مقدمة إلى أنواع زيت الوقود والعوامل المؤثرة على جودته

زيت الوقود، وهو وقود أحفوري يصنف ضمن زيوت الوقود الثقيلة، يتم الحصول عليه من عملية تقطير النفط الخام في أبراج فصل متنوعة. نظرًا للزوجة والكثافة العالية، يكمن تطبيقه الأساسي في الصناعات الكبيرة ومحطات الطاقة كمصدر للطاقة. تاريخيًا، كان استخدام هذا الزيت الثقيل محدودًا للتدفئة السكنية، ولكن اليوم، مع استخدام الأفران المتخصصة، يمكن تحويله أيضًا إلى وقود الديزل ومنتجات بترولية أخرى.

تعتبر هذه المادة، المعروفة أيضًا باسم “الزيت الأسود” بسبب لونها الداكن، أثقل أنواع الوقود التجاري المشتق من النفط الخام، سواء من خلال عملية التقطير أو كمخلفات لهذه العملية. زيت الوقود هو في الأساس المكون الأثقل من النفط الخام الذي يبقى في المصفاة بعد فصل المركبات الأخف مثل البنزين والمنتجات البترولية الأخف الأخرى.

يشير الاستخدام التاريخي لهذا الزيت الثقيل في المناطق الباردة مثل الاتحاد السوفيتي السابق إلى أنه كان يُقدر في البداية كوقود تدفئة رخيص ومتاح بسهولة قبل التطور الواسع النطاق لتقنيات التكرير الأكثر تقدمًا. يشير هذا أيضًا إلى وجود علاقة بين مستوى التطور الصناعي لبلد ما واعتماده على هذا الزيت الثقيل مقارنة بالوقود الأنظف. بعبارة أخرى، في المناطق الأقل تصنيعًا، كان هذا الزيت الثقيل يستخدم بسبب معالجته الأبسط. مع التطورات التكنولوجية في أوروبا وأمريكا، اتجهت هذه البلدان نحو تكسير هذا الزيت الثقيل لإنتاج منتجات أكثر قيمة مثل وقود الديزل. يعكس هذا التحول اتجاهًا ينخفض فيه الاعتماد على هذا الزيت الثقيل مع التقدم التكنولوجي وتزايد المخاوف البيئية.

يخلق التصور المزدوج لزيت الوقود كمصدر وقود رخيص وملوث كبير تحديًا في استخدامه، خاصة في البلدان ذات البنية التحتية القديمة أو التي لديها وصول محدود إلى بدائل أنظف مثل الغاز الطبيعي. تسلط الدراسات الضوء على كل من السعر المنخفض والتلوث العالي المرتبطين بهذا الزيت الثقيل. يشير هذا إلى مفاضلة بين الاعتبارات الاقتصادية والتأثيرات البيئية، والتي من المحتمل أن تلعب دورًا رئيسيًا في القرارات المتعلقة بسياسات استخدام الوقود.

مراجعة أنواع زيت الوقود

يتم تصنيف زيت الوقود بناءً على خصائص مختلفة، أهمها اللزوجة ومحتوى الكبريت.

التصنيف حسب اللزوجة: تشمل الأنواع الشائعة من زيت الوقود M100 و M180 و M230 و M280 و M380 (في بعض الأحيان قد تكون هذه التسميات المحددة “M” أقل شيوعًا في الاستخدام الإنجليزي العام، ولكنها مهمة للدقة الفنية بناءً على النص الأصلي). غالبًا ما تشير الأرقام المستخدمة في أسماء هذه الدرجات إلى لزوجتها الحركية بالسنتستوك عند 50 درجة مئوية. بشكل عام، تشير الأرقام الأعلى إلى لزوجة وكثافة أكبر، وبالتالي تتطلب التسخين المسبق للاستخدام. على سبيل المثال، زيت الوقود M380 أثقل من زيت الوقود M180. في إيران، تشمل الدرجات المنتجة بشكل شائع M180 و M280 و M380.

