«نقش فرآیند هیدروکراکینگ در بهبود کیفیت و افزایش بازدهی کارخانه‌های پالایش»

Thread Content

بنا بر گزارش مجله آمریکایی «Hydrocarbon Processing»، هیدروکراکینگ مهم‌ترین دستگاه تبدیل کاتالیتیک در پالایشگاه‌ها است؛ این دستگاه هم امکان تغییر در نحوه پردازش نفت خام را فراهم می‌کند و هم امکان تنوع‌بخشی به محصولات تولید شده را. در چند سال اخیر، چندین دستگاه باعث شده‌اند که این انعطاف‌پذیری به سطح بسیار بالایی برسد. برخی از کارخانه‌های تصفیه نفت، از دستگاه‌های هیدروکراکینگ برای پردازش نفت خام‌هایی که پردازش آن‌ها دشوار است، استفاده می‌کنند؛ همچنین برخی دیگر از این کارخانه‌ها، روش‌های پردازش در دستگاه‌های هیدروکراکینگ خود را تغییر داده و به دنبال فرصت‌هایی در بازار روغن‌های پایه برای روغن‌های لغزشی و مواد خام صنایع پتروشیمی هستند. این پالایشگاه‌ها با فعال‌سازی متفاوت دستگاه‌های هیدروکراکینگ، بهبودی در بازده اقتصادی خود داشته‌اند. شرکت‌های پالایش نفت همچنان با وضعیت ناپایدار سودآوری و آینده‌ای نامشخص روبرو هستند. اگرچه در حال حاضر قیمت نفت پایین است و کارخانه‌های تقطیر می‌توانند سود مناسبی کسب کنند، اما رقابت در بازار فرآورده‌های نفتی بسیار شدید است. پیش‌بینی می‌شود که تقاضا برای محصولات سنتی نفتی مانند بنزین، سوخت جت و دیزل همچنان کاهش یابد؛ همچنین، کارخانه‌های تصفیه نفت جدید و با کارایی بالا در آسیا و خاورمیانه، رقابت در بازار را شدیدتر کرده‌اند. برخی از کارخانه‌های تصفیه نفت، روش‌هایی برای افزایش قدرت رقابتی خود انتخاب کرده‌اند. در حال حاضر، برخی از کارخانه‌های پالایش نفت از انعطاف‌پذیری تجهیزات هیدروکراکینگ برای افزایش رقابت‌پذیری خود استفاده می‌کنند؛ روش‌های مورد استفاده عبارتند از: ۱. پالایش نفت خام گران‌قیمت و با کیفیت پایین. کارخانه‌هایی که نفت خام با میزان اسید بالا را پالایش می‌کنند، با مشکلاتی مانند عدم قابلیت اطمینان عملکرد تجهیزات و خطر توقف غیربرنامه‌ریزی‌شده روبرو هستند؛ اما این مشکلات در حال حاضر برطرف شده‌اند. برای پالایشگاه‌هایی که نفت خام با کیفیت پایین و با چگالی بالا را فرآوری می‌کنند، مقدار زیاد آروماتیک‌ها باعث می‌شود کیفیت روغن‌های تولید شده تحت فشار زیادی قرار گیرد و تولید روغن‌های پایه با کیفیت بالا برای روغن‌های لغزشی، چالش بزرگی به همراه داشته باشد. ترکیب فرآیند هیدروکراکینگ با فرآیند هیدروژناسیون روغن‌های فراوری‌شده، منجر به پدیدار شدن فرآیندهای پیشرفته‌ای شده است. کاتالیست‌های به‌طور ویژه طراحی‌شده می‌توانند برای کاهش چگالی دیزل و میزان آروماتیک‌ها استفاده شوند؛ این امر باعث تغییر قابل توجه در نقطه جوش و بهبود ویژگی‌های جریان در دمای پایین می‌شود. بنابراین، پردازش نفت خام حاوی مقدار زیاد آروماتیک‌ها دیگر مشکل‌ساز نیست. در کارخانه‌های تقطیری که نفت خام فلزی با کیفیت پایین و چگال را پردازش می‌کنند، مقادیر زیادی از فلزاتی مانند آهن، نیکل، وانادیوم، منیزیم، سدیم و کلسیم می‌تواند باعث بروز مشکلات جدی مانند تشکیل کک شود؛ اما اخیراً پیشرفت‌های قابل توجهی در زمینه فناوری‌های حذف فلزات حاصل شده است. انتخاب کاتالیزور مناسب و استفاده از کاتالیزورهای محافظ، می‌تواند عملکرد صحیح کاتالیزورهای با فعالیت بالا را تضمین کند. برای