جريدة بــابل


منتجات مصافي التكرير(المنتجات النفطية)
جمال أمين 2009-08-04
 

مقدمة:-

في حين ان معظم المستهلكين يعتقدون أن المنتجات النفطية لاتتعدى الـ (بضعة منتجات) مثل النفط الأبيض (وقود التدفئة) والبنزين ووقود الطائرات والديزل مع بعض زيوت المحركات وزيوت التشحيم, ....الخ. في حين أن معهد البترول الأمريكي (API) قام بمسح على معامل تكرير البترول والمعامل البتروكيمياوية الأمريكية أظهر وجود أكثر من 2000 منتج من المنتجات النفطية بمواصفات مختلفة وكما يظهر في الجدول رقم (1). جدول رقم -1 ( المنتجات التي يتم انتاجها في معامل تكرير البترول الأمريكية) (انظر مصدر رقم 1)

















نوع المنتج النفطي العدد
غاز الوقود

غازات مسالة


بنزين


         المحركات (مكائن الاحتراق الداخلي)


         الطيران


         أخرى(تراكتور, بحرية, أخرى)


وقود التوربينات الغازية ( المحركات النفاثة)


النفط الأبيض


مادة مستقطرة متوسطة (الديزل وزيوت الوقود الخفيفة)


زيت الوقود المتخلف (المتبقي)


زيوت التشحيم (التزييت)


الزيوت البيضاء


موانع الصدأ


زيوت المحولات وزيت عزل الكيبلات


الشحوم (الكريس)


الشموع


الزفت (الأسفلت)


الفحم (الكوك)


السـخا


مواد كيمياوية, مذيبات, وأخرى متنوعة


1

13


40


19


9


12


5


10


27


16


1156


100


65


12


271


113


209


4


5


300


المجموع 2347

 

وبصورة عامة فان المُنتَجات التي تنتج حسب تصاميمَ المصافي تكون قليلة العَدَدِ نسبياً وان عمليات التكرير الرئيسية تعتمد على انتاج كميات كبيرة من المنتجات مثل (البنزين, الديزل, وقود الطائرات, النفط الأبيض)


يعتبرخزن المنتجات النفطية والتخلص من النفايات المتبقية عالي الكلفة، لذلك فمن الضروريُ بَيْع كُلّ الموادِ المنتجة مِنْ النَفط الخامِّ حتى ان البعض مِنْ الموادِ، مثل (زيتِ الوقود الثقيلِ العاليِ نسبة الكبريتِ) و الوقودِ الحاوي على كمية من الفحم، يجب أنْ يُباعَ بأسعارِ أقل مِنْ كلفةَ زيتِ الوقود (النفط الأسود) المنتج منه.


تَتطلّبُ الموازنة الإقتصادية اتخاذ القرار سواء ببيع بَعْض منتجات النَفط الخامِّ مباشرة أو أَنْ تُباعَ بعد اجراءْ عمليات تكريرية اضافية (أو اضافة نوع معين يسمى بالمحسنات الكيمياوية) لإنْتاج مُنتَجاتِ ذات نوعية افضل سَـتكونُ لها قيمةُ سـعرية أعظمُ وأداء أفضل مثلا (البنزين العادي والممتاز ذو الرقم الأوكتاني العالي نسبيا).


تعتبر القيمة الأوطأ لأي مُنتَج هيدروكربونِي هي القيمةُ الحرارية لذلك المنتج أَو مكافئُ زيتِ وقودها (FOE) هذه القيمةِ تحدد دائماً اعتمادا على مجموعة عوامل مثل الموقعِ، الطلب، توفر المنتج، خصائص الاحتراقِ، نسبة محتوى الكبريتِ، وأسعار الوقود المنافسةِ.


ان معرفة الخواص الفيزياوية والكيمياويةِ للمنتجات النفطية ضروريُ لفَهْم الحاجةِ لعملياتِ التكرير المُخْتَلِفةِ ولتَقديم صورة مفصلة لمُنتَجاتِ التكرير، يمكن وصفها في الفَقَراتِ التاليةِ وذلك بزيَاْدَة الوزن النوعي وتقليل اللاستقرارية والوزن حسب مقياس الـ (API) (معهد البترول الأمريكي).


في الصناعة النفطية تَستعملُ طريقة إختزالية لتسـجيل مركّبات الهيدروكربونِ واطئة الغليان الذي يُميّزُ الموادَ بعددِ ذرّاتِ الكاربونِ والروابطِ الغير مشبّعةِ في الجزيئةِ، على سبيل المثال، بروبان يُصور على شكل C3 والبروبلين ايضا C3. في حين أن ذرات الهيدروجين يفترض أن تكون موجودة مالم يتم الاشارة الى غير ذلك. 


   1- المنتجات ذات درجة الغليان الواطئة:


ان التصنيف (المنتجات ذات درجة الغليان الواطئة) يشمل المركبات التي تكون في الحالة الغازية في درجة الحرارة والضغط الجويين في الحالة الاعتيادية وهي: الميثان، الإيثان، البروبان، البيوتان، والأوليفينات المشابهة.  


الميثان (C1) يُستَعملُ عادة كوقود في المصافي،كذلك يُمْكِنُ أَنْ يُستَعملَ كمادة أوليةلإنتاجِ الهيدروجينِ بطريقة التكسير والتحلل بالحرارةِ والتفاعل مع بخار الماء (في المفاعل) وتقاس كميته عموماً بـالباوناتِ أوبالكيلوغرامات، أقدام مكعّبة قياسية (scf) في درجة حرارة 60 فهرنهايت وضغط 14.7 با/انج2 ,الأمتار المكعّبة في درجة حرارة 15.6م وضغط جوي 1 بار، أَو َبرميل زيتِ الوقود المكافئ اعتمادا على أوطأ قيمة حرارية لـ 05.6 X 106سـعرة حرارية (Btu) أو كيلو جول.(6.38X106)


إنّظر المواصفات الطبيعيةَ(الفيزياوية) للميثانِ في جدول رقم  2. 


جدول رقم -2 المواصفات الطبيعية (الفيزياوية) للبارافينات























 
المركب
جزيئة

الكاربون


درجة الغليان

فهرنهايت


درجة الإنصهار

فهرنهايت


الوزن النوعي

(60/60 0F)


الوزن حسب قياس (0API)
الميثان

الايثان


البروبان


البيوتان


        الطبيعي


          الآيزو


الأوكتان


         الطبيعي


         4,2,2


     3,3,2,2


الديكان  (طبيعي)


السيتان   (طبيعي)


الايكوسان (طبيعي)


الترايكوتان


       الطبيعي


  22,18,14,10,6,2


C1  

C2  


C3    


C4  


C4    


C8  


C8  


C8  


C10


C16


C20 


C30


C30


258.7

128.5


43.7 


31.1


10.9 


258.2


210.6


223.7


345.5


555.0


650.0 


850.0


815.0


296.5

297.9


305.8 


217.1


225.3 


70.2


161.3


219.0


21.4


64.0


98.0 


147.0


31.0


0.30

0.356


0.508 


0.584


0.563 


0.707


0.696


0.720


0.734


0.775


0.782 


0.783


0.823


340.0

265.5


147.2 


110.6


119.8 


68.7


71.8


65.0


61.2


51.0


49.4 


49.2


40.4



مُلاحظة:


1- درجة الغليان تَرتفعُ مع زيادةِ الوزن الجزيئي.


2- درجة الغليان للهيدروكربون ذوالسلسلة المتشعبة أوطأُ مِنهْ للسلسلة المتصلةِ لنفس الوزن الجزيئي.


3- درجةِ الإنصهار تزداد بازدياد الوزن الجزيئي.


4- درجة الانصهار للهيدروكربون ذوالسلسلة المتشعبة أوطأُ مِنهْ للسلسلة المتصلةِ لنفس الوزن الجزيئي مالم يؤدي التفرع إلى التناظر.


5- يزداد الوزن بازدياد الوزن الجزيئي


الايثان (C2) يُمْكِنُ أَنْ يُستَعملَ كوقود في المصافي أَو كمادة أوليةلإنْتاج الهيدروجينِ أَو الإثيلينِ، اللذان يستعملان في العملياتِ التشغيلية للمصانع البتروكيمياويةِ.


كما ان الإثيلين والهيدروجين ينتج احيانا بصورة عرضية في المصافي ويمكن بيعهما إلى المصانع البتروكيمياويةِ. 


البروبان (C3) يُستَعملُ كثيراً كوقود في المصافي في الأفران لرفع درجة حرارة النفط الخام و يُباعُ أيضاً كغاز بترولي مسـال (LPG)،حيث أن مواصفاته محدّدة من قبل جمعية مشغلي الغازَ (GPA) {انظر7}. المواصفات المثالية للبروبان تتضمن اقصى ضغط بخار بحدود (210 با\انج2) عند درجة حرارة 100ف مايعادل 37.8م وتعادل 95% درجة غليان من درجة الحرارة -37 ف و-38.3م أو أوطأ عند 760 ملم زئبق(ا بار) ضغط جوي. وفي بَعْض المواقعِ (معامل التكرير) يتم فصل البروبلين لغرض بيعه كمادة أولية إلى منتجي البولي برويلين.


تتواجد البيوتانات (C4) في النفط الخام ويتم انتاجها خلال العمليات التشغيلية في معامل التكرير (المصافي) وتستخدم كمكونات للبنزين في العمليات التشغيلية في معامل التكرير اضافة الى الغاز البترولي المسال(LPG).أما البيوتان الطبيعي(nC4) فله ضغط بخار اقل من الآيزوبيوتان (iC4) وهو يُفضّلُ عادة للمَزْج مع البنزين لتَنظيم ضغطِ بخارِه لتقديم تشغيل افضل في الطقسِ الباردِ.


للبيوتان الطبيعي ضغط بخارريد* (RVP) بقيمة 52 با\انج2 مقارنة بـ71 با\انج2 للآيزوبيوتان, ولهذا يمكن اضافة مقدار اكبر من البيوتان الطبيعي (nC4) الى البنزين بدون تخطي قيمة ضغط بخار ريد لمنتوج البنزين. اعتمادا على  قاعدة الحجمِ فان البنزين لَهُ قيمة مبيعات أعلى مِنْ تلك التي لغاز البترول المسال لذلك فمن الناحية الاقتصادية من المرغوب به أَنْ تَمْزجَ كمية من البيوتانَ الطبيعيَ وحسب الامكان إلى البنزينِ.


اضافة الى كل ذلك يُستَعملُ البيوتان الطبيعي أيضاً كمادة أولية لوحدات الأزمرة لتَشكيل وتصنيع الآيزوبيوتان


ان التعليمات التي أصدرتها وكالةِ حمايةِ البيئهِ (EPA) لتَخفيض الإنبعاثاتِ الهيدروكربونيةِ أثناء عملياتِ التزود بالوقود والتبخير مِنْ المحرّكاتِ الساخنة بعد شوط الإيقادِ خفّضَت بصورة كبيرة ضغطُ البخارِ (رَيد) المسموح به للبنزين أثناء فصلِ الصيف. وبالنتيجة أدت الى تأثيرين رئيسيينِ على الصناعةِ.


الأول هو التوفيرَ المتزايدَ للـ (بيوتان الطبيعي) أثناء فصل الصيف, والثاني هو ضرورة استخدام طريقة أخرى لتَزويد الأوكتانِ المتوسط المفقود نتيجة الإستخراجِ والاستخدام المفرط للبيوتان الطبيعي.