يؤثر نظام الدرجات القائم على اللزوجة بشكل مباشر على كيفية التعامل مع زيت الوقود وتطبيقه. تتطلب الدرجات ذات اللزوجة الأعلى طاقة أكبر لعمليات الضخ والاحتراق، مما قد يعوض بعض المزايا الاقتصادية لسعرها المنخفض. وبالتالي، تعني اللزوجة الأعلى أن السائل أكثر سمكًا، وتتطلب السوائل الأكثر سمكًا قوة أكبر للتحرك. يؤدي هذا إلى زيادة استهلاك الطاقة للضخ واحتمال استخدام معدات احتراق متخصصة، مما يزيد في النهاية من التكلفة الإجمالية وتعقيد استخدام هذه الدرجات.

التصنيف حسب محتوى الكبريت:

عامل آخر حاسم في تصنيف زيت الوقود هو محتوى الكبريت فيه. بناءً على ذلك، ينقسم زيت الوقود إلى الفئات التالية:

• زيت وقود عالي الكبريت: يحتوي على 2 إلى 3.5 بالمائة من الكبريت.
• زيت وقود عادي الكبريت: يحتوي على 1 إلى 2 بالمائة من الكبريت.
• زيت وقود منخفض الكبريت: يحتوي على 0.5 إلى 1 بالمائة من الكبريت.
• زيت وقود منخفض الكبريت جدًا: يحتوي على أقل من 0.5 بالمائة من الكبريت.

يعتمد محتوى الكبريت في زيت الوقود على المصدر الأصلي للنفط الخام. يعتبر زيت الوقود ذو المحتوى الكبريتي المنخفض عمومًا ذا جودة أعلى وأكثر تكلفة بسبب تأثيره البيئي الأقل وتآكل المعدات المنخفض. عادة ما يتم إنتاج زيت الوقود منخفض الكبريت جدًا من مواد أولية ذات حد أدنى من محتوى الكبريت، وحجم إنتاجه منخفض جدًا، ويتم تصدير كميات أقل منه.

يعتبر محتوى الكبريت عاملاً تفاضليًا أساسيًا في درجات زيت الوقود، ويمثل مقايضة بين التكلفة والمسؤولية البيئية. يجعل محتوى الكبريت الأعلى الزيت أرخص ولكنه يزيد التلوث بشكل كبير. في الواقع، ينتج الكبريت أكاسيد الكبريت عند حرقه، وهي ملوثات رئيسية للهواء ويمكن أن تؤدي إلى الأمطار الحمضية. يتطلب تقليل محتوى الكبريت معالجة أكثر تعقيدًا، مما يزيد التكاليف. يخلق هذا تقسيمًا واضحًا في السوق بناءً على اللوائح البيئية وأولويات المستهلكين. يشير وجود درجات كبريت مختلفة إلى أنه على الرغم من أن زيت الوقود يعتبر عمومًا وقودًا منخفض الجودة، فقد بذلت جهود لإنتاج نسخ أنظف منه، على الرغم من أن هذه قد تكون أقل جاذبية اقتصادية أو متاحة بسهولة. يوضح التصنيف بناءً على مستويات الكبريت المختلفة وجود اختلافات نوعية في زيت الوقود، وتوضح درجة “منخفض الكبريت جدًا” محاولة للتخفيف من آثاره البيئية السلبية، مع الاعتراف الضمني بهذه المشاكل.

تصنيفات أخرى: تعتمد بعض التصنيفات على الكثافة، مع فئات خفيفة (940-970 كجم/م³) وثقيلة (970-985 كجم/م³). تاريخيًا، كانت هناك أيضًا تصنيفات مثل رقم 1 و 2 و 3 و 4 و 5 و 6، والتي غالبًا ما تتعلق بنطاق نقطة الغليان وطول السلسلة الكربونية. بشكل عام، تتوافق الأرقام الأعلى مع لزوجة أكبر وأسعار أقل. تجدر الإشارة إلى أن رقم 6 هو في الأساس نوع من زيت الوقود الثقيل. في التطبيقات البحرية، توجد أيضًا تصنيفات وقود السفن (Bunker A، B، C)، حيث يشير Bunker C غالبًا إلى زيت الوقود الثقيل.

