تطبيق تقنية مجموعة ترقية البنزين

Thread Content

ملخص: مع زيادة كثافة النفط الخام وتدهور جودته، بالإضافة إلى التشريعات البيئية المتزايدة الصرامة المتعلقة بتوفير الطاقة وتقليل الانبعاثات، بدأت شركات إنتاج الطاقة في البحث عن طرق لزيادة كفاءة استخدام النفط الخام، وتقليل نسبة المنتجات ذات الجودة المنخفضة، وزيادة إنتاج الوقود خفيف الوزن، وبالتالي تحسين الأداء الاقتصادي للشركات. اقترحت شركة لانتشو للبتروكيماويات، استنادًا إلى الظروف الفعلية لمنشآتها، عملية تحسين إنتاج البنزين تُعرف بـ “ثلاثة تحسينات من أجل تحقيق تحسين واحد”， أي “تحسين متكامل لعمليات التكسير الحفزي وإضافة الميثيل إلى البنزين وعمليات الألكيلة، بهدف تحقيق أقصى قدر من الكفاءة”. يوفر هذا الإجراء المتكامل لشركة لانتشو للبتروكيماويات أفكارًا جديدة لتحسين الكفاءة الاقتصادية خلال عملية تحسين جودة البنزين، كما أنه يتمتع بقابلية تطبيق كبيرة وأهمية نموذجية، مما يجعل آفاق تطبيقه واسعة. حالياً في بلادنا، أصبح تلوث الهواء في المدن الكبيرة الناتج عن انبعاثات عوادم السيارات خطيراً للغاية، وهو يشكل مشكلة رئيسية يجب حلها بشكل عاجل من أجل التنمية المستدامة. لتحقيق معايير مقبولة لانبعاثات غازات العادم من السيارات، يُعد وضع معايير صارمة لوقود السيارات أحد الإجراءات الرئيسية لتحقيق نظافة الوقود. الجدول 1: معايير جودة البنزين
المعيار: الدولة II، الدولة III، الدولة IV، الدولة V
محتوى الكبريت: بالميكروغرام لكل جرام ≤500، 150، 50، 10
محتوى الأوليفينات: بالنسبة المئوية ≤35، 30، 25، 25
محتوى الأروماتيكات: بالنسبة المئوية ≤40، 40، 35، 35
محتوى البنزين: بالنسبة المئوية ≤2.5، 11، 1
محتوى الأكسجين: بالنسبة المئوية من الوزن ≤2.7، 2.7، 2.7، 2.7
ضغط البخار: بالكيلوباسكال ≤74/88، 72/88، 65/88، 60/88
يتضح من الجدول أعلاه أن معايير جودة البنزين تصبح أكثر صرامة مع تطور المعايير من الدولة II إلى الدولة V. مع تزايد صرامة معايير البنزين والديزل، والطلب المتنامي على الوقود النظيف في جميع أنحاء العالم، أصبح تنقية الوقود اتجاهًا عالميًا لا يمكن إيقافه. أصبح إنتاج وقود نظيف منخفض الكبريت والأوليفينات والهيدروكربونات العطرية من أجل تقليل انبعاثات المواد الضارة من السيارات، موضوعًا رئيسيًا في تطور صناعة تكرير النفط في الوقت الحالي. أولاً: مسارات تطوير تقنيات تنقية البنزين المحلي، يكمن المفتاح في إنتاج بنزين للاستخدام في السيارات يلبي معايير الانبعاثات من الفئة الرابعة فما فوق على المستوى المحلي، وذلك من خلال حل مشكلة ارتفاع نسبة الكبريت والأوليفينات في البنزين الناتج عن عملية التكسير الحفزي. تعتبر تقنية الهيدرجة وسيلة فعالة حاليًا لإزالة الكبريت والأوليفينات، لكن أجهزة الهيدرجة، أثناء إنتاج بنزين يحتوي على نسب مقبولة من الكبريت والأوليفينات، تؤدي إلى انخفاض قيمة الأوكتان في البنزين الناتج بسبب