«دور التكسير الهيدروجيني في تحسين جودة وكفاءة مصانع التكرير»

Thread Content

ووفقًا لمجلة “هيدروكربون بروسيسينغ” الأمريكية، فإن عملية التحلل الهيدروجيني تُعد أهم جهاز للتحويل الكيميائي في مصانع التكرير، حيث توفر مرونة في معالجة النفط الخام، بالإضافة إلى مرونة في توزيع المنتجات. في السنوات الأخيرة، أدت عدة أنظمة إلى تحقيق مستوى عالٍ جداً من هذه المرونة. تستخدم بعض مصافي التكرير أجهزة الهدرجة والتكسير لمعالجة الزيوت الخام التي يصعب معالجتها، كما تقوم بعض المصافي بتغيير طرق عمل أجهزة الهدرجة والتكسير، سعيًا وراء فرص في سوق زيوت التشحيم الأساسية ومواد الصناعات البتروكيماوية. حققت هذه المصافي تشغيلًا متميزًا لأجهزة الهدرجة والتكسير، مما رفع من الكفاءة الاقتصادية. لا تزال شركات تكرير النفط تواجه وضعًا غير مستقر للأرباح ومستقبلاً غير مؤكد. على الرغم من انخفاض أسعار النفط حاليًا مما يتيح لمصافي التكرير تحقيق أرباح معقولة، إلا أن المنافسة في سوق المنتجات النفطية شديدة. من المتوقع أن يستمر انخفاض الطلب على المنتجات النفطية التقليدية مثل البنزين ووقود الطائرات والديزل، كما أدت بعض المصافي الجديدة ذات الكفاءة العالية في آسيا والشرق الأوسط إلى تفاقم المنافسة في السوق. اختارت بعض المصافي أساليب لتعزيز قدرتها التنافسية. توجد حاليًا بعض طرق يستخدمها مصانع التكرير لتحسين قدرتها التنافسية من خلال مرونة أجهزة الهدرجة والتكسير، ومن هذه الطرق: أولاً، معالجة مصانع التكرير للنفط الخام الثقيل والرديء ذو السعر المنخفض. أما المصانع التي تعالج النفط الخام ذو الحموضة العالية، فهي تواجه مخاطر تتعلق بموثوقية أجهزة التشغيل وحدوث توقفات غير مخطط لها، وخاصة في أجهزة التقطير تحت الضغط وفوق الضغط، لكن تم حل هذه المشاكل في الوقت الحالي. بالنسبة لمصافي التكرير التي تعالج النفط الخام الثقيل ذو الجودة المنخفضة، فإن كمية الهيدروكربونات الأروماتية الكبيرة تشكل ضغطًا كبيرًا على جودة الزيوت المستخرجة، مما يشكل تحديًا كبيرًا في إنتاج زيوت أساسية عالية الجودة للاستخدام في صناعة الزيوت المخففة. لقد أدى الجمع بين تقنية التكسير الهيدروجيني ومعالجة الزيوت المقطرة بالهيدروجين إلى ظهور عمليات تصنيع متقدمة. يمكن استخدام محفزات مصممة خصيصًا لتقليل كثافة الديزل ومحتوى المركبات الأروماتية، مما يؤدي إلى تغيير كبير في نقطة الغليان، بالإضافة إلى تحسين خصائص التدفق في درجات الحرارة المنخفضة. وبذلك، لم يعد هناك أي مشكلة في معالجة الزيوت الخام ذات المحتوى العالي من المركبات الأروماتية. بالنسبة لمصانع التكرير التي تعالج النفط الخام ذو الجودة المنخفضة والكثافة العالية، فإن كميات كبيرة من المعادن مثل الحديد والنيكل والفاناديوم والمغنيسيوم والصوديوم والكالسيوم يمكن أن تسبب مشاكل خطيرة مثل تكون الرواسب. لكن تم إحراز تقدم كبير مؤخرًا في تقنيات إزالة هذه المعادن. يمكن ضمان أداء العوامل المساعدة ذات النشاط العالي بشكل صحيح من خلال اختيار العامل المساعد المناسب واستخدام عوامل حماية له. بالنسبة لمصافي التكرير التي تعالج الخامات الثقيلة ذات محتوى النيتروجين العالي والرديئة الجودة، فإن ارتفاع محتوى النيتروجين يفرض ضغطًا كبيرًا على عوامل التحفيز المستخدمة في المعالجة المسبقة لوحدات التكسير