ما هو القار؟
البترول سائل موجود بشكل طبيعي تحت سطح الأرض وهو خليط معقد من الهيدروكربونات التي تتكون بدورها من الكربون بنسبة 84% من تركيب النفط، والهدروجين بنسبة 14%، والكبريت بنسبة تتراوح (1 ـ 3) % كما يحتوي على النيتروجين، والأوكسجين، والمعادن، لونه بني داكن إلى الأسود وأحيانا يكون أصفر اللون؛ وأهم مشتقات البترول بعد عملية التكرير للبترول هي:
- الجازولين: سائل شفاف ينفصل عن النفط بدرجة غليان تصل إلى 205 درجة مئوية يستخدم وقود للسيارات والمولدات الكهربائية والضواغط.
- الكيروسين: سائل هيدروكربوني قابل للاحتراق نحصل عليه بدرجة غليان تصل إلى 275 درجة مئوية يستخدم في التدفئة والطبخ والاضاءة، وأيضاً يستخدم وقود لمحركات الطائرات، وصناعة مواد التشحيم ومبيدات الآفات.
- زيت التشحيم: سائل زيتي بنسبة 90% ينفصل عن النفط بدرجة غليان تصل إلى 370 درجة مئوية يستخدم كزيت للمحركات لمنع تأكلها في حالة الاحتكاك ويعمل على زيادة قدرة المحرك على نقل الحرارة والطاقة.
- شمع البرافين: صلباً في درجات الحرارة العادية ولكنه يغلي في درجة حرارة تزيد عن 370 درجة مئوية، يستخدم كمادة تشحيم وفي بعض الصناعات مثل الأقلام الشمعية ومستحضرات التجميل، وألواح التزلج.
- والإسفلت الذي يسمى بالقار (Bitumen): وهو زيت ثقيل عالي اللزوجة يحتوي على نسبة عالية من المعادن مثل النيكل والفاناديوم، وعناصر غير عضوية مثل النيتروجين والأكسجين، والكبريت، والكالسيوم، والحديد. ويمكن الحصول عليه من خلال تقطير النفط الخام لها خصائص مقاومة للماء وعند استخراجه يتم تكريره عدة مرات من أجل تحسين نوعه رغم أن استخراج القار فيه صعوبة كبيرة بسبب لزوجته العالية ولكنه يتدفق أحياناً بشكل طبيعي إلى سطح الأرض في الترسبات البترولية، ويعد القار (البيتومين) المكون الأساسي للوقود الأحفوري في رمال النفط، رغم وجوده في الترسبات والرمال النفطية إلا انه يمكن إنتاجه عن طريق الكسور الأخف من النفط الخام أثناء عملية التكرير، الكسور التي يتم إزالتها هي السائل غاز البترول.
- ومن المشتقات الأخرى للبترول الديزل وقطران الفحم، والبتروكيماويات، وغاز النفط المسال، زيت الوقود، نافاثا.
استخدامات القار (البيتومين) بعد تكريره
- يعتبر الأسفلت من أهم التطبيقات العملية لمادة القار، ويسمى أيضًا بالقطران المعدني أو القار المعدني والذي يكون أكثر صلابة اعتمادًا على منشأه ودرجة الحرارة التي يتعرض لها.
- عندما كانت السفن مصنوعة من الخشب، كان للقطران استخدامات عديدة، وكان الإمداد المتاح من القطران عاملاً مهمًا في عملية الإبحار، وذلك لأنه يجعل السفن كتيمة للماء ويحمي حبالها من التلف. يتم تقطير كامل كميات القطران المنتجة الآن بشكل جزئي، لإنتاج النفثا، والزيت الكربوليكي، ومنتجات خام أخرى لا تقل أهمية عن المذكورة سابقًا.
- ويستخدم القطران المستخلص من خشب الصنوبر في صنع الصابون والمستحضرات الطبية، وله خصائص علاجية مهمة. ويستخدم أيضًا في تصنيع ورق الجدران، وكمادة تشحيم، وتُستخدم مشتقات قطران الفحم في صناعة الأصبغة ومستحضرات التجميل ومستخلصات النكهات الصناعية.
- عمليات البناء في الرصف والسقوف.
- يستخدم كمادة عازلة للماء في التسقيف في أنحاء العالم.
