خامساً: معالجة التلوث في مصافي البترول

1. نظام صرف المياه في المصانع ومعدات الاصطياد

تقسم المياه المنصرفة في المصانع والمتخلفة عن الصناعة إلى ثلاثة أنواع رئيسة هي: المياه المتخلفة عن عمليات الإنتاج، والمياه الجوية "السيول"، والمياه المتخلفة عن الأغراض المعيشية.

وتضم المياه المنصرفة من عمليات الإنتاج المياه الخارجة من المكثفات السطحية والمبردات، ومن مكثفات الخلط البارومترية الخاصة بأبراج التفريغ، والمياه المروقة في خزانات الزيت الخام، وكذلك المياه الخارجة من وحدات المعالجة الحمضية للمنتجات البترولية، والمياه المنصرفة من وحدات خلط الإثيلين، ومن غسل الأجهزة.. إلخ.

وتختلف المجموعات الأساسية من المياه المنصرفة من عمليات الإنتاج كالآتي:

أ. المياه النقية اصطلاحاً الخارجة من المكثفات السطحية،والمبردات الخاصة بأبخرة المنتجات البترولية ومقطراتها السائلة. وهذه المياه خالية من المنتجات البترولية، ما دامت الأجهزة تعمل بصورة حسنة. وتسحب هذه المياه المنصرفة خلال شبكة قائمة بذاتها، لاستخدامها مرة أخرى، أو تصرف في الأحواض المائية دون المرور على مصايد البترول.

ب. المياه المنصرفة الصناعية التي تمر على مصايد البترول لفصل المنتجات البترولية منها.

ج. المياه المنصرفة الخاصة التي تحتوي ـ إلى جانب المنتجات البترولية ـ على الشوائب الضارة، مثل القلويات والأحماض والسلفات "كبريتات" والمركبات العضوية "السائل الإثيلي والفينول والفورفورال وغيرها". وتسحب هذه المياه خلال خطوط صرف منفصلة، لتمر على منشآت خاصة للتنقية الفيزيائية الكيميائية وعلى مراكز التنقية البيولوجية.

وتنضم إلى المياه المنصرفة الجوية "السيول" مياه الأمطار والناتجة عن ذوبان الجليد. وتصرف المياه الجوية، في الغالب، من أماكن الوحدات التقنية، ومن الأرصفة والمستودعات التي تتلوث بالبترول ومنتجاته، مع المياه المنصرفة من عمليات الإنتاج. وتصرف المياه الجوية، كالعادة، - باستثناء بعض الحالات النادرة - بعد مرورها على عنبر ترويق، إلى أحواض المياه مباشرة، عن طريق مجار مستقلة خاصة بصرف السيول، وذلك بغرض الإقلال من تحميل المصايد.

وتنضم مياه المجاري الناتجة من الحمامات ودورات المياه إلى مياه الصرف المعيشية، وتتطلب مياه الصرف المعيشية تنقية خاصة تبعاً لطابع تلوثها، وتصرف أساساً في المجاري العامة للمدينة.

وتصرف المياه المنصرفة المستهلكة إلى منشآت التنقية عن طريق مجمعات المجاري. وعند الظروف الملائمة يمكن بدء فصل المنتجات البترولية من المياه في شبكة المجاري. وتصمم المجاري على أساس الحركة الهادئة للسائل، مع جرف الرواسب التي تسقط أثناء الحد الأدنى لمعدل التدفق في مواسير المجاري. ويطلق على مثل هذه السرعة مصطلح "سرعة التنقية الذاتية"، وهي عادة تساوي 0.8 - 1م/ثانية. ولتقليل شدة تقليب السائل، تعمل منعطفات المجمعات بأقل انحدار سلس ممكن. أما آبار المجمعات فتبنى بطريقة تمنع الهبوط الحاد لمنسوب الماء "فرق المنسوب".

ولتوفير الدخول السلس للسائل في مصيدة البترول، تمد مواسير شبكة المجاري في الأطراف بميل لا يزيد على 0.001- 0.002^°.

