ما هي مصفاة النفط
مصفاة النفط (Oil Refinery)، والتي ستكون محور هذا المقال، هي عبارةٌ عن منشأةٍ صناعيةٍ تعمل على معالجة النفط الخام وتكريره وفرزه إلى موادٍ بتروليةٍ مفيدةٍ، والمقصود بالنفط الخام، والذي يُعرف باسم البترول، هو السائل الموجود في باطن الأرض المكون من مركباتٍ هيدروكربونيةٍ ومركباتٍ عضويةٍ والقليل من المعادن.
عادةً ما تكون المركبات الهيدروكربونية المكون الرئيسي للنفط الخام وتتفاوت نسبتها بين 50%-97% تبعًا لنوع النفط الخام وطريقة استخراجه، بينما تشكل المواد العضوية كالنتروجين والأكسجين والكبريت قرابة 6%-10% منه، أما المعادن كالنحاس والنيكل والفاناديوم والحديد فتشكل نسبةً لا تزيد عن 1% من النفط الخام.
تكرير النفط
تكرير النفط هو آليةٌ يتم فيها تحويل النفط الخام ضمن مصفاة النفط إلى منتجاتٍ بتروليةٍ، لتٌستخدم لاحقًا كوقودٍ لوسائل النقل والتسخين وتعبيد الطرقات وتوليد الكهرباء ومواد أولية لصنع المواد الكيميائية، ويعمل التكرير على تجزئة النفط الخام وفصل مكوناته الرئيسية عن بعضها، والتي يتم لاحقًا تحويلها إلى منتجاتٍ نفطيةٍ جديدةٍ.
آلية عمل مصفاة النفط
تكمن مشكلة النفط الخام في وجود مئات الأنواع المختلفة من الهيدروكربونات المختلطة ببعضها، ولذلك ومن أجل الوصول إلى منتجاتٍ نفطيةٍ ذات فائدةٍ يجب فصل هذه المواد عن بعضها، ولتحقيق هذا يجب أن يمر النفط بعد استخراجه بالمراحل الثلاثة الرئيسية التالية:
- الفصل
وهي أولى مراحل تكرير النفط، ويتم فيها فصل جزيئات النفط عن بعضها تبعًا للوزن بفضل عمليةٍ تدعى التقطير الجوي (AtmosphericDistillation)؛ حيث يٌسخَّن النفط بدرجة حرارةٍ تصل إلى 400° مئوية في برجٍ ضمن مصفاة النفط لتجزئة النفط الخام يُعرف بعمود التقطير (Distillation Column)، ويصل عمقه إلى 60 مترًا، مما يسبب تبخر النفط وصعوده إلى أعلى عمود التقطير، وتكون النتيجة بقاء رواسبَ نفطيةٍ في قعر العمود، وهي الجزيئات الأثقل، وتشمل موادًا عالية اللزوجة كالإسفلت.
تتكاثف الجزيئات التي ترتفع إلى أعلى نتيجة تبخر النفط وتتحول إلى سوائلَ، ولا يصل إلى سطح العمود سوى الغازات الأخف وزنًا، حيث تكون الحرارة أعلى العمود 150° مئويةً، ويتم جمع السوائل على ارتفاعاتٍ مختلفةٍ في عمود التقطير من خلال صوانٍ موجودةٍ داخل العمود، وتُعرف هذه السوائل بالقطَفات البترولية.
عند إتمام عملية التجزئة، يتم نقل الرواسب النفطية الثقيلة إلى أبراجٍ أخرى لتخضع إلى عملية تقطيرٍ ثانية لاستخراج منتجات نفطية كالديزل وزيت الوقود الثقيل (المازوت).
- التحويل
يتم فيها إزالة الجزيئات الهيدروكربونية الثقيلة لإنتاج موادٍ أخف وزنًا، وذلك بتسخينها إلى درجة حرارةٍ تصل إلى 500° مئوية لتتفكك بعدها وتتحول إلى جزيئاتٍ، ويُستخدم من أجل ذلك وسيطٌ يسرِّع من التفاعل الكيميائي، ويتم تحويل %75 تقريبًا من النواتج الثقيلة في مصفاة النفط إلى غاز وغازولين وديزل، ويتم زيادة الحاصل النهائي عبر إضافة الهيدروجين إلى العملية، ويبقى هذا المجال من الصناعات في عملية بحثٍ دائم للوصول إلى طرقٍ تزيد من الإنتاج وتقلل من التكاليف.
- المعالجة
يمر النفط في هذه المرحلة عبر مراحلَ مصممة لإزالة الجزيئات المسببة لعوارض التآكل أو الملوثة بما فيها الكبريت، ويُستخدم الغسيل بالصودا الكاوية لتحلية الكيروسين، وأيضًا البوتان والبروبان (من الألكانات)، وإزالة مركبات الثايولات، وتتم معالجة وقود المحركات عبر وسيطٍ لتحويل الهيدروكربونات النفثينية إلى هيدروكربوناتٍ أروماتيةٍ وزيادة معدل الأوكتان.
- الإنتاج والتوزيع
بعد إتمام كل هذه المراحل في مصفاة النفط يصبح النفط الخام جاهزًا لبيعه كمنتجاتٍ نفطيةٍ مكررةٍ مثل الغاز النفطي المسيّل LPG والغازولين والنفثين (مزيج بترولي) ومواد التشحيم والتزييت.
أكبر المصافي النفطية في العالم
توجد معظم المصافي النفطية حول العالم في منطقة آسيا والمحيط الهادئ، وتعد Reliance Jamnagar Refinery أكبر منشآت المصافي النفطية على الإطلاق، وهي موجودةٌ في الهند، حيث تبلغ سعتها الإجمالية 1.24 مليون برميل في اليوم، وتقع هذه المنشأة في جام نجر وتمتد على مساحة 7500 فدان، كما تحوي أكثر من خمسين وحدة معالجة لتكرير المواد الخام الأساسية والنفط الخام والحصول على مشتقاته، واستغرق اكتمال بنائها ثلاث سنواتٍ، وبلغت تكلفة هذا الاستثمار 6 مليار دولار.
تتكون مصفاة النفط تلك من وحدة نزع الكبريت المهدرج ووحدة التحسين الحفزية ووحدة التكسير الحفزي للسوائل ووحدة التكويك البطيء، إضافةً إلى وحدة استرداد الكبريت ووحدة إنتاج الهيدروجين ووحدة ميروكس ووحدة TAME (ثلاثي أميل ميثيل الإيثر).