Transcript Chapter 3 and 4

‫الفصل الثالث‪ :‬العمليات الكيميائية‬
‫التحويالت والعمليات الكيميائية– التكسير الحراري– ميكانيكية التكسير الحراري‬
‫لاليثان– ميكانيكية التكسير الحراري للبروبان– ميكانيكية التكسير الحراري للنافثا–‬
‫ميكانيكية تفاعالت عملية االنكسار الحراري لأللكانات المتفرعة– ميكانيكية تفاعالت‬
‫االنكسار الحراري لاللكانات الحلقية– ميكانيكية تفاعالت عملية التكسير الحراري‬
‫للمركبات األروماتية– التكسير المحفز– ميكانيكية تفاعالت التكسير المحفز–‬
‫التفاعالت األولية – التفاعالت الثانوية– األلكلة المحفزة– ميكانيكية تفاعالت عملية‬
‫األلكلة المحفزة– التفاعالت الجانبية لعملية األلكلة المحفزة– عملية إعادة التشكيل‬
‫المحفزة– ميكانيكية تفاعالت ازالة الهدرجة من الهكسانات الحلقية– وتفاعل ازالة‬
‫الهدرجة مع التشكيل– وميكانيكية تفاعل اعادة تشكيل االلكانات– ميكانيكية تفاعل‬
‫الهدرجة مع الحلقة– عملية إعادة التشكيل بالبخار‪.‬‬
‫التحويالت والعمليات الكيميائية‪:‬‬
‫‪Operations and Chemical Processes‬‬
‫تهدف التحويالت والعمليات الكيميائية‪ ،‬التي تجري بعد تكرير البترول وفصل‬
‫أجزاءه المختلفة إلى اآلتي‪:‬‬
‫‪ -1‬تحويل المقطرات الثقيلة ذات األوزان الجزيئية العالية‪ ،‬مثل زيت الغاز‪ ،‬إلى‬
‫مقطرات خفيفة‪ ،‬ذات أوزان جزيئية منخفضة مثل الجازولين‪ ،‬والنفثا‪،‬‬
‫والكيروسين‪ ،‬نظراً إلزدياد الطلب على هذه المقطرات الخفيفة‪.‬‬
‫مكوناته بصفات‬
‫‪ -2‬تحسين جودة الوقود وذلك بإنتاج أنواع من الوقود‪ ،‬تتميز ّ‬
‫بنيوية‪ ،‬الزمة لرفع قيمة عدد األوكتان‪.‬‬
‫‪ -3‬إنتاج البتروكيميائيات‪ ،‬التي تشكل المواد الخام للعديد من المواد الصناعية‪ ،‬ذات‬
‫اإلستخدامات المتنوعة‪ ،‬في حياتنا اليومية‪.‬‬
‫تنحصرًالتحويالتًوالعملياتًالكيميائيةًفيًاآلتي‪:‬‬
‫‪(1‬‬
‫‪(2‬‬
‫‪(3‬‬
‫‪(4‬‬
‫‪(5‬‬
‫التكسير الحراري ‪Thermal Cracking‬‬
‫التكسير المحفز ‪Catalytic Cracking‬‬
‫االلكلة المحفزة ‪Catalytic Alkylation‬‬
‫إعادة التشكيل المحفز ‪Catalytic Reforming‬‬
‫إعادة التشكيل بالبخار ‪Steam Reforming‬‬
‫‪ -1‬التكسير الحراري ‪Thermal Cracking‬‬
‫تسخين الزيوت في أفران عند درجة حرارة ‪°650-450‬م‪ .‬وتحت ‪ 70‬ضغط جوي‪ .‬زيادة درجة الحرارة تؤدي الى‬
‫زيادة الناتج من الجزيئات الصغيرة والغازات والمركبات الحلقية‪ ،‬وزيادة الضغط توجه عمليات التكسير الى وسط‬
‫السالسل الهيدروكربونية الطويلة بدالً من أطرافها وبذلك تنتج مواد سائلة بدالً من غازات‪ .‬النتيجة النهائية لهذه العملية‬
