المشتقات النفطية
بين تنوع الاستعمالات وتعدد الأسماء



القافلة
كل مستهلك في العالم يعرف بدقة نوع الوقود الذي يحتاجه في حياته اليومية، سواء أكان للسيارة أو للتدفئة أو للإنارة أو غير ذلك.. وكل مستهلك يطلب حاجته من محطة الوقود بالاسم الصحيح بشكل عفوي لا يحتاج إلى عناء في التفكير. ولكن ماذا لو سئل هذا المستهلك عن خصائص الوقود الذي يطلبه والفرق بينه وبين نوع آخر من الوقود؟ وأكثر من ذلك، ماذا لو سألناه عن الأسماء الكثيرة التي يشير أحياناً أكثر من واحد منها إلى نفس النوع من الوقود، وأحياناً ورغم الشبه الكبير ما بين عدة أسماء، فإن كلاً منها يشير إلى مشتق نفطي مختلف؟

فريــق القـــافلة، واعتماداً على بحـــــث أجـــراه المهنــــدس
أمجد قاسم، عضو الرابطة العربية للإعلاميين العلميين، يتناول هنا أبرز مشتقات الزيت الخام، وتحديداً أكثر هذه المشتقات استخداماً في الحياة اليومية، ألا وهو الوقود بأنواعه المختلفة، وما يميز الواحد منها عن الآخر.

على الرغم من أن الإنسان عرف البترول (الزيت والغاز الطبيعيين) منذ نحو ستة آلاف عام، فإن مشتقات الزيت الكثيرة التي نستخدمها في حياتنا اليومية هي وليدة صناعة التكرير الحديثة العهد نسبياً، التي تعود بداياتها إلى النصف الثاني من القرن التاسع عشر.


ولو توقفنا لبرهة أمام النفط الخام، لوجدنا أنفسنا أمام عدد من المفردات التي يعرفها الجميع من دون أن يعرف الكثيرون حقيقة المقصود بكل منها على وجه التحديد.


فكلمة النفط هي المرادف العربي لكلمة بترول (بالإنجليزية والفرنسية)، المشتقة من اللغة اللاتينية «Petra Oleum» وتعني حرفياً في الأصل «زيت الصخر». ونقول في الأصل، لأن كلمة بترول صارت معتمدة للإشارة إلى الزيت والغاز الطبيعيين سوية. وعندما يدور الحديث عن النفط السائل لوحده تستخدم كلمة «زيت» فقط، أما الغاز فيسمى «الغاز الطبيعي». واستطراداً، نشير إلى أن هنالك نوعين من الغاز الطبيعي هما الغاز الطبيعي المستخرج من مكامن الزيت ويسمى «الغاز المصاحب»، والغاز الطبيعي المستخرج بعيداً عن مكامن الزيت ويسمى «الغاز غير المصاحب».




وفيما يشكِّل الغاز الطبيعي اللقيم الأساسي للصناعات البتروكيماوية العملاقة التي لا تزال تنمو وتتطور يوماً بعد يوم، وقد تناولتها «القافلة» سابقاً ببحث موسع، سنتوقف فيما يأتي أمام مشتقات الزيت التي نتعامل معها يومياً، ويكتفي الكثيرون منا بمعرفة اسم المشتق الذي يحتاجونه من دون أن يستطلعوا الفرق بينه وبين مشتق آخر.


التركيب الكيميائي

الزيت الخام هو عبارة عن مزيج معقَّد من آلاف الجزيئات المختلفة، والنسبة الأعظم منه، عبارة عن هيدروكربونات تتحد مع عناصر أخرى كالكبريت والنيتروجين والأوكسجين بنسب قليلة ومتفاوتة.

