تطور تقنية الألكيلة وأحدث التقدمات في عام 2016

Thread Content

تطور تقنية الألكيلة وأحدث التقدمات في عام 2016، 8 أبريل 2016. تتم عملية الألكيلة بواسطة محفزات، حيث يتفاعل الإيزوبيوتان الموجود في الغازات المسالة في المصافي مع الأوليفينات لإنتاج مكونات يمكن استخدامها في تحضير البنزين، ألا وهو الزيت المألكل. نظرًا لارتفاع قيمة الأوكتان في الزيوت المُعالجة بالألكيلات، وانخفاض ضغط البخار لديها، بالإضافة إلى عدم احتوائها على الأوليفينات والكبريت، فإنها تُعد مكونًا مثاليًا لتحضير البنزين. لذلك، أصبحت تقنية الألكيلة تحظى باهتمام متزايد من قبل شركات التكرير في السنوات الأخيرة. من ناحية عمليات الإنتاج، فإن الطرق الرئيسية المستخدمة حاليًا لإنتاج زيوت الألكيلة على نطاق واسع هي طريقة كبريتات الهيدروجين وطريقة حمض الهيدروفلوريك. وعلى الرغم من أن كلا الطريقتين توفران معدلات إنتاج عالية ودقة في الاختيار، إلا أن طريقة كبريتات الهيدروجين تؤدي إلى إنتاج كميات كبيرة من الأحماض الضارة، مما يسبب تلوثًا بيئيًا خطيرًا ； حمض الهيدروفلوريك هو مادة كيميائية سامة شديدة القابلية للتبخر، وأي تسرب منه يمكن أن يسبب ضررًا بالغًا للبيئة والنظم البيئية المحيطة بها. بالإضافة إلى ذلك، تواجه كلا العمليتين مشاكل مثل تآكل المعدات الإنتاجية. للتغلب على العيوب الكبيرة المتمثلة في قوة تآكل الأحماض السائلة والخطر الذي تشكله على الصحة البشرية، فقد استمرت الدول المختلفة في تحسين التقنيات التقليدية المستخدمة حاليًا، كما بذلت جهودًا لتطوير جيل جديد من محفزات الألكيلة باستخدام الأحماض الصلبة، بهدف استبدال تقنيات الألكيلة باستخدام الأحماض السائلة الحالية. تقنيات ألكيلة الأحماض السائلة التقليدية: لا يزال استخدام طريقتي الكبريتيك وحمض الهيدروفلوريك التقليديتين في عملية الألكيلة هو الأسلوب السائد في إنتاج الزيوت المألكلة حاليًا. ووفقًا للإحصائيات، يوجد حاليًا في العالم أكثر من 110 وحدات لعملية الألكيلة باستخدام حمض الكبريتيك، بينما يوجد حوالي 120 وحدة لعملية الألكيلة باستخدام حمض الهيدروفلوريك. على الرغم من أن العمليات الخاصة بتفاعل حمض الهيدروفلوريك مع المركبات الألكيلية لحمض الكبريتيك تختلف قليلاً، إلا أن آليات التفاعل في كلا الإجراءين متشابهة للغاية. في ستينيات القرن العشرين، كان عدد أجهزة الألكيلة التي تستخدم حمض الكبريتيك كمحفز ثلاثة أضعاف عدد أجهزة التي تستخدم حمض الهيدروفلوريك كمحفز. منذ ذلك الحين، تحول اتجاه تقنية الألكيلة نحو استخدام حمض الهيدروفلوريك، ثم عاد مرة أخرى إلى استخدام حمض الكبريتيك. تطورت العمليتان من خلال المنافسة المستمرة على مدى سنوات، فأخذت كل منهما خصائصها الخاصة. ١) تقنية ألكيلة حمض الهيدروفلوريك: تُستخدم تقنية ألكيلة حمض الهيدروفلوريك منذ أكثر من ٦٠ عامًا، وخلال هذه الفترة استمر تطوير هذه التقنية وتحسينها باستمرار. تتميز عملية الألكيلة بحمض الهيدروفلوريك مقارنة بعملية الألكيلة بحمض الكبريتيك باستخدام مساحة أقل، وتصميم أبسط، بالإضافة إلى استهلاك كمية أقل من العوامل المساعدة. لكن له أيضًا عيوب، وأكثر هذه العيوب شيوعًا هو أن تكلفة فصل الإيزوبيوتان والبروبان وحمض الهيدروفلوريك والمركبات الفلورية أعلى من تكلفة تقنية التفاعل الألكيلي بالكبريتيك (باستثناء عملية استخدام مفاعلين متسلسلين في تقنية UOP). بالإضافة إلى ذلك، يوجد مشكلة أخرى خطيرة في هذه التقنية، وهي انتشار حمض الهيدروفلوريك كغاز سام في الغلاف الجوي. فعندما تكون تركيزات غاز حمض الهيدروفلوريك منخفضة، فإنه يمكن أن يسبب تهيجًا في العيون والجلد والأنف ； يمكن أن يشكل خطرًا على الحياة عندما تكون التركيزات مرتفعة. مالكو براءات اختراع عملية الألكيلة بحمض الهيدروفلوريك: UOP وPHILLIPS (شركة كونوكوفيلبس). أكبر مشاكل استخدام حمض الهيدروفلوريك في هذه العملية هي قابليته للتبخر، وخصائصه التآكلية والسامة، ولذلك فقد حظرت الإدارة الأمريكية لحماية البيئة استخدامه. ونتيجة لذلك، لم تعد المنشآت الجديدة لعملية الألكيلة تستخدم طريقة حمض الهيدروفلوريك منذ حوالي 20 عامًا. ٢) تقنية الألكيلة بحمض الكبريتيك: على الرغم من وجود مشاكل في تقنية الألكيلة بحمض الكبريتيك مثل التخلص من الحمض الزائد وتآكل المعدات، إلا أن إنتاج الزيوت المألكلة يحظى باهتمام متزايد، لذلك يتم تحسين هذه التقنية باستمرار، بالإضافة إلى تطوير تقنيات جديدة. تشمل الشركات الرائدة حاليًا في مجال براءات اختراع عملية الألكيلة باستخدام حمض الكبريتيك شركتي دوبونت ولوموس، حيث تتصدر شركة دوبونت المرتبة الأولى عالميًا من حيث قدرتها على إجراء عملية الألكيلة باستخدام هذه التقنية. تمتلك دوبونت تقنية الألكيلة باستخدام حمض الكبريتيك (STRATCO) بالإضافة إلى تقنية إعادة تدوير الحمض المستعمل (MECS)، وتشكل حصتها في سوق الألكيلة باستخدام حمض الكبريتيك العالمي نحو 80%. من الأمثلة على استخدام تقنية دوبونت في الصين، مصفاة هويتشو التابعة لشركة CNOOC (بطاقة إنتاج 160 ألف طن سنويًا، بدأت العمل في عام 2009). كما يوجد ثلاث وحدات أخرى في الصين من المخطط أن تبدأ العمل في عام 2016. لقد تم استخدام تقنية CDAlky الخاصة بتحويل الكبريتات إلى منتجات أخرى على نطاق واسع في الصين في السنوات الأخيرة، ومن بين المنشآت التي بدأت استخدام هذه التقنية أو ستبدأ استخدامها قريبًا: شركة شاندونغ شينتشي (200 ألف طن سنويًا، بدأت العمل في مايو 2013)، وشركة شاندونغ هاييويه (600 ألف طن سنويًا، بدأت العمل في يوليو 2014)، وشركة قوانغشي تشينزهو تيانهينغ للبتروكيماويات (200 ألف طن سنويًا، بدأت العمل في أبريل 2014)، وشركة يونتيانهوا (240 ألف طن سنويًا، بدأت العمل في عام 2016). نظرًا لأن أكبر مشكلة في عملية الألكيلة بالكبريتيك هي معالجة الحمض الناتج، فإنه من الضروري توفير جهاز لإعادة تدوير الحمض الناتج بالتزامن مع معدات الألكيلة، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في تكاليف الاستثمار وتكاليف التشغيل مقارنة بعملية الألكيلة باستخدام حمض الهيدروفلوريك. تقنيات الألكيلة البديلة: على الرغم من أن الباحثين يواصلون تحسين عمليات الألكيلة باستخدام حمض الهيدروفلوريك وحمض الكبريتيك، إلا أنهم لم يتمكنوا أبدًا من حل المشاكل الأساسية المرتبطة بهذه العمليات، مثل ارتفاع تكاليف البناء، واستهلاك كميات كبيرة من الأحماض، وقوة التآكل العالية، بالإضافة إلى خطر التسبب في تلوث البيئة. لذلك، يتم بذل جهود حثيثة على المستوى المحلي والدولي لتطوير تقنيات بديلة نظيفة وآمنة لعملية الألكيلة، ومن بين هذه التقنيات، كان التقدم المحرز في تقنية الألكيلة باستخدام الأحماض الصلبة وتقنية الألكيلة باستخدام السوائل الأيونية هو الأكثر وضوحًا. ١) تقنية ألكيلة الأحماض الصلبة: على الرغم من أن تقنية ألكيلة الأحماض السائلة التقليدية أصبحت متطورة للغاية، إلا أن تأثيراتها على السلامة والبيئة دفعت إلى تطوير تقنيات أكثر أمانًا وصديقة للبيئة. مقارنةً بتقنية الأحماض السائلة، فإن ظروف تفاعل ألكيلة الأحماض الصلبة أكثر ملاءمة، كما أن إعادة تدويرها سهلة. وبعد حل مشكلة تراكب الأوليفينات في عملية ألكيلة الأحماض الصلبة، يمكن لخصائص البنزين المُنتج باستخدام الأحماض الصلبة أن تكون مماثلة