عزل_النفط_عن_الغاز

من ابرز العمليات والمنتجات الاساسية المتقطرة في اغلب وحدات التقطير الجوي في اغلب مصافي النفط في العالم هي (النفثا الخفيف, النفثا الثقيل, الكيروسين, زيت الديزل, زيت الوقود).

هذه المنتجات لاتعتبر المنتجات النهائية التي ممكن استخدامها مباشرة كوقود لتشغيل مصادر الطاقة او السيارات والمعدات وغيرها. فهي تحتاج الى عمليات اصلاح وتنقية ومعالجة , لانها لاتزال تحتوي على نسب ولو كانت قليلة فهي تعتبر مضرة جدا بالمعدات التي سيتم تشغيلها بهذا الوقود, حيث يجب ازالة المركبات الكبريتية والنيتروجينية والاحماض النفثينية والمركبات, وفصل الغازات والمركبات الخفيفة التي لاتتناسب مع نوع القطفة.

حيث سيتم شرح كل العمليات للمنتجات الاساسية اعلاه بالتفصيل, لكن قبل ذلك هناك مواصفات يجب الالتزام بها لمنتجات النفط الخام من وحدة التقطير الجوي, حيث على اساسها يتم التغيير بالظروف التشغيلية للوحدة. وكذلك النفط الخام, يجب معرفة مواصفاته وخواصه , قبل دخوله لوحدة التقطير الجوي, ويجب ان تكون مطابقة للمواصفات التصميمية لوحدة التقطير الجوي.

وقبل الدخول في موضوع المواصفات يجب معرفة مهام المختبر في مصافي النفط وهي:

1- الفحوصات القياسية للنفط الخام ومشتقاته.

2- التقييم الشامل للنفوط الخام

3- إجراء الفحوصات القياسية للزيوت والمحروقات بأنواعها

4- تقييم وإجراء الفحوصات المختبرية الخاصة ببعض المواد المستخدمة في العمليات الإنتاجية مثل كاسر الاستحلاب ومانع التآكل ومحسن الجريان ومانع الرغوة و غيرها

5-  أجراء الفحوصات المختبرية للترسبات النفطية و القيرية.

واهم هذه المواصفات وطرق اجراء فحصها في المختبر:

#الكثافة_والوزن_النوعي:

الكثافة: هي كمية المادة الموجودة في حجم معين, ولتعيين كثافة مادة يجب تقسيم كتلة جسمها على حجمها.

الوزن النوعي Specific Gravity: هي نسبة كثافة المادة الى كثافة الماء المقطر عند نفس الظروف القياسية , ودرجة الحرارة المستعملة تساوي 15.5 مئوية وتعادل 60 فهرنهايت, وعند هذه الدرجة تساوي كثافة الماء المقطر 1gm/cm^3  .

ويستعمل في الصناعات النفطية مقياس يعطي قيم عكسية للوزن النوعي حيث القيم المرتفعة منه تقابل الأوزان النوعية المنخفضة وبالعكس ويسمى هذا المقياس )بمقياس الكثافة القياسية( حيث وضع من قبل معهد البترول الأمريكي ويطلق عليه ) API0 ( أي درجة معهد البترول الأمريكي.

وتبعا لذلك تتمتع القطفات ذات الأوزان النوعية الواطئة بكثافة قياسية عالية والعكس بالعكس ويعتبر مقياس الوزن النوعي أو )الكثافة القياسية( أحدى المواصفات الأساسية للبترول الخام والمشتقات البترولية ويعتمد على احتواء الوقود على القطفات المنخفضة الغليان والتي تتمتع بوزن نوعي مرتفع وكذلك على نوع الهيدروكربونات السائدة في تركيبه. ومن المعروف إن الوزن النوعي للبرافينات أقل من الوزن النوعي للعطريات التي لها نفس عدد ذرات الكاربون والوزن النوعي للنفثينات اقل مما للهيدروكاربونات المضطربة. فمن المعروف إن كثافة هيدروكربونات مجموعة الميثان اقل من كثافة النفثينات وهي اقل من الهيدروكربونات الاروماتية, ومن هذا نستنتج انه من خلال الكثافة يمكن اخذ فكرة عن التركيب الكيمياوي للنفط,وتتميز النفوط بدلالة الكثافة إلى نفوط خفيفة ومتوسطة وثقيلة ويزداد الوزن النوعي بازدياد الوزن الجزيئي.