‫هي الحصول على جازولين ونافثا وكيروسين‪.‬‬
‫ميكانيكيةًالتكسيرًالحراريًلإليثانًتتضمنًهذهًالعمليةًالخطواتًاآلتية‪:‬‬
‫خطوة إبتداء التفاعل ‪Initiation Step‬اإلنكسار المتجانس للرابطة في اإليثان لتنتج شقوق ميثيل حرة‪:‬‬
‫‪2CH3‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫نًشقًحرًإيثيل‪ً،‬وينتجًغازًالميثان‪:‬‬
‫رًالمثيل‪ًً،‬لتكو‬
‫نزعًذرةًهيدروجينًمنًجزيئةًإيثان‪ًً،‬بواسطةًشقًح‬
‫ُ‬
‫ّ‬
‫ُ‬
‫‪CH4 + CH2CH3‬‬
‫خطواتًتسلسلًالتفاعلً‪Propagation Steps‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪+H‬‬
‫‪CH2‬‬
‫‪H2C‬‬
‫‪+ H2‬‬
‫‪CH2‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪CH3 + CH3‬‬
‫‪CH2‬‬
‫‪CH3CH3 + H‬‬
‫خطوةًإنتهاءًالتفاعل ‪Termination Step‬‬
‫‪+ CH2CH3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪CH3CH2‬‬
‫‪.1‬ميكانيكيةًتفاعالتًعمليةًاإلنكسارًالحراريًلأللكاناتًالمتفرعة‪:‬‬
‫‪+ CH4‬‬
‫‪+ CH3‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪CH3‬‬
‫ميكانيكية تفاعالت عملية التكسير الحراري لاللكانات الحلقية‪:‬‬
‫‪+ CH3‬‬
‫‪CH4 +‬‬
‫‪1-Hexene‬‬
‫‪+‬‬
‫‪CH2‬‬
‫‪H2C‬‬
‫‪1-Hexene‬‬
‫‪-H‬‬
‫يالحظ الحصول على البيوتادايين كناتج رئيسي‪.‬‬
‫ميكانيكية تفاعالت عملية التكسير الحراري في المركبات األروماتية‬
‫تحدث عملية التكسير الحراري في المركبات األروماتية للسالسل الهيدروكربونية الجانبية‬
‫فقط‪ ،‬حيث ال تتأثر الحلقة األروماتية بالعملية‪.‬‬
‫التكسير المحفز ‪Catalytic Cracking‬‬
‫يتمًتمريرًأبخرةًالتغذيةً"جزءًزيتًالوقودًالثقيلًأوًًجزءًزيتًالغاز" علىًحافزًحمضيًمثلًسيليكات ألمنيوم‪ً،‬‬
‫أوًحافزًالزيواليت‪ً،‬فيًدرجةًحرارةً‪520-460‬م‪ً،0‬ضغطًجويًعادي‪ .‬وتهدفًعمليةًالتكسيرًالمحفزًالىًاألتي‪:‬‬
‫أ‪ -‬زيادةًحصيلةًجزءًالجازولين‪ً،‬وذلكًبتحويلًجزءًزيتًالوقودًالثقيل‪ً،‬وجزءًزيتًالغاز‪ً،‬الىًجازولين‪.‬‬
‫ب‪ -‬إنتاجًنوعيةًجازولينًمحسنًلهًعددًأوكتانًأعلىًبكثيرًمنًعددًأوكتانًالجازولينًالمستقطرًمباشرةًمنً‬
‫التقطيرًالتجزيئيًللنفطًالخام‪.‬‬
‫جـ‪ -‬الحصولًعلىًبتروكيميائياتًهامة‪ًً،‬مثلًالبروبين‪ًً،‬والبيوتين‪ًً،‬كنواتجًجانبية‪ً،‬والتيًتشكلًالمادةًالخامً‬
‫للعديدًمنًالموادًالصناعية‪ًً،‬بجانبًالحصولًعلىًكمياتًهائلةًمنًالغازاتًالهيدروكربونيةًاألخرى‪.‬‬
‫ميكانيكية تفاعالت التكسير المحفز‪:‬‬
‫المكونات الكيميائية‪ ،‬يمكن حصر وصف‬
