تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات : 5 مهام لمنتجات عالية القيمة

تلعب تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات دوراً جوهرياً وحاسماً في صناعة البتروكيماويات تعتبر هذه العمليات مسؤولة عن حوالي 40% إلى 70% من التكاليف الرأسمالية والتشغيلية في المصانع الكيميائية، مما يوضح مدى أهميتها فهي لا تقتصر فقط على استخلاص المواد، بل هي “القلب النابض” الذي يضمن تحويل المواد الخام (مثل النفط والغاز الطبيعي) إلى منتجات ذات قيمة اقتصادية عالية.

جدول المحتويات

دور تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات

1. التقطير الجزئي (Fractional Distillation)

هي التقنية الأكثر شيوعاً في تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات والأكثر ضخامة في المصافي. تعتمد فكرتها على استغلال الاختلاف في درجات الغليان للمكونات المختلفة (الهيدروكربونات) و يتم تسخين الخام في أبراج ضخمة تحتوي على صواني (Trays). المكونات ذات الغليان المنخفض (الخفيفة) تصعد للأعلى، بينما تتركز الثقيلة في الأسفل من خلال التقطير الفراغي (Vacuum Distillation) حيث يُستخدم للمكونات الثقيلة التي قد تتحلل حرارياً إذا سُخنت لدرجات عالية جداً، حيث يتم خفض الضغط لتقليل درجة غليانها.

2. الاستخلاص بالمذيبات (Solvent Extraction)

عندما تكون درجات الغليان متقاربة جداً أو عندما نكون بصدد فصل مواد حساسة للحرارة، نلجأ للكيمياء بدلاً من الحرارة بإضافة مذيب له قدرة انتقائية على إذابة مكون واحد دون الآخر مثل فصل المركبات العطرية (Aromatics) مثل البنزين والتولوين من خلائط النفتا باستخدام مذيبات مثل “سولفولان” (Sulfolane).

3. الامتصاص والادمصاص (Absorption & Adsorption)

رغم تشابه الأسماء، إلا أن الآلية في تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات تختلف تماماًفي تلك العملية :

الامتصاص (Absorption): عملية “نفوذ” مادة في سائل. تُستخدم بكثافة في “تحلية الغاز” (Gas Sweetening) لإزالة الغازات الحمضية مثل $H_2S$ و $CO_2$ باستخدام محاليل الأمينات.
الادمصاص (Adsorption): عملية “التصاق” الجزيئات على سطح صلب مسامي.
المناخل الجزيئية (Molecular Sieves): مواد صلبة (مثل الزيوليت) تحتوي على ثقوب مجهرية بحجم محدد تسمح بمرور جزيئات معينة وحجز الأخرى. تُستخدم لتجفيف الغاز وإزالة الرطوبة حتى مستويات ضئيلة جداً.

4. الفصل بالأغشية (Membrane Separation)

تعتبر هذه التقنية من تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات الحديثة والموفرة للطاقة مقارنة بالتقطير من خلال غشاء رقيق يعمل كحاجز انتقائي يسمح بمرور جزيئات معينة بناءً على حجمها أو ذوبانيتها في مادة الغشاء في عملية فصل الهيدروجين من غازات التصنيع، وفصل النيتروجين من الهواء لتوفير بيئات خاملة داخل المفاعلات.

5. التبلور (Crystallization)

تُستخدم عندما نحتاج لنقاء فائق الجودة (Ultra-high purity) أو لفصل “المصاوغات” (Isomers) التي تتشابه في كل شيء تقريباً بتبريد الخليط حتى تبدأ المادة المطلوبة في التصلب وتشكيل بلورات نقية ثم فصل “بارا-زايلين” (p-Xylene) عن خليط الزايلينات، وهو المكون الأساسي لإنتاج ألياف البوليستر.

الأهداف الرئيسية لعمليات الفصل في البتروكيماويات

تتمحور أهمية تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات و هذه التقنيات تتمثل في 3 محاور أساسية:

عزل المواد الخام: فصل المكونات المرغوبة (مثل الإيثان والبروبان) من الغاز الطبيعي أو سوائل الغاز الطبيعي.
تنقية المنتجات: إزالة الشوائب والمواد غير المرغوب فيها (مثل الكبريت والماء) لضمان جودة المنتج النهائي.
إعادة تدوير المواد: استعادة المواد الكيميائية غير المتفاعلة وإعادتها إلى المفاعل لزيادة كفاءة العملية.

أهم التقنيات المستخدمة وتطبيقاتها

تتنوع تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات بناءً على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمواد المراد فصلها:

أ. التقطير (Distillation)

هي التقنية الأكثر شيوعاً،في تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات وتعتمد على الاختلاف في درجات الغليان من خلال فصل النفط الخام إلى قطارات (بنزين، كيروسين، ديزل) وفصل الأوليفينات (مثل الإيثيلين عن الإيثان).

ب. الامتصاص والادمصاص (Absorption & Adsorption)

الامتصاص: يستخدم لإزالة الغازات الحمضية (مثل $CO_2$ و $H_2S$ ) من غازات التصنيع باستخدام المذيبات السائلة.
الادمصاص: استخدام مواد صلبة (مثل المنخل الجزيئي Molecular Sieves) لتجفيف الغازات أو فصل البارافينات.

ج. الفصل بالأغشية (Membrane Separation)

تقنية حديثة ضمن تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات وتعد من التقنيات الموفرة للطاقة تعتمد على نفاذية المواد عبر غشاء رقيق في عملية فصل الهيدروجين من غازات العادم أو تحلية المياه المستخدمة في الغلايات.

د. الاستخلاص بالمذيبات (Solvent Extraction)

تعتمد على اختلاف ذوبانية المكونات في مذيب معين من خلال فصل المركبات العطرية (الترقية) مثل البنزين والتولوين من المخاليط الهيدروكربونية.

ختاما يتضح لنا أن تقنيات الفصل والتنقية الكيميائية في تكنولوجيا البتروكيماويات الحديثة (مثل التقطير التجزيئي، الامتصاص، و استخلاص المذيبات، والفصل بالأغشية) هي “الميزان” الذي يحدد كفاءة وجودة الإنتاج في قطاع البتروكيماويات. فبدون هذه العمليات الدقيقة، لن يكون بمقدورنا الحصول على بوليمرات عالية النقاء، أو ألياف صناعية متينة، أو حتى منظفات ومذيبات كيميائية آمنة للاستخدام.