الهيدروجيني، ويؤثر على قدرة هذه الوحدات على التشغيل. لكن، تم تطوير محفزات للمعالجة المسبقة بالهيدروجين ذات نشاط أفضل، بالإضافة إلى محفزات لعملية التكسير بالهيدروجين ذات نشاط وانتقائية أفضل. عند دمج هذين النوعين من المحفزات معًا، واستخدام المحفز المُعالَج مسبقًا لمعالجة الزيوت الخام التي يصعب معالجتها، يمكن ضمان عدم حدوث خسائر كبيرة في معدل العائد من المنتجات وفترة تشغيل الوحدة. ثانيًا: معالجة الزيوت الخام غير القياسية في وحدات التحلل الهيدروجيني. تعني معالجة الزيوت الخام غير القياسية إضافة بعض مكونات التحلل إلى زيت الغاز المخفف، وهو المادة الخام التقليدية للتحلل الهيدروجيني، مثل زيت الغاز الناتج عن التكويب المؤخر، وإزالة القار بالمذيبات، والتحلل الهيدروجيني في سرير مغلي، وكذلك التحلل الهيدروجيني في سرير معلق (في المستقبل القريب). من الصعب معالجة هذه المواد الخام (بما في ذلك زيت الغاز الثقيل المكرر وزيت إزالة الأسفلت)، نظرًا لارتفاع محتوى النيتروجين والكربون المتبقي والمعادن فيها. بعض الزيوت الخام، نظرًا لأنها خضعت لعملية التكسير، تمتلك تأثيرًا “مثبطًا”， ولذلك يصعب معالجتها. إن ظهور جيل جديد من المحفزات وخصائصها هو المفتاح لمعالجة هذه المواد بطريقة اقتصادية وفعالة، سواء في المنشآت الجديدة لعملية التكسير الهيدروجيني أو في تحسين المنشآت القائمة حاليًا. ثالثًا: تكسير الهيدروجين لإنتاج الزيوت الأساسية للتشحيم أو مواد خام للتكسير (لإنتاج الإيثيلين). على الرغم من أن الزيوت المتوسطة التقطير تُعتبر عادةً منتجات ذات قيمة عالية، إلا أن الزيوت الأساسية للتشحيم أو مواد خام التكسير هي المنتجات التي تحقق فائدة اقتصادية أكبر في بعض المناطق؛ ولهذا السبب استغلت بعض مصافي التكرير هذه الفرص السوقية. في سوق الزيوت الأساسية للتشحيم، يعود أحد الأسباب إلى التحول من منتجات الزيوت الأساسية من الفئة الأولى، التي تُنتج باستخدام تقنية التنقية بالمذيبات، إلى الزيوت الأساسية من الفئتين الثانية والثالثة، التي تُنتج باستخدام تقنيات التنقية بالإزالة الهيدروجينية أو التكسير الهيدروجيني. من المتوقع أن ينخفض الطلب على الزيوت الأساسية من الفئة الأولى بشكل كبير، خاصة في أوروبا وأمريكا الشمالية. لقد تم إغلاق بعض محطات إنتاج الزيوت الأساسية من الفئة الأولى، وكل المحطات الجديدة التي يتم بناؤها هي محطات لإنتاج الزيوت الأساسية من الفئة الثانية/الثالثة. والمهم أن الزيوت الأساسية من الفئة الثانية/الثالثة عادةً ما يتم إنتاجها من الزيوت الناتجة عن عمليات التكسير الهيدروجيني. بالطبع، يجب إنتاج الزيوت الأساسية من الفئة الثالثة باستخدام زيوت الهيدروكركنغ ذات معدل تحويل عالٍ، لأنه فقط باستخدام زيوت الهيدروكركنغ ذات المعدل التحويلي العالي يمكن الحصول على زيوت أساسية ذات مؤشر لزوجة يتراوح بين 120 و130. من المتوقع أن تأتي جميع المواد الأساسية لزيوت التشحيم في المستقبل من معدات التكسير الهيدروجيني. يتطلب الحصول على المواد الخام اللازمة لإنتاج زيوت التشحيم الأساسية فهمًا عميقًا لخصائص الزيوت غير المتحولة في قاع برج التقطير في أجهزة الهدرجة والتكسير، وخاصة مؤشر اللزوجة ومحتوى المركبات الأروماتية والكبريت والنيتروجين. إن عملية التفكيك بالهيدروجين واختيار نظام المحفزات المناسب هما العاملان الأساسيان