النفط

النفط

الهيدروكربونات
تصور انك تصوت في مسابقة لاختيار أفضل جزيء في القرن الماضي . بالتأكيد سيكون للهيدروكربونات فرصة كبيرة للفوز !!
ما هي الهيدروكربونات ؟ وما سبب أهميتها ؟
الهيدروكربونات عبارة عن مركبات تحتوي على كربون وهيدروجين فقط .

يعد النفط من أهم الخامات التي تستخرج من باطن الأرض .
يتكون النفط الخام من مزيج من الهيدروكربونات .
لا تكمن أهمية الهيدروكربونات في النفط الخام كوقود فحسب ، ولكنها تعد مادة أولية للعديد من الصناعات الكيميائية وعلى رأسها البلاستيك ( اللدائن ) .
الهيدروكربونات
الألكانات :
يوجد العديد من المركبات الهيدروكربونية في النفط الخام ، أهمها تلك التي تدعى بالألكانات . يصاحب الغاز الطبيعي النفط الخام ، ويتكون بشكل رئيس من الميثان ، وهو أصغر جزيء ينتمي للألكانات .

تشكل ذرات الكربون الهيكل بالنسبة للألكانات ، ويحيط بذرات الكربون عدد من ذرات الهيدروجين ، كما يكسو عظامك اللحم .
انظر إلى الأسماء والصيغ الجزيئية لأبسط الألكانات في الجدول التالي :
الصيغة الاسم
CH4 ميثان
C2H6 إيثان
C3H8 بروبان
C4H10 بيوتان
C5H12 بنتان
------ هكسان

الصيغة العامة للألكان هي : CnH2n + 2
حيث ( n ) يمثل رقماً ( 1 ، 2 ، 3 ، ........ )
لاحظ أن اسم الألكان ينتهي بالمقطع " ان " .
ما وجه الاختلاف بين الألكان والذي يليه ؟
اكتب صيغة الهكسان ؟
ارسم الصيغة البنائية للهكسان ؟
الوقود الأحفوري :
معظم أنواع الوقود والتي نستخدمها من النوع الأحفوري . هل يمكن أن تعطي مثالاً على أي منها ؟
الفحم ، والنفط الخام والغاز الطبيعي جميعها وقود أحفوري .
الفحم الوحيد منها الذي لا يتألف من هيدروكربونات ، فهو يحتوي على كربون وهيدروجين وذرات عناصر أخرى كالأكسجين في بعض جزيئاته .
يحتاج الوقود الأحفوري لملايين السنين لكي يتكون .
تشكل الفحم من طمر الأشجار والطحالب الميتة تحت المستنقعات ، بينما يتشكل النفط من الحيوانات التي كانت تعيش في البحار.
تحصل النباتات والحيوانات على حاجتها من الطاقة من الشمس ، لذا فعندما تحرق الوقود فإنك تستخدم الطاقة المخزنة فيه؟
يعد الوقود الأحفوري من مصادر الطاقة غير المتجددة لأنه يحتاج لملايين السنين لتعويضه .
يتوقع العلماء أن ينفذ الوقود خلال 50 سنة بينما يمكن أن يدوم الفحم لـ 300 سنة أخرى .
الوقود الأحفوري :
قصة تكون النفط :
بدأت قصة النفط قبل حوالي 150 مليون سنة ، عند موت الكائنات البحرية وتجمعها في قعر البحر ، وعندما تطمر الكائنات الميتة تحت طبقات من الرمال والصخور ، تتحلل في ظروف خالية تقريباً من الأكسجين .
ومع زيادة الضغط والحرارة ، تتحول هذه الكائنات إلى نفط وغاز طبيعي .

البحث عن النفط :
مصادر النفط قليلة ، لذا تبذل شركات النفط قصارى جهدها للبحث عن هذه المصادر .
كيف يتمكن هؤلاء من إيجاد مصادر النفط ؟
يبحث العلماء في البداية عن دلائل على سطح الأرض . انظر للشكل التالي :
يوجد النفط داخل الصخور المنفذة ، كما تتشبع الاسفنجة بالماء .
يحاول النفط الصعود إلى الأعلى ، ولكنه يواجه طبقة الصخور غير المنفذة .
تسمى هذه الصخور عادةً باسم صخور الغطاء .

