مقدمة في أنواع قاع التقطير الفراغي والعوامل المؤثرة على جودتها

يمثل قاع التقطير الفراغي (Vacuum Bottom – VB)، المعروف أيضًا باسم قيعان برج التقطير الفراغي (Vacuum Tower Bottoms – VTB) أو المخلفات الثقيلة الفراغية (Heavy Vacuum Residue – HVR)، أثقل وأكثر المكونات تحديًا في النفط الخام. تشكل هذه المادة، وهي المنتج النهائي للتقطير الفراغي، الأساس لإنتاج البيتومين. يتكون قاع التقطير الفراغي من هيدروكربونات ذات سلاسل أطول من 35 ذرة كربون، ويظهر في درجة حرارة الغرفة على شكل صلب أو شبه صلب. على الرغم من أنه يتم الحصول عليه في المراحل النهائية لتكرير النفط، إلا أنه يلعب دورًا أساسيًا في مختلف الصناعات.

يتم إنتاج قاع التقطير الفراغي في خطوتين للتقطير: التقطير الجوي والتقطير الفراغي. في الخطوة الأولى، يمر النفط الخام بعد تسخينه عبر برج التقطير الجوي. في هذه المرحلة، ترتفع درجة حرارة النفط الخام إلى حوالي 370 درجة مئوية، ويتم فصل مكوناته الأخف عن الجسم الرئيسي. يخضع أثقل مكون ناتج عن هذه العملية، والمعروف باسم “قاع التقطير الفراغي”، لمعالجة إضافية في وحدة التقطير الفراغي. في هذا القسم، عن طريق تقليل الضغط والتحكم الدقيق في درجة الحرارة، يتم منع تكسير هياكل الجزيئات. يسمح هذا الإجراء بفصل المكونات الأثقل من النفط الخام في درجات حرارة منخفضة، مما يمنع التكسير الحراري للجزيئات. يمكّن التقطير الفراغي، مثل القلب النابض لعملية تكرير النفط، من إنتاج منتجات بترولية من الزيوت الثقيلة المتبقية بعد التقطير الجوي. يشهد على هذه الأهمية وجود وحدات التقطير الفراغي في حوالي 80 بالمائة من المصافي النشطة في الولايات المتحدة.

في الماضي، كان يعتبر قاع التقطير الفراغي مادة نفايات وغير قابلة للاستخدام في صناعة النفط ولم يكن له مكان في التطبيقات الصناعية. ومع ذلك، مع التقدم المستمر للمعرفة والتكنولوجيا، تم اكتشاف استخدامات متنوعة له.

يلعب قاع التقطير الفراغي، باعتباره المادة الخام الرئيسية في إنتاج البيتومين، دورًا حاسمًا في صناعات الطرق والبناء والعزل. كما أنه يستخدم في إنتاج الزيوت الأساسية الصناعية ومواد التشحيم. يمكن استخدام قاع التقطير الفراغي، مثل معجون مرن، كمادة وسيطة لوحدات التحسين مثل وحدات التكسير المتأخر ووحدات التكسير الهيدروجيني لتحويلها إلى منتجات أكثر قيمة مثل النافتا والجازولين وفحم الكوك البترولي. في بعض الصناعات، يستخدم قاع التقطير الفراغي أيضًا كبديل للوقود للزيت الثقيل. يتم اشتقاق حوالي 70 بالمائة من المواد الخام لزيت الوقود من قاع التقطير الفراغي. يوضح تنوع تطبيقات قاع التقطير الفراغي القيمة العالية لهذه المادة كمنتج ثانوي لتكرير النفط ويلعب دورًا مهمًا في تجارة المنتجات البترولية. هذه المادة، التي كانت تعتبر ذات يوم تحديًا، أصبحت الآن مكونًا حيويًا في نظام الطاقة والإنتاج العالمي.