والمركبات الهيدروكربونية، عبارة عن طائفة كبيرة جداً من المركبات، نكتفي هنا بذكر أسماء أهمها، تلافياً لزج القارئ في متاهة تركيباتها الكيميائية المختلفة والمعقَّدة:

1 - البارافينات Paraffins
2 - النفثينات Naphthenes
3 - الأوليفينات Olefins
4 - الأسيتيلانيات Acetylenics
5 - المركبات الأروماتية أو العطرية Aromatics
6 - المركبات الكبريتية

7 - 
المركبات النيتروجينية والمركبات الأوكسيجينية والشوائب المعدنية
8 - الإ
سفلت والإسفلتين


أنواع النفط الخام

وبالرغم من أن النفط الخام يتركب أساساً من مجموعة من الهيدروكربونات، إلا أن نسب تلك المركبات تتفاوت حسب مصدرها. فقد يكون النفط الخام غنياً بالمركبات البارافينية المشبعة وقد يكون غنياً بالمركبات النفثينية. وهذا بدوره سينعكس على مظهر النفط وتماسكه بشكل عام، حيث يكون على شكل سوائل رجراجة Mobile ذات لون بني يميل إلى الصفرة، أو سوائل سوداء لزجة وشبه صلبة.

وتتحكم طبيعة الزيت الخام في نوع المنتجات التي يمكن الحصول عليها منه. فالزيت الخام النفثيني يكون مناسباً لإنتاج الإسفلت، أما النفط الخام البارافيني فيكون مناسباً لإنتاج الشمع، وكذلك الأمر بالنسبة لإنتاج زيوت التزييت التي يمكن الحصول عليها من النفط الخام النفثيني العطري. لكن تطور طرق التكرير، أدى إلى التغلب على هذه المشكلة الكيميائية، بحيث أصبح ممكناً التعامل مع كافة أنواع النفط وإنتاج مختلف المشتقات.


وبناءً عليه، فإنه يتم في العادة تصنيف الزيت الخام إلى ثلاثة أصناف بالاعتماد على مكوناته من الهيدروكربونات وهي:

1 - زيت برافيني الأصل.
2 - زيت نفثيني الأصل.
3 - 
زيت مختلط الأصل،


أي يتركب من النوعين السابقين مع وجود نسب من المركبات العطرية وشمع البرافين والمواد الإسفلتية.



تكرير النفط الخام

تطوَّرت صناعة الزيت بشكل كبير مع تزايد الاحتياجات العالمية لهذه المادة الثمينة، وقد تمحورت في البداية، أي خلال الفترة بين عامي 1860 و1890م، في الحصول على الكيروسين (Kerosene)، إذ اعتبر في تلك الفترة المشتق الأهم والذي كان يستعمل للإنارة والتدفئة والطهو.



وتهدف عملية تكرير النفط، إلى فصل المكونات المرغوبة من هذا المزيج وتحويلها إلى منتجات صالحة للاستهلاك ضمن مواصفات محددة.


وتكرير النفط علمياً يعني تكسير الزيت الخام إلى مكوناته وجزيئاته الأصلية وإعادة ترتيبها لتكوين مركبات جديدة، وأساس هذه الصناعة التقطير، المعتمد على الاختلاف في درجات غليان هذه المركبات، ويتم إجراء هذه العملية في أبراج تجزيئية خاصة.


ويشتمل تكرير الزيت على ثلاث عمليات رئيسة هي:

.
1 - العمليات الفيزيائية (الفصل)
2 - العمليات الكيميائية (التحويل)
. 3 - المعالجات والتنقية.



وتشتمل عملية الفصل، إجراء عمليات التقطير التجزيئي في أبراج ضمن أكثر من مرحلة، حيث يتم فصل المركبات الأخف ذات درجات الغليان المنخفضة، من قمة البرج أما المركبات الأثقل فتفصل من أسفل البرج.
وتتعدد نوعيات أبراج التقطير، حيث تكون أبراج تقطير ابتدائية تحت ضغط جوي عادي، أو أبراج تقطير تعمل تحت ضغط مخلخل من أجل تخفيض درجة غليان بعض المركبات.


وقد أدت زيادة الطلب العالمي على مشتقات الزيت إلى إحداث تغيرات جوهرية في أنظمة تقطيره ومعالجته. فبدلاً من النظام المستخدم سابقاً والذي يعتمد على تسخين مقدار محدد من الزيت الخام وتقطيره ثم تكثيفه، تم استخدام أنظمة التقطير التجزيئي المستمرة، كما طُوِّرت أبراج بوحدات خاصة لفصل كل منتج نفطي على حدة، حيث يتم الحصول على المواد المتطايرة من قمة البرج ويتبقى في الأسفل المواد الثقيلة كالإسفلت. كما استعمل بخار الماء لفصل المركبات الأكثر تطايراً لتفادي تحطيم بعض المركبات الكيميائية بسبب الحرارة العالية في برج التقطير، كما استعمل نظام التقطير الفراغي. وغير ذلك من أنظمة التكسير المختلفة.