إنّ الأوكتانَ المتوسط هو معدل الاوكتان من الانتاج الكلي للبنزين في معامل التكرير في حالة مزج البنزينِ الممتازِ جداً والمتوسط القيمةَ والعادي معاً فيما يعتبر البيوتان الطبيعي رخيص نسبيا كمحسن للبنزين وجزء من خليط الأوكتان, أما الآيزوبيوتان فتتحدد قيمته القصوى عندما يستخدم كمادة أولية لوحدة الألكلة حيث يتم وصلها بالموادِ الغير مشبّعةِ، (البروبينات، بيوتانات، والبنتينات) لتَشكيل مركبات ايزوبارافينية ذات أوكتانِ عالي في مدى الغليان للبنزينِ.


بالرغم من وجود الآيزوبيوتين في النَفط الخامِّ، الا ان مصادر تموينه الرئيسية مِنْ عملية التكسير بالعامل المساعدِ السائلِ ووحدات التكسير بوجود الهيدروجين في المصافي ووحدات معالجة الغاز الطبيعي ولا يستعمل الآيزوبيوتان كمادة اولية لتغذية وحدات الألكلة ولكن يُمْكِنُ بيعه كغاز بترولي مسيل (LPG) أَو يستعملَ كمادة أولية لتصنيع البروبلين او البروبين, ويتم تحويل كمية لابأس بها من الآيزوبيوتين الى آيزوبيوتيلين والتي بتفاعلها مع الميثانول ينتج منها مادة المثيل بيوتيل أثيرالثلاثي. عندما تباع البيوتانات كغاز بترولي مسيل، تكون مواصفاتها متوافقة مع مواصفات البيوتان التجاري, والتي تتضمن ضغط بخار 70 با\انج2 أو أقل عند درجة 1000 ف أو (210م) و95% درجة غليان عند درجة حرارة 36 ف أو (2.2م) وعند ضغط 760 ملم زئبق ضغط جوي, من عيوب البيوتان الطبيعي كغاز بترول مسيل (LPG) درجة الغليان العالية تعادل 32 ف (0م) عند ضغط 760 ملم زئبق وبذلك فانه في الأجواء الباردة شتاءً فمن غير المفضل استخدامه للتدفئة والاستعمالات الأخرى عندما يخزن في مناطق خارجية تتعرض بصورة متكررة لانخفاض في درجات الحرارة تحت الصفر. يمتلك الآيزوبيوتان درجة غليان تعادل 11ف (-12م) وهو ايضا لايفضل استخدامه كغاز مسيل للتدفئة في المناخ البارد.


يباع خليط البيوتان- بروبانِ كغاز بترولي مسيل، ويتم تحديد مواصفات وطريقة الاختبار القياسيةِ لهذا الخليط من قبل جمعيةِ معالجي الغازَ.وهي حسب الجدول رقم 3. 


  =(RVP)* ضغط البخار بمعيار ريد عند درجة حرارة 100 ف


جدول رقم 3 مواصفات البروبان والبيوتان التجاريين




















































المواصفات البروبان البيوتان
ضغط البخار با\انج2

    70ف (21.1م)


    100ف (38م)


    130ف (54م)


 
124

192


286


 
31

59


97


الوزن النوعي للسائل (60\60ف) 0.509 0.582
درجة الغليان الابتدائية تحت ضغط 1 بار -51 ف (-47.4م) 15
درجة التكثف (الندى) عند ضغط 1 بار -46 ف (-44.6م) 24
الحرارة النوعية السائل عند 60 ف, 15.6م

سعرة\باوند


كيلو جول\ كغم


 
0.588 ف

2.462 م


 
0.549 ف

2.299م


حدود الالتهابية, حجم % غاز في الهواء

الحد الأدنى


الحد الأقصى


 
2.4

9.6


 
1.9

8.6


الحرارة الكامنة للتبخر

سعرة\باوند


كيلو جول\كغم


 
185

430.3


 
165

383.8


القيمة الحرارية الاجمالية

سعرة \ با (سائل)


سعرة \ قدم 3 (غاز)


كيلوجول \ كغم (سائل)


كيلو جول \ م3 (غاز)


 
21.550

2.560


50.125


9.538


 
21.170

3.350


49.241


12.482



 

   2- البنزين:


يظهر مسحِ معهد البترول الأميريكي {مصدررقم 1} بأنّ 40 نوع مِنْ أنواعِ البنزين يتم تصنيعه في معامل التكرير (المصافي)، وان 90 % من الكمية الكلية للبنزين المنتج. في الولايات المتّحدةِ قد استعملتُ كوقود للسياراتِ. وتنتج أكثر المصافي بنزيناً في إثنان أوثلاث درجاتِ، العادي الخالي من الرّصاص،المحسن، والممتاز ،اضافة الى انتاج وتجهيز البنزين العادي لتَلْبِية حاجاتِ المعدات الحقليةِ والسيارات المصنعه قَبْلَ العام-1972.


إنّ الاختلاف الرئيسَي بين البنزين العادي والمحسن هو الأداءُ المضِادُّ للطقطقة (الفرقعة في داخل المحرك).


في العام1999 كان الرقم الأوكتاني المعلن(PON) للبنزين العادي الخالي من الرصاص حوالي 87 وحسب طريقة (PON) لقياس الرقم الأوكتاني (انظر القسم 3)وللبنزين المحسنِ يتَراوحَ مابين 89 إلى 93. أما البنزين العادي الخالي من الرصاص فكان المعدل 88.


وبالنسبة لكافة انواع البنزين للمناطق المرتفعةفان معدل الرقم الأوكتاني المعلن يَنخفض درجتين عنه في المناطق الأخرى, ان الرقم الأوكتاني المعلن هو معدل حسابي لمجموع الرقم الأوكتاني الحركي (للمحركات) (MON) والرقم الأوكتاني المختبري(RON) وهو يقل بمقدار اربعة الى ستة درجات عن الرقم الأوكتيني المختبري.


ان البنزين عبارة عن خلطاتَ معقّدةَ مِنْ الهيدروكربوناتِ لها مديات غليان مثاليةُ (مِنْ 100 إلى 400) درجة فهرنهايت (38 إلى 205 مئوية) كما تم تحديدها من قبل الجمعية الأمريكية لاختبارات المواد (ASTM) وحيث يتم مزج مكونات البنزين لانتاج نوعية: عالية المقاومة للطقطقة (داخل المحرك)، سهولة الاشـتغال، سريع الإحماء، ميل منخفض إلى الغلق البخاريِ، ونسـبة ترسبات منخفضة في المحرّكِ


قدم كروز وستيفنسن(المصدر 5) حساب شامل جداً لمواصفات البنزين وكيفية واسلوب تأثر هذه المواصفات بمكوّناتِ المَزْج.


لأغراضِ التصميمِ التمهيديِ لمعامل التكرير (المصافي)، وفي كل الأحوال، فان المكوّنات المستعملة في مَزْج بنزين المحرّكات ِ يُمْكِنُ أَنْ تُُحدّدَ بـالبنزين الخفيف المستقطر مباشرة, (LSR) أو ناتج عملية الأزمرة , تحسين البنزين المُحَفَّزبالعامل المساعد، البنزين المحسن بعملية التكسـير , البنزين المحسن بعملية التكسـير بوجود الهيدروجين البنزين المبلمر, الكيلات, البيوتان الطبيعي, مع محسنات مماثلةكالـ (بيوتل أثيرالمثيل الثلاثي) (MTBE) والـ (بيوتل أثيرالأثيل الثلاثي) (ETBE)( أثير ميثيلِ أميلِ الثلاثيِ) (TAME) والميثانول أما المحسنات الأخرى، على سبيل المثال، مانعات تأكسد، مخمدات معدنية، وعوامل مضادة للتوقف الفجائي (الانهيار)، لاتؤخذ بنظر الاعتبار بشكل منفرد حاليا، ولكن تضاف الى كلفةِ المواد الكيمياويةِ المضِادة للطقطقة المضافة للخليط واْن كمية عوامل الارتباط ضِدِّ الطقطقة المضافة، وكلفهم، يجب أنْ تقدر باجراء حسابات مزج الاوكتان.


يتكون البنزين الخفيف المستقطر مباشرة من تجزئةالـ ( (C5في درجة 199 ف أو 88 م للنفثا المستقطعة من التقطيرالجوي للنفط الخام.


ان تجزئةالـ ( (C5في درجة 199 ف تعْني بأنّ البنتينات مُتضمّنة في التقطيعِ لكن الـ (C4) والمركّبات ذات درجات الغليان الواطئة مستثناة ونقطة النهاية (TBP) تعادل 190ف تقريبا. وكنتيجة، يتم تصنيعه بصورة منفصلة مِنْ تجزئة البنزين الثقيل المستقطر مباشرة(HSR) ويَتطلّبُ غسل بمادة كاويَة فقط، المعالجة الخفيفة بوجود الهيدروجين، أَما إذا كان المطلوب أوكتان عالي, فان عملية الأزمرة تستهدف إنْتاج خليط البنزين للحصول على أعلى اوكتان بدون إضافةِ مركبات الرصاص،كما ركّبَ بَعْض اصحاب معامل التكرير وحداتَ أزمرة لمُعَالَجَة البنزين الخفيف المستقطر مباشرة وتركيبُ أوكتان معلن محسن بمقدار مِنْ 13 إلى 20 عددِ أوكتانِ اعلى من البنزين الخفيف المستقطر مباشرة. ان تحسين البنزين في وحدة تحسين البنزين (بواسطةالعامل المساعد) هو منتج البنزين (C5+) وهو المنتوج المحسن.


يستخدم البنزين الثقيل مباشر التقطير والبنزين المستخرج من وحدة التكويك كمادة أولية لتغذية وحدة تحسين البنزين، وعندما نحتاج اوكتان اعلى يتطلب وحدة لتحسين البنزين، التكسير بوجودالهيدروجين للبنزين ذو مدى الغليان المماثل الذي يمكن انتاجه في هذه الوحدة لزيَاْدَة مستويات الأوكتانِ.


إنّ شروطَ عمليات تحسين البنزين مسيطر عليها لإعْطاء المُنتَوجِ المطلوبِ مواصفات ضِدَّ الطقطقةَ في مدى 90 إلى 104 رقم اوكتاني مختبري (85 إلى 98( رقم اوكتاني معلن وخالي من الرصاص.


إنّ البنزين المحسن بواسطة التكسير بوجود عامل مساعد والبنزين المعامل بالهيدروجين يَستعملُ مباشرة كبنزين مخلوط للخزين, ولكن في بَعْض الحالاتِ يتم فصلها إلى منتوجات خفيفةِ وثقيلةِ ويتم تحسين المنتوجات الثقيلة بوجود عامل مساعد قبل أن يُمْزَجَ مع بنزين المحرّكِات. ويمكن تحقيق هذا في الحالات التي يكون فيها البنزين المستخدم خالي من الرّصاصُ كما أن الرقم الأوكتاني الآن أعلى بعدة أرقام مما كان عليه عندما كان استخدام مركبات الرصاص كمحسن للبنزين مسموحا. ومن الطبيعي ان يتم ارسال المنتجات الثقيلة المعاملة بالهيدروجين الى وحدة تحسين البنزين لزيادة الرقم الأوكتاني.