ظهور ويكيوم باتوم وخصائصها الفنية

قاع التقطير الفراغي ليس موحدًا، على عكس البنزين أو الديزل. ومع ذلك، اعتمادًا على نوع النفط الخام المدخل، وعملية التكرير المستخدمة، والتطبيق النهائي المقصود، يمكن أن يُظهر قاع التقطير الفراغي خصائص مختلفة، والتي يمكن اعتبارها أنواعًا غير رسمية. تختلف الخصائص الكيميائية لقاع التقطير الفراغي اختلافًا كبيرًا ويمكن أن تتغير بناءً على مصدر النفط الخام. على سبيل المثال، يمكن أن تقع لزوجة وكثافة قاع التقطير الفراغي ضمن نطاقات مختلفة. علاوة على ذلك، نظرًا لأن قاع التقطير الفراغي غالبًا ما يستخدم كمادة خام للمعالجة المستقبلية، فقد يتم إيلاء اهتمام أقل لتحديد درجة نهائية له.

قد يصنف البعض قاع التقطير الفراغي بناءً على الخصائص الرئيسية مثل اللزوجة والكثافة ونقطة الاشتعال ومعدل الاختراق. هذه الخصائص ضرورية في تحديد مدى ملاءمة قاع التقطير الفراغي لتطبيقات محددة، مثل إنتاج البيتومين بدرجة اختراق محددة.

التطبيقات الأساسية لقاع التقطير الفراغي في مختلف الصناعات

يمكن استخدام قاع التقطير الفراغي كمادة وسيطة قيمة في إنتاج الزيوت الأساسية المعدنية. تشمل عمليات الإنتاج التقطير الفراغي، وإزالة الأسفلتين، وإزالة الشمع، والمعالجة الهيدروجينية، والمزج. يمكن أن تختلف جودة الزيت الأساسي المشتق من قاع التقطير الفراغي اعتمادًا على عملية التكرير ونوع النفط الخام الأولي ويمكن تصنيفها إلى مجموعات API مختلفة (I و II و III). التقطير الفراغي هو خطوة نحو تحويل منتج ثانوي إلى مادة خام مفيدة لإنتاج مواد التشحيم. تفصل هذه العملية جزيئات النفط الخام بناءً على الحجم وهي ضرورية لإنتاج الزيوت الأساسية ذات اللزوجة المختلفة. تعتمد الجودة النهائية للزيت الأساسي على التقنيات المستخدمة في المصفاة. يمكن للمصافي، باستخدام عمليات متنوعة، إنتاج زيوت أساسية بمستويات مختلفة من النقاء والخصائص المطلوبة في مختلف الصناعات.

تتمثل الحصة الأكبر من استخدام قاع التقطير الفراغي، كمادة خام، في إنتاج أنواع مختلفة من البيتومين. يُعرف قاع التقطير الفراغي بأنه أساس إنتاج البيتومين لأنه المادة الرئيسية والأساسية في هذه العملية. يتم تحويل البيتومين الناتج من قاع التقطير الفراغي إلى درجات مختلفة ذات خصائص مختلفة لتطبيقات متنوعة (مثل بناء الطرق، والعزل المائي، وما إلى ذلك) من خلال عمليات مختلفة مثل نفخ الهواء، والخلط مع المواد المضافة (مثل البوليمرات والبيتومين الطبيعي)، أو الاستخدام المباشر (إذا كانت له الخصائص المطلوبة). تزيد عملية نفخ الهواء من لزوجة ونقطة تليين البيتومين، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات محددة، مثل البيتومين المستخدم في الظروف الجوية الحارة. أيضًا، يمكن أن يؤدي الخلط مع المواد المضافة إلى تحسين خصائص البيتومين للتطبيقات المتخصصة. يعتبر قاع التقطير الفراغي مادة خام مرنة للغاية لإنتاج البيتومين بخصائص مخصصة.