طرق تعيين الكثافة والوزن النوعي:-

1- طريقة قنينة الكثافة  Pycnometer Method

2- طريقة المكثاف Hydrometer Method

الطريقة القياسية #لتقطير_المنتجات_النفطية تحت الضغط الجوي حسب مواصفات -  ASTM D86

يحدد التقطير القياسي التركيب التفاضلي للمنتج البترولي وتدون النتائج عادة في منخفض الغليان. ويتم تعيين درجة بداية الغليانinitial  boiling point IBP  ودرجة نهاية الغليان FBP final boiling point ونسب مؤوية من المنتوج percent recovered مثل درجة غليان 10% او درجة غليان20% إلى أخره . ويعتمد في تقطير النفط الخام مختبريا التقطير الجزيئي للنفط الخام بطريقة الوجبة  laboratory batch distillation unit.

الهدف من هذا الفحص هو لتحديد درجات الغليان الابتدائية والنهائية للمشتقات البترولية, ومعرفة هوية المادة عن طريق معرفة درجة غليانها, ورسم منحنيات التقطير من النسب المؤية الحجمية ومايقابلها من درجات الغليان الحقيقية. والسيطرة على العملية الانتاجية.

الطريقة القياسية #لقياس_اللزوجة_الكينماتيكية للسوائل الشفافة وغير شفافة #وحساب_اللزوجة_الديناميكية - ASTM D445

تعتبر اللزوجة من أهم المواصفات بالنسبة للسوائل,وان لزوجة المشتقات النفطية من الخصائص الفيزيائية المهمة بالنسبة للعديد من المشتقات البترولية وخاصة بالنسبة للزيوت وزيوت التشحيم , كما إن لزوجة النفط الخام ومشتقاته تعتبر مهمة من الناحية الفنية وتلعب دورا بارزا في حساب الجريان في الأنابيب الناقلة للنفط الخام وفي تصميم الأفران والمبادلات الحرارية في المصافي, وتعرف بواسطتها الزيوت والدهون.كما أنها مهمة في عملية إنتاج النفط حيث تحدد جريان السوائل المكمنية من خلال المسامات الموجودة بالصخور الحاوية للنفط. تعتمد اللزوجة بصورة رئيسية على نوع المكونات الهيدروكربونية ودرجة الحرارة.فلزوجة البرافينات تعتبر تقريبا كدليل لكثافتها ,أما لزوجة الهيدروكاربونات العطرية ذات الوزن الجزيئي الواطئ كما في الكيروسين فهي حوالي عشر مرات أقل من لزوجة البرافينات بينما الهيدروكاربونات العطرية ذات الوزن الجزيئي العالي مثل زيوت التزييت فتعتبر أكثر لزوجة لذلك فان إزالة الهيدروكاربونات العطرية من مقاطع زيت التزييت سوف تخفض اللزوجة بينما أزالتها من الكيروسين يسبب ارتفاع اللزوجة .واللزوجة: هي المقاومة التي تبديها طبقات السائل لغيرها أثناء مرورها عبر أنبوب شعري عند درجة حرارة وضغط معينين. 

ويسمى جهاز قياس اللزوجة Viscometer وجميع مقاييس اللزوجة تعتمد على قياس وقت جريان حجم معين من السائل في درجة حرارة معينة, كما وان هذه الأنابيب الشعرية  Viscometers  لها حجوم مختلفة وان كل حجم يكون ملائما للزوجة نفط معين دون الأخر ,أي أن النماذج ذات اللزوجة العالية ممكن قياسها بأنابيب شعرية واسعة والنماذج ذات اللزوجة الواطئة ممكن قياسها بأنابيب شعرية ضيقه.

والهدف من هذا الفحص هو لقياس اللزوجة الكينماتيكية والديناميكية للنفط الخام ومشتقاته, كذلك لقياس الوزن الجزيئي للنفط الخام ومشتقاته .

طريقة الاختبار القياسية #لتعيين_درجة_الوميض - ASTM D93- D92

نقطة الوميض Flash Point: هي اقل درجة حرارية يسخن اليها الوقود لتكوين خليط من بخاره مع الهواء قابل للاشتعال للحظة فقط او خليط يعطي وميضا عند تقريب لهب معين منه وتتميز نقطة الوميض بان اللهب ينطفئ في الحال.