في وحدة تحسين البنزين يتم زيادة مقدار الرقم الأوكتيني بتَحويل الأوكتانِ المنخفضِ البرافين (الشمع المعدني) إلى مركبات عطرية (أروماتية) عالية الأوكتانِ. بالرغم من أن بعض المركبات العطرية لها معدل تفاعل عالي مع الأوزون مما يسبب تَشكيل ملوثات بصرية في الهواءِ كما أن البعضِ منها عليها محاذير من قبل منظمات حماية البيئة. لذلك فان القيود المفروضة على المركبات العطريةِ مِنْ وقودِ المحركات سَيكونُ لها تأثيراتَ متزايدةَ على عمليات التصفية بسبب زيادة حدتها. مما ستسبب تحديد شدَّةَ تحسين البنزين بالعامل المساعد وسيتطلب من اصحاب المصافي استعمال طرق أخرى لزيادة الرقم الأوكتاني للبنزين وذلك بدَمْج مركبات مشبعة بالأوكسجين بصورة اكبر في الخليط.


ان البنزين المُبَلْمَر يمكن تصنيعه بواسطة بلمرة الهيدروكربونِات الأوليفينية لانتاج اوليفينات ذات وزن جزيئي أعلى في مدى غليان البنزين. وفي تكنولوجيا تكرير النفط الخام تفضل عمليات الألكلة عوضا عن البلمرة لسببين:- الأول يمكن انتاج كميات كبيرة من المنتوجات ذات الرقم الأوكتاني العالي من الأوليفينات الخفيفة المتوفرة, والأخر هو أنّ مُنتَوجِ الألكلة بارافيني بدلاً مِنْ كونه أوليفينيي, وذلك لأن الأوليفينات تتفاعل ضوئيا إلى حدٍ كبير وتُساهمُ في تلوثِ الهواء بصورة واضحة للعيان وإنتاجِ الأوزونِ. ان بنزين الألكلة ناتج تفاعل الأيزوبيوتين مَع البروبلين والبيوتلين أو البنتلين لإنْتاج هيدروكربونِات مُتَفَرّعِة في مدى الغليان للبنزين.


ان ألكلة كمية مُعينة من الأوليفينات تُنتجُ حجمَ مضاعف من وقودِ المحركات (البنزين) ذو الرقم الأوكتاني العاليِ بنفس الطريقة التي يُمْكِنُ أَنْ ينتَجَ منها بواسطة عملية البلمرة. إضافة الى ان الرقم الأوكتاني المعلن الناتج من الألكلة لخليط الأوكتان أعلى وذو حسّاسيةُ أوطأُ بدرجة كبيرة مِنْ بنزين البلمرة كما يتم خلط البيوتان الطبيعي مع البنزين للحصول على ضغطَ بخارِ معين مطلوب.


ان ضغط البخارَ {المسمى بـ (ضغط بخارِ رَيد) } للبنزين هو موالفة مابين ضغط بخار ريد العالي لغرض تَحْسين المواصفات الإقتصاديِة وبداية تشغيل المحرّكِ وبين ضغط بخار ريد المنخفض لمنع قفل التبخرِ وتقليل خسائرَ التبخرِ وهو في حد ذاته، يَتغيّرُ مَع تغير فصول السّنة ويَتفاوتُ مابين 7.2 با/انج2 في الصيفِ و 13.5 با/أنج2 في الشتاءِ. وللبيوتان رقم أوكتاني عالي عند الخلط وهو مركب مرغوب به في خليط البنزين, ويقوم أصحاب معامل التكرير باضافة أكبر كمية ممكنة منه الى خليط البنزين بقدر ما يسمح به ضغط البخار.


 يُمْكِنُ أَنْ يُستَعملَ الآيزوبيوتين لهذا الغرضِ لَكنَّه غيرمرغوبَ به لأن ضغط بخاره العالي لايسمح الا لكمية قليلة منه بالاندماج مع البنزين مقارنة بالبيوتان الطبيعي. أن القلق من تأثيراتِ استخدام وقودِ الهيدروكربونِ على البيئةِ سبّبتْ التغييراتَ في التعليماتِ البيئيةِ التي تُؤثّرُ على تراكيبِ وقود الديزلَ والبنزين.


أن القيودُ الرئيسيةُ المفروضة على تصنيع وقود الديزلِ تحدد نسبةالكبريتَ والمركبات العطرية, أما القيود المفروضة على البنزين َ فهي اضافة الى تحديد نسبة الكبريت والمركبات العطرية فهي تحدد محتويات المركّبَ المعيّن أيضاً (مثل البنزين العطري)، تحدد بَعْض أنواعِ المُركّبِ (مثل الاوليفينات)، أقصى ضغط بخار رَيد، كذلك ادنى محتويات أوكسجين للمناطق التي تعاني من مشاكلِ أوّل أكسيد الكاربونِ.كل هذا أدّى إلى مفهومِ "البنزين المُحسن".


أن مواصفات البنزين المحسن تُصمّمُ لإنْتاج وقود لمحرّكاتِ الاحتراق الداخلي والذي يعتبرعلى الأقل وقود نظيف كما هو الوقود عالي نسبة الميثانول. وكلما زادت المعرفة حول العلاقةِ بين الوقودِ والبيئةِ، فان مواصفات الوقودِ تتعرض للتغييرِ. وهنا، مصادر القلق الرئيسية مِنْ المفردات التي يتم مُنَاقَشتها سويّة مع التأثيراتِ النسبيةِ على البيئةِ. للمواصفاتِ الحاليةِ مِنْ الوقودِ تَرى مواصفاتَ الحمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) وحسب الرغبة للوقودِ المطلوب. 


جدول 4  مصادرِ الكبريتِ في البنزين (مصدر رقم 8)

















   الوزن في المركب% الحجم الى الكل %
نفثا التقطير المباشرالخفيفة

البنزين المحسن (C3) بالتكسيرعند درجة حرارة(2700F 1320C)


البنزين الثقيل المحسن بالتكسير


البنزين الخفيف الفحمي


0.014

0.07 


0.83 


0.12 


  1.7

11.2


86.1


  1.0



 

أظهر الإختبارُ الحقلِي بأنّه من المرغوبُ أَنْ تكُونَ محتويات الكبريتِ في البنزين أقل مِنْ (300 ppm) جزء من المليون ما يعادل نسبة (0.03%) من الوزن. وكما يظهر في الجدول 4، فان النفثا التي يتم تكسيرها بوجود العوامل المساعدة المسيلة هي المصدرُ الرئيسيُ للكبريتِ في بنزينِ مصافي النفط, ولمصفاةِ نفط خامِّ مُعينةِ، ولغرض الوصول الى مواصفات بنزين بكمية كبريت اقل من300 ppm، وبدون اختلاف في الأوكتانِ، من الضروريُ معالجة النفثا التي تم تكسيرها بوجود العوامل المساعدة المسيلة بواسطة الهيدروجين لتَخفيض مستوى الكبريتَ بما فيه الكفاية لإنْتاج نفثا بمحتويات كبريتِ مقبولةِ. إنّ البديلَ هو معالجة النفثا التي يتم تكسيرها بوجود العوامل المساعدة المسيلة بواسطة الهيدروجين، ولكن هذا يُشبعُ الأوليفينات في النفثا مما يُؤدّي إلى تخفيضِ في خليط ألاوكتانِ مِنْ إثنان إلى ثلاثة أرقامِ كما ان بعضُ الأرومات وأكثر الأوليفينات تتفاعل مع مكوّناتِ الجوِّ مما يسبب تلوث الهواء.


إنّ نشاطاتَ مكوّناتِ البنزينِ هذه يمكن التعبير عنها بقابليتها على التفاعل مَع أيون الهيروكسيد (OH) الموجود في الجو. إنّ الجداول.(5 ,.6) تظهر المصادرَ وقابلية التفاعل لبعض مِنْ مكوّناتِ البنزينِ وبصورة خاصة الزيلينولات (مركب البنزين الهيدروكسيلي الثنائي المثيل) والاوليفينات الأكثر تفاعلاً وقَدْ يَكُون من الضروريَ وَضْع قيود على هذه الموادِ


جدول رقم 5 العطريات (الآرومات) والأوليفينات في البنزين (مصدر: 8)



















نوع الخليط نسبة التجمع نسبة العطريات نسبة الأوليفينات
محسنة الرقم الأوكتاني

نفثا التقطير المباشرالخفيفة


ناتج الأزمرة


النفثا المحسنة بالتكسير (ع.م. مسيل)


النفثا الخفيفة الفحمية


النفثا الخفيفة المعالجة بالهيدروجين


الكيلات


البوليمرات


البيوتان الطبيعي


27.2

  3.1


  3.7


38.0


  0.7


  2.4


12.3


  0.4


  3.1


63

10


  1


30


  5


  3


  0.4


  0.5


  0


  1

  2


  0


29


35


  0


  0.5


96


  2.6



جدول رقم 6 التفاعلية وضغط بخارريد (RVP) لمكونات البنزين (مصدر 9)






















  التفاعلية * ضغط بخار ريد (RVP)
با\ انج 2 ك باسكال
البيوتان الطبيعي

الآيزوبنتان


البنتان الطبيعي


الآيزوهكسان


الهكسان الطبيعي


البنزين


تولَوين


زَيْلين


بيوتين-1


بيوتين-2


بنتين-1


2-مثيل, 2-بيوتين


2-مثيل, 1-بيوتين


2.7

3.6


5.0


5.0


5.6


1.3


6.4


23.0


30.0


65.0


30.0


85.0


70.0


60

21


16


7


5


3


0.5


0.3


65


50


16


15


19


414

145


110


48


34


21


3


2


448


200


110


103


131



* التفاعلية مَع أيون الهيدروكسيد الحر في الجوِّ 


أن انتاج وقود سيارات أقل تأثيرا على البيئة سَيَتطلّبُ إضافة أجهزةِ للمصافي اضافة إلى التغييراتِ في نوعية العوامل المساعدة المستعملة لتحسين الوقود وتقنياتِ التشغيل والانتاج.


ومنذ الأربعيناتِ، فان انتاج بنزين المحرّكات كَانَ المُنتَجَ الرئيسيَ للمصافي، وفي 1998، كان إنتاج البنزين يحتل النسبة الأكبرَ مِنْ منتجات الصناعات الأساسيةِ في الولايات المتّحدةِ. وكانت الـ 400 مليون طن المنتجة مِنْ البنزينِ في ذلك العام تتجاوز ناتجَ الفولاذِ، الواح الخشب، ومُنتَجات أخرى عملاقة[مصدر10]. وقد استعمل 90% من هذا الإنتاجِ، في الشاحناتِ والسياراتِ


إنّ سوقَ وقود الطيرانَ صغير نسبياً وتُشكّلُ أقلّ من 3% مِنْ سوقِ البنزينَ. ولهذا السبب، فانه لايؤخذ بنظر الاعتبار في تصميمِ المصفاةِ التمهيديِ. 


3- مواصفاتِ البنزين:


بالرغم من أن هناك عِدّة مواصفات مهمة للبنزين، الا ان للبنزين ثلاثة مواصفات لها التأثيراتُ الأعظمُ على أداءِ المحرّكِ وهي ضغطَ بخارِ رَيد، مدى الغليان، وخصائص ضِدّ الطقطقة.


ضغط بخارِ رَيد ومدى غليان البنزينِ يتحكم بسهولةَ تشغيل المحركات، إحماء المحرك، معدل التعجيلِ، الفقدان الناتج من تخفيفِ حاوية المرافق، الإقتصاد بالاستهلاك للمسافة المقطوعة (كم أو ميل)، والمَيل نحو قفلِ التبخرِ. إحماء المحرّكِ (الوقت يتأثّر ُبنسبة التقطير في درجة حرارة 158ف, 70 م) و90 % درجة حرارة التقطيرِحسب معيار الـجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM).