تشبع الأوليفينات. انخفاض مؤشر RON لبنزين IV في الدول المنتجة بمقدار 0.5 إلى 2 وحدة ； يجب خفض مؤشر RON لوقود V في الدول المنتجة بمقدار وحدة تقريبًا. نظراً للوضع الحالي الذي يتسم بنقص وسائل إنتاج مكونات البنزين ذات القيمة الأوكتانية العالية في بلادنا، فإن تطوير وتطبيق تقنيات يمكنها خفض مستوى الكبريت والأوليفينات في بنزين التكسير الحفزي بشكل كبير، مع تجنب فقدان القيمة الأوكتانية بشكل مفرط، يُعد أمراً أساسياً لحل مشكلة إنتاج الوقود النظيف في بلادنا. (أ) تطوير تقنيات إضافة الإيثرات إلى الهيدروكربونات الخفيفة، وعمليات التحويل البنيوي والألكيلة، بهدف تطوير تقنيات إضافة الإيثرات إلى الهيدروكربونات الخفيفة من النوع C4 وC5، بالإضافة إلى تقنيات التحويل البنيوي للهيدروكربونات من النوع C5 إلى C7. وذلك لزيادة نسبة الأكسجين في البنزين المستخدم في السيارات، مع تقليل نسبة الهيدروكربونات الخفيفة وضغط البخار الخاص بها، وبالتالي الحد من تكوّن الضباب الضوئي، ورفع قيمة الأوكتان في البنزين ； إجراء أبحاث في تقنيات ألكيلة الأحماض الصلبة، بهدف تقليل تسرب الأحماض من معدات الألكيلة الحالية وتقليل التلوث الناتج عن ذلك، ورفع معدل تشغيل معدات الألكيلة. (ثانياً) تحسين جودة البنزين الناتج عن التكسير الحفزي: تطوير جيل جديد من محفزات التكسير الحفزي لإنتاج كميات أكبر من المكونات الخفيفة والأوليفينات، وتوفير مواد خام كافية لوحدات عمليات الإيثرة والتألكلة، بغرض إنتاج مكونات لخلط البنزين ذات رقم أكتان عالٍ ； رفع قيمة الأوكتان ومقاومة الأكسدة في بنزين التكسير الحفزي، وخفض محتوى الكبريت فيه، مع الحفاظ على مستوى المونومرات بشكل مناسب لضمان قيمة الأوكتان. (ثالثاً) زيادة القدرة الإنتاجية للبنزين المُعاد تكوينه من الفئة ذات النطاق العريض، عبر توسيع المنشآت القائمة أو إنشاء منشآت جديدة لهذا الغرض، مع استخدام تقنية فصل البنزين للسيطرة بدقة على نسبته ； تقليل تدريجي لنسبة بنزين التكسير الحفزي في خزانات البنزين، وتحسين هيكل المنتجات، وتعزيز التوزيع المناسب لقيمة الأوكتان في بنزين السيارات. ثانيًا: دراسة طرق تنقية البنزين في شركة لانتشو للبتروكيماويات
(أ) تحسين عمليات المعالجة قبل التصنيع
من أجل ضمان إنتاج بنزين يلبي معايير المستوى الرابع، استخدمت شركة لانتشو للبتروكيماويات تقنية الهيدروجينة الانتقائية لإزالة الكبريت والأوليفينات من البنزين، وبذلك تنتج بنزينًا يلبي معايير المستوى الرابع. يُوضح الشكل 1 عملية إنتاج البنزين. الشكل 1: عملية المعالجة قبل تحسين خطة إنتاج البنزين النظيف. ولكن أثناء التشغيل، أدت تقنية الهدرجة الانتقائية للبنزين أيضًا إلى مشاكل تتمثل في فقدان رقم الأوكتان للبنزين وانخفاض معدل استخلاصه، مما أثر على إنتاج شركة لانتشو للبتروكيماويات للبنزين ذي الرتبة العالية، وقيد من تحسين الفعالية الاقتصادية للشركة. (ثانياً) خطة تحسين إنتاج البنزين