هناك فرق بين درجة الوميض ودرجة الاشتعال, حيثان درجة الاشتعال هي اقل درجة حرارية يسخن اليها الوقود لاعطاء خليط من بخاره مع الهواء يكفي للاشتعال واستمراريته بوجود لهب وتكون نقطة الاشتعال عادة اعلى بقليل من نقطة الوميض. ولكي يتم وميض الابخرة القابلة للاشتعال يجب ان تكون نقطة الاشتعال عادة اعلى بقليل من نقطة الوميض. ولكي يتم وميض الابخرة القابلة للاشتعال يجب ان تقع نسبة تركيزها في حدود معينة لذا سيكون هناك حد ادنى وحد اعلى لتركيز الابخرة, 

ويعرف الحد الادنى بانه اقل قيمة لتركيز الابخرة في الهواء ويلاحظ عنده الوميض عند تقريب اللهب. اما الحد الاعلى فهو تلك القيمة لتركيز الابخرة التي لايحدث الوميض بعدها لعدم كفاية الاوكسجين, ويعتبر الحد الادنى لتركيز الابخرة النفطية هو المهم والذي يؤخذ بنظر الاعتبار عند تعيين الوميض. ولا يعتمد مقياس نقطة الوميض للمنتجات الخفيفة المتطايرة مثل النفثا والبنزينن ووقود الطائرات لوقوعها عند درجات الحرارة الواطئة وبدلا من ذلك يؤخذ مقياس الضغط البخاري بطريقة ريد RVPكما يجب ان يكون الضغط البخاري للابخرة النفطية 42-40 mm hg لكينضمن حدوث الوميض.

الغرض من حساب نقطة الوميض هو لتحديد الظروف السليمة للخزن والنقل ولتلافي ارتفاع درجات الحرارة, وتحديد محتوى المركبات المتططايرة (الخفيفة) في الوقود, ومعرفة خفة وثقل المنتوجات النفطية.

الطريقة القياسية #لإيجاد_الرماد من المنتجات البترولية - ASTM D482

يمثل محتوى الرماد النسبة المئوية الوزنية للمتخلفات اللاعضوية بعد الاحتراق الكلي للوقود ويتم الاحتراق في وعاء يكون سعته  على الأقل 90 ml وعلى الأكثر 120 ml مصنوعة من الخزف أو البلاتين أو السليكا. وتغطي هذه الطريقة حساب الرماد في المدى0.001-0.180 كتلة %،مِ ن النَفط الخام ,زيت التزييت,؛وزيوت الموادّ المقطّرة؛وزيوت الوقود؛ وشمع المنتجات النفطية الأخرى التي فيها أيّ مواد تشكل نسبة مئوية للرماد التي تكون عادة شوائبَ أَو ملوثَات غير مرغوبَ فيها إن طريقة الاختبار تُحدّدُ إلى المنتجات النفطية التي تكون خالية من إضافاتِ التشكيل الرماديةِ الإضافيةِ بضمن ذلك بَعض مركّباتِ الفسفورِ .

الغرض من هذا الفحص هو لحساب محتوى الرماد للنفط الخام والمنتوجات النفطية الخالية من الاضافات.

الطريقة القياسية #لقياس_ضغط_البخار للمنتجات البترولية طريقة ريد - ASTM D323

الضغط البخاري هو عبارة عن الضغط الذي تولده أبخرة المادة المتطايرة في وعاء مغلق وفي درجة حرارة 37 مئوية أو هو الضغط الذي يتعادل فيه السائل مع بخاره عند درجة حرارة معينة. ويتأثر ضغط بخار الوقود بكمية الغازات الهيدروكاربونية أو المركبات الخفيفة فيه وحسب نظرية الحركة للجزيئات يوجد هروب مستمر للجزيئات من سطح السائل الى الغطاء الحر الموجود فوقه وفي نفس الوقت ترجع جزيئات الغاز أو البخار الى سطح السائل بسرعة ويعتمد على تركيز البخار , وفي النهاية تصبح حالة التوازن بين السائل وبخاره عندما تصبح سرعة هروب الجزيئات وتكثيف البخار متساويين ويقال في هذه الحالة ان البخار مشبع ويعرف الضغط الذي يبذله البخار الموجود في حالة اتزان مع السائل بالضغط البخاري ويعتمد الاتزان بين السائل وبخاره على درجة الحرارة حيث يوجد لكل درجة حرارة ضغط معين وبالعكس أي يوجد لكل ضغط درجة حرارة معينه عندها البخار والسائل في حالة اتزان (توازن).

ان ضبط قيمة الضغط البخاري للبنزين عملية مهمة لتجنب ظاهرة الاختناق البخاري في محرك السيارة والتي تعتبر مؤشر على وجود مواد خفيفة متطايرة بنسبة عالية أكثر من المسموح به,ولهذا تضاف مادة البيوتان الى الكازولين بنسب معينة لغرض تحسين الضغط البخاري بما يتلائم مع درجة حرارة المحيط.

الغرض من هذا الفحص هو معرفة الخسائر المتوقعة عند نقل او خزن المادة, ولسلامة النقل والخزن ولتحديد نوعية الخزانات المناسبة لخزن المنتوج, ولضبط العملية التشغيلية في وحدات التكرير وفي ابراج التثبيت لضمان الحصول على المواصفات القياسية للمنتوج.