للحصول على أعلى معدلات إنتاج ومنتجات زيت أساسي عالية الجودة. في مجال إنتاج المواد الخام لعملية التحلل، كان الإيثان لفترة طويلة أفضل مادة خام لإنتاج الإيثيلين. على الرغم من أنه لا يزال أفضل مادة خام لإنتاج الإيثيلين، إلا أنه بسبب قيود مصادره، كان لا بد من توسيع مصادر المواد الخام، وذلك باستخدام الغاز المسال والنفتا وزيت الوقود المقطر تحت الضغط بعد معالجته بالهيدروجين، ومؤخراً يتم استخدام الزيت المتبقي غير المتحول من عملية التكسير الهيدروجيني. إذا كان وزن المواد الخام أكبر، فإن معدل استخلاص الإيثيلين سينخفض، وسيزداد إنتاج المنتجات الأخرى غير المرغوب فيها. لكن، انخفضت أسعار المواد الخام. وكما هو الحال في صناعة تكرير النفط، فإن صناعة البتروكيماويات لديها أيضًا دورات اقتصادية خاصة بها. وفي الشركات المتكاملة في مجال تكرير النفط والبتروكيماويات، يكمن مفتاح النجاح على المدى الطويل في مرونة استخدام النفط الخام كمادة خام. للتكسير الهيدروجيني مزايا مهمة هنا. نظرًا لأن الهيدروجين يتم إضافته بشكل انتقائي إلى المنتجات غير المتحولة، فقد يؤدي ذلك أيضًا إلى خسارة جزئية في معدل الإنتاج. لكن، كلما زاد محتوى الهيدروجين، ارتفع عائد الإيثيلين الناتج عن التحلل، وهنا تكمن قيمة هذا المادة الخام. تم تصميم العديد من أجهزة التفكيك الحديثة لتكون قادرة على معالجة مجموعة متنوعة من المواد الخام، بدءًا من الإيثان وصولاً إلى النافتا وزيوت التفكيك الهيدروجيني. يوضح التكامل بين جهاز التكسير الهيدروجيني في مصفاة شل بيرنيس وجهاز التكسير في مصفاة مورديك البتروكيماوية القريبة هذه الفكرة. عند اقتراب نهاية دورة تشغيل وحدة التحلل الهيدروجيني في عام 2013، خلص خبراء التقنية في الوحدة إلى أن استبدال المحفز الجديد للتحلل الهيدروجيني من شأنه أن يساهم في زيادة عائدات الزيوت المتوسطة ذات القيمة العالية. لكن، أي تغيير من هذا القبيل سيكون له تأثير سلبي على مصفاة مورديك البتروكيماوية الواقعة في المنطقة المجاورة، لأن المصفاة تستخدم أيضًا الزيوت الناتجة عن عملية التحلل الهيدروجيني كمادة خام في أجهزة التكسير. إذا أدى المحفز الجديد إلى انخفاض محتوى الهيدروجين في الزيت المتبقي من عملية الهيدروكراكينج، فإن ذلك سيؤثر سلباً على معدل إنتاج الإيثيلين في وحدة التكسير أو على دورة تشغيل فرن التكسير. ويأمل الخبراء الفنيون أن يحافظ المحفز الجديد المستبدل على جودة الزيت المتبقي من الهيدروكراكينج دون تغيير، وأن يزيد في الوقت نفسه من معدل إنتاج الزيوت المتوسطة القطرات. هذا النوع من الشركات المتكاملة **يزيد من تعقيد عملية استبدال الحفازات، والحل النهائي هو رفع قيمة التكامل داخل الشركة، بحيث تحصل مصانع التكرير والبتروكيماويات على أرباح أكبر.** أظهر تقييم فريق المشروع بعد استخدام محفز جديد أن الأرباح الإجمالية للشركة ارتفعت بمقدار 5 ملايين دولار سنويًا. رابعًا: الخطط المتكاملة لإنتاج مواد الأساس لعملية التحلل أو زيوت التشحيم من خلال عملية الهدرجة والتكسير. في الوقت الحالي، هناك أربع تقنيات يمكن استخدامها لإنتاج مواد الأساس لعملية التحلل أو زيوت التشحيم باستغلال مرونة أجهزة الهدرجة والتكسير، وذلك لزيادة أرباح المصنع. أولى هذه التقنيات هي استخدام عملية التقطير تحت فراغ عالٍ مع عملية الهدرجة والتكسير. يتم