عملية إنتاج الزيوت الأساسية | كل ما تحتاج لمعرفته حول عملية إنتاج الزيوت الأساسية

الزيت الأساسي هو جوهر أي مادة تشحيم صناعية أو سيارات. هذه المادة الحيوية تشكل أكثر من 70% إلى 95% من الحجم النهائي لزيت المحرك وزيت التروس والزيوت الهيدروليكية وغيرها من مواد التشحيم. تحدد جودة ونوع الزيت الأساسي بشكل حاسم أداء واستقرار وعمر خدمة مادة التشحيم النهائية. ولكن كيف يتم إنتاج الزيت الأساسي؟ ما هي الفروقات بين أنواعه المختلفة، ولماذا تختلف لزوجتها؟ في هذا المقال الشامل، سنتناول بالتفصيل عملية إنتاج الزيت الأساسي، وأنواعه، والعوامل المؤثرة على اللزوجة.

العملية العامة لإنتاج الزيت الأساسي:

إنتاج الزيت الأساسي هو عملية معقدة ومتعددة المراحل تبدأ بشكل أساسي من النفط الخام. المراحل الرئيسية لهذه العملية هي كما يلي:

• التقطير الجوي (Atmospheric Distillation): في هذه المرحلة، يتم تسخين النفط الخام في أبراج التقطير الجوي إلى درجات حرارة عالية. تتبخر المكونات الأخف للنفط الخام مثل البنزين والكيروسين والديزل عند درجات حرارة أقل وتخرج من أعلى البرج. أما البقايا الأثقل، والتي تسمى “المازوت” أو “القصاصة السفلية”، فتستخدم للمراحل التالية من فصل الزيت الأساسي.
• التقطير الفراغي (Vacuum Distillation): تنتقل المواد الناتجة عن التقطير الجوي إلى أبراج التقطير الفراغي. في هذه المرحلة، وبسبب انخفاض الضغط، تنخفض نقطة غليان المركبات، ويتم فصل المكونات الأثقل، بما في ذلك قصاصات الزيوت (التي ستتحول لاحقًا إلى زيوت أساسية) والإسفلت، دون الحاجة إلى درجات حرارة عالية جدًا (التي يمكن أن تسبب تحللًا حراريًا). تشمل قصاصات الزيوت هذه زيوت المغازل، زيوت التشحيم، وزيوت التغليف.
• التنقية بالمذيبات (Solvent Extraction/Deasphalting): تحتوي قصاصات الزيوت الناتجة عن التقطير الفراغي على مركبات غير مرغوب فيها مثل الأسفلتين، الراتنجات، والمركبات العطرية متعددة الحلقات التي يمكن أن تقلل من استقرار الزيت النهائي وتزيد من تكوين الرواسب. في هذه المرحلة، يتم فصل هذه المركبات الضارة عن قصاصات الزيوت باستخدام مذيبات مثل الفورفورال أو NMP.
• إزالة الشمع بالمذيبات (Solvent Dewaxing): لا تزال قصاصات الزيوت المنقاة تحتوي على شمع البارافين. يمكن أن تتبلور هذه الشموع في درجات الحرارة المنخفضة وتتسبب في زيادة نقطة الانسكاب (Pour Point) وتجلط الزيت. في مرحلة إزالة الشمع بالمذيبات (عادةً باستخدام ميثيل إيثيل كيتون أو تولوين/MEK)، يتم تبريد الزيت وتترسب الشموع. ثم يتم فصل الشموع الصلبة عن الزيت.
• المعالجة النهائية/المعالجة الهيدروجينية (Hydrotreating/Finishing): في هذه المرحلة النهائية، يخضع الزيت الأساسي لعملية المعالجة الهيدروجينية لإزالة المركبات المتبقية، وتحسين اللون، والاستقرار، وتقليل محتوى الكبريت. في هذه العملية، يوضع الزيت في وجود محفز والهيدروجين عند درجة حرارة وضغط مرتفعين. هذه المرحلة تزيد بشكل كبير من الجودة النهائية للزيت الأساسي.

اختلاف لزوجة أنواع الزيوت الأساسية وسببها:

اللزوجة هي أهم خاصية فيزيائية للزيت الأساسي، والتي تشير إلى مقاومته للتدفق. تعتمد لزوجة أنواع الزيوت الأساسية على العوامل التالية:

• الحجم والتركيب الجزيئي: الزيوت الأساسية ذات الجزيئات الأكبر وسلاسل الكربون الأطول تتمتع بلزوجة أعلى. تُظهر هذه الجزيئات الأكبر مقاومة أكبر للحركة النسبية.
• الوزن الجزيئي: يرتبط مباشرة بالحجم الجزيئي. كلما ارتفع متوسط الوزن الجزيئي، زادت اللزوجة.
• نوع قصاصة النفط: قصاصات النفط الخام الأثقل (التي يتم تقطيرها عند درجات حرارة أعلى) تحتوي على جزيئات أكبر، وبالتالي تتمتع بلزوجة أعلى.
• عملية التكرير: يمكن أن تؤثر عمليات التكرير على توزيع حجم الجزيئات وإزالة الشوائب التي تؤثر على اللزوجة. على سبيل المثال، يمكن أن يساعد إزالة الشمع بشكل كامل في تحسين مؤشر اللزوجة (Viscosity Index)، لكنه لا يغير بالضرورة اللزوجة الأساسية.