پالایشگاه‌هایی که نفت خام با کیفیت پایین، با چگالی بالا و محتوای نیتروژن زیاد را پردازش می‌کنند، میزان بالای نیتروژن فشار زیادی بر کاتالیست‌های مورد استفاده در فرآیندهای پیش‌پردازش در دستگاه‌های هیدروکراکینگ وارد می‌کند و بر توانایی پردازشی این دستگاه‌ها نیز تأثیر می‌گذارد. اما، کاتالیست‌های پیش‌پردازش هیدروژناسیون با فعالیت بهتر و کاتالیست‌های هیدروکراکینگ با فعالیت و انتخاب‌پذیری بالاتر، با موفقیت توسعه یافته‌اند. ترکیب این دو کاتالیزور، همراه با استفاده از کاتالیزور پیش‌پردازش برای فرآوری نفت خام سخت‌فرآوری، می‌تواند باعث شود که بازده محصول و دوره عملکرد تجهیزات دچار کاهش چندانی نشود. دوم، تجهیزات هیدروکراکینگ برای فرآوری نفت خام غیراستاندارد: فرآوری نفت خام غیراستاندارد به معنای افزودن برخی اجزای کراکینگ، مانند نفت گازی تولید شده از روش‌های کورک‌زدایی به تأخیر، جداسازی آسفالت با حلال، هیدروکراکینگ در تخت جوشان و (در آینده نزدیک) هیدروکراکینگ در تخت معلق، به نفت گازی استفاده شده در روش‌های هیدروکراکینگ سنتی است. این مواد خام (از جمله نفت گازی سنگین کک‌شده و نفت آسفالت‌زدایی‌شده) به دلیل محتوای بالای نیتروژن، کربن باقی‌مانده کندال و فلزات، پردازش آن‌ها بسیار دشوار است. برخی از روغن‌های خام، به دلیل اینکه قبلاً تحت فرآیند شکستن قرار گرفته‌اند، دارای اثر «مهارکننده» هستند و بنابراین پردازش آن‌ها دشوارتر است. ظهور و عملکرد کاتالیست‌های نسل جدید، کلید موفقیت در فرآوری اقتصادی و کارآمد این مواد خام است؛ چه در تأسیسات هیدروکراکینگ جدید و چه در بازسازی تأسیسات موجود. سوم، فرآیند هیدروکراکینگ برای تولید روغن پایه لوبیک یا مواد اولیه برای فرآیند کراکینگ (برای تولید اتیلن). اگرچه روغن‌های با درجه حرارت متوسط معمولاً محصولاتی با ارزش بالاتری هستند، اما در برخی مناطق، محصولاتی که از نظر اقتصادی سودآورتر هستند، روغن‌های پایه لوبیک یا مواد اولیه برای فرآیند کراکینگ می‌باشند؛ بنابراین برخی از کارخانه‌های تصفیه نفت از این فرصت‌های بازاری استفاده کرده‌اند. در زمینه بازار روغن‌های پایه روانکننده، یکی از دلایل، تغییر محصولات روغن‌های پایه نوع I که با استفاده از فناوری تصفیه با حلال تولید می‌شوند، به روغن‌های پایه نوع II/III است که با استفاده از فناوری تصفیه پس از هیدروژناسیون و ایزومریزاسیون تولید می‌گردند. پیش‌بینی می‌شود که تقاضا برای روغن‌های پایه نوع I به طور چشمگیری کاهش یابد، به‌ویژه در اروپا و آمریکای شمالی؛ برخی از تأسیسات تولید روغن‌های پایه نوع I نیز تعطیل شده‌اند. تمام تأسیسات جدید، مربوط به تولید روغن‌های پایه نوع II/III هستند. نکته مهم این است که روغن‌های پایه نوع II/III معمولاً از روغن‌های باقی‌مانده از تأسیسات هیدروکراکینگ تولید می‌شوند. البته، روغن‌های پایه نوع III باید از طریق استفاده از فرآورده‌های حاصل از هیدروکراکینگ با نرخ تبدیل بالا تولید شوند؛ زیرا تنها با استفاده از چنین فرآورده‌هایی می‌توان روغن‌های پایه با شاخص چسبندگی بالا، در محدوده ۱۲۰ تا ۱۳۰، به دست آورد. پیش‌بینی می‌شود که در آینده، تمام روغن‌های پایه مورد استفاده در روغن‌های لغزشی، از طریق واحدهای هیدروکراکینگ تأمین شوند. برای مواد اولیه تولید روغن‌های پایه روانکن، نیاز به درک