Methods of Base Oil Extraction

مقدمة عن انواع وخواص النفوط الخام :-
- انواع النفط هي واحد من ثلاث انواع :-
* بارافينية ذات بنية جزيئية كما في الشكل
وتتميز بالتالي :-
• احتوائها على محتوى عالي من الشمع (1- 10 %) او حتى اكثر من ذلك
• تحتوي عادة على نسب من المركبات النفثينية والاروماتية .
• تعتبر احسن الانواع لاستخلاص زيوت الاساس المزلقة .

* نفثينية ذات بنية جزيئية :-
وتتميز النفوط النفثينية بالتالي :-
• محتوى الشمع فيها ضئيل جداً او معدوم .
• يحتوي على نسب من المركبات البارافينية والاروماتية .
• تستخدم لانتاج انواع من الزيوت لاستخدامات محددة مثل
المركبات الفعالة وتحسين اللون وثبوتية اللون وساهمت في تمديد فترة استخدام الزيت .
- التكسير الهيدروجيني (Hydro cracking) وهي تقنية استحدثت في الاصل لمعالجة النفط الثقيل واستخدمت لمعالجة زيوت الاساس منذ سنة 1969 وتتضمن استخدام الهيدروجين تحت ضغوط وحرارة عاليتين وبوجود عامل محفز ويعمل ذلك على تكسير جزئيات الهيدروكاربونات غير المشبعة (النفثينية والاروماتية ) واعادة تشكيلها وكذلك تعمل الطريقة على ازالة الكبريت والنايتروجين غير المرغوب فيهما .
- ازالة الشمع بالعامل الحفاز (Catalytic De waxing) .
- ازمرة الشمع بالهدرجة (Wax Hydroisomerization)
* بدأ العمل بهاتين الطريقيتين في اوربا في سبعينيات القرن العشرين لتصنيع زيوت ذات دليل لزوجة (VI) عالي جداً . وانتقلت الطريقتين الى امريكا في التسعينيات .
* الهدف هو معالجة الشمع المتواجد في النفوط البارافينية وذلك لخفض درجة انسكاب الزيت وللحصول كذلك على VI عالي جداً وهو امر مرغوب فيه . في احد هاتين الطريقتين او بالجمع بينهما يمكن تحقيق هذه الاهداف . الشيء الآخر المهم هو اننا نقوم بتحويل الشمع الى زيت بدل فصله كما في طريقة الاستخلاص بالمذيب اي ان غلة معمل الزيوت ستكون اكبر.
الاستخلاص بالمذيب Solvent Extraction :-
- لما كانت هذه الطريقة لازالت تمثل اكثر الطرق استخداماً وانها مصدر اكثر من 60% من الزيوت في امريكا ذاتها فسيتم تفصيل مراحلها في ادناه .وتجدر الاشارة الى ان بناء مصافي زيوت اساس جديدة تعمل بهذه الطريقة ليس وارداً منذ اكثر من عقد من الزمن .
*تتضمن الطريقة عدة خطوات وكالتالي :-
1- التقطير الفراغي للراسب الجوي .
- تتراوح درجة غليان زيوت الاساس بين 370-540 °م . لذا فأن تقطيرها تحت ضغط جوي اعتيادي برفع حرارة زيت التغذية الى هذا المدى سيصيب مكونات النفط بالتكسر (Cracking)
- لذا يتم اللجوء الى تقطيرها تحت ضغط منخفض (10-5 سم من الزئبق) حيث تكون درجة غليان هذه الزيوت ضمن 160- 325 °م
- يكثف زيت الغاز الفراغي (VGO) في اعلى برج النزع ثم تكثف ثلاث مقطرات من زيوت الاساس (الخفيفـة والمتوسطـــة والعاليـــــــة اللزوجــــــة) Neutral Base Oils .
- الراسب في قعر برج النزع يدعى بالراسب الفراغي (Vacuum Residue) ويحوي كمية الزيوت الاساس عالية اللزوجة وكذلك الاسفلتيات والصمغيات لتتم معالجته في مرحلة جانبية اخرى .


