الكيروسين هو ناتج تقطير الزيت يستخدم عادة كوقود أو مذيب، إنّه سائل رقيق وشفاف يتكون من خليط من الهيدروكربونات التي تغلي بين 302 درجة فهرنهايت و527 درجة فهرنهايت، بينما يمكن استخلاص الكيروسين من الفحم والصخر الزيتي والخشب إلا أنه مشتق بشكل أساسي من البترول المكرر، قبل انتشار المصابيح الكهربائية كان الكيروسين يستخدم بكثرة في المصابيح الزيتية، يستخدم الكيروسين كزيت تدفئة وكوقود في المحركات النفاثة وكمذيب للمبيدات.
مواد أولية لصناعة الكيروسين:
كان الكيروسين سلعة مهمة في الأيام التي سبقت الإضاءة الكهربائية وكان أول مادة يتم استخراجها كيميائياً على نطاق تجاري كبير، بدأ التكرير الشامل للكيروسين وغيره من المنتجات البترولية عام 1859، تطورت صناعة بأكملها لتطوير تقنيات التنقيب عن النفط وتنقيته، استمر الكيروسين في كونه أهم منتج للتكرير خلال أواخر تسعينيات القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين، تم تجاوزه بالبنزين في عشرينيات القرن الماضي مع تزايد شعبية محرك الاحتراق الداخلي.
يُستخرج الكيروسين من خليط من الكيماويات البترولية الموجودة في أعماق الأرض، يتكون هذا الخليط من النفط والصخور والماء وملوثات أخرى في الخزانات الجوفية المصنوعة من طبقات مسامية من الحجر الرملي وصخور الكربونات، يُشتق الزيت نفسه من الكائنات الحية المتحللة التي دُفنت جنباً إلى جنب مع رواسب العصور الجيولوجية المبكرة، على مدى عشرات الملايين من السنين تم تحويل هذه البقايا العضوية إلى بترول عن طريق زوج من العمليات الكيميائية المعقدة المعروفة باسم (diagenesis و catagensis).
يشمل التخلخل الذي يحدث تحت 122 درجة فهرنهايت (50 درجة مئوية) كل من النشاط الميكروبي والتفاعلات الكيميائية مثل الجفاف والتكثيف والدوران والبلمرة، يحدث (Catagenesis) بين 122 درجة فهرنهايت و392 درجة فهرنهايت ويتضمن التكسير بالحفز الحراري، نزع الكربوكسيل وعدم تناسق الهيدروجين. يؤدي الجمع بين هذه التفاعلات المعقدة إلى تكوين خليط هيدروكربوني يُعرف بالبترول.
كيفية تصنيع الكيروسين:
استعادة النفط الخام:
الخطوة الأولى في تصنيع الكيروسين هي جمع النفط الخام، يتم دفن معظم إمدادات النفط في أعماق الأرض وهناك 3 أنواع من عمليات الحفر المستخدمة لإحضارها إلى السطح، تتضمن إحدى الطرق وهي الحفر باستخدام الكابلات استخدام إزميل آلة ثقب الصخور لطرد الصخور والأوساخ لإنشاء نفق للوصول إلى رواسب النفط الموجودة أسفل سطح الأرض مباشرةً، يتم استخدام عملية ثانية وهي الحفر الدوارة للوصول إلى خزانات النفط الموجودة على عمق أكبر بكثير تحت الأرض.
تتطلب هذه العملية غرق أنبوب حفر بقمة فولاذية دوارة في الأرض، يدور هذا المثقاب الدوار بسرعة لسحق الأرض والصخور، عندما تنفجر أي من عمليات الحفر هذه إلى خزان تحت الأرض ينفجر السخان حيث تدفع الغازات الهيدروكربونية النفط الخام إلى السطح، ستجبر هذه الغازات 20٪ من النفط على الخروج من البئر، ثم يتم ضخ الماء في البئر لطرد المزيد من النفط، تعمل عملية الشطف هذه على استعادة حوالي 50٪ من الزيت المدفون.
عن طريق إضافة خافض للتوتر السطحي إلى الماء يمكن استعادة المزيد من الزيت، ومع ذلك حتى مع الشطف الأكثر صرامة لا يزال من المستحيل إزالة 100٪ من الزيت المحاصر تحت الأرض، يتم ضخ النفط الخام المستخرج في صهاريج تخزين كبيرة ونقله إلى موقع التكرير، بعد جمع الزيت تتم إزالة الملوثات الإجمالية مثل الغازات والماء والأوساخ، التحلية هي إحدى عمليات التطهير التي يمكن إجراؤها في حقل النفط وفي موقع المصفاة.
