوبية hydorphobic، و"البترول في الماء"، مستحلبات ايدروفيلية hydrophilic.
ومستحلبات النوع الأول أكثر انتشاراً من النوع الثاني. وفي مستحلبات النوع الأول يوجد الماء في البترول على صورة كمية لا حصر لها من القطرات المتناهية في الصغر. أما في مستحلبات النوع الثاني فيكون البترول على صورة قطرات مفردة معلقة في الماء.
وتتلخص عملية تكوين المستحلبات في الآتي: على الحد الفاصل بين سائلين لا يختلط بعضهما ببعض، وأحدهما مشتت في الآخر على صورة جسيمات صغيرة جداً، تتراكم مادة ثالثة ضرورية لتكوين المستحلب وتسمى بالعامل المستحلب أو مثبت المستحلب. ويذوب العامل المستحلب في أحد السائلين مكوّناً ما يشبه الغشاء. ويحجب هذا الغشاء قطرات المادة المشتتة ويمنع اندماجها. وهذه العوامل المستحلبة في البترول هي الراتنجات والأسفلتينات وصابون الأحماض النفثية والأملاح. وعلاوة على المواد المذكورة، تؤثر الشوائب الصلبة المختلفة المشتتة في أحد الأطوار على ثبات المستحلب.
والعوامل المستحلبة إما أيدروفيلية أو أيدروفوبية. وتُعدّ المواد الراتنجية الأسفلتية والأحماض النفثية الموجودة في البترول مركّبات طبيعية وعوامل مستحلبة أيدروفوبية. أما الصوابين الصوديومية والبوتاسيومية التي تتكوّن أساساً من تفاعل الأحماض النفثية الموجودة في البترول مع أملاح المعادن الذائبة في ماء الحفر، فهي عوامل مستحلبة أيدروفيلية. وتتمتع نفثينات Ca, A1, Fe. Mg بخواص أيدروفوبية. والمعلقات الصلبة عديمة النشاط السطحي، إلا أن تراكمها على السطح البيني interface، بين البترول والماء يجعل الغشاء أكثر متانة والمستحلب أكثر ثباتًا. ويعتمد تكون المستحلبات من النوعين المذكورين أعلاه على وجود هذا النوع أو ذلك من العوامل المستحلبة والمثبتة.
ويكون المستحلب المتكون من خلط الماء والبترول ذا طابع "بترول في الماء" إذا كان المثبت يذوب في الماء. أما إذا كان المثبت يذوب في الوسط الأيدروكربوني فيتكون المستحلب من نوع "ماء في البترول".
(4) الطرق الصناعية لإزالة استحلاب البترول
هناك نوعان من المستحلبات البترولية "الماء في البترول" و"البترول في الماء"، يتضح مما تقدم أن سبب ثبات المستحلب البترولي يكمن في وجود غشاء متين واق على سطح القطرات. ويتلخص هدم المستحلبات في تحطيم الأغشية التي تمنع اندماج القطرات، والسبب الآخر لثبات المستحلبات هو تراكم شحنات الكهرباء الإستاتيكية على سطح قطرات الماء والمعلقات الصلبة. فتحت تأثير شحنات الكهرباء الإستاتيكية يحدث تنافر متبادل يمنع اندماج قطرات الماء. تتلخص عملية إزالة الاستحلاب في تحطيم المستحلب. وفي أغلب الأحوال، يمكن تقسيم هذه العملية إلى مرحلتين:
· تحطيم الأغشية الواقية واندماج قطرات الماء المعلقة إلى الحجم الذي يسمح بترسبها فيما بعد.
· ترسب القطرات الموحدة وفصل الماء عن البترول.
ويُزال استحلاب البترول في الظروف الصناعية تحت تأثير المواد المانعة للاستحلاب ودرجات الحرارة والمجال الكهربائي، كما يمكن استخدام التأثير المشترك لهذه العوامل. وهناك أيضًا طرق أخرى لتحطيم المستحلبات، مثل الطرد المركزي "الترشيح" واستخدام الإلكتروليتات. ولا تستخدم هذه الطرق على نطاق واسع؛ نظراً لقلة فعاليتها أو لصعوبة تحقيقها.
وتُزال الاستحلابات بالطرق الآتية:
(أ) الطرق الميكانيكية
وتتم بالترويق أو الطرد المركزي أو الترشيح، ولكن لا تستخدم هذه الطرق على نطاق واسع.
(ب) الطرق الحرارية
تتم بتسخين المستحلب، وخلال ذلك تتمدد الطبقة المثبتة للمستحلب، وتتكسر، وبالتالي تتجمع قطرات الماء وتندمج. وتتلخص الطريقة الحرارية لنزع الماء في تسخين البترول وترويقه في الخزانات. وتستخدم هذه الطريقة لمعالجة المستحلبات غير الثابتة فقط، وهي تؤدي إلى فقد كمية كبيرة من قطفات البترول الخفيفة في حالة الإحكام غير الكافي.
(ج) الطرق الكيميائية
باستخدام مواد كيميائية مانعة للاستحلاب تكون رخيصة وذات فعالية كافية، وهذه المواد تضعف الغشاء المغلف لقطرات الماء.
(د) الطرق الكيميائية الحرارية
وفيها تستخدم مواد كيمائية مانعة للاستحلاب، وذلك خلال عملية تسخين المستحلب البترولي. ويمكن استخدام الطريقة الكيميائية الحرارية لإزالة الاستحلاب بنجاح، إذا وجدت مادة مانعة للاستحلاب تكون رخيصة وذات فعالية كافية، ويسهل الحصول عليها ونقلها، ولا تسبب التحات الكيميائي للأجهزة. كما يجب، علاوة على ذلك، أن تختلط المادة المانعة للاستحلاب بالسائل الذي توضع فيه، لكي تستطيع أن تتفاعل بسهولة مع الغشاء الواقي لقطرات الماء.
وتتم الطريقة الكيميائية الحرارية لإزالة الاستحلاب كالآتي:
يخلط المستحلب البترولي مع المادة المانعة للاستحلاب مباشرة، في مضخة طاردة مركزية، تضخ الخام إلى وحدة إزالة الاستحلاب. وتدفع المادة المانعة للاستحلاب بواسطة مضخات مجزئة إلى خط سحب مضخات الخام. ويسخن المخلوط في مبادلات حرارية أو في فرن أنبوبي بواسطة البخار، أو تيار من المنتج البترولي الساخن، أو بواسطة النار إلى درجة 70 - 75°م. ويؤدي التلامس بين المادة المانعة للاستحلاب وبين المستحلب، أثناء تحركهما في الأنابيب، إلى تحطيم الأغشية الواقية. ويدخل المستحلب المحطم بعد ذلك في وعاء نزع الماء أو في خزان حيث يفصل الماء عن البترول. (اُنظر شكل مخطط عملية إزالة الاستحلاب).
وعيوب الطريقة المذكورة لإزالة الاستحلاب هي:
· استهلاك كمية كبيرة من المواد المانعة للاستحلاب.
· فقد قطفات البنزين الخفيفة.
· ضرورة استخدام عدد كبير من الخزانات.
· تلويث المياه الصناعية المستهلكة بأملاح السلفا... إلخ.
وللإقلال من زمن الترويق واستهلاك المادة المانعة للاستحلاب، يدفع المستحلب في مستودع به وسادة من الماء المفصول من المستحلب، والذي يحتوي على كمية من المادة المانعة للاستحلاب.
وقد انتشر استخدام طريقة كيميائية حرارية أكثر تطوراً لنزع الماء من البترول، وهي تسمح بالإقلال من الفاقد. ويتم الترويق في هذه الطريقة في أجهزة محكمة (أوعية خاصة لنزع الماء تعمل تحت الضغط).
ويسخن البترول الاستحلابي في حالة الترويق في أجهزة محكمة إلى درجة 150 – 155°م في مبادلات حرارية أو في أفران، ثم يدخل بعد ذلك في أوعية نزع الماء حيث يحفظ الضغط مساوياً لـ 8 ضغط جوي.
ويتم في أوعية نزع الماء انفصال البترول عن الماء وإبعاد الأخير. ويمر البترول المنزوع منه الماء خلال مبادلات حرارية حيث يبرد إلى درجة 80 - 90°م بواسطة تيار مضاد من البترول الاستحلابي البارد. وتستخدم هذه الطريقة الكيميائية الحرارية المطورة لإزالة استحلاب البترول، عند تحطيم المستحلبات الثابتة للخامات البترولية الثقيلة.
(هـ) الطرق الكهربية
وتطبق حاليًا على نطاق واسع لنزع الماء والأملاح من البترول. وفي هذه الطريقة يؤثر في المستحلب مجال كهربائي ذو جهد عال وتردد صناعي، فتتحرك قطرات الماء المشحونة تحت تأثير هذا المجال وتتجه إلى الإلكترودات. ويتغير اتجاه حركة القطرات مع تردد المجال، الأمر الذي يؤدي إلى تصادم القطرات بالإلكترودات مما يساعد على اندماجها. (اُنظر شكل مخطط وحدة إزالة الاستحلاب)
يسحب المستحلب من خزان الخام 1، بواسطة المضخة 2، ويدفع إلى المبادل الحراري 3، حيث يسخن بالبخار "أو إلى فرن أنبوبي حيث يتم التسخين بواسطة النار" ثم يدخل في أوعية نزع الماء بالكهرباء 4، وتعمل هذه الأوعية على التوازي. ويحدد عدد أوعية نزع الماء بالكهرباء وفقًا لإنتاجية الوحدة. ويصرف الماء المفصول في أوعية نزع الماء بالكهرباء إلى مجاري التصريف عن طريق خط التصريف. ويدخل البترول المفصول عن الماء وعاء الترويق الإضافي 5، ثم في المستودع 6.
ويوضح (شكل جهاز نزع الماء بالكهرباء). وهذا الجهاز وعاء أسطواني رأسي تعلق فيه الإلكترودات أفقياً على عوازل خزفية. وتتكون هذه الإلكترودات من حلقات من الصلب متحدة المركز. ويمكن عند الضرورة تغيير المسافة بين الإلكترودات.
ويدخل المستحلب الساخن خلال الأنابيب ويتجه خلال رأس التوزيع إلى الفراغ بين الإلكترودات حيث يتم تحطيم المستحلب.
وتنظم التغذية بالمستحلب عن طريق تغيير الخلوص رأس التوزيع بواسطة ساحب معدني موضوع خارج وعاء نزع الماء.
وتتصل الإلكترودات بالملفات الثانوية لمحول موضوع على سقف الجهاز بواسطة سلك خلال مادة عازلة. ويصرف الماء المفصول عن البترول عن طريق أنبوبة، ويصفى البترول في الجزء العلوي من الجهاز ويسحب خلال أنبوب استصفاء بواسطة منظم أتوماتي بعوامة. ويتصل المنظم ذو العوامة بمفتاح كهربائي، يقطع التيار حالة انخفاض منسوب السائل. وفي الجزء العلوي من الجهاز صمام أمان للتخلص من الضغط الزائد.
والجهاز يعمل تحت ضغط 2.5 ضغط جوي ودرجة 68 - 80°م. وتستخدم هذه الوحدات معالجة المستحلبات البترولية التي تزيد نسبة الماء فيها عن 20%.
وأهم عيوب وحدات نزع الماء بالكهرباء هي:
· انخفاض إنتاجيتها وخاصة إذا كان المستحلب يحتوي على كمية كبيرة من الماء.
· صعوبة المحافظة على نظام التشغيل في حالة تغير نسبة الماء في المستحلب.
ويستخدم الوعاء الكروي لنزع الماء بالكهرباء، والذي تبلغ سعته 600 م3 في الوحدات الحديثة الضخمة لنزع الأملاح بالكهرباء. وتزيد إنتاجية هذه الأجهزة كثيرًا عن إنتاجية الأجهزة السابقة. وطبقاً للمعلومات الموجودة، يستطيع الوعاء الواحد من هذا النوع من أوعية نزع الماء بالكهرباء معالجة 6000 - 6500 طن من الخام في اليوم. (اُنظر شكل الوعاء الكروي لنزع الماء).
(5) إزالة الأملاح:
تؤدي عملية إزالة استحلاب البترول في الحقول إلى تخلصه من الكتلة الأساسية من الماء والشوائب الميكانيكية، إلا أن البترول الذي أزيل استحلابه يحتوي على الأملاح في حالة معلقة. وهذه الأملاح هي أساسًا كلوريدات الصوديوم والكالسيوم والمغنسيوم وغيرها.
وقد أثبتت التجربة العملية أنه لكي يمكن تكرير البترول يجب ألا تزيد نسبة الأملاح فيه عن 50 مليجرام/ لتر، بل وأقل من ذلك، في حالة تكرير البترول مع الحصول على منتجات متبقية (الكوك البترولي مثلا). وتجري عملية نزع الأملاح للحصول على النسبة المذكورة. وتشبه عملية نزع الأملاح عملية إزالة الاستحلاب، إلا أنه في عملية نزع الأملاح يحطم المستحلب الاصطناعي الذي يتكون من البترول وماء غسيله.
ويتم نزع الأملاح من البترول في مصانع التكرير، بصورة أساسية، عن طريق غسل الأملاح بالماء العذب، ثم نزع الماء بعد ذلك من البترول. ويعالج البترول المحتوي على نسبة كبيرة من الأملاح بواسطة 10 – 15% من الماء مرتين أو ثلاث مرات.
وتجري عملية نزع الأملاح من البترول في وحدات نزع الأملاح بالكهرباء، أو في وحدات مركبة من وحدة كيميائية حرارية ووحدة نازعة للأملاح بالكهرباء. (اُنظر شكل وحدة نزع الأملاح بالكهرباء).
يتجه تياران من البترول الخام المحتوى على 2500 - 3000 مليجرام/ لتر من الأملاح وحتى 5% من الماء إلى المبادلات الحرارية، حيث يسخن الخام على حساب حرارة البترول المنزوعة منه الأملاح، ثم يدخل بعد ذلك مسخنات حيث يتم التسخين بواسطة البخار المنصرف. ويتجه البترول الخارج من المسخن إلى مروق نزع الأملاح بالطريقة الكيميائية الحرارية. وتضاف مادة مانعة للاستحلاب إلى البترول الساخن قبل دخوله إلى المروق، ويمر كل تيار بصمام خلط لتوفير التلامس التام بين المادة المانعة للاستحلاب وبين البترول. ويدخل تيارا البترول الخارجان من مروقي نزع الأملاح بالطريقة الكيميائية الحرارية في المجمع الأول لنزع الأملاح بالكهرباء، ويدفع إلى كل من التيارين ماء قلوي مسخن إلى درجة 70 - 80°م لغسل الأملاح. يتحد البترول الخارج من المجمع في تيار واحد، ليتجه إلى المرحلة الأولى لأجهزة نزع الماء بالكهرباء، ثم إلى المرحلة الثانية. ويدفع ماء قلوي في البترول المنزوعة منه الأملاح جزئياً قبل الدخول في المرحلة الثانية لأجهزة نزع الماء بالكهرباء. ويتجه البترول ـ بعد المرحلة الثانية لنزع الأملاح بالكهرباء ـ إلى وعاء تجميع.
وقد انتشر في العالم في السنوات الأخيرة استخدام الأوعية الأفقية لنزع الماء بالكهرباء التي تعمل عند درجة 135 - 150°م وتحت ضغط يبلغ 20 - 24 كجم/ سم2. وتتميز هذه الأجهزة بإمكانية المحافظة على ضغوط ودرجات حرارة عالية، وكذلك بصغر ارتفاع الفصل؛ مما يوفر فصلاً أحسن للماء عن البترول بالمقارنة مع الأوعية الكروية لنزع الماء.

زائر

أصل البترول
تَكَوّن البترول ـ الذي نستخدمه اليوم ـ منذ ملايين السنيين، ولكن لا أحد يعلم تماماً كيف تكوّن هذا البترول، وما أصله. نحن نعلم أن البترول يوجد في قيعان البحار القديمة، ويستقر الكثير منه الآن بعيدًا تحت سطح الأرض في المناطق البرية، أو تحت قيعان البحار والمحيطات.
وتقول إحدى النظريات الخاصة بأصل البترول:
إن الزيت قد تكوّن من النباتات الميتة، ومن أجسام مخلوقات دقيقة لا حصر لها. ومضمون هذه النظرية، أن مثل هذه البقايا ذات الأصل الحيواني أو النباتي، ترسبت في قيعان البحار القديمة، وترسبت فوقها المزيد من الصخور المحتوية على المواد العضوية نفسها، التي تحملها الأنهار لتصب في البحار. وقد شكلت هذه المواد العضوية، المختلطة بالطين والرمال، طبقة فوق طبقة استقرت على قاع البحار. ولأن الطبقات القديمة قد دفنت تحت أعماق أبعد وأبعد، فقد تحللت المواد العضوية بفعل الوزن والضغط القائم فوقها. وهذا الضغط الهائل يولد أيضا الحرارة. ومن ثمّ فإنه بفعل الضغط والحرارة، فضلا عن النشاط الإشعاعي والتمثيل الكيميائي والبكتيري كذلك، تحولت المادة العضوية إلى مكونات الهيدروجين والكربون، التي تتحول في النهاية إلى المادة التي نعرفها باسم البترول، ونستخدمها للطاقة. ومن المعتقد أن الطبقات العديدة المتراكمة قد كونت الصخور الرسوبية المعروفة، مثل الصخور الجيرية والصخور الرملية والدولوميت، والصخور الأخرى التي تكونت من الجسيمات الرقيقة الهشة، التي التصقت في كتل صلبة بفعل الضغط الهائل الذي يتولد نتيجة تراكم هذه الصخور بعضها فوق بعض، وبعض هذه الصخور كثيف جدًا لدرجة لا تسمح بنفاذ الزيت والغاز. أما باقي الصخور، فهي مسامية، بحيث تسمح للبترول والغازات الطبيعية المصاحبة بأن ترشح من خلالها. ويوجد الزيت في باطن الأرض على شكل نقط دقيقه بين حبيبات الرمال والحجر الرملي وفي شقوق الحجر الحيرى، وليس صحيحًا ذلك المفهوم الخاطيء أن البترول يوجد على شكل بحيرات أو أنهار أو ينابيع.
وهناك عدة أنواع من التراكيب الجيولوجية، تصلح لتجميع زيت البترول الخام. وهناك شرطان أساسيان لاحتجاز هذا الزيت في الخزان الجوفي وعدم تحركه وهما:
1. لابد من وجود "مصيدة" تحتجز الزيت، وتمنع تحركه خلال الطبقة الحاملة له، وهذه المصيدة قد تكون واحدة من عدة أنواع سيرد ذكرها.
2. وجود حاجز من الصخور الصماء، يمنع هروب الزيت إلى طبقات أعلى، وتسبب الطبقات الصخرية التي تعلو التكوينات الحاملة للزيت ضغوطًا كبيرة تصل إلى آلاف الأرطال على البوصة المربعة، وتزيد من قوة هذا الضغط حركة انثناء الطبقات التي تصاحب تكوين التركيب الجيولوجي، والتي تكونت نتيجة للتحركات في القشرة الأرضية في الماضي السحيق، حيث حدثت انهيارات أو كسور في قيعان المحيطات بين الطبقات المسامية وغير المسامية.
وتتسبب الضغوط الهائلة في تحرك الزيت والغاز إلى طبقات أكثر مسامية، مثل الحجر الرملي والحجر الجيري. ويستمر تحرك الزيت خلال الطبقات المسامية في التركيبات الجيولوجية، إلى أن يصادف طبقة من الصخور الصماء غير المسامية، ولا يستطيع النفاذ منها فيبقى مكانه. وفي مثل هذه الأماكن يتجمع الزيت والغاز والماء.
ونتيجة كل ذلك، تكونت "مصائد" مناسبة لاحتجاز الزيت والماء وتجميعهما. وهذه المصائد هي المصدر الرئيس لاحتياطات العالم اليوم من البترول والغاز الطبيعي، وهي عادة ما تكون على مسافات بعيدة الأعماق.
وأغلب الأنواع المعروفة من مصائد الزيت:
· التكوين القبوي: هي طية أو انثناء إلى أعلى، في أطوار نمو الأرض، تكون على شكل قوس. (اُنظر شكل تكوين قبوي تقوس).
· الفالق أو الانكسار: وينتج عن كسر في طبقات الأرض أو في القشرة الأرضية، يترتب عليه انزلاق طبقة على طبقة، فتواجه حافة إحدى الطبقات الصالحة لتجمع الزيت، طبقة أخرى صماء، فتتكون نتيجة لذلك مصيدة مناسبة لاحتجاز الزيت وتجمعه، والمصائد الناشئة عن حركات الانثناء والفالق تعد أمثلة للمصائد التركيبية. (اُنظر شكل الفالق "الانكسار").
· المصائد الطبقية: لا تنتمي بصلة إلى الفالق ولا الانثناء، وإنما ترجع إلى تحول في طبيعة طبقات الأرض، فتصبح أقل مسامية، وأقل قابلية للنفاذ، والمصائد الطبقية هي تكوين تحبس فيه الطبقات المسامية بين الطبقات غير المسامية.
وفي مناطق كثيرة من العالم، هناك رواسب هائلة من الصخور الملحية التي تكون على هيئة نصف سائل، أو عجينة، نتيجة لضغط طبقات الصخور الأخرى ودرجة الحرارة، وتدفع خلال طبقات الصخور التي تكون بأعلاها فتحدث تقويسًا لها فتكون المصيدة. والملح الموجود هذه الحالة لا يسمح بنفاذ البترول ويعمل كصخور مانعة لنفاذه. (اُنظر شكل القبة الملحية).
وقد تكونت كل المصائد بسبب التحركات الجيولوجية، بمعنى أن البترول يتجمع في هذه المصائد بكميات قد تكون مناسبة واقتصادية، مما يستدعي القيام بعمليات البحث واستغلاله. ولاشك أن أسهل هذه المصائد من حيث إمكانية استكشافها وأسخَاهَا عطاءً للبترول، هي المصائد من النوع القبوي.
1. الكشف وأساليبه
يبدأ البحث عن زيت البترول بمعرفة الجيولوجي، وهو لا يقوم بالحفر بحثًا عن الزيت، ولكنه يقوم بعمل مسح تمهيدي ليقرر أين "يحتمل" وجود الزيت؟
2. المسح الجيولوجي
وعند البحث عن الزيت في منطقة ما، يعمل الجيولوجي أولاً على معرفة ما إذا كانت الظروف في الحقبات الجيولوجية الماضية قد ساعدت على تكوّن البترول في منطقة البحث؟ ويقوم برسم خرائط في المناطق التي يقوم بمسحها، معتمدًا على مشاهداته للصخور الظاهرة على سطح الأرض، ثم يبحث عن أي نشع من الزيت، إذ ربما يكون قد نضح على السطح. وقد يلجأ الجيولوجي إلى إحداث حفر في الأرض، ليحصل على البيانات التي يحتاجها من جدران هذه الحفر إذا لم تكن هناك صخور ظاهرة على السطح.
ولا تقتصر الخريطة الجيولوجية على بيان الميل والاتجاه، وإنما تحتوي، إلى جانب ذلك، على معلومات مفيدة عن طوبوغرافية "تضاريس" المنطقة، كما تبين الخريطة العصور الجيولوجية المختلفة التي تنتمي إليها الطبقات، كما تبين جميع الآبار، وأنواع الرشح، وطرق الصرف.
ورغم كل ذلك، فإن هذه البيانات لا تؤكد وجود البترول، إلا أنها تساعد الجيولوجي على معرفة الظروف الجيولوجية تحت سطح الأرض، بما يمكنه من تقرير الطبقات والأعماق التي "يحتمل" وجود البترول فيها، فإذا وجدت الظروف الجيولوجية ملائمة، يبدأ البحث عن تكوينات يحتمل أن يتجمع فيها الزيت.
ومن أهم الأساليب التي تعين الجيولوجي في هذا الأمر، التصوير الفوتوغرافي الجوي، حيث تطير الطائرة في اتجاه معين ثابت فوق المنطقة المزمع مسحها، وأثناء تحليقها يقوم جهاز التصوير الدقيق المثبت فيها، بالتقاط صور سريعة تغطي كل منها ثلثي الصور السابقة لها. وبهذا يمكن الاطلاع على معالم المنطقة جميعها بصورة مجسمة، وملاحظة انحدار الصخور، كما يسهل تمييز الانثناءات والفوالق، وبنقل هذه الظواهر من كل مجموعة من الصور وتجميعها معًا، يمكن الحصول على خريطة تفيد في مرحلة الكشف التالية.
3. المسح الجيوفيزيقي
وعادة ما تستخدم أساليب أخرى بخلاف الطرق الجيولوجية، وذلك إلى جانب رسم خريطة التكوينات الصخرية الموجودة تحت سطح الأرض، من سطح الأرض أو من الجو، وهي:
أ. أسلوب قياس جاذبية الأرض
تستخدم أجهزة دقيقة جدا لقياس الاختلافات الطفيفة في قوة الجاذبية الأرضية على السطح، كالجرافيميتر "جهاز قياس الجاذبية Gravimeter ". وهناك أربعة عوامل تؤثر في اختلاف شدة الجاذبية على سطح الأرض من مكان لآخر، وهي القوة المركزية الطاردة الناتجة عن دوران الأرض، وارتفاع المكان عن سطح البحر، وفرطحة الأرض عند القطبين، واختلاف كثافة الصخور بالقشرة الأرضية تحت نقطة المشاهدة، وتتأثر الاختلافات بكيفية توزيع الصخور ذات الكثافة المختلفة تحت سطح الأرض. وبهذه الطريقة يمكن الكشف عن أي شيء غير عادي بدقة. كوجود قمة جرانيتية مدفونة، أو تركيب قبوي رفع جزءًا من صخور قديمة كثيفة عن وضعها الطبيعي، أي يمكن بدقة التعرف على طبيعة التكوينات في الأعماق.
ويتركب الجرافيميتر من ميزان لولبي دقيق، ومرايا، وتلسكوب يساعد على القراءة الدقيقة داخل صندوق معزول ذي حرارة ثابتة.
ب. أسلوب قياس الاهتزازات أو الزلازل
يقوم هذا الأسلوب على أساس إحداث هزات أرضية صناعية، بتفجير شحنات من المواد المتفجرة، فيولد الانفجار موجات من الاهتزازات في القشرة الأرضية، فتتلقاها وتسجلها أجهزة غاية في الحساسية تسمى "السيزموجراف" "Seismograph" أو السيزوموميتر، أي مقياس الاهتزازات. وهذه الأجهزة تثبت بترتيب معين على أبعاد مختلفة من مكان الانفجار، في المنطقة التي يجري فيها الكشف. (اُنظر شكل المسح السيزمي "الاهتزازي").
ويعتمد هذا الأسلوب على القاعدة المعروفة. وهي أن سرعة سريان موجات الاهتزازات تختلف باختلاف أنواع الصخور، فهذه الموجات تنتقل خلال التكوينات الصلبة الكثيفة، بسرعة تفوق سرعة انتقالها خلال التكوينات الخفيفة والهشة منها. وبقياس سرعة الموجات، يمكن معرفة نوع الصخور التي اجتازتها، وتقدير عمقها.
وهناك أسلوب آخر يستخدم على نطاق واسع، وهو يعتمد على أن موجات الاهتزازات تحدث انعكاسًا أو صدى عندما تصطدم برواسب صلدة كالحجر الجيري، فيقاس الوقت الذي يستغرقه انتقال الموجات من السطح إلى الطبقة العاكسة تحت الأرض، ثم الارتداد إلى السطح، فيمكن معرفة عمق الطبقة العاكسة. وتُعد طريقة قياس الاهتزازات أنفع الأساليب الجيوفيزيقية التي توصل إليها العلم للحصول على معلومات مباشرة عن التركيبات الجيولوجية المختفية في باطن الأرض، وتعرف هذه الطريقة عادة بالطرقة السيزمية. وتفصيلاً لما سبق ذكره، يقوم الجيوفيزيقي بتحديد أماكن أجهزة السيزموجراف في المنطقة التي رسم حدودها مهندس المساحة، ثم يتم تجهيز حُفَر في المنطقة توضع فيها شحنات متفجرة، ويقوم المكلف بالتفجير ـ لدى تلقيه الأمر من مهندس تشغيل السيزموجراف ـ بإشعال كبسولة الانفجار. ويسجل السيزموجراف، وقت الانفجار، موجات الاهتزازات المتتالية. ويظهر أولاً في الرسم البياني الذي يسجله السيزموجراف موجات الاهتزاز، التي تسري على سطح الأرض من نقط الانفجار، يتلوها ظهور عدد من الانعكاسات الزلزالية التي هي ارتداد موجات الاهتزاز إلى سطح الأرض، عند اصطدامها بتغيير في نوع الطبقات الصخرية والحجر الرملي إلى الحجر الجيري وغيره. وكلما زاد عمق الطبقة زاد الوقت الذي يستغرقه وصول موجات الاهتزاز إليها، ثم ارتدادها إلى السطح، وتسجل أجهزة السيزموجراف هذه الانعكاسات بترتيب وقت وصولها. ومن معرفة سرعة سريان موجات الاهتزاز في طبقات الأرض، ثم عودتها إلى السطح، وشدة الذبذبات التي تحدثها، يمكن استنتاج الأعماق التي تقع عليها مختلف الطبقات الصخرية في باطن الأرض وأنواعها. وبذلك يمكن للجيولوجي تعيين موقع كل طبقة ونوعها.
ج. أسلوب قياس المغناطيسية
يمكن معرفة توزيع الصخور ذات الخواص المغناطيسية المختلفة، من دراسة الاختلافات المحلية في كثافة المجال المغناطيسي للأرض واتجاهاته، ومن أسرع الطرق لتصوير منطقة واسعة، القيام بمسح مغناطيسي لها، بالاستعانة بآلات الماجينيتوميتر Magnetometer التي تحملها الطائرات.
ويوضح جهاز الماجنيتوميتر الاختلافات في المجال المغناطيسي للأرض الناشئة عن التكوينات المختلفة الواقعة تحت سطح الأرض. وتدل المعلومات التي يحصل عليها هذا الجهاز على بعض التكوينات الجيولوجية، وهذا الجهاز يُعد صورة دقيقة حديثة للمسح الذي استخدمه الخبراء زمنًا طويلاً في عمليات البحث عن خام الحديد، وقد استخدم في مسح مناطق شاسعة من سطح الأرض.
وبعد الحرب العالمية الثانية، تم اختراع جهاز قياس مغناطيسي جوي تحمله الطائرات، يساعد على مسح مناطق واسعة في زمن قصير، وهي أسرع وسيلة لمسح المناطق الشاسعة.
وهناك أهمية كبرى للتعرف على تكوينات تنتمي إلى عصر واحد. ولتحقيق ذلك، فإن الأسلوب الرئيس المتبع هو إعداد ثقوب في الأرض، لاستخراج عينات صخرية، يتبعها مقارنة التركيبات التي تحت الأرض من ثقب إلى آخر من ناحيتي العمق والسمك. وتتم دراسة نوع الحفريات والصخور التي يعثر عليها وطبيعتها وشكلها.
وفي أثناء البحث عن التكوينات الملائمة، يقوم الجيولوجيون والجيوفيزيقيون بفحص مناطق كثيرة من الأرض، وتستقر دراساتهم عادة على اختيار مناطق صغيرة، يرونها نموذجية لإجراء عمليات استكشاف مفصلة فيها. ولكن حتى بعد تصوير المناطق ودراستها دراسة تفصيلية، فإن وجود الزيت لا يمكن إثباته إلا بوسيلة واحدة وهي الحفر.
4. عمليات الحفر
هناك ثلاثة أساليب للحفر بحثًا عن الزيت وهي:
أ. طريقة الدق The Cable Tool
ب. طريقة الدوران "الرحى" The Rotary Drill
ج. طريقة الحفر التوربيني Turbo Drilling
وتتشابه الطريقتان الأولى والثانية، في أن كلاهما يحتاج إلى برج حفر ومحرك ومستودعات للتخزين، ومواسير فوق الأرض، وتختلفان فيما عدا ذلك، وطريقة الحفر الأولى هي الأقدم، وكانت السائدة خلال القرن التاسع عشر الميلادي، ومازالت مستعملة في بعض المناطق، ولكن يقتصر استعمالها على الأعماق القريبة، وعلى الآبار التي لا تخترق كثيرًا من الطبقات الصلبة، وهي أرخص من طريقة الدوران، إذ لا تتطلب تبطين الحفرة بمواسير الصلب المرتفعة التكلفة تبطينًا كاملاً، كما هو الحال في طريقة الدوران "الرحى". وعلى كل، فإن طريقة الدوران هي الطريقة الشائعة الاستعمال في الوقت الحالي. أما الطريقة الثالثة "الحفر التوربيني" فطريقة مستحدثة يدار فيها المثقب بواسطة توريبنات، يتم تحريكها بواسطة طين الحفر "الطفلة". (اُنظر شكل برج الحفر).
وبعد تحديد موقع الحفر، يبدأ العمل في إقامة جهاز الحفر الذي يتكون من برج قوي من الصلب، وآلات رافعة "أوناش"، والكثير من وصلات مواسير "أنابيب" الحفر والتغليف، وهى أنابيب فولاذية مجوّفة يوصل بعضها بالبعض الآخر بالقلاووظ، ويثبت في طرفها الأسفل دقاق "مثقاب" أو أداة قطع، وفي طرفها الأعلى حمالة متحركة أو رأس دوّار. ويضم محركات لإدارة مواسير الحفر، ومضخات لدفع سائل الحفر "الطفلة" داخل الأنابيب.
وعندما تبدأ فعلاً عملية الحفر، ترفع إحدى مواسير الحفر إلى داخل جهاز الحفر، ويركب في أسفلها مثقاب من القطر اللازم، ثم تركب الماسورة في أسفل ماسورة الدوران التي ترتبط بمضخات الحفر بواسطة خرطوم ذي ضغط عال، بحيث يمكن ضخ طين الحفر "الطفلة" إلى داخل مواسير الحفر من خلال المثقاب، ثم صعودًا في الفراغ بين الماسورة والبئر، بحيث يبقى ثقب الحفر خاليًا من الصخور المفتتة التي يكسرها المثقاب، وتدار ماسورة الحفر والمثقاب بواسطة "الرحى الدوارة" التي توجد على أرض هيكل الحفر، والتي تديرها بدورها سلسلة مرتبطة بالرافعة. وعندما تختفي ماسورة الحفر داخل الأرض تركب عليها ماسورة أخرى بالطول ذاته وهكذا...
وتخرج الطفلة في مستودعات تتصل بمضخات الحفر، بحيث يمكن ضخ الطفلة من مستودعها، فتمر خلال ماسورة الحفر والمثقاب. وعندما تعود إلى سطح الأرض ترجع إلى المستودع، ثم يعاد ضخها مرة أخرى... وهكذا. والطفلة العائدة إلى السطح، تمر قبل عودتها إلى المستودع على غربال هزاز، يحجز على سطحه قطع الصخور الصغيرة المفتتة وحبات الرمل الكبيرة، وهذه العملية تمكن من تنقية طفلة الحفر بحيث تتاح إعادة استخدامها، فضلاً عن أنها تتيح للجيولوجيين عينات من الصخور الموجودة في باطن الأرض، لفحصها والاستدلال على نوعها، وكذلك للحصول على المعلومات المتعلقة بطبقات الأرض، والتعرف على أية شواهد بترولية أو غازية. ولطينة الحفر "الطفلة" مزايا أخرى، بالإضافة إلى ما سبق فهي تؤدي إلى تثبيت جدران البئر فتمنعها من الانهيار، كما تبرد المثقاب الذي ترتفع درجة حرارته مع تقدم اختراقه للصخور. ومن مهامها أيضًا التحكم في الغازات التي قد يقابلها الحفر؛ ولذلك يقوم مهندس الطفلة، بصفة مستمرة، بقياس درجة لزوجة الطفلة وثقلها، لضمان أن يكون وزن عمود الطفلة في البئر أكبر دائما من ضغط الغاز الموجود، وإلا اندفع الغاز خارج البئر، بل قد يؤدي إلى حوادث جسيمة. ولكي تحتفظ الطفلة بتركيبها تستخدم أنواع مختلفة من المواد الكيماوية. وأهمها مسحوق سلفات الباريوم، الذي يبلغ وزنه أربعة أضعاف وزن الماء، ويضاف المسحوق إلى الطفلة فيزيد من وزنها ليصل إلى الوزن المطلوب.
ويواصل الخبراء ـ أثناء عملية الحفر ـ التعرف على خواص الطبقات التي يخترقها الحفر بتحليل فتات الصخور التي تحملها الطفلة، وفحصها تحت الميكروسكوب، واختبار بعض الخواص الطبيعية للصخور باستخدام طريقة كهربائية خاصة، مثل درجة المسامية والمحتويات السائلة.
وعندما يستدل ـ من الطفلة الخارجة من البئر ـ على أن المثقاب قد أصاب طبقة محملة بالزيت أو رمالاً ندية بالزيت، تستمر أعمال الحفر حتى يتم تحديد سمكها بالضبط، ثم يتم تفكيك برج الحفر ونقله، ويبقى الزيت في قرار البئر بثقل الطفلة عليه. ثم تدلى في البئر أنابيب التغليف الأخيرة ذات قطر أصغر، وتثبت بالأسمنت لمنع تسلل المياه إلى البئر. ثم تدلى مصفاة أنبوبية إلى الطبقة المحملة بالزيت. لتكون مانعًا للرمال من أن تدخل مع الزيت والغاز، وبعد ذلك تدلى في البئر مواسير الإنتاج الضيقة إلى المصفاة، فيتدفق فيها الزيت والغاز إلى سطح الأرض. وآخر مرحلة قبل شروع البئر في الإنتاج هي التخلص من الطفلة الثقيلة، وذلك بإحلال الماء محلها. ويتم تركيب مجموعة من الصمامات على فوهة البئر يطلق عليها اسم شجرة عيد الميلاد Christmas Tree وذلك للتحكم في إنتاج البئر، ويمضي رجال البترول إلى موقع آخر في محاولة جديدة للبحث عن أهم مورد للطاقة.
5. الإنتاج
طالما كان الضغط الطبيعي في قاع البئر كافياً لدفع الزيت إلى السطح، فإن الزيت يتدفق من البئر تدفقًا طبيعيًا، والماء والغاز هما اللذان يسببان هذا الضغط. وعادة ما يكون أحدهما ذا أثر أكبر من الآخر. وبالنسبة للآبار الحديثة العهد بالإنتاج، يتدفق الزيت تدفقًا طبيعيًا لفترة ما، وكلما انخفض الضغط الطبيعي في الخزان الجوفي انخفضت كمية الزيت المنتجة تدريجيًا، ويتلاشى الضغط ويتوقف الإنتاج، مما يستدعي اتباع طرق صناعية لرفع الضغط وعودة الإنتاج، وهناك طريقتان لتحقيق ذلك:
أ. استخدام المضخات لسحب الزيت.
ب. رفع الزيت بضغط الغاز والمياه التي يتم حقنها في البئر.