هذه التقنيات والعمليات الكيميائية التي تم تطويرها، واكبتها تطورات كبيرة في صناعة «عمود التقطير التجزيئي»، الذي هو عبارة عن أسطوانة فولاذية ضخمة، مثبت في داخلها صواني Trays، ويتجمع السائل المكثف على تلك الصواني وينحدر عبر أنبوب إلى الصينية التالية. وتحتوي تلك الصواني على عدد كبير من الثقوب التي يتصاعد منها البخار القادم من الصواني السفلى، ويعلو كل ثقب أنبوب قصير وغطاء Cap بحيث يندفع البخار من خلال شقوق slots في محيط الغطاء إلى داخل السائل الذي تحتويه الصينية.
وهكذا تحدث عملية التبخير والتكاثف الحراريتين ويتجمع على كل صينية مركبات ذات درجات غليان أقل من تلك المركبات المتجمعة على الصينية التي تليها في الأسفل، ثم يتم سحب المنتجات ضمن مستويات متقاربة من عمود التجزئة.


أهم مشتقات تكرير الزيت الخام

المشتقات النفطية، هي المركبات الكيميائية التي نتجت من عملية تكرير النفط الخام، وهي الهدف الأساسي لعملية التكرير برمتها ضمن مراحل الفصل والتنقية والتهذيب والاستخلاص المختلفة.

وتتعدد طرق تصنيف المشتقات النفطية، فقد تصنف حسب أوجه استعمالها، كأن تكون مصدراً للطاقة التحريكية، أو مصدراً للطاقة الحرارية، أو نواتج لعمليات صناعية أخرى، وقد تصنف حسب اللون والوزن النوعي.


لكن التصنيف الأكثر منهجية وقبولاً في الأوساط العلمية، استند إلى درجات الغليان الابتدائية والنهائية، وقد صنفت بناءً عليه أهم المشتقات النفطية على النحو التالي:


1 - غازات البترول المسالة
L.P.G) Liquefied Petroleum Gases)
وهي خليط من غازي البروبان والبيوتان، ودرجة غليانهما أقل من 20 درجة مئوية، واللذين يمكن تحويلهما إلى سائل تحت ضغط مرتفع، ويستخدمان كوقود في المنازل، وكمصدر للطاقة في بعض المصانع، وكوقود لمحركات بعض السيارات والحافلات.



2 - وقود السيارات (البنزين) Gasoline
إضافة إلى اسم «جازولين» الإنجليزي الأصل، المعتمد في الأسواق الأمريكية والكثير من الأسواق العالمية، فإن دول الكومنولث تطلق على وقود السيارات اسم «بترول» منذ عام 1892م، علماً بأن هذا الاسم كان قد ظهر قبل ذلك للإشارة إلى الزيت غير المكرر. ومن الأسماء الأخرى لهذا المشتق نفسه، «البنزين» نسبة إلى المركب الكيميائي «Benzene»، وليس كما تزعم بعض المصادر نسبته إلى بيرتا بينز التي استخدمته وقوداً في رحلة طليعية بالسيارة عام 1888م.



والجازولين الذي يشكِّل اليوم الوقود الأول المعتمد في السيارات في معظم بلدان العالم، كان يباع عند بدايات إنتاجه في القرن التاسع عشر في قوارير صغيرة كدواء يقضي على القمل وبيوضه، ومن ثم كمذيب ومنظِّف للملابس.


وهو خليط من المركبات الهيدروكربونية، ويكون غنياً بالبارافينات العادية والمتفرعة والمركبات الأروماتية العطرية، ويتضمن هذا الخليط عدداً من المشتقات الفرعية ذات الاستعمالات المختلفة، فالجازولين الأولي Straight run gasoline يُعد أخف المشتقات النفطية السائلة، ودرجة غليانه تراوح بين 25 و40 درجة مئوية، ويدعى في أوروبا باسم النفتا Naphta.


