تركيبً النفطٌ الخامً

مواصفات النفط الخام

النفط الخام مركب معقد جداً, باستثناء العناصر ذات درجات الغليان الواطئة التي لاتحتاج من المصفى اي جهد لتحليل العناصر النفطية الموجودة في النفط الخام.
الاختبارات البسيطة نسبيا تعمل على النفط الخام وتستخدم هذه الاختبارات للعلاقات التجريبية لتقييم النفط الخام كمادة اولية لمصفى معين. يتم مقارنة كل من النفط الخام مع المواد الاولية الاخرى المتاحة وبناءا على تكاليف التشغيل وتحقيق المنتج يتم تعيين القيمة.

المحتوى الكبريتي :-

المحتوى الكبريتي وكثافة API هما الخاصيتان ذات تاثير اكبر على قيمة النفط الخام ، على الرغم من زيادة المحتوى النيتروجيني والمعادن ذات اهمية يعبر عن المحتوى الكبريتي بنسبة الكبريت على الوزن ويختلف من اقل من %0,1 الى اكبر من 5% . على العموم النفط الخام ذات المحتوى الكبريتي اعلى من 5% يتطلب معالجة اكثر شمولاً من تلك التي ذات المحتوى الكبريتي المنخفض، على الرغم من ان مصطلح النفط الخام الحامضي في البداية تشير الى النفط الخام التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين المذاب المستقل عن مجموع المحتوى الكبريتي ، وقد حان ليعني اي نفط خام ذات محتوى الكبريتي العالي ما يكفي لتطلب معالجة خاصة . هناك خط فاصل بين النفط الخام الحامضي والحلو . لكن المحتوى الكبريتي 0.5% كثيراً ما يستخدم كمعيار للنفط الخام .

نقطة الانسكاب :-

نقطة الانسكاب للنفط الخام في درجة فهرنهايت او الدرجة المئوية هو مؤشر تقريبي لنسبة المركبات البارافينية والاروماتية في النفط الخام . انخفاض نقطة الانسكاب ، انخفاض المحتوى البارافيني وزيادة المحتوى الاروماتي .

بقايا الكربون :-

يتم تحديد بقايا الكربون عن طريق التقطير الى بقايا فحم الكوك بمعزل عن الهواء. بقايا الكربون هي تقريباً ترتبط بالمحتوى الاسفلتي في النفط الخام والى كمية من جزء زيت التشحيم الذي يمكن استخراجها. في معظم الحالات بقايا الكربون المنخفضة تعطي قيمة اكثر للنفط الخام . وهذا ما يعبر عنه نسبة الوزن لبقايا الكربون لكل من RCR او ASTM (CCR) اجراءات الاختبار (D-524 & D-189) .

المحتوى الملحي :-

اذا احتوى النفط الخام على الملح حيث يعبر عنها NaCl اكبر من 1000 bb/10bl ، عموماً من الضروري ازالة الملح من النفط الخام قبل معالجته . اذا لم يتم ازالة الملح فقد يواجه عملية المعالجة مشاكل التأكل الشديدة ولكن عند معالجته بواسطة العوامل المساعدة ، ازالة الملح الى الحد المرغوب به في النفط الخام . على الرغم من عدم امكانية تحويل الوحدات بين lb/1000 bbl و ppm بواسطة الوزن بسبب الكثافات المختلفة للنفط الخام 1 lb/1000bbl تقريباً 3 ppm .

عوامل التوصيف:-

هناك العديد من العلاقات بين العائد والاروماتيات والبرافينات في النفط الخام، لكن الاكثر استخداما هي UOP او "Watson characterization factor Kw" ومؤشر الترابط "CI) "correlation index) .

مدى Kw اقل من 10 لاعلى مواد الاروماتية لغاية 15 لأعلى مركبات بارافينية. يظهر في النفط الخام اضيق مدى لـ Kw حيث تختلف من 10.5 للنفط الخام النفثيني العالي لغاية 12.9 للنفط الخام البارافيني.