‫تحتوي مادة التغذية على خليط معقد للغاية من‬
‫ّ‬
‫ميكانيكية التكسير المحفز‪ ،‬بوصف التفاعالت الرئيسية والتي ينتج عنها نقصان في‬
‫مكونات مادة التغذية‪ .‬تنقسم ميكانيكية التكسير المحفز الى‬
‫الوزن الجزيئ‬
‫لمكون من ّ‬
‫ّ‬
‫شقين‪:‬‬
‫(أ) التفاعالتًاألولية‪ً،‬والتيًتتضمنًكيفيةًتكوينًأيوناتًالكربونيوم‪ًً،‬التيًتشكلً‬
‫الحالةًاإلنتقاليةًفيًتكوينًالنواتجًالرئيسيةًللتكسيرًالمحفز‪.‬‬
‫(ب) التفاعالت الثانوية‪ ،‬والتي تتضمن حدوث بعض التحوالت الكيميائية في بنية‬
‫النواتج الرئيسية‪ ،‬مثل عمليات إعادة ترتيب (‪ ،(Rearrangement‬وعملية نزع‬
‫هيدروجين )‪ ،)Dehydrogenation‬ينتج عنها تكوين مركبات أروماتية من‬
‫هيدروكربونات غير حلقية‪...‬الخ‪.‬‬
‫(أ) التفاعالتًاألولية‪:‬‬
‫يمكنًأليونًالكربونيومًأنًيتكون‪:‬‬
‫إذاًأخذناًألكانًغيرًمتفرعًمستقيمًالسلسلةًمثلًهكسادكانً)‪.(C16H34‬‬
‫ّ‬
‫(‪ )1‬منًاأللكينًالناتجًمنًعمليةًالتكسيرًالحراريًلهكسادكانًفيًخليطًالتغذية‪ً،‬ومنًثمًيعملًالمحفزًعلىً‬
‫برتنةًاأللكين‪ً،‬ليتكونًأيونًكربونيوم‪:‬‬
‫ّ‬
‫‪+‬‬
‫‪CnH2n+1‬‬
‫‪H+‬‬
‫‪CnH2n‬‬
‫‪Thermal cracking‬‬
‫‪CnH2n+2‬‬
‫(‪ )2‬من إنتزاع أيون هيدريد "‪ "H-‬من األلكان بواسطة المحفز‪:‬‬
‫‪-‬‬
‫‪C16H33 + Cat. H‬‬
‫‪Cat.‬‬
‫‪C16H34‬‬
‫المتكونة على إنتزاع أيونات هيدريد من مجموعات الميثالين في األلكان‬
‫(‪ )3‬تعمل أيونات الكربونيوم‬
‫ّ‬
‫األساسي‪ ،‬لتتكون بذلك أيونات كربونيوم ثانوية‪ ،‬تتميز باستقرارية أفضل من أيونات الكربونيوم األولية‪:‬‬
‫‪C10H21 + RH‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C16H34 + R‬‬
‫‪C5H11‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫المتكونة إلى اإلنشطار عند الرابطة المجاورة لذرة الكربون التي تحمل‬
‫(‪ )4‬تميل أيونات الكربونيوم‬
‫ّ‬
‫الشحنة الموجبة‪ ،‬ويسمى هذا النوع من إنشطار الروابط باإلنشطار بيتا (‪:)‬‬
‫‪CH 2‬‬
‫‪+ H2C‬‬
‫‪C+‬‬
‫‪C+‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫عمليات التكسير المحفز‪ ،‬قد تحدث أيضاً لأللكانات المتفرعة‪ ،‬واأللكانات الحلقية‪ ،‬بميكانيكية‬
‫مشابهة‪ ،‬ولكن أكثر تعقيداً‪ .‬وقد تحدث أيضا‪ ،‬للهيدروكربونات العطرية المستبدلة بمجموعات‬
‫الكيلية‪ ،‬محتوية على ذرتي كربون أو أكثر‪.‬‬
‫‪CnH 2n+ 1‬‬
‫‪CnH 2n+ 1‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+ CnH2n+1‬‬
‫‪H‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H‬‬