يمكن استخدام قاع التقطير الفراغي كمادة وسيطة لوحدات التكسير المتأخر لإنتاج النافتا والجازولين وفحم الكوك البترولي. تتضمن هذه العملية تسخين قاع التقطير الفراغي إلى درجات حرارة وضغوط عالية، مما يؤدي إلى تكسير بنيته وإنتاج منتجات قيمة. أيضًا، في بعض صناعات البتروكيماويات، يتم استخدامه كمادة خام لإنتاج منتجات كيميائية محددة ومشتقات هيدروكربونية. يمكن استخدام قاع التقطير الفراغي كمكون في إنتاج زيت الوقود الثقيل للاستخدامات الصناعية وتوليد الطاقة والمحركات البحرية. يتكون حوالي 70 بالمائة من أساس زيت الوقود من قاع التقطير الفراغي. نظرًا لبنيته الهيدروكربونية المعقدة، يعتبر قاع التقطير الفراغي مادة خام قيمة لإنتاج مجموعة واسعة من المنتجات في مختلف الصناعات. يعكس هذا التنوع في التطبيقات أهمية قاع التقطير الفراغي في الاقتصاد العالمي.

العوامل المؤثرة على جودة أنواع قاع التقطير الفراغي

يتأثر التركيب الكيميائي وخصائص قاع التقطير الفراغي بشدة بنوع النفط الخام المستخدم في المصفاة. تحتوي أنواع النفط الخام المختلفة على كميات متفاوتة من الهيدروكربونات الثقيلة والكبريت والمعادن والأسفلتين، مما يؤثر بشكل مباشر على جودة قاع التقطير الفراغي النهائي. يمكن أن تؤثر جودة النفط الخام على خصائص قاع التقطير الفراغي المعالج بالهيدروجين وكيفية مزجه مع قطفات النفط لإنتاج زيت الوقود. يمكن أن يلعب اختيار النوع المناسب من النفط الخام للمصفاة دورًا رئيسيًا في إنتاج قاع التقطير الفراغي بالجودة المطلوبة لتطبيقات محددة. قد تقوم المصافي بمزج أنواع مختلفة من النفط الخام، مما قد يؤدي إلى خصائص مختلفة في قاع التقطير الفراغي المعالج بالهيدروجين.

تلعب ظروف تشغيل وحدات التقطير الجوي والفراغي (مثل درجة الحرارة والضغط ووقت الإقامة) دورًا كبيرًا في جودة وكمية إنتاج قاع التقطير الفراغي. يتم إجراء التقطير الفراغي لمنع التحلل الحراري لمكونات التغذية. يمكن أن تساعد عمليات التقطير المتقدمة في فصل أفضل للمكونات المختلفة للنفط الخام وبالتالي إنتاج قاع تقطير فراغي ذي جودة فائقة. يمكن أن يساعد استخدام أنظمة فراغ فعالة في وحدات التقطير في زيادة استرداد المنتج ومنع التفاعلات الثانوية غير المرغوب فيها. يعد تحسين عمليات التكرير والتقطير لتحقيق الجودة المطلوبة لقاع التقطير الفراغي ذا أهمية كبيرة. ويشمل ذلك التحكم الدقيق في درجة الحرارة والضغط في أبراج التقطير واستخدام التقنيات المناسبة.

يمكن أن يؤثر وجود شوائب مثل الكبريت والمعادن الثقيلة والأسفلتين في قاع التقطير الفراغي سلبًا على جودته وتطبيقاته. يمكن أن يؤدي ارتفاع نسبة الكبريت إلى مشاكل بيئية وتآكل المعدات. الأسفلتينات هي مركبات معقدة ذات وزن جزيئي مرتفع تزيد من لزوجة قاع التقطير الفراغي وتجعل إدارتها صعبة في عمليات التكرير واستخدام قاع التقطير الفراغي. يمكن أن يؤدي التركيز العالي لقيعان برج التقطير الفراغي في تغذية وحدة التكسير التحفيزي إلى زيادة مستويات الأسفلتينات والذرات غير المتجانسة في زيت الحمأة. يعد إزالة أو تقليل هذه الشوائب من خلال عمليات التكرير المناسبة أمرًا ضروريًا لتحسين جودة وتوسيع تطبيقات قاع التقطير الفراغي. يمكن تحقيق جودة محسنة لقاع التقطير الفراغي عن طريق تقليل اللزوجة، وتقليل الكثافة (زيادة درجة API)، وتقليل محتوى الأسفلتين، وتقليل بقايا الكربون، وتقليل محتوى الكبريت، وتقليل الرواسب.