2- ازالة الاسفلت بالمذيبات Solvent De asphalting
- هناك عدد من المذيبات لها خاصية اذابة زيت التزليق بينما لاتذيب الاسفلتيات والصمغيات.
- من هذه المذيبات البروبان ويعتبر ممتازاً لاذابة البارافينات بينما البيوتان وخاصة البنتان يذيبان بعض الصمغيات (غير المرغوب فيها ) ايضاً . نسبة المذيب : الراسب تتباين من 1:4 الى 1:12 .
- تستغل هذه الخاصية لمزج راسب البرج الفراغي بأحد المذيبات حيث يضخ الراسب في منتصف برج التعامل ويضخ المذيب قرب قعر البرج
- لكون المذيب اقل كثافة من الراسب يطفو الى اعلى منتزعاً الزيت (اي المواد البارافينية والنفثينية او الاروماتية ) تاركاً الاسفلتيات والصمغيات لترسب الى قعر البرج .
- ترفع درجة حرارة مزيج المذيب والزيت ويخفض الضغط لتبخير المذيب واعادة استخدامه ولاستخلاص الزيت الذي تمت ازالة الاسفلتيات والصمغيات منه .
- ازالة هذه المواد مهمة جداً لانها تسبب تكوين دقائق فحم الكوك او الرواسب الوحلية عند استخدام الزيت .
- يكون زيت الاساس المستخلص اعلى كثافة ولزوجة من المقطرات المستخلصة من البرج الفراغي ويدعى (Bright Stock) .
3- الاستخلاص بالمذيبات Solvent Extraction
- يعتمد فصل مكونات النفط الخام في ابراج التقطير (الجوي والفراغي ) على مدى الغليان (Boiling Range) . لذا فأن المقطر المستخلص قد يحوي عدد من المكونات البارافينية والاروماتية والشمعية .
- لما كنا في عملية استخلاص الزيوت نرغب في زيت ذي اساس بارافيني بحت او بأكبر نسبة من البارافينات ، لذا نسعى لازالة الاروماتيات خاصة متعددة الحلقات PCAHوالتي تعتبر مكونات غير مرغوب فيها لانها تسبب انخفاض دليل اللزوجة (VI) وتسرع في تأكسد الزيت وفي ظهور دقائق الكاربون والرواسب الوحلية في الزيت .
- هناك عدد من المذيبات التي تذيب المواد الاروماتية بخلاف المواد البارافينية . لذا تستخدم هذه المذيبات لاستخلاص الاروماتيات من زيوت الاساس .
تشمل هذه المذيبات
• الفرفرال Furfural
• الفينول Phenol
• المذيب المعروف برمز (NMP) او N-methyl pirrolidone
لكن الفرفرال هو اكثرها استخداماً واقلها اثراً على البيئة .

