وحدات التحويل في المصفاة: FCC والـ Hydrocracker والـ Reformer
الخلاصة في نقاط
- التقطير وحده لا يكفي: السوق يطلب بنزينًا وديزل أكثر مما يعطيه الخام مباشرة، فنكسّر الجزيئات الثقيلة.
- الـ FCC يكسّر الـ Vacuum Gas Oil بحفاز ساخن في ثوانٍ، ويعطي بنزينًا عالي الأوكتان وغاز LPG.
- الـ Hydrocracker يكسّر بالهيدروجين تحت ضغط عالٍ جدًا، ويعطي ديزل ووقود طائرات نظيفين وقليلي الكبريت.
- الـ Reformer لا يكسّر بل يعيد ترتيب جزيئات النافثا، فيرفع الأوكتان وينتج الهيدروجين الذي تحتاجه المصفاة.
- لكل وحدة خطر خاص: انعكاس تدفق الحفاز في الـ FCC، وارتفاع الحرارة الجامح والهيدروجين في الـ Hydrocracker.
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 نحتاج وحدات التحويل؟
في الدرس السابق رأينا أن وحدة التقطير تفرز الخام حسب درجة الغليان فقط. المشكلة أن ما يعطيه الخام مباشرة لا يطابق ما يطلبه السوق. البرميل يحتوي على نسبة كبيرة من الزيوت الثقيلة والمخلفات، بينما الطلب الأكبر على البنزين والديزل ووقود الطائرات. كما أن النافثا الخارجة مباشرة من البرج رقم الأوكتان فيها منخفض، فلا تصلح وقودًا للسيارات الحديثة.
الحل هو تغيير الجزيئات نفسها. هذا ما تفعله وحدات التحويل (Conversion Units). نكسّر الجزيئات الطويلة إلى أقصر، أو نعيد ترتيب الجزيئات لتحسين جودتها. بهذه الوحدات تستطيع مصفاة حديثة أن تحول معظم البرميل إلى منتجات خفيفة عالية القيمة.
التكسير الحفزي المائع (FCC)
الـ Fluid Catalytic Cracking هو قلب كثير من المصافي المنتجة للبنزين. تغذيته الرئيسية هي الـ Vacuum Gas Oil القادم من البرج الفراغي.
الحفاز مسحوق ناعم جدًا من الـ Zeolite، يتصرف كالسائل حين يُنفخ فيه الغاز، ومن هنا جاءت كلمة Fluid. تسير العملية في دورة مستمرة:
- الـ Riser: تُرش التغذية في أنبوب صاعد طويل، فتلتقي بالحفاز الساخن جدًا. تتبخر التغذية وتتكسر خلال ثوانٍ قليلة عند نحو 500 إلى 540 °C.
- الفصل: في أعلى الـ Riser تُفصل أبخرة الهيدروكربونات عن الحفاز بواسطة Cyclones. الأبخرة تذهب إلى برج الفصل الرئيسي (Main Fractionator).
- الـ Stripper: يُحقن بخار الماء على الحفاز المستعمل لإزالة الهيدروكربونات العالقة به.
- الـ Regenerator: الحفاز مغطى الآن بطبقة من الفحم (Coke) تعطّله. يدخل وعاءً كبيرًا يُنفخ فيه الهواء، فيحترق الفحم عند نحو 700 °C.
- العودة: يرجع الحفاز النظيف والساخن إلى الـ Riser. حرارته هي التي تبخّر التغذية وتكسّرها، فالوحدة تكاد تكون متوازنة حراريًا بنفسها.
منتجات الـ FCC: غاز جاف، وLPG غني بالبروبيلين والبيوتيلين، وبنزين عالي الأوكتان، وزيت خفيف يسمى Light Cycle Oil، وزيت ثقيل في القاع يسمى Slurry أو Decant Oil.
نعرّف نسبة التحويل (Conversion) بأنها نسبة التغذية التي تحولت إلى منتجات أخف من الـ Light Cycle Oil:
Conversion = (Feed − LCO − Slurry) ÷ Feed
وحدة تغذيتها 40,000 bbl/d، تنتج 8,000 bbl/d من الـ LCO و2,800 bbl/d من الـ Slurry:
(40,000 − 8,000 − 2,800) ÷ 40,000 = 0.73
أي أن 73% من التغذية تحولت إلى غاز وLPG وبنزين. إذا ارتفعت حرارة الـ Riser قليلًا ترتفع نسبة التحويل عادة، لكن يزداد الغاز الجاف والفحم.