الطريقة القياسية #لقياس_عامل_التآكل إلى النحاس للمنتجات النفطية باختبار تآكل شريط النحاس - ASTM D130

يحتوي النفط الخام على مركبات الكبريت ويتم إزالة معظمها أثناء التكرير ومع ذلك فان بعض هذه المركبات تبقى في المنتجات البترولية ويمكن ان يكون لها التأثير على عمل المعدات الداخلة بالعملية والمصنوعة من المعادن المختلفة , وهذا التأثير لمحتوى الكبريت يمكن ان يختلف وفقا لتأثير التفاعلات الكيميائية من الكبريت.وقد صمم هذا الاختبار لتقييم درجة التآكل النسبي في المنتجات النفطية. بما في ذلك وقود الطيران وبنزين السيارات,البنزين الاعتيادي, والمذيبات, والكيروسين ووقود الديزل وزيت الوقود لنواتج التقطير وزيوت التشحيم, وغيرها من المنتجات التي لها ضغط بخار 124 كيلوباسكال في درجة حرارة 37.8 مئوية.

ويعرف التآكل بأنه التلف الذي يصيب المعدن بسبب التفاعل مع بيئته.ويحدث التآكل بسبب H2S في ثلاث طرق :

أ‌- بوجود الماء حيث يشكل H2S ) ( محلولا حامضيا يسبب التنقر أو فقدان مستمر للمعدن

ب‌- التنقير والتنقط الناتجين عن انتشار الهيدروجين إلى داخل المعدن.

ج‌- التصدع بالإجهاد التاكلي Stress Corrosion Cracking .

ان تعريف وتنبؤ النوع الأول من التآكل صعب جدا ,فبدون CO2) ( أو بوجود الأوكسجين فأن H2S ) ( سوف لا يكون بالضرورة عاملا مسببا للتآكل حيث يتفاعلH2S ) ( مع الفولاذ ويسبب جرفا متواصلا للمعدن ويقوم أيضا بجرف الطبقة الرقيقة الواقية ل H2S ) (مؤديا الى التعجيل بالتآكل بشكل ملحوظ. أما النوع الثاني فيحدث انتشار الهيدروجين عندما ينتشر الهيدروجين الذري H من السطح المتفاعل للفولاذ إلى داخل التركيب البلوري وفي الفراغات والصفائح الثانوية, يتغير الهيدروجين الذري إلى هيدروجين جزيئي غير منتشر مكونا بذلك ضغوطا موضعية عالية تؤدي الى التنقير والتنقيط. ويسمى صدع الإجهاد التاكلي أحيانا بصدع السلفيد والذي ينتج أيضا عن صيرورة الفولاذ بانتشار الهيدروجين الذري الى داخل التركيب البلوري.

الغرض من هذه التجربة هو معرفة تأثير المنتجات النفطية التاكلي على النحاس او سبائكه وتستعمل الطريقة لمعرفة كمية الكبريت الحي او غير متفاعل في المنتوج النفطي.

طريقة الاختبار القياسية #لتعيين_نقطة_الدخان للنفط الأبيض ووقود الطائرات - ASTM D1322

نقطة الدخان  Smoke Point -هي أقصى ارتفاع للهب الناتج عن احتراق المنتوج المراد اختباره في فتيلة المصباح بالملي متر بدون دخان ) Smoke (,وإذا حاولنا زيادة طول اللهب بعد هذه النقطة يدخن الوقود ويستخدم لهذه التجربة مصباح قياسي . أو هي أعلى ارتفاع للهب بالمليمتر التي يحترق فيها النفط الأبيض أو وقود الطائرات بدون دخان في جهاز معين وتحت ظروف محددة. وتستعمل نقطة الدخان في مقارنة التركيب الهيدروكربوني للمقطرات النفطية فالمقطر الذي يعطي نقطة دخان أعلى (دخان اقل) لابد وان يحتوي على البرافينات بنسب عالية وعطريات بنسب واطئة من قرينه والعكس صحيح . ونقطة الدخان خاصية أساسية لمقارنة مقطر الكيروسين المستعمل في الإضاءة والتسخين والحرق كذلك يحتاج أيضا الى نقطة الدخان العالية كل من الكيروسين ووقود الطائرات النفاثة ووقود الديزل .

 إن المحافظة على درجة الإضاءة الابتدائية في المصباح تعتمد على ثباتية جريان الكيروسين إلى الفتيلة إضافة إلى حالة الفتيلة.