وفي حالة عطل إحدى مناطق شبكة المجاري أو انسدادها، توضع بين المجمعات المتوازية خطوط توصيل تسمح بنقل ماء الصرف من إحدى مناطق شبكة المجاري إلى منطقة أخرى.

2. أهمية مياه الصرف الصناعية في الاقتصاد الوطني وطرق تنقيتها

تحتوي المياه المنصرفة خلال شبكة المجاري ومصايد البترول إلى منابع المياه الطبيعية على كمية كبيرة من المنتجات البترولية، والأملاح، ومواد التفاعل المنصرفة، وكبريتيد الأيدروجين، وأنواع مختلفة من البكتريا والشوائب الأخرى. ويؤدي صرف المياه الصناعية إلى تلوث منابع المياه تلوثاً شديداً، وإلى تقليل نسبة الأكسجين الذائب في الماء بدرجة كبيرة، مما يؤدي إلى هلاك الأسماك، وسوء الظروف الصحية لسكان المناطق السكنية المجاورة للشاطئ. وقد تتلوث منابع المياه بمياه الصرف المتخلفة عن عمليات الإنتاج، بالدرجة التي لا تصبح فيها هذه المنابع نافعة لأغراض الغسيل والشرب فحسب، بل لأغراض الإنتاج كذلك. وتفقد ـ علاوة على ذلك ـ مع مياه الصرف الصناعية قيم مادية هي البترول والمنتجات البترولية، ومواد التفاعل والمواد الأخرى. ولذلك فإن مكافحة فقد المنتجات البترولية مع مياه الصرف الصناعية لمصانع معالجة البترول، تُعدّ أمراً ذا أهمية اجتماعية وسياسية.

وهناك ثلاث طرق لتنقية مياه الصرف المتخلفة من عمليات الإنتاج هي: الطريقة الميكانيكية، والطريقة الفيزيائية الكيميائية، والطريقة البيولوجية. وتستخدم هذه الطرق منفردة أو مقترنة ببعضها.

وفي الطريقة الميكانيكية، يتم ترويق المنتجات البترولية، والشوائب الميكانيكية، والجسيمات الكبيرة التي لا تذوب في الماء، والموجودة على صورة معلق. ويسمح الترويق بترسيب الشوائب الميكانيكية، والجسيمات المعلقة، التي تزيد كثافتها على كثافة الماء "الرمل في مصايد الرمل" مثلاً، وكذلك بفصل المنتجات البترولية الأقل كثافة، التي تطفو على السطح "التقاط الكتلة الأساسية من البترول والمنتجات البترولية في مصايد البترول" مثلاً.

وترشح المياه الصناعية خلال مرشحات الترويق "حلقات راشيج والخزف والكوك والأنتراسيت وغيرها"، بغرض الاحتجاز الميكانيكي لجسيمات المنتجات البترولية المستحلبة. واستخدام هذه المرشحات محدود، حيث إنها لا تهدم المستحلب البترولي، وتسد بالجسيمات المعلقة، وتتطلب ملاحظة مستمرة.

وتستخدم طرق التنقية الفيزيائية الكيميائية، لفصل الأحماض المعدنية، والعضوية، والقلويات والأملاح، والمواد الأخرى، الموجودة بمياه الصرف الصناعية. وتتلخص هذه الطرق في إضافة مواد التفاعل إلى الماء الخاضع للتنقية، فتدخل هذه المواد في تفاعل كيميائي مع المركبات غير المرغوب، فيها؛ مما يساعد على تنقية الماء. وتساعد مواد التفاعل ـ في بعض الحالات ـ على تحطيم المستحلبات، ومعادلة الأحماض والقلويات، وفي حالات أخرى، تساعد على تحسين فصل المواد عديمة الذوبان، وتمتص المواد الذائبة، وتحوّل المواد الضارة إلى مواد غير ضارة، والمواد الذائبة إلى مواد عديمة الذوبان.