عمیق ویژگی‌های روغن‌های تبدیل‌نشده در پای برج تقطیر در واحدهای هیدروکراکینگ وجود دارد؛ به‌ویژه شاخص چسبندگی و میزان آروماتیک‌ها، گوگرد و نیتروژن. فرآیند عملیاتی دستگاه‌های هیدروکراکینگ و انتخاب صحیح سیستم کاتالیزور، کلید به دست آوردن بالاترین بازده و محصولات روغن پایه با کیفیت بالا است. در زمینه تولید مواد اولیه برای فرآیند پلاسما، مدت‌هاست که بهترین ماده اولیه برای تولید اتیلن، اتان بوده است. اگرچه همچنان بهترین ماده خام برای تولید اتیلن است، اما به دلیل محدودیت‌های مربوط به منابع آن، لازم است منابع ماده خام گسترش یابد؛ از گاز مایع، نفت سفید، نفت گازی کاهش فشار پس از فرآیند هیدروژناسیون، و اخیراً از روغن‌های باقی‌مانده پس از فرآیند هیدروکراکینگ استفاده می‌شود. اگر وزن مواد اولیه بیشتر باشد، بازدهی اتیلن کاهش می‌یابد و محصولات دیگر ناخواسته افزایش می‌یابند. اما، قیمت مواد اولیه کاهش یافته است. همانند صنعت پالایش نفت، صنعت شیمیایی نفت نیز دارای چرخه‌های رونق اقتصادی خاص خود است؛ در شرکت‌های یکپارچه پالایش/شیمیایی، کلید موفقیت بلندمدت، انعطاف‌پذیری نفت خام است. فرآیند هیدروکراکینگ در اینجا مزایای مهمی دارد. از آنجایی که هیدروژن به‌طور انتخابی به محصولات تبدیل‌نشده اضافه می‌شود، ممکن است منجر به کاهش بازدهی نیز شود. اما، هرچه میزان هیدروژن بالاتر باشد، بازدهی اتیلن حاصل از فرآیند شکستن نیز بیشتر خواهد بود؛ این همان ارزش این ماده خام است. بسیاری از دستگاه‌های تجزیه مدرن به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند انواع مختلفی از مواد خام را پردازش کنند، از اتان گرفته تا نفت سبک و روغن‌های باقی‌مانده از فرآیند هیدروکراکینگ. یکپارچه‌سازی دستگاه هیدروکراکینگ کارخانه پرنیس شل و دستگاه کراکینگ کارخانه پتروشیمی مجاور در موردیک، نمونه‌ای از این موضوع است. در پایان دوره عملکرد واحد هیدروکراکینگ در سال ۲۰۱۳، کارشناسان فنی این واحد نتیجه گرفتند که استفاده از کاتالیست‌های جدید برای هیدروکراکینگ می‌تواند به افزایش بازدهی تولید روغن‌های با ارزش بالا کمک کند. اما، هرگونه چنین تغییری پیامدهای منفی برای کارخانه پتروشیمی موردیک در نزدیکی شرکت شل خواهد داشت، زیرا این کارخانه نیز روغن‌های باقی‌مانده از فرآیند هیدروکراکینگ را به عنوان ماده خام برای دستگاه‌های کراکینگ استفاده می‌کند. اگر کاتالیست جدید باعث کاهش میزان هیدروژن در نفت خام حاصل از فرآیند هیدروکراکینگ شود، بازدهی استیلن تولید شده در دستگاه‌های کراکینگ یا چرخه کاری کوره‌های کراکینگ به شدت تحت تأثیر قرار خواهد گرفت. کارشناسان فنی امیدوارند که کاتالیست جدید بتواند کیفیت نفت خام حاصل از فرآیند هیدروکراکینگ را حفظ کند و در عین حال، بازدهی نفت‌های با فراوانی متوسط را نیز افزایش دهد. چنین سازمان‌های یکپارچه‌ای **پیچیدگی تعویض کاتالیست‌ها را افزایش می‌دهند؛ راهکار نهایی، ارتقای ارزش یکپارچگی سازمانی است تا هم روغن‌کشی‌ها و هم کارخانه‌های پتروشیمی بتوانند سود خود را افزایش دهند.