‫تتضمن الميكانيكية برتنة الحلقة األروماتية‪ ،‬لينتج معقد سيجما (‪ ،)‬الذي ينشطر معطياً أيون‬
‫كربونيوم‪ ،‬وجزيئة بنـزين‪ .‬يفقد أيون الكربونيوم الناتج بروتون‪ ،‬لينتج عن ذلك تكوين ألكين‪:‬‬
‫‪CnH2n‬‬
‫‪+‬‬
‫‪-H‬‬
‫‪+‬‬
‫‪CnH2n+1‬‬
‫(ب) التفاعالت الثانوية‪:‬‬
‫تتضمن التفاعالت الثانوية للتكسير المحفز حدوث بعض التحوالت البنيوية لنواتج التفاعالت األولية في‬
‫التكسير المحفز‪ ،‬وتتلخص هذه التحوالت في اآلتي‪:‬‬
‫(‪ )1‬إنتقال الرابطة الثنائية في االلكينات الناتجة في التفاعالت األولية‪ ،‬إلى وسط السلسلة مما ينتج عنه‬
‫تكوين الكين متفرع‪ ،‬أكثر إستقراراً وبعدد أوكتان عالي‪.‬‬
‫‪C4H9‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H‬‬
‫‪-H+‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C4H9‬‬
‫‪C4H9‬‬
‫المتكونة من التفاعالت األولية‪ ،‬عن طريق عملية البرتنة التي‬
‫(‪ )2‬تحدث عمليات تكسير أيضاً لأللكينات‬
‫ّ‬
‫تحول هذه االلكينات إلى أيونات كربونيوم‪ .‬من ثم‪ ،‬تحدث عملية تكسير بالطريقة المعروفة‪ ،‬والنتيجة‬
‫النهاية تكوين جزيئات صغيرة من االلكينات وااللكانات‪.‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C4H10 + R‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C4H9 + RH‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C4H8 + C4H9‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C8H17‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C8H16‬‬
‫(‪ )3‬تحويل السيكلوالكانات " الهكسانات الحلقية "‪ ،‬بفعل سلسلة من تفاعالت إزالة‬
‫البرتنة إلى الكينات وهيدروكربونات أروماتية‪:‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H +‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫(‪ )4‬تكوين هيدروكربونات أروماتية بفعل حلقات سالسل الكينية‪:‬‬
‫‪+‬‬
‫‪+ R+‬‬
‫النواتج الرئيسية للتفاعالت الثانوية في عملية التكسير المحفز هي البنـزين‪ ،‬التولوين‪،‬‬
‫الزيلينات وبعض األلكينات الدنيا مثل اإليثلين‪.‬‬
‫األلكلة المحفزة ‪Catalytic Alkylation‬‬
‫حيث يتم تفاعل بعض النواتج الغازية الناتجة من تكرير النفط‪ ،‬كتفاعل اآليزوبيوتانات مع‬
‫البروبين أو البيوتين‪ ،‬في وجود محفز حمضي‪ .‬المواد الخام المستخدمة في هذه العملية‪،‬‬
‫األيزوبيوتان‪ ،‬البروبين‪ ،‬والبيوتين هي النواتج الجانبية لعملية التكسير المحفز‪ .‬تعطي عملية‬
‫االلكلة المحفزة‪ ،‬خليط معقد من النواتج االلكانية المتفرعة‪ .‬األلكلة المحفزة لأليزوبيونات مع‬