التكسير الهيدروجيني (Hydrocracker)
الـ Hydrocracker يكسّر التغذية الثقيلة نفسها تقريبًا، لكن بطريقة مختلفة: بوجود الهيدروجين، وتحت ضغط عالٍ جدًا، يصل عادة إلى 100 أو 200 bar، وحرارة نحو 350 إلى 430 °C. الحفاز هنا مزدوج الوظيفة: جزء يكسّر الجزيئات، وجزء يضيف إليها الهيدروجين.
النتيجة منتجات مشبعة ونظيفة جدًا: ديزل ووقود طائرات بجودة ممتازة، ونافثا، مع إزالة شبه كاملة للكبريت والنيتروجين. لذلك تختار المصافي التي تريد ديزل كثيرًا الـ Hydrocracker، وتختار التي تريد بنزينًا كثيرًا الـ FCC.
التفاعلات هنا تطلق الحرارة (Exothermic). لهذا يُقسم المفاعل إلى طبقات حفاز، ونحقن بينها هيدروجين باردًا (Quench) لضبط الحرارة.
التهذيب الحفزي (Catalytic Reformer)
النافثا الثقيلة الخارجة من البرج رقم أوكتانها منخفض. الـ Reformer لا يكسّر الجزيئات، بل يعيد ترتيبها: يحول الـ Naphthenes والـ Paraffins إلى Aromatics ذات أوكتان عالٍ. الحفاز يحتوي على البلاتين، والحرارة نحو 500 °C.
التفاعل الرئيسي يمتص الحرارة (Endothermic)، فتبرد التغذية داخل المفاعل. لذلك تتكون الوحدة من ثلاثة أو أربعة مفاعلات متتالية، بينها أفران لإعادة التسخين. المنتج اسمه Reformate، ورقم الأوكتان فيه قد يتجاوز 95.
فائدة إضافية مهمة: التفاعلات تطلق الهيدروجين. هذا الهيدروجين هو ما تستعمله وحدات الـ Hydrotreating والـ Hydrocracker. ويجب إزالة الكبريت من النافثا قبل الـ Reformer، لأنه يسمم حفاز البلاتين.
وحدة التفحيم (Coker)
بعض المصافي تكمل الطريق حتى آخر قطرة. الـ Delayed Coker يسخّن المخلفات الفراغية إلى نحو 480 إلى 500 °C ويتركها في براميل كبيرة (Coke Drums) فتتكسر حراريًا. تخرج الأبخرة الخفيفة إلى برج فصل، ويبقى في البرميل فحم بترولي صلب يُقطع بالماء عالي الضغط.
المخاطر والسلامة
- انعكاس تدفق الحفاز في الـ FCC: الـ Riser فيه هيدروكربونات، والـ Regenerator فيه هواء. صمامات الحفاز (Slide Valves) وفروق الضغط تمنع اختلاطهما. إذا انعكس التدفق قد يدخل الهواء إلى جانب الهيدروكربونات، فيحدث انفجار.
- الهيدروجين تحت ضغط عالٍ: تسربه يشتعل بسهولة كبيرة، ولهبه شبه غير مرئي في النهار.
- الحرارة الجامحة (Temperature Runaway): في الـ Hydrocracker قد ترتفع الحرارة بسرعة إذا فقدنا التبريد. لهذا توجد أنظمة تنفيس سريع للضغط (Emergency Depressuring).
- فتح براميل الفحم: يتطلب إجراءات صارمة، لأن البرميل ساخن وقد يحتوي على جيوب من السائل أو البخار.
- H2S والأمونيا: تنتج في معظم هذه الوحدات، وتذهب مع الغاز الحامض والمياه الحامضة.
خلاصة للتقني
الـ FCC للبنزين، والـ Hydrocracker للديزل النظيف، والـ Reformer للأوكتان والهيدروجين، والـ Coker لآخر البرميل. تكامل هذه الوحدات هو ما يجعل المصفاة الحديثة مربحة. في الدرس التالي نرى كيف نزيل الكبريت ونحوله إلى كبريت صلب.
اختبر فهمك
دروس مرتبطة
- وحدة التقطير الجوي والفراغي (CDU/VDU)
- الـ Hydrotreating واسترجاع الكبريت (Claus)
- الاستخلاص المعزز: المزيد من النفط من نفس المكمن
المصادر
سؤال عن هذا المقال؟ اسأل المكتبة