** نتیجه ارزیابی تیم پروژه پس از استفاده از کاتالیست جدید، افزایش سود کلی شرکت به میزان ۵ میلیون دلار در سال بود. چهارم: روش‌های ترکیبی برای تولید مواد اولیه پیرولیز یا روغن‌های پایه روانکن با استفاده از فرآیند هیدروکراکینگ. در حال حاضر، چهار روش فنی برای استفاده از انعطاف‌پذیری دستگاه‌های هیدروکراکینگ جهت تولید مواد اولیه پیرولیز یا روغن‌های پایه روانکن و افزایش سود کل کارخانه وجود دارد: اول، روش ترکیبی تقطیر تحت فشار خلأ بالا و هیدروکراکینگ. با استفاده از تقطیر تحت فشار کم، حداکثر بازده نفت گازی تحت فشار کم به دست می‌آید؛ این روش هم موجب تأمین مقدار بیشتری نفت خام برای فرآیند هیدروکراکینگ می‌شود و هم اندازه تجهیزات پردازش نفت خام را کاهش داده و سرمایه‌گذاری‌ها را می‌تواند کاهش دهد. تجربه نشان داده است که جدیدترین نسل از فناوری تقطیر تحت فشار کم، یعنی تقطیر تحت فشار خلأ بالا، هم می‌تواند مقدار زیادی نفت گازی تولید کند و هم میزان فلزات سنگین (نیکل و وانادیوم)، کربن باقی‌مانده و آسفالتن‌های C7 (که مهم‌ترین آن‌ها هستند) را در محدوده قابل قبول تجهیزات هیدروکراکینگ نگه دارد. داده‌ها نشان می‌دهند که پس از اصلاحات، بازده نفت گازی در دستگاه تقطیر فشار کم با واکوم بالا، حدود ۲ درصد افزایش یافته است؛ همچنین این امر به طولانی‌تر شدن دوره عملکرد دستگاه از ۳ سال به ۴ سال کمک می‌کند. سرمایه‌گذاری برای بازسازی زیاد نیست و دوره بازگشت سرمایه کمتر از ۱ سال است. علاوه بر این، محتوای تغییرات چندان زیاد نیست؛ عمدتاً شامل نصب توزیع‌کننده‌های جدید پرفیوژن، پرکننده‌های جدید برای لایه شستشو و صفحات جدید برای توربین استخراج. زمان لازم برای انجام این تغییرات نیز زیاد نیست و می‌توان آن را در طول بازسازی‌های دوره‌ای معمول کارخانه نفت تکمیل کرد. دوم، ترکیب کاتالیزوری تأخیری-هیدروکراکینگ است. به طور کلی، کاتالیزوری شدن به تأخیر روشی بسیار مؤثر برای پردازش نفت خام در نظر گرفته می‌شود، اما گازهای سنگین حاصل از فرآیند کاتالیزوری شدن، می‌توانند بر فرآیندهای پردازشی در تجهیزات پایین‌دست تأثیر منفی داشته باشند. برخی معتقدند که فرآوری نفت گازی سنگین کاتالیزوری در واحدهای هیدروکراکینگ، همراه با نفت گازی کاهش فشار، بر مواد اولیه مورد نیاز برای تولید روغن‌های پایه روانکن تأثیر منفی خواهد داشت. در واقع، جدیدترین فناوری هیدروکراکینگ امکان پردازش نفت گازی سنگین کاتالیزی و نفت گازی با فشار کم را فراهم می‌کند و می‌تواند سوخت‌های پاک با کیفیت بالا یا مواد اولیه برای روغن‌های لغزنده تولید کند. ترکیب کاتالیزوری تأخیری و هیدروکراکینگ، یک روش بسیار مؤثر است؛ زیرا نیازی به تولید سوخت ندارد و در عین حال به کارخانه‌های پالایش، انعطاف‌پذیری لازم برای پردازش نفت خام را می‌دهد. از آنجایی که تجهیزات هیدروکراکینگ قادر به پردازش مواد خام با نیتروژن و آروماتیک بالا که از تغییر نوع نفت خام در رآکتورهای تقطیر به دست می‌آیند، هستند، تجهیزات کاکینگ به تأخیرافتاده می‌توانند نفت‌های سنگین بسیار دشوارپردازش را پردازش کنند. سوم، ترکیب روش ذوب‌شدن آسفالت با هیدروکراکینگ است. ترکیب روش تخلیه آسفالت با هیدروکراکینگ روغن حاصل از آن، کم‌هزینه‌ترین روش برای تبدیل نفت خام است؛ به‌ویژه در مقایسه با هیدروکراکینگ مستقیم نفت خام. به دلیل محتوای بالای فلزات و کربن باقی‌مانده، روش سنتی، فرآوری نفت آسفالت‌زدایی از طریق فرآیند کاتالیتیک شکستن است. نفت گازی کاهش‌فشار حاوی حدود ۱ تا ۲ ppm فلز و حدود ۰.۵ تا ۱.