مؤشر الترابط مفيد في تقييم الاجزاء الفردية من النفط الخام. مقياس CI هي اساسا للسلسلة المتصلة البارافينية يعطي قيمة 0 اما لحلقة البنزين فيعطي قيمة 100. قيمة CI ليست كمية، لكن اوطأ قيمة لـ CI هي اعلى تراكيز للهيدروكاربونات البارافينية. وأعلى قيمة ل CI هي اعلى تراكيز للنفثينات والمركبات الاروماتية.

المحتوى النيتروجيني :-

المحتوى النيتروجيني العالي غير مرغوب في النفط الخام بسبب مركبات النيتروجينية العضوية الذي يسبب تسمم حاد للعوامل المساعدة المستخدمة في عملية المعالجة كما يسبب مشاكل التاكل مثل تقرحات الهيدروجينية . النفط الخام ذات المحتوى النيتروجيني اعلى من 0,25% من حيث الوزن يتطلب معالجة خاصة لازالة النيتروجين .

مدى التقطير :-

مدى التقطير للنفط الخام تعطي مؤشراً للكميات المنتجات المختلفة الموجودة. ومن المعروف ان النوع الاكثر فائدة للتقطير هي (نقطة الغليان الحقيقية (TBP) للتقطير وعموماً يشير الى تنفيذ التقطير في المعدات التي تحقق تجزئة الى الدرجة المناسبة .

المحتوى المعدني :-

المحتوى المعدني في النفط الخام يمكن ان يختلف من بضعة اجزاء لكل مليون الى اكثر 1000 جزء لكل مليون وعلى الرغم من التراكيز المنخفضة نسبياً فهي ذات اهمية كبيرة. الكميات الدقيقة لبعض هذه المعادن (النيكل ، الفناديوم ، النحاس) يمكن ان يؤثر بشدة على نشاط العوامل المساعدة والنتائج في توزيع المنتجات اقل قيمة . تركيز الفناديوم الاعلى من (2) جزء بالمليون في النفط الخام قد يؤدي الى تآكل حاد لريش التوربينات وتدهور بطانات الفرن والمداخن.

تراكيز التقطير للمكونات المعدنية من النفط الخام في المخلفات ، لكن في الواقع بعض من المركبات المعدنية العضوية تتطاير في درجات حرارة التقطير في المصفى وتظهر في نواتج التقطير ذات درجات الغليان العالية. يمكن تخفيض المحتوى المعدني بواسطة مذيبات مع البروبان او مذيبات مماثلة كمركبات معدنية عضوية ليترسب كــ (اسفلت والراتنجات).

تركيب النفط

يتكون النفط الخام واجزاء النفط الخام ذات درجات الغليان العالية من العديد من سلاسل المتشاكلة القليلة نسبياً من الهيدروكاربونات.

تركيب الخليط الكلي لايختلف كثيراً من حيث التركيب الاولي, لكن الاختلاف البسيط في التركيب يمكن ان يؤثر جداً على الخصائص الفيزيائية. والمعالجة المطلوبة لانتاج منتجات قابلة للبيع. البترول هو في الاساس خليط من الهيدروكاربونات وحتى المركبات غير الهيدروكاربونية هي عموماً مكونات هيدروكاربونية معقدة ذات جزيئات معقدة ولكن تحتوي على كميات صغيرة من اوكسجين, كبريت, نيتروجين, فناديوم, نيكل. وتصنف الهيدروكاربونات الموجودة في النفط الخام الى ثلاث اجزاء رئيسية: النفثينات, البرافينات, المركبات الاروماتية بالاضافة الى النوع الرابع الاوليفينات وهذا يتشكل خلال عملية المعالجة بازالة الهيدروجين من البارافينات والنفثينات.

البارافينات:

تتميز السلسلة الهيدروكاربونية البارافينية من خلال القاعدة بان ذرات الكاربون ترتبط بآصرة احادية مع آواصر اخرى تتشبع بذرات الهيدروجين, الصيغة العامة للبارافينات هي CnH2n+2. ابسط سلسلة بارافينية هي الميثان CH4 وتليها سلسلة مماثلة من الايثان والبروبان C2H6 والبيوتان العادي وايزو بيوتان, البنتان العادي وايزو ونيوبنتان ...الخ .
عندما يكون عدد ذرات الكاربون في الجزيئة اكبر من ثلاثة قد توجد عدة مركبات هيدروكاربونية تحتوي على نفس العدد من الكاربون ولكن تختلف بتشكيله. هذا لان الكاربون قادرة ليس فقط لتشكيل سلسلة ولكن ايضا لتشكيل سلاسل متفرعة احادية او مزدوجة التي تؤدي الى ايزومرات ذات خصائص مختلفة الى حد كبير.على سبيل المثال العدد الاوكتاني للمحركات ذات اوكتان عادي 17 ولآيزو اوكتان هو (2, 2, 4 ثلاثي مثيل بنتين) هو 100. يمكن زيادة عدد الازمرة في المتوالية الهندسية كزيادة عدد ذرات الكاربون.
هناك صيغتين للازمرة البارافينية للبيوتان وثلاثة للبنتان و17 للاوكتان ومع الوقت تزداد ذرات الكاربون الى 18. هناك 60533 صيغة ايزومرية للسيتان, يحتوي النفط الخام على جزيئات لااكثر من 70 ذرة كاربون، والعدد الممكن من الهيدروكاربونات البارافينية هي عالية جدا.

الاوليفينات:

لاتوجد الاوليفينات بشكل مستقل في النفط الخام ولكن تتشكل خلال عملية المعالجة. وهي مشابهة جداً لبنية البارافينات لكن تتكون على الاقل من ذرتين كاربون تربط بينهما اصرة مزدوجة. الصيغة العامة هي CnH2n.
الاوليفينات بصورة عامة غير مرغوب بها في النواتج النهائية بسبب الاصرة المزدوجة التي تتفاعل مع المركبات وهي تتأكسد بسهولة وتتبلمر لتكوين الصمغ والورنيش.
في البنزين , بعض من الاوليفينات مرغوبة لان لها اعداد اوكاتنية مختبرية عالية مقارنة مع البارافينات التي لها نفس عدد ذرات الكاربون. الاوليفينات التي تحتوي على خمسة ذرات كاربون لها معدلات تفاعل عالية مع المركبات في الغلاف الجوي والتي تسبب تكوين ملوثات, وحتى لها اعداد اوكاتنية مختبرية عالية. وهي تعتبر عموماً غير مرغوب به. بعض الاوليفينات (التي تحتوي على اصرة مزدوجة) هي ايضاً تتكون خلال عملية المعالجة. ولكنها تتفاعل بسرعة كبيرة مع اوليفينات اخرى لتشكيل بوليمرات ذات اوزان جزيئية عالية تتضمن العديد من الجزيئات الغير المشبعة التي ترتبط مع بعضها. اوليفينات الثنائية غير مرغوب بها في المنتجات لانها تتفاعل بسرعة بحيث تتبلمر وتكوين مصفاة ومعدات توصيل المركبات.

النفثينات :

الهيدروكاربونات البارافينيه الحلقية التي فيها كل من الاواصر المتوفرة من ذرات الكاربون والتي تتشبع بهيدروجين هي تسمى بالنفثينات. هناك عدة انواع من النفثينات التي توجد في النفط الخام, باستثناء المركبات ذات درجات غليان الواطئة مثل البنتان الحلقي والهكسان الحلقي هي عموماً لايتعامل معها كمركبات مستقلة. يتم تصنيف النفثينات وفقاً لمدى الغليان وتحديد الخصائص بمساعدة عوامل الربط وهي عامل Kw و CI.
المركبات الاروماتية

الخواص الفيزيائية والكيميائية للسلسلة الهيدروكاربونية الاروماتية مختلفة جدا عن البرافينات والبرافينات الحلقية (النفثينات). الهيدروكاربونات الاروماتية تحتوي على حلقة بنزين وهي غير مشبعة لكنها مستقرة وكثيرا مايتصرف معها كمركب مشبع. بعض المركبات الاروماتية النموذجية تظهر في الشكل التالي:

الهيدروكاربونات الحلقية سواءاً, كانت النفثينات او المركبات الاروماتية , يمكن ان يضاف سلاسل جانبية من البرافينات في مكان بعض من الهيدروجينات التي تغادر الكاربون من المركب الحلقي لتشكيل هياكل مختلطة. هذه الانواع المختلطة لها العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمركبات الاصلية التي تكونت منها لكن عموما تصنف وفقا للمركب الحلقي الاصلي.