زائر

ثانياً: التركيب الكيميائي للبترول
إن أيدروكربونات السلاسل البارافينية والنفثينية والأروماتية هي المركبات الأساسية الداخلة في تركيب البترول 80 – 90%، كما توجد في البترول، علاوة على ذلك، كميات ضئيلة نسبيّا من المركبات الأكسجينية والكبريتية والنتروجينية. وتتحدد خواص البترول الفيزيائية والكيمائية بنسبة المركبات الداخلة في تركيبه. أما الأيدروكربونات غير المشبعة "الأوليفينات" فغالبًا لا تتوفر في الخام، ولكن يمكن توفرها نتيجة لعمليات التكرير المختلفة.
1. الأيدروكربونات الداخلة في تركيب البترول
في البترول أيدروكربونات غازية وسائلة وصلبة بتركيبات مختلفة ويمكن تقسيمها إلى:
أ. الأيدروكربونات البارافينية "الكانات"
الأيدروكربونات البارافينية الداخلة في تركيب البترول عبارة عن غازات أو سوائل أو مواد صلبة عند درجة الحرارة العادية، وتحوي سلسلة المركبات الغازية من 1 إلى 4 ذرات كربون (C1 - C4)، وتدخل هذه المركبات في تركيب الغازات الطبيعية المصاحبة associated gases "الميثان، الإيثان، البروبان، البيوتان". أما المواد التي تحوي من 5 إلى 15 ذرة كربون (C5 - C15)، فهي سوائل، تدخل في تركيب الجازولين والكيروسين ووقود آلات الديزل، وابتداء من (C16 H34) مواد صلبة "شموع بارافينية".
والأيدروكربونات سلسلة الميثان أيزومرات مختلفة، يزداد عددها ازديادًا كبيرًا كلما زاد عدد ذرات الكربون في السلسلة الكربونية. وتؤدي هذه الخاصية إلى صعوبة فصل بارافينات منفصلة مفردة من القطفات البترولية، نتيجة لتقارب درجات غليان الأيزومرات. ويمكن أن يوجد البيوتان على شكلين كالآتي:
CH3 – CH2 – CH2 – CH3
&
CH3 – CH – CH3 – CH3
بيوتان

أيزوبيوتان

والأيدروكربونات ذات الصيغة الجزيئية C13 H28، يمكن أن توجد في 802 أيزومر، وكذلك C14 H30 له 1858 أيزومر، ولذلك نرى أن التركيب الكيميائي للبترول معقد جدّاً. وأيزومرات الأيدروكربونات المتفرعة تختلف كلية في خواصّها الكيميائية والفيزيائية، عن الأيدروكربونات المقابلة ذات السلسلة المستقيمة. وهذا الاختلاف ممكن أن يشاهد حتى بزيادة ذرة كربون واحدة في الجزيء. فنرى أن للهبتان العادي (n-C7 H16) رقم أكتان = صفر بينما أن للأيزوأكتان (iso-C8 H18) رقم أكتان = 100. وتعتمد النسبة بين البارافينات العادية والمتفرعة على طبيعة الخام ذاته، فالبترول ذو الكثافة الأقل يكون غنيّاً بالبارافينات العادية. والبارافينات العادية تؤدي إلى خفض الرقم الأوكتاني، بينما البارافينات المتفرعة تؤدي إلى رفع الخصائص المحركية لوقود الجازولين.
ب. الأيدروكربونات النفثينية "الألكانات الحلقية"
الصيغة الجزئية العامة لها Cn H2n، وتختلف عن الأوليفينات بعدم وجود روابط ثنائية. وهي أكثر الأيدروكربونات الداخلة في تركيب البترول انتشارًا. وتوجد في قطفات البترول المنخفضة الغليان نفثينات خماسية وسداسية الحلقة "البنتان الحلقي والهكسان الحلقي"

وتوجد كميات كبيرة من الأيدروكربونات النفثينية في القطفات التي تتبخر عند درجة حرارة أعلى من 400م. وفي بعض أنواع البترول الغنية بالبارافينات، تحتوي على القطفات التي تتبخر عند درجة 400 - 550م على 70 - 80% من الأيدروكربونات النفثينية. وتتميز نفثينات القطفات البترولية العالية بتركيب متعدد الحلقات، أي أنها تحتوي على حلقة واحدة أو عدة حلقات ذات سلاسل بارافينية جانبية طويلة.
ج. الأيدروكربونات الأروماتية
تدخل الأيدروكربونات الأروماتية، من سلسلة البترول والتولوين والنفثالين وغيرها، في تركيب جميع قطفات البترول. وقد تم فصل البنزول والتولوين من قطفات الجازولين. وتحتوي قطفات الكيروسين على أيدروكربونات أروماتية أحادية الحلقة، وقد ثبت وجود مشتقات ثنائي الفينيل والنفثالين وغيرهما، وكذلك مشتقات البنزول ذات السلاسل الأليفاتية الجانبية الطويلة والقصيرة في القطفات التي تغلي عند درجات حرارة أعلى. والقطفات العالية الغليان تحتوي كقاعدة على نسبة من الأيدروكربونات الأروماتية أكبر مما تحتويه القطفات المنخفضة الغليان. وعلى هذا فإن في الجازولين الذي يحتوى على كمية كبيرة من الأيدروكربونات النفثينية، كمية صغيرة من الأيدروكربونات الأروماتية، وبالعكس فالقطفات الغنية بالأيدروكربونات البارافينية تحتوي على كمية كبيرة من الأيدروكربونات الأروماتيه، وقد اكتشف وجود أيدروكربونات تحتوي على حلقات أروماتية ونفثينية في الوقت نفسه، وذلك في القطفات البترولية الزيتية العالية الغليان.

2. المكونات غير الأيدروكربونية في البترول
أ. المركبات الكبريتية
تتوفر المركبات الكبريتية في جميع أنواع البترول بكميات مختلفة 0,5 % الى 3% ويمكن أن تصل إلى 7%، ويُعدّ الخام المحتوي على أقل من 0,5% كبريت خامًا منخفض الكبريت، وأعلى من ذلك يعدّ خامًا عالي الكبريت.
ويدخل الكبريت في تركيب مركبات مختلفة، منها غاز كبريتييد الأيدروجين H2S، والمركتبانات RSH والكبريتيدات R-S-R وثنائي الكبريتيدات R-S-S-R والكبريتيدات الحلقية.

ويتوزع الكبريت في القطفات البترولية، بحيث تزداد نسبة وجودة مع ارتفاع درجة الغليان.
ب. المركبات النتروجينية
توجد المركبات النتروجينية في البترول بكميات صغيرة "من 0.03 إلى 0.3%"، وتزداد نسبة النتروجين في البترول بزيادة الوزن النوعي، ونسبة المواد الراتنجية، ويوجد النيتروجين في الغالب على صورة مركبات ذات طابع عضوي، وتتركز المركبات النتروجينية أثناء التقطير بصورة أساسية في المتبقي بعد عملية التقطير الأولى وهو المازوت.
ج. المركبات الأكسجينية
لا تزيد نسبة الأكسجين في البترول عن 1%، وتنتمي إلى الأحماض النفثينية والفينولات وكذلك المركبات الأسفلتية الراتنجية. والأحماض النفثينية من ناحية التركيب الكيميائي هي مركبات حلقية تحتوي على مجموعة الكربوكسيل.
د. الشوائب المعدنية
إن دراسة رماد البترول تقودنا إلى أن البترول يحتوي ـ علاوة على الأزوت N والكبريت S ـ على عناصر أخرى مثل الفاناديوم V والفسفور P والبوتاسيوم K والنيكل Ni واليود I وغيرها.
هـ. المواد الأسفلتية والراتنجية
تنضم إلى طائفة المركبات العديدة الحلقات، ذات الوزن الجزئي الهائل المتعادلة والمحتوية على الكبريت،علاوة على الأكسجين وتتركز في المتبقي بعد التقطير.
والمواد الراتنجية والأسفلتية تكسب المنتجات البترولية لونًا غامقًا، ويساعد توفر كميات كبيرة من هذه المواد في الوقود، على تكوين فحم الكوك والقشور في أسطوانات المحرك.
وتنقسم المواد الراتنجية والأسفلتية، طبقًا للتصنيف المعمول به، إلى راتنجات متعادلة تذوب في الجازولين الخفيف، وأسفلتينات "نواتج بلمرة الراتنجات المتعادلة مع الأحماض الأيدروكسيلية" لا تذوب في الجازولين الخفيف، ولكنها تذوب في البنزول والكلوروفورم، وكبريتيد الكربون، وأحماض بولينفثينية وانهيدريداتها؛ وهى ذات طابع حمضى، ولا تذوب في الجازولين الخفيف ولكنها تذوب في الكح

زائر

صنيف البترول ومعالجته
1. تصنيف خام البترول
لنظام تصنيف البترول أهمية كبيرة، إذ يسمح بتحديد اتجاه تكرير البترول، وقائمة أنواع المنتجات وجودتها.
ويتخذ التركيب الأيدروكربوني أساسًا للتصنيف الكيميائي للبترول، فبعض أنواع الخام تحتوي على نسب عالية من البارافينات، ومنها الشموع البارافينية الصلبة، وأنواع أخرى تحتوي على النفثينات. وبالتالي فالمنتجات غير القابلة للتقطير "المتبقي" تختلف من خام إلى خام آخر.
ويصنف البترول الخام بطريقة عامة إلى ثلاثة أصناف:
· البترول ذو الأساس البارافيني: يحتوي على الشموع البارافينية، وقد يحتوي على كميات ضئيلة من المواد الأسفلتية، ويحتوي عمومًا على الأيدروكربونات البارافينية، وغالبًا ما يعطي كميات جيدة من الشمع البارافيني وزيوت التزييت عالية الجودة.
· البترول ذو الأساس الإسفلتي: يحتوي على المواد الإسفلتية بكميات كبيرة، أما الشمع البارافيني فلا يتوفر أو يتوفر بكمية ضئيلة، الأيدروكربونات تكون غالبًا من النوع النفثيني "الحلقي". وتحتاج زيوت التزييت المنتجة من هذا الخام إلى نوع من المعالجة لتكون في كفاءة الزيوت المنتجة من الخامات ذات الأساس البارافيني.
· الخام ذو الأساس المختلط: يحتوي على كل من الشمع البارفيني وكذلك المواد الإسفلتية بالتساوي، وبه الأيدروكربونات البارفينية والنفثينية، وكذلك بعض النسب من الأيدروكربونات الأروماتية.
أ. الخواص الفيزيائية للبترول ومنتجاته
عرفنا أن البترول هو خليط معقد من المركبات الأيدروكربونية؛ ولذلك فإن الخواص الفيزيائية التي يتم تعيينها هي في الواقع متوسطات للقيم المفردة لهذه المركبات.
(1) الوزن النوعي النسبي ودرجة API
يعدّ الوزن النوعي والكثافة من أهم الخصائص المستخدمة عند دراسة البترول والمنتجات البترولية. ولهاتين الخاصيتين أهمية خاصة عند حساب وزن المنتجات البترولية وكتلتها في الحالات التي يعين فيها حجم هذه المنتجات بالقياس المباشر.
ويطلق اصطلاح الوزن النوعي للسائل أو الغاز،على وزن وحدة حجمه، ويطلق اصطلاح كثافة السائل أو الغاز، على كمية المادة الموجودة في وحدة الحجم، ولتعيين الوزن النوعي لمادة ما، يجب قسمة وزن جسم منها G على حجمه V: G/V.
ولتعيين كثافة مادة ما، يجب قسمة كتلة جسم منها m على حجمه V

أما الوزن النوعي النسبي "الكثافة النسبية"، فهي كمية غير مميزة، وتساوي نسبة كثافة المادة المختبرة إلى كثافة الماء النقي عند درجات الحرارة القياسية "+4م للماء و+ 20م للمنتجات البترولية" ويرمز له بالرمز d420 والكثافة النسبية والوزن النوعي النسبي كميتان متساويتان عدديّا. وتقاس كثافة الماء عند درجة 4°م، إذ أن أعلى كثافة للماء تكون عند هذه الدرجة. وهناك طريقة أخرى للتعبير عن كثافة السوائل وهي درجة American Petroleum Institute API.
وهي مقلوب الوزن النوعي النسبي، ويعبّر عنها بالعلاقة التالية:

وتعين كثافة المنتجات البترولية بواسطة الهيدروميتر أو بالميزان الأيدروستاتي، وكذلك بواسطة قنينة الكثافة.
وتقل كثافة المنتجات البترولية بارتفاع درجة الحرارة. كذلك هناك تأثير بسيط للضغط على كثافة السوائل. وهناك جداول شاملة تبين تغير الكثافة أو الوزن النوعي مع التغير في درجة الحرارة والضغط.
ودرجة API تبدأ غالبًا من 10 إلى 50 API، ولكن لمعظم أنواع خام البترول تنحصر القيمة بين 20 إلى 45 API.
وتستخدم قيم الكثافة والوزن النوعي مرشدًا لمعرفة التركيب الكيميائي للخام، فعمومًا الأيدروكربونات البارافينية تكون كثافتها قليلة، والأيدروكربونات النفيثينية والأوليفينية لها كثافات متوسطة، أمّا الأيدروكربونات الأروماتيه فلها قيم كبيرة للكثافة.
(2) اللزوجة "الاحتكاك الداخلي للسائل"
"وهي مقاومة السائل لإزاحة إحدى طبقاته بالنسبة لطبقة أخرى تحت تأثير قوة خارجية"، ويتم التمييز بين اللزوجة الدينامية والكينماتية والنسبية.
اللزوجة الدينامية (n) وتقاس بالباسكال ثانية (Pa. s).
واللزوجة الكينماتية (v) وهي النسبة بين اللزوجة الدينامية والكثافة النسبية للسائل d عند درجة الحرارة نفسها، وتقاس بالمتر المربع على الثانية.
اللزوجة النسبية هي النسبة بين زمن تدفق 200 ملل من المنتج البترولي عند درجة حرارة الاختبار، وبين زمن تدفق حجم الماء المقطر نفسه عند درجة 20°م.
مقياس اللزوجة البسيط Simple Viscometer
· يتم تعيين الزمن الذي يأخذه السائل من الانتفاخ 1للوصول إلى الانتفاخ 2 من خلال الأنبوبة C.
· تتغير لزوجة المنتجات البترولية مع التغير في درجة الحرارة، فتقل بارتفاع درجة الحرارة، وتزداد بانخفاضها. وبالنسبة لزيوت التزييت، لابد من تعيين التغير في اللزوجة خلال معدل درجات التشغيل العادية.
ومن هذه الطرق دليل اصطلاحي افتراضي يطلق عليه اسم دليل اللزوجة Viscosity Index (VI)، ويعين بواسطة مخططات بيانية خاصة، على أساس معرفة مقدار اللزوجة عند 100°م، 50°م؛ وذلك لزيوت قياسية، والمقارنة بينها حيث يعطي الزيت الذي تتأثر لزوجته تأثرًا كبيرًا بالتغير في درجة الحرارة VI = صفر، أمّا الزيت الذي له خواص لزوجة جيدة وذلك بتغير الحرارة بين هاتين الدرجتين فيعطي VI = 100. وتقارن زيوت التزييت بهذا الدليل. فدليل اللزوجة العالي القيمة يدل على زيت تتأثر لزوجته تأثرًا طفيفًا مع التغير في درجة الحرارة.
(3) الوزن الجزيئي
يتوقف الوزن الجزيئي للبترول والقطفات البترولية على الوزن الجزيئي للمركبات الداخلة فيها وعلى النسبة بينها. وغالبًا ما تراوح للخام من 250 إلى 300. ويزداد الوزن الجزيئي للقطفات البترولية بارتفاع درجة غليانها. والتركيب الأيدروكربوني للقطفات المتماثلة من الأنواع المختلفة للبترول مختلف، ونتيجة لذلك تكون أوزانها الجزيئية غير متساوية.
وعند درجات الغليان نفسها، تتميز قطفات الأنواع البارافينية من البترول بأكبر وزن جزيئي، وقطفات الأنواع النفثينية الأروماتية بأقل وزن جزيئي، وتشغل قطفات البترول ذات القاعدة النفثينية مكانًا وسطًا.
(4) درجة الوميض والاشتعال والاشتعال الذاتي
يحكم على قابلية المنتجات البترولية الخفيفة للاشتعال "الالتهابية inflammability" بدرجة وميضها.
يطلق اسم درجة الوميض flash point على درجة الحرارة التي تومض عندها أبخرة المنتج البترولي المسخن في ظروف محددة عند تقريب لهب منها.
وتتميز درجة الوميض بأن اللهب ينطفئ في الحال. وإذا رفعت بعد ذلك درجة حرارة السائل، فعند الوصول إلى درجة حرارة معينة، وتقريب اللهب، تشتغل الأبخرة مرة أخرى، ولكنها لا تنطفئ. ويطلق على درجة الحرارة هذه "درجة الاشتعال للمنتجات" Ignition point ودرجة الاشتعال أعلى دائما من درجة الوميض.
ولكي يتم وميض الأبخرة القابلة للاشتعال، يجب أن تقع نسبة تركيزها في الهواء في حدود معينة، ويفرق بين الحد الأعلى والحد الأدنى لتركيز الأبخرة. والحد الأدنى هو أقل نسبة لتركيز الأبخرة في الهواء يلاحظ عندها الوميض عند تقريب اللهب، أما الحد الأعلى فهو تلك القيمة لتركيز الأبخرة التي لا يحدث الوميض بعدها لعدم كفاية الأكسجين. والحد الأدنى لتركيز الأبخرة البترولية هو الذي يؤخذ في الاعتبار عند تعيين درجة الوميض. وكلما خف المنتج البترولي كانت هذه الدرجة أقل. فدرجة وميض الجازولين أقل من صفر، والكيروسين 30 - 50°م، ووقود الديزل المختلف الأنواع من 30 إلى 90°م، وزيوت التزييت من 130 إلى 320°م.
ويحكم في الظروف الصناعية على وجود القطفات الخفيفة في المنتجات بدرجة الوميض، فتدل مثلاً درجة الوميض المنخفضة للمازوت، المتبقي بعد تقطير البترول، على أن المنتجات البترولية الخفيفة لم تفصل جيدًا منه.
وعلاوة على درجة الوميض ودرجة الاشتعال اللتين يجري عند تعيينهما اشتعال الأبخرة البترولية بتقريب لهب إليها، تعرف أيضًا ظاهرة "الاشتعال الذاتي" Self Ignition، أي الظاهرة التي يجري عندها اشتعال المنتج المسخن عند التلامس مع الهواء بدون تقريب اللهب إليه. ويطلق اسم درجة الاشتعال الذاتي "العفوي" على درجة الحرارة التي عندها يشتعل المنتج البترولي ذاتيًا عند ملامسة الهواء. وتعتمد درجة الاشتعال الذاتي على ثبات المنتج لتأثير الأكسجين. وأكثر المنتجات تعرضًا للاشتعال الذاتي هي متبقيات تكرير البترول الثقيلة "القار والسناج وغيرها". فدرجة الاشتعال الذاتي للمنتجات البترولية المنخفضة الغليان أعلى من درجة الاشتعال الذاتي للمنتجات العالية الغليان. وتبلغ درجة الاشتعال الذاتي للمتبقيات البترولية 300°م - 350°م ، وللكيروسن أعلى من 400°م ، وللجازولين أعلى من 500°م.
أما درجة وميض الجازولين، فهي أقل من - 18°م م، معنى ذلك أنه في درجات الحرارة العادية يكون تركيز بخار الجازولين أعلى بكثير من تركيز الهواء في حيز مغلق، وبالتالي لن يشتعل الجازولين. أمّا المنتجات البترولية التي تتراوح درجة وميضها بين 30 و60°م، فيجب الاحتياط من خطورة اشتعالها، حيث إنه في خلال هذا المدى من درجات الحرارة يتم إنتاج هذه المنتجات ونقلها وتخزينها.
(5) معامل الانكسار
تتغير سرعة الأشعة الضوئية واتجاهها عند انتقالها من وسط إلى آخر، وتسمى هذه الظاهرة بـ "انكسار الشعاع". ويطلق اسم "معامل الانكسار" على النسبة بين زاوية سقوط الشعاع وزاوية الانكسار. ويدخل في تركيب البترول والمنتجات البترولية طوائف أيدروكربونية مختلفة ذات معاملات مختلفة للانكسار. فأيدروكربونات السلسلة البارافينية ذات معامل انكسار قليل يليها الأيدروكربونات النفثينية ثم الأروماتية، ويزداد معامل الانكسار بازدياد الوزن الجزيئي للأيدروكربونات. ويستخدم جهاز خاص لتعيين معامل الانكسار يطلق عليه اسم "مقياس انكسار الأشعة" (refract meter).
2. معالجة البترول
يصاحب البترول أثناء خروجه من البئر غازات وأملاح ومياه وشوائب ميكانيكية "رمال وطين"، ولذا يجب فصل هذه الأشياء جزئيًا في الحقل، وكلياً بعد ذلك في معمل التكرير.
ويتم فصل الغازات المصاحبة في حقول البترول في أجهزة خاصة "مصايد"، ثم تدفع إلى وحدة الجازولين لفصل المكثفات الخفيفة، التي تكون غالبًا مصاحبه للغازات، والتي يتم فصلها بتكثيفها وتسمى "الجازولين الطبيعي". ثم يدفع الخام بعد ذلك إلى مستودعات ترسيب، حيث يتم فصل الشوائب الميكانيكية بالترسيب. بعد ذلك يتم نزع الأملاح من البترول عن طريق غسل الأملاح بالماء العذب، ثم ينزع الماء بعد ذلك من البترول. ويعالج البترول المحتوي على نسبة كبيرة من الأملاح بواسطة 10 – 15% من الماء مرتين أو ثلاث مرات. ويفصل الماء من البترول في بعض الأحيان بسهولة نسبيًا. ولكن غالبًا ما يكون مستحلبات ثابتة مع البترول صعبة الفصل، خصوصًا خلال عمليات الضخ والنقل في أنابيب بسرعة كبيرة مما يصعب التخلص منه.
أ. إعداد البترول للتكرير
(1) طرد الغازات وتثبيت البترول في الحقول
إنّ الغاز الذي يصاحب البترول أثناء خروجه من البئر، يجب فصله عن البترول. ويتم هذا الفصل في حقول البترول في أجهزة خاصة "مصايد"، وذلك بواسطة خفض سرعة حركة مخلوط البترول والغاز. وتستخدم طريقة فصل الغاز على عدة مراحل في حالة وجود ضغط عال في البئر.
ولا يكفي فصل الغاز فقط من البترول، إذ يتبقى بعد الفصل كثير من القطفات الخفيفة التي قد تتبخر أثناء التخزين في المستودعات وصب البترول في الصهاريج... إلـخ. ولذلك فمن المستحسن تثبيت البترول في الحقول، وخاصة إذا كان البترول المستخرج يحتوي على كثير من القطفات الخفيفة، ويراد نقله لمسافات بعيدة.
ويتلخص تثبيت البترول في فصل القطفات الخفيفة والغازات الذائبة عن الخام. وتوجه لهذا الغرض أبخرة القطفات الخفيفة والغاز بعد مرورها خلال مكثف إلى فاصل الغاز gas separator، حيث يفصل الغاز ويدفع بواسطة مضخة إلى شبكة الغاز أو إلى مصانع معالجة الغاز. ويوجه البترول المثبت إلى المصانع للتكرير. (اُنظر شكل وحدة تثبيت نموذجية)
يدفع البترول المنزوع منه الماء والذي لا يحتوي على أكثر من 2% من الماء إلى مبادلات حرارية حيث يسخن بواسطة البترول المثبت، ثم يمر في مجموعة مبادلات حرارية مسخنة بالبخار. ويدخل البترول بعد تسخينه إلى درجة 90°م في المثبت الذي يعمل تحت ضغط 1.5 ضغط جوي، والمزود بمسخن بخاري reboiler يعمل على تثبيت درجة الحرارة عند 110°م. ويدفع البترول المثبت في مبادلات حرارية حيث يبرد على حساب تسخين البترول الخام غير المثبت، ثم يجمع بعد ذلك في خزان. ويمر مخلوط البخار والغاز الخارج من المثبت خلال مكثف وفاصل. وتوجه الغازات الخارجة من الفاصل للمعالجة أو تدخل في شبكة جمع الغاز. أما المتكثف فيجمع في سعة حيث يدفع جزء منه إلى القسم العلوي للمثبت كرجع.
(2) نزع الماء والأملاح من البترول
إن الماء والشوائب الميكانيكية "الأملاح والرمل والطين" تصاحب البترول دائمًا أثناء استخراجه. ويفصل الماء من البترول في بعض الأحوال بسهولة نسبية، ولكنه يكون مستحلبات ثابتة مع البترول في البعض الآخر.
ويجب أن يخضع البترول الذي يحصل عليه على صورة مستحلب، لمعالجة خاصة معقدة نسبياً لفصله عن الماء والشوائب الميكانيكية، حيث إن تكرير البترول ذو الشوائب يعقد تشغيل الوحدات الصناعية إلى حد كبير. فإذا سخن مثلاً بترول يحتوي على شوائب ميكانيكية في مبادل حراري، فإن هذه الشوائب تترسب على سطح التسخين؛ مما يؤدي إلى خفض كفاية المبادل الحراري، وأثناء مرور البترول في الأنابيب بسرعات كبيرة يكون للجسيمات الصلبة تأثير المواد الحاكة، أي أنها تحك في الأجهزة فتبليها قبل الأوان. ويؤدي بقاء الشوائب الميكانيكية في المتبقيات البترولية بعد التقطير، إلى خفض جودة هذه المتبقيات وزيادة نسبة الرماد فيها (وقود الغلايات والكوك)، وإلى عدم إمكانية الحصول على منتجات مطابقة للمواصفات.
ويتبخر بشدة الماء الداخل مع البترول في أجهزة التسخين، فيزداد حجمه زيادة بالغة، مما يؤدي إلى رفع الضغط في الأجهزة والإخلال بالمعدلات التشغيلية التقنية للوحدة. ويحتوي الماء الموجود في البترول على كمية كبيرة من الأملاح. وتتوفر هذه الأملاح بصورة أساسية على هيئة كلوريدات NaCl,MgCl2, CaCl2، ويتكون حمض الأيدروكلوريك من تحلل كلوريد الكالسيوم وخاصة كلوريد المغنسيوم أثناء عملية التقطير، ويحت هذا الحمض الأجهزة بشدة.
ويتضح مما سبق أن البترول بعد الحصول عليه من الآبار، يجب أن يخضع لمعالجة إعدادية لتوفير درجة نقاوته المطلوبة.
(3) المستحلبات البترولية
هناك نوعان من المستحلبات البترولية: "الماء في البترول"، مستحلبات أيدروفوبية hydorphobic، و"البترول في الماء"، مستحلبات ايدروفيلية hydrophilic.
ومستحلبات النوع الأول أكثر انتشاراً من النوع الثاني. وفي مستحلبات النوع الأول يوجد الماء في البترول على صورة كمية لا حصر لها من القطرات المتناهية في الصغر. أما في مستحلبات النوع الثاني فيكون البترول على صورة قطرات مفردة معلقة في الماء.
وتتلخص عملية تكوين المستحلبات في الآتي: على الحد الفاصل بين سائلين لا يختلط بعضهما ببعض، وأحدهما مشتت في الآخر على صورة جسيمات صغيرة جداً، تتراكم مادة ثالثة ضرورية لتكوين المستحلب وتسمى بالعامل المستحلب أو مثبت المستحلب. ويذوب العامل المستحلب في أحد السائلين مكوّناً ما يشبه الغشاء. ويحجب هذا الغشاء قطرات المادة المشتتة ويمنع اندماجها. وهذه العوامل المستحلبة في البترول هي الراتنجات والأسفلتينات وصابون الأحماض النفثية والأملاح. وعلاوة على المواد المذكورة، تؤثر الشوائب الصلبة المختلفة المشتتة في أحد الأطوار على ثبات المستحلب.
والعوامل المستحلبة إما أيدروفيلية أو أيدروفوبية. وتُعدّ المواد الراتنجية الأسفلتية والأحماض النفثية الموجودة في البترول مركّبات طبيعية وعوامل مستحلبة أيدروفوبية. أما الصوابين الصوديومية والبوتاسيومية التي تتكوّن أساساً من تفاعل الأحماض النفثية الموجودة في البترول مع أملاح المعادن الذائبة في ماء الحفر، فهي عوامل مستحلبة أيدروفيلية. وتتمتع نفثينات Ca, A1, Fe. Mg بخواص أيدروفوبية. والمعلقات الصلبة عديمة النشاط السطحي، إلا أن تراكمها على السطح البيني interface، بين البترول والماء يجعل الغشاء أكثر متانة والمستحلب أكثر ثباتًا. ويعتمد تكون المستحلبات من النوعين المذكورين أعلاه على وجود هذا النوع أو ذلك من العوامل المستحلبة والمثبتة.
ويكون المستحلب المتكون من خلط الماء والبترول ذا طابع "بترول في الماء" إذا كان المثبت يذوب في الماء. أما إذا كان المثبت يذوب في الوسط الأيدروكربوني فيتكون المستحلب من نوع "ماء في البترول".
(4) الطرق الصناعية لإزالة استحلاب البترول
هناك نوعان من المستحلبات البترولية "الماء في البترول" و"البترول في الماء"، يتضح مما تقدم أن سبب ثبات المستحلب البترولي يكمن في وجود غشاء متين واق على سطح القطرات. ويتلخص هدم المستحلبات في تحطيم الأغشية التي تمنع اندماج القطرات، والسبب الآخر لثبات المستحلبات هو تراكم شحنات الكهرباء الإستاتيكية على سطح قطرات الماء والمعلقات الصلبة. فتحت تأثير شحنات الكهرباء الإستاتيكية يحدث تنافر متبادل يمنع اندماج قطرات الماء. تتلخص عملية إزالة الاستحلاب في تحطيم المستحلب. وفي أغلب الأحوال، يمكن تقسيم هذه العملية إلى مرحلتين:
· تحطيم الأغشية الواقية واندماج قطرات الماء المعلقة إلى الحجم الذي يسمح بترسبها فيما بعد.
· ترسب القطرات الموحدة وفصل الماء عن البترول.
ويُزال استحلاب البترول في الظروف الصناعية تحت تأثير المواد المانعة للاستحلاب ودرجات الحرارة والمجال الكهربائي، كما يمكن استخدام التأثير المشترك لهذه العوامل. وهناك أيضًا طرق أخرى لتحطيم المستحلبات، مثل الطرد المركزي "الترشيح" واستخدام الإلكتروليتات. ولا تستخدم هذه الطرق على نطاق واسع؛ نظراً لقلة فعاليتها أو لصعوبة تحقيقها.
وتُزال الاستحلابات بالطرق الآتية:
(أ) الطرق الميكانيكية
وتتم بالترويق أو الطرد المركزي أو الترشيح، ولكن لا تستخدم هذه الطرق على نطاق واسع.
(ب) الطرق الحرارية
تتم بتسخين المستحلب، وخلال ذلك تتمدد الطبقة المثبتة للمستحلب، وتتكسر، وبالتالي تتجمع قطرات الماء وتندمج. وتتلخص الطريقة الحرارية لنزع الماء في تسخين البترول وترويقه في الخزانات. وتستخدم هذه الطريقة لمعالجة المستحلبات غير الثابتة فقط، وهي تؤدي إلى فقد كمية كبيرة من قطفات البترول الخفيفة في حالة الإحكام غير الكافي.
(ج) الطرق الكيميائية
باستخدام مواد كيميائية مانعة للاستحلاب تكون رخيصة وذات فعالية كافية، وهذه المواد تضعف الغشاء المغلف لقطرات الماء.
(د) الطرق الكيميائية الحرارية
وفيها تستخدم مواد كيمائية مانعة للاستحلاب، وذلك خلال عملية تسخين المستحلب البترولي. ويمكن استخدام الطريقة الكيميائية الحرارية لإزالة الاستحلاب بنجاح، إذا وجدت مادة مانعة للاستحلاب تكون رخيصة وذات فعالية كافية، ويسهل الحصول عليها ونقلها، ولا تسبب التحات الكيميائي للأجهزة. كما يجب، علاوة على ذلك، أن تختلط المادة المانعة للاستحلاب بالسائل الذي توضع فيه، لكي تستطيع أن تتفاعل بسهولة مع الغشاء الواقي لقطرات الماء.
وتتم الطريقة الكيميائية الحرارية لإزالة الاستحلاب كالآتي:
يخلط المستحلب البترولي مع المادة المانعة للاستحلاب مباشرة، في مضخة طاردة مركزية، تضخ الخام إلى وحدة إزالة الاستحلاب. وتدفع المادة المانعة للاستحلاب بواسطة مضخات مجزئة إلى خط سحب مضخات الخام. ويسخن المخلوط في مبادلات حرارية أو في فرن أنبوبي بواسطة البخار، أو تيار من المنتج البترولي الساخن، أو بواسطة النار إلى درجة 70 - 75°م. ويؤدي التلامس بين المادة المانعة للاستحلاب وبين المستحلب، أثناء تحركهما في الأنابيب، إلى تحطيم الأغشية الواقية. ويدخل المستحلب المحطم بعد ذلك في وعاء نزع الماء أو في خزان حيث يفصل الماء عن البترول. (اُنظر شكل مخطط عملية إزالة الاستحلاب).
وعيوب الطريقة المذكورة لإزالة الاستحلاب هي:
· استهلاك كمية كبيرة من المواد المانعة للاستحلاب.
· فقد قطفات البنزين الخفيفة.
· ضرورة استخدام عدد كبير من الخزانات.
· تلويث المياه الصناعية المستهلكة بأملاح السلفا... إلخ.
وللإقلال من زمن الترويق واستهلاك المادة المانعة للاستحلاب، يدفع المستحلب في مستودع به وسادة من الماء المفصول من المستحلب، والذي يحتوي على كمية من المادة المانعة للاستحلاب.
وقد انتشر استخدام طريقة كيميائية حرارية أكثر تطوراً لنزع الماء من البترول، وهي تسمح بالإقلال من الفاقد. ويتم الترويق في هذه الطريقة في أجهزة محكمة (أوعية خاصة لنزع الماء تعمل تحت الضغط).
ويسخن البترول الاستحلابي في حالة الترويق في أجهزة محكمة إلى درجة 150 – 155°م في مبادلات حرارية أو في أفران، ثم يدخل بعد ذلك في أوعية نزع الماء حيث يحفظ الضغط مساوياً لـ 8 ضغط جوي.
ويتم في أوعية نزع الماء انفصال البترول عن الماء وإبعاد الأخير. ويمر البترول المنزوع منه الماء خلال مبادلات حرارية حيث يبرد إلى درجة 80 - 90°م بواسطة تيار مضاد من البترول الاستحلابي البارد. وتستخدم هذه الطريقة الكيميائية الحرارية المطورة لإزالة استحلاب البترول، عند تحطيم المستحلبات الثابتة للخامات البترولية الثقيلة.
(هـ) الطرق الكهربية
وتطبق حاليًا على نطاق واسع لنزع الماء والأملاح من البترول. وفي هذه الطريقة يؤثر في المستحلب مجال كهربائي ذو جهد عال وتردد صناعي، فتتحرك قطرات الماء المشحونة تحت تأثير هذا المجال وتتجه إلى الإلكترودات. ويتغير اتجاه حركة القطرات مع تردد المجال، الأمر الذي يؤدي إلى تصادم القطرات بالإلكترودات مما يساعد على اندماجها. (اُنظر شكل مخطط وحدة إزالة الاستحلاب)
يسحب المستحلب من خزان الخام 1، بواسطة المضخة 2، ويدفع إلى المبادل الحراري 3، حيث يسخن بالبخار "أو إلى فرن أنبوبي حيث يتم التسخين بواسطة النار" ثم يدخل في أوعية نزع الماء بالكهرباء 4، وتعمل هذه الأوعية على التوازي. ويحدد عدد أوعية نزع الماء بالكهرباء وفقًا لإنتاجية الوحدة. ويصرف الماء المفصول في أوعية نزع الماء بالكهرباء إلى مجاري التصريف عن طريق خط التصريف. ويدخل البترول المفصول عن الماء وعاء الترويق الإضافي 5، ثم في المستودع 6.
ويوضح (شكل جهاز نزع الماء بالكهرباء). وهذا الجهاز وعاء أسطواني رأسي تعلق فيه الإلكترودات أفقياً على عوازل خزفية. وتتكون هذه الإلكترودات من حلقات من الصلب متحدة المركز. ويمكن عند الضرورة تغيير المسافة بين الإلكترودات.
ويدخل المستحلب الساخن خلال الأنابيب ويتجه خلال رأس التوزيع إلى الفراغ بين الإلكترودات حيث يتم تحطيم المستحلب.
وتنظم التغذية بالمستحلب عن طريق تغيير الخلوص رأس التوزيع بواسطة ساحب معدني موضوع خارج وعاء نزع الماء.
وتتصل الإلكترودات بالملفات الثانوية لمحول موضوع على سقف الجهاز بواسطة سلك خلال مادة عازلة. ويصرف الماء المفصول عن البترول عن طريق أنبوبة، ويصفى البترول في الجزء العلوي من الجهاز ويسحب خلال أنبوب استصفاء بواسطة منظم أتوماتي بعوامة. ويتصل المنظم ذو العوامة بمفتاح كهربائي، يقطع التيار حالة انخفاض منسوب السائل. وفي الجزء العلوي من الجهاز صمام أمان للتخلص من الضغط الزائد.
والجهاز يعمل تحت ضغط 2.5 ضغط جوي ودرجة 68 - 80°م. وتستخدم هذه الوحدات معالجة المستحلبات البترولية التي تزيد نسبة الماء فيها عن 20%.
وأهم عيوب وحدات نزع الماء بالكهرباء هي:
· انخفاض إنتاجيتها وخاصة إذا كان المستحلب يحتوي على كمية كبيرة من الماء.
· صعوبة المحافظة على نظام التشغيل في حالة تغير نسبة الماء في المستحلب.
ويستخدم الوعاء الكروي لنزع الماء بالكهرباء، والذي تبلغ سعته 600 م3 في الوحدات الحديثة الضخمة لنزع الأملاح بالكهرباء. وتزيد إنتاجية هذه الأجهزة كثيرًا عن إنتاجية الأجهزة السابقة. وطبقاً للمعلومات الموجودة، يستطيع الوعاء الواحد من هذا النوع من أوعية نزع الماء بالكهرباء معالجة 6000 - 6500 طن من الخام في اليوم. (اُنظر شكل الوعاء الكروي لنزع الماء).
(5) إزالة الأملاح:
تؤدي عملية إزالة استحلاب البترول في الحقول إلى تخلصه من الكتلة الأساسية من الماء والشوائب الميكانيكية، إلا أن البترول الذي أزيل استحلابه يحتوي على الأملاح في حالة معلقة. وهذه الأملاح هي أساسًا كلوريدات الصوديوم والكالسيوم والمغنسيوم وغيرها.
وقد أثبتت التجربة العملية أنه لكي يمكن تكرير البترول يجب ألا تزيد نسبة الأملاح فيه عن 50 مليجرام/ لتر، بل وأقل من ذلك، في حالة تكرير البترول مع الحصول على منتجات متبقية (الكوك البترولي مثلا). وتجري عملية نزع الأملاح للحصول على النسبة المذكورة. وتشبه عملية نزع الأملاح عملية إزالة الاستحلاب، إلا أنه في عملية نزع الأملاح يحطم المستحلب الاصطناعي الذي يتكون من البترول وماء غسيله.
ويتم نزع الأملاح من البترول في مصانع التكرير، بصورة أساسية، عن طريق غسل الأملاح بالماء العذب، ثم نزع الماء بعد ذلك من البترول. ويعالج البترول المحتوي على نسبة كبيرة من الأملاح بواسطة 10 – 15% من الماء مرتين أو ثلاث مرات.
وتجري عملية نزع الأملاح من البترول في وحدات نزع الأملاح بالكهرباء، أو في وحدات مركبة من وحدة كيميائية حرارية ووحدة نازعة للأملاح بالكهرباء. (اُنظر شكل وحدة نزع الأملاح بالكهرباء).
يتجه تياران من البترول الخام المحتوى على 2500 - 3000 مليجرام/ لتر من الأملاح وحتى 5% من الماء إلى المبادلات الحرارية، حيث يسخن الخام على حساب حرارة البترول المنزوعة منه الأملاح، ثم يدخل بعد ذلك مسخنات حيث يتم التسخين بواسطة البخار المنصرف. ويتجه البترول الخارج من المسخن إلى مروق نزع الأملاح بالطريقة الكيميائية الحرارية. وتضاف مادة مانعة للاستحلاب إلى البترول الساخن قبل دخوله إلى المروق، ويمر كل تيار بصمام خلط لتوفير التلامس التام بين المادة المانعة للاستحلاب وبين البترول. ويدخل تيارا البترول الخارجان من مروقي نزع الأملاح بالطريقة الكيميائية الحرارية في المجمع الأول لنزع الأملاح بالكهرباء، ويدفع إلى كل من التيارين ماء قلوي مسخن إلى درجة 70 - 80°م لغسل الأملاح. يتحد البترول الخارج من المجمع في تيار واحد، ليتجه إلى المرحلة الأولى لأجهزة نزع الماء بالكهرباء، ثم إلى المرحلة الثانية. ويدفع ماء قلوي في البترول المنزوعة منه الأملاح جزئياً قبل الدخول في المرحلة الثانية لأجهزة نزع الماء بالكهرباء. ويتجه البترول ـ بعد المرحلة الثانية لنزع الأملاح بالكهرباء ـ إلى وعاء تجميع.
وقد انتشر في العالم في السنوات الأخيرة استخدام الأوعية الأفقية لنزع الماء بالكهرباء التي تعمل عند درجة 135 - 150°م وتحت ضغط يبلغ 20 - 24 كجم/ سم2. وتتميز هذه الأجهزة بإمكانية المحافظة على ضغوط ودرجات حرارة عالية، وكذلك بصغر ارتفاع الفصل؛ مما يوفر فصلاً أحسن للماء عن البترول بالمقارنة مع الأوعية الكروية لنزع الماء.

زائر

عمليات تكرير البترول
زيت البترول الخام، كما يخرج من باطن الأرض، هو خليط من العديد من المكوّنات الأيدروكربونية المختلفة، وكل من هذه المكونات يمكن حرقها، ولهذا كان زيت البترول الخام مصدرًا رائعًا للوقود، وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذه المكونات ـ في الوقت نفسه ـ هي مصدر كل احتياجاتنا تقريبًا من زيوت التزييت، ناهيك عن آلاف المنتجات الأخرى، ابتداء من مستحضرات التجميل إلى الألياف الصناعية والمطاط الصناعي والبلاستيك وغير ذلك. وبصفة إجمالية، تعرف العمليات المختلفة، التي يتم بواسطتها إنتاج معظم هذه المنتجات باسم عمليات التكرير.
فالتكرير هو العمليات الضرورية التي يمكن بها معالجة الزيت الخام، واستخلاص المركبات العديدة المرغوب فيها منه، وتحويلها إلى منتجات صالحة للاستهلاك، إذ ليس من الممكن استعمال زيت البترول الخام بالصورة التي يوجد بها باطن الأرض. والمقصود بالتكرير تكسير الزيت الخام إلى مكوناته وجزيئاته الأصلية المكونة من الأيدروجين والكربون، وإعادة ترتيبها لتكون مجموعات تختلف عن الموجودة في الزيت الخام، أي تصنيعها إلى منتجات نهائية صالحة للاستخدام. ويختلف تأثير التسخين على الأجزاء المتعددة للأيدروكربونات، فبعضها إذا فصل من الزيت الخام، يصير غازيّا، وبعضها يصبح سائلاً والبعض الآخر صلبًا. ولكل منها درجة غليان مختلفة، وتستعمل هذه الخاصية في التكرير.
وهناك ثلاث عمليات رئيسة للتكرير، هي:
1. العمليات الفيزيائية "الفصل".
2. العمليات الكيميائية "التحويل"
3. المعالجة أو التنقية.