لخصائص البنزين المُنتج باستخدام الأحماض السائلة ； في الوقت نفسه، لا يمتلك الأحماض الصلبة خصائص التآكل والمخاطر المحتملة التي تمتلكها الأحماض السائلة، كما أنه لا توجد متطلبات خاصة بشأن نوع المواد المستخدمة في صناعة المعدات، وبالتالي فإن سلامة العملية مرتفعة ； لا توجد مشاكل سلبية ناتجة عن معالجة الأحماض الزائدة من الناحية البيئية، ولذلك تعمل العديد من الشركات النفطية الكبرى والمؤسسات البحثية في العالم على تطوير محفزات صلبة. من بين التقنيات المعروفة، هناك تقنية AlkyClean التابعة لشركة LUMMUS، وتقنيات Alkylene وInalk التابعة لشركة UOP، بالإضافة إلى تقنية FBA التابعة لشركة TOPSOE. كما طورت المؤسسات البحثية في الصين محفزات حمضية صلبة قائمة على المركبات الألكيلية والتقنيات المرتبطة بها، وقد تم إجراء تجارب صناعية في مصانع شانغهاي جاوكياو للبتروكيماويات ومصانع بكين يانشان للبتروكيماويات خلال العامين الماضيين. وقد تمت الموافقة على هذه التقنية من قبل الهيئات الصينية المختصة بالبتروكيماويات. يوجد جهاز تجريبي لعملية AlkyClean الخاصة بشركة رومس في مصفاة فورتوم في فنلندا. في فبراير 2015، بدأ تشغيل أول مجمع لتحويل الأحماض الصلبة بطاقة 100 ألف طن سنويًا التابع لشركة رومز، وذلك في مجموعة هويفنغ للبتروكيماويات في مدينة زيبو بمقاطعة شاندونغ. على الرغم من التقدم المحرز في تقنية ألكيلة الأحماض الصلبة، إلا أنه لا يزال هناك عوائق تحول دون استبدال تقنية الأحماض الصلبة بشكل كامل بتقنية الأحماض السائلة التقليدية. ومن بين هذه العوائق، يُعد مشكلة تعطل العوامل المساعدة أو إعادة تنشيطها أكبر عائق يصعب التغلب عليه. كما يلزم أيضًا حل مجموعة من المشكلات مثل قابلية المواد الخام للاستخدام، وكفاءة تشغيل الأجهزة، والنشاط التفاعلي العالي والانتقائية لمحفزات الأحماض الصلبة. 2) تقنية ألكيلة السوائل الأيونية: لقد حظيت السوائل الأيونية باهتمام واسع في السنوات الأخيرة، وذلك بفضل امتلاكها في نفس الوقت مواقع نشاط كيميائي عالية الكثافة مثل الأحماض السائلة، بالإضافة إلى خصائص الأحماض الصلبة المتمثلة في عدم قابليتها للتبخر. في الماضي، كان ضعف القدرة على الاختيار وانخفاض الإنتاج يحدان من استخدام محفزات السوائل الأيونية في إنتاج الزيوت المُعالجة بالألكيلات. في الآونة الأخيرة، هناك العديد من الأبحاث التي تركز على تقنية ألكيلة السوائل الأيونية. قامت شركات ومؤسسات مثل شيفرون وشل وجامعة البترول الصينية بأبحاث كثيرة في هذا المجال. في تقنية ألكيلة السوائل الأيونية، يتم استخدام السوائل الأيونية كمذيب ومحفز، وقد أظهرت هذه التقنية أداءً محفزيًا أفضل من حمض الكبريتيك وحمض الهيدروفلوريك. أظهرت محفزات السوائل الأيونية المركبة التي تم تطويرها في السنوات الأخيرة إمكانات هائلة في عمليات الألكيلة. تُعد شركة البترول الصينية هي الشركة الوحيدة حاليًا التي تطبق تقنية ألكيلة السوائل الأيونية على نطاق صناعي، وقد تم تطوير هذه التقنية في المختبر المتخصص في الزيوت الثقيلة التابع لجامعة البترول الصينية. وفي 29 سبتمبر 2013، بدأ تشغيل مصنع لإنتاج السوائل الأيونية المستخدمة في عملية ألكيلة الكربونات رباعية الحلقات بطاقة 120 ألف طن سنويًا، وذلك في شركة شاندونغ دييانغ للكيماويات المحدودة. لقد ساهم التطبيق الناجح لتقنية ألكيلة السوائل الأيونية في التغلب على العديد من عيوب عمليات الألكيلة باستخدام حمض الكبريتيك المركز وحمض الهيدروفلوريك التقليدية، مما وفر حلاً جديداً لتنقية البنزين التجاري وتحسين جودته بشكل شامل. (مصدر المقال: أخبار صناعة النفط والبتروكيماويات)