إنتاج الإيثيلين مباشرة من الميثان: اختراق جديد في صناعة البتروكيماويات

Thread Content

إنتاج الإيثيلين مباشرة من الميثان: إنجاز جديد في صناعة البتروكيماويات
وفقًا لأخبار موقع الصناعة الكيميائية 707: بعد أكثر من 30 عامًا من الجهود في مجال الكيمياء والصناعات الكيميائية، أصبح الأمر حقيقة؛ فالغاز الطبيعي، الذي يتوفر بكميات كبيرة وبسعر منخفض، يمكن تحويله مباشرة إلى الإيثيلين، وهو أحد أهم المواد الخام في صناعة البتروكيماويات في العالم. 　　مؤخرًا، أقامت شركة سيلوريا التقنية الأمريكية (المشار إليها فيما يلي باسم شركة سيلوريا) مراسم افتتاح كبيرة لمصنعها التجريبي في ولاية تكساس، لتصبح بذلك أول شركة في العالم تنجح في تحويل الغاز الطبيعي إلى إيثيلين على نطاق صناعي كبير. قد يؤدي المسار الجديد إلى تغييرات كبيرة في صناعة الإيثيلين التقليدية التي تعتمد على النفط كمادة خام. 　　«الكأس المقدسة» في عالم الكيمياء: يُعتبر الإيثيلين، كمادة خام أساسية، ذا أهمية كبيرة في صناعة البتروكيماويات، ويُعد إنتاج الإيثيلين أحد المؤشرات المهمة لقياس مستوى تطور صناعة البتروكيماويات. 　　باستثناء أمريكا الشمالية والشرق الأوسط، فإن معظم دول العالم، بما في ذلك بلادنا، تستخدم النافتا كمادة خام لإنتاج الإيثيلين عبر عملية التفكيك بالبخار. هذه الطريقة لا تتسم فقط باستهلاك كبير للطاقة وإنتاج كميات كبيرة من غازات الاحتباس الحراري وارتفاع التكاليف، بل إنها تحتاج أيضًا إلى استخدام موارد النفط الثمينة نظرًا لأن المواد الخام المستخدمة مستمدة من النفط. 　　لتقليل الاعتماد على النفط، تجري الدول أبحاثًا لإنتاج الأوليفينات من الغاز الطبيعي الذي يتكون مكونه الرئيسي من الميثان. تنقسم طرق تحويل الغاز الطبيعي إلى إيثيلين إلى طريقة مباشرة وطريقة غير مباشرة. مقارنةً بالعملية المعقدة والطويلة في الطريقة غير المباشرة، فإن الطريقة المباشرة تحتاج إلى خطوة واحدة فقط لتحويل الميثان إلى الإيثيلين، مما يمنحها قيمة اقتصادية عالية ويجعلها جذابة للغاية. 　　لكن نظرًا لأن التفاعل الانتقائي للميثان وتحويله بشكل موجه يُعدان تحديًا عالميًا، ويُعتبران “الكأس المقدسة” في عالم الكيمياء، فإن الأوساط الأكاديمية لم تتمكن من تطوير عملية صناعية قابلة للتطبيق لتحويل الميثان مباشرة إلى إيثيلين، منذ ثمانينيات القرن الماضي وحتى بداية هذا القرن. 　　مفتاح الاختراق يكمن في المحفز. في عام 2010، استخدمت شركة سيلوريا أساليب مبتكرة تعتمد على القوالب البيولوجية لتصنيع محفزات نانوية بدقة، كما استخدمت تقنيات عالية الإنتاجية لاختيار أفضل التركيبات الكيميائية من بين مجموعة كبيرة من المحفزات المحتملة، وبذلك تمكنت من تطوير محفزات قادرة على تحويل الميثان إلى إيثيلين بشكل صناعي. 　　يمكن لهذا العامل المساعد أن يحفز تحويل الميثان إلى الإيثيلين بكفاءة عالية، في درجات حرارة أقل من درجات الحرارة المستخدمة في طريقة التحلل بالبخار التقليدية، وهي 200°م إلى 300°م، وذلك تحت ضغط يتراوح بين 5 و10 أجواء. كما أن فعاليته تزيد عن فعالية العوامل المساعدة التقليدية بأكثر من 100 مرة. 　　