تطبيقات محفز التحويل المقاوم للكبريت ذو الأسيدة المسبقة في إنتاج الكيماويات النفطية

Thread Content

ملخص استخدام محفزات التحويل المقاومة للكبريت والمسبقة التكسير في صناعة الكيماويات النفطية: بعد نجاح تطوير محفزات التحويل المقاومة للكبريت والمسبقة التكسير، أصبح من الممكن استخدامها في صناعة الكيماويات النفطية.
الكلمات المفتاحية: التكسير المسبق، محفزات التحويل المقاومة للكبريت، النشاط الحفزي.
أولاً: مقدمة
لقد تم استخدام محفزات التحويل المقاومة للكبريت من نوع الكوبالت والموليبدينوم على نطاق واسع في مصانع الأسمدة النيتروجينية المتوسطة والصغيرة. ويجب قبل استخدام هذه المحفزات إخضاعها لعملية التكسير عند درجات حرارة عالية، والطريقة الشائعة لذلك هي استخدام CS2 أو H2S كعوامل تكسير في الموقع نفسه. لكن أثناء عملية التكسير في الموقع، غالبًا ما يحدث ارتفاع في درجة حرارة الحفاز بسبب سوء التشغيل، مما يؤدي إلى تلف نشاط الحفاز، وفي الحالات الخطيرة قد يصبح الحفاز كله قابلاً للاشتعال. بالإضافة إلى ذلك، فإن CS2 وH2S لهما تأثيرات سامة على الكائنات الحية، خاصة CS2 الذي يشكل خطرًا كبيرًا على العاملين ； بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية التكسير في الموقع لا تستغرق وقتًا فحسب، بل تستهلك أيضًا الغاز والكهرباء ومواد التكسير، كما أنه يتطلب عادةً من 2 إلى 3 أيام حتى يمكن العودة إلى الإنتاج الطبيعي. لذلك، من الضروري تطوير نوع جديد من العوامل المحفزة المقاومة للكبريت وذات التغيرات المنخفضة. مصنعنا يستخدم الفحم كمادة خام لإنتاج 400 ألف طن سنويًا من الأمونيا المركبة، و700 ألف طن سنويًا من اليوريا. يستخدم هذا المشروع الفحم كمادة خام، ويعتمد على تقنية التغويز تحت الضغط باستخدام خليط الفحم والماء لإنتاج غاز تخليقي خام. يدخل الغاز المركب الخام القادم من نظام التغويز إلى جهاز التحويل، حيث يتم تحويله بشكل كامل لإنتاج غاز التحويل المستخدم في إنتاج الأمونيا المركبة. يتم تنقية الغاز الخام بعد عملية التحويل الكامل عبر غسله بالميثانول المبرد، ثم يتم تنقيته مرة أخرى باستخدام النيتروجين السائل للحصول على غاز مناسب لعملية تصنيع الأمونيا. بعد ذلك، يتم استخدام هذا الغاز في جهاز تصنيع الأمونيا لإنتاج الأمونيا السائلة، وأخيرًا يتم استخدام الأمونيا السائلة في جهاز تصنيع اليوريا للحصول على المنتج النهائي وهو اليوريا. يحتوي الغاز الخام المستخدم في تصنيع الأمونيا الاصطناعية، والذي يتم إنتاجه من الفحم والنفط المكرر وما شابه، على كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون (12–49%). وثاني أكسيد الكربون ليس مادة خام مباشرة لتصنيع الأمونيا، بل إنه يشكل خطرًا على محفزات تصنيع الأمونيا. لذلك، يجب إزالة أول أكسيد الكربون قبل إرسال الغاز المختلط إلى جهاز تصنيع الأمونيا. تستخدم أجهزة التحويل الغازي في شركتنا عملية التبريد بالسائل المكون من الفحم والماء من نوع GEGP، وللتكامل معها، تُستخدم أجهزة التحويل عملية التحويل المقاومة للكبريت. في نهاية مارس 2014، قام مصنعنا بتغيير الحفازات المستخدمة في أول فرن تحويل. وظلت الحفازات المستخدمة بعد التغيير من نوع الحفازات المقاومة للكبريت. كما استمر استخدام غاز المواد الخام المُغلّى في عملية تكسير الكبريت في الحفازات. ولتقليل وقت عملية التكسير، تم إضافة الكبريت إلى خزان سائل الفحم المُغلّى، وبلغ وقت عملية التكسير 43 ساعة ； استهلاك 15 طنًا من الكبريت (متوقع 10 أطنان) ； عند بداية عملية الكبرتة، كانت درجة حرارة الطبقة 250 درجة مئوية. وخلال فترة الكبرتة، ظلت درجة الحرارة في الغالب بين 250 و300 درجة مئوية. أما أعلى درجة حرارة تم تسجيلها أثناء عملية الكبرتة تحت ضغط 0.4 ميجا باسكال، فكانت 320 درجة مئوية℃ ； لم يتم خلال مرحلة الكبريتة التحكم في درجة حرارة المدخلات لـ R1502 ضمن نطاق 130–150 درجة مئوية بشكل فعال، وبالتالي لم يتم حماية محفز R1502 بشكل كافٍ. ثانيًا: نبذة عن محفزات التحويل المقاومة للكبريت والمُسبقة التكسير الكبريتي. تقنية التكسير الكبريتي المُسبق خارج الجهاز هي تقنية تُستخدم لمعالجة المحفزات المكونة من كوبالت وموليبدينوم في حالتها المؤكسدة مسبقًا، قبل وضعها في الأجهزة الصناعية. وتتم هذه المعالجة باستخدام عمليات صناعية