تحقيق أقصى استخلاص لزيت الغاز تحت ضغط منخفض من خلال التقطير تحت الضغط المنخفض، مما يسمح بتوفير كميات أكبر من الزيت الخام لعملية التكسير الهيدروجيني، كما يقلل من حجم معدات معالجة الزيت الثقيل وبالتالي يقلل من التكاليف الاستثمارية. أثبتت التجربة أن أحدث جيل من تقنيات التقطير تحت الضغط المنخفض، وهي تقنية التقطير تحت فراغ عالٍ، يمكنها إنتاج كميات كبيرة من زيت الغاز المقطر تحت الضغط المنخفض، كما أنها تحافظ على مستويات المعادن الثقيلة (مثل النيكل والفاناديوم) والكربون المتبقي ومركبات الأسفلت من النوع C7 (وهي الأهم) ضمن النطاق المقبول في أجهزة التكسير الهيدروجيني. تُظهر البيانات أن معدل استخلاص زيت الغاز بعد تحسين جهاز التقطير تحت فراغ عالٍ قد ارتفع بنحو 2%، كما ساعد ذلك في إطالة فترة تشغيل الجهاز من 3 سنوات إلى 4 سنوات. الاستثمار اللازم للتحويل ليس مرتفعًا، وفترة استرداد الاستثمار أقل من عام. بالإضافة إلى ذلك، لا يوجد الكثير مما يحتاج إلى تعديل؛ فالأمر يتعلق بشكل أساسي بتركيب موزعات رش جديدة، ومواد تعبئة جديدة لطبقة التنظيف، بالإضافة إلى ألواح جديدة لبرج الستريبينغ. ولا يستغرق عملية التعديل وقتًا طويلاً، حيث يمكن إنجازها خلال فترات الصيانة الدورية العادية في المصفاة. الثاني هو تركيب التكويك المؤخر - التكسير الهيدروجيني. يُعتقد عمومًا أن التكرير المتأخر هو أكثر تقنيات معالجة النفط الثقيل فعالية، لكن غازات التكرير الثقيل قد تؤثر على عملية المعالجة في المنشآت اللاحقة. يُعتقد أن معالجة زيت الغاز الثقيل المتكربن الناتج عن أجهزة التحلل بالهيدروجين مع زيت الغاز المخفض الضغط، قد يؤثر على المواد الخام المستخدمة في إنتاج زيوت التشحيم. في الواقع، يمكن لأحدث تقنيات التكسير الهيدروجيني أن تُستخدم لمعالجة زيت الغاز الثقيل الناتج عن عملية الكوكينج مع زيت الغاز المخفض الضغط، مما يسمح بإنتاج وقود نظيف عالي الجودة أو مواد خام لصناعة الزيوت المستخدمة في التشحيم. يعتبر مزيج التكرير المتأخر والتكسير الهيدروجيني مزيجًا فعالًا للغاية، حيث يمكنه تجنب إنتاج الوقود النفطي، كما يوفر مرونة لمصانع التكرير في معالجة النفط الخام. نظرًا لقدرة أجهزة التكسير الهيدروجيني على معالجة المواد الخام ذات المحتوى العالي من النيتروجين والأروماتيكات، والتي تنتجها المصافي عند تغيير نوع النفط الخام، فإن أجهزة الكوكينغ المؤجلة قادرة على معالجة الزيوت الثقيلة التي يصعب معالجتها للغاية. الثالث هو مزيج التنقية بالمذيبات والتكسير الهيدروجيني. يعتبر الجمع بين عملية إزالة القطران بواسطة المذيبات وعملية التحلل الهيدروجيني لزيت القطران أقل خطة استثمارًا من بين خطط تحويل الزيت الخام، خاصة مقارنةً بعملية التحلل الهيدروجيني المباشر للزيت الخام. نظرًا لارتفاع محتوى المعادن والكربون المتبقي، فإن الممارسة التقليدية هي إجراء التكسير الحفزي للزيت المنزوع القار. يحتوي زيت الغاز المخفض الضغط على معادن بنسبة تتراوح بين 1 إلى 2 جزء في المليون، كما أن نسبة الكربون المتبقي تكون بين 0.5 إلى 1.0% من الوزن. أما زيت إزالة الأسفلت، فهو يحتوي عادةً على معادن بنسبة تتراوح بين 15 إلى 30 جزء في المليون، بينما تكون نسبة الكربون المتبقي بين 6 إلى 10% من الوزن. من السهل التعامل مع هذه الشوائب باستخدام نظام