وحدة التقطير الجوي والفراغي (CDU/VDU): أول خطوة في المصفاة
الخلاصة في نقاط
- وحدة التقطير هي أول وحدة في كل مصفاة تقريبًا، وكل البرميل يمر منها قبل أي وحدة أخرى.
- الفصل يتم حسب درجة الغليان فقط: الخفيف يصعد إلى أعلى البرج، والثقيل يبقى في الأسفل.
- لا نسخّن الخام في البرج الجوي فوق نحو 370 °C تقريبًا، لأنه يبدأ بالتكسر الحراري.
- المخلفات الجوية تذهب إلى برج تحت ضغط منخفض (Vacuum) فتغلي عند حرارة أقل، ونستخرج منها الـ Vacuum Gas Oil.
- أهم المخاطر: تسرب زيت ساخن فوق درجة الاشتعال الذاتي، وتآكل خط القمة بحمض HCl، وغاز H2S.
محتوى تعليمي فقط: الإجراءات والأرقام التشغيلية تختلف من شركة إلى أخرى ومن موقع إلى آخر. اتبع دائمًا إجراءات شركتك المعتمدة وتعليمات المشرف وتصاريح العمل في موقعك.
لماذا نقطّر النفط أولًا؟
النفط الخام ليس مادة واحدة. هو خليط من آلاف الهيدروكربونات، من الميثان الخفيف جدًا إلى جزيئات ثقيلة تشبه الإسفلت. كل مجموعة منها تغلي عند حرارة مختلفة. فكرة التقطير بسيطة: نسخّن الخليط حتى يتبخر جزء كبير منه، ثم نترك البخار يصعد في برج طويل يبرد كلما ارتفع. كل مكوّن يتكثف عند الطبقة التي تناسب درجة غليانه، فنسحبه من هناك.
لهذا تسمى هذه الوحدة Crude Distillation Unit أو CDU، وفي بعض المصافي Atmospheric Distillation Unit. هي "الباب" الذي يدخل منه كل الخام، وكل وحدات المصفاة الأخرى تأخذ تغذيتها منها.
نقيس خفة النفط بمقياس الـ API. الخام الذي كثافته النسبية 0.80 يعطي:
API = 141.5 ÷ SG − 131.5
API = 141.5 ÷ 0.80 − 131.5 = 45.4
هذا خام خفيف، قريب من الخامات الصحراوية مثل Saharan Blend. الخام الخفيف يعطي نسبة أكبر من النافثا والكيروسين والديزل، ونسبة أقل من المخلفات الثقيلة.
لو عالجت المصفاة 50,000 bbl/d وكان مردود الديزل 25%، فإنها تنتج من البرج مباشرة 12,500 bbl/d من الديزل قبل أي معالجة إضافية.
المرحلة الأولى: نزع الأملاح (Desalter)
يحمل الخام معه ماءً مالحًا ورملًا ناعمًا من الحقل. إذا دخلت الأملاح إلى الفرن والبرج، تتحلل كلوريدات المغنيسيوم والكالسيوم وتعطي حمض HCl في قمة البرج، فيأكل الأنابيب. لذلك نخلط الخام بقليل من ماء الغسيل، ونسخنه قليلًا، ثم ندخله وعاءً كبيرًا فيه حقل كهربائي. الحقل يجمع قطرات الماء الصغيرة فتصبح ثقيلة وتنزل إلى الأسفل حاملة الأملاح معها.
المرحلة الثانية: التسخين المسبق والفرن
بعد الـ Desalter يمر الخام في سلسلة طويلة من المبادلات الحرارية (Preheat Train). هنا يأخذ الخام الحرارة من المنتجات الساخنة الخارجة من البرج، فنوفّر كثيرًا من الوقود. بعدها يدخل الفرن (Fired Heater) فيخرج منه عادة عند نحو 340 إلى 370 °C، وجزء كبير منه متبخر.
لا نرفع الحرارة أكثر من ذلك كثيرًا، لأن الجزيئات الثقيلة تبدأ بالتكسر الحراري (Thermal Cracking) قرب 400 °C، فيتكون فحم (Coke) داخل أنابيب الفرن، ويختل الفصل.
المرحلة الثالثة: برج التقطير الجوي
يدخل الخليط الساخن إلى منطقة التغذية (Flash Zone) في الجزء السفلي من البرج. البخار يصعد عبر صواني (Trays)، والسائل ينزل. على كل صينية يلتقي البخار الصاعد بالسائل النازل فيتبادلان الحرارة والمكونات. هكذا يصبح أعلى البرج باردًا وغنيًا بالمكونات الخفيفة، وأسفله ساخنًا وغنيًا بالثقيلة.