العوامل المؤثرة على جودة زيت الوقود

تتأثر جودة زيت الوقود بعدة عوامل، أهمها:

محتوى الكبريت:

كما ذكرنا سابقًا، يعد محتوى الكبريت مؤشرًا أساسيًا لجودة زيت الوقود. يعتبر محتوى الكبريت المنخفض أكثر استحسانًا بسبب تقليل الملوثات وتآكل المعدات. يعتبر محتوى الكبريت العالي في زيت الوقود المنتج إيرانيًا (حوالي 3.5 بالمائة) أعلى بكثير من المعايير الدولية لوقود السفن في المياه المفتوحة (أقل من 0.5 بالمائة)، مما يطرح تحديات للتصدير.

يشير التباين بين محتوى الكبريت في زيت الوقود الإيراني والمعايير الدولية إلى عائق تنافسي محتمل في السوق العالمية ويسلط الضوء على الحاجة إلى تقنيات تقليل الكبريت في المصافي الإيرانية. وبالتالي، إذا كان زيت الوقود الإيراني لا يفي بالمعايير الدولية، فإن إمكانات تصديره إلى البلدان ذات اللوائح الأكثر صرامة أو تلك المجهزة لتكريره بشكل أكبر تكون محدودة. يشير هذا إلى الحاجة إلى الاستثمار في عمليات إزالة الكبريت.

اللزوجة:

تشير اللزوجة إلى مقاومة السائل للتدفق. تتطلب اللزوجة الأعلى التسخين المسبق للمناولة والاحتراق. يتم قياس هذه الخاصية بالسنتستوك (cSt) عند درجة حرارة محددة (عادة 50 درجة مئوية). تؤثر اللزوجة على سهولة الضخ ونوع المعدات اللازمة لاستخدام زيت الوقود.

اللزوجة ليست مجرد عامل تصنيف ولكنها أيضًا اعتبار تشغيلي حاسم. يجب أن يمتلك المستهلكون المعدات والمرافق المناسبة للتعامل مع درجة اللزوجة المحددة لزيت الوقود الذي يعتزمون استخدامه. في الواقع، تتطلب اللزوجات المختلفة أنظمة ضخ وتقنيات احتراق مختلفة، وقد يؤدي اختيار الدرجة الخاطئة إلى مشاكل تشغيلية وتلف المعدات.

الكثافة:

تؤثر الكثافة، التي تُعرَّف بأنها الكتلة لكل وحدة حجم، على كمية الطاقة لكل وحدة حجم واعتبارات المناولة. تتراوح كثافة زيت الوقود عادةً من 940 إلى 985 كجم/م³.

نقطة الوميض:

نقطة الوميض هي أدنى درجة حرارة يمكن أن يشكل عندها بخار الوقود خليطًا قابلاً للاشتعال في الهواء. بالنسبة للدرجات الأثقل، تكون نقطة الوميض عادةً حوالي 65 درجة مئوية.

نقطة الانصباب:

نقطة الانصباب هي أدنى درجة حرارة يمكن أن يتدفق عندها الوقود. يمكن أن تتسبب نقاط الانصباب الأعلى في مشاكل مناولة في الطقس البارد.

مخلفات الكربون:

تشير كمية مخلفات الكربون بعد تبخر الوقود واحتراقه إلى ميله لتكوين رواسب الكوك.

محتوى الرماد:

المواد غير القابلة للاحتراق المتبقية بعد الاحتراق، والتي يمكن أن تؤثر على أداء المعدات وصيانتها.

القيمة الحرارية:

القيمة الحرارية هي كمية الحرارة المنبعثة أثناء احتراق كمية محددة من الوقود وتشير إلى محتواه من الطاقة. بالنسبة لزيت الوقود، تتراوح هذه القيمة عادةً من 38 إلى 42 ميغا جول لكل كيلوغرام.

في حين أن زيت الوقود يتمتع بقيمة حرارية عالية، مما يجعله فعالاً من حيث الطاقة، فإن معايير الجودة الأخرى، وخاصة محتوى الكبريت، غالبًا ما تفوق هذه الميزة من حيث التأثير البيئي والتكاليف التشغيلية. في الواقع، تجعل القيمة الحرارية العالية منه جذابًا لتوليد الطاقة، لكن المشكلات البيئية والمتعلقة بالمعدات الناجمة عن شوائبه تعني أن “الجودة” الإجمالية يجب أن تأخذ في الاعتبار أكثر من مجرد إنتاج الطاقة.