محفزات مصمم بشكل جيد، إلى جانب محفزات المعالجة المسبقة والتكسير. زيت إزالة القار هو مادة خام نسبياً “نقية” للتكسير الهيدروجيني؛ ومقارنةً بزيت الغاز المُخفف، فإن محتواه من المواد القارية من النوع C7 منخفض للغاية. تُظهر البيانات الصناعية أن محتوى المواد القارة من نوع C7 في زيت إزالة القطران يبلغ 10 جزء في المليون فقط، بينما يصل محتوى هذه المواد في زيت الغاز المخفض الضغط إلى 700 جزء في المليون. المفتاح هو وجود فهم جيد للمحفزات المستخدمة في عملية إزالة القطران من الزيت. مقارنةً بإزالة المعادن من النفط الخام تحت الضغط الجوي، فإن إزالة المعادن من النفط المستخلص عبر عملية إزالة القطران تتم بسرعة وسهولة. يجب أن تكون ظروف التفاعل المخطط لها هي إزالة المعادن ببطء، وذلك لتحقيق أقصى قدر ممكن من ترسب المعادن على الحفاز. يعتبر اختيار العوامل المساعدة أمرًا مهمًا أيضًا، سواء كان ذلك بالنسبة للعوامل المساعدة المستخدمة في المعالجة المسبقة أو تلك المستخدمة في عملية التكسير، وذلك لأنه يجب تحقيق توازن بين القدرة على الاختيار والنشاط، بحيث يتناسب ذلك مع خصائص الزيت المستخلص من القطران، بما في ذلك التكيف مع الجزيئات الهيدروكربونية الكبيرة الموجودة فيه. يمكن الحصول على زيت مُنزع القطران بمعدلات عالية وبكميات قليلة جدًا من الشوائب، باستخدام أجهزة متقدمة لإزالة القطران. للشوائب تأثيرات مختلفة بشكل واضح على أداء أجهزة التكسير الهيدروجيني، وأكبر تأثير لها هو شوائب القطران من النوع C7، يليها المعادن والكربون المتبقي والنيتروجين، بينما أقل تأثير لها هو الكبريت. الرابع هو مزيج التكسير بالهيدروجين وإزالة الشمع بالتحويل الهيدروجيني. يتحول عملية إنتاج الزيت الأساسي للزيوت المخففة بسرعة من التكرير بالمذيبات إلى الإزالة الهيدروجينية للشمع. تحسن جودة الزيوت الأساسية لا يعتمد على استخدام نفط خام معين؛ فزيادة عائد الزيوت الأساسية يسهل أيضًا إنتاج الزيوت الأساسية من الفئة الثالثة عالية الجودة التي يتطلبها السوق. إن الجمع بين عملية التكسير الهيدروجيني وعملية إزالة الكبريت يتوافق مع الاستراتيجيات المستخدمة في مصافي التكرير لمعالجة النفط الخام الصعب المعالجة، ويُعد التكسير الهيدروجيني أداة أساسية وفعالة لتحقيق ذلك. عادةً ما يُدخل الخليط النموذجي من الزيت الثقيل عند الضغط الجوي إلى وحدة التقطير تحت فراغ عالي، حيث يتم الحصول على أكبر كمية ممكنة من زيت الوقود المخفض الضغط، وهو مادة خام للتكسير الهيدروجيني، عن طريق التبخر السريع العميق. يمكن ضبط معدل التحويل في الهيدروكراكينج بعناية لتحقيق التوازن بين جودة المنتج والعائد، ويمكن لوحدة إزالة الشمع التحولية/المعالجة بالهيدروجين إنتاج منتجات زيوت أساسية من الفئة الثانية أو الثالثة حسب الرغبة. إذا كان هناك طلب كافٍ على الزيت الأساسي ذو الكثافة العالية والبالغة 500 نيوتن، فيمكن إضافة زيت التنقية إليه (وهذه هي الطريقة التي تستخدمها شركة هيونداي للبترول في كوريا). يمكن أيضًا إنتاج زيوت التلميع من الفئة الثانية باستخدام طريقة معالجة الزيوت المنزوعة القطران. لا يوجد هذا المنتج في السوق حاليًا، ولكن نظرًا لإغلاق المزيد من مصانع إنتاج الزيوت الأساسية من الفئة الأولى وعدم توافر زيوت التلميع التقليدية، فسوف يكون هناك طلب على هذا المنتج.