الإحماء يُعبر عنه بالمسافةِ التي يشتغل خلالها المحرك لحين الوصول الى االطاقة القصوى بدون إستعمالِ مفرطِ لصمام الخنق. أي إثنان إلى أربعة أميال, مايعادل(3 - إلى 7كم) إحماء يُعتَبرُ مقنعاً كما أن العلاقةَ مابين درجةِ الحرارة الخارجية ونسبة التقطّيرَ لإعْطاء مواصفات الإحماءِ المقبولةِ كما يلي: 



































نسبة التقطير عند 158 ف, 70م 3 11 19 28 38 53
أقل درجة حرارة للجو فهرنهايت 80 60 40 20 0 – 20
مئوية 26.7 15.6 4.4 6.7– 18– 29–

 

يمكن السيطرة على الفقدان الناتج من تخفيفِ حاوية المرافق، بواسطة 90 % درجة حرارة التقطيرِحسب معيار الـجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM).اضافة الى درجةِ الحرارة الخارجية. ولإبْقاء الفقدان الناتج من تخفيفِ حاوية المرافق ضمن حدودِ مقبولةِ، فان قابلية التطاير يَجِبُ أَنْ تكُونَ كما يلي: 
 
 













































أقل درجة حرارة للجو فهرنهايت 80 60 40 20 0 -20
مئوية 26.7 15.6 4.4 -6.7 -18 -29
90 % درجة حرارة التقطيرِحسب معيار (ASTM). فهرنهايت 370 350 340 325 310 300
مئوية 188 177 171 163 154 149

 

الميل إلى قفلِ التبخيرِ يُتعلّقُ مباشرة بضغط بخار ريد للبنزين .ولغرض السيطرة على التبخيرِ، فان ضغط بخارَ البنزينِ يَجِبُ أَنْ لا يتجاوزَ الحدودَ التاليةَ: 





















درجة حرارة الجو اقصى ضغط بخار ريد مسموح
ف م با /انج 2
60

70


80


90


15.6

21.1


26.7


32.2


12.7

11.0


9.4


8.0



إنّ ضغطَ بخارِ رَيد يساوي تقريباً ضغطُ بخارَ البنزينِ في 1000ف (38 م) في الوحداتِ المُطلقةِ (حسب معيارASTM دي-323). يُؤثّرُ الإرتفاعُ على عِدّة مواصفات للبنزين، من أهمها خسائرَ التبخير ومتطلباتِ الرقم الأوكتاني, ان متطلبات الرقم الأوكتانيِ تتأثر كثيراً بالإرتفاعِ عن مستوى سطح البحر، ولتقدّم شرارةِ محرك ثابتِ، يكون الرقم الأوكتاني حوالي ثلاث أرقام أقل (لكل 1000 قدم (305 m) مِنْ الإرتفاعِ. عملياً، تُقدم شرارة ُالمحرك في الإرتفاعاتِ الأعلى لتحسّينَ أداءَ المحرّكِ ويكون التأثيرِ الصافيِ هو تقليل الرقم الأوكتاني المعلن للبنزينِ المسوق بحوالي رقمان لكل 5000 قدم (1524م) زيادة في الإرتفاعِ.


متطلبات الرقم الأوكتانيِ لنفس نموذجِ المحرّكِ سَتتفاوتُ مابين7 إلى 12 رقم اوكتاني مختبري بسبب الإختلافاتِ في دقة الضبطِ للمحرك، رواسب المحرّك ، والسماحات في المحرك. 


الجدول رقم7 يوضح بَعْض التأثيراتِ المثاليةِ للمتغيّراتِ على متطلباتِ الرقم الأوكتانيِ للمحرّكِ.















المتغير التأثير على متطلبات الأوكتان
الارتفاع

الرطوبة


سرعة المحرك


حرارة الهواء


تقدم الشرارة


حرارة التبريد


الترسبات في غرفة الاحتراق


أقل 3 درجات رقم اوكتاني مختبري لكل (305 متر) زيادة في الارتفاع.

أقل ½ درجة رقم اوكتاني مختبري لكل 10% ارتفاع في الرطوبة عند درجة 70 ف


أقل 1درجة رقم أوكتاني مختبري لكل 300 دورة/دقيقة زيادة في سرعة الدوران للمحرك.


زيادة 1رقم اوكتاني مختبري لكل 20 ف (11.1م) ارتفاع في درجة حرارة الهواء.


زيادة 1.5 رقم اوكتاني بحثي لكل درجة تقدم في الشرارة.


زيادة 1درجة رقم اوكتاني بحثي لكل 10ف (5.6م) ارتفاع في د/ حرارة محلول التبريد


زيادة 1درجةالى 2 رقم اوكتاني مختبري لكل (1609كم) الى حد (9650كم)



 

هناك عِدّة أنواع من الرقم الأوكتانِي لمحرّكاتِ إيقادِ الشرارةِ, الطريقتان المُحدَّدتان بإلاختباراتِ المختبرِية إعتبرتَا الأكثر شيوعاً: تلك المُحدَّدِة بواسطة "طريقة المحرك (الرقم الأوكتاني الحركي) وتلك المُحدَّدةِ بطريقةِ البحث" (الرقم الأوكتاني المختبري). كلتا الطريقتين تعتمدان نفس النوعَ الأساسيَ مِنْ محرّكِ الإختبارِ ولكن تحت ظروف تشغيلية مختلفةِ.


الرقم الاوكتاني المختبري حسب معيار الجمعية الأمريكية لاختبار المواد ( ASTM D-908) يُمثّلُ الأداءَ أثناء قيادة سيارة في داخل المدينةِ عندما يكون التعجيلِ متكرّرُ نسبياً، والرقم الاوكتاني للمحرك حسب معيار (ASTM D-357) هو دليل على أداءِ المحرّكِ على الطريق السريعِ أَو تحت ظروف تشغيلية صعبة.


إنّ الإختلافَ ما بين الرقم الأوكتانِي المختبري والرقم الأوكتاني الحركي هو مؤشرُ لحسّاسيةِ أداءِ الوقودِ في كلا نوعي ظروف القيادة ويمكن أن يرمز لها بـ"حسّاسيةِ" الوقودِ, ومن الواضح، أن السائق يوَدُّ أن يكون إداء الوقود جيدا على حد سواء  في داخل المدينةِ وعلى الطريق السريعِ، لذا فان الوقود قليل الحساسية يعتبر الأفضل بالنسبة له.


ومنذ إعلان الرقم الأوكتانِي على مضخّاتِ محطةَ الوقود في الولايات المتّحدةِ، أصبح الرقم الأوكتانِي المُعلن الأكثر شهرةً ومعرفة مِن قِبل السائقِ النموذجيِ. ويعتبر الرقم الأوكتاني المعلن المعدلُ الحسابيُ للرقم الأوكتاني المختبري +الحركي بعد القسمة على 2. 


4- الوقود المستقطر:


يمكن تقسيم الوقود المستقطر من النفط الخام إلى ثلاثة أنواعِ: وقود المحركات النفاثة أو التوربينات، وقود الديزل، وزيوت التدفئة. هذه المُنتَجاتِ هي ناتج خلط مجموعة مختلفة من منتجات المصافي للحصول على المواصفاتِ المطلوبةِ. تم تصنيف استهلاك زيوت التدفئة بمستوى عالي في أهدافِ إنتاجِ المصافي، لكن كنسبة مِنْ مُنتَجاتِ المصافي تعتبر نسبتها قليلة نسبة الى الزياداتِ في البنزينِ، الديزل، ووقود المحركات النفاثة في السَنَوات الأخيرة. ان ازدياد القيود البيئية على الغازات المنبعثة من الوقودِ جَعلتْ بَعْض مستعملي زيوتِ التدفئة يتحولون إلى استعمال الغاز الطبيعي وغاز البترول المسيل, كما أن التوسعات في السفر الجوي والبري زادَ من الطلب على وقود المحركات النفاثة والديزلِ. 


5- وقود المحركات النفاثة والتوربينات:


يتم خلط الوقود المستخدم في المحركات النفاثة للإستعمالِ في الطيران التجاري والعسكري, ويسمى أيضا بِوقودِ المحركات التوربينيةِ علما أن هنالك عِدّة مواصفات لوقود المحركات النفاثة التجاريةِ والعسكريةِ.


 في أكثر المصافي، المصدر الأساسي لخليط وقود المحركات النفاثة هو النفط الأبيضِ المباشر التقطير من وحدةِ تكريرالنفط الخامِِّ وبسبب القيود الصارمة على كمية المحتويات العطرية والنفتالين ومواصفات نقطة الادخانَ (لاختبار نقاوة النفط, وتقاس بارتفاع اللهب بالمللمتر عندما تبدأ شعلة النفط بتكوين الدخان ) كل هذه تحدد كمية مكونات الخام بعد التقطير التي يُمْكِنُ أَنْ يُتضمّنَمها ذلك الوقود.


في المصافي التي تحوي وحدة معالجة النفط الأبيض بالهيدروجين، فان مواصفات الهيدروكاربونات ذات مدى غليان النفط الأبيضِ المنتجة من هذه الوحدةِ يُمْكِنُ أَنْ تُشابه مواصفاتَ وقود المحركات النفاثة أيضاً وتساهم بصورة كبيرة فى إنتاجِ وقود المحركات النفاثةِ.


عادة مايكون سعر بيع وقود المحركات النفاثة أعلى مِنْ سعر وقود الديزلِ ومن زيوت التدفئة، ويعتبرأكثرُ منفعة لمالك المصفى خلط مكونات النفط الأبيضَ مِنْ وحدةِ تكريرالنفط الخامِِّ والمعالج بالهيدروجين مع وقود المحركات النفاثة بدلاً مِنْ المُنتَجاتِ الأخرى.


وقود االمحركات النفاثة التجاري مادّة مماثلة للنفط الأبيضِ في مدى الغليان ويَجِبُ أَنْ يَكُونَ إحتراقهاً نظيفاً (بدون دخان), ويمكن ملاحظة مواصفاتَ الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) لوقودِ المحركات النفّاثة والتوربينيِة في الجدول 8. 


جدول 8 - مواصفات وقود محركات الطائرات النفاثة حسب معيار (ASTM دي- 1655و DHRD 2494)
























































المواصفات جت-أ ( jet-A) ج ب-5** DERD 2494 ج ب-8***
أعلى نسبة مئوية للعطريات 20 25 22.0 22.0
مواصفات الاحتراق

     أقل نقطة ادخان ملم أو


     أقل نقطة ادخان ملم مع


     اقصى نسبة حجم مئوية للنفثالينات


 
25

18


3.0


 
19



 

19


3.0


 
25

20


3.0


التقطير, دي-86

    10% أقصى حد مستخلص ف (م)


     50% أقصى حد مستخلص ف (م)


     أقصى نقطة غليان نهائية


 
400 (205)

تقرير


572 (300)


 
400 (205)

تقرير


554 (290)


 
401 (205)

تقرير


572 (300)


 
401 (205)

تقرير


572 (300)


أوطأ نقطة وميض ف (م) 100 (38) 140 (60) 100 (38) 100 (38)
أقصى نقطة انجماد ف (م) - 40 (-40) -51 (-46) -52.6 (-47) -52.6 (-47)
أقصى نسبة كبريت الى الوزن الكلي% 0.30 0.4 0.3 0.3

      ** = jp-5            *** = jp-8 


إثنان مِنْ تلك المواصفاتِ المهمة والحرجةِ تتعلّقُ بمتطلباتِ الاحتراق النظيف ومحددات المواد العطرية إضافة إلى كمية مركّباتِ الحلقةِ المضاعفةِ العطريةِ, تلك هي نقطةَ الادخانَ وتقاس بارتفاع اللهب بالمللمتر عندما تبدأ شعلة النفط بتكوين الدخان، والنسبة المئوية لحجم العطريات والنفثالين الى حجم الوقود. تلك المواصفاتِ تحدد كمية التركيزِ العطريِ الكليِّ بـ 20 % ومحتوى النفثالينَ بـ 0.3 % أَلى 3 % إعتِماد على المواصفاتِ المعيّنةِ.