دور قاع التقطير الفراغي في تجارة المنتجات البترولية

يتم تداول قاع التقطير الفراغي، كسلعة وسيطة في صناعة النفط، دوليًا، خاصة كقاعدة لإنتاج البيتومين والزيوت الأساسية. تشير بعض التقارير إلى تجارة المخلفات البترولية والبيتومين، والتي يشكل قاع التقطير الفراغي مكونًا أساسيًا لها. تعتبر تجارة قاع التقطير الفراغي ذات أهمية كبيرة في نسيج تجارة المنتجات البترولية العالمية نظرًا لدورها الرئيسي كمادة خام في إنتاج المنتجات النهائية ذات الاستهلاك العالي.

تعتبر كبرى شركات تكرير النفط في جميع أنحاء العالم من بين الموردين الرئيسيين لقاع التقطير الفراغي. في إيران، تعتبر الشركات المملوكة للدولة مثل مصافي أصفهان وطهران وشيراز وأراك منتجين رئيسيين لقاع التقطير الفراغي. تلعب شركات تجارة المنتجات البترولية دورًا وسيطًا في عملية شراء وبيع ونقل قاع التقطير الفراغي دوليًا. تنشط شركات مثل يونيفرسال تريدز في تجارة البيتومين، التي يتم استخلاص جوهرها من قاع التقطير الفراغي. أصبحت يونيفرسال تريدز واحدة من شركات تجارة البيتومين ذات السمعة الطيبة. تشير بعض التقارير أيضًا إلى شركات نشطة في سوق قاع التقطير الفراغي في مناطق معينة، مثل العراق. تنشط شركات مثل مجموعة الوطنية ومجد العراق في سوق قاع التقطير الفراغي العراقي. توجد شبكة معقدة من المنتجين (المصافي) والموردين وشركات التجارة النشطة في تجارة قاع التقطير الفراغي العالمية.

عادة ما يتم تحديد سعر قاع التقطير الفراغي بناءً على سعر زيت الوقود الثقيل ويتأثر بعوامل مثل أسعار النفط الخام العالمية وجودة المنتج والعرض والطلب. صيغة تسعير قاع التقطير الفراغي عادة ما تكون أقل بنسبة 5 إلى 10 بالمائة من سعر البيتومين. نظرًا لأن قاع التقطير الفراغي هو المادة الخام الرئيسية في إنتاج البيتومين والزيوت الأساسية، فإن التغيرات في سعره يمكن أن تؤثر بشكل مباشر على سعر هذه المنتجات النهائية. يمكن أن تؤدي الزيادة في أسعار المواد الخام، مثل قاع التقطير الفراغي، إلى زيادة في السعر النهائي للبيتومين. يمكن أن تساهم التقلبات في أسعار النفط الخام العالمية والتغيرات في عرض وطلب قاع التقطير الفراغي في عدم الاستقرار في أسواق البيتومين والزيوت الأساسية. يجب على المتداولين وشركات التجارة مراقبة هذه العوامل بعناية لاتخاذ قرارات مستنيرة.