زائر

أولاً: العمليات الفيزيائية "الفصل" Separation
عمليات الفصل الأكثر شيوعًا هي:
· التقطير، وفيها تفصل الجزيئات الأخف ذات درجات الغليان المنخفضة ـ بواسطة الغليان والتكثيف.
· الاستخلاص بالمذيبات، وفيها تفصل أنواع مختلفة من مواد خليط من بعضها، باستخدام مذيب يمكن فصل بعضها دون الأخرى.
· التبريد، وفيه يتسبب تبريد الخليط في تصلب أجزاء معينة من المواد، وانفصالها من السائل.
1. التقطير
يتم التقطير بواسطة أجهزة التقطير وهي نوعان:
· أجهزة التقطير الابتدائي أو الجوّي. (اُنظر شكل التقطير الابتدائي "الجوي").
· أجهزة التقطير تحت ضغط مخلخل "تفريغي". (اُنظر شكل التقطير تحت ضغط مخلخل).
وفي أجهزة التقطير الابتدائي، تتم عمليتا التبخير والتكثيف في أبراج التجزئة تحت ضغط مساوٍ للضغط الجوي أو أعلى قليلاً. وتعطينا هذه الأجهزة ستة منتجات رئيسة هي: البوتاجاز، والجازولين، والكيروسين، والسولار، والديزل، والمازوت. أما في أجهزة التقطير تحت الضغط المنخفض أو المخلخل، فتتم عمليتا التبخر والتكثيف تحت ضغط يقل عن الضغط الجوي، وأهم منتجاتها الإسفلت، وزيوت التزييت والشحومات.
أ. التقطير الابتدائي
يغلي الماء في درجة معينة تعرف بـ"نقطة الغليان" ويغلي خليط من سائلين قابلين للامتزاج عند درجة تقع بين نقطتي غليان كل منهما. ولكن السائل ذو درجة الغليان المنخفضة يتبخر أسرع من السائل الآخر، وبالتالي تكون نسبته المئوية في البخار أكثر من نسبته المئوية في المزيج السائل. وعند تكثيف بخار الخليط ينتج مزيج تزيد فيه نسبة السائل ذي نقطي الغليان المنخفضة. وباستمرار عملية غليان المزيج، تنقص فيه نسبة السائل ذي نقطة الغليان المنخفضة تدريجيًا. وعندئذ ترتفع نقطة غليان المزيج حتى يكاد البخار لا يحتوي إلا على السائل ذي نقطة الغليان المرتفعة.
وهذه العملية نطلق عليها "التقطير" وبواسطتها يمكن تقسيم المزيج تقريباً إلى المادتين اللتين يتكون منهما. وهذه هي الطريقة التي تتبع في التقطير الابتدائي للزيت الخام بهدف فصله إلى المجموعات الأيدروكربونية التي يتكون منها.
وتعد هذه العمليات الخطوة الأولى التي تستخدم في معامل تكرير البترول لفصل الزيت الخام إلى مكوناته الأساسية الستة السابق ذكرها.
ولكل مجموعة من المواد الهيدروكربونية مدى غليان محدد. ونظرًا لأن الزيت الخام يتكون من جزيئات هيدروكربونية بعضها صغير ذو درجات غليان منخفضة، والبعض الآخر كبير ذو درجات غليان مرتفعة، فإنه يمكن تجزئه الزيت الخام إلى "قطفات"، تكوّن كل منها مجموعة مكونات أيدروكربونية، وذلك بتسخينه. وتتم عمليه التقطير الابتدائي على النحو التالي:
(1) يرفع زيت البترول الخام بالمضخات من مستودعاته إلى فرن، فيتبخر تبخرًا جزئيّاً. ويمر البخار إلى برج التجزئة، ويرتفع تدريجيّا 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 سائل زائد، وسقط على الصينية التي تليها. وتكون كل صينية، عادة، أقل حرارة من التي تحتها، أي أنه كلما كان موقع الصينية مرتفعًا كانت المواد المتجمعة عليها أقل كثافة، وكلما اخترقت فقاعات البخار سائلاً على إحدى هذه الصواني، من خلال حاجز الفقاقيع، تكثف من البخار ذلك الجزء الذي له مدى غليان السائل الموجود على هذه الصينية نفسه، أما المواد الخفيفة التي قد تكون مختلطة بالسائل فإنها تنفصل على شكل مرة أخرى، وتنتقل إلى الصينية التي تعلوها.
(2) 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 جزء معين من المنتج الذي يخرج من هذه المنطقة بعد تكثيفه، وتسمّى هذه العملية "الارتداد"، ومع أنه يتجمع على كل صينية من صواني برج التجزئة سائل له مدى غليان يختلف قليلاً، فإن جزءًا معينًا 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 مجتازاً عددًا قليلاً من الصواني، بينما تطرد الأبخرة المتصاعدة المواد الأقل كثافة. وبذلك يتحدد مدى غليان السائل المنتج، وتعود الهيدروكربونات التي تطرد بالغليان إلى البرج الرئيس. وباستخدام أبراج التنقية الجانبية، يمكن الحصول على الجازولين والكيروسين والسولار من الزيت الخام بدون الحاجة إلى تقطير آخر.
(3) والمنتجات الرئيسة التي تؤخذ من برج التقطير تحت الضغط الجوي هي: الغازات البترولية الخفيفة، التي تستخدم في صناعة الأسمدة، والبوتاجاز والجازولين الذي يستخدم في إنتاج بنزين السيارات، والكيروسين ووقود النفاثات، والسولار، والديزل، وزيت الوقود "المازوت" الذي يستخدم وقودًا أو تغذية لعملية التقطير تحت الضغط المخلخل.
ب. منتجات التقطير الابتدائي
(1) الغازات البترولية المسالة Liquefied Petroleum gases: (L.P.G)
هي خليط من غازي البروبان والبيوتان، اللذان يمكن تحويلهما إلى سائل تحت الضغط. ويمكن الحصول عليهما من الغاز الطبيعي، أو من وحدة الجازولين الطبيعي، وكذلك من وحدة التقطير الابتدائي. وهي تعتبر وقودًا منزليًا مهمّا "البوتاجاز"، وكذلك تستخدم مواد وسيطة في الصناعة البتروكيماوية. ويجب الاهتمام بإزالة غاز كبريتيد الأيدروجين منها؛ حيث إنه يسبب مشكلات التآكل. ويتم الحصول من أجهزة التقطير أيضًا على غازي الميثان والأيثان. وهي غازات غير قابلة للتكثيف تحت الضغط الجوي، وتستعمل صناعة الأسمدة.
(2) الجازولين "البنزين" Gasoline
هي القطفة البترولية التي يصل مدى غليانها حتى 150°م، وهي خليط من الأيدروكربونات من C4 حتى C12، والجازولين غني بالبارافينات العادية والمتفرعة، وكذلك النافثينات وحيدة الحلقة، التي من الممكن أن تكون لها سلاسل جانبية صغيرة، كذلك توجد الأيدروكربونات الأروماتية "العطرية" مثل البنزول والتولوين والزيلين، وأيضًا يوجد إيثيل البنزول. أما بالنسبة لمركبات الكبريت، فتوجد المركبتانات بصفة رئيسة وأحادي الكبريتيد. كذلك يوجد في الجازولين الأحماض الأليفاتية القصيرة والفينولات. وفصل مركب مفرد من الجازولين عملية صعبة وغير ممكنة نظرًا لكثرة عدد الأيزومرات.
(3) الكيروسين Kerosine
هو المنتج الرئيس لعملية التكرير من حيث حجم الإنتاج، ويستخدم في الإضاءة وكذلك يستخدم وقودًا منزليّا للطبخ والتدفئة، ومكونًا أساسيّا لوقود النفاثات. ويشمل القطفة البترولية ذات مدى الغليان من 150 - 250°م، ويحتوي على البارافينات من C12 حتى C16، كذلك النافثينات ثنائية الحلقة والأيدروكربونات العطرية أحادية الحلقة ذات السلسلة الجانبية الطويلة، مع العطريات ثنائية الحلقة والمركبتانات الحلقية، وتوجد الأحماض النفثينية مع الأحماض الأليفاتية في الكيروسين.
(4) السولار "وقود الغاز" Gas Oil (solar)
هو القطفة البترولية التي تغلي من 250°م حتى 350°م، وتحتوي على البارافينات من ذرة الكربون 17 حتى الكربون 20 (C17 - C20)، والنافثينات ثنائية الحلقة مع العطريات أحادية الحلقة، التي بها عدد كبير من السلاسل الألكيلية الجانبية، وكذلك العطريات ثنائية الحلقة. وتوجد الأنواع المختلفة من المركبات الكبريتية. كذلك المركبات النتروجينية القاعدية وغير القاعدية، وكذلك أمكن استخلاص الأحماض الدهنية من السولار. ويمكن الحصول على وقود محركات الديزل المختلفة من مقطرات الكيروسين والسولار مدى غليان 180°م حتى 360°م غالبًا، وهي قطفات ذات مدى غليان ضيق حسب نوع محرك الديزل.
ج. التقطير تحت الضغط المخلخل "التفريغي" VACUUM DISTILLATION
وتستخدم هذه الطريقة لتجزئة زيت الوقود الثقيل "المازوت" الناتج من عملية التقطير الابتدائي إلى بيتومين "إسفلت" ومواد أخرى "سولار ومقطرات شمعية"، وتستخدم أساسًا في إنتاج زيوت التزييت والشحومات، كما يمكن استخدامها في عمليات التكسير الحراري أو بالعوامل المساعدة التي سيرد ذكرها فيما بعد.
والتقطير تحت الضغط المخلخل "التفريغي" يتيح خفض درجة الحرارة اللازمة لتبخير أكبر جزء من زيت الوقود الثقيل "المازوت" للحصول على الإسفلت؛ ذلك لأن درجة الحرارة التي يغلي عندها السائل ترتبط بالضغط الواقع عليه. إذ يمكن تخفيض نقطة غليان السائل بتخفيض الضغط الواقع عليه. وهذه العملية لتفادي عملية التكسير لو تم التقطير تحت الضغط الجوي، إذ إن درجة حرارة زيت الوقود الثقيل "المازوت" إذا ما ارتفعت إلى الدرجات العالية التي يتطلبها تقطيره تحت الضغط الجوي العادي، فإنه لن يتبخر فحسب، بل ينكسر إلى مكونات لها خواص مختلفة تمامًا عن المنتج المطلوب. وتحقق هذه الطريقة خفضًا ملحوظًا في التكاليف.
وفي هذه الطريقة تستخدم أجهزة أو مضخات التفريغ Vacuum Pumps للاحتفاظ بضغط منخفض. كما تستخدم مضخات لرفع الزيت خلال فرن إلى برج التقطير تحت الضغط المنخفض، إذ إن التفريغ يحول دون سحب الزيت بالتدفق الطبيعي. ويتحول الزيت إلى بخار وينساب البتيومين "الإسفلت" إلى القاع، حيث يقابله بخار ماء ذو درجة حرارة عالية، يتسبب في دفع ما قد يكون عالقًا 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 معًا، ثم يدخل المزيج من السولار والبخار المتكثفين إلى برج الاسترجاع، فترد الأبخرة بسحبها بالمضخات إلى أعلى صينية من صواني برج التجزئة. ويسحب الباقي باعتباره أحد المنتجات النهائية، ويتم سحب الغاز غير المتكثف من أعلى البرج بواسطة مضخات التفريغ.
وتسحب السوائل من برج التقطير على أبعاد مختلفة، ويمرر كل سائل برج تثبيت STABILIZER، لفصل المواد الخفيفة بالاستعانة ببخار الماء وإعادتها إلى البرج. أما الباقي فيبرد على حدة، وهو أساسًا السولار والمقطرات الشمعية التي تصبح المادة الخام لصناعة زيوت التزييت والشحومات، كما يمكن استخدامها في عمليات التكسير بالعوامل المساعدة، ويتبقى البيتومين "الإسفلت" في قاع البرج.
وفي عملية التقطير تحت الضغط المنخفض، يمكن الاحتفاظ بالتوزيع الصحيح للحرارة بضبط درجة حرارة المازوت الداخل، كذلك بضبط كميات السولار المرتد الذي تعيده المضخات من برج الاسترجاع إلى البرج، أي يتم تسخين برج التقطير من أسفل إلى أعلى بواسطة المازوت، ويتم تبريده من أعلى إلى أسفل بتأثير الزيت المرتد الذي يسيل من صينية إلى أخرى.
د. نواتج التقطير تحت التفريغ
(1) زيوت التزييت Lubricating Oils
توجد في القطفة التي تغلي من 350°م حتى 500°م ،ويمكن تقسميها إلى زيوت خفيفة تغلي في المدى 350 – 400°م، وزيوت متوسطة من 400 – 450°م، وزيوت ثقيلة تغلي من 450 – 500°م.
وهذه القطفات تحتوي على خليط من الزيوت والشموع والإسفلت، وتختلف نسب هذه المركبات في زيوت التزييت حسب نوع الخام. فالخام ذو القاعدة البارافينية غالبًا لا يحتوي على الإسفلت، والخام ذو القاعدة الإسفلتية لا يحتوي غالبًا على الشموع. والبارافينات في زيوت التزييت تصل عدد ذرات الكربون بها حتى 42 ذرة كربون. والنافثينات ذات حلقات رباعية وخماسية، أما العطريات فهي وحيدة الحلقة حتى ثلاث حلقات، وبها سلاسل جانبية قصيرة. كذلك يمكن تواجد خمسة حلقات في المركبات العليا. وتوجد المركبات الكبريتية ذات الوزن الجزيئي الكبير في زيوت التزييت، كذلك توجد مشتقات الأحماض الكربوكسلية.
(2) البيتومين "الإسفلت"
وهو المتبقي من عملية التقطير تحت التفريغ في الخام ذو القاعدة الإسفلتية.
2. الاستخلاص بالمذيبات Solvent Extraction
يتم فصل مكونات الخام في عملية التقطير حسب درجة غليان كل قطفة، وحسب حجم الجزيئات، وليس حسب نوعها، أما في عملية الاستخلاص بالمذيبات، فيتم الفصل حسب النوع الكيميائي للجزيئات، مثل بارافينات أو عطريات أو نافثينات.
يدخل في نطاق عملية الاستخلاص بالمذيبات ـ التي تعد واحدة من عمليات الفصل المستخدمة في معامل تكرير البترول ـ عملية إنتاج زيوت التزييت، وفيما يلي شرح مبسط لها.
سبق ذكر 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 الشمعية تشكل المواد الأولية اللازمة لإنتاج زيوت التزييت الخفيفة والمتوسطة والثقيلة، كما يعد المتبقي في قاع البرج المادة الأولية اللازمة لإنتاج الزيوت المتبقية BRIGHT STOCKS، ومن الضروري أن تكون هذه الزيوت على درجة عالية من النقاء، وأن تتوفر فيها المواصفات القياسية العالمية نظرًا لدورها الخطير في كافة الاستخدامات. ولتحقيق ذلك، يلزم معالجة المقطرات الشمعية والمتبقي، باستخدام مذيبات خاصة، لاستخلاص الشوائب من زيوت التزييت. ومن هذه المذيبات:
أ. يستخدم البروبان لإزالة المواد الإسفلتية من المتبقي الثقيل في قاع البرج.
ب. يستخدم مذيب الفورفورال ومذيب الفينول وغيرهما لتنقية المواد الخام من المركبات العطرية.
ج. يستخدم مذيب البنزول والتولوين والميثيل أيثيل كيتون وغيرهما، لتخليص الزيوت من الشموع العالقة بها ويجري فصل الشموع من المستخلص بالتبريد.
د. تستخدم أنواع عديدة من الطفلة الطبيعية أو الصناعية، لتنقية الزيوت من الشوائب والألوان... إلخ، ويمكن الاستعاضة عن هذه العملية بالتنقية عن طريق المعالجة بالأيدروجين، وهو الاتجاه العالمي الآن.
هـ. للحصول على القطفات المطلوبة، تتم عمليات تقطير لكل من هذه المنتجات، وكذلك عمليات إضافة بعض القطفات لبعضها.
و. يتم إضافة إضافات معينة لكل نوع من الزيوت، لتحسين مواصفاته أو لمنع الأكسدة، وذلك قبل طرح الزيوت في الأسواق.
ز. تتم تعبئة الزيوت في عبوات خاصة مختلفة الحجم.
3. التبريد
أ. فصل "فرز" الغازات ـ عملية تثبيت البنزين
يدخل في نطاق عمليات التبريد ـ التي تعد واحدة من عمليات الفصل المستخدمة في صناعة التكرير ـ عملية فصل "فرز" الغازات الناتجة من عمليتي التكسير الحراري والتكسير بالعوامل المساعدة في معامل التكرير. وتعد هذه الغازات من أهم المصادر والمواد الأولية اللازمة للصناعة البتروكيماوية، والمصدر الآخر هو الغاز الطبيعي الذي يستخرج من بعض الآبار. وتشمل عملية فصل الغازات تبريد الغاز تبريدًا عميقًا.
كان الغاز الطبيعي في الماضي يحرق باعتباره عديم الفائدة، وكانت كميات قليلة منه تستخدم في تصنيع أسود الكربون، Carbon Black، أو وقودًا في حقول البترول. وبعد ذلك أمكن فصل الغازات الطبيعية إلى نوعين من الغازات.
(1) الغاز الرطب
وهو غاز يحتوي على مركبات هيدروكربونية أثقل من الغاز، وأمكن استخلاص البنزين الطبيعي الجيد منه لمزجه بالبنزين.
(2) الغاز الجاف
ويتخلف بعد استخلاص البنزين الطبيعي، وهو يتكون من الميثان والإيثان، ويمكن فصلهما لاستخدامهما مادة خام لصناعة البتروكيماويات، أو وقوداً في حقول البترول، أو في الأغراض الصناعية، بعد نقلهما بالأنابيب من الحقول إلى مصانع الغاز، أو في صناعة الأسمدة بإنتاج الهيدروجين اللازم لصنع النشادر منهما. وباقي المكونات التي يجري فصلها هي البروبان والبيوتان، اللذان يستخدمان وقودًا في المنازل بعد تعبئتهما في أسطوانات.
وكانت الغازات الناتجة عن عملية التكسير تحرق في أول الأمر وقوداً في معامل التكرير. ولكن منذ عام 1930م، بدأ استخدام بعض أنواع المواد الهيدروكربونية الموجودة في هذه الغازات "الأوليفينات" وهي: الهيدروكربونات غير المشبعة في إنتاج المواد البتروكيماوية لما تتميز به من قدرة على سرعة الاتحاد بجزئيات أخرى لإنتاج العديد من هذه المواد.
ب. تثبيت البنزين
يؤدي تخزين البنزين في الأجواء الحارة إلى تبخر البروبان والبيوتان اللذين يحتويهما البنزين، وذلك لانخفاض درجة حرارتهما، فضلاً على أن هذين الغازين يمنعان استخدام البنزين بكفاءة في ماكينات الاحتراق الداخلي، ويعرقلان تشغيل المحركات.
ولمواجهة هذه المشكلات ولتحقيق الانتفاع بغازي البروبان والبيوتان، يتم فصل هذين الغازين وتعبئتهما في أسطوانات تحت ضغط مرتفع، بحيث يتم الاحتفاظ بهما في شكل سائل، ويستخدم البيوتان وقودًا في الأجهزة المنزلية، ويسمى تجاريّا "بالبوتاجاز". وتُسمى عملية فصل غازي البروبان والبيوتان من البنزين بعملية "تثبيت البنزين" وهي تتم في أبراج تعمل بطريقة تشبه تمامًا أي برج آخر للتجزئة، إلا أنها تعمل تحت ضغوط عالية لكي يبقى السائل المرتد في حالة السيولة دائمًا.
ج. العدد الأوكتاني للبنزين "الجازولين"
(1) تُعدّ الخواص المانعة للخبط أو الثبات التفجيري أحد البارامترات الأساسية التي تحدد جودة الوقود الناتج من البترول، والمخصص لمحركات الاحتراق الداخلي بالشرارة الكهربائية.
فعند عمل آلة الاحتراق الداخلي، يتم دفع خليط من بخار البنزين والهواء إلى الماكينة عن طريق المكربن. هذا الخليط يتم ضغطه داخل المكبس، حيث يتم إشعاله بواسطة شرارة كهربائية من شمعة الاحتراق. والغازات الناتجة من الاحتراق داخل المكبس تحدث ضغطًا على المكبس؛ مما يؤدي إلى حركته، وتكون سرعة انتشار اللهب العادية حوالي 25 - 30 م/ث. ولكن قد يحدث مع الوقود ذي الجودة المنخفضة أن بعض الهيدروكربونات داخل المكبس يتم اشتعالها بفرقعة احتراق لحظي تفجيري، نتيجة للانضغاط وليس بواسطة الشرارة الكهربائية. وتصل سرعة اللهب عند الاحتراق اللحظي إلى 2000 - 2500 م/ث فتتكون نتيجة لذلك كمية كبيرة من الحرارة، ويسبب الاحتراق التفجيري هبوط قدرة المحرك، ويصاحب ذلك الخبط الموتور، مما يؤدي إلى سرعة البري والتآكل في الآلة.
(2) وظاهرة الاشتعال التفجيري غير مرغوب فيها، وهي خاصية من خواص الجازولين الناتج مباشرة من التقطير والمحتوي على نسبة عالية من البارافينات العادية، ومن ناحية أخرى، فإن الجازولين، المحتوي على نسبة عالية من البارافينات المتفرعة، يحترق بدون تفجير.
ويطلق اسم العدد الأوكتاني للوقود على دليل ثباته التفجيري وخواصه المانعة للخبط Antinock Resistance، ويجري تقدير الخواص التفجيرية للوقود في المحرك بواسطة مقارنة الوقود المطلوب دراسته مع وقود آخر قياسي.
والوقودان القياسيان هما:
(أ) الأيزواوكتان (2-2-4 ثلاثي ميثيل بنتان)

وقد اصطلح على اعتبار عدده الأوكتاني مساويًا 100، وذلك لأنه قليل التفجير وله خواص مانعة للخبط جيدة جدّاً.
(ب) الهبتان العادي السهل التفجر وعدده الأوكتاني يساوي صفرًا، والعدد الأوكتاني لمخاليط من الأيزواوكتان والهبتان العادي يكون مداه من صفر إلى 100، حسب نسبة الأيزوأوكتان الموجود في الخليط.
ويقارن الوقود المراد اختباره مع هذه المخاليط المختلفة تحت ظروف قياسية.
د. العدد الأوكتاني للوقود
(1) يساوي عدديّا النسبة المئوية "بالحجم" للأيزوأوكتان في مخلوطه مع الهبتان العادي، التي يكون عندها الثبات التفجيري "أو الخواص المانعة للخبط" لهذا المخلوط مساويًا للثبات التفجيري "الخواص المانعة للخبط" للوقود الجاري اختباره.
(2) وتتوقف مناعة الوقود ضد الخبط "ثباته التفجيري" أساسًا على تركيبه الكيميائي. فالبارافينات العادية تتمتع بثبات تفجيري منخفض. أما الأيزوبارافينات والأيدروكربونات الأروماتية فتنفجر بصعوبة، وتشغل النفثينات والأوليفينات مكانًا وسطًا. ويرتفع العدد الأوكتاني تصاعديّا كالآتي:

(3) والجازولين الناتج من التقطير الأولي مباشرة يكون له عادة رقم أوكتاني منخفض يرواح بين 50 و 70. ورفع العدد الأوكتاني للوقود يتم إما بخلطه مع وقود له رقم أوكتاني عال، أو بإضافة مواد ترفع العدد الأوكتاني مثل رابع إيثيل الرصاص Pb (C2H5)4، وهو سائل عديم اللون يتم تخفيفه بواسطة بعض هاليدات الألكيل مثل ثنائي بروم الأيثان أو بروميد الأيثيل وغيرهما، وتسمى بذلك السائل الأيثيلي، فمثلاً يكفي إضافة 2 إلى 4 سم من هذا السائل الأيثيلي/ لكل لتر من الوقود لرفع درجة الأوكتان من 70 حتى 85. وإيثيل الرصاص شديد السّمّية. ويجب الاحتياط في التعامل به، وازدياد استخدامه يؤدي إلى تلوث الهواء بالعادم المحتوي على أول أكسيد الكربون مخلوطًا بمركبات الرصاص، التي تؤدي إلى أضرار خطيرة بصحة الإنسان، والعديد من دول العالم الآن تحاول منع استخدام هذه المركبات السامة في المدن الكبرى. وحديثا ترفع درجة الأوكتان للبنزين الخالي من الرصاص، بواسطة مركب آخر جديد غير ضار هو (ميثيل ثالثي بيوتيل الأيثير)، الذي له درجة أوكتان عالية 98 وينتج من تفاعل الميثانول مع الأيزوبيوتيلين:

ميثيل ثالثي بيوتيل الأيثير
هـ. العدد السيتاني لوقود الديزل
(1) يشتعل الوقود في ماكينات الديزل بالانضغاط، وليس بالشرارة الكهربائية، ويستخدم لها قطفات من وقود الديزل مدى غليانه من 180 - 360°م، ويعد العدد السيتاني هو الدليل الذي يبين ميل وقود الديزل إلى الاشتعال العفوي "بالانضغاط"، عن طريق مقارنة اشتعالية الوقود المختبر باشتعالية مخلوط من وقودين قياسيين هما:
(أ) السيتان: أيدركربون سلسلة البارافينات ذو تركيب عادي n-C16H34، ويعد عدده السيتاني مساويًا 100.
(ب) وأيدروكربون أروماتي "1- ميثيل نفتالين" ويعد عدده السيتاني مساويًا للصفر.

(2) ويعرف العدد السيتاني بأنه النسبة المئوية "بالحجم" للسيتان في مخلوط السيتان و1- ميثيل نفتالين الذي تطابق اشتعاليتة الذاتية اشتعالية الوقود المطلوب اختباره. وتتم المقارنة تحت ظروف قياسية.
ولذلك فإن الشروط المطلوبة بالنسبة للتركيب الكيميائي لوقود محركات الشرارة ومحركات الديزل تقع على طرفي نقيض؛ لأن الخواص المحركية لوقود الديزل عكس الخواص المحركية لوقود البنزين. فالألكانات ذات السلاسل الطويلة مثل الستان العادي تشتعل بسهولة بواسطة الانضغاط، بينما تشتعل الأيدروكربونات الأروماتية مثل 1- ميثيل نفتالين ببطء أشد كثيرًا وغير مقبولة للاستخدام في محركات الديزل.

زائر

ثانياً: العمليات الكيميائية "التحويل" Conversion
تختلف العمليات التحويلية عن عمليات التقطير الجوي والتقطير تحت التفريغ، التي يتم بواسطتها الحصول على المنتجات البترولية بطرق الفصل الفيزيائي للبترول، إلى قطفات تختلف درجات غليانها، فالعمليات التحويلية هي عملية كيميائية، تجري تحت تأثير الحرارة والضغط أو بالعوامل المساعدة، والهدف منها زيادة كمية وقود السيارات والنفاثات وجودته، حيث يتم فيها تغير جزيئات الأيدروكربونات الموجودة في البترول، وتشمل هذه العمليات التحويلية: التكسير الحراري، أو التكسير بالعامل المساعد، وإصلاح البنزين، والألكلة، والأزمرة والبلمرة.
1. العمليات التحويلية الحرارية
أ. التكسير الحراري THERMAL CRACKING
تعد عملية التكسير في جوهرها من عمليات التأثير الحراري، حيث تستخدم الحرارة العالية في تقسيم جزيئات الزيت الثقيلة أو الكبيرة، بعد ترتيبها إلى جزيئات صغيرة، ويمكن عن طريق تكسير المازوت المتخلف من عملية التقطير الابتدائي للزيت الخام، الحصول على بنزين إضافي من نوع جيد. وقد استخدمت طريقة التكسير على نطاق تجاري للمرة الأولى في عام 1913م، فبتعرض الزيت الخام إلى درجات حرارة مرتفعة، وتحت ضغوط عالية، تحدث عملية تكسير الجزيئات الهيدروكربونية الكبيرة إلى جزيئات أصغر. وبهذه الطريقة، أمكن تحويل المنتجات الثقيلة إلى منتجات خفيفة مثل البنزين. وأمكن بهذا الاكتشاف زيادة كميات البنزين المنتجة، فضلاً عن إدخال تحسين مهم من حيث النوع، إذ إن البنزين الناتج من عمليات التكسير الحراري كان أحسن بكثير من حيث مميزات منع الخبط "السقف" في محركات الاحتراق الداخلي، بالمقارنة بالبنزين الناتج من عمليات التقطير العادية.
وبتعرض جزيئات البارافينات إلى الحرارة العالية والضغط يتم تكسير الجزيء إلى بارافين وأوليفين.

أما الأوليفينات الناتجة فتكون غير مستقرة وتحدث فيها التفاعلات الآتية:
(1) مزيد من التكسير إلى أوليفينات صغيرة.
(2) بلمرة الأوليفينات الصغيرة المتكونة.
(3) الأوليفينات الكبيرة تتحول إلى أيدروكربونات حلقية "نافثينية".
(4) نزع الأيدروجين من النافثينات وتكوين العطريات.
(5) تكاثف العطريات؛ مما يؤدي في النهاية إلى تكوين الكوك.
ب. التفحيم COKING
تتم عملية تفحيم المازوت المتبقي عند درجات حرارة عالية، وذلك لإنتاج فحم كوك بترولي. وبالاعتماد على نوعية المواد الأولية وظروف العملية يمكن أن تنتج 15-38% كوك تجاري، 49-77% منتجات سائلة، منها 7-17% قطفة بنزين، وكذلك 5-12% غازات حتى ذرة كربون 4. وقد تطورت عملية التفحيم لمقابلة الطلب على إنتاج الكوك المستخدم في أقطاب التحليل الكهربي.
ج. البيروليز PYROLYSIS
تتم عملية البيروليز على الغازات مثل الإيثان وحتى البيوتان، وكذلك على المقطرات الخفيفة مثل البنزين منخفض الأوكتان "النافتا". وغالبًا ما تتم عند درجة حرارة عالية تصل إلى 850°م، والهدف الرئيس منها إنتاج غازات الإيثيلين والبروبلين والبيوتيلين، وهي المواد الأولية لصناعة البتروكيماويات، وكذلك إنتاج العطريات مثل البنزول والطولوين والزيلين.
2. عملية التكسير بالعامل المساعد Catalytic cracking
استخدمت طريقة التكسير بالعوامل المساعدة للمرة الأولى على أساس تجاري في عام 1936م. وهذه الطريقة تمتاز بمميزات كثيرة على طريقة التكسير بالحرارة، فهي تنتج بنزينًا من نوع أجود مما ينتج في التكسير الحراري، وبدون الحاجة إلى ضغط عال، ويتحقق ذلك باستخدام عامل حفاز "عامل مساعد" هو مادة تزيد من سرعة التفاعل الكيميائي، دون أن تتعرض لأي تغير كيميائي.
وهناك نوعان من التكسير بالعامل المساعد، الأولى يستخدم فيها العامل المساعد فقط، والثانية تستخدم العامل المساعد في وجود غاز الأيدروجين، الذي ينتج بطريقة رخيصة بوصفه منتجًا ثانويّا في العمليات البترولية، تحت ضغط يصل إلى 30 جوي، ودرجة حرارة منخفضة، وتسمى التكسير الأيدروجيني Hydrocracking. وأهم عامل مساعد يستخدم في هذه الطرق هو نوع من ألومينو سيليكات المخلقة "الزيوليت"، المكون من 12% ألومينا 88% سيليكا. ومن أكثر طرق التكسير بالعامل المساعد استخدامًا طريقة التكسير بالعامل المساعد في طبقة مميعة، وفيها يكون العامل المساعد المستخدم مسحوقًا دقيقًا يصير شبيهًا بالسائل عند تعرضه لتيار هواء، حيث إنه عند ترسب الكربون على العامل المساعد، يقلل من كفاءته ويفقد تأثيره "تسمم للعامل المساعد"، فيتم سحب العامل المستهلك وينفخ فيه تيار هواء ساخن، فيعيد العامل المساعد إلى غرفة تجديده، وفيها يحرق الكربون ويعود العامل المساعد صالحًا للاستخدام مرة أخرى. واستخدام العامل المساعد في عمليات التكسير ليس فقط لزيادة سرعة التفاعل، ولكنه يؤدي إلى تحسين خواص المنتج كذلك، ويقلل من تكوين الأيدروكربونات عديمة الفائدة. وجودة البنزين الناتج تأتي من تكوين البارافينات المتفرعة، وكذلك الأيدروكربونات العطرية ذات رقم الأوكتان العالي. (اُنظر جدول مقارنة بين التكسير الحراري والتكسير بالعامل المساعد)
3. الإصلاح الحفزي للبنزين Reforming
يسمح الإصلاح بالحفز "بالعامل المساعد" بتحويل البنزين ذي العدد الأوكتاني المنخفض الناتج من التقطير، أو من التكسير الحراري، أو التكسير بالعامل المساعد، إلى بنزين ذي عدد أوكتاني مرتفع. وإلى جانب ذلك، يمكن الحصول على الأيدروكربونات الأروماتية "البنزول والطولوين والزيلينات والأيثيل بنزول" التي تعد خامات مهمة في الصناعة البتروكيماوية. ولذلك أصبحت هذه العملية إحدى العمليات المهمة في صناعة معالجة البترول.
وتتم بتعرض البنزين إلى معالجة حرارية "في وجود عامل مساعد" تشبه عملية التكسير، ولكن في زمن قليل جدّاً. ويجري الإصلاح بالحفز "العامل المساعد" في الصناعة باستخدام البلاتين أو الموليبدنم عاملاً مساعدًا محمّلاً على الألومينا أو الألومينا والسيليكا. والإصلاح بالبلاتين Platforming يستخدم بكثرة، وينتج منها بنزين عالي الأوكتان يصل حتى 98 أوكتان، بدون إضافة السائل الأيثيلي للرصاص. وتتم العملية كذلك تحت تأثير إعادة دورة الغاز المتكون في العملية والمحتوي على 80% إيدروجين، وهذا الغاز يعدّ مصدرًا رخيصًا للأيدروجين، لذلك يستخدم في جميع العمليات البترولية وخصوصًا عملية المعالجة بالأيدروجين وعملية التكسير بالأيدروجين، والتفاعلات الكيمائية التي تحدث في عملية الإصلاح الحفزي هي:
أ. نزع الأيدروجين من النافثينات "الأيدروكربونات الحلقية المشبع"

ب. التكسير بالأيدروجين

وعملية الأزمرة ملازمة لعملية التكسير بالأيدروجين لتكوين بارافينات متفرعة.
ج. تكوين المركبات الحلقية من الأيدروكربونات البارافينية مع نزع الأيدروجين

د. تفاعلات الأزمرة
وتتم للأيدروكربونات البارافينية ذات الوزن الجزيئي المنخفض، مثل تحول البيوتان العادي والبنتان العادي إلى الأيزوبيوتان والأيزوبنتان. كذلك أزمرة النفثينات الحلقية ذات الحلقة الخماسية إلى الحلقة السداسية مثل:

بالإضافة إلى التفاعلات السابقة تجري أيضاً، أثناء عملية الإصلاح الحفزي، تفاعلات هدرجة المركبات الكبريتية والنتروجينية.

وهذه المركبات الكبريتية والنتروجينية تسبب تسممًا "إقلال كفاءة العامل المساعد"، لذلك تجري هذه العملية "المعالجة بالأيدروجين" لإزالة المركبات الكبريتية والنتروجينية منفصلة قبل عملية الإصلاح.
والبنزين الناتج من عملية الإصلاح الحفزي "البنزين المحسن"، يكون غنيّا بالأيدروكربونات المتفرعة وكذلك الأروماتية، وهذا هو السبب في ارتفاع رقمه الأوكتاني، وغالبًا لا يحتوي على الكبريت؛ وبذلك تكون له خواص جيدة مانعة للخبط.
4. عمليات باستخدام الغازات البترولية
تستخدم قطفات غازات "البروبان -بروبلين" و"البيوتان - بيوتيلين" الناتجة من تجزئ الغازات البترولية في إنتاج بنزين عالي الأوكتان؛ وذلك بعمليات البلمرة والألكله:
أ. عمليات الأزمرة للبارافينات الخفيفة
تستخدم عملية الأزمرة لتحويل الأيدروكربونات ذات التركيب العادي إلى أيدروكربونات ذات بناء متفرع.
ومن أمثلة ذلك أزمرة البيوتان العادي "قليل النشاط" إلى الأيزويبوتان

والأيزوبيوتان الناتج يستخدم، بعد ذلك، في عملية الألكلة والبلمرة، ومن أهم العوامل الحفازة المستخدمة في عمليات الأزمرة كلوريد الألمنيوم، مع منشط مثل غاز كلوريد الأيدروجين.
بعد ذلك، يتم نزع الأيدروجين بالعوامل الحفازة، مثل أكاسيد بعض الفلزات، من الأيزوبيوتان لإنتاج الأيزوبيوتيلين

ب. عمليات البلمرة Polymerization
البلمرة ـ كما هو معروف ـ هي اتحاد جزيئين أو أكثر من مركب ما، لتشكيل مركب آخر ذي وزن جزيئي أكبر. أي أن البلمرة هي عكس التكسير. ففي أي عمليات للتكرير تتكون هيدروكربونات غازية، ويتم ذلك بوضوح وبشكل بارز في عمليات التكسير. وإذا عرضت الغازات لدرجات حرارة مرتفعة ولضغوط عالية يمكن التحكم فيها، فإن جزيئاتها تتحد "تتبلمر" في جزيئات أكبر مكونة منتجات سائلة تسمى البلمرات Polymers، وفي بعض الحالات تستخدم غازات معامل التكرير والغازات من المصادر الطبيعيه سويّا في عمليات البلمرة، والمنتج النهائي في هذه العملية قد يكون مركزًا عالي الأوكتان "الجازولين البوليميري"، وهي خامة للخليط تستخدم في إنتاج البنزين عالي الأوكتان
والجازولين البوليميري ينتج من بلمرة البيوتيلين

ج. ألكلة الأيزوبيوتان بواسطة الأوليفينات
تعدّ عملية الألكلة إحدى العمليات العالية الفعالية المستخدمة في الحصول على مركبات البنزين ذات العدد الأوكتاني المرتفع، ويمكن التعبير عن تفاعل الألكلة بالاوليفينات بالمعادلة العامة الآتية:

وتجري الألكلة عند درجات حرارة وتحت ضغوط معتدلة في وجود العوامل الحفازة، ويعدّ حمض الكبريتيك وحمض الأيدروفلوريك أو كلوريد الألمنيوم أكثر العوامل الحفازة فعالية في عمليات الألكلة

إيزوبيوتان
"مركز عالي الأوكتان يستخدم في عمليات الخلط"
وحيث إن ظروف إجراء تفاعل الألكلة هي ظروف مناسبة لسريان تفاعل بلمرة الأولفينات، ولمنع التفاعل الأخير، تجري عملية الألكلة في وجود فائض كبير 4-8 مرات من الأيزو بارافينات.

زائر

ثالثاً: المعالجة والتنقية
تهدف عمليات المعالجة لإزالة الشوائب غير المرغوب فيها في المنتجات البترولية أو تحويلها. فمن المعروف أن زيت البترول الخام يحتوي على بعض الشوائب تراوح نسبتها بين 1-4% وفقًا لنوع الخام ومصدره، وتتكون هذه الشوائب، عادة، من المركبات الكبريتية والآزوتية والأوكسجينية.
وتبذل معامل تكرير البترول جهودًا كبيرة لتنقية المنتجات البترولية من الشوائب، قبل تسويقها وذلك للتغلب على مشكلات تآكل الأجهزة وتلوث الهواء، والوفاء باحتياجات الاستهلاك المحلي، وللتغلب على المنافسة في مجال التصدير.
والمنتجات البترولية الناتجة من عمليات التقطير والتكسير تحتوي على الأولفينات ومركبات كبريتية وأكسجينية، وهي تسبب عدم ثبات المنتجات، وكذلك تكوين رواسب كربونية داخل آلات الاحتراق، وتعطي للمنتجات ألوانًا وروائح غير مرغوب فيها. فعمليات التنقية هي العمليات النهائية للمنتجات البترولية، وهي إما كيميائية أو فيزيائية، والكيماويات المستخدمة في عمليات التنقية كثيرة، منها محلول الصودا الكاوية الذي يستخدم في تنقية البوتاجاز والبنزين من كبريتيد الأيدروجين ومركبات المركبتان، وحامض الكبريتيك المركّز الذي يستخدم في تنقية الكيروسين من المواد الكبريتية والعطرية التي تسبب تصاعد الدخان الأسود، كما يستخدم في تنقية وقود النفاثات وغيره، كذلك يستخدم غاز الأيدروجين في إزالة عديد من الشوائب.
1. إزالة كبريتيد الأيدروجين
الغازات والمقطرات الخفيفة "الغازات البترولية والمسالة والبنزين والكيروسين" غالبًا ما تحتوي على كبريتيد الأيدروجين، وهو موجود أساسًا في الخام أو تكون من تحلل المركبات الكبريتية خلال العمليات المختلفة. وهو غير مرغوب فيه بسبب رائحته الكريهة، وكذلك تحوله بسهولة إلى كبريت؛ مما يسبب تآكلاً في الآلات والمعدات. وهناك طريقتان لإزالة H2S حسب نسبته.
أ. إذا كانت النسبة ضئيلة يستخدم محلول الصودا الكاوية.

