النفط

النفط أو البترول (كلمة مشتقة من الأصل اللاتيني بيترا والذي يعني صخر، “أوليوم” والتي تعني زيت)، ويطلق عليه أيضا الزيت الخام، كما أن له اسم دارج “الذهب الأسود”، وهو عبارة عن سائل كثيف، قابل للاشتعال، بني غامق أو بني مخضر، يوجد في الطبقة العليا من القشرة الأرضية. وأحيانا يسمى نافثا، من اللغة الفارسية (“نافت” أو “نافاتا” والتي تعني قابليته للسريان). وهو يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات، وخاصة من سلسلة الألكانات، ولكنه يختلف في مظهره وتركيبه ونقاوته بشدة من مكان لأخر. وهو مصدر من مصادر الطاقة الأولية الهام للغاية (إحصائيات الطاقة في العالم). البترول هو المادة الخام لعديد من المنتجات الكيماوية، بما فيها الأسمدة، مبيدات الحشرات، اللدائن.

توماس جولد كان أكثر العلماء الغربيين تأييدا للنظرية الروسية-الأوكرانية المنشأ الغير حيوي للبترول. وهذه النظرية تفترض ان كميات ضخمة من الكربون الموجود طبيعيا على الأرض، بعضه في شكل هيدروكربونات. ونظرا لأن الهيدروكربونات أقل كثافة من الموائع المسامية، فإنه يتجه للأعلى. وتحوله أشكال الكائنات الدقيقة إلى ترسبات هيدروكربونية عديدة. وأثبتت حسابات الديناميكا الحرارية والدراسات العملية أن “إن-ألكانات” (المكون الرئيسي للبترول) لا تنتج تلقائيا من الميثان في الضغوط الموجودة في الأحواض الرسوبية، وعلى هذا فإن نظرية المنشأ الغيرحيوي للهيدروكربونات تفترض التكون العميق.
تركيب البترول
أثناء عمليات التصفية، يتم فصل الكيماويات المكونة للبترول عن طريق التقطير التجزيئي، وهو عملية فصل تعتمد على نقط الغليان النسبية (أو قابلية التطاير النسبية). المنتجات المختلفة (بالترتيب طبقا لنقطة غليانها) بما فيها الغازت الخفيفة (مثل: الميثان، الإيثان، البروبان) كالتالي: البنزين، وقود المحركات النفاثة، الكيروسين، الديزل، الجازولين، شموع البرافين، الأسفلت، وهكذا. والتقنيات الحديثة مثل فصل الألوان الغازي، HPLC، فصل ألوان غازي-مطياف كتلة، يمكن أن تفصل بعض الأجزاء من البترول إلى مركبات فردية، وهذه طريقة من طرق الكيمياء التحليلية، تستخدم غالبا في أقسام التحكم في الجودة في مصافي البترول.

ولمزيد من الدقة، فإن البترول يتكون من الهيدروكربونات، وهذه بدورها تتكون من الهيدروجين، والكربون، وبعض الأجزاء غير الكربونية والتي يمكن أن تحتوي على النيتروجين، الكبريت، الأكسجين، وبعض الكميات الضئيلة من الفلزات مثل الفاناديوم أو النيكل، ومثل هذه العناصر لا تتعدى 1% من تركيب البترول.

وأخف أربعة ألكانات هم: ميثان CH4، إيثان C2H6، بروبان C3H8، بيوتان C4H10. وهم جميعا غازات. ونقطة غليانهم -161.6 C° و -88 C° و -42 C° و -0.5 C°، بالترتيب (-258.9، -127.5، -43.6، -31.1 F°)
مدى السلاسل C5-7 كلها خفيفة، وتتطاير بسهولة، نافثا نقية. ويتم استخدامهم كمذيبات، سوائل التنظيف الجاف، ومنتجات التجفيف السريع الأخرى. أما السلاسل من C6H14 إلى C12H26 تكون مختلطة ببعض وتستخدم في الجازولين. ويتم صنع الكيروسين من السلاسل C10 إلى C15، ثم وقود الديزل/زيت التسخين في المدى من C10 إلى C20، و يتم استخدم زيوت الوقود الأثقل من ذلك في محركات السفن. وجميع هذه المركبات البترولية سائلة في درجة حرارة الغرفة.

زيوت التشحيم والشحم شبه الصلب (بما فيه الفزلين) تتراوح من C16 إلى C20.
السلاسل الأعلى من C20 تكون صلبة، بداية من شمع البرافين، ثم بعد ذلك القطران، القار، الأسفلت.
مدى درجات الغليان لمكونات البترول تحت تأثير الضغط الجوي في التقطير التجزيئي بالدرجة المئوية:
 إثير بترول: 40 – 70 C° يستخدم كمذيب
 بنزين خفيف: 60 – 100 C° يستخدم كوقود للسيارات
 بنزين ثقيل: 100- 150 C° يستخدم كوقود للسيارات
 كيروسين خفيف: 120 – 150 C° يستخدم كمذيب ووقود للمنازل
 كيروسين: 150 – 300 C° يستخدم كوقود للمحركات النفاثة
 زيت الغاز: 250 – 350 C° يستخدم كوقود للديزل / للتسخين
 زيت تشحيم: > 300 C° يستخدم زيت محركات
 الأجزاء التبقية: قار، أسفلت، وقود متبقي

استخلاص النفط

بصفة عامة فإن المرحلة الأولى في استخلاص الزيت الخام هي حفر بئر ليصل لمستودعات البترول تحت الأرض. وتاريخيا، يوجد بعض أبار البترول في أمريكا وصل البترول فيها للسطح بطريقة طبيعية. ولكن معظم هذه الحقول نفذت، فيما عدا بعض الأماكن المحدودة في ألاسكا. وغالبا ما يتم حفر عديد من الآبار لنفس المستودع، للحصول على معدل استخراج اقتصادي. وفي بعض الآبار يتم ضخ الماء، البخار، مخلوط الغازات المختلفة للمستودع لإبقاء معدلات الاستخراج الاقتصادية مستمرة.

