مشروع وحدة تقطير النفط الخام تحت الضغط والفراغ بسعة 100 طن يومياً في نيجيريا 2023.

وحدة تقطير النفط الخام تحت الضغط الجوي والتفريغ: التفاصيل التقنية والمزايا التنافسية

وحدة التقطير تحت الضغط الجوي والتفريغ (AVDU) تُعتبر الخطوة الأولى الأساسية في تكرير النفط الخام. تُعرف عادة باسم "قلب المصفاة"، ووظيفتها الرئيسية هي فصل الخليط المعقد من الهيدروكربونات في النفط الخام إلى أجزاء أو "قطع" منفصلة بناءً على نقاط غليانها. هذا الفصل الأولي يوفر اللبنات الأساسية لجميع الوحدات اللاحقة في عملية التكرير.

يبحث هذا المقال في التعقيدات التقنية والمزايا الكبيرة التي تتمتع بها هذه البنية التحتية الحيوية في المصفاة.

الجزء 1: التفاصيل التقنية

تنقسم العملية منطقيًا إلى مرحلتين: تقطير تحت الضغط الجوي وتقطير تحت التفريغ.

1.1 المعالجة المسبقة: إزالة الملوحة

قبل دخول النفط إلى أبراج التقطير، يجب إزالة الملوحة منه. يحتوي النفط الخام عادةً على ماء وأملاح غير عضوية (وهي في الغالب كلوريدات مثل صوديوم و calcium و magnésium)، بالإضافة إلى الرواسب.

العملية: يتم تسخين النفط الخام وخلطه مع ماء عذب لذوبان الأملاح. ثم يُرسل الخليط إلى وعاء فاصل، حيث يُطبّق مجال كهروستاتيكي عالي الجهد. يُحفّز هذا المجال اندماج القطرات الصغيرة من الماء إلى قطرات أكبر، والتي تستقر في القاع وتُصفي منها.

الغرض: من الضروري إزالة الأملاح لمنع التآكل والتلف والسمية الحفازة في الوحدات اللاحقة. يمكن أن تشكّل الأملاح حمض الهيدروكلوريك (HCl) عند التسخين، مما يؤدي إلى تآكل شديد في أنظمة سحب البخار في الأعمدة التقطيرية.

1.2 وحدة التقطير الجوي (ADU)

يتم تسخين النفط الخام المعالج إلى درجة حرارة تتراوح بين 350°م - 380°م في سلسلة من مبادلات الحرارة (مجموعة التسخين المسبق) وفرن يعمل مباشرة (يُعرف باسم سخّان الأنابيب أو الفرن).

بعد ذلك، تُغذّى المادة الساخنة والمتقطّرة جزئيًا إلى عمود التقطير الجوي. وهو وعاء كبير أسطواني الشكل يعمل تحت ضغط يزيد قليلاً عن الضغط الجوي لمنع دخول الهواء.

الهيكل الداخلي: تحتوي البرج على عدة أدراج أفقية أو تعبئة تُسهل انتقال الكتلة والحرارة بين البخار الصاعد والسائل النازل.

التفصيم: أثناء صعود البخار، يبرد. تتجمع المكونات ذات نقاط الغليان الأعلى على الأدراج السفلية، بينما تستمر المكونات الخفيفة في الصعود. تُسحب تيارات جانبية من ارتفاعات مختلفة لجمع التجزؤات المحددة:

النهايات الخفيفة: تخرج الغازات (C1-C4) والنفثا الخفيفة من قمة البرج.

النفثا الثقيلة: تُسحب بالقرب من القمة، وهي مادة أولية لانتاج البنزين.

الكيروسين / وقود الطائرات: تُسحب من منطقة أسفل، وهي تجزئة ذات نقطة غليان متوسطة.

الديزل / زيت الوقود: تُسحب من منطقة أكثر انخفاضًا.

التدفق العكسي: يتم إعادة جزء من السائل المكثف من القمة إلى البرج كتدفق عكسي. وهذا ضروري للتحكم في درجة حرارة البرج وتحسين كفاءة فصل المنتجات العلوية.

المنتج السفلي: الرواسب من أسفل العمود الجوي، والتي تُعرف بزيت التَمَرُّغ الجوي أو «الرواسب الطويلة»، تكون ثقيلة جداً لدرجة لا تسمح بتبخيرها تحت ضغط جوي دون التحلل الحراري (التحلل الحراري). تُغذى هذه الرواسب إلى وحدة التقطير تحت الفراغ.

١.٣ وحدة التقطير تحت الفراغ (VDU)

لتبخير الجزيئات الأثقل من الرواسب الجوية دون تحللها، يُقلَّل الضغط بشكل كبير.

العملية: يُسخَّن الرواسب الجوية في فرن فراغي حتى درجة حرارة تتراوح بين ٣٨٠°م - ٤٢٠°م ويُغذى إلى عمود التقطير تحت الفراغ. يعمل هذا العمود تحت فراغ عالي (الضغط المطلق يتراوح بين ١٠ إلى ٤٠ مم زئبق)، مما يقلل من نقاط غليان الهيدروكربونات بشكل ملحوظ.

إنشاء الفراغ: يُحافظ على الفراغ بشكل أساسي بواسطة سلسلة من المُرشِّات البخارية (غالباً ما تليها مضخات فراغ دوارة بالسائل). تستخدم المُرشِّات البخارية تأثير فنتوري لسحب الغازات (الهواء والهيدروكربونات الخفيفة) من قمة العمود.

الهيكل الداخلي: لخفض الانخفاض في الضغط عبر البرج، يُستخدم تعبئة منظمة ذات انخفاض ضغط منخفض بدلاً من الأطباق. كما أن قطر البرج أكبر من قطر البرج الجوي.