ببساطة، يتم الحصول على الزيوت الأساسية ذات اللزوجات المختلفة إما من قصاصات مختلفة من النفط الخام (من حيث الثقل) أو عن طريق تغيير معايير عملية الإنتاج (مثل شدة التكسير الجزيئي في العمليات الأكثر تقدمًا).

الفروقات في عملية إنتاج الزيوت الأساسية للمجموعات الأولى والثانية والثالثة والرابعة والخامسة:

قامت جمعية مهندسي السيارات (SAE) ومعهد البترول الأمريكي (API) بتقسيم الزيوت الأساسية إلى خمس مجموعات رئيسية بناءً على التركيب الكيميائي وعملية الإنتاج. الفروقات الرئيسية في عملية الإنتاج ومواصفات المنتج النهائي هي كما يلي:

المجموعة الأولى (Group I):

• عملية الإنتاج: هذا النوع هو الأقدم والأكثر تقليدية من الزيوت الأساسية. يعتمد إنتاجها بشكل أساسي على عمليات التنقية بالمذيبات (Solvent Extraction)، وإزالة الشمع بالمذيبات (Solvent Dewaxing)، والتنقية النهائية باستخدام التربة المبيضة أو المعالجة الهيدروجينية الخفيفة (Mild Hydrotreating).
• الخصائص: تحتوي على أقل من 90% من المركبات المشبعة و/أو أكثر من 0.03% كبريت. يتراوح مؤشر اللزوجة (VI) بين 80 و 120. تتميز هذه الزيوت بثبات حراري وتأكسدي أقل بسبب وجود مركبات عطرية وكبريتية أكثر.

المجموعة الثانية (Group II):

• عملية الإنتاج: في إنتاج هذه المجموعة، تُستخدم عمليات التكسير الهيدروجيني (Hydrocracking) والتشكيل الهيدروجيني المتماثل (Hydroisomerization) الأكثر شدة. تقوم هذه العمليات بتكسير الجزيئات الطويلة والمعقدة وتغيير هيكلها لإنتاج المزيد من المركبات المشبعة وإزالة المركبات غير المرغوب فيها.
• الخصائص: تحتوي على أكثر من 90% من المركبات المشبعة وأقل من 0.03% كبريت. يتراوح مؤشر اللزوجة (VI) بين 80 و 120. تتميز بثبات حراري وتأكسدي أفضل بكثير من زيوت المجموعة الأولى، ولها لون أفتح أيضًا.

المجموعة الثالثة (Group III):

• عملية الإنتاج: تُعرف هذه المجموعة أيضًا بـ “الزيوت الأساسية عالية الجودة جدًا” (VHVI)، وتُنتج باستخدام عمليات تكسير هيدروجيني وتشكيل هيدروجيني متماثل متقدمة جدًا وأكثر شدة من المجموعة الثانية. الهدف الرئيسي هو تحويل أقصى قدر ممكن من المركبات غير المرغوب فيها إلى مركبات مشبعة وبارافينات ذات تركيب إيزو-بارافيني.
• الخصائص: تحتوي على أكثر من 90% من المركبات المشبعة وأقل من 0.03% كبريت. مؤشر اللزوجة (VI) أعلى من 120. تتميز هذه الزيوت بثبات حراري وتأكسدي ممتاز جدًا، وتقلب منخفض، وأداء جيد جدًا في درجات الحرارة المنخفضة. تستخدم العديد من زيوت المحركات الاصطناعية أو شبه الاصطناعية زيوت المجموعة الثالثة الأساسية.

المجموعة الرابعة (Group IV – PAO):

• عملية الإنتاج: هذه المجموعة هي زيوت أساسية اصطناعية حقيقية وتُنتج من خلال عملية بلمرة الألفا-أولفينات (PAO – Polyalphaolefins). تتضمن هذه العملية التخليق الكيميائي من الإيثيلين أو البيوتين كمواد خام.
• الخصائص: هيكل جزيئي موحد ومستقر للغاية. مؤشر لزوجة عالٍ جدًا (عادةً أعلى من 130). ثبات حراري وتأكسدي فائق، أداء ممتاز في درجات الحرارة شديدة الانخفاض والارتفاع، تقلب منخفض جدًا، ونقطة انسكاب منخفضة جدًا. تعتبر زيوت PAO أغلى من الزيوت الأساسية المشتقة من النفط.