الوقود الأحفوري :
المسح الزلزالي :
يقوم العلماء بمسح زلزالي للمنطقة التي تم تحديدها ، وذلك لمعرفة تركيب الصخور تحت سطح الأرض .
تستخدم المتفجرات لإرسال موجات صوتية داخل الأرض ، وتلتقط الأمواج الصوتية المرتدة من كل طبقة تحت سطح الأرض بواسطة مجسات .
يعمل الحاسوب بعدها على تحليل الأمواج المرتدة ، ومن ثم رسم خارطة لطبقات الصخور تحت سطح الأرض .
ولا يمكن التأكد من وجود النفط إلا بعد حفر أول بئر ، فإذا تأكد وجوده ، تحفر مزيد من الآبار لمعرفة ما إذا كانت عملية استخراج النفط مجدية اقتصادياً . وأي خطأ في هذه المرحلة يكون مكلفاً !
نقل النفط :
توجد طريقتان لنقل النفط من حقول النفط إلى المصافي :
1. الأنابيب .
2. الصهاريج .
تستخدم الأنابيب أو الصهاريج لنقل النفط إلى المصافي مباشرة ، وقد تستخدم لنقله إلى الموانيء تمهيداً لنقلها بواسطة ناقلات النفط العملاقة ، التي يصل طولها أحياناً إلى 300 متر . إلا أن حوادثاً قد تقع لناقلات النفط ، فتسبب كوارث بيئية ، وموتاً للكائنات البحرية .
تقطير النفط :
عند وصول النفط الخام إلى مصافي تكرير النفط ، يكون لونها أسود وكثيف ولا يستفاد منه وهو على هذه الحال .
تعلم بأن النفط يتألف من مزيج من الألكانات ، وفي مصافي النفط ، يتم فصل هذه الهيدروكربونات إلى مجموعات ، وتسمى هذه المجموعات بنواتج التقطير ، وكل ناتج منها له استخدام محدد .
تسمى عملية فصل مجموعات الهيدروكربونات من النفط الخام بالتقطير التجزيئي .
يمكن إجراء عملية تقطير تجزيئي للنفط الخام في المختبر لفهم ما يحدث داخل مصافي النفط .
تجربة 13 ـ 1 تقطير النفط الخام
رتب الجهاز المبين في خزانة الأبخرة .
سخن النفط الخام بلطف في البداية ، واجمع القطرات الناتجة في الأنبوب المستقبل إلى أن تصل إلى درجة حرارة 80 ْ س.
غيّر الأنبوب المستقبل واستمر في التسخين وجمع السائل الناتج حتى تصل إلى درجة 150 ْ س .
غيّر الأنبوب للمرة الثالثة واستمر بجمع السائل الناتج حتى يتوقف .
لماذا يوضع الأنبوب المستقبل في حمام من الماء البارد ؟

البحث عن الانتظام

كيف يشتعل الوصف اللون حجم الجزئيات ناتج التقطير
يشتعل بسهولة وبلهب نظيف. سهل الجريان عديم اللون قليل درجة غليان منخفضة
( حتى 80 ْ س )
يشتغل ببطء وينتج عنه دخان. كثيف أصفر متوسط درجة غليان متوسطة
( 80 ـ 150 ْ س )
يشتغل بصعوبة وينتج عنه دخان. لزج برتقالي داكن كبير درجة غليان عالية
( أعلى من 150 ْ س )

هل لاحظت زيادة درجة الغليان بزيادة حجم الجزيئات ؟؟
تفسير عملية التقطير :
إذا كان لديك صحناً من المعكرونة ، تجد أن سحب خيوط المعكرونة الصغيرة أسهل من سحب الخيوط الكبيرة .
هذا التصور يساعدك على فهم عملية التقطير . تصور أن الجزيئات في النفط الخام هي خيوط المعكرونة .
عند تسخين النفط الخام ، تغلي الجزيئات الصغيرة أولاً ، وتتحول إلى بخار ، وعند تكثيفها تتحول إلى سائل ويُستقبل في الأنبوب المستقبل .
تختلف جزيئات الهيدروكربونات في درجات غليانها ، فالهيدروكربونات الصغيرة تملك درجات غليان أقل ، لذا فهي تغلي وتتبخر أولاً من النفط الخام .
ومع استمرار تسخين النفط الخام ترتفع درجة الغليان أكثر فأكثر ، فتغلي الجزيئات الأكبر وتتبخر ، ومن ثم تُستقبل في الأنبوب المستقبل .
للهيدروكربونات الصغيرة درجات غليان أكبر من الهيدروكربونات الكبيرة .

التكسير الحراري :
الهيدروكربونات الصغيرة أكثر فائدة من الهيدروكربونات الكبيرة .
وجد العلماء طريقة لتحويل جزيئات الهيدروكربونات الكبيرة والناتجة من تكرير النفط إلى جزيئات أصغر .
يسمى التفا عل الذي يحول الهيدروكربونات الكبيرة إلى أخرى صغيرة بالتكسير الحراري .
تتم عملية التكسير الحراري باستخدام الحرارة ، وباتخدام عامل مساعد يعمل على زيادة سرعة التفاعل .
تكرير النفط :
يفصل النفط الخام في مصافي النفط إلى مكوناته في أعمدة تقطير ضخمة . تعتمد عملية فصل مكونات النفط الخام كما في المختبر على اختلافها في درجات الغليان للهيدروكربونات المكونة للنفط .
ولكن هناك فرق بسيط ، ففي مصافي النفط تحويل النفط إلى بخار ويتم تكثيف جميع مكوناته في الوقت نفسه ، ولكن عند درجاتٍ حراريةٍ مختلفة .
انظر إلى عمود التقطير المبين أدناه .
تفسير عملية تكرير النفط :
يتم تسخين النفط الخام إلى أن يتحول جميعه إلى غاز .
يكون برج التقطير بارداً من الأعلى ، وساخناً من الأسفل .
هذا يعني أن الهيدروكربونات الكبيرة والتي تمتلك درجات غليان عالية تتكاثف في أسفل البرج .
تصل الهيدروكربونات الصغيرة ، والتي تمتلك درجات غليان منخفضة إلى أعلى البرج ولكنها لاتتكاثف ، بل تبقى على هيئتها الغازية وتخرج من أعلى البرج .
طول سلسلة الكربون ناتج التقطير
C1 - C4 غازات بترولية
C4 - C12 غازولين
C11 - C15 كيروسين
C15 - C19 ديزل
C20 - C40 زيوت تشحيم
C50 فما فوق اسفلت