ب. أما إذا كانت النسبة عالية فيستخدم سائل مناسب لامتصاص غاز كبريتيد الأيدروجين، وبعد ذلك يستخدم السائل مرة أخرى بعد التخلص من الغاز، ويوجد لذلك طريقتان تقليديتان.
(1) طريقة "شل فوسفات"، وفيها يستخدم فوسفات ثلاثي البوتاسيوم

(2) أما الطريقة الثانية فتتم باستخدام الأمينات العضوية مثل أحادي الإثيانول أمين أو ثنائي الإيثانول أمين

2. إزالة مركبات المركبتان
المركتبانات الموجودة في المنتجات البترولية غير مرغوب فيها؛ نظرًا لرائحتها الكريهة، فتعالج هذه المنتجات للتخلص منها أو تحويلها إلى مركبات أقل ضررًا أو مقبولة.
والمركتبانات الموجودة في المنتجات التي تغلي حتى أقل من 100 م، يمكن التخلص منها بالمعالجة بواسطة محلول الصودا الكاوية التي تكون مركبات مذابة في الصودا الكاوية.

أما المركتبانات الثقيلة الموجودة في المقطرات العالية التي تغلي أعلى من 100 م، فهي لا تذوب في الصودا الكاوية.
عملية التحلية: Sweetening "طريقة Doctor treatment"

أكسيد الرصاص
بلومبات الصوديوم

مركبتايد الرصاص

كمية محسوبة بعناية
راسب الكبريتيد
ثنائي الكبريتيد الذائب

تحول فيها المركتبانات الضارة إلى ثنائي الكبريتيد الأقل ضررًا أو المقبولة والمسموح بوجودها في المنتجات. فبالرغم من أن الكبريت لم تتم إزالته، إلا أن المنتج خضع لعملية تحلية بتحويل المركبتان إلى ثنائي الكبريتيد. وذلك باستخدام محلول الصودا الكاوية مع أكسيد الرصاص وبإضافة كمية محسوبة بعناية من الكبريت.
3. التنقية بالايدروجين
تطورت في السنوات الأخيرة عملية تنقية المنتجات البترولية بواسطة الأيدروجين تطورًا كبيرًا، وذلك مع توافر غاز الأيدروجين بوصفه منتجًا ثانويّا رخيصًا ناتجًا من عمليات الإصلاح الحفزي، حيث إن الغاز الناتج من هذه العمليات يحتوي على 80% أيدروجين. ولذلك نجد أن عمليات التكسير والإصلاح والمعالجة تتم في وجود الأيدروجين، وتنقسم العمليات المستخدم فيها الأيدروجين إلى التكسير بالأيدروجين وتنقية بالأيدروجين. وتستخدم التنقية بالأيدروجين الآن تجاريًّا على نطاق واسع، نظرًا لأنها عملية متعددة الوظائف، فهي تزيل المواد الكبريتية المحدثة للتآكل بتحويلها إلى كبريتيد أيدروجين، بالإضافة إلى ذلك عملية التنقية بالأيدروجين تؤدي إلى إزالة المواد النتروجينية والأكسجينية والهالوجينية.
كذلك إزالة الشوائب المعدنية الموجودة في الزيت، كما يتم تشبع الأوليفيات؛ مما يؤدي إلى ثبات المنتجات.

أ. الهدرجة مع إزالة الكبريت
(1) للمركتبانات

(2) للكبريتيد

(3) للثيوفين

ب. الهدرجة مع إزالة النتروجين
(1) للبيرول

(2) للبيريدين

ج. الهدرجة مع إزالة الأكسجين
(1) للفينول

(2) لفوق الأكاسيد

د. الهدرجة مع إزالة الهالوجين
للكلوريد

هـ. تشبع الأوليفينات

زائر

رابعاً: الإضافات البترولية
1. الإضافات إلى زيوت التزليق
تفرض صناعة بناء المحركات الحديثة شروطاً قاسية بالنسبة لجودة زيوت التزليق. وهذه الشروط تتزايد باستمرار نظراً لتحسين تصميم المحركات وتصعيب ظروف عملها.
ولا تحقق زيوت التزليق الناتجة من الخامات البترولية المتطلبات المتزايدة التي يبديها المستهلكون، حتى بعد انتقائها الدقيق وإجراء التنقية طبقاً للمخططات التقنية الحديثة. ولكي تصل جودة الزيوت المنتجة إلى مستوى هذه المتطلبات، من الضروري أن نضيف إلى الزيت الإضافات التي يجب أن تعطي الزيوت الخواص التشغيلية المناسبة.
ولا تتمتع الزيوت الناتجة من البترول بالثبات، إذ تخضع الأيدروكربونات الداخلة في تركيبها تحت تأثير أكسجين الهواء لعمليات تحول كيميائية عميقة، تتكون لها الأحماض والألدهيدات والمواد الإسفلتية والراتنجية.
وتحطم الأحماض الداخلة في تركيب الزيت أجزاء المحرك، وبترسب الكوك والزفت على المكبس وعلى حلقات المكبس فتؤدي إلى تكسيرها. ويزداد تآكل المحرك برفع لزوجة الزيوت. وتنشط تفاعلات الأكسدة بالتأثير الحفزي للسطح المعدني للمحرك وكذلك للراسب عديم الذوبان المتكون أثناء عملية الأكسدة "أملاح الأحماض النفثينية مثلا".
ولمنع تأكسد الزيت أثناء عملية التشغيل يجب استخدام الإضافات المانعة للأكسدة، إلا أن الإضافات لا تمنع نهائياً عمليات الأكسدة التي تؤدي إلى تكون المواد الإسفلتية والراتنجية المترسبة على أجزاء المحرك، وإلى تكون المركبات الحمضية التي تحت هذه الأجزاء.
لذلك فللحصول على زيوت محركات ذات خواص تشغيلية جيدة، تضاف إلى الزيوت إضافات لا تتمتع فقط بطابع مانع للأكسدة، وإنما بطابع منظف ومانع للتحات أيضاً.
وطبقاً للمعلومات الموجودة فإن 60-70% من بلى المحرك يتم في فترات بدء إدارته، أي عندما يكون الزيت بارداً لم يسخن بعد ولزوجته مرتفعة. ويمكن التوصل إلى تحسين الخواص الحرارية ولزوجة الزيوت تحسينًا فعالاً باستخدام الإضافات اللزوجية بالحصول على زيوت عامة يمكن تشغيلها في أي ظروف مناخية.
وتعد درجة عقد الزيوت المنخفضة خاصية مهمة لجودتها التشغيلية أيضاً. ويطبق عمليًّا الحصول على زيوت ذات درجة عقد منخفضة عن طريق نزع البارافين، في حالة احتواء الخام على نسبة كبيرة من البارافين. وإذا كانت نسبة الأيدروكربونات البارافينية غير كبيرة، فتستعمل الإضافات التي تخفض درجة العقد. وينبغي أن نشير إلى أنه عند التنقية العميقة للزيوت بالمذيبات الانتقائية، في حالة احتوائها على نسبة صغيرة من البارافينات، ترتفع درجة عقدها. وتساعد إضافة كمية صغيرة من المخفض على تخفيض درجة عقد الزيوت بدرجة كبيرة. وتصنف الإضافات إلى زيوت المحركات طبقاً لطابع تأثيرها، ويمكن تقسيمها إلى المجموعات الآتية:
· إضافات منظفة مشتتة تمنع ترسيب الرواسب على أجزاء المحرك.
· إضافات مقاومة للتحات الكيميائي تقلل الخواص الحاتة للزيت.
· إضافات مقاومة للأكسدة ترفع ثبات الزيت لعمليات الأكسدة.
· إضافات اللزوجة التي ترفع لزوجة الزيت وتحسن الخواص الحرارية للزوجة.
· إضافات مخفضة تخفض درجة عقد الزيت.
· إضافات مقاومة للنحت ومقاومة للبلى تستخدم أساساً بالنسبة للزيوت التي تعمل في ظروف التحميل والسرعات الكبيرة ودرجات الحرارة المرتفعة.
· إضافات خاصة "مانعة للرغاوي ومانعة للصدأ وغيرها".
وتستخدم في الحياة العملية استخداماً واسعاً الإضافات التي تحسن عدة خواص للزيت في وقت واحد. ويطلق على مثل هذه الإضافات اسم "الإضافات ذات المجموعات الوظيفية العديدة". وفي السنوات الأخيرة استخدم تركيب الإضافات مثل التركيب المنظف المشتت المقاوم للأكسدة استخداماً واسعًا. ويتحدد اختيار التركيب بالشروط الواجب توافرها في جودة الزيوت، وكذلك بالخواص الفيزيائية الكيميائية للزيوت الأساسية "الزيت الذي يحصل عليه من الخام البترولي قبل إضافة الإضافات" التي تضاف إليها هذه الإضافات. ويجب في جميع الحالات أن يكون الزيت الأساسي جاهزاً لإضافة الإضافات، أي يكون منقى من المركبات غير المرغوب فيها.
أ. الإضافات المنظفة المشتتة
يجب أن تكسب هذه الإضافات الزيوت خواص مشتتة ومنظفة. وأحد الشروط الأساسية الواجب توافرها في الزيوت، هو انخفاض ميلها إلى ترسيب القشور واللك على أجزاء المحرك. وتتكون هذه الرواسب نتيجة للثبات غير الكافي للزيت لعمليات الأكسدة في ظروف تشغيل المحرك. ولا تمنع إضافة الإضافات المنظفة المشتتة تكوّن الرواسب، وإنما تساعد على بقائها في الزيت على صورة معلق. وتنتمي إلى الإضافات المنظفة والمشتتة، بصورة أساسية، فيناتات الفلزات المختلفة والفينولات المستبدلة وكبريتيداتها ومشتقاتها الثنائية الكبريت، وكذلك المركبات التي هي فيناتات منتجات تكاثف الفينولات المتبدلة مع الفورمالدهيد. وعلاوة على ذلك، تنتشر وسط مجموعة الإضافات المنظفة، الإضافات التي يحصل عليها على أساس أملاح الأحماض العضوية كالسلفوناتات مثلاً.
ب. الإضافات المنظفة
تحتوي، عادة، على مركبات أو مجموعات وظيفية تؤثر أيضاً على الخواص المانعة للتحات، لذلك فهذه الإضافات ذات مجموعات وظيفية عديدة أو إضافات مركبة. وتزيد الإضافات المنظفة ميل الزيت إلى تشتيت الرواسب المغسولة من أجزاء المحرك، وتمنع التصاق الرواسب بالمعدن، وتساعد على ارتخاء القشور في غرفة الاحتراق وإخراجها جزئياً.
ج. الإضافات المقاومة للتحات
تحمي معدن الأسطح المزلقة من التحات الذي تسببه المنتجات الحمضية المتكونة في الزيت أثناء عملية تشغيله. وتستعمل مشتقات الكبريت والفوسفور، والمركبات الفينولية. ونفثينات الألومنيوم والكروم، وغيرها إضافات مقاومة للتحات.
ويرجع أن تأثير الإضافات المقاومة للتحات يتلخص في أنها تكوّن على سطح المعدن طبقة رقيقة، تحميه من التحات، وكذلك تقي الزيت من تكوّن منتجات الأكسدة.
د. الإضافات المقاومة للأكسدة
تستعمل المركبات الكبريتية والنتروجينية والفوسفورية والألكيل - فينولية، وكذلك الفينول ذو المجموعات الوظيفية المختلفة "الفينول الأميني والنفثيل-آمين والبارا-أكسي-ثنائي-فينيل-آمين وغيرها" إضافات مقاومة للأكسدة. وتعتمد فعالية الإضافات المقاومة للأكسدة على عمق تنقية الزيت الأساسي. وتبطل الراتنجات والإسفلتيات الموجودة في الزيت غير المنقى تأثير المواد المقاومة للأكسدة.
ولاستخدام الإضافات المقاومة للأكسدة أهمية خاصة بالنسبة للزيوت التي تعمل فترة طويلة، في ظروف التلامس المباشر مع أكسجين الهواء، زيوت الطاقة، مثلاً زيت المحولات والتوربينات. وعلاوة على ذلك، تستخدم بنجاح الإضافات المقاومة للأكسدة في التركيب مع الإضافات الأخرى لزيوت المحركات.
هـ. إضافات اللزوجة
ترفع هذه الإضافات اللزوجة وتحسن الخواص الحرارية للزوجة. وهي تتمتع بوزن جزيئي عالٍ ولزوجة مرتفعة ومقدرة على رفع لزوجة الزيوت عند إضافتها بكميات صغيرة.
وتستخدم إضافات اللزوجة للحصول على الأنواع الشتوية والأركتيكية من الزيوت، التي تتمتع بدليل لزوجة مرتفع حوالي 120، ودرجة عقد منخفضة.
و. الإضافات المخفضة
تخفض درجة عقد الزيوت مع تحسين قابليتها للنقل، وظروف بدء إدارة المحركات في فترة الشتاء.
ز. الإضافات المقاومة للبلى والمقاومة للنحت
تستخدم هذه الإضافات للزيوت التي تعمل في مسننات النقل وفي المسننات الهيبودية في ظروف التحميل والسرعات الكبيرة ودرجات الحرارة المرتفعة. ويزيل الزيت في هذه الظروف من أسطح الاحتكاك الشيء المرتبط ببلى الأجزاء قبل الأوان، والمرتبط حتى بكسرها. ولتحسين خواص تزليق الزيوت تضاف إليها الإضافات المحتوية على مركبات قطبية نشطة. وتستخدم الزيوت النباتية "زيت الخردل وزيت الشلجم وغيرهما" وأسترات الأحماض الكربوكسيلية، مع الكحولات ومنتجات أكسدة البارافين، والكبريت الأيدروكربونية المحتوية على الكلور والفوسفور، وخاصة البارافين المكلور، والمركبات الأروماتية المكلورة، وغيرها كإضافات لتحسين خواص هذا النوع.
ح. الإضافات الخاصة
تستخدم لمنع تكون الرغاوي في الزيوت أثناء العمل. ولوقاية الأجزاء المعدنية من الصدأ في ظروف تأثير الوسط الرطب وأكسجين الهواء، تضاف إلى الزيوت الإضافات المقاومة للصدأ مثل الإضافات السلفونية والإضافات المحتوية على الفازلين المؤكسد، والإضافات المركبة من الأحماض الدهنية العديدة الأيدروكسيل ذات السلسلة الطويلة والمواد الأخرى ذات النشاط السطحي.
وتشكل الإضافة إلى الزيت التي ينصح بها نحو 1-3%، ويستخدم، عادة، هذا الزيت في محركات السفن.
2. الإضافات إلى الوقود
يحضر بنزين الطائرات والسيارات بخلط المركبات المختلفة مثل الألكيل-بنزين، والألكيل-بنزول، والبيروبنزول والطولوين، والقطفات التي يحصل عليها من التقطير الأولي للبترول، وكذلك القطفات التي يحصل عليها من التكسير بالحفز والتكسير الحراري.
وإلى جانب ذلك تضاف إلى وقود الطائرات وبعض أنواع وقود السيارات المواد المانعة للخبط التي تساعد على رفع العدد الأوكتاني للبنزين. وأكثر مادة مانعة للخبط انتشارًا هي رابع ـ أثيل ـ الرصاص Pb(C2H5)4 وهو سائل شفاف عديم اللون يذوب بسهولة في الأيدروكربونات ولا يذوب في الماء، وله سمّيّة عالية. ويستخدم رابع ـ أثيل ـ الرصاص على صورة إضافة إلى الوقود في المخلوط مع بروميد الأثيل وثنائي ـ برومو ـ الأيثان أو مع ثنائي ـ برومو البروبان وأحادي ـ كلور ـ النفثالين. وقد اتضح أن إضافة هذه المركبات لابد منها، إذ إن رابع أثيل ـ الرصاص، عند احتراقه، يكوّن على جدران غرفة الاحتراق والأسطوانة، وكذلك على شموع الشرارة والصمامات رواسب تخلّ بالعمل الطبيعي للمحرك. وعند إضافة بروميد ـالأثيل وأحادي ـ كلورو ـ النفثالين إلى رابع ـ أثيل ـ الرصاص تتكون مركبات الرصاص الكلورية والبرومية المتطايرة، التي يقذف بها من أسطوانة المحرك مع غازات العادم. ويطلق على مخلوط المركبات اسم السائل الأثيلي. ويوضح الجدول التالي تركيب السوائل الأثيلية II-2, P-9, 1-TC. (اُنظر جدول تركيب السوائل الأثيلية)
ويتلخص الاختلاف الأساسي بين السائلين الأيثيلين P-9 وII-2، في وجود الأيدروكربون المهلجن. ويعد ثنائي ـ برومو ـ البروبان أقل تطايراً، ولذلك فهو يوفر ثباتًا كبيراً للسائل الأثيلي، وأكبر تجزئة وتوزيعاً منتظمين لرابع أثيل - الرصاص ومادة القذف في أسطوانة المحرك. ويلون السائل الأثيلي بألوان مختلفة، تبعاً لنوع البنزين الذي يستخدم له السائل الأثيلي.
وتعتمد زيادة العدد الأوكتاني للبنزين عند استخدام السائل الأثيلي "قابلية البنزين للسائل الأثيلي" على التركيب الكيميائي للبنزين. وإذا رتبت الأنواع المختلفة للوقود، طبقاً لحساسيتها للسائل الأثيلي، فإنها تكون السلسلة الآتية: البنزين البارافيني ذو العدد الأوكتاني المنخفض، البنزين النفثيني، مخاليط الأيسو ـ أوكتان والأيسو ـ بنتان مع بنزين التقطير المباشر، المخاليط البنزولية والبيرو ـ بنزولية، بنزين التكسير.
وتؤثر نسبة وجود الكبريت في البنزين على حساسية الأخير للسائل الأثيلي. ويخفض توافر الكبريت والمركبات الكبريتية قابلية البنزين لرابع أثيل الرصاص.
وترفع الكميات الأولى من رابع ـ أثيل ـ الرصاص المضافة إلى البنزين، العدد الأوكتاني للبنزين بدرجة كبيرة وتؤثر الكميات التالية تأثيراً أقل فعالية. فمثلاً عند إضافة أول سنتيمتر مكعب من السائل الأثيلي إلى 1 كجم من البنزين، يزداد العدد الأوكتاني 10 - 14 وحدة، وبرفع السنتيمتر المكعب الثاني، المضاف إلى البنزين نفسه، العدد الأوكتاني بمقدار 5 - 7 درجات فقط، والثالث 2 - 3 درجات فقط. ولا يؤثر تقريباً السائل الأثيلي في رفع العدد الأوكتاني عند إضافته بعد ذلك.
ويشكل الحد الأقصى لإضافة السائل إلى البنزين 3 - 4 سم3 لكل 1 كجم. وعند إضافة السائل الأثيلي تتحسن نوعية البنزين، وخاصة عند إضافة الكميات الأولى.
ويتضح من التجربة العملية لاستخدام بنزين الطائرات الأثيلي أن هذا البنزين يتأكسد بسهولة بواسطة الأكسجين الجزيئي، مع تكوين رواسب فينخفض نتيجة لذلك، العدد الأوكتاني ونوعية البنزين.
وتستخدم المواد المقاومة للأكسدة لمنع تحلل السائل الأثيلي. وتعرقل هذه المواد أكسدة رابع ـ أثيل ـ الرصاص والأيدروكربونات. وينضم بارا ـ آكسي ـ ثنائي ـ فينيل ـ آمين C6 H5 - NH- C6 H5 OH الذي تركيزه 0.004 – 0.005% بالوزن إلى أكثر المواد المقاومة للأكسدة انتشاراً. ويحفظ البنزين المثبت بواسطة البارا ـ آكسي ـ ثنائي ـ فينيل ـ آمين لمدة تزيد عن سنتين دون أن يتحلل، في حين يفقد البنزين غير المثبت مواصفاته بعد 1 – 1.5 سنة.
ويجب أن يتمتع وقود الديزل بعدد سيتاني في حدود 45 - 50 درجة، لتوفير العمل الاقتصادي للمحرك. ويحصل على مثل هذا الوقود من أنواع البترول ذات القاعدة البارافينية. ولرفع العدد السيتاني لوقود الديزل، ينصح باستخدام النيترات مثل نيترات الإميل ونيترات الأيسو ـ بروبيل إضافات. وتؤدي إضافة 1% من نيترات البيوتيل أو نيترات الإميل إلى زيادة العدد السيتاني لوقود الديزل الناتج من التقطير المباشر للبترول، بمقدار 10-13 درجة. وتتمتع بعض البيروكسيدات أيضاً بخاصية رفع العدد السيتاني لوقود الديزل.

زائر

معامل تكرير البترول
تعد صناعة التكرير من الصناعات الإستراتيجية على المستوى العالمي، وتتساوى أهميتها في وقت السلم والحرب على حد سواء، وتتسابق الدول والشعوب في تأمين مصادر الإمدادات البترولية من البترول الخام والمشتقات البترولية، مما أكسب المنطقة العربية موقعًا إستراتيجيّا مهمّا بين مناطق العالم المختلفة، بسبب وجود البترول الخام داخل أراضيها باحتياطات ضخمة، تصل إلى أكثر من 643 مليار برميل، وهو ما يمثل أكثر من 62% من الاحتياطي العالمي المؤكد من البترول الخام، وقدره 1036 مليار برميل. كما تنتج الدول العربية 18.7 مليون برميل/ يوم من البترول الخام، وهو ما يمثل حوالي 28 % من إجمالي الإنتاج العالمي، وقدره 67.9 مليون برميل/ يوم طبقًا لإحصائيات نهاية عام 1996م.
تبرز أهمية صناعة التكرير في كونها المصدر الرئيس والحيوي في إنتاج الأنواع المختلفة من المشتقات البترولية اللازمة لتوليد الطاقة، التي تساهم في دفع عجلة التنمية الاقتصادية في شتى المجالات. وتشير الإحصاءات إلى أن البترول يمثل في الوقت الحاضر 38 % من إجمالي الطلب العالمي على الطاقة، وهي أعلى نسبة مقارنة بمصادر الطاقة الأخرى. وقد ساعد وجود البترول بهذه الوفرة في الدول العربية على إعطاء صناعة التكرير الأولوية بين الصناعات، بوصفها حجر الأساس في دفع عجلة التنمية الاقتصادية، حيث تم تطويرها في بادئ الأمر بما يفي بمتطلبات الأسواق المحلية من المشتقات البترولية، وفي مرحلة لاحقة إلى تصدير الفائض من الإنتاج إلى الأسواق العالمية. كما شيدت بعض الأقطار مصافي ضخمة خصص إنتاجها للتصدير، واتجهت بعض الأقطار العربية المصدرة للبترول مثل المملكة العربية السعودية، والكويت، وليبيا، ودولة الإمارات العربية المتحدة، إلى امتلاك مصاف خارج حدودها، في مراكز الاستهلاك العالمية، مثل الولايات المتحدة الأمريكية، ودول أوروبا الغربية، ودول جنوب شرق آسيا، بهدف تأمين منافذ للبترول الخام، وزيادة تسويق المشتقات البترولية في الأسواق العالمية، بغية تعظيم القيمة المضافة الناتجة عن تحويل البترول الخام ذي القيمة المنخفضة، إلى المشتقات البترولية ذات القيمة العالية.
ورغم التطورات التي شهدتها صناعة التكرير في الدول العربية، والتي أدت إلى زيادة إجمالي طاقاتها التكريرية من 2.2 مليون برميل/ يوم في عام 1970م، إلى حوالي 6 ملايين برميل/ يوم في عام 1996م، إلا أن إجمالي طاقات التكرير في الدول العربية يمثل في الوقت الحاضر 30 % فقط من إجمالي إنتاج البترول فيها، و8 % فقط من إجمالي طاقات التكرير العالمية، (اُنظر جدول إجمالي طاقات التكرير العالمية خلال عامي 1997 و1998)، البالغ 76 مليون برميل/يوم، وهي نسبة ضئيلة إذا ما قورنت بمناطق أخرى مثل أمريكا الشمالية، التي تبلغ حصتها 25 %، وأوروبا الغربية بحصة قدرها 19 %، ودول الاتحاد السوفيتي السابق بحصة قدرها 20 %، ودول أوروبا الشرقية بحصة قدرها 17 %. وتشير هذه الأرقام إلى وجود فجوة كبيرة بين إجمالي طاقات التكرير وطاقات إنتاج البترول الخام في الدول العربية، وهو ما يدعو إلى العمل على زيادة طاقات التكرير العربية، لتعظيم القيمة المضافة الناتجة عن تصدير المنتجات البترولية بدلاً من البترول الخام.
ونظرًا لموقع التكرير على الخريطة الاقتصادية السياسية، بوصفها من الصناعات الإستراتيجية، فقد تأثرت بجميع المتغيرات التي حدثت على المستوى العالمي. وقد شهدت هذه الصناعة خلال عقد الثمانينيات تحسنًا ملحوظًا في هامش الربحية، ولكنها اتجهت منذ بداية هذا العقد إلى أوضاع غير محددة يكتنفها الغموض، نتيجة للتحديات والعقبات التي تواجهها، والمتمثلة في تشريعات الحفاظ على البيئة من التلوث، التي تتطلب إنتاج الجازولين الخالي من الرصاص، والجازولين المشكل صناعيّا، وخفض نسبة الكبريت في وقود الديزل إلى 0.05 % وزنًا كحد أقصى، وغير ذلك من المواصفات التي يتطلب الالتزام بها استثمارات ضخمة، تؤثر سلبًا على هامش الربحية في مصافي البترول التي تعاني أصلاً انخفاضه. كما أن تحول نمو الطلب على البترول الخام والمشتقات البترولية من أسواق الولايات المتحدة وأوروبا الغربية، إلى دول مناطق جنوب شرق آسيا والشرق الأقصى التي تشهد نموّا اقتصاديّاً بمعدلات كبيرة وسريعة ومتلاحقة، يمثل أحد المتغيرات في آليات الأسواق العالمية.
أدت نوعيات البترول الخام المعروضة، التي تتجه نحو زيادة حصة الخامات الثقيلة في الأسواق العالمية، إلى توجه مصافي البترول نحو زيادة طاقات العمليات التحويلية، لزيادة إنتاج المشتقات البترولية الخفيفة والمتوسطة، التي يزداد نمو الطلب عليها على حساب الفائض من إنتاج زيوت الوقود الثقيلة، التي يتراجع نمو الطلب العالمي عليها، مما يتطلب استثمارات كبيرة لتعديل هيكل إنتاج مصافي البترول، بما يتلاءم مع المتغيرات الجديدة.
وتمثل مجمل هذه المتغيرات تحديات كبيرة أمام صناعة التكرير، التي يجب أن تكون على درجة عالية من المرونة، التي تؤهلها لاستيعاب كافة المتغيرات، مع الحفاظ على هامش ربحية مقبول اقتصاديّا، وتلك هي المعادلة الصعبة التي تحتاج إلى حلول تقنية متطورة. وقد نتج عن هذا الوضع إغلاق العديد من مصافي البترول القديمة في كل من الولايات المتحدة، وأوروبا الغربية لعدم تمكنها من تلبية هذه المتطلبات.
وإيماناً من الأمانة العامة لمنظمة الأقطار العربية المصدرة للبترول "أوابك" بأهمية هذه الصناعة في الدول العربية، فقد أولتها عناية خاصة، وواصلت دورها في تحليل آخر التطورات العالمية التي حدثت، وموقف صناعة التكرير في الدول العربية منها. وكان آخر الدراسات التي أعدتها الأمانة العامة حول صناعة التكرير تلك التي صدرت في عام 1994م بعنوان "تطور صناعة التكرير في الدول العربية والتوقعات المستقبلية حتى عام 2010م". ودراسة ثانية عن "العمليات التحويلية في مصافي البترول في الدول العربية وتأثيرها على هيكل إنتاج المشتقات البترولية"، التي صدرت في إبريل عام 1996م، لإلقاء الضوء على حجم الطاقات الإنتاجية من العمليات التحويلية اللازمة لمصافي البترول في الدول العربية حتى عام 2010م، وتقدير التكاليف الاستثمارية لها.