مكانة زيت الوقود بين المنتجات البترولية

يتم الحصول على زيت الوقود كناتج ثقيل في عملية تكرير النفط الخام. بعد فصل المنتجات البترولية الأخف مثل الغازات والنفتا والبنزين ووقود الطائرات (نوع من الكيروسين)، يبقى زيت الوقود. يقع في الطرف الثقيل من طيف المنتجات البترولية، ولا يعتبر البيتومين سوى بقايا أكثر تكثيفًا.

يوضح موقع زيت الوقود في عملية تقطير النفط الخام خصائصه – كبقايا، فإنه يحتوي بشكل طبيعي على تركيزات أعلى من الهيدروكربونات الأثقل والشوائب مثل الكبريت. وبالتالي، تفصل عملية التقطير المكونات بناءً على نقاط الغليان، ويبقى زيت الوقود، بسبب نقطة غليانه العالية، في الأسفل، ويتراكم فيه مركبات أقل تطايرًا وغير مرغوب فيها غالبًا.

يتم تقطير النواتج الأخف مثل الكيروسين ووقود الديزل قبل زيت الوقود. بالإضافة إلى ذلك، يمكن معالجة زيت الوقود بشكل أكبر (التكسير) لإنتاج منتجات أخف وأكثر قيمة مثل وقود الديزل. يعتبر البيتومين أثقل بقايا متبقية بعد استخلاص زيت الوقود. في عملية التكرير، بعد إزالة النواتج الأخف بما في ذلك زيت الوقود، تكون المادة المتبقية في الغالب بيتومين، يستخدم لرصف الطرق والعزل. تتضمن بعض طرق إنتاج البيتومين أيضًا معالجة زيت الوقود.

تشير العلاقة الوثيقة بين زيت الوقود والبيتومين إلى أن ربحية زيت الوقود كوقود قد تتأثر بالطلب وأسعار البيتومين، خاصة إذا كانت المصافي تتمتع بالمرونة اللازمة لتحويل الإنتاج بناءً على ظروف السوق. وبالتالي، إذا كانت أسعار البيتومين مرتفعة، فقد تفضل المصافي توجيه المزيد من النواتج الأثقل نحو إنتاج البيتومين، مما قد يقلل من عرض زيت الوقود أو يزيد من سعره.

يعتبر زيت الأساس منتجًا بتروليًا مهمًا آخر يستخدم في إنتاج مواد التشحيم. يتم استخلاص زيت الأساس عادةً من خلال عمليات تكرير أكثر تخصصًا من زيت الوقود، غالبًا ما تتضمن استخلاصًا بالمذيبات أو المعالجة الهيدروجينية. على الرغم من أن كلاهما مشتق من النفط الخام، إلا أنهما يخدمان أغراضًا أولية مختلفة.

تطبيقات زيت الوقود في مختلف الصناعات

نظرًا لخصائصه المحددة، فإن لزيت الوقود تطبيقات متنوعة في مختلف الصناعات:

توليد الكهرباء:

يستخدم زيت الوقود على نطاق واسع في محطات الطاقة الحرارية لتوليد الكهرباء. تجعل قيمته الحرارية العالية وسعره المنخفض نسبيًا خيارًا جذابًا لإنتاج الطاقة على نطاق واسع. هذا التطبيق شائع بشكل خاص في دول مثل إيران لتسخين الغلايات في محطات الطاقة. ومع ذلك، فإن حرق زيت الوقود في محطات الطاقة يطلق كميات كبيرة من المواد السامة في الهواء، مما يساهم في تلوث الهواء.

يشكل الاعتماد الكبير على زيت الوقود لتوليد الكهرباء في بعض المناطق مثل إيران تحديًا بيئيًا كبيرًا، خاصة في المناطق الحضرية التي تكون فيها جودة الهواء مصدر قلق بالفعل. غالبًا ما يكون هذا الاعتماد ناتجًا عن عوامل اقتصادية وتوافر البدائل. وبالتالي، تشير المصادر الإخبارية بشكل متكرر إلى استخدام زيت الوقود في محطات الطاقة الإيرانية ومساهمته في تلوث الهواء، خاصة في فصل الشتاء. يشير هذا إلى مشكلة نظامية حيث قد تكون البدائل الأنظف إما باهظة الثمن أو غير متوفرة بكميات كافية.