بعد غسل الزيت يتم فصل الماء عن الزيت ويتم تقييم خصائص النفط الخام لتحديد أفضل المنتجات البترولية التي يمكن استخلاصها منه، تشمل الخصائص الرئيسية ذات الأهمية الكثافة ومحتوى الكبريت والخصائص الفيزيائية الأخرى للزيت المرتبطة بتوزيع سلالة الكربون؛ نظراً لأن النفط الخام عبارة عن مزيج من العديد من المواد الهيدروكربونية المختلفة التي يمكن خلطها مع بعضها البعض، فيجب فصلها إلى مكوناتها قبل تحويلها إلى كيروسين.
عملية الانفصال:
التقطير هو أحد أنواع عمليات الفصل التي تتضمن تسخين الزيت الخام لفصل مكوناته، في هذه العملية يتم ضخ تيار الزيت في قاع عمود التقطير حيث يتم تسخينه، ترتفع مكونات الهيدروكربون الأخف في الخليط إلى أعلى العمود وتترك معظم الأجزاء ذات درجة الغليان العالية في الأسفل، في الجزء العلوي من العمود تصل هذه الأبخرة الأخف إلى المكثف الذي يبردها ويعيدها إلى الحالة السائلة.
لفصل بعض الأجزاء الثقيلة من الزيت يجب تشغيل أعمدة التقطير عند عُشر الضغط الجوي تقريباً (75 ملم زئبق)، تم تصميم أعمدة الفراغ هذه لتكون واسعة وقصيرة للمساعدة في التحكم في تقلبات الضغط، يمكن أن يزيد قطرها عن 40 قدم، يمكن جمع كسور السائل المكثف بشكل منفصل، الجزء الذي يتم تجميعه بين 302 درجة فهرنهايت و482 درجة فهرنهايت هو الكيروسين.
عملية التطهير:
بمجرد تقطير الزيت إلى أجزائه من الضروري إجراء مزيد من المعالجة في سلسلة من المفاعلات الكيميائية لتكوين الكيروسين، إعادة التشكيل التحفيزي التأكل والتكسير التحفيزي والمعالجة المائية هي أربعة من تقنيات المعالجة الرئيسية المستخدمة في تحويل الكيروسين، تستخدم هذه التفاعلات للتحكم في توزيع سلسلة الكربون عن طريق إضافة أو إزالة ذرات الكربون من العمود الفقري للهيدروكربون.
تتضمن عمليات التفاعل هذه تحويل جزء الزيت الخام إلى وعاء منفصل حيث يتم تحويله كيميائياً إلى الكيروسين، بمجرد تفاعل الكيروسين يلزم استخراج إضافي لإزالة الملوثات الثانوية التي يمكن أن تؤثر على خصائص احتراق الزيت، المركبات العطرية وهي هياكل حلقة الكربون مثل البنزين هي فئة واحدة من الملوثات التي يجب إزالتها، تتم معظم عمليات الاستخراج في أبراج كبيرة عملية تقطير الكيروسين.
عملية التقطير:
تعظيم وقت التلامس بين الكيروسين ومذيب الاستخلاص، يتم اختيار المذيبات بناءً على قابلية الشوائب للذوبان، بمعنى آخر تكون الشوائب الكيميائية أكثر قابلية للذوبان في المذيب من الكيروسين لذلك عندما يتدفق الكيروسين عبر البرج، تميل الشوائب إلى الانجراف إلى مرحلة المذيب، بمجرد إزالة الملوثات من الكيروسين تتم إزالة المذيب تارك الكيروسين في حالة أكثر تنقية، تُستخدم تقنيات الاستخراج التالية لتنقية الكيروسين.
أصبحت عملية استخراج (Udex) شائعة في الولايات المتحدة خلال السبعينيات، يستخدم فئة من المواد الكيميائية تعرف باسم الجليكول كمذيبات ويتم استخدام كل من ثنائي إيثيلين جلايكول ورباعي إيثيلين جلايكول؛ لأن لهما صلة عالية بالمركبات العطرية، تم إنشاء عملية السلفولان بواسطة شركة شل في عام 1962 وما زالت مستخدمة في العديد من وحدات الاستخراج بعد 40 عام.
يُطلق على المذيب المستخدم في هذه العملية سلفولان وهو مركب قطبي قوي أكثر كفاءة من أنظمة الجليكول المستخدمة في عملية (Udex)، لديها قدرة حرارية أكبر واستقرار كيميائي أكبر، تستخدم هذه العملية قطعة من المعدات تعرف باسم مقاول القرص الدوار للمساعدة في تنقية الكيروسين.