ويخضع الجازولين لعدد كبير من المعالجات الكيميائية في مصافي التكرير لكي يصبح وقوداً مناسباً للسيارات بنوعيه العادي (أوكتان 83 – 90) والممتاز (أوكتان 95 – 100)، أو كوقود للطائرات والطائرات المروحية، كما يستعمل في تحضير بعض أنواع وقود الطائرات النفاثة المدنية والعسكرية وفي إنتاج بعض المذيبات الصناعية.


3 - الكيروسين Kerosene
الكيروسين معروف منذ القدم. ومن روَّاد استخراجه كمشتق من الزيت الخام، العالِمْ المسلم الرازي، الذي سماه «نفط أبيض» في كتابه المعروف باسم «كتاب الأسرار». ولكن منذ القرن التاسع عشر فقط، أصبح الكيروسين واحداً من أهم المشتقات النفطية الرئيسة الشائعة الاستخدام.



ففي العام 1854م، تم تسجيل اسم «الكيروسين» كاسم ماركة في أمريكا، وظلت شركة أمريكية واحدة تحتكر حق استخدام هذا الاسم لعدة سنوات، إلى أن شاع عالمياً على كل لسان.
وإضافة إلى اسم الكيروسين أو الكاز، يسمى المنتج نفسه «بارافين» أو «زيت البارافين» في كل من المملكة المتحدة وجنوب شرق آسيا وجنوب إفريقيا.

ويُعد الكيروسين واحداً من أهم منتجات مصافي التكرير، ويقع ضمن مدى حراري يتراوح من 150 إلى 250 درجة مئوية، ويحتوي على عدد من البارافينات وعلى النافثينات، ويستخدم كوقود منزلي للطبخ والتدفئة، كما أنه مكون رئيس لوقود النفاثات، ويدخل أيضاً في صناعة بعض المذيبات الصناعية والمذيبات المخففة في الدهانات Thinner التي هي عبارة عن مجموعة كبيرة من المركبات الكيميائية التي يتم مزجها مع بعض بنسب متفاوتة لتخفيف اللزوجة.



4 - وقود الطائرات النفاثة
ويُعرف هذا النوع من الوقود بوقود الطائرات (كيروسين الطائرات) Jet Kerosene، ويستعمل لتشغيل المحركات التوربينية التي تعمل بشكل متواصل، عكس محركات السيارات ذات الاحتراق الداخلي. ويراعى عند تحضير وقود الطائرات النفاثة عدد كبير من المواصفات المهمة، لدواعي السلامة والأمان، فنقطة الوميض يجب ألاَّ تقل عن 38 درجة مئوية، ودرجة تجمده تبلغ 50 درجة مئوية تحت الصفر، بحيث يبقى سائلاً في المناطق الباردة وفي طبقات الجو العليا.



كذلك يجب ألاَّ يحتوي هذا النوع من الوقود على رطوبة (ماء)، كما يجب أن يكون متجانساً وثابتاً في تركيبه وذي محتوى حراري مرتفع، لذلك يتم حصر مدى تقطيره ما بين 160 و240 درجة مئوية، ولا تتعدى نسبة المواد العطرية فيه حداً معيناً.


ويطلق على وقود الطائرات النفاثة المدنية اختصار JP1 بينما يدعى وقود الطائرات النفاثة العسكرية JP4، لأنه يتميز بمدى تقطير واسع يتراوح ما بين 50 و240 درجة مئوية، ونسبة مواد عطرية أكبر، ونسبة مواد كبريتية قد تصل إلى %0.4، ودرجة تجمده حوالي 65 درجة مئوية تحت الصفر.


5 - الديزل أو السولار Diesel or Solar
الديزل هو الاسم الشائع عالمياً لنوع من الوقود يتسم بقابلية أقل من قابلية الجازولين للاشتعال والانفجار. ولهذا يعتمد عليه بشكل رئيس في العربات العسكرية والشاحنات، إضافة إلى بعض السيارات، والتدفئة المنزلية وما شابه. ويعود اسم الديزل إلى اسم المخترع الألماني رودولف ديزل الذي ابتكر عام 1892م المحرك العامل بهذا النوع المحدد من الوقود.



وفي بلاد الشام وبعض بلدان المغرب العربي تستخدم كلمة «مازوت» للإشارة إلى الديزل، وهي تسمية فرنسية، من النادر أن يؤتى على ذكرها في المراجع العلمية.