وفي حالة أن الضغط تحت الأرض في مستودع الغاز كافي، عندها سيجبر الزيت على الخروج للسطح تحت تأثير هذا الضغط. الوقود الغازي أو الغاز الطبيعي غالبا ما يكون متواجد، مما يزيد من الضغط الموجود تحت الأرض. وفي هذه الحالة فإن الضغط يكون كافي لوضع كمية كافة من الصمامات على رأس البئر لتوصيل البئر بشبكة الأنابيب للتخزين، وعمليات التشغيل. ويسمى هذا استخلاص الزيت المبدئى. وتقريبا 20% فقط من الزيت في المستودع يمكن استخراجه بهذه الطريقة.

وخلال فترة حياة البئر يقل الضغط، وعند حدود معينة لا يكون كافيا لدفع الزيت للسطح. وعندها، لو أن المتبقى قى البئر كافي اقتصاديا، وغالبا ما يكون كذلك، يتم استخراج الزيت المتبقي في البئر بطريقة استخراج الزيت الإضافية. شاهد إتزان الطاقة، وصافي الطاقة. ويتم استخدام تقنيات مختلفة في طريقة استخراج الزيت الإضافية، لاستخراج الزيت من المستودعات التي نفذ ضغطها أو قل. يستخدم أحيانا الضخ بالطلمبات مثل الطلمبات المستمرة، وطلمبة الأعماق الكهربية (electrical submersible pumps ESPs) لرفع الزيت إلى السطح. وتستخدم تقنية مساعدة لزيادة ضغط المستودع عن طريق حقن الماء، إعادة حقن الغاز الطبيعي، رفع الغاز وهذا يقوم بحقن الهواء، ثاني أكسيد الكربون أو غازات أخرى للمستودع. وتعمل الطريقتان معا المبدئية والإضافية على استخراج ما يقرب من 25 إلى 35% من المستودع.

المرحلة الثالثة في استخراج الزيت تعتمد على تقليل كثافة الزيت لتعمل على زيادة الإنتاج. وتبدأ هذه المرحلة عندما لا تستطيع كل من الطريقة المبدئة، والطريقة الإضافية على استخراج الزيت، ولكن بعد التأكد من جدوى استخدام هذه الطريقة اقتصاديا، وما إذا كان الزيت الناتج سيغطي تكاليف الإنتاج والأرباح المتوقعة من البئر. كما يعتمد أيضا على أسعار البترول وقتها، حيث يتم إعادة تشغيل الآبار التي قد تكون توقفت عن العمل في حالة ارتفاع أسعار الزيت. طرق استخراج الزيت المحسن حراريا (Thermally-enhanced oil recovery methods TEOR) هي الطريقة الثالثة في ترتيب استخراج الزيت، والتي تعتمد على تسخين الزيت وجعله أسهل للاستخراج. حقن البخار هي أكثر التقنيات استخداما في هذه الطريقة، وغالبا مع تتم (TEOR) عن طريق التوليد المزدوج. وفكرة عمل التوليد المزدوج هي استخدم تربينة (توربينة) غاز لإنتاج الكهرباء واستخدام الحرارة المفقودة الناتجة عنها لإنتاج البخار، الذي يتم حقنه للمستودع. وهذه الطريقة تستخدم بكثرة لزيادة إنتاج الزيت في وادى سانت واكين، الذي يحتوى على زيت كثافته عالية.، والذي يمثل تقريبا 10% من إنتاج الولايات المتحدة. وهناك تقنية أخرى تستخدم في طريقة (TEOR)، وهي الحرق في-الموضع، وفيها يتم إحراق الزيت لتسخين الزيت المحيط به. وأحيانا يتم استخدام المنظفات لتقليل كثافة الزيت. ويتم استخراج ما يقرب من 5 إلى 15% من الزيت في هذه المرحلة.

نظرا للزيادة المستمرة في أسعار البترول، أصبحت الطرق الأخرى لإنتاج الزيد محل إهتمام. وأصلح هذه الأفكار هو تحويل الفحم إلى زيت والتي تهدف إلى تحويل الفحم إلى زيت خام. وكان هذا التصور الريادي من الألمان عندما توقف استيراد البترول في الحرب العالمية الثانية ووجدت ألمانيا طريقة لاستخلاص الزيت من الفحم. وكانت تعرف “إيرساتز” (“الاستبدال” باللغة الألمانية)، ويقدر أن نصف الزيت المستخدم في ألمانيا أثناء الحرب العالمية الثانية قد كان من هذه الطريقة. وقد تم توقف هذه الطريقة بعد ذلك نظرا لأن تكاليف إنتاج البترول الطبيعي أقل منها. ولكن بالنظر إلى ارتفاع أسعار البترول المستمر، فإن تحويل الفحم إلى بترول قد يكون محل تفكير.
وتتضمن الطريقة تحويل رماد الفحم إلى زيت في عملية متعددة المراحل. ونظريا فإن طن من الفحم ينتج نقريبا 200 لتر من الخام، بمنتجات تتراوح من القار إلى الكيماويات النادرة.

شاهد أيضاً

منصة النفط

منصة النفط oil platform، أو المنصة الساحلية ويطلق عليها خطأ أحيانا رافعة نفط، هي بناء …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.