تشبعُ عملية المعالجة بالهيدروجين (التكسير) العديد مِنْ العطريات ذات الحلقةِ المضاعفةِ في المُنتَجاتِ المُكسرةِ وترفع نقطةَ الادخانَ.


إنّ مواصفاتَ نقطةِ التجمدَ منخفضةُ جداً [-40 إلى -58] ف (-40 إلى -50)م كحد أقصى كما أن عملية المعالجة بالهيدروجين  تَستعملَ أيضاً لأزمرة البارافينات وتقلل نقطةَ التجمدَ, كما يُنتجُ عن عملية المعالجة بالهيدروجين عادة مستوى واطئ جداً (14 إلى 16 مليمترِ)  نقطةِ ادخانِ لوقود المحركات النفاثة عندما تتم المعالجةُ بوجود كمية صغيرة مِنْ كبريتور الهيدروجينِ أَو الأمّونيا..


وقود المحركات النفاثة هو خليط النفط الأبيض ذو الكبريتِ المنخفضِ أَو مزال الكبريت مع زيتِ الغازالخفيف المعالج بالهيدروجين مع خليط خامات النفط المعالج بالتكسير بوجود الهيدروجين ولكن مواصفات نقطة الادخانَ ونسبة العطريات تحدّ من كميةِ خليط خامات النفط المعالج بالتكسير بوجود الهيدروجين التي يمكن مزجها مع وقود النفاثات.


إنّ النوعين الأساسيَين مِنْ وقود المحركات النفاثة هي وقود النفثا ووقود النفط الأبيضَ, وينتج وقود النفثا النفاث بصورة اساسية للاستخدامات العسكرية وهو ذو مدى غليان واسع وعريضِ والذي يُتخطى مدى الغليان للبنزين والنفط الأبيضِ.


إنّ وقود المحركات النفاثة نوعية النفثا سريع التبخر (متطاير) ولذا فان نقله وتوزيعه يستوجب محاذير سلامة كثيرة، لكن في حالة الطوارئ الوطنية، سَيَكُونُ هناك طلب هائل على وقود المحركات النفاثة ولتَلْبِية ذلك الطلب فان إنتاج كلا النوعين وقود النفثا والنفط الأبيضَ سيتم استخدامهما. إنّ الجيشَ الأمريكي يَدْرسُ البدائلَ ويضع الوقود (ج ب-8) في الحسبان. إنّ وقود المحركات النفاثة عبارة عن خليط مِنْ مكوّناتِ نفطية مُخْتَلِفةِ ذات أقل كلفة ممكنة ولكنها تتمتع بنفس المواصفات لخليط الوقود المطلوب.


تُحدّدُ إعتباراتُ السلامة أضيق مدى غليان لوقود المحركات النفاثة التجاريَ المنتج بحدود (350-550ف,177-288م) والمباع  تحت الرمز (جت أ) , (جت أ-1), (ج ب5) أو (ج ب 50) كما ان الإختلافاتَ الرئيسيةَ هي نقاطَ الإنجماد، التي تَتراوحُ مابينْ -40 إلى- 58ف (-40 إلى- 50م) كحَدّ أقصى, وبالاضافة الى نقطة الانجماد فان المواصفات المحددة هي درجة الوميض [110-150 ف,43-66 م]، نقطة دخانِ التقطيرِ، وكمية العطريات. 


6- وقود الديزل لمحركات العجلات:


تعتبر سـرعة التبخر(التطاير)، جودة الإيقادِ (يعبر عنها بالرقم السيتانيِ أَو المعيار السيتانيِ)، اللزوجة، محتوى الكبريتِ، نسبة العطريات المئوية، ودرجة التغييم (الدرجة التم يتم عندها تكوين غيوم البخار)من المواصفات المهمةَ لوقود الديزلِ للعجلات.


وقود الديزل رقم-1 (يسمى أحيانا ديزلَ ممتازَ) يصنع عموماً مِنْ مركبات التقطير الأولي (البكر) أَو المركبات المعالجة بالتكسير بوجود الهيدروجين سَيكونُ عِنْدَهُما الرقم السيتاني فوق 45 وله مدى غليان مِنْ 360 إلى 600 ف (182 إلى 316 م) ويستخدم في المحرّكاتِ السريعةِ في السياراتِ، الشاحنات، والحافلات.


يماثل وقود الديزلَ رقم-2 بصورة كبيرة زيتِ الوقود رقم 2، ولَهُ مدى غليان أوسع مِنْ رقم-1 وهو يحتوي عادة على مكونات معالجة بالتكسير ويمكن أن يخلط مع النفثا, النفط الأبيض وزيوت خفيفة معالجة بالتكسير من وحدة الكوك ووحدة التكسير بالعامل المساعد المسيل.


المواصفات المُحدّدة هي درجة الوميض (125ف (52م)، اقصى محتوى كبريتِ (0.05)، مدى التقطيرِ ,الرقم السيتاني أو المعيار السيتاني لايقل عن 40, النسبة المئوية للعطريات, ونقطة التغييم.


مواصفات الإيقادَ لوقود الديزلِ يعبر عنها بالمصطلح الرقم السيتاني او المعيار السيتاني وهي مماثلة للرقم الأوكتاني (ولكن بصورة معكوسة) حيث أن الرقم السيتاني يعبر عن نسبة حجم السيتان المئوية في الخليط مع الفا-مثيل-نفثالين حيث يعتير (C16H34 ذو جودة ايقاد عالية)و (C11Hl0 ذو جودة ايقاد واطئة) ويستخدم هذا الوقود لتشغيل محرّك إختبارِ ديزلِ قياسيِ طبقاً لطريقةِ إختبارِالجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) دي -613. وبما أن العديد مِنْ المصافي لايوجد لديها محرّكاتُ لإختبارِ الرقم السيتاني, تم تطويرَ واستخدام تعبيرَ رياضيَ لتَخمين الرقم السيتاني. إنّ الرقم الذي إشتقَّ يُدْعَى المعيار السيتاني ويحسب مِنْ منتصفِ درجةِ الغليان وجاذبيةِ العيّنةِ وتَستعملُ هذه المعادلةِ نفس (المتغيرات) البارامتراتَ المستعملة في عامل العلاقة المتبادلة (K)من قبل واتسون أَو عامل العلاقة المتبادلة (UOP) وعامل العلاقة المتبادلة للمكتب الأمريكي للمناجم (CI) وهو في الحقيقة تعبيرُ لنسبة الهيدروجينِ \ الكاربونِ لمكوّناتِ الهيدروكربونَ في العيّنةِ.


أعلى نسبة (H/C)،تعني خصائص احتراق أفضل (وبمعنى آخر, أعلى نقطة ادخان وأعلى معيار سيتاني) ولتقليل تلوث الهواء, وضعت قيود شديدة أكثر على نسبة محتويات الكبريتِ والمحتويات العطريةِ في وقود الديزلِ, وباعتبار أن المعيار السيتاني مؤشرُ نسبة الهيدروجين/ الكاربون وهو أيضاً مؤشرُ غير مباشرُ على محتوى المركبات العطرية في وقود الديزلِ وكثيراً ما تستعمل مواصفات أوطئ معيار سيتاني كبديل لأقصى محتوى للمكونات العطريةِ.كذلك فان تقليل محتويات الكبريتِ والمركبات العطرية يقلل أيضا الانبعاثات الغير مرغوب بها من محركات الديزل. 


7- وقود الديزل لقاطرات السكة الحديد:


ان سوق وقودِ الديزل لقاطرات السكةِ الحديد [مصدر4] يعتبر أحد الأسواقِ الهامّةِ لوقود الديزلِ.


أن وقود الديزل لقاطرات السكةِ الحديد مشابه لوقود الديزلِ الثقيل للعجلات لكنه ذو مدى غليان أعلى [بحدود 750ف 400م) نقطة أنتهاء] ورقم سيتاني أوطأ لايقل عن 30, أن لوقود الديزل رقم 4 وزيت الوقود رقم 4 مواصفاتُ متشابه بصورة كبيرة جداً.


 


8- زيوت التدفئة:


بالرغم من أن إستهلاكِ المنتجات النفطية لاستعملات التدفئة المركزية وصل الى مستويات عالية جدا فان ذلك المستوى يتفاوت اعتمادا على المناخ والمكان، وفي السَنَوات الأخيرة قل الطلب نسبيا على زيوتِ التدفئة بسبب زيادة إستعمال غاز البترول المسيل (LPG). إنّظر مواصفاتَ الجمعية الأمريكية لاختبار المواد(ASTM) لزيوتِ التدفئة في الجدول رقم 9. أن زيوت الوقود  المستقطّرةِ الرئيسيةِ تَشْملُ الرقم 1 والرقم 2. وان زيت الوقود رقم 1 مشابه بصورة كبيرة جدا للنفط الأبيضِ، لكنه عموماً له نقطة الانصباب (الانسكاب) ونقطة أنتهاء التقطير اعلى.ومن أهم المواصفات المُحدّدة هي: التقطيرَ، نقطةً الانصباب، نقطة الوميض، ومحتوى الكبريت .


يعدّْ زيتَ الوقود رقم 2  مشابه لوقود الديزلِ الرقم 2، يَحتوي مركبات معالجة بالتكسير، وهو خليط من النفثا، النفط الأبيض، الديزل، وزيوت غاز معالجة بالتكسير, ومن أهم المواصفات المُحدّدة هي: التقطيرَ، نقطةً الانصباب، نقطة الوميض، ومحتوى الكبريت . 


جدول رقم 9 مواصفاتَ زيتِ التدفئة (أي إس تي إم) (دي -396)





































































































































  رقم 1 رقم 2 رقم 4 رقم 6
نقطة الوميض ف (م) 100(38) 100(38) 130(55) 140(60)
أقصى نقطةً انصباب ف (م) 9 (–18) 28 (6–) 28 (6–)
حرارة التقطير ف (م)        
10% أقصى حد مستخلص 419 (215)
90% أدنى حد مستخلص 540 (282)
90% أقصى حد مستخلص 550(288) 640(338)
اللزوجة (ملم2\ثا)        
الأدنى عند 104 ف (40م) 1.3 1.9 >5.5
الأقصى عند 104 ف (40م) 2.1 3.4 24.0
الأدنى عند 212 ف (100م) 15.0
الأقصى عند 212 ف (100م) 50.0
الكثافة كغم\م2 60 ف(15م)        
أقصى حد عند (أدنى API) 850(35) 876(30)
أقصى متخلف كربوني وزن % حسب معيار رامزبتم  ** 0.15 0.35
أقصى نسبة مئوية للرماد \الوزن 0.10
أقصى نسبة مئوية للكبريت\الوزن 0.50 0.50
النسبة المئوية للماء والرواسب \الحجم 0.05 0.05 0.05 2.00

 

**اختبار رامزبتم لتقدير المتخلف الكربوني من الزيت بالتبخير والانحلال الحراري.


8- زيوت الوقود المتبقية:


أغلب زيوتِ الوقود المتبقيِ المستخدم في الولايات المتّحدةِ مستوردةُ وهي تتكوّن من الأجزاءِ الأثقلِ للخامِّ وعلى العموم فان المعالجة بالتكسير تقلل المتخلفات المتبقية من التقطيرِ الفراغِي ويتم بيعه بسعر منخفض جداً (تاريخيا بسعر يوازي 70 % من سعرِ الخامِّ الذي يُنتَجُ منه) باعتباره ناتج عرضي يجب التخلص منه.