يتكون المفاعل الذي صممته شركة سيلوريا من جزأين؛ الجزء الأول مخصص لتحويل الميثان إلى إيثيلين وإيثان، بينما الجزء الثاني مخصص لتحلل الإيثان إلى إيثيلين. والطاقة اللازمة لعملية التحلل تأتي من الحرارة الناتجة عن عملية تحويل الميثان. يسمح هذا التصميم بأن يكون المادة المستخدمة في تغذية المفاعل إما غاز الطبيعة أو الإيثان، مما يساهم في توفير الطاقة إلى أقصى حد. 　　تعزيز استراتيجيات بديلة للنفط: تتمثل المزايا التقنية لعملية تحويل الغاز الطبيعي مباشرة إلى إيثيلين، والتي طورتها شركة سيلوريا (والتي يُطلق عليها اختصارًا “الطريقة الجديدة”)، في خمسة جوانب رئيسية: فهي أقل تكلفة مقارنة بطريقة تحويل النافتا إلى إيثيلين، كما أنها تقلل من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وتساعد في توفير الطاقة، بالإضافة إلى أن لها قيمة اقتصادية عالية ； يمكن تحويل الإيثيلين إلى وقود سائل، مما يزيد من القيمة الاقتصادية للعملية بأكملها ； لا توجد متطلبات صارمة بخصوص المواد الخام؛ يمكن أن يأتي الميثان من الغاز الطبيعي أو من المواد الحيوية، أما مصدر الأكسجين فيمكن أن يكون أكسجينًا نقيًا أو هواءً غنيًا بالأكسجين أو هواءً مضغوطًا وما إلى ذلك ； يمكن الاستفادة من معدات إنتاج الإيثيلين وأجهزة إعادة التدوير الموجودة، مما يقلل تكلفة التحويل ； نظرًا لوفرة موارد الغاز الطبيعي، فإن لها قيمة استراتيجية كبيرة. 　　بالإضافة إلى تأثيره على صناعة الأوليفينات، سيؤثر المسار الجديد أيضًا على إنتاج الوقود السائل بما في ذلك البنزين والديزل ووقود الطيران. طورت شركة سيلوريا أيضًا تقنية لإنتاج الوقود السائل من الإيثيلين، مما يعني وجود طريقة إضافية لإنتاج الوقود السائل من الغاز الطبيعي. ومقارنة بالطريقة الحالية التي تعتمد على عملية التخليق الفيتولي، فإن الطريقة التي تستخدمها شركة سيلوريا لا تتطلب استخدام عملية التخليق الفيتولي المستهلكة للطاقة، مما يسمح بتوفير ما بين 25% إلى 30% في تكاليف الاستثمار. 　　سواء كان الإيثيلين أو الوقود السائل، فإنهما يُنتجان تقليديًا من النفط كمادة خام، ويمكن للطرق الجديدة أن توفر موارد النفط الثمينة وتدعم استراتيجيات استبدال النفط. 　　في يونيو 2014، أبرمت أكبر شركة للغازات والهندسة في العالم، وهي الشركة الألمانية ليند، اتفاقية تعاون مع شركة سيلوريا. ستتعاون الطرفان في المصنع التجريبي الواقع في ولاية تكساس من أجل إجراء عمليات التوسيع والاختبار النهائية لهذه التقنية. ووفقًا للاتفاقية، ستقوم الطرفان بدمج التقنيات والحلول المهنية الخاصة بهما في حزمة واحدة. وستكون مجموعة ليند مسؤولة عن منح تراخيص استخدام هذه الحزمة لصناعة البتروكيماويات، وذلك لتحديث أو توسيع المصانع الحالية لإنتاج الإيثيلين، أو إنشاء مصانع جديدة على مستوى عالمي. من المتوقع أن تبدأ عملية منح التراخيص في النصف الثاني من عام 2015. 　　