النظيف: تهدف إلى تحقيق إزالة الكبريت والأوليفينات من البنزين، وتحسين جودته، وتقليل الانبعاثات الضارة بالبيئة، مع تلبية احتياجات محركات البنزين، والحفاظ على مستوى عالٍ من قيمة الأوكتان في البنزين، وبالتالي تحسين الأداء الاقتصادي للشركة. تعتمد شركة لانتشو للبتروكيماويات على عمليات إنتاج البنزين الحالية (البنزين المحفز، وهيدرات البنزين، وطريقة تحويل البنزين إلى إيثر) ； تحسين العملية بأكملها لمسارات التحفيز للكربون رقم 4 وMTBE والهدرجة الانتقائية للكربون رقم 4 وعمليات الألكيلة، مع تعظيم تأثير التوليف العملياتي لزيادة المكونات ذات الكبريت المنخفض والأوكتان العالي في خزان خلط البنزين. 1. تحسين توزيع منتجات التكرير للنفط الثقيل وزيادة إنتاج البنزين: يتضح من خطوط إنتاج البنزين في شركة لانتشو للبتروكيماويات أنه لزيادة كمية وجودة البنزين، من الضروري أن تتمتع أجهزة التكرير بقدرة عالية على تحلل النفط الثقيل، مع انخفاض نسبة تكوين الكوك وزيادة نسبة الزيوت الخفيفة. كما يجب تحسين تركيبة البنزين المكرر والهيدروكربونات السائلة، وزيادة نسبة مركبات مثل البروبيلين والإيزوبيوتيلين والهيدروكربونات ذات الرابطة الثلاثية من الفئة C5-C6، وذلك لتوفير الدعم اللازم لمصانع التكرير من أجل تحسين عمليات إنتاج البنزين عالي الجودة. لتحقيق هذا المطلب، استخدمت شركة لانتشو للبتروكيماويات محفزًا جديدًا لتكسير النفط الثقيل ذو الكفاءة العالية في استخلاص السوائل وانخفاض كمية الكربون المتبقي. يتمتع هذا العامل بخصائص ممتازة في مقاومة المعادن الثقيلة، وارتفاع معدل تحويل النفط الثقيل، بالإضافة إلى تقليل كمية الكوك المنتج. تم تجنب المشاكل التي كانت تحدث في الأجهزة السابقة، مثل انخفاض أداء العوامل المحفزة في تكسير النفط الثقيل نتيجة رفع درجة حرارة التفاعل أو خفض نشاط مواد التوازن في النظام، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاج الكلي للسوائل وارتفاع كمية الكوك. كما تم تجنب مشاكل ارتفاع إنتاج الغاز الجاف والكوك مع ارتفاع درجة حرارة التفاعل. الجدول 2: توازن المواد في جهاز التحفيز
المؤشرات، قبل التطبيق وبعده، الفرق (%)
الوقود الزيتي: 53.51% → 56.80%، الفرق: 3.29%
النفط الثقيل: 43.72% → 43.20%، الفرق: -0.52%
المواد الكيميائية الثقيلة: 1.50% → 0.00%، الفرق: -1.50%
الهيدروكربونات السائلة الناتجة عن عملية التكرير: 1.27% → 1.30%، الفرق: 0.03%

توزيع المنتجات، %
الغاز الجاف: 3.68% → 3.66%، الفرق: -0.02%
الهيدروكربونات السائلة: 13.47% → 14.40%، الفرق: 0.93%
البنزين: 46.66% → 46.95%، الفرق: 0.29%
الديزل: 21.68% → 22.22%، الفرق: 0.54%
خليط الزيوت: 4.86% → 4.15%، الفرق: -0.71%
الكوك (بما في ذلك الخسائر): 9.65% → 8.62%، الفرق: -1.03%

النسبة الإجمالية للسوائل المستخلصة، %: 81.80% → 83.56%، الفرق: 1.76%
نسبة النفط الثقيل في الخليط، %: 44.96% → 43.20%، الفرق: -1.76%