المجموعة الخامسة (Group V):

• عملية الإنتاج: تشمل هذه المجموعة جميع الزيوت الأساسية الأخرى التي لا تندرج تحت المجموعات الأربع السابقة. هذه المجموعة متنوعة للغاية وتشمل زيوتًا أساسية اصطناعية مثل الإسترات (Esters)، والبولي جليكولات (PAG)، وإسترات الفوسفات، والسيليكونات، وما إلى ذلك. كل منها لها عملية إنتاج خاصة بها تبدأ بالتخليق الكيميائي.
• الخصائص: تمتلك خصائص فيزيائية وكيميائية متنوعة جدًا، وتقدم خصائص فريدة بناءً على تطبيقها الخاص، بما في ذلك مقاومة درجات الحرارة العالية جدًا، قابلية الذوبان العالية للمواد المضافة، خصائص التشحيم المتأصلة، والمزيد. على سبيل المثال، غالبًا ما تستخدم الإسترات بالاشتراك مع PAO في الزيوت الاصطناعية النهائية بسبب قابليتها العالية للذوبان وخصائصها القطبية.

الخلاصة:

تُعد عملية إنتاج الزيوت الأساسية هي الخطوة الأولى والأساسية في إنتاج أنواع زيوت التشحيم الحيوية. إن فهم الفروقات بين المجموعات المختلفة للزيوت الأساسية وتأثير عمليات الإنتاج على خصائصها النهائية، يساعد بشكل كبير في الاختيار والاستخدام الصحيح لزيوت التشحيم. مع تقدم التكنولوجيا، سيستمر إنتاج زيوت أساسية ذات جودة أعلى وأداء محسّن لتلبية احتياجات الصناعات المختلفة ومركبات الجيل الجديد.

الأسئلة الشائعة (FAQ):

1. ما هو الفرق الرئيسي بين الزيوت الأساسية المعدنية والاصطناعية؟ الزيوت الأساسية المعدنية (مثل المجموعة الأولى، الثانية، الثالثة) تُشتق من النفط الخام، بينما تُصنع الزيوت الأساسية الاصطناعية (مثل المجموعة الرابعة والخامسة) من خلال عمليات كيميائية معقدة ومُتحكّم بها، من جزيئات أبسط. تتميز الزيوت الاصطناعية عادةً بخصائص أداء أفضل في درجات الحرارة العالية والمنخفضة، واستقرار أكبر، وعمر خدمة أطول.
2. لماذا يجب تكرير الزيت الأساسي؟ يحتوي النفط الخام على العديد من الشوائب مثل الأسفلتين، الكبريت، النيتروجين، المركبات العطرية، والشموع. يمكن أن تسبب هذه الشوائب انخفاض استقرار الأكسدة، وتكوين الرواسب، وزيادة الرواسب، وتجلط الزيت في درجات الحرارة المنخفضة. يؤدي تكرير الزيت الأساسي إلى إزالة هذه المركبات الضارة وتحسين جودة وأداء الزيت النهائي.
3. هل جميع الزيوت الأساسية “عديمة اللون”؟ لا. تتميز زيوت المجموعة الأولى الأساسية عادة بلون أصفر كهرماني، بينما تكون زيوت المجموعة الثانية والثالثة الأساسية أفتح وأقرب إلى عديمة اللون بسبب عمليات التكرير الأكثر تقدمًا. الزيوت الأساسية الاصطناعية (المجموعة الرابعة والخامسة) تكون بشكل عام عديمة اللون أيضًا.
4. ما هو مؤشر اللزوجة (Viscosity Index – VI) ولماذا هو مهم؟ مؤشر اللزوجة (VI) هو مقياس لمدى تغير لزوجة الزيت مع تغير درجة الحرارة. الزيت ذو مؤشر لزوجة عالٍ يُظهر تغيرًا أقل في اللزوجة مع تقلبات درجة الحرارة، مما يعني أنه لن يصبح سائلًا جدًا عند درجات الحرارة العالية ولن يصبح سميكًا جدًا عند درجات الحرارة المنخفضة. هذه الخاصية مهمة جدًا للأداء المستقر لمواد التشحيم في ظروف درجات الحرارة المختلفة.
5. هل يمكن خلط زيوت الأساس من مجموعات مختلفة معًا؟ نعم، في العديد من الحالات يمكن خلط زيوت الأساس من مجموعات مختلفة معًا، خاصة في إنتاج مواد التشحيم النهائية. ومع ذلك، يوصى دائمًا بأن يتم ذلك بواسطة متخصصين ومع الأخذ في الاعتبار التوافق الكيميائي وخصائص المنتج النهائي لتجنب مشاكل الأداء. على سبيل المثال، العديد من زيوت المحركات شبه الاصطناعية هي خليط من زيوت الأساس من المجموعة الثانية والثالثة.