‫البروبين مثالً تعطي النواتج اآلتية‪:‬‬
+
HF
38oC
‫ميكانيكية تفاعالت عملية االلكلة المحفزة‪:‬‬
‫يتصف تفاعل االلكلة بالتسلسل‪ ،‬ويتضمن الخطوات المعروفة‪ ،‬من خطوة اإلبتداء‪ ،‬وخطوات التسلسل‪،‬‬
‫وخطوة نهاية التسلسل‪ .‬تتلخص في اآلتي‪:‬‬
‫(أ) خطوة إبتداء التفاعل‪Initiation Step :‬‬
‫تتضمن خطوة إبتداء التفاعل‪ ،‬برتنة البيوتين بفعل المحفز‪ ،‬ويتبع ذلك إنتزاع‬
‫المتكون من البروبين‪:‬‬
‫أيون هيدريد من األيزوبيوتان‪ ،‬بواسطة أيون الكربونيوم‬
‫ّ‬
‫_‬
‫‪+ F‬‬
‫‪HF‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫ميكانيكية تفاعالت عملية االلكلة المحفزة‪:‬‬
‫ويتضمن الخطوات المعروفة‪ ،‬من خطوة اإلبتداء‪ ،‬وخطوات التسلسل‪ ،‬وخطوة نهاية التسلسل‪ .‬إذا ما أخذنا تفاعل‬
‫البروبين مع األيزوبيوتان كمثال‪ ،‬فإن خطوات التفاعل تتلخص في اآلتي‪:‬‬
‫(أ) خطوة إبتداء التفاعل‪Initiation Step :‬‬
‫تتضمن خطوة إبتداء التفاعل‪ ،‬برتنة البيوتين بفعل المحفز‪ ،‬ويتبع ذلك إنتزاع أيون هيدريد من األيزوبيوتان‪ ،‬بواسطة‬
‫المتكون من البروبين‪:‬‬
‫أيون الكربونيوم‬
‫ّ‬
‫_‬
‫‪+ F‬‬
‫‪HF‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫تكون أيون كربونيوم ثنائي ميثيل‬
‫(ب) يتفاعل أيون كربونيوم البيوتيل الثالثية‪ ،‬مع جزيئة بروبين لينتج عن ذلك ّ‬
‫بنتيل ثانوي‪:‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪+‬‬
‫‪C‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫(ج) يتعرض أيون كربونيوم ثنائي مثيل بنتيل الثانوية‪ ،‬لسلسلة من عمليات إعادة الترتيب‪ ،‬من خالل‬
‫إنزياح ‪ 1.2‬أيون هيدريد‪ ،‬أو إنزياح مجموعة ميثيل‪ ،‬لينتج عن ذلك مجموعة من أيونات الكربونيوم‪،‬‬
‫تكون أيون الكربونيوم األكثر إستقراراً‪.‬‬
‫حيث يسود ّ‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪H 3C‬‬
‫يتكون‬
‫(د) يتم نزع أيون هيدريد من جزيئة أيزوبيوتان‪ ،‬بواسطة أيون كربونيوم ثنائي ميثيل بنتيل‪ .‬لذا ّ‬
‫ألكان متفرع‪ ،‬وأيون كربونيوم بيوتيل ثالثي‪:‬‬
‫‪+‬‬
‫‪(CH3)3C‬‬
‫‪CH3 +‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪(CH3)3CH‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪H3C‬‬
‫(هـ) يتفاعل أيون كربونيوم البيوتيل الثالثية‪ ،‬مع جزيئة بروبين "التفاعل ب"‪ .‬وبذا يتسلسل التفاعل‪.‬‬
‫التفاعالت الجانبية لعملية األلكلة المحفزة‪:‬‬
