كيميــــاء البترول ( Petroleum Chemistry )
ماهو ( البترول ) النفط ( Petroleum )؟
البترول ( Petroleum ) مصطلح لاتيني مكون من ( petra ) بمعنى صخر ( rock ) و( oleum ) بمعنى زيت ( oil ) ويطلق على البترول أحياناً اسم ( الذهب الأسود ) ، وهو سائل ثقيل القوام ( ثخين كثافته عالية ) أسود اللون يميل إلى البني أو الأخضر ، والبترول سائل قابل للاشتعال لاحتوائه على كثير من المواد المشتعلة . يظهر أحياناً على سطح الأرض في بعض المناطق على شكل برك نفطية ، حيث عرفه القدماء في صورته الخام ، واستخدموه في بعض الاستخدامات الحياتية كالإضاءة ، والبناء ، وطلاء السفن ، كما استخدم في علاج بعض الأمراض ، وفي تحنيطالموتى ، وفي بعض الصناعات البسيطة ، ويعتبر النفط مصدر مهمّ للطاقة ، ومصدر غنيّ للعديد من المركبات والمنتجات الكيميائية ، كالمذيبات ، والأسمدة ، والمبيدات الحشرية ، والبلاستيك وغيرها .
التركيب ( Composition)
يتألف النفط من خليط معقّد من الهيدروكربونات والمركبات العضوية الأخرى ، ويتفاوت تركيبه بشكلٍ كبير من نوع إلى أخر ،والمركبات العضوية كما هو معروف تتألّف من الكربون ، والهيدروجين ، وعناصر أخرى كالأكسجين ، والنيتروجين ، والكبريت ، كما يحتوي النفط على آثار من بعض العناصر المعدنية ، كالحديد والفاناديوم والنيكل . ويشكّل الميثان CH4 ، والإيثان C2H6، والبروبان C3H8 ، والبيوتان C4H10 نسبة عالية من الهيدروكربونات المكوّنة للبترول .
أصل النفط ( Origin )
اختلف العلماء في أصل البترول ، فمنهم من يرى أنّ المادة غير العضوية متمثلّةً في الكربون ومركباته هي الأصل ، ومنهم من يرى أنّ أصل البترول هوالكائن الحيّ المؤلّف من المادة العضوية .
النظرية العضوية ( Biogenic theory )
يرى الكثير من علماء الجيولوجيا أنّ أصل البترول - وكذلك الفحم الحجري والغاز الطبيعي - هو بقايا الكائنات الحيّة القديمة من النباتات والحيوانات البحرية الصغيرة ، حيث ترسبّت بقايا هذه الكائنات بكميات كبيرة في مناطق منخفضة من المحيطات وتغطّت بطبقات من الطين ، وتحت تأثير الضغط والحرارة وعامل الزمن تحلّلت بقايا هذه الكائنات وحدثت لها العديد من التحوّلات والتفاعلات الحيوية لينتج البترول .
النظريات البديلة ( Alternative theories )
يرى الكثير من العلماء أنّ أصل البترول ليس الكائن الحيّ ، انّما أصله عنصر الكربون وبعض المركبات الكربونية غير العضوية كمركب كربيد الكالسيوم على سبيل المثال CaC2 حيث اعترى عنصر الكربون ومركباته والتي كانت تملاْ الأرض قديماً ، تغيرات كيميائية نتج عنها هذا الخليط الهائل من الهيدروكربونات وبقية المركبات العضوية المكوّنة للبترول . ويُعتقد أنّ البداية كانت عبارة عن تفاعل من هذا النوع:
CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2
إلى أيّ نظرية تميل أيّها القاريء الكريم ؟ هل تستطيع إيراد بعض الأدلّة التي تؤيّد هذه النظرية أو تلك ؟
تاريخ البترول ( History )
تم حفر أوّل بئر بترول في الصين في القرن الرابع الميلادي ، أمّا التاريخ الحديث للنفط فقد بدأ في بولندا في عام 1853 معندما اُكتشفت عمليات تقطير النفط الخام ، وفي الولايات المتحدة بدأت الصناعة النفطية باكتشاف ادوين درايك ( Edwin Drake's ) للنفط في عام 1859 م قرب تيتوسفيل بولاية بنسلفانيا .
التنقيب عن النفط واستخراجه ( Extraction )
تمّكن الجيولوجيون عبر سنوات طويلة من تطوير وسائل وأدوات التنقيب عن البترول واستخراجه ، وبطبيعة الحال تعتبر الخطوة الأولى للاستفادة من هذا الكنز هي إخراجه من باطن الأرض ، تبدأ عملية الاستخراج بالحفر إلى أعماق بعيدة ، وفي كثيرٍ من الحالات يندفع البترول إلى الأعلى تلقائياً بسبب وجود الغاز الطبيعي ووقوع البترول تحت ضغط عالي ، فطبقة البترول في العادة تكون محصورة بين طبقة الغاز التي تعلوها ، وطبقة الماء التي توجد أسفل منها ، وفي بعض الأحيان يضطر مهندسو البترول إلى ضخ كميات كبيرة من الماء في داخل البئر ليصعد النفط .
تكرير النفط ( Oil Refining )
البترول في صورته الخام ( crude oil )غير مفيد ، وللاستفادة منه تتم معالجته بمجموعة من العمليات ، ويطلق على هذه العمليات تكرير البترول ، والتي ينتج عنها مجموعة من المشتقات المفيدة ( Petroleum Products ) ، وتمرّ عملية تكرير النفط عادةً بالمراحل التالية :
أولاً : المعالجة الأوليّة : وتشمل التخلّص من الماء والأملاح المصاحبة للنفط ، وهي خطوة مهمّة تسبق عملية التقطير لكون وجود الماء والأملاح في برج التقطير يسبب مشاكل خطيرة ، فقد ينتج عن وجود الماء انفجار برج التقطير للضغط الهائل الذي ينتج من تبخّرالماء ، أمّا الأملاح فتسبب تآكل ( corrosion ) الحديد المصنوع منه مادة البرج .
ثانياً :عملية التقطير ( Distillation ): وهي العملية المهمّة والرئيسة والتي تتم في أبراج ضخمه ، وينتج عنها فصل البترول إلى مكوناته ،وبوجهِ عام فإن معظم المشتقات البترولية الناتجة من برج التقطير التجزيئي للنفط تكون على النحو التالي :
1- الغازات ( petrol ether )وهو منتج يتألف من عدد قليل من المركبات العضوية معظمها عبارة عن هيدروكربونات خفيفة مثل الميثان والايثان والايثلين والبروبان والبوتان وغيرها وفي الغالب تتراوح أعداد ذرات الكربون في المركبات المكونة لها من 1-4 وتتكثف عند درجات غليان أقل من 25 درجة م ويستخدم هذا المشتق في انتاج غاز الطهي ( البيوتاغاز ) وانتاج غازات أخرى مثل غاز الاسيتلين المستخدم في عمليات اللحام ، كما يعتبر هذا المشتق مادة تغذية هامة جداَ للصناعات البتروكيميائية .
2- السوائل الخفيفة ( light petrol ) وأهمها منتج الجازولين ( gasoline) ( وقود السيارات ) وتتراوح أعداد ذرات الكربون في مركباته من 5-9 ويتكثف عند درجات حرارة 35-150 ويعتبر الحقيقة هذا المنتج من أهم مشتقات البترول نظراً للإستخدام الواسع النطاق له في كل دول العالم .
يتبع