غلايات البخار والأفران الصناعية:

يستخدم زيت الوقود كوقود في غلايات البخار والأفران الصناعية لتوليد الحرارة والبخار لعمليات التصنيع المختلفة. كما أنه يستخدم في الأفران في صناعات مثل الأسمنت والصلب.

وقود السفن (وقود البواخر):

نظرًا لسعره المنخفض مقارنة بأنواع الوقود البحري الأخرى، يعتبر زيت الوقود وقودًا شائعًا للسفن. يشتق مصطلح “وقود البواخر” من مخازن الفحم حيث كان الوقود يخزن في الأصل على متن السفن.

التدفئة:

في الماضي، كان زيت الوقود يستخدم للتدفئة السكنية. واليوم، لا يزال يستخدم في بعض المناطق لتدفئة المباني وفي أنظمة التدفئة النفطية.

صناعة البتروكيماويات:

يمكن استخدام زيت الوقود كمادة أولية في إنتاج منتجات بتروكيماوية أخرى.

توريد وتأمين المنتجات البترولية في إيران

نظرة عامة على توريد المنتجات البترولية: تعتبر إيران منتجًا مهمًا لمختلف المنتجات البترولية، بما في ذلك الغاز المسال وزيت الوقود والكبريت والكوك والسخام وزيوت التشحيم ووقود الديزل والكيروسين والبنزين والنفتا. تشرف وزارة النفط على قطاع النفط والغاز، وتشارك العديد من الشركات الرئيسية في الإنتاج والتكرير والتوزيع. تشمل هذه الشركات شركة النفط الوطنية الإيرانية وشركة الغاز الوطنية الإيرانية وشركة البتروكيماويات الوطنية الإيرانية وشركة تكرير وتوزيع المنتجات النفطية الوطنية الإيرانية. تدير شركة تكرير وتوزيع المنتجات النفطية الوطنية الإيرانية مصافي البلاد وتوزيع المنتجات النفطية داخل إيران. تهدف إيران إلى زيادة طاقتها التكريرية وإنتاج منتجات بترولية ذات قيمة مضافة أعلى. تشمل سلسلة التوريد الإنتاج من قبل شركة النفط الوطنية والتكرير من قبل شركات خاصة وشبه خاصة والنقل من قبل شركة تكرير وتوزيع المنتجات النفطية الوطنية الإيرانية.

من المحتمل أن يؤثر هيكل صناعة النفط والغاز في إيران، مع وجود حكومي قوي ومزيج من الكيانات الحكومية والخاصة في مختلف أجزاء سلسلة التوريد، على توافر وأسعار زيت الوقود والمنتجات البترولية الأخرى. وبالتالي، تلعب السياسات الحكومية وحصص الإنتاج وكفاءة شبكة التوزيع دورًا في مدى سهولة وتكلفة الحصول على زيت الوقود والمنتجات ذات الصلة.

الخلاصة: فهم زيت الوقود في قطاع الطاقة

يلعب زيت الوقود، كوقود ثقيل ولزج ذو قيمة حرارية عالية ولكن محتوى كبريت كبير، دورًا مهمًا في قطاع الطاقة. تكمن تطبيقاته الأساسية في توليد الكهرباء، والعمليات الصناعية، والنقل البحري. ومع ذلك، فإن احتراق زيت الوقود يثير مخاوف بيئية كبيرة، لا سيما بسبب انبعاثات الكبريت التي تساهم في تلوث الهواء. في إيران، يحتل زيت الوقود مكانة خاصة بين المنتجات البترولية وله صلات وثيقة بالبيتومين والكيروسين ووقود الديزل وزيوت الأساس. على الرغم من الاتجاه العالمي نحو مصادر الطاقة الأنظف، لا يزال زيت الوقود مهمًا في المناطق ذات البنية التحتية القائمة والاعتبارات الاقتصادية، لا سيما في إيران. إن فهم خصائص وأنواع والعوامل المؤثرة على جودة زيت الوقود أمر ضروري لأصحاب المصلحة في صناعة الطاقة وصناع السياسات في هذا المجال.