- تتم ازالة الهواء المذاب في الزيت (لمنع تأكسد الفرفرال ) ثم يسخن الزيت ويدخل في برج التعامل (انظر الشكل ادناه ) قرب القعر ليصعد الى اعلى بينهما يدخل الفرفرال قرب القمة ليهبط الى الاسفل . ويكون البرج مجهزاً بخباطة قرصية دوارة (Rotating Disc Contractor ) لزيادة امتزاج المادتين .
- يستخلص الزيت الممزوج ببعض الفرفرال من اعلى البرج بينما يستعاد الفرفرال مع الاروماتيات المذابة من اسفل البرج .
- تتم معالجة كلا التيارين في اوعية منفصلة لاستعادة الفرفرال الذي يعاد استخدامه .
ازالة الشمع – Solvent Dewaxing :-
- كافة النفوط عدا تلك ذات الاساس النفثيني النقي تحوي بعض الشمع .
- الشمع يسبب رفع درجة الانسكاب ودرجة الضباب لذا تجب ازالته من الزيت .
- الطريقة التقليدية لازالة الشمع بالمذيب تستخدم واحداً من مذيبين :-
* البروبان الذي يستخدم في 20% من مصافي الزيوت فقط .
* الكيتون وهناك نوعان منه
 الكيتون المثيلي الاثيليMEK
 المثيلي الايزو بيوتيلي MIBK
 او قد يخلط مع التولوين
- يضاف المذيب الى الزيت ويبرد المزيج مع استمرارية اضافة المذيب الى درجة حرارة واطئة (تحت الصفر ) حيث ينفصل الشمع بشكل بلورات يتم ترشيحها .
- يسخن مزيج الزيت والمذيب لتحرير المذيب الذي يعاد استخدامه .
- يكون الشمع المفصول ممزوجاً بكمية من الزيت لذا تتم معالجته في
وحدة جانبية تدعى (وحدة ازالة الزيت من الشمع) Wax Deoiling Unit ليتم الحصول على شمع نقي وصلب (في درجة حرارة الغرفة ).
الإنهاء بالهدرجة :
- اضيفت هذه المعالجة الى الطريقة التقليدية التي فصلت في المراحل السابقة خلال فترة السبعينات كمرحلة بديلة لطريقة المعالجــــــة بالاطيـــــــــان (Clay Treatment) .
- الهدف من هذه المعالجة هو هدرجة اية هيدروكاربونات غير مشبعة في زيوت الاساس وفي ازالة المركبات الكيمائية الفعالية (نتروجينية وكبريتية ) . ينتج عن هذه العملية ايضاً تحسين لون المنتوج وثبوتية اللون ومقاومة التأكسد .
- المعالجة تتضمن تعريض المنتوج الى الهيدروجين وتعتمد شدة المعالجة اي الحرارة والضغط على درجة التحسين المطلوبة .
التطورات الحديثـــــــــــــــــــــــة :-
يقوم مصنعو المعدات الأصليين أو(Original Equipment Manufacturer (OEM) بتحسين معداتهم باستمرار هادفين الى إنتاج مكائن :-
* ذات اداء اعلى .
* اكثر اقتصادية في استهلاك الوقود .
* اكثر موائمة للبيئة .
- هذه المتطلبات تتطلب زيوتاً ذات مواصفات اشد صرامة من المواصفات التي كانت سائدة حتى عام 1990 تقريباً والتي كانت تنتج بالطريقة التقليدية اي ما يدعى (لاستخلاص بالمذيبات ) .
- هذا التطور اجبر كل من معهد البترول الامريكي API)) واتحاد مصنعي السيارات الاوروبي(ACEA) على اصدار مواصفات وتصنيف جديد للزيوت.
- تصنيف (API) لانواع الزيوت الذي صدر عام 1993 ومواصفات هذه الانواع .:-
وتمثل مجموعة (I) الزيوت المستخلصة بالطريقة التقليدية ويلاحظ انها رغم كل المعالجات لازالت تحوي بعض الاروماتيات ذات الحلقة والحلقتين وبعض المركبات المستقطبة والنفثينيات والايزوبارافينات. وتمثل البارفينات المشبعة اقل من 90% من محتوى الزيت .
- اما المجموعة(II) فتمثل البارافينات المشبعة اكثر من 90% من محتواها لكنها لازالت تحوي بعض النفثينات والايزوبارافينات لكن محتوى الكبريت يجب ان لايتجاوز 300 جزء بالمليون .
- للحصول على هذه المواصفات لابد من وجود مرحلة معالجة بالعامـــــل الحفــــاز Process ) (Catalytic في طريقة معالجة مهجنة مع الاستخلاص بالمذيب او ان يتم اللجــوء الى معالجـــــــــة محفزة بالكامـــــل (All Catalytic Processing) . الطريقة الاخيرة تعطينا زيوتاً افضل من متطلبات (API) للمجموعة (II) وبدليل لزوجة بين 110 و120 وتدعى المجموعة (II+) .
- اما المجموعة (III) فلابد من استخدام التكسير الهيدروجيني الشديد او ازمرة الشمع بالهدرجة لانتاجها وتتميز هذه المجموعة بكون الزيت خالياً من اي مواد عدا البارافينات العادية فقط .
- وتشمل المجموعة (IV) الزيوت التركيبية من نوع بولي الفاوليفين وذات دليل لزوجة بحدود 140 .
- ان هذا التحسن في المواصفات اضافة الى تحسن التركيب الكيمائي ودليل اللزوجة يعطينا قابلية تبخر اقل مما يساهم في حماية البيئة ايضاً .
- لذا فأن الخيارات المتاحة عند انشاء مصنع او مصفاة جديدة لاستخلاص زيوت الاساس متعددة ويمكن المزج بين بعض مراحل الاستخلاص بالمذيب وبين الطرق الحديثة أو اللجوء إلى الطرق الحديثة فقط .
- بينما تعرض جهة اخرى كافة الخطوات والمراحل وامكانية المزج بينها بناء على تصميم طريقة المعالجة النهائي .
- الشيء الواجب تذكره عند المقارنة بين طرق (الاستخلاصExtraction) والطرق الحديثة اي طــــــــــــرق (التحويل Conversion) ان طرق الاستخلاص تزيل قسم من المادة في كل مرحلة لذا فأن كمية الزيت تتناقص من وحدة الى اخرى وهذا فيه خسارة لابأس بها .
- اما طرق (التحويل ) باستخدام العوامل الحفازة والهيدروجين فهي تحول المواد غير المرغوب فيها الى مواد مقبولة . لذا فأن كمية الزيت لاتتناقص .
- هذا الفرق في كمية المنتوج النهائي يعوض جزئياً عن كلفة الطرق المستحدثة العالية الكلفة . لكن رغم ذلك فأن الكلفة النهائية للزيت المنتج بالطرق الحديثة تزيد على كلفة الزيت المنتج بالاستخلاص بنمو 50-100%.
- هذا الفرق يعوض
* بالحاجة الاقل لاستخدام المضافات .
* بأمكانية استخدام الزيت لمدة اطول .
(متاسفه للاطاله بس ماحبيت اقسم الموضوع الي اجزاء )

مشكورة المشرف onatee علي الشرح الوافي نتمني الفائدة للجميع وخاصة من يعملون في حقل النفط