الجدول 3: تحليل جودة البنزين المستقر
المؤشرات، قبل التطبيق وبعده
نقطة الانصهار، درجة مئوية: نقطة الانصهار الأولى: 34.53 → 22.5، نقطة الانصهار الخامسة: 48 → 46.5، نقطة الانصهار التاسعة: 95.59 → 93، نقطة الانصهار العاشرة: 169 → 171.5
نقطة الانصهار النهائية: 196 → 200
قيمة الأوكتان (RON): 90.89 → 92.3
نسبة الهيدروكربونات المتعددة الحلقات: 37.54 → 45.3

الجدول 4: تحليل جودة الهيدروكربونات السائلة
التركيب، % حجمي، قبل التطبيق وبعده
<C3: 0.22 → 0.05
البروبان: 9.94 → 9.58
الأكريلين: 39.71 → 41.43
الإيزوبيوتان: 17.04 → 16.96
البيوتان: 4.71 → 4.27
البيوتين-1 + الإيزوبيوتين: 14.73 → 15.11
البيوتين المعاكس: 7.93 → 8.09
البيوتين المتماثل: 5.61 → 5.77
نسبة C5 وما فوق: 0.11 → 0.07

من الجداول أعلاه، يتضح أن استخدام الكاتاليزاتور الجديد أدى إلى زيادة نسبة الهيدروكربونات السائلة والبنزين بمقدار 0.93% و0.29% على التوالي، بينما انخفضت نسبة خليط الزيوت بمقدار 0.71%. كما ارتفعت النسبة الإجمالية للسوائل المستخلصة بمقدار 1.76%، بينما انخفضت نسبة الكوك بمقدار 1.03% (أي بنسبة 10.7%). وقد ارتفع الإجمالي لكمية الأوليفينات في البنزين من 37.5% إلى 45.3%， كما ارتفع مؤشر الأوكتان (RON) من 90.8 إلى 92.3، وهو ما يوفر ضمانًا لتحسين جودة المواد المستخدمة في عملية التفاعل الإيثري. ارتفعت نسبة الأوليفينات في الهيدروكربونات السائلة بشكل عام؛ حيث زادت نسبة البيوتين-1 والإيزوبيوتيلين من 14.73% إلى 15.11%. وظلت نسبة الإيزوبيوتان مستقرة نسبيًا، مما يضمن توفير مواد خام مثالية للألكلة. 2. تحسين معدل إنتاج البنزين الميثولي، وزيادة إنتاج المكونات ذات القيمة الأوكتانية العالية. تُعد تقنية ميثولة البنزين الخفيف تقنية مساعدة لتحسين جودة البنزين، حيث يمكن استخدام البنزين الميثولي كمكون في البنزين ذو القيمة الأوكتانية العالية، وهو قابل للذوبان التام في البنزين ويمكن خلطه معه بأي نسبة. تقنية تحويل البنزين الخفيف إلى إيثرات هي عملية تتم من خلالها تفاعل الألكينات ثلاثية الروابط الموجودة في البنزين الخفيف مع CH3OH لإنتاج إيثرات مقابلة. وتساعد هذه التقنية في تقليل نسبة الألكينات في البنزين، كما تزيد من قيمة الأوكتان لديه. بالإضافة إلى ذلك، يتم تحويل حوالي 8% إلى 10% من الميثانول (مقارنة بالبنزين الخفيف) إلى مكونات للبنزين. إنها عملية تزيد من كمية البنزين المنتج، كما أنها تحول الميثانول ذو القيمة المنخفضة إلى مكونات للبنزين ذات قيمة عالية، مما يساعد الشركات على تحسين كفاءة إنتاجها. أنشأت شركة لانتشو للبتروكيماويات وحدة إيثرةة البنزين الخفيف المحفزة بطاقة 500 ألف طن/سنة؛ ومن خلال تحسين العمليات التشغيلية، استطاعت الشركة رفع الفائدة الاقتصادية للوحدة باستمرار، محققة نتائج جيدة. الجدول 5: حالة المنتجات الميثولية
الوقت: قبل التطبيق / بعد التطبيق