زائر

أولاً: الوضع الحالي لصناعة تكرير البترول
1. تطور طاقات التقطير وعمليات التكرير الأخرى في مصافي الدول العربية
مرت صناعة التكرير في الدول العربية بعدة مراحل، يمكن تلخيصها بما يلي
أ. بداية صناعة التكرير في الدول العربية
حدث ذلك على يد الشركات الأجنبية الكبرى، التي كانت تتمتع بحق احتكار كافة نشاطات الصناعة البترولية، بدءاً من الاستكشاف وانتهاءً بعمليات التكرير والتوزيع. شيدت أول مصفاة لتكرير البترول في مصر عام 1913م تلتها المصفاة الثانية في العراق عام 1927م، ثم البحرين عام 1936م، والسعودية عام 1945م، وفي الكويت عام 1949م. اتسمت هذه المرحلة بخدمة المصالح الاقتصادية والإستراتيجية للشركات الأجنبية الكبرى، واستمرت تلك المرحلة حتى منتصف الخمسينيات.
ب. دخول رأس المال الوطني
بدأت بعض الحكومات العربية في منتصف الخمسينيات بإقامة مصاف لتكرير البترول لحسابها الخاص، أو بالاشتراك مع شريك أجنبي، بهدف تأمين متطلبات الأسواق المحلية من المشتقات البترولية، وقد بدأ هذا التوجه في كل من مصر والعراق، وانتشر في باقي الدول العربية. وتمثل هذه الفترة ـ التي استمرت خلال عقد الستينيات وحتى بداية السبعينيات ـ مرحلة سيطرة الدول العربية والشركات الوطنية على كافة مراحل إنتاج البترول وتكريره، سواء بالتأميم أو بالمشاركة، مما كان له الأثر الكبير في تطوير صناعة التكرير العربية.
ج. مرحلة تطوير صناعة التكرير وتوسيعها
(1) أدى ارتفاع أسعار البترول خلال عقد السبعينيات، إلى زيادة كبيرة في الموارد المالية للدول العربية المصدرة للبترول، واتسمت تلك المرحلة بالنشاط الاقتصادي في المنطقة العربية، مما ساعد على إعطاء صناعة التكرير دفعة قوية، أدت إلى زيادة في حجم طاقات التكرير، وتطور في نوعية التقنيات المستخدمة فيها. وشيدت مصافي البترول على درجة عالية من التعقيد، حيث أضيفت لها وحدات من العمليات التحويلية وعمليات المعالجة اللازمة لتعديل هيكل الإنتاج وخواص المنتجات لمواكبة متطلبات الأسواق العالمية. واستمرت فترة التوسع والتطوير حتى وصلت أوجها في منتصف الثمانينيات حين تراجعت أسعار البترول.
(2) وقد قامت بعض الدول العربية ببناء مصاف للبترول بطاقات كبيرة تفوق احتياجاتها المحلية، بهدف تصدير المشتقات البترولية، بدلاً من تصدير البترول الخام، لزيادة عائداتها المالية وتحسين ربحيتها، وفي هذا الصدد، قامت أيضًا بعض الدول العربية بزيادة استثماراتها خارج حدودها، في مجالات تكرير البترول وتوزيع منتجاته في مراكز الاستهلاك العالمية، في كل من الولايات المتحدة وأوروبا الغربية، ودول جنوب شرق آسيا. وما زالت هذه المرحلة مستمرة في الوقت الحاضر، ومن المتوقع أن تستمر في المستقبل.
(3) كان من نتائج المراحل السابق ذكرها، أن وصل عدد مصافي البترول في الدول العربية في الوقت الحاضر إلى 56 مصفاة "باستثناء مصفاتي لبنان المتوقفتين عن العمل"، بلغ إجمالي طاقاتها التكريرية القائمة حتى نهاية عام 1996م حوالي 270 مليون طن/ سنة "6 ملايين برميل/ يوم"، منها 45 مصفاة في الأقطار الأعضاء في المنظمة بطاقة إجمالية قدرها 242 مليون طن/ سنة "5.4 ملايين برميل/ يوم" وهو ما يمثل 90 % من إجمالي طاقات التكرير القائمة في الدول العربية. أما الدول العربية الأخرى، فلديها 11 مصفاة، طاقتها الإجمالية 28 مليون طن/ سنة "0.6 مليون برميل/ يوم". (اُنظر جدول تطور طاقات التكرير القائمة في الدول العربية، 1994 – 1998)
(4) أما من حيث التوزيع الجغرافي لطاقات التقطير في الدول العربية، فإن 28 % منها قائم في المملكة العربية السعودية، بطاقة قدرها 75.5 مليون طن/ سنة "1.7 مليون برميل/ يوم"، تليها الكويت، بطاقة 38.8 مليون طن/ سنة "850 ألف برميل/ يوم"، أي بحصة قدرها 14%، ثم جمهورية مصر العربية، بطاقة قدرها 28 مليون طن/ سنة "585 ألف برميل/ يوم"، أي بحصة قـدرها 10%، ثم العراق بحصة قدرهـا 9%، والجزائر بحصة قدرها 8%.
(5) أما طاقات العمليات التحويلية مثل عمليات التكسير بأنواعها والتفحيم والتهذيب وعمليات المعالجة بالهيدروجين والعمليات الأخرى، فقد شهدت تطورًا كبيرًا خلال عقد الثمانينيات وحتى منتصف التسعينيات. (اُنظر جدول مقارنة بين إجمالي طاقات عمليات التكرير المختلفة في مصافي البترول في الدول العربية).
يتضح مما سبق مدى التطور الذي حدث في مصافي البترول العربية خلال عقد الثمانينيات وحتى منتصف التسعينيات، إذ زادت درجة تعقيد بعض مصافي البترول العربية، وتحولت من نوع الكشط البسيط إلى النوع الأكثر تعقيدًا، باحتوائها على العمليات التحويلية وعمليات المعالجة بالهيدروجين، مما أدى إلى تحسين جودة منتجاتها.
وقد تأثر إنتاج المشتقات البترولية في الدول العربية تبعًا لكميات الخامات المكررة على النحو الآتي: (اُنظر جدول تطور إنتاج المشتقات البترولية من مصافي البترول في الأقطار الأعضاء في أوابك خلال الفترة 1980-1996) و(جدول تطور إنتاج المشتقات البترولية من مصافي البترول في الدول العربية الأخرى خلال الفترة 1980-1996)
أ. غاز البترول المسال
ارتفع إنتاج غاز البترول المسال من مصافي البترول في الدول العربية من 1.5 مليون طن في عام 1980م إلى 5.3 ملايين طن في عام 1996م. ووصل إلى حوالي6.1 ملايين طن عام 2000م. وقد ساهمت مصافي البترول في الأقطار الأعضاء عام 1996م، بأكثر من 91% من إجمالي إنتاجه في مصافي البترول في الدول العربية، وتمثل هذه الكميات 2% من إجمالي الخامات المكررة.
ب. الجازولين
وصل إجمالي إنتاج الجازولين في الدول العربية في عام 1996م إلى 29.5 مليون طن، بنسبة 11.3% من إجمالي كميات الخامات المكررة، مقابل 11.6 مليون طن في عام 1980م، ساهمت مصافي البترول في الأقطار الأعضاء بأكثر من 91% من إنتاجه. وحاليًا بلغ إجمالي إنتاج الجازولين في الدول العربية 35.2 مليون طن عام 2000م.
ج. النافتا
ارتفع إنتاج النافتا في الدول العربية من 9 ملايين طن في عام 1980م، إلى 22.8 مليون طن في عام 1996م، بنسبة 8.7% من إجمالي كميات الخامات المكررة، ساهمت مصافي البترول في الأقطار الأعضاء بنسبة 95% من إجمالي إنتاجه. وإنتاج النافتا في عام 2000م بلغ 21.1مليون طن.
د. الكيروسين ووقود النفاثات
ارتفع إنتاج الكيروسين ووقود النفاثات في الدول العربية من 11.8 مليون طن في عام 1980م إلى 24.4 مليون طن في عام 1996م، ووصل إلى 26.8 مليون طن عام 2000م، ويمثل ذلك 9.3% من إجمالي كميات الخامات المكررة. ساهمت مصافي البترول في الأقطار الأعضاء بنسبة 91.7% من إجمالي إنتاجه.
هـ. زيت الغاز
ارتفع إنتاج زيت الغاز في الدول العربية من 28.5 مليون طن في عام 1980م إلى 67.2 مليون طن في عام 1996م، وهو ما يمثل أكثر من ضعفي مستواه في عام 1980م. ساهمت مصافي البترول في الأقطار الأعضاء بنسبة 92.1 % من إجمالي الإنتاج عام 1996م. ووصل إجمالي إنتاج الدول العربية من زيت الغاز عام 2000م إلى 69.5 مليون طن.
و. زيت الوقود
شهد إنتاج زيت الوقود في الدول العربية زيادة مطردة خلال الفترة 1980-1996م، ارتفع خلالها من 50.4 مليون طن في عام 1980م إلى 93.6 مليون طن في عام 1996م. وتمثل هذه الكمية 35.8 % من إجمالي كميات الخامات المكررة عام 1996م بالمقارنة مع 41.1 % من إجمالي كميات الخامات المكررة عام 1980م. ويشير هذا الواقع إلى تأثير إضافة طاقات جديدة من العمليات التحويلية خلال عقد الثمانينيات إلى بعض مصافي التكرير العربية، في كل من السعودية، ومصر، والكويت، والبحرين، وسورية، والأردن؛ مما أدى إلى زيادة إنتاج المشتقات البترولية الخفيفة والمتوسطة على حساب إنتاج زيت الوقود. ساهمت مصافي البترول في الأقطار الأعضاء بحوالي 92 % من إجمالي إنتاج زيت الوقود خلال عام 1996م. وقد وصل الإنتاج في عام 2000م إلى 95.4 مليون طن.
ز. الإسفلت
وصل إنتاج الإسفلت في الدول العربية خلال عام 1996م إلى 2.7 مليون طن، بنسبة 1% من إجمالي كميات الخامات المكررة، بالمقارنة مع 3.2 ملايين طن عام 1980م. ساهمت مصافي البترول في الأقطار الأعضاء بحوالي 84 % من إجمالي إنتاجه عام 1996م. وما زال إنتاج الإسفلت في عام 2000م كما هو 2.7 مليون طن.
ح. زيوت التزييت
ارتفع إنتاج زيوت التزييت الأساسية في مصافي البترول في الدول العربية من 377.1 ألف طن في عام 1980م، إلى مليون طن في عام 1996م، بنسبة 0.4 % من إجمالي كميات الخامات المكررة. وقد ساهمت مصافي البترول في الأقطار الأعضاء بنسبة 90,5 % من إجمالي الإنتاج عام 1996م. وارتفع الإنتاج في عام 2000م إلى 1.1مليون طن.
ط. الكبريت
سجل إنتاج الكبريت في مصافي البترول في الدول الأعضاء خلال عام 1996م حوالي 17.6 ألف طن. ولا تتوافر بيانات عن إنتاج هذه المادة في مصافي البترول في الدول العربية الأخرى.
ي. الوقود والفاقد
تراوحت كميات الوقود والفاقد في مصافي البترول في الدول العربية بين 4.9 ملايين طن عام 1980م، و11.11 مليون طن في عام 1996م. وتمثل كميات عام 1996م حوالي 4.2 % من إجمالي كميات الخامات المكررة.
يتبين من ذلك أن مصافي البترول في الدول العربية تنتج المشتقات البترولية بنسب مختلفة من إجمالي كميات الخامات المكررة، أكبرها زيت الوقود بنسبة 35.8 %، ثم زيت الغاز بنسبة 25.7%، ثم الجازولين بنسبة 11.3%، يليه الكيروسين ووقود النفاثات بنسبة 9.3 %، ثم النافتا بنسبة 8.7 %، فغاز البترول المسال بنسبة 2%، والباقي منتجات أخرى "زيوت التزييت، الإسفلت، الكبريت...إلخ"، وتنتج مصافي البترول في الأقطار الأعضاء أكثر من 91% من إجمالي حجم الإنتاج في مصافي الدول العربية.
2. تطور استهلاك المشتقات البترولية في الدول العربية
تأثر استهلاك المشتقات البترولية في الدول العربية بالظروف الاقتصادية، وبرامج التنمية التي شهدتها، وقد شهدت الفترة 1980 - 1985م أكبر معدلات النمو في استهلاك المشتقات البترولية، في حين شهدت بعض التراجع في الفترة 1985 - 1990م نتيجة للانكماش الاقتصادي الذي شهدته المنطقة العربية، إلا أن تلك المعدلات عادت إلى الزيادة خلال الفترة 1990 - 1996م.
ويمكن تلخيص تطور استهلاك المشتقات البترولية في الدول العربية بما يلي:
أ. ارتفع إجمالي استهلاك المشتقات البترولية في الدول العربية خلال الفترة 1980 - 1996م، من 81.4 مليون طن عام 1980م إلى 146.3 مليون طن عام 1996م، بمتوسط نمو سنوي قدره 3.7 %، بينما سجل خلال الفترات 1980 - 1985، 1985 - 1990، 1990 - 1996م نموًّا سنويًّا قدره 7.6% و0.8% و3.1 % على التوالي، وبلغ استهلاك الأقطار الأعضاء في أوابك خلال عام 1996م حوالي 83 % من إجمالي حجم الاستهلاك في الدول العربية.
ب. ارتفع إجمالي استهلاك غاز البترول المسال في الدول العربية خلال الفترة 1980 - 1996م، من 2.6 مليون طن عام 1980م إلى 8.3 ملايين طن عام 1996م، بزيادة قدرها 5.7 مليون طن، وهو ما يمثل متوسط نمو سنوي في الاستهلاك قدره 7.4 %. وتأتي الزيادة في معدلات النمو في استهلاكه نتيجة للتحول إلى استخدامه بدلاً من الكيروسين في الخدمات المنزلية.
وبلغ استهلاك الأقطار الأعضاء بمنظمة الأوابك خلال عام 1996م حوالي 6,7 ملايين طن من غاز البترول المسال، وهو ما يمثل أكثر من 80% من إجمالي حجم الاستهلاك في الدول العربية.
ج. ارتفع استهلاك الجازولين في الدول العربية خلال الفترة 1980 - 1996م من 12.6 مليون طن عام 1980م إلى 27.8 مليون طن عام 1996م، بمتوسط نمو سنوي قدره 5 %. وكان نصيب استهلاك الأقطار الأعضاء في أوابك خلال عام 1996م 22.7 مليون طن، أو أكثر من 81% من إجمالي الاستهلاك في الدول العربية.
د. ارتفع استهلاك الكيروسين ووقود النفاثات في الدول العربية من 9.4 ملايين طن في عام 1980م إلى 12.4 مليون طن عام 1996م، بمتوسط نمو سنوي قدره 1.7 %. وكان حجم استهلاكه في الأقطار الأعضاء خلال عام 1996 حوالي 10.3 ملايين طن، أي بنسبة 83 % من إجمالي حجم استهلاكه في الدول العربية. ويعود هذا النمو الضئيل في استهلاك الكيروسين إلى التحول لاستخدام الغاز الطبيعي وغاز البترول المسال في القطاع المنزلي عوضًا عنه.
هـ. ارتفع استهلاك زيت الغاز في الدول العربية خلال الفترة 1980-1996م من 28.9 مليون طن عام 1980م إلى 52.4 مليون طن عام 1996م، بمتوسط نمو سنوي قدره 3.8 %. وكانت حصة استهلاكه في الأقطار الأعضاء خلال عام 1996م حوالي 44.4 مليون طن، وهو ما يمثل أكثر من 84% من إجمالي الاستهلاك في الدول العربية.
و. شهد استهلاك زيت الوقود في الدول العربية خلال الفترة 1980 - 1985م أكبر معدل نمو قدره 10.7 % سنويًّا، ثم بدأ بعده بالتراجع حتى وصل إلى 1.2 % سنويًّا خلال الفترة 1990 - 1996م، نتيجة للتوسع في استخدام الغاز الطبيعي بدلاً منه في محطات توليد الطاقة الكهربائية. وقد بلغ استهلاكه في الأقطار الأعضاء خلال عام 1996م حوالي 31.5 مليون طن، أي ما يعادل 80.5 % من إجمالي الاستهلاك في الدول العربية.
ز. ارتفع استهلاك المنتجات الأخرى التي تشتمل بصورة أساسية على الإسفلت وزيوت التزييت في الدول العربية خلال الفترة 1980 - 1996م من 3.4 ملايين طن عام 1980م إلى 6.3 ملايين طن عام 1996م، بمتوسط نمو سنوي قدره 3.9 %. استهلكت الأقطار الأعضاء خلال عام 1996م حوالي 5.8 ملايين طن من تلك المنتجات، أي ما يعادل 92% من إجمالي حجم الاستهلاك في الدول العربية.
يتضح مما سبق أن الدول العربية تستهلك المشتقات البترولية بنسب مختلفة، يأتي في مقدمتها زيت الغاز الذي يشكل استهلاكه 35,8% من إجمالي استهلاك المشتقات البترولية عام 1996م، يليه زيت الوقود بنسبة 26,7%، ثم الجازولين بنسبة 19%، فالكيروسين ووقود النفاثات بنسبة 8,5%، ثم غاز البترول المسال بنسبة 5,7%. ويمثل استهلاك الأقطار الأعضاء من مختلف المشتقات البترولية أكثر من 80% من إجمالي الاستهلاك في الدول العربية، وقد تصل هذه النسبة في بعض الأحيان إلى 92% كما هي الحال في المنتجات الأخرى.

زائر

ثانياً: الآفاق المستقبلية لصناعة تكرير البترول
1. الطاقات التصميمية المتوقعة في عمليات التكرير المختلفة في مصافي البترول
يجري حاليًّا تنفيذ عدة مشروعات تكرير في الدول العربية، سواء بالتوسع في طاقات الوحدات القائمة، أو بإنشاء مصاف جديدة، ومن المتوقع أن ينتهي العمل في تلك المشروعات خلال عام 2000م، (اُنظر جدول حجم التوسعات المتوقعة فى عمليات التكرير المختلفة في مصافي البترول حتى عام 2000) و(جدول التطور المتوقع لطاقات عمليات التكرير المختلفة في مصافي البترول في الدول العربية "ألف طن" بين عامي 1996 و2000). ولم يعلن عن مشروعات أخرى لما بعد تلك الفترة. وسوف يرتفع عدد مصافي البترول القائمة على أثر هذه التوسعات من 56 مصفاة في عام 1996م إلى 60 مصفاة في عام 2000م، منها 47 مصفاة في الأقطار الأعضاء، و13 مصفاة في الدول العربية الأخرى. وستكون معظم هذه الزيادة في الأقطار الأعضاء، التي ستصل إلى أكثر من 70% من إجمالي حجم الزيادة المتوقعة في طاقة التقطير الجوي، وأكثر من 98% من إجمالي حجم الزيادة المتوقعة في كل من طاقات عمليات التهذيب، والمعالجة بالهيدروجين، والتكسير بالأيدروجين، وحوالي 92% من إجمالي الزيادة المتوقعة في طاقات عمليات تكسير اللزوجة، وحوالي 94% من إجمالي حجم الزيادة المتوقعة في طاقات عمليات الأزمرة، وتنفرد هذه الدول بإجمالي حجم الزيادة المتوقعة في طاقات كل من عمليات التكسير بالعامل الحفاز المانع، وعمليات الألكلة، وإنتاج زيوت التزييت.
أ. عمليات التقطير تحت الضغط الجوي
زادت طاقة عمليات التقطير تحت الضغط الجوي في مصافي البترول في الدول العربية في عام 2000م بمقدار 30465 ألف طن/ سنة، بنسبة زيادة قدرها 11.3% عن مستواها في عام 1996م، وستأتي هذه الزيادة نتيجة للتوسعات في كل من مصفاة الرويس في أبو ظبي بطاقة 7000 ألف طن/ سنة، ومصفاة بنزرت في تونس بطاقة 1351 ألف طن/ سنة، وإضافة وحدة جديدة في مصفاة ينبع (السوق المحلية) في السعودية بطاقة 5858 ألف طن/ سنوياً، وزيادة طاقة ميناء الشعيبة في الكويت بمقدار 1599 ألف طن/ سنة، وإنشاء مصفاة جديدة في سبها في ليبيا بطاقة 870 ألف طن/ سنة، ومصفاة ميدور الجديدة في مصر بطاقة 4783 ألف طن/ سنة، وإعادة تأهيل مصفاة طرابلس في لبنان بطاقة 1351 ألف طن/ سنة، وزيادة طاقة مصفاة عدن في اليمن بمقدار 3151 ألف طن/ سنة، وبناء مصفاة جديدة في المكلا في اليمن أيضاً بطاقة 4502 ألف طن/ سنة.
ب. عمليات التقطير تحت الضغط المخلخل
بلغت الزيادة في طاقة عمليات التقطير تحت الضغط المخلخل في عام 2000م، 9600 ألف طن/ سنة، أي بزيادة 17% عن مستواها في عام 1996م،نتيجة لإضافة وحدة في كل من مصفاة الرويس في أبو ظبي بطاقة 2841 ألف/ سنة، ومصفاة ينبع للسوق المحلية في السعودية بطاقة 6480 ألف طن/ سنة، ومصفاة الزرقاء في الأردن بطاقة 279 ألف طن/ سنة. وتمثل حصة السعودية أكثر من 67% من إجمالي حجم الزيادات المتوقعة في طاقة هذه العملية.
ج. عمليات التهذيب بالعامل الحفاز
ارتفعت طاقة عمليات التهذيب بالعامل الحفاز حتى عام 2000م بمقدار 6798 ألف طن/ سنة، أي بزيادة 25.1% عن مستواها عام 1996م، وفي كل من مصافي جدة ورأس تنورة والرياض وينبع (للسوق المحلية) في السعودية، بطاقة 1126 ألف طن/ سنة، و1506 ألف طن/ سنة، و893 ألف طن/ سنة، و2135 ألف طن/ سنة على التوالي، وفي مصفاتي سبها وطبرق في ليبيا بطاقة 175 ألف طن/ سنة، و128 ألف طن/ سنة على التوالي، وفي مصفاة الزرقاء في الأردن بطاقة 136 ألف طن/ سنة. وسوف تمثل حصة السعودية أكثر من 83% من إجمالي حجم الزيادة المتوقعة في هذه العملية على مستوى الدول العربية مجتمعة.
د. عمليات المعالجة بالأيدروجين:
ارتفعت طاقات عمليات المعالجة بالأيدروجين في مصافي البترول العربية حتى عام 2000م بحوالي 15771 ألف طن/ سنة عن مستواها في عام 1996م، وذلك نتيجة لإضافة وحدة لمعالجة زيت الغاز بالأيدروجين في مصفاة العوالي في البحرين بطاقة 1187 ألف طن/ سنة، والتوسعات في السعودية بمقدار 13940 ألف طن/ سنة، أو بأكثر من 88% من إجمالي الزيادة، موزعة على مصافيها على النحو الآتي:
(1) وحدة لمعالجة النافتا في كل من مصافي جدة ورأس تنورة والرياض وينبع للسوق المحلية، بطاقة 932 ألف طن/ سنة، و2050 ألف طن/ سنة، و1475 ألف طن/ سنة، و3222 ألف طن/ سنة على التوالي.
(2) وحدة لمعالجة زيت الغاز في كل من مصافي جدة والرياض وينبع للسوق المحلية بطاقة 959 ألف طن/ سنة، و1461 ألف طن/ سنة، و3195 ألف طن/ سنة على التوالي.
(3) وحدة لمعالجة الكيروسين في مصفاة ينبع للسوق المحلية بطاقة 646 ألف طن/ سنة.
كما تساهم ليبيا بزيادة قدرها 458 ألف طن/ سنة لمعالجة النافتا، موزعة على كل من مصفاتي سبها وطبرق، بطاقة 241 ألف طن/ سنة، و217 ألف طن/ سنة على التوالي. وتساهم الأردن بزيادة 186 ألف طن/ سنة نتيجة إضافة وحدة لمعالجة النافتا في مصفاة الزرقاء.
هـ. عمليات تكسير اللزوجة
تأتي معظم الزيادة في طاقة عمليات تكسير اللزوجة حتى عام 2000م وقدرها 6788 ألف طن/ سنة، نتيجة للتوسعات في كل من مصفاة جدة ورأس تنورة وينبع للسوق المحلية في السعودية، بطاقة 487 ألف طن/ سنة، و2991 ألف طن/ سنة، و2442 ألف طن/ سنة على التوالي، ويمثل إجمالي حجم هذه التوسعات في السعودية أكثر من 92% من إجمالي حجم التوسعات في الدول العربية. كما تساهم مصفاة الزرقاء في الأردن بزيادة قدرها 508 ألف طن/ سنة.
و. عمليات التكسير بالهيدروجين
زادت طاقة عمليات التكسير بالأيدروجين في عام 2000م بحوالي 8271 ألف طن/ سنة، أي بنسبة زيادة أكثر من 50% عن مستواها في عام 1996م، يتركز معظمها في السعودية بزيادة قدرها 3834 ألف طن/ سنة، أو بنسبة 46.4% من إجمالي حجم التوسعات في الدول العربية، وتتوزع هذه الزيادة بين مصفاة رأس تنورة بطاقة 2008 ألف طن/ سنة، ومصفاة ينبع للسوق المحلية بطاقة 1826 ألف طن/ سنة.
وبالإضافة إلى السعودية ستساهم مصفاة الرويس في الإمارات العربية المتحدة بطاقة 2556 ألف طن/ سنة، ومصفاة شركة النصر للبترول في مصر بطاقة 1826 ألف طن/ سنة، ومصفاة الزرقاء في الأردن بطاقة 55 ألف طن/ سنة0
ز. عمليات التكسير بالعامل الحفاز المانع
تأتي الزيادة في طاقة عمليات التكسير بالعامل الحفاز المانع حتى عام 2000م وقدرها 4337 ألف طن/ سنة، بزيادة 51.8% عن مستواها في عام 1996م، نتيجة للتوسعات في كل من مصفاة ينبع (للسوق المحلية) في السعودية بطاقة 2511 ألف طن/ سنة، وفي مصفاة ميناء الأحمدي في الكويت بطاقة 1826 ألف طن/ سنة.
ح. عمليات الألكلة
تبلغ الزيادة في طاقة عمليات الألكلة حتى عام 2000م حوالي 1014 ألف طن/ سنة، أي بزيادة قدرها 120.4% عن مستويات عام 1996م، نتيجة لإضافة وحدة في مصفاة العوالي في البحرين بطاقة 179 ألف طن/ سنة، ووحدة في مصفاة ينبع (للسوق المحلية) في السعودية بطاقة 660 ألف طن/ سنة، وأخرى في مصفاة الأحمدي في الكويت بطاقة 175 ألف طن/ سنة.
ط. عمليات الأزمرة
تصل الزيادة في طاقات عمليات الأزمرة حتى عام 2000 حوالي 2562 ألف طن/ سنة، أي بزيادة 149% عن مستويات عام 1996م والبالغة 1719 ألف طن/ سنة. تساهم السعودية بأكثر من 71% من إجمالي تلك الزيادة بطاقة قدرها 1825 ألف طن/ سنة، موزعة على مصافي جدة والرياض وينبع (للسوق المحلية) بطاقة 175 ألف طن/ سنة، و330 ألف طن/ سنة، و1320 ألف طن/ سنة على التوالي، إضافة إلى بناء وحدة في مصفاة القاهرة لتكرير البترول في مصر بطاقة 582 ألف طن/ سنة، ووحدة في مصفاة سترا في سلطنة عُمان بطاقة 155 ألف طن/ سنة.
ي. عمليات إنتاج زيوت التزييت الأساسية
زادت طاقة عمليات إنتاج زيوت التزييت الأساسية في عام 2000م بمقدار 100 ألف طن/ سنة، وذلك نتيجة لبناء مجمع جديد في شركة الإسكندرية للبترول في مصر.
يتضح مما سبق أن الدول العربية وخاصة الأقطار الأعضاء، تركز في توسعاتها على زيادة طاقات عمليات المعالجة بالهيدروجين، لتحسين خواص منتجاتها، تمشياً مع التوجه العالمي لخفض نسبة الكبريت في كافة المشتقات البترولية، خاصة وقود الديزل، كما تشتمل التوسعات على عمليات التهذيب والألكلة والأزمرة، وهي العمليات التي تستخدم في إنتاج الجازولين الخالي من الرصاص، والذي يتجه العالم نحو تعميم إنتاجه واستخدامه، لخفض مستويات تلوث الهواء بمركبات الرصاص. وتتضمن المشروعات في الدول العربية زيادة طاقات عمليات التكسير بالأيدروجين، والتكسير بالعامل الحفاز المانع، لزيادة إنتاج المشتقات البترولية الخفيفة والمتوسطة، التي ينمو الطلب العالمي والمحلي عليها، على حساب زيت الوقود.
2. توقعات إنتاج المشتقات النفطية من المصافي العربية حتى عام 2010م
مع الانتهاء من تنفيذ جميع مشروعات التوسعات في عمليات التكرير المختلفة في عام 2000م كما هو مخطط لها، ونظرًا لأن تشغيل أي مشروع يحتاج إلى وقت حتى ينتظم بكامل طاقته، فقد افترض تشغيل التوسعات في عام 2000م بمعامل استخدام قدره 50% من طاقتها التصميمية، يتم بعدها التشغيل بمعامل استخدام قدره 90%. أما الوحدات القائمة، فقد افترض استمرار تشغيلها في عام 2000م، بمتوسط معامل الاستخدام للسنوات الثلاث 1994-1996م. وعلى هذا الأساس يبين (جدول الإنتاج المتوقع للمشتقات النفطية من المصافى العربية للأعوام 2000 و2005 و2010)، حيث يتوقع الآتي:
أ. أن يصل إجمالي إنتاج المشتقات النفطية من المصافي في عام 2000م إلى 262.4 مليون طن مقارنة بإنتاج 250.4 مليون طن في عام 1996م، أي بزيادة قدرها 12 مليون طن، وهو ما يمثل معدل نمو سنوي قدره 1.18%. تساهم مصافي النفط في دول الأوابك بحوالي 8.3 ملايين طن أو بأكثر من 69% من إجمالي حجم الزيادة المتوقعة.
ب. في عام 2005م، يتوقع زيادة إجمالي إنتاج المشتقات النفطية من المصافي بمقدار 11.3 مليون طن أخرى عن مستويات عام 2000م، ليصل إجمالي الإنتاج إلى 273.7 مليون طن، أي بمعدل نمو سنوي قدره 0.85%. تساهم مصافي النفط في الأقطار الأعضاء بحصة قدرها 7.8 ملايين طن أو بحوالي 69% من إجمالي حجم الزيادة المتوقعة،ولا توجد أي مؤشرات على حدوث أي زيادة جديدة حتى عام 2010م.
ج. أن تؤدي التوسعات الجاري تنفيذها في عمليات التكرير المختلفة إلى تعديل هيكل إنتاج مصافي النفط بزيادة نسبة إنتاج غاز البترول المسال من 2% في عام 1996م إلى 2.4% عام 2000م من إجمالي كميات الخامات المكررة، وإنتاج الجازولين من 11.3% إلى 13.9%، وإنتاج الكيروسين ووقود النفاثات من 9.3% إلى 10.1% وخفض نسبة إنتاج زيت الوقود من 35.8% إلى 34%، وزيت الغاز من 25.7% إلى 25.1%، وثبات نسبة المنتجات الأخرى، الإسفلت وزيوت التزييت...إلخ، عند 1.5%. ويعود انخفاض نسبة إنتاج زيت الغاز في عام 2000م بالمقارنة مع عام 1996م إلى زيادة طاقة التقطير الابتدائي للنفط الخام بدرجة أكبر من زيادة طاقة العمليات التحويلية، وخاصة عمليات التكسير بالهيدروجين التي تؤدي إلى زيادة إنتاج زيت الغاز على حساب زيت الوقود. ويشير هذا الانخفاض البسيط إلى أن التوسعات الجاري تنفيذها في مجال العمليات التحويلية لا تكفي لتعديل هيكل إنتاج المشتقات النفطية بالشكل الملائم.