المواصفات الحرجة لهذه الزيوت هي اللزوجةَ ومحتوى الكبريتَ, ومن المعلوم أن زيوت  الوقود ذات المحتوى المنخفض للكبريت يمكن حرقها في بعض المناطق دون أخرى في حين أن زيوت الوقود الثقيلة ذات المحتوى المنخفض للكبريت تباع باسعار مقاربة لاسعار النفط الخام المستخلصة منه. 


المصادر:


1- Amer. Petrol. Inst. Inform. Bull. No. 11(philadelphia, Pa. 1958).


2- W. F. Bland and R. L. Davidson, Eds., Petroleum Processing- Handbook (McGraw-Hill Book Company, N.Y 1967), pp. 1-11.


3- Ibid., pp. 11-12


4- Ibid. pp. 11-39


5- W. A. Gruse and D. R. Stevens, Chemical Technology of Petroleum. 3rd Ed. (McGraw-Hill Book Company, New York,


    I960), pp. 424-472


6- NPRA Survey, 1989


7- Gas Processors Assoc. Publication 2140, Liquefied Petroleum Gas Specifications and Test Method. (Tulsa, OK)


8- M. E. Reno, U. S. Bozzano. and W. C. Tieman, UOP 1990 Technology Conference (UOP, Des Plaints, 1L, 1990)


9- G. H. Unzelman, Oil Gas J. 88(15). 43-48 (1990)


10- Newsletter, Oil Gas J. 97(51), 3 (1999


   Refinery products


While the average consumer tends to think of petroleum products as consisting of a few items such as motor gasoline, jet fuel, home heating oils, kerosene etc, a survey conducted by the American Petroleum Institute (API) of the petroleum refineries and petrochemical plants revealed over 2,000 products made to individual specifications [1]. Table-1 shows the number of individual products in 17 classes. 


In general, the products which dictate refinery design are relatively few in number, and the basic refinery processes are based on the large-quantity products such as gasoline, diesel, jet fuel, and home healing oils.


Storage and waste disposal are expensive, and it is necessary to sell all of the items produced from crude oil even if some of the materials, such as high-sulfur heavy fuel oil and fuel-grade coke, must be sold at prices less than the cost of fuel oil.


Economic balances are required to determine whether certain crude oil fractions should be sold as it is (i.e, straight run) or further processed to produce products having greater value.


Usually the lowest value of a hydrocarbon product is its heating value or fuel oil equivalent (FOE).


This value is always established by location, demand, availability, combustion characteristics, sulfur content, and prices of competing fuels. 


Knowledge of the physical and chemical properties of the petroleum products is necessary for an understanding of the need for the various refinery processes.


To provide an orderly portrayal of the refinery products, they are described in the following paragraphs in order of increasing specific gravity and decreasing volatility and API gravity.


The petroleum industry uses a shorthand method of listing lower-boiling hydrocarbon compounds which characterize the materials by the number of carbon atoms and unsaturated bonds in the molecule, for example, propane is shown as C3 and propylene as C3


The corresponding hydrogen atoms are assumed to be present unless otherwise indicated. This notation will be used throughout this book. 


Table.1     Products Made by the U.S. Petroleum Industry (Ref: 1)



























































































Class No.
Fuel gas 1
Liquefied gases 13
Gasolines 40
Motor 19
Aviation 9
Other (tractor, marine, etc.) 12
Gas turbine (jet) fuels 5
Kerosenes 10
Middle distillates (diesel and light fuel oils) 27
Residual fuel oil 16
White oils 100
Rust preventatives 65
Transformer and cable oils 12
Greases 271
Waxes 113
Asphalts 209
Cokes 4
Carbon blacks 5
Chemicals, solvents, miscellaneous 300
Total 2347

 

1- LOW-BOILING PRODUCTS


The classification low-boiling products encompass the compounds which are in the gas phase at ambient temperatures and pressures: methane, ethane, propane, butane, and the corresponding olefins.


Methane(C1) is usually used as a refinery fuel, but can be used as a feed-stock for hydrogen production by pyrolytic cracking and reaction with steam.


Its quantity is generally expressed in terms of pounds or kilograms, standard cubic feet (scf) at 60 oF and 14.7 psia. Normal cubic meters (Nm3) at 15.6oC and 1 bar (100kpa), or in barrels fuel oil equivalent (FOE) based on a lower heating value (LHV) of 6.05 X106 Btu (6.38X106 kJ).


The physical properties of methane are given in table 2. 


      Table-2 Physical properties of paraffins























API gravity

(0API)


Specific gravity

(60/60 0F)


Melting point (0F) Boiling point (0F) Cn  
340.0

265.5


147.2 


110.6


119.8 


68.7


71.8


65.0


61.2


51.0


49.4 


49.2


40.4


0.30

0.356


0.508 


0.584


0.563 


0.707


0.696


0.720


0.734


0.775


0.782 


0.783


0.823


296.5-

297.9-


305.8 - 


217.1 -


225.3 - 


70.2 -


161.3 -


219.0


21.4 -


64.0


98.0 


147.0


31.0 -


258.7 -

128.5 -


43.7 - 


31.1


10.9 


258.2


210.6


223.7


345.5


555.0


650.0 


850.0


815.0


C1

C2


C3 


C4


C4 


C8


C8


C8


C10


C16


C20 


C30


C30


Methane

Ethane


Propane


Butane


         Normal


         ISO


Octane


       Normal


      2,2,4


      2,2,3,3


Decane, normal


Cetane,  normal


Eicosan, normal


Triacontane


       Normal


        2,6,10,14,18,22



Note: Generalizations



  1. Boiling point rises with increase in molecular weight.

  2. Boiling point of a branched chain is lower than for a straight chain hydrocarbon of the same molecular weight.

  3. Melting point increases with molecular weight.

  4. Melting point of a branched chain is lower than for a straight chain hydrocarbon of the same weight unless branching leads to symmetry.

  5. Gravity increases with increase of molecular weight.

 

Ethane (C2) can be used as refinery fuel or as a feed-stock to produce hydrogen or ethylene, which are used in petrochemical processes. Ethylene and hydrogen are sometimes recovered in the refinery and sold to petrochemical plants. 


Propane (C3) is frequently used as a refinery fuel but is also sold as a liquefied petroleum gas (LPG), whose properties are specified by the Gas Processor Association (GPA) {7}.Typical specifications include a maximum vapor pressure of 210 psig (1448 kpa) at 1000F (37.80C) and 95% boiling point of -370F (-38.30C) or lower at 760 mmhg (1bar) atmospheric pressure. In some locations, propylene is separated for sale to polypropylene manufacturers. 


The butanes present in the crude oils and produced by refinery processes are used as components of gasoline an in refinery processing as well as in LPG.


Normal butane (nC4) has a lower vapor pressure than isobutane (iC4), and is usually preferred for blending into gasoline to regulate its vapor pressure and promote better starting in cold weather. Normal butane has a Reid vapor pressure (RVP) of 52 psi (358kpa) as compared with the 71 psi (490kpa) RVP of isobutane, and more nC4 can be added to gasoline without exceeding the RVP of the gasoline product.


On a volume basis, gasoline has a higher sales value than that of LPG, thus, it is desirable from an economic viewpoint to blend as much normal butane as possible into gasoline. Normal butane is also used as a feedstock to isomerization units to form isobutane.


Regulations promulgated by the Environmental Protection Agency (EPA) to reduce hydrocarbon emissions during operations and evaporation from hot engines after ignition turn-off have greatly reduced the allowable Reid vapor pressure of gasoline during summer months.


This resulted in two major impacts on the industry. The first was the increased availability of n-butane during the summer months and the second was the necessity to provide another method of providing the pool octane lost by the removal of the excessive n-butane.


The pool octane is the average octane of the total gasoline production of the refinery if the regular, mid-premium, and super-premium gasoline are blend together.


Table-3 properties of commercial Propane and butane (Source: ref 7.)

















Property Commercial propane Commercial butane
Vapor pressure, psig

             700F (21.10C)


             1000F (380C)


             1300F (540C)


Specific gravity of liquid, 60/600F


Initial boiling point at 1 bar, 0F(0C)


Dew point at 1 bar, 0F (0C)


Sp. Ht. liquid at 60 0F, 15.60C


             Btu/(lb) (0F)


             kj/(kg) (0C)


Limits of flammability, vol% gas in air


             Lower limit


             Upper limit


Latent heat of vaporization at b.p.


             Btu/lb


             kj/kg


gross heating values


             Btu/lb of liquid


             Btu/ft3 of gas


             kj/kg of liquid


             kj/kg of gas)


 
  124

  192


  286


       0.509


-51(-47.4)


-46(-44.6) 


        0.588


        2.462


        2.4


        9.6 


    185


    430.3 


21,550


  2,560


50,125


  9,538


 
     31

     59


     97


       0.582


     15


     24 


        0.549


        2.299 


        1.9


         8.6 


     165


     383.8 


21,170


  3,350


49,241


12,482



 

N-butane has a blending octane in the 90s and is a low-cast octane improver of gasoline


Isobutene has its greatest value when used as a feed-stock to alkylation units, where it is reached with unsaturated materials, (propenes, butanes, and pentenes) to form high octane isoparaffin compounds in the gasoline boiling range.


Although isobutene is present in crude oils, its principal sources of supply are from fluid catalytic cracking (FCC) and hydro-cracking (HC) units in the refinery and from natural gas processing plants. Isobutane not used for alkylation unit feed can be sold as LPG or used as a feedstock for propylene (propene) manufacturer. A significant amount of isobutene is converted to isobutylene which is reacted with methanol to produce methyl tertiary butyl ether (MTBE).


When butanes are sold as LPG, they conform to the GPA specifications for commercial butane. These include a vapor pressure of 70 psig (483kpa) or less at 1000F (210C) and a 95% boiling point of 360F (2.20C) or lower at 760 mmHg atmospheric pressure. N-butane as LPG has the disadvantage of a fairly high boiling point {320F (00C) at 760 mmHg} and during the winter is not satisfactory for heating when stored outdoors in areas which frequently have temperatures below freezing. Isobutane has a boiling point of 110F (-120C) and is also unsatisfactory for use in LPG for heating in cold climates.


Butane-propane mixtures are also sold as LPG, and their properties and standard test procedures are also specified by the GPA.


Average properties of commercial propane and butane are given in table 3. 


2-Gasoline:


Although an API survey {1} reports that 40 types of gasoline are made by refineries, about 90% of the total gasoline produced in the United States is used as fuel in automobiles.


Most refineries produce gasoline in two or three grades, unleaded regular, premium, and super-premium, and in addition supply a regular gasoline to meet the needs of farm equipment and pre-1972 automobiles. The principal different between the regular and premium fuels is the antiknock performance. In 1999 the posted method octane number (PON) of unleaded regular gasoline (see section.3) was about 87 and that of premium gasoline ranged from 89 to 93.