وتعد طريقة التعويم إحدى الطرق البسيطة لتنقية مياه الصرف الصناعية من البترول، وفيها تشبع الماء بفقاعات الهواء المشتتة تشتيتا دقيقاً، وتلتصق جسيمات البترول بفقاعات الهواء هذه، وتطفو على سطح الماء مكونة طبقة من الرغاوي.

وتجرى غالباً عملية تنقية مياه الصرف الصناعية المحتوية على البنزين المؤثلن، بطريقة فيزيائية كيميائية بواسطة مذيب استخلاصي. ويستعمل البنزين غير المؤثلن مذيبًا.

وتقوم طرق التنقية البيولوجية على أساس العمليات البيوكيميائية، لأكسدة المواد العضوية، الموجودة في مياه الصرف الصناعية. ويمكن استخدام التنقية البيولوجية، في حالة عدم احتواء مياه الصرف على كمية كبيرة من المواد السامة، التي تخل بالنشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة، في الوقت نفسه الذي توجد فيه كمية كافية من المواد الغذائية "البوتاسيوم، والنيتروجين، والفوسفور، وغيرها" والمركبات العضوية التي تتأكسد بسهولة، نتيجة للعمليات البيوكيميائية.

ويجب أن تسبق التنقية البيوكيميائية لمياه الصرف عمليات معالجة هذه المياه تمهيدياً. فالمياه المحتوية على كبريتيد الأيدروجين، والفينولات التي تعوق النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة، تعالج تمهيديّا، وتخفف بواسطة مياه الشرب، والمياه النقية اصطلاحاً. وكلما قلّ تركيز البترول والمنتجات البترولية في الماء، وزادت درجة تشتتها، زادت حدة تحطيم البترول بواسطة البكتريا، أي يصبح من الممكن تنقية مياه الصرف من البترول تنقية تامة، الشيء الذي لا يمكن التوصل إليه بطرق التنقية الميكانيكية.

وتتم في مصانع معالجة البترول عملية التنقية البيولوجية لمياه الصرف المنقاة تمهيدياًّ بطريقة ميكانيكية، في مرشحات هوائية، وفي برك بيولوجية، عن طريق إضافة المياه المعيشية المنقاة، والهواء، وبعض الأملاح المعدنية الضرورية للنشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة.

3. تركيب مصايد المنتجات البترولية وتشغيلها

معدات صيد البترول هي مجمع منشآت التنقية، بالطريقة الميكانيكية، والترويق الإضافي، وإتمام التنقية النهائية لمياه الصرف، ومنظومة المضخات والخزانات الخاصة بضخ الماء ونزعه وتخزين المنتج البترولي الملتقط ونقله إلى صهاريج الخام في المصنع. (اُنظر شكل معدات الاصطياد).

وتمر مياه الصرف الصناعية على مجمع تيارات مياه الصرف، وعلى المصفاة، ومصيدة الرمل، ثم تدخل في مصيدة البترول، حيث تروق الكتلة الأساسية من المنتجات البترولية والشوائب الميكانيكية. وتسيل مياه الصرف من مصيدة البترول إلى بركة الترويق الإضافي للمنتجات البترولية، قبل دخول المياه الصناعية لاستخدامها مرة أخرى، أو قبل دخولها في وحدة إتمام التنقية. وتجمع المنتجات البترولية، الملتقطة في مصيدة البترول، وفي بركة الترويق، في خزانات تجميع البترول، ثم تدفع بواسطة المضخات إلى خزانات مختلفة، لإجراء عملية نزع الماء، وتدخل بعد ذلك في وحدة لنزع الماء من المنتج الملتقط. ويوجه المنتج المنزوع منه الماء إلى خزانات الخام في المصنع.

ويضخ الراسب الموجود في مصيدة الرمل إلى ساحة خاصة. أما الراسب الموجود في مصيدة البترول، فيجمع في سعة، ويدفع بواسطة المضخات إلى مجمعات الغرين، أو إلى ساحات الغرين. ويجفف الغرين في الساحات ثم ينقل من المصنع.