مراقب عام

جزاك الله خيرا يا ابو حميد

مجهود فوق الوصف

تسلم ايدك
تقبل مرورى

زائر

ثالثاً: الخدمات العامة لمصانع معالجة البترول
1. نقل المنتجات البترولية والغاز بين الأقسام
يعد العمل الدقيق المنتظم لكل عمليات النقل بين الأقسام أحد الشروط الأساسية لنجاح العمل الإنتاجي للمصنع. ويجب أن ينظم النقل بين الأقسام، بحيث يتوفر دائماً في مستودعات الخام احتياطي كاف من الخامات البترولية، وفي مستودعات المنتجات التجارية كمية كافية من السعات الفارغة، لاستقبال المنتجات البترولية من الوحدات.
تُنقل المنتجات البترولية خلال أنابيب التوصيل، التي تُعدُّ الصورة الوحيدة تقريباً والملائمة لنقل الخامات، والمنتجات نصف المصنعة، والمنتجات الجاهزة داخل المصنع أو داخل الأقسام والوحدات. والمنتجات السائلة إما أن تدفع في أنابيب التوصيل بواسطة المضخات، أو تتحرك تحت تأثير نقلها.
وتمد أنابيب التوصيل تحت الأرض وفوقها. ويستخدم وضع أنابيب التوصيل تحت الأرض عندما لا يسمح بزحم المساحات التي تمر بها هذه الأنابيب. وتمد الأنابيب فوق الأرض مباشرة أو على قوائم. ويوفر مد الأنابيب على القوائم منفذًا حرًّا إليها أثناء الإصلاح والملاحظة. ويجب عزل أنابيب التوصيل الموجودة فوق الأرض التي تنقل فيها المنتجات اللزجة، والقابلة للتجمد، كذلك أنابيب التوصيل ذات القطر الصغير التي يمر فيها البخار "الأنابيب المرافقة". وتطلى أنابيب التوصيل الموجودة فوق الأرض بدهان زيتي أو تغطى بالزفت لوقايتها من الصدأ.
ولوقاية الأنابيب الممدودة تحت الأرض من التحات، تطلى هذه الأنابيب بطبقة من العازل البتيوميني، وفي حالة مد أنابيب التوصيل في أنواع التربة الحاتة جداً، يستخدم ما يسمى بالوقاية الكاثودية، التي يكون من نتيجتها أن تصبح أنابيب التوصيل سالبة كهربياً، مما يضمن وقايتها من التحات الكيميائي.
ويوضع على أنابيب التوصيل ـ التي تنقل خلالها منتجات ساخنة ـ معادلات على صورة علب حشو، أو أنابيب ملتوية على شكل أنشوطة، لتفادي الانكسار والتشوه الناتجين عن تذبذب درجات الحرارة. وتتيح المعادلات لأنابيب التوصيل إمكانية التمدد أو الانكماش دون الإخلال بإحكامها.
وتستخدم الوصلات المشفهة عند تركيب الصمامات المنزلقة على أنابيب التوصيل، ولربط أنابيب التوصيل بالخزانات ومواسير الملء القائمة والأجهزة الأخرى، وكذلك لتحقيق إمكانية فك أنابيب التوصيل عند الإصلاح. وتلحم الشفاه بالأنابيب، ثم تربط الأنابيب المزودة بالشفاه بواسطة المسامير الملولبة أو المسامير عديمة الرأس. ويتوفر أحكام الوصلة المشفهة عن طريق حشو لين يوضع بين الشفاه.
2. محطات الضخ والضغط
الطريقة المثلى لنقل المنتجات البترولية السائلة هي تحركها بتيار ذاتي، عندما ينتقل المنتج تحت تأثير قوة التثاقل الأرضية، من السعة الموجودة على مستوى مرتفع إلى السعة أو إلى الوحدة الموجودة على ارتفاع أقل بكثير. ويتم أيضاً التحرك بتيار ذاتي، عند نقل المنتجات السائلة والغاز من الأجهزة التي تعمل تحت الضغط. وتنقل المنتجات السائلة والغازات في أغلب الأحوال بواسطة المضخات "للمنتجات السائلة"، والضواغط "للغازات".
وتنقسم محطات الضخ تبعاً لنوع السائل المنقول والغرض من العملية، إلى محطات ضخ الخامات، ومحطات ضخ المنتجات التجارية. وتوجد كذلك محطات ضخ للنقل داخل المصنع، تستخدم لضخ المنتجات نصف المصنعة، والمنتجات الجاهزة، من أجهزة استقبال الأقسام إلى الخزانات المتوسطة والمستودعات التجارية.
ولتسهيل سحب السوائل، من الضروري وضع محطات الضخ تبعاً لمكان وجودها، مثل: محطات ضخ خاصة بمستودعات التخزين، ومحطات ضخ للصب والتفريغ في أرصفة الشحن، ومحطات ضخ خاصة بمصايد البترول... إلخ.
وتستخدم في المصانع مضخات الطرد المركزي، والمضخات الماصة الكابسة، لضخ المنتجات السائلة.
وتتمتع مضخات الطرد المركزي بميزة كبيرة عن المضخات الماصة الكابسة، نظراً لرخصها النسبي وصغر حجمها وانتظام الضخ وبساطة التركيب والاستخدام. ولكن في حالة ضخ أنواع البترول والمنتجات البترولية اللزجة التي لا يمكن خفض لزوجتها بالتسخين، لا تستخدم إلا المضخات الماصة الكابسة، فقط إذ إن معامل فعالية مضخات الطرد المركزي ينخفض بشدة في هذه الحالة.
وتنقسم محطات الضغط تبعًا لنوع المنتج المضغوط إلى: محطات ضغط غازية ومحطات ضغط هوائية. وتستخدم محطات الضغط الغازية لضغط الغاز إلى ضغط معين، ثم نقله إلى وحدة معالجة الغاز المناظرة. وتستخدم محطات الضغط الهوائية للحصول على الهواء المضغوط الذي يستخدم لتشغيل الأجهزة والآلات التي تعمل بالهواء المضغوط. وفي العمليات والتفاعلات المختلفة التي تتطلب وجود أكسجين الهواء.
وتنقسم الضواغط تبعاً لمقدار ضغط الغاز المضغوط "الضغط الزائد" إلى:
أ. ضواغط الضغط المنخفض "من 3 إلى 25 ضغط جوي".
ب. ضواغط الضغط المتوسط "من 25 إلى 60 ضغط جوي".
ج. ضواغط الضغط المرتفع "من 60 إلى 350 ضغط جوي".
د. ضواغط الضغط فوق المرتفع "أكثر من 350 ضغط جوي".
وتنقسم الضواغط تبعاً لعدد مراحل الانضغاط إلى: ضواغط أحادية وثنائية وعديدة المراحل. ويعتمد إنتاج الضاغط أساساً على ضغط الغاز المسحوب وعلى سعة المرحلة الأولى. فيزداد إنتاج الضاغط بزيادة حجم المرحلة الأولى وارتفاع الضغط في خط السحب.
وتنقسم الضواغط تبعاً لطريقة تشغيلها إلى: ضواغط مزودة بمجموعة إدارة، وضواغط مزودة بمحرك غازي. وتتكون ضواغط النوع الأول من الضاغط وجهاز إدارته "المحرك"، ويرتبط الضاغط بالمحرك بواسطة: جلبة مشقوقة ذات شفتين، أو صندوق مسننات لتخفيض السرعة أو مجموعة لنقل الحركة بالسيور. وضواغط النوع الثاني هي آلة تتكون من محرك غازي وضاغط.
وتنقسم الضواغط تبعاً لطريقة عملها إلى: ضواغط كباسية وضواغط دورانية وضواغط توربينية.
3. المستودعات التجارية لسعات المنتجات البترولية
تحفظ منتجات المصنع الجاهزة في المستودعات التجارية، إلى أن ترسل إلى المستهلك. وتوجد عادة في المصنع عدة مستودعات تجارية، تحفظ في كل منها المنتجات البترولية من نوع معين.
ويختار حجم الخزانات في المستودعات التجارية وعددها تبعاً لكمية المنتجات التجارية المنتجة ومدة تخزينها. ومن الملائم تخصيص ما لا يقل عن ثلاثة خزانات تجارية لكل منتج، إذ يتوفر بذلك العمل المستمر للعمليات التجارية. فيمكن في حالة وجود ثلاثة خزانات، إجراء عملية الشحن من أحدها، وفي الوقت نفسه، يملأ الثاني بالمنتج، ويستخدم الخزان الثالث المملوء لتقدير اختبار جودة المنتج.
ويجب أن توضع المستودعات التجارية في أكثر أماكن المصنع انخفاضاً، وعلى مسافة بعيدة من الوحدات الإنتاجية الأساسية. ويجب المحافظة على هذا الشرط لتجنب دخول المنتجات البترولية في الوحدات الإنتاجية، في حالة حدوث خلل في المستودع التجاري.
وتجهز مستودعات التخزين بأنابيب توصيل، وأجهزة قياس، وأنابيب توصيل المياه لإطفاء الحريق، وجهاز إطفاء رغوي. وتبنى الاستحكامات اللازمة حول مستودعات التخزين فوق الأرض وفي باطنها، وذلك لتجنب سكب المنتجات البترولية على مساحات كبيرة عند انفجار الخزانات. وتسور كل منطقة المستودع، وتجهز بمجارٍ صناعية ومجارٍ للسيول كما تشق طرق وصول للمستودعات.
4. فقد البترول والمنتجات البترولية أثناء الحفظ وطرق القضاء عليه
يلاحظ فقد البترول والمنتجات البترولية في مصانع معالجة البترول أثناء إجراء العمليات التقنية المختلفة، وكذلك أثناء تخزين البترول والمنتجات الجاهزة ونقلها.
والفقد يكون إما فقد سوائل أو فقد غازات.
ويمكن تقسيم الفقد تبعاً لنوع عمليات النقل إلى: فقد في الخزانات، وفقد أثناء الشحن والتفريغ.
ويقسم الفقد تبعاً لطابع أسباب ظهوره إلى: فقد أثناء التشغيل، وفقد أثناء الحوادث.
ويحدث فقد البترول والمنتجات البترولية في الصورة السائلة، نتيجة للتسرب الطفيف خلال المواضع غير المحكمة في الخزانات وأنابيب التوصيل والمضخات، وكذلك أثناء صرف المياه المروقة من السعة وتنظيف الأخيرة، عندما تفقد كمية قليلة من المنتجات البترولية مع الماء والقاذورات.
وتفقد المنتجات البترولية على صورة غازات، نتيجة لتسرب الأبخرة المتكونة فوق سطح المنتجات البترولية السائلة الموجودة في الخزانات إلى الجو.
ويزداد الفراغ الغازي في الخزان عند سحب المنتج، ويملأ هذا الفراغ بالهواء الداخل عن طريق صمام الهواء، وكذلك بأبخرة كميات السائل الجديدة المستبخرة. وعند الشحن يملأ السائل الفراغ الغازي، وتطرد الغازات من الخزان في الجو عن طريق صمام الهواء.
ويطلق على تغير حجم الفراغ الغازي، نتيجة لتغير منسوب المنتجات البترولية أثناء شحن الخزان وتفريغه مصطلح "التنفس الكبير" للخزان.
إلا أنه يمكن دخول الهواء الجوي في الفراغ الغازي للخزان، وطرد أبخرة المنتجات البترولية منه، كذلك في حالة ثبوت منسوب المنتج البترولي، وذلك نتيجة لتذبذب درجة الحرارة في الفراغ الغازي عند تغير درجة حرارة الهواء الخارجي. ويطلق على هذه الظاهرة مصطلح "التنفس الصغير" للخزان.
ويعتمد الفقد عند طرد أبخرة القطفات الخفيفة من الخزان على: درجة تطاير المنتجات البترولية، وحجم الفراغ الغازي فوق منسوب السائل في الخزان، وحدود تذبذب كل من درجة حرارة الغازات فوق سطح المنتج ودرجة حرارة هذا السطح.
ولا يحدث الفقد نتيجة للتبخر في الخزانات فقط، وإنما أثناء عمليات الشحن والتفريغ أيضاً. فيتبخر المنتج أثناء صبه في صهاريج السكك الحديدية طوال عملية ملء سعة الصهريج. ومع امتلاء كل سعة الصهريج بالسائل تطرد هذه الأبخرة في الجو.
وتتخذ التدابير الآتية لخفض فقد البترول والمنتجات البترولية والقضاء على هذا الفقد:
أ. إحكام غلق الخزانات بأكبر درجة ممكنة، مع استخدام أجهزة التقاط القطفات السهلة التبخر. وللقضاء التام على الفقد نتيجة لتبخر المنتجات، يجب تشييد خزانات محكمة أفقية وكروية وشبه كروية، تخزن فيها المنتجات تحت ضغط مرتفع. ويسمح استخدام مثل هذه الخزانات بالإحكام التام لعمليات شحن وتفريغ السعات. ويتذبذب في هذه الحالة الضغط داخل الخزانات، ولا يمكن إخراج الأبخرة في الجو إلا في حالة الضرورة، لتجنب الحوادث عندما يزيد الضغط في الخزان عن المعدل المقرر. وتستخدم السقوف "المتحركة" في الخزانات الأسطوانية لخفض الفقد نتيجة لتبخر المنتج. وتغطي هذه السقوف كل مرآة التبخر وتمحو الفراغ الغازي للخزان.
ب. خفض درجة حرارة الفراغ الغازي وتقليل التذبذب اليومي لدرجة الحرارة وذلك بطلي المستودع بطلاء خاص يعكس أشعة الشمس.
5. الخزانات ومستودعات الغاز
الخزانات المعدنية الأفقية الأسطوانية الملحومة هي أكثر أنواع الخزانات المستخدمة في تخزين البترول والمنتجات البترولية انتشاراً. ويتراوح حجم هذا النوع من الخزانات بين 100 و10 آلاف م3 وتنتمي إلى الخزانات ذات السعة الكبيرة. أما الخزانات ذات السعة الصغيرة فحجمها من 5 إلى 70 م3.
وتزود الخزانات بسلالم تبعاً لسعتها. فالخزانات التي سعتها 100 و200 م3 تزود بسلالم ذات ممر واحد والتي تتراوح سعتها بين 300 و1000م3 بسلالم ذات ممرين والتي تتراوح سعتها بين 2000 إلى 5000م3 بسلالم عديدة الممرات ذات تركيب منجمي.
ويتحدد نوع الخزانات وعددها تبعاً لنوع المنتج البترولي، وحجم الخزان والسرعة الضرورية لضخ المنتج وسحبه. (اُنظر شكل معدات خزان المنتجات الفاتحة) و(شكل معدات خزان المنتجات الغامقة). وتتمتع الخزانات ذات المقاسات المختلفة بنمطية استخراج العينات sampler وبجهاز قياس المناسيب.
وتشيد الخزانات الأسطوانية القائمة، ذات السقوف والقيعان الكروية، للضغوط الداخلية المرتفعة في الفراغ الغازي. وتصنع خزانات هذا النوع بسعات 200 و300 و500 و700 و1000 و1500 و2000 م3. وتنضم الخزانات ذات السقوف "المتنفسة" "مستودعات الغاز" وذات السقوف "المتحركة" وذات السقوف الغشائية وغيرها، إلى الخزانات الأسطوانية القائمة ذات السقوف الخاصة.
وتنتهي خزانات قياس الغاز بسقف منزلق، يصنع على شكل ناقوس يتحرك عموديًّا في مانع تسرب أيدرولي خاص. (اُنظر شكل خزان ذو سقف متنفس) ويوضع لكل مجموعة مكوّنة من خمسة خزانات تجارية للبنزين ذات سعة 5000م3 خزان واحد، ذو سقف "متنفس"، سعته 6000 م3، يتصل بالخزانات الأخرى بواسطة توصيلات خاصة بالغاز.
وتفصل مرآة تبخر السائل في الخزانات، ذات السقوف المتحركة، (اُنظر شكل الخزان ذي السقف المتحرك)، عن الوسط المحيط بها، عن طريق إقامة عوامات خاصة تعوم بحرية على سطح السائل. ويحكم سد الشقوق بين الجسم والعوامة بواسطة حلقات مانعة. ويؤدي عدم وجود الفراغ الغازي فوق سطح المنتج البترولي إلى انعدام فقد أبخرة المنتجات البترولية نتيجة "لتنفس" المستودعات.
ويهيئ غشاء تعويض الغاز، في الخزانات ذات السقوف الغشائية إمكانية انضغاط الغازات وتمددها في الخزانات دون خروجها إلى الجو.
وتستخدم الخزانات الحديدية الأسطوانية الملحومة الأفقية، (اُنظر شكل الخزانات الأسطوانية الأفقية)، بشكل محدود، نظراً لزيادة الاستهلاك النوعي للمعدن لكل 1 م3 من السعة بالمقارنة مع الخزانات القائمة.
وتستخدم الخزانات الأفقية لتخزين قطفات البنزين الرأسية والغازات المتكثفة تحت ضغط مرتفع. وتستخدم في المصانع خزانات تصل سعتها إلى 50 م3 وتعمل تحت ضغط 18 ضغط جوي، وخزانات تصل سعتها إلى 100 م3 وتعمل تحت ضغط 7 ضغط جوي. وتزود الخزانات بصمامات أمان.
وفي الخزانات الكروية الحديدية الملحومة، (اُنظر شكل الخزان الكروي)، تحفظ تحت الضغط الغازات السائلة "البروبان والبيوتان"، التي تتميز أبخرتها بمرونة مرتفعة وتبنى خزانات هذا النوع بسعات 400 و 600 و 800 م3.
وتستخدم الخزانات الموجودة في باطن الأرض، والمصنوعة من الخرسانة المسلحة، لحفظ الأنواع المتطايرة من البترول والمنتجات البترولية، وكذلك للمنتجات البترولية المسخنة. واستهلاك المعدن في خزانات هذا النوع أقل ما يمكن، كما أنها فعالة من وجهة نظر تقليل فقد المنتجات البترولية.
وتغطى الخزانات الخاصة بالمنتجات البترولية الفاتحة بواسطة ألواح رقيقة من الصلب. وتتم هذه التغطية أثناء عملية صنع المجمعات والأجزاء الهيكلية.
ويعتمد شكل الخزان على سعته: فالخزانات المدورة تراوح سعتها بين 100 و1000 م3 والمدورة المستطيلة بين 2000 و3000 م3، والمستطيلة بسعة 5000 م3 وأكثر. (اُنظر شكل الخزان المغطى)
وتستخدم مستودعات الغاز لحفظ الغازات، وهي خزانات حديدية ذات شكل أسطواني أفقي أو أسطواني قائم أو كروي. ويرتفع الضغط في مستودعات الغاز عند ملئها بالغاز، وينخفض عند سحب الغاز منها.
ويختار نوع المستودع تبعاً لمقدار ضغط الغاز. فتستخدم للغازات تحت ضغط 10 - 20 ضغط جوي مستودعات الغاز ذات الحجم الثابت والضغط المتغير للغاز. أما للغازات التي لا تتجاوز ضغطها 0.5 ضغط جوي، فتستخدم مستودعات الغاز ذات الحجم المتغير والضغط الثابت للغاز. وتنقسم هذه المستودعات إلى نوعين: النوع المبتلّ والنوع الجاف. وأما المبتل فيتكون من خزان أسطواني قائم مملوء بالسائل. ويتحرك بحرية في هذا الخزان ناقوس حديدي في اتجاه رأسي. ويدخل الغاز في المستودع أسفل الناقوس الذي يرتفع في هذه اللحظة إلى أعلى.
ويهبط الناقوس في لحظة خروج الغاز من المستودع. ولا يمكن أن يتسرب الغاز من أسفل الناقوس إلى الجو إذ يوجد مانع تسرب أيدرولي بين جسم مستودع الغاز والناقوس.
أما مستودع الغاز الجاف ذو الحجم المتغير فخزان أسطواني قائم يتحرك داخله قرص "سقف". ويتوصل إلى الإحكام بين الجسم والسقف المتحرك بواسطة حشو خاص لدن وبواسطة مانع تسرب أيدرولي حلقي مملوء براتنج.

زائر

رابعاً: نقل المنتجات البترولية وإمداد المصانع بالبخار والوقود والماء
1. نقل المنتجات البترولية
حتى تتم الاستفادة القصوى من الخامات البترولية، يتطلب ذلك تجميع البترول الناتج من الآبار عبر شبكة أنابيب تمتد خلال الحقول البترولية القريبة من بعضها، وتجميعه في صهاريج تخزين ذات سعات تختلف حسب كميات الخامات المنتجة. وينقل البترول من مصادر إنتاجه إلى معامل التكرير، باستخدام أنابيب البترول والسفن البحرية العملاقة، وتستخدم أنابيب من الصلب تتراوح أقطارها بين 2 و 36 بوصة لنقل البترول ومشتقاته، وتمتد من عدة أميال إلى أكثر من بضع آلاف من الأميال. ومن خطوط الأنابيب المشهورة في العالم خط التابلاين الذي كان ممتدًّا من الظهران بالمملكة العربية السعودية إلى لبنان وسورية، حيث ينقل بترول الخليج العربي إلى شاطئ البحر الأبيض المتوسط، ومنه إلى دول أوروبا الغربية وأمريكا، وقد توقف العمل بهذا الخط نظراً للحروب المستمرة بالشام وأعمال التخريب. وقد استعاضت المملكة العربية السعودية عن التابلاين بإنشاء خط للأنابيب بين المنطقة الشرقية ومدينة ينبع، وبذلك يتم نقل الخام السعودي إلى شاطئ البحر الأحمر، ومنه بالعبارات العملاقة إلى دول أوروبا الغربية وأمريكا. ومن الخطوط التي أنشئت حديثاً، خط الخام الذي ينقل البترول المنتج في ألاسكا إلى الولايات المتحدة الأمريكية. وكذلك الخط الذي ينقل الغاز الطبيعي من أوروبا الغربية إلى روسيا. أما عن شبكات الأنابيب التي تنقل المنتجات البترولية الغازية والسائلة من مصافي البترول إلى مصادر استهلاكه، فنجدها تنتشر في العديد من الدول. وأصبح من السائد الآن توافر شبكات الغاز الطبيعي عبر المدن، لتوفير الطاقة المنزلية، بدلاً من تعبئة الغازات البترولية المسالة في أسطوانات محدودة السعة، ومضيعة للجهد والوقت في إعادة ملئها. ويستخدم البلاستيك في صناعة شبكات أنابيب الغاز الطبيعي الممتدة عبر المدن. ومن الأخطار المحسوبة في نقل البترول عبر الأنابيب، تعرض خطوط الأنابيب لعوامل التعرية والتقلبات المناخية والهزات الأرضية والتخريب؛ مما يعرضها للتلف وتلوث البيئة المحيطة بالأماكن التالفة، ناهيك عن الحرائق الناتجة عن التسربات البترولية.
وتعد الناقلات العملاقة من أهم الوسائل الشائعة لنقل الخامات البترولية ومنتجاتها عبر القارات. وباستخدام الناقلات، يتم نقل أكثر من 80% من الإنتاج العالمي للبترول. وتتراوح سعة هذه الناقلات بين 100 ألف و 250 ألف طن. ولا يخفى الآن مدى خطورة الزيادة المستمرة في حمولات الناقلات العملاقة، وتعرضها المستمر للجنوح على الشواطئ، أو الاصطدامات البحرية مع السفن الأخرى، أو الألغام البحرية، خصوصًا في أيام الحروب الإقليمية. وينتج عن ذلك تسرب البترول بكميات كبيرة إلى سطح الماء؛ مما يؤدي إلى تلوث البيئة البحرية والشواطئ، وما في ذلك من أخطار على الحياة الفطرية البحرية والبرية. ومن المشكلات الأخرى التي تسببها هذه الناقلات، أنها لا تستطيع، بكامل حمولاتها، المرور عبر الممرات المائية الصناعية التي عادة ما تكون ضيقة وضحلة ويتطلب العبور من خلالها رسومًا باهظة. وأخيرًا أثناء رحلة العودة لهذه الناقلات، فإنها تقوم بدفع كميات من ماء البحر في خزاناتها لحفظ توازنها وهي فارغة، في أجواء المحيطات المتقلبة، ثم تقوم بتفريغ هذه المياه المحملة ببقايا الخام قبل الدخول إلى موانئ شحن البترول، مما يعمل على تلوث الشواطئ القريبة من هذه الموانئ. وقد استنت العديد من القوانين الدولية التي تحرم على هذه الناقلات دفع المياه الملوثة في المياه الإقليمية للدول، وقصر هذه العمليات على أعالي البحار.
ولا يقتصر نقل المنتجات البترولية على العبّارات والأنابيب البترولية، ولكن يعدو ذلك إلى معظم وسائل النقل المعروفة. فعلى سبيل المثال، تنقل منتجات البترول عن طريق السكك الحديدية في عربات تتراوح سعتها بين 10 و 50 طنًّا، ومجهزة بإمكانات خاصة لتفي بالغرض المطلوب. وتنقل الغازات البترولية المسالة في عربات تتحمل الضغط البخاري العالي لهذه الغازات. كما تنقل المنتجات الثقيلة في عربات مجهزة بسخانات تحفظ هذه المنتجات في الحالة السائلة حتى يسهل ضخها.
وتستخدم سيارات النقل الثقيلة في نقل الغازات المسالة، والجازولين، والسولار، وزيت الديزل من معامل التكرير إلى أماكن الاستهلاك والتوزيع والتصنيع. وتجهز هذه السيارات بأسلوب خاص حسب المنتج المطلوب نقله.
كما تستخدم طائرات النقل العملاقة في نقل وقود الطائرات المدنية والحربية إلى القواعد والموانئ الجوية. وقد تستخدم الطائرات أيضًا في تموين الطائرات العسكرية، في الجو؛ وذلك بعد إتمام مهامها والتخلص من حمولاتها عند الرجوع إلى قواعدها.
2. تطور صناعة البترول في مجال النقل والتوزيع
يُعدُّ نشاط النقل والتوزيع من أهم عناصر صناعة البترول، حيث إنه يمثل واجهة هذه الصناعة في مواجهة القاعدة العريضة من المستهلكين وكبار العملاء.
وقد تطورت وسائل نقل الخام والمنتجات وتوزيعها لتواكب التطور الكبير، الذي حدث في مجال الإنتاج والتكرير، وكذلك لتواكب التطور الذي حدث في مجال الاستهلاك. فبعد أن كان الكيروسين أهم المنتجات المستخدمة وقودًا، تعددت أنواع الوقود الأخرى، وانتشرت المستودعات اللازمة لتخزين المنتجات البترولية، وتخدمها شبكة ضخمة من وسائل النقل المختلفة، تشمل السكة الحديدية، والشاحنات، والصنادل النهرية، والناقلات الساحلية، وأخيراً خطوط الأنابيب.
وانطلاقاً من سياسة زيادة الاستثمارات العربية، للدخول في مجال النقل والتوزيع، فقد أنشئت عامي 1992،1993م شركتا بترولوب مصر السعودية، وتام أويل مصر الليبية، لإقامة محطات لتموين السيارات وخدمتها في جمهورية مصر العربية. هذا ويبلغ عدد محطات التموين والخدمة بمختلف أنحاء جمهورية مصر العربية حوالي 1550 محطة، منها ما يحمل اسم الشركتين الوطنيتين، الجمعية التعاونية، ومصر للبترول، والباقي يحمل أسماء فروع الشركات الأجنبية العاملة في مصر، ويمثل القطاع الخاص "وكلاء ومتعهدون" الركيزة الأساسية في إدارة هذه المحطات بنسبة تصل إلى 98%.
ومن أهم مظاهر التطور في مجال النقل بالأنابيب داخل جمهورية مصر العربية، إنشاء خط الأنابيب الممتد من السويس إلى البحر الأبيض المتوسط "العين السخنة ـ سيدى كرير"، وهو ما يطلق عليه "خط سوميد" الذي أنشئ لنقل البترول الخام عبر الأراضي المصرية، من خلال التعامل أساسًا مع الناقلات العملاقة، التي تتراوح حمولتها بين 300 ألف و 500 ألف طن ساكن، وهي الناقلات التي تستخدم طريق رأس الرجاء الصالح لنقل خامات الخليج العربي إلى أوروبا وأمريكا الشمالية، وهو بذلك يعمل جنباً إلى جنب مع قناة السويس في استيعاب أكبر قدر ممكن من خامات الخليج العربي المتجهة شمالاً، التي تبلغ حوالي 5 ملايين برميل يوميًّا، ينقل عبر كل من الخط والقناة كميات قدرها 6و1 مليون برميل يومياً، ومليون برميل يومياً على التوالي، والباقي عبر رأس الرجاء الصالح.
وقد أنشئ هذا الخط بمشاركة عربية بنسبة 50% من دول السعودية والإمارات والكويت وقطر، بينما تمتلك مصر النسبة المتبقية (50%) الأخرى، وقد بدأ تشغيل المرحلة الأولى بطاقة قدرها 40 مليون طن سنوياً في عام 1977م، وارتفعت إلى 80 مليون طن سنوياً في عام 1978م. وقد تم مؤخراً تنفيذ المرحلة الثالثة من هذا المشروع العملاق، لزيادة الطاقة إلى 120 مليون طن سنوياً.
وقد استطاع هذا الخط أن يتجاوز مرحلة اتخاذه وسيلة لنقل الخام فقط، إلى تقديم منفذ ثابت وآمن لتسويق كافة خامات الخليج، التي أصبح لها الآن عملاء دائمون يشترون الخام "فوب سيدي كرير"، وهو ما دعا السعودية وإيران إلى الإعلان عن أسعار بيع خاماتها من هذا الميناء. وبدأت النشرات البترولية المتخصصة في نشر أسعار خامات الخليج العربي "فوب سيدي كرير".
يعد "خط سوميد" من المشروعات المصرية العربية المشتركة الناجحة، ويمثل نموذجاً فريداً يحتذى للعلاقات القائمة على أسس سليمة في مجال التعاون الاقتصادي.
وليس أدل على نجاح هذا المشروع اقتصادياً، أنه تم استرداد كامل تكلفته -500 مليون دولار- في خلال أربع سنوات، كما أظهرت الدراسات إمكانية استرداد تكلفة المرحلة الثالثة لاستكمال طاقة الخط إلى 120 مليون طن سنوياً في غضون عامين.
3. أنابيب النقل الرئيسة وأرصفة الشحن والأمن الصناعي والوقاية من الحريق أثناء تفريغ وشحن المنتجات
يطلق على أنابيب التوصيل التي يتم خلالها نقل البترول والمنتجات البترولية لمسافات طويلة "50 كم وأكثر" اسم "أنابيب النقل الرئيسة للمنتجات البترولية". وتستخدم لنقل الغاز من مصانع معالجة البترول، أو من مناطق استخراجه، إلى مناطق الاستهلاك البعيدة "المصانع الكيميائية".
ويطلق اسم "رصيف السكك الحديدية" على مجموعة الأبنية والأجهزة التي توفر شحن المنتجات وتفريغها من صهاريج السكك الحديدية وإليها. ويستخدم رصيف شحن السكك الحديدية لشحن المنتجات البترولية الجاهزة من الخزانات التجارية بواسطة المضخات إلى صهاريج السكك الحديدية.
وهناك ثلاثة أنواع أساسية لأرصفة الشحن (اُنظر شكل مخطط أرصفة الشحن) هي: الأرصفة العمودية العادية، والأرصفة العمودية ذات شرفة المراقبة، والأرصفة ذات الساحة العليا. وتواجه الأرصفة العمودية عدة صعوبات مرتبطة بإدخال الخراطيم في الكوات، والتحكم في المنسوب في الصهريج...إلخ ولذلك فهي تستخدم منشآت وقتية.
ويختلف النوعان الآخران من الأرصفة فيما بينهما في مخطط مد المجمعات، فيوضع المجمع في إحدى الحالتين على الأرض، ويتم الشحن عن طريق الأعمدة، ويوضع في الحالة الأخرى أعلى من الصهريج، ويتم الشحن عن طريق تحويله. و يتم في كلتا الحالتين توجيه الشحن والتحكم في المنسوب داخل الصهريج من أعلى، مما يؤدي إلى تسهيل عمل عامل الشحن بدرجة كبيرة. وتوضع أعمدة الشحن، والتحويلات بطول شريط خط سكة حديد المصنع. ويوجد لكل نوع من المنتجات البترولية صف من الأعمدة خاص به.
ونظراً لتبخر المنتجات البترولية، فإن الأرصفة تعد مواضع خطيرة قد تنفجر. ويمكن أن تكون الكهرباء الإستاتيكية هي أحد أسباب اندلاع الحريق في الأرصفة. وتظهر هذه الكهرباء عند احتكاك المنتجات البترولية بجدران أنابيب التوصيل، أو احتكاك تيار المنتج البترولي بالهواء..إلخ. وتتراكم شحنات الكهرباء الإستاتيكية المختلفة الإشارة على جزئين معدنيين معزولين عن بعضهما، وعند تفريغ هذه الشحنات تمر بينهما شرارة لها القدرة على إحداث الانفجار أو الحريق. وأحسن طريقه لمنع الاشتعال الناتج من الكهرباء الإستاتيكية، هي التأريض الوثيق لكل الأجهزة المعدنية والخزانات وأنابيب نقل البترول وأجهزة الشحن والتفريغ، التي تستخدم لتخزين السوائل سهلة الاشتعال ونقلها "البنزول والبنزين والكيروسين..إلخ". ويجب أن تجري جميع أماكن الوصل في دوائر التأريض بدقة عن طريق اللحام.
ولإطفاء الحريق في الأرصفة، يستخدم الماء والرغاوي الكيميائية، والميكانيكية الهوائية، وبخار الماء، والسوائل الكيميائية، والمساحيق "الرمل والتربة.. إلخ".
وتزود مواضع الرصيف التي يتوقع فيها اندلاع الحريق، بوسائل الإطفاء بالوسائل الموضعية، مثل أجهزة إطفاء الحريق، وصناديق الرمل، والجواريف، وخراطيم الماء، والجرادل، والألواح الأيدرولية...إلخ.
وتظهر سميّة البترول والمنتجات البترولية عند استنشاق أبخرتها. ويمكن أن يحدث التسمم في بعض الحالات نتيجة لسقوط المنتج السائل على الجلد أو الأغشية المخاطية. ويعتمد التأثير السام لأبخرة السائل على سمّيّته وتبخره، ويزداد بشدة في حالة وجود المركبات الكبريتية "كبريتيد الأيدروجين وثاني أكسيد الكبريت".
ويكتشف وجود أبخرة البنزين في الهواء برائحته، عندما تكون نسبتها 0,03%. وعندما تصل نسبة أبخرة البنزين في الهواء إلى أكثر من 2%، يفقد الإنسان وعيه، وإذا لم تجر له الإسعافات السريعة يمكن أن يصاب بالتسمم الشديد الذي قد يؤدي إلى الوفاة.
وتزداد سمّية البنزين بشدة نتيجة لأثلنته. وتؤثر الأيدروكربونات الأروماتية "البنزول والطولوين والزيلين" تأثيراً ساماً شديداً على جسم الإنسان. ويجب أن يقف العامل أثناء فتح سقوف وكوات الصهاريج وإغلاقها، معطياً ظهره للريح ووجهه للكوة، وذلك للوقاية من تأثير أبخرة المنتجات البترولية. وبعد إدخال الخرطوم أو الأنبوبة تغلق كوة الصهريج بغطاء من التاربولين.
ولتلافي ظهور الكهرباء الإستاتيكية، ولتقليل التبخر، يجب أن يتم شحن السوائل السريعة الاشتعال في الصهريج بتيار منتظم، أسفل منسوب السائل، أي يجب أن يهبط طرف الخرطوم إلى قاع الصهريج.
4. إمداد المصنع بالبخار والوقود والماء
تستخدم الطاقة الحرارية للبخار، والماء الساخن، والطاقة الكهربائية، والطاقة الكيميائية "حرارة احتراق الوقود"، لإجراء عمليات معالجة البترول والغاز.
وفي مصانع معالجة البترول، يجب أن يفي الإمداد بالماء بالاحتياجات الإنتاجية "التقنية" واحتياجات الغسيل والشرب واحتياجات مقاومة الحريق.
أ. إمداد المصنع بالبخار
يستخدم بخار الماء لتشغيل التوربينات البخارية، والمضخات الترددية "الماصة الكابسة" ومضخات الطرد المركزي، والضواغط الترددية "ذات المكابس"، والضواغط التوربينية، ويستخدم في الوحدات التقنية لطرد القطفات الخفيفة بالبخار في أبراج تكرير التقطير، ولتذرية الوقود السائل، وكذلك مادة تسخين في المبادلات الحرارية، ولأغراض مقاومة الحريق... إلخ.
وتبعاً لاحتياجات مصانع معالجة البترول والمصانع الكيميائية، يستخدم البخار ذو الضغط العالي "60-90 ضغط جوّي"، والبخار ذو الضغط المرتفع "25-35 ضغط جوّي"، والبخار ذو الضغط المتوسط "10-12 ضغط جوّي" والبخار ذو الضغط المنخفض "1.6-3 ضغط جوّي".
ب. إمداد المصنع بالوقود
يعد الوقودان السائل والغازي الوقود الأساسي المستخدم في وحدات الديزل والوحدات التقنية في مصانع معالجة البترول، وفى المصانع الكيميائية. وتستخدم بصورة أساسية المتبقيات الثقيلة لمعالجة البترول "التكسير والتقطير المباشر" وقودًا سائلاً للغلايات. والخاصية التشغيلية الأساسية للوقود هي لزوجته. وتنتج أنواع مختلفة من مازوت الأفران المكشوفة، تبعاً لمقدار اللزوجة. وينقى المازوت قبل حرقه من الرطوبة والشوائب الميكانيكية، ويسخن إلى درجة الحرارة الضرورية لتذريته بصورة عادية.
ويتجه وقود الغلايات المنتج في الوحدات التقنية، إلى خزانات الوقود، ومنها يسحب إلى خزانات قياس استهلاك الوقود الموجودة في الوحدات. ويستخدم الغاز الطبيعي والغاز الاصطناعي الجاف وقودًا غازيًّا.
ج. الإمداد بالماء
تستخدم الأحواض الطبيعية للماء "البحار والبحيرات والأنهار" مصادر للإمداد بالماء.
وتعد الوحدات التقنية المستهلك الرئيس للماء حيث تستهلك الماء لتكثيف المنتجات البترولية وتبريدها، ولإذابة مواد التفاعل، ولتنقية المنتجات البترولية.. إلخ. ويدفع الماء المستخدم في الاحتياجات الإنتاجية تحت الضغط، ويجب أن يكون نقياً وبارداً بدرجة كافية. وينقى الماء من الشوائب الميكانيكية والكيميائية بطرق مختلفة. وتفصل الجسيمات المعلقة عن طريق الترويق والترشيح. ويستخدم الحصى المجروش، ورمل الكوارتز والأنتراسيت.. إلخ مواد ترشيح. وتفصل الجسيمات العضوية الدقيقة - التي تسبب تلوث أسطح التبادل الحراري، وترغى ماء الغلايات في الغلاية البخارية - بواسطة مواد الترويب. فعند إضافة كبريتات الألومنيوم Al2(SO4)3 أو كبريتات الحديدوز FeSO4 مثلا إلى الماء، تتكون ندف من المركبات العضوية، التي تترسب بسهولة فتنخفض نسبتها في الماء بمقدار 50-80%.
ويتم إمداد المصنع بالماء، عن طريق أنبوبة مستقلة خاصة لتوصيل الماء، ويسحب هذا الماء من أنابيب شبكة ماء الشرب الخاصة بالمدينة، ومن الآبار الارتوازية، أو من المصادر الأخرى لماء الشرب في باطن الأرض الذي لا يتطلب التنقية، ومن أنبوبة توصيل الماء في المصنع بعد مروره على منشآت إضافية خاصة لإتمام تنقيته. ويستهلك هذا الماء في تلبية احتياجات الشرب، وفى تلبية احتياجات الوقاية الصحية "دورات المياه والحمامات...إلخ".
د. أبراج التبريد ومنشآت تجميع المياه
تشتمل المنظومة الدورية للإمداد بالماء، على محطات الضخ وأجهزة التبريد ومنشآت متوسطة. وتستخدم البرك وأحواض الرش وأبراج التبريد مبردات. ونظراً لصغر انبعاث الحرارة من كل وحدة من المساحة التي تشغلها البركة، يتضح أنه من الملائم استخدام برك التبريد غالباً في حالة وجود أحواض مياه طبيعية ذات مساحة كبيرة. ويمكن استخدام التبريد بالبرك في حالة وجود الأحواض المائية الاصطناعية، التي تنشأ لأغراض أخرى لا علاقة لها بمنظومة تبريد الماء.
ويتم الحصول على انبعاث أكبر للحرارة من 1م2 من المساحة، في أحواض الرش التي يفتت فيها الماء إلى قطرات صغيرة بواسطة منافث، مما يؤدي إلى زيادة السطح الحر للماء زيادة كبيرة، ويحسن انبعاث الحرارة. ويعتمد تأثير التبريد في البرك وأحواض الرش على رطوبة الهواء وقوة الريح. ويمكن الحصول على انبعاث حرارة أكبر من كل وحدة مساحة، وتجنب اعتماد تأثير التبريد على الريح، باستخدام أبراج التبريد. ونتيجة لتأثير التبريد الكبير، توفر أبراج التبريد تبريداً عميقاً بدرجة كافية للماء، مما يؤدي إلى خفض معدل تدفق الماء المار في دورة بالمقارنة بأحواض الرش. وتمتاز أبراج التبريد على أحواض الرش، أيضًا، بصغر المساحة اللازمة لإقامة أبراج التبريد، وإمكان إقامتها على المساحات التي تم البناء فيها، وقلة جرف القطرات؛ مما يؤدي إلى خفض فقد الماء بدرجة ملحوظة.
ويتكون السطح الكبير للماء في أبراج التبريد على حساب سيلانه على الأسطح المرشوشة "الألواح والشباك والحلقات.. إلخ" على صورة طبقة رقيقة أو قطرات. ويرش الماء في بعض أبراج التبريد على هيئة قطرات صغيرة بواسطة منافث. وتستخدم في أبراج التبريد قوة الريح والسحب الطبيعي للهواء، والسحب المتكون بواسطة التهوية الاصطناعية الساحبة أو الدافعة. وتوجد أبراج تبريد يسمح تركيبها باستخدام السحب الطبيعي لبرج السحب، والتهوية الاصطناعية التي يكونها جهاز تهوية، في وقت واحد. ويبرد الماء في منشآت التبريد عادة من 45 – 50 °م إلى 20 - 25°م. ويعود الماء المبرد من أبراج التبريد إلى الوحدة بواسطة مضخات.
هـ. محطات ضغط الماء ومحطات الضخ
ينقل الماء من منبعه إلى المصنع بواسطة محطات الضغط الخاصة برفع الماء الجديد من أماكن سحبه.
ويقع وعاء استقبال الماء قريبًا من محطة الضخ بدرجة كافية. وأبسط أنواع منشآت سحب الماء ساحب بالشفط المباشر. وفي حالة عدم كفاية العمق بجوار الشاطئ، أو عدم ملاءمة نوعية الماء المجاور للشاطئ، أو تبعاً للظروف الموضعية تستخدم منشآت سحب الماء التي توضع فيها أنابيب على قاع الحوض المائي. ويتحرك الماء في هذه الأنابيب بتيار ذاتي تحت تأثير التثاقل، ويدخل في بئر الاستقبال. وتقسم البئر بغرض الترشيح غير الدقيق، بواسطة شبكة ثابتة إلى قسمين هما قسم استقبال الماء، وقسم الشفط. ويسحب الماء من قسم الشفط بواسطة مضخات محطة ضغط الماء الخاصة بالرفع الأول، إلى وحدة تنقية الماء في المصنع. ويسحب الماء المروق عديم اللون، بواسطة مضخات محطة ضغط الماء الخاصة بالرفع الثاني للماء الجديد، ويوجه إلى شبكة المياه في المصنع. ويدفع الماء بعد أبراج تبريد الماء "الأحواض" مباشرة بواسطة محطات ضخ مجمع الإمداد الدوري بالماء، لتلبية احتياجات الإنتاج. وفي حالة وجود جهاز التبريد "برج التبريد أو الحوض" على مسافة بعيدة من وحدة الضخ، تقام بئر استقبال بجوار وحدة الضخ، بغرض تقصير طول خط الشفط. ويدخل الماء من جهاز التبريد في البئر، ومنه يشفط بواسطة المضخة.