- يستخدم بنسبة 5% في مواد الطلاء.
- عازل للصوت.
- باطن الأحذية.
- تثبيت التربة.
- كما أثبت أنه يمكن تحويل البيتومين منخفض الجودة إلى زيت خام اصطناعي عالي الجودة من خلال سلسلة عمليات كيميائية مختلفة، تبدا من إزالة المكونات الخفيفة مع استعادة المادة المخففة المستخدمة لنقل القار بطريقة مشابه لعملية التقطير التجزيئي ثم إرسال زيوت الغاز الخفيف التي تمت إزالتها إلى المعالجة الهيدروجينية بعد ذلك تتم الخطوة الثانية وهي التقطير الفراغي للبيتومين الباقي في وحدة التقطير الفراغي فتزيل باقي زيوت الغاز وترسلها إلى المعالجة المائية ثم ينتقل البيتومين إلى وحدة تحويل، فتفكك السوائل السائلة جزيئات البيتومين ذات السلسلة الطويلة إلى جزيئات قصيرة السلسلة تحوي قيمة أكبر من خلال التحويل الحراري وعند الحصول عليها نحصل على جزيئات مفيدة تخضع للمعالجة الهيدروجينية فتزيل الكبريت والنيتروجين.
التركيب الكيميائي للقار
يتشكل القار والمعروف أيضًا بالقطران من خليط من المواد اللزجة لونها بني داكن إلى أسود، والتي تنتج عن تقطير وتحلل الفحم، والخشب، والبترول، وبعض المواد العضوية الأخرى، وهو المكوّن الذي يتبقى في أسفل عمود تكرير النفط، له درجة غليان مرتفعة جدًا ويستفاد من هذا الخاصية في العديد من الاستخدامات الحياتية والصناعية والطبية.
يعتبر القار أيضًا منتجًا ثانويًا عن الحرق الجزئي للخشب أثناء صنع الفحم، وهي طريقة قديمة لإنتاج كل من القطران والقار، يتشكل قطران الفحم الحجري من بقايا في صناعة الفحم الحجري، وبدوره يتم فصل القطران إلى عدة مواد موجودة في طبقات مختلفة، عن طريق تطبيق درجة حرارة معينة.
التركيب الكيميائي لقطران الفحم، والمواد الأخرى المشابهة للقطران معقد ومتغير، يقدر عدد هذه المواد بالآلاف، وذلك نتيجة للاختلاف في مواد المصدر وعمليات التصنيع، بما في ذلك درجات الحرارة المختلفة وأوقات الكربنة. بشكل عام، يوجد 80 % من إجمالي الكربون الموجود في قطران الفحم في شكل عطري.
قطران الفحم قابل للذوبان بشكل كامل أو شبه كامل في البنزين والنيتروبنزين، وهو قابل للذوبان جزئيًا في الأسيتون وثاني كبريتيد الكربون والكلوروفورم، وقابل للذوبان بشكل طفيف في الماء. لها رائحة مميزة تشبه رائحة النفتالين. قطران الفحم أثقل من الماء، وعند الاشتعال يحترق بلهب ضارب إلى الحمرة ومضيء وهادئ للغاية. أبخرة قطران الفحم شديدة الاشتعال ويمكن أن تحترق بسهولة بالحرارة أو بوجود شرارة أو اللهب، الأبخرة الناتجة عن احتراقه أثقل من الهواء.
أضرار القار على صحة الإنسان
من المحتمل أن يكون البنزوبيرين الموجود في قطران الفحم، والزفت المصنوع من قطران الفحم، وانبعاثات أفران الفحم الحجري أكثر المواد المسرطنة المهنية قوة وانتشارًا، ولكن نسبته قليلة نسبيًا، أما الفوسفور فيمثل أكثر من 75% من النشاط المسرطن الناتج عن دخان القطران المكثف، يسبب أبخرة القطران المستنشقة أيضًا تضيق القصبات الهوائية، ويؤهب للعديد من الأمراض الرئوية المزمنة، وعند استخدامه في المجالات الطبية من الممكن أن يسبب تهيج البشرة أو حروقًا شمسية، ويمكن أن تحدث بعض تفاعلات الحساسية عند بعض الأشخاص وعندها يجب إيقاف استخدام هذه المنتجات.