نسحب المنتجات من مستويات مختلفة. القيم أدناه تقريبية وتختلف بين المصافي:
- من القمة: غاز وLPG ونافثا خفيفة. يتكثف البخار في مكثف القمة، ويُجمع في وعاء القمة (Overhead Drum).
- النافثا الثقيلة (نحو 90 إلى 180 °C): تذهب إلى وحدة الـ Reformer بعد معالجتها.
- الكيروسين ووقود الطائرات (نحو 150 إلى 250 °C).
- الديزل أو الـ Gas Oil (نحو 250 إلى 350 °C).
- المخلفات الجوية (Atmospheric Residue): كل ما يغلي فوق نحو 350 °C ويخرج من قاع البرج.
كل منتج جانبي يمر في برج صغير يسمى Side Stripper. نحقن فيه بخار ماء يطرد المكونات الخفيفة الزائدة، فيصبح المنتج مطابقًا لمواصفة نقطة الوميض (Flash Point).
المرحلة الرابعة: التقطير الفراغي (VDU)
المخلفات الجوية ما زالت تحتوي على زيوت قيّمة، لكنها لا تتبخر إلا عند حرارة تسبب التكسر. الحل هو خفض الضغط: الماء يغلي على قمم الجبال عند حرارة أقل، والزيت كذلك. لذلك نسخّن المخلفات في فرن ثانٍ، ثم ندخلها برجًا واسعًا جدًا يعمل تحت ضغط مطلق منخفض، تصنعه قاذفات بخار (Steam Ejectors).
من البرج الفراغي نسحب:
- الـ Light Vacuum Gas Oil والـ Heavy Vacuum Gas Oil: تغذية رئيسية لوحدة الـ FCC والـ Hydrocracker.
- المخلفات الفراغية (Vacuum Residue): تذهب إلى الإسفلت أو وحدة الـ Coker أو زيت الوقود.
ماذا يراقب المشغل؟
- حرارة مخرج الفرن: ارتفاعها يرفع خطر تكوّن الفحم، وانخفاضها يقلل المنتجات الخفيفة.
- حرارة القمة وضغط البرج: تحددان نقطة القطع (Cut Point) بين النافثا والكيروسين.
- مستوى القاع ومستويات الصواني: نقص المستوى قد يجعل المضخات تعمل جافة.
- ماء وعاء القمة: تحليل الكلوريد والحموضة فيه يدل مباشرة على أداء الـ Desalter وعلى خطر التآكل.
- الفراغ في الـ VDU: أي تسرب هواء إلى البرج يضعف الفراغ، وقد يكون خطيرًا مع الهيدروكربونات الساخنة.
المخاطر والسلامة
- الزيت الساخن: المنتجات الثقيلة تخرج أحيانًا فوق درجة الاشتعال الذاتي. أي تسرب من فلنجة أو صمام قد يشتعل بمجرد ملامسة الهواء، دون شرارة.
- تآكل خط القمة: حمض HCl والماء في القمة يسببان تآكلًا سريعًا. لهذا نحقن الأمونيا أو مثبطات التآكل ونراقب سماكة الأنابيب.
- الفرن: اصطدام اللهب بالأنابيب أو ضعف تدفق الخام داخلها قد يؤدي إلى ارتفاع حرارة المعدن وتمزق أنبوب.
- غاز H2S: الخامات الحامضة تطلق H2S في القمة وفي مياه الصرف الحامضة (Sour Water).
- فتح المعدات: رواسب كبريتيد الحديد (FeS) قد تشتعل ذاتيًا عند تعرضها للهواء أثناء الصيانة.
خلاصة للتقني
وحدة التقطير لا تغيّر الجزيئات، بل تفرزها فقط حسب درجة الغليان. جودة عملها تحدد جودة كل ما بعدها في المصفاة. في الدرس التالي نرى كيف تُكسَّر الجزيئات الثقيلة لتصبح بنزينًا وديزل في وحدات التحويل.
اختبر فهمك
دروس مرتبطة
- الضغط الهيدروستاتيكي والتدرج والـ ECD للمهندس: المعادلات وأمثلة محلولة
- الفاصل من الداخل: كيف يفصل الغاز والزيت والماء؟
- لماذا يختنق أنبوب الإنتاج بالشمع؟ البرافين كاملًا
المصادر
سؤال عن هذا المقال؟ اسأل المكتبة