خاصة، حيث يتم دمج مواد التكسير الكبريتي في شكل كبريتيدات مع المكونات النشطة مثل الكوبالت والموليبدينوم، وبذلك يتم تحويل المحفز من حالته المؤكسدة إلى حالته المكسورة كبريتيًا. محفز التكسير المسبق هو نوع من المحفزات التي تستخدم السبينيل المغنيسيومي الألومينيومي كوسط لها، وهو مناسب لعمليات تحويل الغازات الكبريتية التي يتم إنتاجها من النفط الثقيل والقطران والأسفلت وخبث الفحم والفحم نفسه، وهو محفز من سلسلة الكوبالت والموليبدينوم قادر على التعامل مع درجات حرارة ونسب كبريت ونسب بخار الماء مختلفة. يتمتع هذا الحفاز بمستوى عالٍ من الاستقرار في النشاط والقوة، كما أن تقنية التكسير المسبق تجعل المكونات النشطة في الحفاز، وهي الكوبالت والموليبدينوم، موجودة في صورة كبريتيد الكوبالت وكبريتيد الموليبدينوم. وأثناء الاستخدام، يكفي استخدام النيتروجين لرفع درجة الحرارة، وعند الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة، يمكن تمرير الغاز. يخلو محفز التحويل المقاوم للكبريت والمُسبق تكسيره من الفلزات القلوية، كما أنه لا يحتوي على مواد قد تضر بالمعدات أو الإنسان. وأثناء عملية رفع درجة الحرارة، يتكون كمية صغيرة فقط من الماء، ويتم طردها مع الغازات الناتجة عن العملية، دون أن يكون لذلك أي تأثير سلبي على المعدات. مميزاته التقنية هي: 1. قوة ميكانيكية واستقرار في القوة عاليان. 2. نشاط عالٍ، وقدرة قوية على مقاومة الترطيب.
3. انتقائية واستقرار في النشاط جيدان.
4. قدرة عالية على التكيف مع السرعات العالية ونسبة بخار الماء المرتفعة، مع مرونة تشغيلية كبيرة.
ثالثًا: تطبيق محفز التحويل المقاوم للكبريت في الإنتاج الفعلي
قام مصنعنا في يناير 2015 بتغيير المحفز في فرن التحويل الثاني، وكان المحفز المستخدم هو محفز التحويل المقاوم للكبريت. (أ) رفع درجة الحرارة: استغرق رفع درجة حرارة فرن التحويل الثاني إلى 90 درجة مئوية 12 ساعة، مع الحفاظ على هذه الدرجة لمدة 3 ساعات. يستغرق الوصول إلى درجة حرارة 120 درجة مئوية 9 ساعات، ثم يتم الحفاظ على هذه الدرجة لمدة 3 ساعات. أخيرًا، تم رفع درجة الحرارة إلى 220 درجة مئوية واستغرق الأمر 14 ساعة. درجة حرارة ثابتة لمدة 10 ساعات. (ثانيًا) توجيه الغاز: في 21 يناير، الساعة 19:20، بدأت عملية تسخين الأنابيب، وفي الساعة 3:48 اكتمل تغيير مسار الغاز. المفاعل المستخدم في هذه العملية يحتوي على محفز مقاوم للكبريت، لذلك لا حاجة إلى عملية التكسير الكبريتي. تم استخدام غاز العملية المختلط مع N3 في عملية توجيه الغاز، حيث كانت كمية النيتروجين المستخدمة في المرحلة الأولى 17000 نيوتن·متر مكعب/ساعة، وظل ضغط النظام أثناء عملية التوجيه عند 0.25 ميجا باسكال. وبعد انتهاء عملية توجيه الغاز، بلغت أعلى درجة حرارة في الطبقة المستخدمة 310 درجات مئوية. استغرق عملية توجيه الغاز في المجموع 8 ساعات و28 دقيقة. مقارنةً بـ 43 ساعة من عملية التكسير الكبريتي وإدخال الغاز في فرن التحويل الأول، تم توفير 35 ساعة و30 دقيقة. أثناء توجيه التيار الغازي، يتم تحويل وضع التفريغ إلى الوضع اليدوي، ومع زيادة كمية الغاز، يتم فتح صمام التفريغ في نظام التحويل ببطء، للحفاظ على ضغط النظام عند حوالي 0.25 ميجا باسكال. إذا ارتفعت درجة حرارة الطبقة بسرعة كبيرة، يمكن التحكم في ذلك عن طريق زيادة كمية الغاز N3 وزيادة كمية الغاز المُطرد، مما يؤدي إلى زيادة سرعة تدفق الغاز وبالتالي تأخير انتقال الحرارة، وبذلك الحفاظ على درجة حرارة الطبقة. وفي الوقت نفسه، يتم التحكم في سرعة تدفق الغاز بشكل مناسب حسب درجة حرارة طبقة السرير، مع زيادة كمية الغاز المستخدم في العملية تدريجيًا، حتى يتم إيقاف عملية التحويل إلى غاز. بعد اكتمال عملية تحويل الغاز، وخلال العمليات الطبيعية، يركز ارتفاع درجة حرارة طبقة المادة في المفاعل الثاني في الجزء العلوي، بينما يبلغ متوسط ارتفاع درجة حرارة المفاعل ككل 20 درجة مئوية. كما أن نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغاز الخارج من المفاعل تبلغ حوالي 0.7%، وهي ضمن النطاق المسموح به، مما يدل على أن نشاط الحفاز جيد. بيانات ما قبل استبدال محفز فرن التحويل الثاني:
التوقيت: 12.22، 12.23، 12.24، 12.25، 12.26، 12.27، 12.28
نسبة CO: 1.41، 1.46، 1.48، 1.34، 1.22، 1.34، 1.63