The non-leaded regular gasoline averaged about 88 PON.


For all gasolines, octane numbers average about two numbers lower for the higher elevations of the Rocky Mountain States. Posted octane numbers are arithmetic averages of the motor octane number (MON) and research octane number (RON) and average four to six numbers below the (RON)


Gasoline are complex mixtures of hydrocarbons having typical boiling ranges from 100 to 4000F (38 to 2050C) as determined by the ASTM method.


Components are blended to promote high antiknock quality, ease of starting, quick warm-up, low tendency to vapor lock, and low engine deposits.


Gruse and Stevens {5} give a very comprehensive account of properties of gasoline and the manner in which they are affected by the blending components.


For the purposes of preliminary plant design, however, the components used in blending motor gasoline can be limited to light straight-run (LSR) gasoline or isomerate, catalytic reformate, catalytically cracked gasoline, hydro-cracked gasoline, polymer gasoline, alkylate, n-butane, and such additives as (MTBE) (methyl tertiary butyl ether), (ETBE) (ethyl tertiary butyl ether), (TAME) (tertiary amyl methyl ether) and ethanol.


Other additives, for example, antioxidants, metal deactivators, and anti-stall agents, are not considered individually at this time, but are included with the cost of the antiknock chemicals added. The quantity of antiknock agents added, and their costs, must be determined by making octane blending calculations.


Light straight-run (LSR) gasoline consists of the C5-199 0F (C5-880C) fraction of the naphtha cuts from the atmospheric crude still.


C5-199 0F fraction means that pentanes are included in the cut but that C4 and lower-boiling compounds are excluded and the TBP end point is approximately 190 0F.


Some refineries cut at 180(83) or 2000F (930C) instead of 1900F, but in any case, this is the fraction that cannot be significantly upgraded in octane by catalytic reforming.


As a result, it is processed separately from the heavier straight-run gasoline fractions and requires only caustic washing, light hydro-treating, or, if higher octanes are needed, isomerization to produce a gasoline blending stock.


For maximum octane with no lead addition, some refiners have installed isomerization units to process the (LSR) fraction and achieve (PON) octane improvements of 13 to 20 octane numbers over that the LSR.


Catalytic reformate is the C5+ gasoline product of the catalytic reformer.


Heavy straight-run (HSR) and coker gasoline are used as feed to catalytic reformer, and when the octane needs require, FCC and hydro-cracked gasolines of the same boiling range may also be processed by this unit to increase octane levels.


The processing conditions of the catalytic reformer are controlled to give the desired product antiknock properties in the range of 90 to 104 RON (85 to 98 PON) clear (lead free).


The FCC and HC gasolines are generally used directly as gasoline blending stocks, but in some cases are separated into light and heavy fractions with the heavy fractions upgraded by catalytic reforming before being blended into motor gasoline.


This has been true since motor gasoline is unleaded and the clear gasoline pool octane is now several octane numbers higher than when lead was permitted.


It is usual for the heavy hydrocrackate to be sent to the reformer for octane improvement.


The reformer increases the octane by converting low-octane paraffine to high-octane aromatics.


Some aromatics have high rates of reaction with ozone to form visual pollutants in the air and some are claimed to be potentially carcinogenic by the EPA.


Restrictions on aromatic contents of motor fuel will have increasing impacts on refinery processing as more severe restrictions are applied.


This will restrict the severity of catalytic reforming and will require refiners to use other ways to increase octane numbers of the gasoline pool by incorporating more oxygenates in the blend.


Polymer gasoline is manufactured by polymerizing olefinic hydrocarbons to produce higher molecular weight olefins in the gasoline boiling range.


Refinery technology favors alkylation process rather than polymerization for two reasons: one is that larger quantities of higher octane product can be made from the light olefins available, and the other is that the alkylation product is paraffinic rather than olefinic, and olefins are highly photoreactive and contribute to visual air pollution and ozone production.


Alkylate gasoline is the product of the reaction of isobutene with propylene, butylenes, or pentylene to produce branched hydrocarbons in the gasoline boiling range.


Alkylation of a given quantity of olefins produces twice the volume of high octane motor fuel as can be produced by polymerization. In addition, the blending octane (PON) of alkylate is higher and sensitivity (RON-MON) is significantly lower than that of polymer gasoline.


Normal butane is blended into gasoline to give desired vapor pressure.


The vapor pressure {expressed as the Reid vapor pressure (RVP)} of gasoline is a compromise between a high RVP to improve economic and engine starting characteristics and a low RVP to prevent vapor lock and reduce evaporation losses.


As such, it changes with the season of the year and varies between 7.2 psi (49.6kPa) in the summer and 13.5 psi (93.1kPa) in the winter.


Butane has a high blending octane number and is a very desirable component of gasoline; refiners put as much in their gasoline as vapor pressure limitations permit.


Isobutene can be used for this purpose but it is not desirable because its higher vapor pressure permits a lesser amount to be incorporated into gasoline than n-butane.


Concern over the effects by hydrocarbon fuels usage on the environment has caused changes in environmental regulations which impact gasoline and diesel fuel compositions.


The main restrictions on diesel fuels limit sulfur and total aromatics contents and gasoline restrictions include not only sulfur and total aromatics contents but also specific compound limits (e.g., benzene), limits on certain types of compound (e.g., olefins), maximum Reid vapor pressures, and also minimum oxygen contents for areas with carbon monoxide problems.


This has led to the concept of "reformulated gasoline".


A reformulated gasoline specification is designed to produce a fuel for spark ignition engines which is at least as a clean burning as high methanol content fuels.


As more is learned about the relationship between fuels and the environment, fuel specifications are undergoing change.


Here, main sources of items of concern are discussed along with relative impacts on the environment.


For current specifications of fuels see ASTM specifications for the fuel desired. 


Table 4 Sources of sulfur in gasoline pool

















  Composition wt% Contribution to pool, %
LSR naphtha

C3-2700F (1320C) FCC gasoline


Heavy FCC gasoline


Lt. Coker gasoline


0.014

0.07


0.83


0.12


  1.7

11.2


86.1


  1.0



 

Field test indicate that it is desirable to have gasoline sulfur contents of less than 300 ppm (0.03wt%). As shown in table 4, the fluid catalytic cracker (FCC) naphtha is the main source of sulfur in the refinery gasoline pool. For a given refinery crude oil charge, to meet the <300 ppm sulfur specification, with no octane penalty, it is necessary to hydro-treat the FCC feedstock to reduce the sulfur level sufficiently to produce FCC naphthas with acceptable sulfur contents.


The alternative is to hydro-treat the FCC naphtha, but this saturates the olefins in the naphtha and results in a blending octane reduction of two to three numbers.


Some aromatics and most olefins react with components of the atmosphere to produce visual pollutants.


The activities of these gasoline components are expressed in terms of reactivity with (OH) radicals in the atmosphere.


The sources and reactivities of some of these gasoline components are shown in Tables 2.5 and 2.6. Specifically, xylenes and olelins are the most reactive and it may be necessary to place limits on these materials 


Table.5  Aromatics and Olefins in Gasoline (Ref: 8)



















Blendstoke Percent of pool Percent aromatics Percent olefins
Reformate

LSR naphtha


Isomerate


FCC naphtha


Lt. coker naphtha


Lt. HC naphtha


Alkylate


Polymer


n-butane


27.2

3.1


3.7


38.0


0.7


2.4


12.3


0.4


3.1


63

10


1


30


5


3


0.4


0.5


0


1

2


0


29


35


0


0.5


96


2.6



 

Table.6 Reactivity and RVP of Gasoline Components (Ref: 9)






















  Reactivity* RVP
psi kpa
n-butane

i-pentane


n-pentane


i-hexane


n-hexane


Benzene


Toluene


m-xylene


Butene-1


Butene-2


Pentene- 1


2-Methyl, 2-butene


2-Methyl, 1-butene


2.7

3.6


5.0


5.0


5.6


1.3


6.4


23.0


30.0


65.0


30.0


85.0


70.0


60

21


16


7


5


3


0.5


0.3


65


50


16


15


19


414

145


110


48


34


21


3


2


448


200


110


103


131



* Reactivity with-OH free radical in atmosphere. 


Producing motor fuels to reduce environmental impact will require refinery equipment additions as well as changes in catalysts and processing techniques.


Since the 1940s, motor gasoline has been the principal product of refineries and, in 1998, gasoline production was the largest of any of the basic industries in the United States. The 400 million tons of gasoline produced exceeded the output of steel, lumber, and other high-volume products 110]. Of this production, over 90% was used in trucks and automobiles


The aviation gasoline market is relatively small and accounts for less than 3% of the gasoline market. For this reason, it is usually not considered in the preliminary refinery design 


3   GASOLINE SPECIFICATIONS


Although there are several important properties of gasoline, the three that have the greatest effects on engine performance are the Reid vapor pressure, boiling range, and antiknock characteristics.


The Reid vapor pressure (RVP) and boiling range of gasoline governs ease of starting, engine warm-up, rate of acceleration, loss by crankcase dilution, mileage economy, and tendency toward vapor lock. Engine warm-up (time is affected by the percent distilled at 158°F (70°C) and the 90% ASTM distillation temperature. Warm-up is expressed in terms of the distance operated to develop full power without excessive use of the choke. A two- to four-mile (3- to 7-km) warm-up is considered satisfactory and the relationship between outside temperature and percent distilled to give acceptable warm-up properties is:



































% dist. at I58°F(70°C) 3 11 1 9 28 38 53
Min. ambient temp. °F 80 60 40 20 0 -20
°C 26.7 15.6 4.4 -6.7 -18 -29

 

Crankcase dilution is controlled by the 90% ASTM distillation temperature and is also a function of outside temperature. To keep crankcase dilution within acceptable limits, the volatility should be: 
 













































Min. ambient temp. °F 80 60 40 20 0 -20
°C 26.7 15.6 4.4 -6.7 -18 -29
90% ASTM dist. °F 370 350 340 325 310 300
°C 188 177 171 163 154 149

 

Tendency to vapor lock is directly related to the RVP of the gasoline. In order to control vapor, the vapor pressure of the gasoline should not exceed the following limits: 























Ambient Temp. Max. Allowable RVP
°F °C psia kPa
60

70


80


90


15.6

21.1


26.7


32.2


12.7

11.0


  9.4


  8.0


87.6

75.8


64.8


55.2



 

The Reid vapor pressure is approximately the vapor pressure of the gasoline at 1000F (38°C) in absolute units (ASTM designation D-323).


Altitude affects several properties of gasoline, the most important of which are losses by evaporation and octane requirement.


Octane number requirement is greatly affected by altitude and, for a constant spark advance, is about three units lower (breach 1000 ft (305 m) of elevation. In practice, however, the spark is advanced at higher elevations to improve engine performance and the net effect is to reduce the PON of the gasoline marketed by about two numbers for a 5000-ft (1524-m) increase in elevation.


Octane requirements for the same model of engine will vary by 7 to 12 RON because of differences in tune-up, engine deposits, and clearances.


Table 7 lists some typical effects of variables on engine octane requirements. 


There are several types of octane numbers for spark ignition engines with the two determined by laboratory tests considered most common: those determined by the "motor method" (MON) and those determined by the "research method" (RON).