ولا تستطيع منشآت التنقية لمجاري المصنع، في حالة الأمطار الغزيرة، أن توفر عملاً طبيعياً؛ ولذلك يوجه الماء الزائد من غرفة تجميع السيول إلى مخزن احتياطي، مخصص كذلك لاستقبال المنتجات البترولية، في حالة عطل الخزانات.

ومصيدة البترول المستخدمة في مصانع معالجة البترول، هي مروق أفقي في باطن الأرض، مقسم بواسطة جدران طولية إلى قسمين أو أكثر. وتعمل هذه الأقسام بالتوازي. (اُنظر شكل تركيب مصيدة البترول)

وتبنى مصايد البترول من الخرسانة المسلحة، وغالباً على شكل مستطيل. وتدخل مياه الصرف من غرفة خاصة، عن طريق مسايل مائية، في كل قسم من أقسام مصيدة البترول. ومن المصيدة تدخل مياه الصرف إلى غرفة الترويق، عن طريق شبكة توزيع رأسية. وتنفصل المياه والمنتجات البترولية والشوائب الميكانيكية، نتيجة لاختلاف أوزانها النوعية، فيطفو المنتج البترولي على السطح، وتترسب المواد المعدنية الصلبة إلى قاع مصيدة البترول.

ويجمع المنتج البترولي من سطح الماء، بواسطة أنابيب مشققة دورانية. ويمر الماء المتخلص من المنتجات البترولية أسفل جدار احتجاز البترول، ويصب من خلال فتحة صرف الماء في مزارب الصرف، ثم يدخل في مجمع الصرف.

وتزود مصايد البترول بآلية كاشطة "ناقلة مزودة بكاشطات خشبية"، تعمل بواسطة محرك كهربائي. وتشغل آلية الكشط دورياً لدفع المنتج البترولي إلى أنابيب تجميع البترول، ولتجميع الراسب من قاع المصيدة في صومعة نقرية. ويسحب الراسب من الصومعة، عن طريق ماسورة الغرين إلى مجمعات الغرين. ويدخل المنتج الملتقط، عن طريق أنابيب تجميع البترول، في خزانات تجميع المنتجات "غرف"، ومنها يسحب إلى خزانات تهيئة الخام.

ويبقى جزء من المنتجات البترولية التي لم تتروق في مصايد البترول، في الماء الخارج من المصيدة، على صورة مستحلب ثابت. ويتجه هذا الماء إلى بركة الترويق لكي يتم الترويق الإضافي، ثم يمر خلال مرشح من الكوارتز، لإجراء عملية تنقية أكثر دقة.

4. تجميع المنتجات من المصايد ومعالجتها والانتفاع بها

يجمع المنتج البترولي من المصايد في خزانات خاصة "غرف"، ويفصل الخزان عند امتلائه لترويق الماء من المنتج البترولي. ويدفع المنتج البترولي المروق في خزانات التجميع، بواسطة المضخات، إلى خزانات التهيئة. ويسخن المنتج في الخزان بالبخار، "عن طريق أنبوب حلزوني للبخار" إلى درجة 65-80 ْم، فيتروق الماء، نتيجة لذلك، بسهولة، ويصرف إلى بئر موجودة أمام مصايد البترول. ويدفع المنتج البترولي المنزوع منه الماء إلى خزانات الخام بالمصنع، ويتجه مع الخام إلى وحدات تقطير البترول.

الخلاصة

ذكر سابقًا أن البترول يتكوّن من خليط معقد، من الغازات، والسوائل، والمواد الصلبة الهيدروكربونية، ومشتقاتها الكبريتية، والنتروجينية، والأكسجينية، وكذلك القليل من المعادن الذائبة كأملاح عضوية، أو مركبات معقدة، والأملاح غير العضوية الذائبة في المعلقات المائية، وماء التكوين، المصاحب للبترول أثناء استخراجه ونقله إلى مصافي البترول. وتختلف نسبة المكونات الهيدروكربونية، وغير الهيدروكربونية باختلاف مصادر إنتاج البترول، وظروف تكوينه وارتحاله وتجمعه في المكامن البترولية ذات الخواص التركيبية، والمكونات المعدنية المختلفة. وكذلك تختلف الخواص الطبيعية والكيميائية للخامات البترولية حسب اختلاف الوزن الجزيئي، والشكل التركيبي للمحتوى الهيدروكربوني.