‫(‪ )1‬إنتقال بروتون من أيون كربونيوم البيوتيل الثالثية إلى جزيئة البروبين‪ ،‬لتنتج بذلك جزيئة ايزوبيوتين‪.‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H2‬‬
‫‪H‬‬
‫‪+‬‬
‫‪CH3‬‬
‫المتكونة في (‪ ،)1‬مع أيون كربونيوم البيوتيل الثالثية‪ ،‬لتعطي ايون كربونيوم‬
‫(‪ )2‬تفاعل جزيئة األيزوبيوتين‬
‫ّ‬
‫ثالثية‪ ،‬تحتوي على ثمانية ذرات كربون‪:‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪C‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫‪+‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪H3C‬‬
‫عملية إعادة التشكيل المحفزة ‪Catalytic Reforming‬‬
‫تستخدم هذه الطريقة إلنتاج جازولين ذو عدد أوكتان مرتفع‪ ،‬كما يتم إنتاج البنـزين‪ ،‬التولوين‪،‬‬
‫والزايلينات‪ .‬وتتضمن هذه العملية‪ ،‬تمرير بخار مادة التغذية على محفز ثنائي الوظيفة (‪Dual‬‬
‫‪ ،(Function‬بمعنى له خاصية حمضية وخاصية هدرجة‪-‬ونزع هدرجة‪ ،‬في درجة حرارة ‪-450‬‬‫‪°550‬م‪ .‬يعتبر محفز األلمنيوم المغلفة بالبالتين األوسع إستخداماً‪ .‬التفاعالت الكيميائية الرئيسية التي‬
‫تحدث في عملية إعادة التشكيل المحفزة تتلخص في األتي‪:‬‬
‫(أ) تفاعلًإزالةًالهدرجةًمنًالهكساناتًالحلقية‪ًً،‬إلنتاجًالمركباتًاألروماتية‪:‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪+ 3H 2‬‬
‫(ب) تفاعل إزالة هدرجة‪-‬مع‪-‬التشكيل للبنتانات الحلقية المستبدلة إلنتاج المركبات األروماتية‪:‬‬
‫‪Dehydroisomerisation‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪+ 3H2‬‬
‫(ج) تفاعل إعادة تشكيل "‪ "Isomerisation‬األلكانات‪:‬‬
‫(د) تفاعل الحلقنة‪-‬مع‪-‬إزالة الهدرجة ‪ Dehydrocyclization‬لأللكانات إلنتاج المركبات األروماتية‪:‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪C7H16‬‬
‫‪+ 4H2‬‬
‫(هـ) تفاعل التكسير الهيدروجيني ‪Hydrocracking‬‬
‫‪+ C4H10‬‬
‫‪C3H8‬‬
‫‪H2‬‬
‫‪C7H16‬‬
‫)‪(1‬يحدث تفاعل إزالة الهدرجة على سطح المحفز‪ ،‬في موقع الهدرجة‪-‬مع إزالة الهدرجة‪ ،‬ليتكون بنتين‬
‫يتكون أيون كربونيوم )‪.(3‬‬
‫حلقي مستبدل )‪ ،(2‬ويتبع ذلك عملية برتنة للناتج‪ ،‬لذا ّ‬
‫‪H‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪H+‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪-H2‬‬
‫‪H‬‬
‫)‪(3‬‬
‫)‪(1‬‬
‫)‪(2‬‬
‫ليكون‬
‫)‪(1‬عادة ما يتشكل أيون الكربونيوم خالل عملية إعادة ترتيب وحلقنة داخلية على السطح الحمضي للمحفز‪ّ ،‬‬
‫أيون كربونيوم هكسيل حلقي (‪ ،)4‬والذي يتحول إلى هكسين حلقي (‪ )5‬بفقدان بروتون‪.‬‬