معدل تحويل الألكينات ذات الكربون رقم 5: %70 → %71.38
معدل تحويل الألكينات ذات الكربون رقم 6: %46 → %46.11
النسبة الإجمالية للميثول في المنتج: %48.40 → %49.40
قيمة الأوكتان: 98 → 100.0
معدل إنتاج المنتجات الميثولية: %32.29 → %38.22
من بيانات الجدول، يتضح أن أعلى معدل لتحويل الألكينات ذات الكربون رقم 5 كان 71.38%، بينما كان أعلى معدل لتحويل الألكينات ذات الكربون رقم 6 هو 46.11%. أما النسبة الإجمالية للميثول في المنتج فقد ظلت ثابتة عند 49.40%، مع ارتفاع بنسبة 1%. ظل مؤشر الأوكتان للمنتجات الميثولية ثابتًا عند 100، مع ارتفاع المتوسط بمقدار وحدتين. السبب الرئيسي هو، من ناحية، ارتفاع نسبة 1-بيوتين وإيزوبيوتين في المواد الخام، بالإضافة إلى ارتفاع نسبة MTBE في المنتجات الناتجة عن عملية الإيثرة. ومن ناحية أخرى، ومع الحفاظ على جودة المنتجات الناتجة من حيث نسبة الإيثر الكلية، تم خفض درجة حرارة قاع برج التقطير تدريجيًا من 124±0.5 درجة مئوية إلى 120±0.5 درجة مئوية، مما أدى إلى زيادة كبيرة في معدل إنتاج المنتجات الناتجة عن عملية الإيثرة، حيث ارتفع من 32.29% إلى 38.22%، أي بزيادة قدرها 5.93%. وقد كان لذلك تأثير إيجابي كبير على كفاءة المنشأة. تم تصميم جهاز التثليج بحيث يكون قدرته القصوى على المعالجة 66 طنًا في الساعة، ومن خلال تحسين طريقة تشغيل الجهاز، تم رفع كمية المعالجة تدريجيًا إلى 70 طنًا في الساعة لضمان الإنتاج الطبيعي، وبذلك تحقيق أقصى فائدة من جهاز التثليج. لقد قامت الوحدة بمعالجة 1.0387 مليون طن من البنزين الخفيف، واستهلاك 76.3 ألف طن من الميثانول، وإنتاج 405.5 ألف طن من منتجات الإيثرات، مما وفر مكونات ت混合 عالية الجودة لإنتاج البنزين ذي الأوكتان العالي في الشركة. ٣. الاستفادة الكاملة من الكربون الخفيف رقم ٤ لزيادة إنتاج MTBE والأيزوأوكتان؛ حيث تعتبر وحدات إنتاج MTBE ووحدات الألكيلة جزءًا من أنظمة توازن الكربون الخفيف رقم ٤ في مصافي التكرير، وتبلغ قدرتها الإنتاجية ٦٠ ألف طن سنويًا لكل وحدة، بينما تبلغ ١١٫٣ ألف طن سنويًا لوحدة الألكيلة. يتكون جهاز إنتاج MTBE من ثلاثة أجزاء: عملية التفاعل بالإيثر، وعملية فصل المنتجات، وعملية استرداد الميثانول. المواد الخام المستخدمة هي الكربونات الخفيفة الناتجة عن أجهزة تحويل الغازات، والهدف الرئيسي من هذا الجهاز هو إنتاج MTBE ； يتكون جهاز الألكيلة من أربعة أجزاء: التفاعل، والتبريد، والتنقية، والتقطير. المادة الخام المستخدمة هي غازات MTBE الناتجة عن العمليات الصناعية، أما المنتج الرئيسي فهو زيت الألكيلة. مع التطبيق الصناعي لمحفزات جديدة في أجهزة الحفز، ارتفع محتوى الأوليفينات في البنزين المحفز بشكل كبير، كما ارتفع في نفس الوقت مستوى البروبيلين والأوليفينات رباعية الكربون في الهيدروكربونات السائلة المحفزة. تحسين مسارات تشغيل إنتاج MTBE والهدرجة الانتقائية للكربون الرابع والتأليف، لتحقيق التوازن الأمثل بين الكربون الرابع الخفيف وزيادة إنتاج MTBE والإيزوأوكتان. الجدول 6: جدول إحصائيات البيانات الرئيسية لمنشأة إنتاج MTBE