Both methods use the same basic type of test engine but operate under different conditions. The RON (ASTM D-908) represents the performance during city driving when acceleration is relatively frequent, and the MON (ASTM D-357) is a guide to engine performance on the highway or under heavy load conditions. The difference between the research and motor octane is an indicator of the sensitivity of the performance of the fuel to the two types of driving conditions and is known as the "sensitivity" of the fuel. Obviously, the driver would like for the fuel to perform equally well both in the city and on the highway, therefore low sensitivity fuels are better. Since the posting of octane numbers on the service station pump has been required in the United States, the posted octane number (PON) is the one most well-known by the typical driver. This is the arithmetic average of the research and motor octane numbers [(RON + MON)/2]. 


Table.7    Effects of Variables on Octane Requirements















Variable Effect on octane requirements
Altitude

Humidity


Engine speed


Air temperature


Spark advance


Coolant temperature Combustion chamber


    deposits


-3 RON per 1000 ft (305 m) increase in altitude

-0.5 RON per 10% increase in rel. humidity at 700F (21.10C) - 1 RON per 300 rpm increase.


+ 1 RON per 200F (11.10C) rise.


+ 1.5 RON per 10 advance.


+ 1 RON per 100F (5.60C) increase.


+I to 2 RON per 1000 miles (1609 km) up to 6000 miles (9650 km).



 

  1. DISTILLATE FUELS


Distillate fuels can be divided into three types: jet or turbine fuels, diesel fuels, and heating oils. These products are blended from a variety of refinery streams to meet the desired specifications. 


The consumption of heating oils has ranked high in the refinery production goals, but as a percentage of refinery products has been decreasing because of increases in gasoline, diesel, and jet fuels in recent years. Increasingly severe environmental restrictions on fuel emissions have caused some users of heating oils to convert to natural gas and LPG. Expansion of air and truck travel has increased diesel and jet fuel demands. 



  1. JET AND TURBINE FUELS


Jet fuel is blended for use by both commercial aviation and military aircraft. It is also known as turbine fuel and there are several commercial and military jet fuel specifications. For most refineries the primary source of jet fuel blending stocks is the straight-run kerosene fraction from the atmospheric crude unit because stringent total aromatic and naphthalene content and smoke point specifications limit the amount of cracked stocks which can be included. For refineries with a hydrocracker, kerosene boiling range hydrocarbons from this unit can also meet jet fuel specifications and is a major contributor to jet fuel production. Usually jet fuels sell at higher prices than diesel fuels and No. 1 and No. 2 heating oils, and it is more profitable for the refiner to blend the kerosene fractions from the atmospheric crude unit and the hydrocracker into jet fuel rather than other products.


Commercial jet fuel is a material in the kerosene boiling range and must be clean burning. The ASTM specifications for jet and turbine fuels are given in Table 2.8. Two of the critical specifications relate to its clean burning requirements and limit the total aromatics as well as the content of double ring aromatic compounds. These are the smoke point, expressed in mm of flame height at which smoking is detected, and the volume percent total aromatics and naphthalenes. Specifications limit total aromatic concentration to 20% and the naphthalene content to 3% or 0.3% depending upon the specific specifications. Hydrocracking saturates many of the double ring aromatics in cracked products and raises the smoke point. The freeze point specification is very low [-40 to -58°F max. (-40 to -50°C max.)] and hydrocracking is also used to isomerize paraffins and lower the freeze point. Hydrocracking normally produces a very low (14 to 16 mm) smoke point jet fuel when the cracking is done in the presence of a small amount of hydrogen sulfide or ammonia.


Jet fuel is blended from low sulfur or desulfurized kerosene, hydrotreated


light coker gas oil and hydrocracked blending stocks. 


Table .8 Characteristics of Aircraft Turbine Fuels (ASTM D-I655 and DHRD 2494)
























































Property Jet A JP-5 DERD 2494 JP-8
Aromatics, vol%, max 20 25 22.0 22.0
Combustion prop

         Smoke point, mm, min, or


         Smoke point, mm, min, and


         Naphthalenes, vol%, max


 
25

18


3.0


 
19



 

19


3.0


 
25

20


3.0


Distillation, D-86, °F (°C)

     10% recovered °F (°C), max


     50% recovered °F (°C), max


     FBP, "F (°C), max


 
400 (205)

Report


572 (300)


 
400 (205)

Report


554 (290)


 
401 (205)

Report


572 (300


 
401 (205

Report


572 (300)


Flashpoint, °F (°C), min 100 (38) 140 (60) 100 (38 100 (38)
Freeze point. "F (UC), max -40 (-40 -51 (-46 -52.6 (-47 -52.6 ( -47
Sulfur, wt%, max 0.30 0.4 0.3 0.3

The smoke point and percent, aromatics specifications limit the amount of cracked stocks which can be blended into jet fuels


The two basic types of jet fuels are naphtha and kerosene. Naphtha jet fuel is produced primarily for the military and is a wide-boiling-range stock which extends through the gasoline and kerosene boiling ranges. The naphtha-type jet fuel is more volatile and has more safety problems in handling, but in case of a national emergency, there would be a tremendous demand for jet fuels and to meet the requirements both naphtha and kerosene production would be needed. The military is studying alternatives and the JP-8 jet fuel is being phased in. The jet fuels are blended from the various components to arrive at the lowest-cost blend that meets specification


Safety considerations limit commercial jet fuels to the narrower-boiling-range product [350-550°F (177-288°C)] which is sold as Jet A, Jet A-1, JP-5, or JP-50. The principal differences among these are freezing points, which range from -40 to - 58°F (-40 to - 50°C) maximum. In addition to freezing point the limiting specifications are flash point [110 to 150°F (43 to 66°C)], distillation smoke point, and aromatics content. 


6    AUTOMOTIVE DIESEL FUELS


Volatility, ignition quality (expressed as octane number or octane index), viscosity, sulfur content, percent aromatics, and cloud point are the important properties of automotive diesel fuels. No. 1 diesel fuel (sometimes called super-diesel) is generally made from virgin or hydrocrackcd stocks having cetane numbers above 45. It is has a boiling range from 360 to 600°F (182 to 316°C) and is used in high-speed engines in automobiles, trucks, and buses.


No. 2 diesel fuel is very similar to No. 2 fuel oil, and has a wider boiling range than No. 1. It usually contains cracked stocks and may be blended from naphtha, kerosene, and light cracked oils from the coker and the fluid catalytic cracking unit. Limiting specifications are flash point [125°F (52°C)], sulfur content (0.05% max.), distillation range, cetane number or cetane index (40 min.), percent aromatics, and cloud point.


The ignition properties of diesel fuels arc expressed in terms of cetane number or cetane index. These are very similar to the octane number (except the opposite) and the cetane number expresses the volume percent of cetane (C16H34, high-ignition quality) in a mixture with alpha-methyl-naphlhalene (C11Hl(), low-ignition quality). The fuel is used to operate a standard diesel test engine according to ASTM test method D-613. Since many refineries do not have cetane test engines, a mathematical expression developed to estimate the cetane number is used. The number derived is called the cetane index


and is calculated from the mid-boiling point and gravity of the sample. This equation uses the same parameters as the Watson or UOP correlation factor (K) and U.S. Bureau of Mines Correlation Index (CI) and is actually an expression of the hydrogen/ carbon ratio of the hydrocarbon components in the sample; the higher the H/C ratio, the better the burning characteristics (i.e., the higher the smoke point and the higher the cetane index)


To improve air quality, more severe restrictions are placed on the sulfur and aromatic contents of diesel fuels. As the cetane index is an indicator of the H/C ratio, it is also an indirect indicator of the aromatic content of the diesel fuel. Therefore, frequently a minimum cetane index specification is used as an alternative to maximum aromatics content. Lowering sulfur and aromatics contents specifications also lowers the particulate emissions from diesel engines. 


7    RAILROAD DIESEL FUELS


Railroad diesel engine fuel [4] is one of the significant markets for diesel fuels. Railroad diesel fuels are similar to the heavier automotive diesel fuels but have higher boiling ranges [up to 750°F (400°C) end point] and lower cetane numbers (30 min.). No. 4 diesel and No. 4 fuel oil have very similar specifications 


8   HEATING OILS


Although the consumption of petroleum products for space heating ranks very high, the consumption varies widely according to locality and climate. In recent years the proportional demand for heating oils has decreased as LPG usage has increased. The ASTM specifications for heating oils are given in Table 2.9. The principal distillate fuel oils consist of No. 1 and No. 2 fuel oils. No. 1 Fuel oil is very similar to kerosene, but generally has a higher pour point and end point. Limiting specifications are distillation, pour point, flash point, and sulfur content.


No. 2 fuel oil is very similar to No. 2 diesel fuel, contains cracked stock, and is blended from naphtha, kerosene, diesel, and cracked gas oils. Limiting specifications are sulfur content, pour point, distillation, and flash point 


Table 9    Heating Oil Specifications (ASTM D-396)












































































































































  No. 1 No. 2 No. 4 No. 6
Flashpoint, °F (°C), min. 100(38) 100(38) 130(55) 140(60)
Pour point, °F (°C), max. 9 (-18) 28 (-6) 28 (-6)
Distillation temp., °F(°C)        
10% recovered, max. 419(215)
90% recovered, min. 540 (282)
Max. 550 (288) 640 (338)
Viscosity, mm2/s        
at I04°F(40°C) Min. 1.3 1.9 >5.5
at I04°F(40°C) Max. 2.1 3.4 24. 0
at 212° F (I00°C) Min. 15.0
at 212° F (I00°C) Max. 50.0
Density, kg/m' 60°F(I5°C)        
Max. (°API min.) 850 (35) 876 (30)
Ramsbottom carbon residue on 0. 1 5 0.35
10% btms, wt%, max.        
Ash, wt%, max. 0.10
Sulfur, wt%. max. 0.50 0.50
Water and sediment, vol%. 0.05 0.05 0.50 2.00

 

9    RESIDUAL FUEL OILS 


Most of the residua] fuel oil used in (he United States is imported. It is composed of the heaviest parts of the crude and is generally the fractionating lower bottoms from vacuum distillation. It sells for a very low price (historically about 70% of the price of crude from which it is produced) and is considered a by-product. Critical specifications are viscosity and sulfur content. Sulfur content specifications are generally set by the locality in which it is burned. Currently only low-sulfur fuel oils can be burned in some areas and this trend will continue to expand. Heavy fuel oils with very low sulfur contents are much in demand and sell at prices near those of the crude oils from which they are derived 


NOTES


1- Amer. Petrol. Inst. Inform. Bull. No. 11(philadelphia, Pa. 1958).


2- W. F. Bland and R. L. Davidson, Eds., Petroleum Processing- Handbook (McGraw-Hill Book Company, N.Y 1967), pp. 1-11.


3- Ibid., pp. 11-12


4- Ibid. pp. 11-39


5- W. A. Gruse and D. R. Stevens, Chemical Technology of Petroleum. 3rd Ed. (McGraw-Hill Book Company, New York,


    I960), pp. 424-472


6- NPRA Survey, 1989


7- Gas Processors Assoc. Publication 2140, Liquefied Petroleum Gas Specifications and Test Method. (Tulsa, OK


8- M. E. Reno, U. S. Bozzano. and W. C. Tieman, UOP 1990 Technology Conference (UOP, Des Plaints, 1L, 1990


9- G. H. Unzelman, Oil Gas J. 88(15). 43-48 (1990


10- Newsletter, Oil Gas J. 97(51), 3 (1999

الموقع ليس مسئولا عن محتوى المقالات المنشورة www.babil.info