‫‪H‬‬
‫‪CH2‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪-H+‬‬
‫‪H‬‬
‫)‪(5‬‬
‫‪CH2‬‬
‫)‪(4‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫(‪ )3‬تحدث عملية إزالة هدرجة‪ .‬للهكسين الحلقي المتكوّ ن‪ ،‬على موقع الهدرجة‪-‬مع‪-‬إزالة الهدرجة‪ ،‬في المحفز‪:‬‬
‫يمكن ان يحدث تفاعل جانبي‪ ،‬ينتج عنه إنشطار أيون الكربونيوم البنتيل الحلقي‪ ،‬لتتكون سالسل هيدروكربونية‬
‫مفتوحة‪ ،‬مما يقلل من حصيلة البنـزين الناتجة‪:‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫‪hydrocarbon chain‬‬
‫‪CH 2‬‬
‫‪CH 3‬‬
‫(د) ميكانيكية تفاعل إزالة الهدرجين‪-‬مع‪-‬الحلقنة‪:‬‬
‫‪Dehydrocyclization‬‬
‫يحدث تفاعل إزالة الهدرجة‪-‬مع‪-‬الحلقنة لأللكان‪ ،‬على النحو اآلتي‪:‬‬
‫‪ -1‬تتشكل رابطة ثنائية بفعل عملية إزالة الهدرجة‪ ،‬بحيث ترتبط ذرتي كربون الرابطة الثنائية‪ ،‬بسطح المحفز‪ ،‬بينما‬
‫تصبح بقية ذرات الكربون‪ ،‬معلقة على السطح في الحالة الغازية‪:‬‬
‫‪-H2‬‬
‫‪C7H16‬‬
‫‪cat.‬‬
‫‪ -2‬يتحلقن األلكين‪ ،‬خالل إرتباط إحدى ذرات كربون الرابطة الثنائية‪ ،‬مع ذرة كربون في الحالة‬
‫الغازية‪ ،‬بفعل عملية إزالة هدرجة‪:‬‬
‫‪-H2‬‬
‫‪cat.‬‬
‫‪ -3‬تتابع عملية إزالة الهدرجة لأللكين‪ ،‬لينتج في النهاية هيدروكربون أروماتي‪:‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪-2H2‬‬
‫‪CH3‬‬
‫‪H‬‬
‫‪H‬‬
‫‪cat.‬‬
‫عملية إعادة التشكيل بالبخار‬
‫هذه العملية ذات أهمية كبيرة جداً كطريقة مستخدمة في تحضير غاز التخليق (‪،(Synthesis Gas‬‬
‫المستخدم في صناعة النشادر )‪ ,(Ammonia‬والميثانول‪ .‬وتستخدم أيضاً كمصدر لغاز الهيدروجين‪ ،‬الذي‬
‫يستعمل في عمليات الهدرجة‪ ،‬وغيرها‪ .‬استخدمت هذه العملية‪ ،‬إلعادة تشكيل األلكانات المحتوية على ‪C1‬‬
‫إلى ‪ ،C4‬وعلى األخص الميثان‪ .‬استخدمت هذه العملية أيضا‪ ،‬لتحضير غاز التخليق من النافثا‪ .‬تتضمن‬
‫العملية‪ ،‬تمرير غاز الهيدروكربون وبخار الماء‪ ،‬على سطح محفز‪ .‬التفاعل األساسي لعملية إعادة‬
‫التشكيل بالبخار لجزيئة الميثان مثالً‪:‬‬
‫‪H = 205 KJ/mole‬‬
‫‪=-42 KJ/mole‬‬
‫‪CO + 3H 2‬‬
‫‪CO2 + H2‬‬
‫‪CH4 + H2O‬‬
‫‪CO + H2O‬‬
‫يتكون الكربون‪ ،‬نتيجة التفاعالت اآلتية‪:‬‬
‫‪C + CO 2‬‬
‫‪C + H2O‬‬
‫‪C + 3H 2‬‬
‫‪2 CO‬‬
‫‪CO + H2‬‬
‫‪CH4‬‬
‫الفصلًالرابع‪ :‬الغازًالطبيعي‬
‫الغازًالطبيعي‪Natural Gas :‬‬
‫الغازًالطبيعيًعبارةًعنًخليطًعديمًاللونًمنًالهيدروكربوناتًاإلليفاتية‪.‬‬