وللاستفادة القصوى من هذا الخليط الهيدروكربوني، الذي يتراوح مدى غليانه بين 160 و800^°م، يجب أن يخضع لعمليات متتابعة، لفصل منتجات بترولية ذات مدى غليان محدود نسبيًّا "من50 إلى 200^°م تقريبا"، وتتميز بصفات طبيعية وكيميائية لتفي بالغرض المطلوب، لاستخداماتها المتنوعة.

وفي أوائل القرن العشرين، كان الغرض الأساسي من تكرير البترول هو الحصول على الكيروسين، لاستخدامه في الإنارة، وإنتاج الطاقة الحرارية للتسخين، والتدفئة، والاستخدام المنزلي. وبمضي الوقت، وتطور المركبات ووسائل النقل والطيران التي تستخدم آلات الاحتراق الداخلي والنفاث، أصبح من اللازم تطور صناعة التكرير، لتوائم احتياجات وسائل النقل، إلى منتجات بترولية ذات مواصفات قياسية محددة ومتناهية الدقة، وذات جودة عالية وحسن أداء عند ظروف التشغيل المختلفة.

وبتطور تقنية الصناعة البترولية في القرن العشرين، أُنشئت معامل التكرير المتكاملة التي تستطيع استقبال نوعيات مختلفة من الخامات البترولية واستيعابها، مهما تنوعت مصادر إنتاجها، ومهما اختلفت في صفاتها الطبيعية والكيميائية ومكوناتها الهيدروكربونية، ومهما اختلط بها من شوائب، كمعلقات مائية، وأملاح وغير عضوية، ورواسب، وغازات هيدروكربونية وغير كربونية. ثم تقوم المصافي بتحليل الزيت الخام وتصنيفه وتقييمه معمليًّا، ووضع خطة تكرير متكاملة لمعالجته أوليًّا، لفصل الغازات والماء والأملاح والشوائب غير المرغوب فيها، والمعوقة لعمليات التكرير المختلفة. ثم تتم عملية الفصل الرئيسة، باستخدام التجزئة الحرارية، عند الضغط الجوي والمخلخل، وضبط مدى غليان المنتجات البترولية المختلفة. ثم يأتي دور معالجة المنتجات البترولية، لتحسين مواصفاتها، إما بطرق التكرير الطبيعية أو الكيميائية، وإذا لم تتوفر المنتجات البترولية من ناحية الكم أو النوع، يأتي دور العمليات التحويلية، من بناء، وبلمرة، وتكسير، وإعادة تشكيل، لاستيفاء حاجة الأسواق المحلية والعالمية من المنتجات البترولية كماً وكيفاً. وبالإضافة إلى ذلك، تتوافر في معامل التكرير المتكاملة أجهزة تصنيع البتروكيماويات الأولية والوسيطة والنهائية.

وبالإضافة إلى أجهزة التقطير، والتكرير، والتصنيع المختلفة، يجب أن تتوافر لمعامل التكرير المتكاملة أجهزة معاونة، مثل محطات القوى الكهربائية التي تمكنها من الاستغناء عن شبكات القوى المحلية، وصهاريج تخزين لاستيعاب كميات كبيرة من الزيت الخام والمنتجات البترولية، وأجهزة معالجة الماء، وإنتاج البخار، وكذلك أجهزة معالجة المخلفات، للمحافظة على البيئة. ولابد أن تقام مصافي البترول على مواقع جغرافية، تتميز بقربها من الأنهار والبحار المفتوحة، حتى يتسنى لها الحصول على مصادر مياه عذبة، بتكاليف زهيدة، لإنتاج البخار والتبريد، وكذلك استقبال سفن نقل البترول الضخمة، وعابرات المحيطات. وأصبح من المألوف ظهور مصافي البترول العملاقة، بأبراجها العالية المميزة، وشعلاتها المضاءة ليل ونهار بالقرب من الموانئ العالمية.