في أغسطس 2014، استثمرت شركة أرامكو السعودية، وهي أحد أبرز الشركات العالمية في مجال الطاقة والكيماويات، في شركة سيلوريا، وتخطط لتطبيق هذه التقنية الجديدة في المملكة العربية السعودية أولاً. 　　سابقًا، وبسبب عدم كفاية إنتاج الإيثان في منطقة الشرق الأوسط لدعم مصانع الإيثيلين الجديدة، اضطرت المؤسسات الجديدة إلى اللجوء إلى مادة النافتا ذات التكلفة العالية. 　　وقد جاءت الخطوط الجديدة لشركة سيلوريا كمطر مُريح، مما جذب انتباه شركات البتروكيماويات في الشرق الأوسط بسرعة، وأصبحت سوقًا محتملة لها. 　　ليس في الخارج فحسب، بل لفتت الطرق الجديدة أيضًا انتباه الولايات المتحدة. في مارس 2014، تمت دعوة الرئيس التنفيذي لشركة سيلوريا لحضور “منتدى سياسات الطاقة لعام 2020” الذي يُعقد على مستوى رفيع، ولإلقاء كلمة فيه. وكانت شركته هي الشركة الوحيدة من قطاع الغاز الطبيعي التي تمت دعوتها لحضور المنتدى. بعد ذلك، تمت دعوة كبار مسؤولي شركة سيلوريا إلى البيت الأبيض لمناقشة قضايا سياسة الطاقة في الولايات المتحدة مع وزير الطاقة الأمريكي وغيره من المسؤولين. 　　لقد أدركت الولايات المتحدة بالفعل أن الطريق الجديد قد يكون له أهمية استراتيجية بالنسبة لقطاعي الطاقة والصناعة لديها، وهي تفكر في وضع سياسات لتعزيز فرص العمل والتنمية الاقتصادية. 　　الخبرات المستفادة: يعتمد مصدر الإيثيلين في بلادنا بشكل أساسي على النافتا، والتي تشكل حوالي 65% من إجمالي المواد الخام. 　　سابقًا، مع الارتفاع الكبير في أسعار النفط الخام العالمية وتفاقم التوترات بين العرض والطلب محليًا، شهد توفر مواد خام الأوليفين نقصًا، مما أعاق تطور صناعة الإيثيلين. من المتوقع أن يصل العجز في إنتاج الإيثيلين في بلادنا إلى 13.7 مليون طن في عام 2015. 　　ليس هذا فحسب، بل تواجه بلادنا مشكلة ارتفاع تكاليف إنتاج الإيثيلين وضعف القدرة التنافسية. في منطقة الشرق الأوسط، كانت تكلفة إنتاج الإيثيلين في عام 2013 حوالي 100 دولار لكل طن، بينما ظلت تكلفة إنتاج الإيثيلين في أمريكا الشمالية حوالي 300 دولار لكل طن. أما في بلادنا، فإن تكلفة إنتاج الإيثيلين تزيد عن 900 دولار لكل طن. 　　لذلك، من الضروري على بلادنا أن تجد طرقًا جديدة لإنتاج الإيثيلين. في مجال أبحاث تحويل الغاز الطبيعي إلى إيثيلين مباشرة، وضعت بلادنا أساسًا جيدًا للأبحاث، حيث تمتلك الأكاديمية الصينية للعلوم والمؤسسات البحثية في الجامعات قدرات بحثية قوية. 　　لذلك، يُوصى بأن تستفيد بلادنا من التجارب الناجحة في تطوير إنتاج الأوليفينات من الميثانول ضمن خطة التنمية للخمس سنوات الثانية عشرة، وأن تدرج أبحاث تحويل الغاز الطبيعي مباشرة إلى إيثيلين ضمن خطط التنمية للخمس سنوات الثالثة عشرة. تنظيم تعاون بين مؤسسات البحث وشركات البتروكيماويات في مجال البحث والتطوير، بهدف تحويل نتائج الأبحاث الأساسية إلى إنتاج صناعي في أسرع وقت ممكن، وحل مشكلة مصادر المواد الخام في صناعة الإيثيلين، بالإضافة إلى خفض تكاليف الإنتاج وتعزيز قدرة صناعة الإيثيلين والصناعات المرتبطة بها في بلادنا على المنافسة.