‫وأهمهاًبالتدريجًالميثان‪ً،‬اإليثان‪ً،‬البروبان‪ً،‬البيوتان‪.‬‬
‫قد يحتوي الغاز الطبيعي على كميات متفاوتة من الغازات غير الهيدروكربونية‪ ،‬مثل أول أكسيد الكربون(‪،)CO‬‬
‫وثاني أكسيد الكربون (‪ ،)CO2‬وكبريتيد الهيدروجين (‪ )H2S‬وأكاسيد النيتروجين‪ ،‬والهيليوم‪ ،‬واألرجون‪ ،‬والرطوبة‬
‫إستخداماتًالغازًالطبيعي‪Usages of Natural Gas :‬‬
‫‪ -1‬مصدرًطاقةًحراريةًبالمنازل‪ً،‬وًفيًعدةًصناعات‪ً،‬مثلًصهرًالحديد‪ً،‬واأللمنيوم‪ً،‬وصناعاتًالزجاج‪ً،‬‬
‫واألسمنت‪ً،‬وتكريرًالبترول‪ً،‬وغيرها‪.‬‬
‫‪ -2‬مادةًخامًأساسيةًفيًالصناعاتًالبتروكيميائية‪ .‬فتحويالتًالميثانًمثال‪ً،‬نتحصلًمنهاًعلى الميثانول‪ً،‬‬
‫الفورمالدهيد‪ً،‬حمضًالفورميك‪ ..‬الخ‪....‬‬
‫‪ -3‬يستخدمًالغازًالطبيعيًفيًاستخراجًالنفط‪ً،‬وذلكًلزيادةًالضغطًعلىًالنفطًالسائلًفيًاآلبار‪ً،‬مماً‬
‫يسهلًعمليةًاالستخراج‪.‬‬
‫تصنيفًاًلغازًالطبيعي‪Classification of Natural Gas :‬‬
‫‪ -1‬الغازًال ُحر‪Non Associated Gas :‬‬
‫يوجدًالغازًالطبيعيًالحر‪ً،‬فيًمكمنًغازًمستقلًبباطنًاألرض‪ً،‬ويحتويًعلىًنسبةًعاليةًمنً‬
‫منًالنسبةًالكليةًللمكوناتًاألخرى‪ً،‬التيًتشملًاإليثان‪ً،‬البروبان‪ً،‬ونسبةً‬
‫غازًالميثانًتتجاوزً‪%85‬‬
‫ّ‬
‫ضئيلةًمنًالبيوتانًتعادلً‪ .%1‬ويعرفًالغازًالطبيعيًالحر‪ً،‬بالغازًالطبيعيًالجافً)‪ً،(Dry Natural Gas‬‬
‫ألنهًالًيمكنًإسالتهًتحتًالضغطًعندًدرجةًحرارةًالغرفةً)‪.(Room temperature‬‬
‫‪ -2‬الغازًالطبيعيًالمرافق‪Associated Gas :‬‬
‫يوجدًالغازًالطبيعيًالمرافق‪ً،‬مصاحباًللنفطًفيًمكامنه‪ً،‬إماًعلىًهيئةًغطاءًيعلوًسطحً‬
‫سائلًالنفط‪ً،‬أوًممتزجاًبه‪ .‬ويتكونًمنًخليطًمنًالميثان‪ً،‬واإليثان‪ً،‬البيوتان‪ .‬ويعرفًالغازًالطبيعيً‬
‫المرافقًبالغازًالطبيعيًالرطبً)‪ (Wet Natural Gas‬حيثًيمكنًإسالتهًتحتًالضغطًعندًدرجةً‬
‫الحرارةًالعادية‪.‬‬
‫ملوثاتًالغازًالحرًوالغازًالمرافق‪ :‬غالباًماًيكونًالغازًالحر‪ً،‬والغازًالمرافقًملوثانً‬
‫بنسبةًمنًالرطوبة‪ً،‬أوًبغازاتًأخرىًمثلًثانيًأكسيدًالكربون‪ً،‬كبريتيدًالهيدروجين‪ً،‬‬
‫ثانيًأكسيدًالكبريت‪ً،‬وأولًأكسيدًالكربون‪ .‬ويمكنًازالةًهذهًالملوثاتًباخضاع الغازً‬
‫الطبيعيًلعملياتًتنقية‪.‬‬
Methods for Purification of Natural Gas:‫طرقًتنقيةًالغازًالطبيعي‬
Removal of Water :)‫إزالةًالرطوبةً(الماء‬
-1
Removal of Carbon Dioxide :‫إزالةًثانيًأكسيدًالكربون‬
-2
Removal of Hydrogen Sulphide :‫إزالةًكبريتيدًالهيدروجين‬
-3