التقطير: يقوم البرج بتقسيم البقايا إلى:

زيوت الوقود الفراغية (VGO): تُسحب كتيارات جانبية؛ وهي مواد خام رئيسية لوحدات التكسير الحفزي المميع (FCC) ووحدات الهيدروتكسير.

الزيت المتبقي تحت الفراغ / "البقايا القصيرة": المنتج السفلي، والذي يُستخدم غالبًا لإنتاج القير، أو خلط زيوت الوقود، أو كمادة تغذية لوحدة الكوكير.

الجزء 2: المزايا التقنية

إن تصميم وتشغيل AVDU حديث يمنحان عدة مزايا أساسية:

1. التكامل والكفاءة العالية في استخدام الطاقة

تُعتبر وحدات AVDU الحديثة دروسًا متميزة في تكامل الحرارة. وتستخدم شبكة واسعة من مبادلات الحرارة ("سلسلة التسخين المسبق") تيارت المنتجات الساخنة لتسخين النفط الخام البارد القادم. ويقلل هذا بشكل كبير من استهلاك الوقود في الأفران، مما يخفض تكاليف التشغيل وآثار المصفاة الكربونية. كما تُسهم مبادلات خط النقل (TLEs) المستخدمة مباشرةً بعد الفرن في التقاط حرارة على مستوى عالٍ.

2. المرونة التشغيلية

يمكن لوحدة AVDU مصممة بشكل جيد معالجة مجموعة واسعة من أنواع النفط الخام (من النفط الخفيف الحلو إلى النفط الثقيل الحامضي). ويمكن للعاملين تعديل المعايير الرئيسية – مثل درجات حرارة مخرج الفرن ونسب الدوران ومعدلات السحب – لتحسين عائد أكثر المنتجات قيمة (على سبيل المثال: تعظيم عائد الديزل على حساب زيت الوقود) وفقًا لطلب السوق ونوع النفط الخام المُستخدم.

3. أساس المعالجات اللاحقة

توفر وحدة AVDU مواد تغذية نقية ومختلفة للوحدات المتخصصة في المراحل اللاحقة:

النفثا إلى وحدات الإصلاح الحفزي لإنتاج بنزين عالي الأوكتان.

نقل غاز الديزل إلى وحدات الهيدروتريتمنت لإزالة الكبريت.

تحويل الزيت الغازي الثقيل (VGO) إلى وحدات FCC أو الهيدروكراكر لإحلال الجزيئات الثقيلة إلى بنزين وديزل.

يُعد هذا الفصل الأولي النظيف ضروريًا لضمان كفاءة وطول عمر هذه الوحدات الثانوية المعقدة.

التحكم المتقدم في العمليات (APC)

تحتوي الوحدات الحديثة على أنظمة تحكم موزعة متطورة (DCS) وخوارزميات للتحكم المتقدم في العمليات. يسمح التحكم المتقدم (APC) بـ:

مراقبة جودة دقيقة: الحفاظ بشكل ثابت على مواصفات المنتج (مثل نقطة الوميض والنطاق الغلياني).

تعظيم الطاقة الإنتاجية: دفع حدود العمود الهيدروليكية بأمان لزيادة معدل معالجة النفط الخام.

تحسين استخدام الطاقة: تعديل العمليات ديناميكيًا لتحقيق أقل تكلفة للطاقة.

5. تحسين العائد على المنتجات وقيمتها

إن وحدة التفريغ، وبشكل خاص، تضيف قيمة كبيرة. من خلال استخدام التقطير تحت ضغط جوي منخفض (تفريغ) بدلاً من الضغط الجوي فقط، يمكن لمصفاة أن تحوّل زيت الوقود المتبقي منخفض القيمة إلى زيت الغازولين الفاصل (VGO) عالي القيمة، والذي يتم ترقيته لاحقاً إلى وقود نقل (البنزين، الديزل، وقود الطائرات). وهذا يزيد بشكل كبير من إنتاجية المنتجات القيّمة من كل برميل من النفط الخام.

6. الموثوقية وفترات التشغيل الطويلة

على الرغم من أنها معرضة للتآكل والانسداد، فإن وحدة AVDU هي تقنية متينة ومثبتة. مع اختيار المواد المناسبة (على سبيل المثال، الأطباق المبطنة لمقاومة التآكل)، والمعالجة الكيميائية الفعالة (مثل مواد منع الانسداد، ومثبطات التآكل)، والصيانة الدقيقة، يمكن لهذه الوحدات أن تعمل باستمرار لمدة تتراوح بين 3 إلى 5 سنوات بين الإغلاقات الرئيسية (الصيانة الدورية)، مما يضمن توافر عالٍ للمصفاة.

الاستنتاج

وحدة التقطير الجوي والتفريغ هي تحفة في الهندسة الكيميائية تجمع بين المبادئ الفيزيائية الأساسية والتكنولوجيا المتقدمة للغاية. تتنوع مزاياها التقنية ما بين الكفاءة في استخدام الطاقة التي لا يضاهيها شيء والمرونة التشغيلية، وصولاً إلى توفيرها الأساس الضروري لجميع مراحل التكرير الحديث، مما يرسخ دورها الذي لا يمكن الاستغناء عنه في تحويل النفط الخام إلى المنتجات الحيوية التي تُحرك الاقتصاد العالمي. وتشكل التحسينات المستمرة في المواد المستخدمة وأنظمة التحكم والتكامل الحراري ضمانًا لأن تبقى معيارًا للقياس في الكفاءة والموثوقية.