المؤشرات | قبل التطبيق | بعد التطبيق
معدل التدفق بالطن/ساعة | % الكفاءة في الإنتاج | معدل التدفق بالطن/ساعة | % الكفاءة في الإنتاج
إنتاج MTBE | 5.36 | 23.81% | 5.76 | 25.60%
يتضح من الجدول أعلاه أن نسبة إيزوبيوتيلين في الكربون الخفيف ارتفعت بمقدار 2 نقطة مئوية مقارنة بالوضع قبل التطبيق، كما ارتفعت نسبة كفاءة إنتاج MTBE من 23.81% إلى 25.60%، أي بزيادة قدرها 1.79 نقطة مئوية ； تزداد كمية إنتاج MTBE سنويًا؛ ففي عام 2014، بلغت 57.2 ألف طن، بزيادة قدرها 13.4 ألف طن مقارنة بعام 2010. بعد إجراء تحسينات تقنية على وحدة الألكلة لتشغيلها لفترات طويلة، زادت فترة التشغيل من 3 أشهر إلى أكثر من 9 أشهر. وباستخدام تشغيل مزدوج للمفاعلات، ارتفع معدل إنتاج الوحدة من 14.5 طن/ساعة إلى أكثر من 17 طن/ساعة، كما بلغ الإنتاج السنوي الأقصى للزيت الألكيلي 90133 طنًا. زاد إنتاج الأيزوأوكتان للطيران، حيث ارتفعت نسبته من 6.9% في عام 2010 إلى 13.17% في عام 2014، بزيادة قدرها 6.27 نقطة مئوية، مما أدى إلى تحقيق نتائج جيدة. 4. خطة التحسين لإنتاج البنزين “تحسين ثلاث عمليات لضمان نجاح عملية واحدة”: قامت شركة لانتشو للبتروكيماويات، من خلال التعديل المستمر لخطط معالجة البنزين، بتطوير خطة تحسين لإنتاج البنزين تُعرف بـ “تحسين ثلاث عمليات لضمان نجاح عملية واحدة”. وتتمثل هذه الخطة في: “التحسين الشامل لعمليات التكسير الحفزي وإيثرة البنزين والتألكلة (الثلاث عمليات)، وذلك لضمان تعظيم الكفاءة الإنتاجية للبنزين (العملية الواحدة)”. يوضح الشكل 2 عملية معالجة البنزين في شركة لانتشو للبتروكيماويات بعد التحسين. الشكل 2: عملية معالجة البنزين بعد تحسين خطة إنتاج البنزين النظيف
ثالثاً: الاستنتاجات
(أ) مع تطبيق تقنية التحسين المتكاملة لإنتاج البنزين المعروفة بـ "ثلاث عمليات لضمان عملية واحدة"، وصلت جودة البنزين المنتج في شركة لانتشو للبتروكيماويات إلى المعيار الوطني الرابع، مما حل مشكلة إنتاج البنزين. (ثانياً) مع تطبيق عملية التحسين في إنتاج البنزين ضمن إطار سياسة “ثلاثة تحسينات من أجل تحسين واحد”， ارتفع إنتاج الشركة من البنزين بشكل مستمر، كما ارتفعت نسبة البنزين من إجمالي النفط الخام من 19.51% في عام 2010 إلى 22.05% في عام 2014 ； شهدت نسبة البنزين عالي الأوكتان ارتفاعاً ملحوظاً؛ حيث قفزت نسبة البنزين رقم 97 من 4.1% في عام 2010 إلى 22.3% في عام 2014، محققةً نتائج جيدة. على مدار أربع سنوات، زاد الإنتاج الإجمالي من البنزين عالي الدرجة بمقدار 1.3082 مليون طن، مما أدى إلى زيادة الأرباح بمجموع 322 مليون يوان. مختارات من أوراق المؤتمر الوطني لتبادل التقنيات المتقدمة في صناعة التكرير لعام 2016، من مصفاة لانتشو للبتروكيماويات التابعة لشركة النفط الصينية