بيانات ما بعد استبدال محفز فرن التحويل الثاني:
التوقيت: 1.25، 1.26، 1.27، 1.28، 1.29، 1.30، 1.31
نسبة CO: 0.77، 0.76، 0.71، 0.79، 0.76، 0.78، 0.79

بيانات بعد تشغيل فرن التحويل الثاني لفترة من الوقت:
التوقيت: 3.28، 3.29، 3.30، 3.31، 4.1، 4.2، 4.3
نسبة CO: 0.86، 0.88، 0.88، 0.89، 0.85، 0.84، 0.78

من الجدول أعلاه، يتضح أن نسبة CO في غازات الخروج من فرن التحويل الثاني كانت حوالي 1.4% قبل استبدال المحفز. وبعد بدء التشغيل، انخفضت نسبة CO إلى 0.7-0.8%. وبعد شهرين من التشغيل، كانت نسبة CO حوالي 0.85%. نظرًا للتقلبات في نسبة بخار الماء إلى الغاز الصناعي الناتجة عن عملية التبخير، فإن محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغاز الصناعي عند مخرج عملية التحويل يتغير أحيانًا. في هذه المرة، قام مصنعنا بتغيير محفز فرن التحويل الثاني إلى محفز مقاوم للكبريت يتميز بخاصية الكبريتة المسبقة، وذلك بهدف تقليل وقت عملية الكبريتة أثناء بدء التشغيل. ويتيح عدم الحاجة إلى عملية الكبريتة تسهيل عملية توجيه الغازات، مما أدى إلى توفير حوالي 35 ساعة، كما يقلل من التلوث ويسهل عملية التشغيل ويقلل من المخاطر الأمنية. ومن خلال الحالة التشغيلية لاحقًا، تبين أن النشاط الحفاز لهذا المحفز يلبي بشكل كامل احتياجات الإنتاج. الرابع: الاستنتاجات
1. من الممكن استخدام محفزات التكسير المسبق للكبريت في عمليات تصنيع الفحم الكيميائي.
2. محفزات التكسير المقاومة للكبريت سهلة الاستخدام، كما أن وقت بدء تشغيلها يقل بمقدار الثلثين (مما يوفر تكاليف التكسير).
3. يساعد ذلك في تقليل التلوث، ويسهل عملية التشغيل، بالإضافة إلى تقليل المخاطر الأمنية، مما يجعل عملية تشغيل المنشأة أكثر أمانًا وموثوقية