ويحتوي الديزل أو السولار أو المازوت على البارافينات كما يحتوي على النافثينات وبعض المواد العطرية أحادية وثنائية الحلقة، وعلى مركبات كبريتية ومركبات نيتروجينية، ويتم الحصول على الديزل ضمن قطفة على حرارة تراوح من 250 إلى 350 درجة مئوية، ويتميز بلونه الأصفر الباهت الشفاف، ويستخدم هذا النوع من المنتجات كوقود للآليات الثقيلة، ولبعض محركات السيارات.


وتقاس قابلية احتراق الديزل بما يعرف بـ «رقم السيتان» (Cetane Number)، وكلما ارتفع رقم السيتان كلما كان احتراق الوقود ذا أداء جيد، أي أنه يمكن بدء الاشتعال عند درجات حرارة منخفضة. وينبغي أن يتمتع هذا النوع من الوقود بدرجة مناسبة من اللزوجة وأن يحتوي على نسبة محددة من الكبريت، حيث إن زيادة هذا العنصر في الوقود يؤدي إلى تآكل المحرك خلال وقت قصير نسبياً.


6 - زيت الوقود (Fuel Oil)
يستخدم هذا النوع من الوقود على نطاق واسع في الصناعة. وقد حل مكان الفحم الحجري منذ مطلع القرن العشرين، حيث يستعمل حالياً لتشغيل محطات توليد الكهرباء الحرارية، وفي الصناعات الثقيلة كالتعدين وصناعة الأسمنت وصناعة الزجاج لتأمين الطاقة الحرارية اللازمة لتشغيلها.

ويتم الحصول عليه من برج التقطير بعد الديزل مباشرة، وتراوح درجة غليانه ما بين 300 و350 درجة مئوية. ويعرف باسم الفيول أويل الثقيل Heavy Fuel Oil، بينما يطلق اسم الفيول أويل الخفيف Light Fuel Oil على بقايا التقطير بعد خروج الكيروسين، أي عند 230 درجة مئوية.


7 - الزيوت (Lubricating Oils)
وهي من نواتج عملية التقطير الفراغي، ويتفاوت مدى غليانها بين 350 و500 درجة مئوية، فضمن مدى 350 إلى 400 درجة مئوية تصنف الزيوت على أنها خفيفة، وضمن مدى من 400 إلى 450 درجة مئوية تصنف الزيوت على أنها متوسطة، أما الزيوت الثقيلة فيكون مدى غليانها من 450 إلى 500 درجة مئوية، وهذه القطفات المتعددة، تضم خليطاً من الزيوت والشموع والإسفلت.



8 - القار (الإسفلت) (Asphalt)
المادة المتبقية في قاع برج التقطير الفراغي، يطلق عليها البعض اسم القطران، الذي يتم استخلاص القار أو الإسفلت منه، وهو خليط من المركبات الكيميائية عالية اللزوجة، لونه أسود، وهو أثقل المشتقات النفطية وأعلاها في درجة الغليان.



ويحتوي القار على نسب متفاوتة من الكبريت وبعض المعادن الثقيلة، ويستخدم في رصف الطرق، وعزل أسقف المنازل، كما استخدم سابقاً في صنع قذائف المنجنيق الحارقة التي كان يتم إشعالها وإلقائها على الأعداء.


ختاماً، نشير إلى أننا توقفنا في هذا المجال، المحدد أمامنا، عند مشتقات الزيت الرئيسة التي يمكنها أن تكون مصدر تساؤل حول حقيقتها في ذهن المستهلك. ولكن كل ما تقدَّم هو نقطة في بحر مشتقات البترول أو النفط الخام (زيتاً وغازاً). إذ إن هناك مشتقات من هذه المشتقات تضم عشرات المنتجات التي نستهلكها في حياتنا اليومية، ويتضاعف هذا العدد إلى المئات ربما، عندما نضيف مشتقات الغاز الطبيعي ومشتقات مشتقاته لتشمل اللائحة الطويلة: الدهانات، والمذيبات على أنواعها، والبلاستيك، والأصماغ، والأقمشة، والعقاقير، والعطور، والمطاط الصناعي.. وغير ذلك الكثير مما يستحيل حصره، ويضاف إليه جديد في كل يوم.