الصلة بين قاع التقطير الفراغي ومنتجات بترولية رئيسية أخرى

في عملية تكرير النفط الخام، يتم فصل المكونات الأخف، مثل الغازات البترولية والبنزين والنافتا، في البداية عن بعضها البعض في برج التقطير الجوي. ثم، في درجات حرارة أعلى، يتم فصل الكيروسين والديزل. يذهب المتبقي من هذا البرج، وهو الأثقل، إلى وحدة التقطير الفراغي (Vacuum Distillation Unit – VDU). في هذه الوحدة، يتم فصل المكونات الأثقل، مثل الزيوت الثقيلة وقاع التقطير الفراغي. يمكن الحصول على المازوت (Mazut)، المعروف أيضًا باسم زيت الوقود (Fuel Oil)، من بقايا التقطير الجوي أو من معالجة إضافية لقاع التقطير الفراغي. في الواقع، يشكل قاع التقطير الفراغي أكثر من 70 بالمائة من المواد الخام لزيت الوقود. يعتبر قاع التقطير الفراغي أثقل مكون في النفط الخام ويتم الحصول عليه بعد فصل النهايات الأخف (Light Ends) والتقطيرات الوسطى (Middle Distillates)، مثل البنزين والكيروسين والديزل. تعتمد عملية الفصل هذه على الاختلاف في نقاط غليان المكونات المختلفة للنفط الخام.

على الرغم من أن قاع التقطير الفراغي لا يستخدم بشكل مباشر في إنتاج البنزين والكيروسين والديزل، إلا أنه يمكن استخدامه كمادة وسيطة لوحدات التحسين، مثل التكسير الهيدروجيني والتكويك، مما قد يؤدي في النهاية إلى إنتاج هذه المنتجات الأخف. تستخدم وحدة التكويك المتأخر قاع التقطير الفراغي لإنتاج منتجات أكثر قيمة مثل البنزين والجازولين وفحم الكوك البترولي. يمكن الحصول على المازوت (زيت الوقود الثقيل) مباشرة من قاع التقطير الفراغي أو من معالجته. يُعرف قاع التقطير الفراغي كمصدر لإنتاج زيت الوقود الثقيل المستخدم في الصناعات وتوليد الطاقة والمحركات البحرية. يعتبر قاع التقطير الفراغي، كمكون رئيسي في سلسلة قيمة تكرير النفط، يلعب دورًا غير مباشر في توفير مختلف المنتجات البترولية. تمكن عمليات التحويل، مثل التكسير الهيدروجيني والتكويك، من تحويل المكونات الثقيلة للنفط الخام إلى منتجات أخف وأكثر قيمة.

عملية إنتاج البيتومين من قاع التقطير الفراغي والعوامل المؤثرة عليها

عادة ما يتم إنتاج البيتومين من قاع التقطير الفراغي من خلال عملية نفخ الهواء. في هذه العملية، يتعرض قاع التقطير الفراغي في وحدة إنتاج البيتومين (برج إنتاج البيتومين) لتدفق لطيف من الهواء عند درجة حرارة تتراوح بين 240 و 320 درجة مئوية. يؤدي مرور الهواء عند هذه الدرجة إلى أكسدة وبلمرة الجزيئات الموجودة في قاع التقطير الفراغي. على وجه التحديد، تتحول جزيئات المالتين إلى جزيئات أسفلتين أثقل، مما يؤدي إلى زيادة لزوجة ونقطة تليين البيتومين وانخفاض درجة اختراقه. يمكن إجراء عملية نفخ الهواء على دفعات أو بشكل مستمر، ويمكن أن يختلف مدتها، اعتمادًا على درجة البيتومين المطلوبة، بين 3 و 24 ساعة. الغرض من نفخ الهواء هو إنتاج جزيئات الأسفلتين التي تزيد من لزوجة البيتومين. في بعض الحالات، إذا كان قاع التقطير الفراغي يتمتع بالخصائص المطلوبة للبيتومين، فقد يتم استخدامه مباشرة دون الحاجة إلى عملية نفخ الهواء. تستخدم طرق أخرى مثل خلط أنواع مختلفة من البيتومين معًا وإزالة الأسفلت بالمذيبات بالبروبان أو البوتان أيضًا لإنتاج البيتومين من قاع التقطير الفراغي.