زائر

خامساً: معالجة التلوث في مصافي البترول
1. نظام صرف المياه في المصانع ومعدات الاصطياد
تقسم المياه المنصرفة في المصانع والمتخلفة عن الصناعة إلى ثلاثة أنواع رئيسة هي: المياه المتخلفة عن عمليات الإنتاج، والمياه الجوية "السيول"، والمياه المتخلفة عن الأغراض المعيشية.
وتضم المياه المنصرفة من عمليات الإنتاج المياه الخارجة من المكثفات السطحية والمبردات، ومن مكثفات الخلط البارومترية الخاصة بأبراج التفريغ، والمياه المروقة في خزانات الزيت الخام، وكذلك المياه الخارجة من وحدات المعالجة الحمضية للمنتجات البترولية، والمياه المنصرفة من وحدات خلط الإثيلين، ومن غسل الأجهزة.. إلخ.
وتختلف المجموعات الأساسية من المياه المنصرفة من عمليات الإنتاج كالآتي:
أ. المياه النقية اصطلاحاً الخارجة من المكثفات السطحية،والمبردات الخاصة بأبخرة المنتجات البترولية ومقطراتها السائلة. وهذه المياه خالية من المنتجات البترولية، ما دامت الأجهزة تعمل بصورة حسنة. وتسحب هذه المياه المنصرفة خلال شبكة قائمة بذاتها، لاستخدامها مرة أخرى، أو تصرف في الأحواض المائية دون المرور على مصايد البترول.
ب. المياه المنصرفة الصناعية التي تمر على مصايد البترول لفصل المنتجات البترولية منها.
ج. المياه المنصرفة الخاصة التي تحتوي ـ إلى جانب المنتجات البترولية ـ على الشوائب الضارة، مثل القلويات والأحماض والسلفات "كبريتات" والمركبات العضوية "السائل الإثيلي والفينول والفورفورال وغيرها". وتسحب هذه المياه خلال خطوط صرف منفصلة، لتمر على منشآت خاصة للتنقية الفيزيائية الكيميائية وعلى مراكز التنقية البيولوجية.
وتنضم إلى المياه المنصرفة الجوية "السيول" مياه الأمطار والناتجة عن ذوبان الجليد. وتصرف المياه الجوية، في الغالب، من أماكن الوحدات التقنية، ومن الأرصفة والمستودعات التي تتلوث بالبترول ومنتجاته، مع المياه المنصرفة من عمليات الإنتاج. وتصرف المياه الجوية، كالعادة، - باستثناء بعض الحالات النادرة - بعد مرورها على عنبر ترويق، إلى أحواض المياه مباشرة، عن طريق مجار مستقلة خاصة بصرف السيول، وذلك بغرض الإقلال من تحميل المصايد.
وتنضم مياه المجاري الناتجة من الحمامات ودورات المياه إلى مياه الصرف المعيشية، وتتطلب مياه الصرف المعيشية تنقية خاصة تبعاً لطابع تلوثها، وتصرف أساساً في المجاري العامة للمدينة.
وتصرف المياه المنصرفة المستهلكة إلى منشآت التنقية عن طريق مجمعات المجاري. وعند الظروف الملائمة يمكن بدء فصل المنتجات البترولية من المياه في شبكة المجاري. وتصمم المجاري على أساس الحركة الهادئة للسائل، مع جرف الرواسب التي تسقط أثناء الحد الأدنى لمعدل التدفق في مواسير المجاري. ويطلق على مثل هذه السرعة مصطلح "سرعة التنقية الذاتية"، وهي عادة تساوي 0.8 - 1م/ثانية. ولتقليل شدة تقليب السائل، تعمل منعطفات المجمعات بأقل انحدار سلس ممكن. أما آبار المجمعات فتبنى بطريقة تمنع الهبوط الحاد لمنسوب الماء "فرق المنسوب".
ولتوفير الدخول السلس للسائل في مصيدة البترول، تمد مواسير شبكة المجاري في الأطراف بميل لا يزيد على 0.001- 0.002°.
وفي حالة عطل إحدى مناطق شبكة المجاري أو انسدادها، توضع بين المجمعات المتوازية خطوط توصيل تسمح بنقل ماء الصرف من إحدى مناطق شبكة المجاري إلى منطقة أخرى.
2. أهمية مياه الصرف الصناعية في الاقتصاد الوطني وطرق تنقيتها
تحتوي المياه المنصرفة خلال شبكة المجاري ومصايد البترول إلى منابع المياه الطبيعية على كمية كبيرة من المنتجات البترولية، والأملاح، ومواد التفاعل المنصرفة، وكبريتيد الأيدروجين، وأنواع مختلفة من البكتريا والشوائب الأخرى. ويؤدي صرف المياه الصناعية إلى تلوث منابع المياه تلوثاً شديداً، وإلى تقليل نسبة الأكسجين الذائب في الماء بدرجة كبيرة، مما يؤدي إلى هلاك الأسماك، وسوء الظروف الصحية لسكان المناطق السكنية المجاورة للشاطئ. وقد تتلوث منابع المياه بمياه الصرف المتخلفة عن عمليات الإنتاج، بالدرجة التي لا تصبح فيها هذه المنابع نافعة لأغراض الغسيل والشرب فحسب، بل لأغراض الإنتاج كذلك. وتفقد ـ علاوة على ذلك ـ مع مياه الصرف الصناعية قيم مادية هي البترول والمنتجات البترولية، ومواد التفاعل والمواد الأخرى. ولذلك فإن مكافحة فقد المنتجات البترولية مع مياه الصرف الصناعية لمصانع معالجة البترول، تُعدّ أمراً ذا أهمية اجتماعية وسياسية.
وهناك ثلاث طرق لتنقية مياه الصرف المتخلفة من عمليات الإنتاج هي: الطريقة الميكانيكية، والطريقة الفيزيائية الكيميائية، والطريقة البيولوجية. وتستخدم هذه الطرق منفردة أو مقترنة ببعضها.
وفي الطريقة الميكانيكية، يتم ترويق المنتجات البترولية، والشوائب الميكانيكية، والجسيمات الكبيرة التي لا تذوب في الماء، والموجودة على صورة معلق. ويسمح الترويق بترسيب الشوائب الميكانيكية، والجسيمات المعلقة، التي تزيد كثافتها على كثافة الماء "الرمل في مصايد الرمل" مثلاً، وكذلك بفصل المنتجات البترولية الأقل كثافة، التي تطفو على السطح "التقاط الكتلة الأساسية من البترول والمنتجات البترولية في مصايد البترول" مثلاً.
وترشح المياه الصناعية خلال مرشحات الترويق "حلقات راشيج والخزف والكوك والأنتراسيت وغيرها"، بغرض الاحتجاز الميكانيكي لجسيمات المنتجات البترولية المستحلبة. واستخدام هذه المرشحات محدود، حيث إنها لا تهدم المستحلب البترولي، وتسد بالجسيمات المعلقة، وتتطلب ملاحظة مستمرة.
وتستخدم طرق التنقية الفيزيائية الكيميائية، لفصل الأحماض المعدنية، والعضوية، والقلويات والأملاح، والمواد الأخرى، الموجودة بمياه الصرف الصناعية. وتتلخص هذه الطرق في إضافة مواد التفاعل إلى الماء الخاضع للتنقية، فتدخل هذه المواد في تفاعل كيميائي مع المركبات غير المرغوب، فيها؛ مما يساعد على تنقية الماء. وتساعد مواد التفاعل ـ في بعض الحالات ـ على تحطيم المستحلبات، ومعادلة الأحماض والقلويات، وفي حالات أخرى، تساعد على تحسين فصل المواد عديمة الذوبان، وتمتص المواد الذائبة، وتحوّل المواد الضارة إلى مواد غير ضارة، والمواد الذائبة إلى مواد عديمة الذوبان.
وتعد طريقة التعويم إحدى الطرق البسيطة لتنقية مياه الصرف الصناعية من البترول، وفيها تشبع الماء بفقاعات الهواء المشتتة تشتيتا دقيقاً، وتلتصق جسيمات البترول بفقاعات الهواء هذه، وتطفو على سطح الماء مكونة طبقة من الرغاوي.
وتجرى غالباً عملية تنقية مياه الصرف الصناعية المحتوية على البنزين المؤثلن، بطريقة فيزيائية كيميائية بواسطة مذيب استخلاصي. ويستعمل البنزين غير المؤثلن مذيبًا.
وتقوم طرق التنقية البيولوجية على أساس العمليات البيوكيميائية، لأكسدة المواد العضوية، الموجودة في مياه الصرف الصناعية. ويمكن استخدام التنقية البيولوجية، في حالة عدم احتواء مياه الصرف على كمية كبيرة من المواد السامة، التي تخل بالنشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة، في الوقت نفسه الذي توجد فيه كمية كافية من المواد الغذائية "البوتاسيوم، والنيتروجين، والفوسفور، وغيرها" والمركبات العضوية التي تتأكسد بسهولة، نتيجة للعمليات البيوكيميائية.
ويجب أن تسبق التنقية البيوكيميائية لمياه الصرف عمليات معالجة هذه المياه تمهيدياً. فالمياه المحتوية على كبريتيد الأيدروجين، والفينولات التي تعوق النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة، تعالج تمهيديّا، وتخفف بواسطة مياه الشرب، والمياه النقية اصطلاحاً. وكلما قلّ تركيز البترول والمنتجات البترولية في الماء، وزادت درجة تشتتها، زادت حدة تحطيم البترول بواسطة البكتريا، أي يصبح من الممكن تنقية مياه الصرف من البترول تنقية تامة، الشيء الذي لا يمكن التوصل إليه بطرق التنقية الميكانيكية.
وتتم في مصانع معالجة البترول عملية التنقية البيولوجية لمياه الصرف المنقاة تمهيدياًّ بطريقة ميكانيكية، في مرشحات هوائية، وفي برك بيولوجية، عن طريق إضافة المياه المعيشية المنقاة، والهواء، وبعض الأملاح المعدنية الضرورية للنشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة.
3. تركيب مصايد المنتجات البترولية وتشغيلها
معدات صيد البترول هي مجمع منشآت التنقية، بالطريقة الميكانيكية، والترويق الإضافي، وإتمام التنقية النهائية لمياه الصرف، ومنظومة المضخات والخزانات الخاصة بضخ الماء ونزعه وتخزين المنتج البترولي الملتقط ونقله إلى صهاريج الخام في المصنع. (اُنظر شكل معدات الاصطياد).
وتمر مياه الصرف الصناعية على مجمع تيارات مياه الصرف، وعلى المصفاة، ومصيدة الرمل، ثم تدخل في مصيدة البترول، حيث تروق الكتلة الأساسية من المنتجات البترولية والشوائب الميكانيكية. وتسيل مياه الصرف من مصيدة البترول إلى بركة الترويق الإضافي للمنتجات البترولية، قبل دخول المياه الصناعية لاستخدامها مرة أخرى، أو قبل دخولها في وحدة إتمام التنقية. وتجمع المنتجات البترولية، الملتقطة في مصيدة البترول، وفي بركة الترويق، في خزانات تجميع البترول، ثم تدفع بواسطة المضخات إلى خزانات مختلفة، لإجراء عملية نزع الماء، وتدخل بعد ذلك في وحدة لنزع الماء من المنتج الملتقط. ويوجه المنتج المنزوع منه الماء إلى خزانات الخام في المصنع.
ويضخ الراسب الموجود في مصيدة الرمل إلى ساحة خاصة. أما الراسب الموجود في مصيدة البترول، فيجمع في سعة، ويدفع بواسطة المضخات إلى مجمعات الغرين، أو إلى ساحات الغرين. ويجفف الغرين في الساحات ثم ينقل من المصنع.
ولا تستطيع منشآت التنقية لمجاري المصنع، في حالة الأمطار الغزيرة، أن توفر عملاً طبيعياً؛ ولذلك يوجه الماء الزائد من غرفة تجميع السيول إلى مخزن احتياطي، مخصص كذلك لاستقبال المنتجات البترولية، في حالة عطل الخزانات.
ومصيدة البترول المستخدمة في مصانع معالجة البترول، هي مروق أفقي في باطن الأرض، مقسم بواسطة جدران طولية إلى قسمين أو أكثر. وتعمل هذه الأقسام بالتوازي. (اُنظر شكل تركيب مصيدة البترول)
وتبنى مصايد البترول من الخرسانة المسلحة، وغالباً على شكل مستطيل. وتدخل مياه الصرف من غرفة خاصة، عن طريق مسايل مائية، في كل قسم من أقسام مصيدة البترول. ومن المصيدة تدخل مياه الصرف إلى غرفة الترويق، عن طريق شبكة توزيع رأسية. وتنفصل المياه والمنتجات البترولية والشوائب الميكانيكية، نتيجة لاختلاف أوزانها النوعية، فيطفو المنتج البترولي على السطح، وتترسب المواد المعدنية الصلبة إلى قاع مصيدة البترول.
ويجمع المنتج البترولي من سطح الماء، بواسطة أنابيب مشققة دورانية. ويمر الماء المتخلص من المنتجات البترولية أسفل جدار احتجاز البترول، ويصب من خلال فتحة صرف الماء في مزارب الصرف، ثم يدخل في مجمع الصرف.
وتزود مصايد البترول بآلية كاشطة "ناقلة مزودة بكاشطات خشبية"، تعمل بواسطة محرك كهربائي. وتشغل آلية الكشط دورياً لدفع المنتج البترولي إلى أنابيب تجميع البترول، ولتجميع الراسب من قاع المصيدة في صومعة نقرية. ويسحب الراسب من الصومعة، عن طريق ماسورة الغرين إلى مجمعات الغرين. ويدخل المنتج الملتقط، عن طريق أنابيب تجميع البترول، في خزانات تجميع المنتجات "غرف"، ومنها يسحب إلى خزانات تهيئة الخام.
ويبقى جزء من المنتجات البترولية التي لم تتروق في مصايد البترول، في الماء الخارج من المصيدة، على صورة مستحلب ثابت. ويتجه هذا الماء إلى بركة الترويق لكي يتم الترويق الإضافي، ثم يمر خلال مرشح من الكوارتز، لإجراء عملية تنقية أكثر دقة.
4. تجميع المنتجات من المصايد ومعالجتها والانتفاع بها
يجمع المنتج البترولي من المصايد في خزانات خاصة "غرف"، ويفصل الخزان عند امتلائه لترويق الماء من المنتج البترولي. ويدفع المنتج البترولي المروق في خزانات التجميع، بواسطة المضخات، إلى خزانات التهيئة. ويسخن المنتج في الخزان بالبخار، "عن طريق أنبوب حلزوني للبخار" إلى درجة 65-80 ْم، فيتروق الماء، نتيجة لذلك، بسهولة، ويصرف إلى بئر موجودة أمام مصايد البترول. ويدفع المنتج البترولي المنزوع منه الماء إلى خزانات الخام بالمصنع، ويتجه مع الخام إلى وحدات تقطير البترول.
الخلاصة
ذكر سابقًا أن البترول يتكوّن من خليط معقد، من الغازات، والسوائل، والمواد الصلبة الهيدروكربونية، ومشتقاتها الكبريتية، والنتروجينية، والأكسجينية، وكذلك القليل من المعادن الذائبة كأملاح عضوية، أو مركبات معقدة، والأملاح غير العضوية الذائبة في المعلقات المائية، وماء التكوين، المصاحب للبترول أثناء استخراجه ونقله إلى مصافي البترول. وتختلف نسبة المكونات الهيدروكربونية، وغير الهيدروكربونية باختلاف مصادر إنتاج البترول، وظروف تكوينه وارتحاله وتجمعه في المكامن البترولية ذات الخواص التركيبية، والمكونات المعدنية المختلفة. وكذلك تختلف الخواص الطبيعية والكيميائية للخامات البترولية حسب اختلاف الوزن الجزيئي، والشكل التركيبي للمحتوى الهيدروكربوني.
وللاستفادة القصوى من هذا الخليط الهيدروكربوني، الذي يتراوح مدى غليانه بين 160 و800°م، يجب أن يخضع لعمليات متتابعة، لفصل منتجات بترولية ذات مدى غليان محدود نسبيًّا "من50 إلى 200°م تقريبا"، وتتميز بصفات طبيعية وكيميائية لتفي بالغرض المطلوب، لاستخداماتها المتنوعة.
وفي أوائل القرن العشرين، كان الغرض الأساسي من تكرير البترول هو الحصول على الكيروسين، لاستخدامه في الإنارة، وإنتاج الطاقة الحرارية للتسخين، والتدفئة، والاستخدام المنزلي. وبمضي الوقت، وتطور المركبات ووسائل النقل والطيران التي تستخدم آلات الاحتراق الداخلي والنفاث، أصبح من اللازم تطور صناعة التكرير، لتوائم احتياجات وسائل النقل، إلى منتجات بترولية ذات مواصفات قياسية محددة ومتناهية الدقة، وذات جودة عالية وحسن أداء عند ظروف التشغيل المختلفة.
وبتطور تقنية الصناعة البترولية في القرن العشرين، أُنشئت معامل التكرير المتكاملة التي تستطيع استقبال نوعيات مختلفة من الخامات البترولية واستيعابها، مهما تنوعت مصادر إنتاجها، ومهما اختلفت في صفاتها الطبيعية والكيميائية ومكوناتها الهيدروكربونية، ومهما اختلط بها من شوائب، كمعلقات مائية، وأملاح وغير عضوية، ورواسب، وغازات هيدروكربونية وغير كربونية. ثم تقوم المصافي بتحليل الزيت الخام وتصنيفه وتقييمه معمليًّا، ووضع خطة تكرير متكاملة لمعالجته أوليًّا، لفصل الغازات والماء والأملاح والشوائب غير المرغوب فيها، والمعوقة لعمليات التكرير المختلفة. ثم تتم عملية الفصل الرئيسة، باستخدام التجزئة الحرارية، عند الضغط الجوي والمخلخل، وضبط مدى غليان المنتجات البترولية المختلفة. ثم يأتي دور معالجة المنتجات البترولية، لتحسين مواصفاتها، إما بطرق التكرير الطبيعية أو الكيميائية، وإذا لم تتوفر المنتجات البترولية من ناحية الكم أو النوع، يأتي دور العمليات التحويلية، من بناء، وبلمرة، وتكسير، وإعادة تشكيل، لاستيفاء حاجة الأسواق المحلية والعالمية من المنتجات البترولية كماً وكيفاً. وبالإضافة إلى ذلك، تتوافر في معامل التكرير المتكاملة أجهزة تصنيع البتروكيماويات الأولية والوسيطة والنهائية.
وبالإضافة إلى أجهزة التقطير، والتكرير، والتصنيع المختلفة، يجب أن تتوافر لمعامل التكرير المتكاملة أجهزة معاونة، مثل محطات القوى الكهربائية التي تمكنها من الاستغناء عن شبكات القوى المحلية، وصهاريج تخزين لاستيعاب كميات كبيرة من الزيت الخام والمنتجات البترولية، وأجهزة معالجة الماء، وإنتاج البخار، وكذلك أجهزة معالجة المخلفات، للمحافظة على البيئة. ولابد أن تقام مصافي البترول على مواقع جغرافية، تتميز بقربها من الأنهار والبحار المفتوحة، حتى يتسنى لها الحصول على مصادر مياه عذبة، بتكاليف زهيدة، لإنتاج البخار والتبريد، وكذلك استقبال سفن نقل البترول الضخمة، وعابرات المحيطات. وأصبح من المألوف ظهور مصافي البترول العملاقة، بأبراجها العالية المميزة، وشعلاتها المضاءة ليل ونهار بالقرب من الموانئ العالمية.

جغرافى نشيط

موضوع في قمة الروعة وتسلم ايدك
ونحن في الانتظار المزيد من المعلومات
الرائــــــــــــــــــــــــــــــــــعة

جغرافى جديد

موضوع روعة وارجو ان تخبرنا عن كيفية فحص المشتقات النفطية (البنزين والكيروسين وزيت الغاز )