عادة ما يكون موردي البيتومين هم المصافي التي لديها وحدات إنتاج البيتومين من قاع التقطير الفراغي. كما تلعب شركات تجارة المنتجات البترولية دورًا في توريد وتوزيع البيتومين. لدى بعض الشركات، مثل شركة فيدار أصفهان للتصنيع في إيران، خطط لتطوير وحدة معالجة قاع التقطير الفراغي لإنتاج البيتومين. تعتبر صادرات الزيوت الأساسية، التي يمكن إنتاجها من قاع التقطير الفراغي، سوقًا مهمًا في صناعة النفط، وتعد دول مثل الولايات المتحدة وكوريا الجنوبية وروسيا من كبار المصدرين. خفضت الولايات المتحدة صادراتها من الزيوت الأساسية بنحو 6 بالمائة في عام 2022، لكن الصادرات إلى دول مثل كولومبيا وتشيلي زادت. هناك صلة مباشرة بين موردي قاع التقطير الفراغي (الذين غالبًا ما يكونون أيضًا موردي البيتومين) وسوق تصدير الزيوت الأساسية، حيث يتم اشتقاق كلا المنتجين من معالجة النفط الخام. يمكن أن تتأثر القرارات المتعلقة بتخصيص قاع التقطير الفراغي بين إنتاج البيتومين والزيوت الأساسية بالطلب والأسعار في كلا السوقين.

الخلاصة وتوقعات سوق قاع التقطير الفراغي

يعتبر قاع التقطير الفراغي مكونًا حيويًا وثقيلًا في صناعة تكرير النفط، ويستخدم كمادة خام رئيسية لإنتاج البيتومين والزيوت الأساسية، بالإضافة إلى كونه مادة وسيطة لوحدات التحسين. تتأثر جودة قاع التقطير الفراغي بنوع النفط الخام وعمليات التكرير، وتلعب كمية الشوائب دورًا مهمًا في تحديد تطبيقه النهائي. تعتبر التجارة العالمية لقاع التقطير الفراغي ذات أهمية كبيرة نظرًا لدوره في إنتاج المنتجات المستخدمة على نطاق واسع، وتلعب شركات التكرير والتجارة دورًا رئيسيًا في ذلك. تلعب عملية إنتاج البيتومين من قاع التقطير الفراغي، وخاصة عملية نفخ الهواء، دورًا مهمًا في تحديد خصائص وتطبيقات البيتومين النهائي.

بالنظر إلى الطلب المتزايد على البيتومين في البلدان النامية بسبب تطوير البنية التحتية، فضلاً عن الطلب المستمر على الزيوت الأساسية، من المتوقع أن يظل سوق قاع التقطير الفراغي ديناميكيًا. من المتوقع أن ينمو سوق مخلفات التقطير الفراغي في الشرق الأوسط وشمال إفريقيا بمعدل نمو سنوي مركب قدره 4.4 بالمائة بين عامي 2024 و 2032. يمكن أن تؤدي التطورات التكنولوجية في عمليات التكرير والتحسين إلى استخدام أكثر كفاءة لقاع التقطير الفراغي وإنتاج منتجات ذات قيمة مضافة أعلى. قد تؤثر التغييرات في اللوائح البيئية على إنتاج واستخدام قاع التقطير الفراغي وتزيد من الحاجة إلى تقنيات جديدة لتقليل الملوثات. يعتمد سوق قاع التقطير الفراغي، كمكون أساسي في صناعة النفط، على التطورات في صناعة النفط والطلب العالمي، ومن المتوقع أن يزداد الطلب عليه على المدى الطويل مع النمو الاقتصادي وتطوير البنية التحتية. ومع ذلك، يمكن أن تؤثر التقلبات في أسعار النفط الخام والتغيرات في سياسات الإنتاج على هذا السوق.