۰ درصد وزنی کربن باقی‌مانده است، در حالی که نفت آسفالت‌زدایی معمولاً حاوی ۱۵ تا ۳۰ ppm فلز و حدود ۶ تا ۱۰ درصد وزنی کربن باقی‌مانده است. با استفاده از سیستم کاتالیزورهای به‌خوبی طراحی‌شده، همراه با کاتالیزورهای پیش‌پردازش و فرآوری، مقابله با این ناخالصی‌ها آسان‌تر می‌شود. روغن ضدآسفالت، ماده خام نسبتاً «تمیز» برای هیدروکراکینگ است و در مقایسه با نفت گازی کاهش فشار، محتوای آسفالتن‌های C7 آن بسیار پایین است. داده‌های صنعتی نشان می‌دهد که میزان آسفالتن در روغن دئ‌آسفالتین C7 تنها ۱۰ پی‌پی‌ام است، در حالی که این میزان در روغن گازی فشارکم C7 تا ۷۰۰ پی‌پی‌ام می‌رسد. نکته کلیدی این است که باید دانش خوبی درباره کاتالیست‌های مورد استفاده برای تصفیه روغن آسفالت داشت. در مقایسه با حذف فلزات از نفت خام تحت فشار معمولی، حذف فلزات از نفت آسفالت‌زدا هم سریع‌تر و هم آسان‌تر است. شرایط واکنش طراحی‌شده باید به گونه‌ای باشد که فلزات به آرامی خارج شوند و حداکثر مقدار فلز بر روی کاتالیزور ته‌نشین گردد. انتخاب کاتالیست نیز بسیار مهم است؛ این موضوع هم برای کاتالیست‌های مورد استفاده در فرآیندهای پیش‌پردازش و هم برای کاتالیست‌های فرآیند شکستن مولکول‌ها صادق است. زیرا لازم است تعادلی بین انتخاب‌پذیری و فعالیت کاتالیست برقرار شود، تا با ویژگی‌های روغن حاصل از فرآیند تصفیه سازگار شود؛ این ویژگی‌ها شامل سازگاری با مولکول‌های بزرگ هیدروکربنی موجود در روغن حاصل نیز می‌شود. با استفاده از تجهیزات پیشرفته خنثی‌سازی آسفالت، می‌توان روغن آسفالت‌خنثی‌شده‌ای با بازده بالا و کمترین میزان ناخالصی برای فرآوری‌های بعدی به دست آورد. تأثیر ناخالصی‌ها بر عملکرد تجهیزات هیدروکراکینگ تفاوت‌های قابل توجهی دارد؛ بیشترین تأثیر را آسفالتن‌های C7 دارند، سپس به ترتیب فلزات، کربن باقی‌مانده و نیتروژن؛ کمترین تأثیر را نیز گوگرد دارد. چهارم، ترکیب هیدروکراکینگ-ایزومریزاسیون برای حذف روغن است. فرآیند تولید روغن پایه روان‌کننده، به سرعت از خالص‌سازی با حلال به استخراج واکس ایزومری تغییر می‌کند. بهبود کیفیت روغن پایه به استفاده از نفت خام خاصی بستگی ندارد؛ با افزایش بازدهی تولید روغن پایه، تولید روغن پایه با کیفیت بالا از نوع III که مورد نیاز بازار است، نیز آسان‌تر می‌شود. ترکیب هیدروکراکینگ و ایزومریزاسیون برای پردازش نفت خام‌های دشوارقابل پردازش در رآکتورهای پالایش، با استراتژی مطابقت دارد و هیدروکراکینگ یک تجهیزات کلیدی و قابل‌استفاده است. ترکیب معمول، نفت خام فشار معمولی را به دستگاه تقطیر با فشار کم و خلأ بالا می‌فرستد تا از طریق فلاش عمیق، حداکثر مقدار از نفت گازی کاهش فشار مورد نیاز برای هیدروکراکینگ به دست آید. نرخ تبدیل در فرآیند هیدروکراکینگ را می‌توان به طور دقیق تنظیم کرد تا تعادلی بین کیفیت محصول و بازدهی حاصل شود؛ دستگاه‌های پس‌پردازش ایزومریزاسیون/هیدروژناسیون نیز می‌توانند محصولات روغن پایه از نوع II یا III مورد نیاز را تولید کنند. اگر تقاضای کافی برای روغن پایه با چگالی بالاتر، یعنی ۵۰۰ نیوتن، وجود داشته باشد، می‌توان روغن آنتی‌آسفالت را به آن اضافه کرد (روش تولید شرکت هیوندای نفت کره نیز همین است). با روش فرآوری روغن‌های ضدآسفالت نیز می‌توان روغن‌های براق نوع II تولید کرد؛ در حال حاضر چنین محصولی در بازار وجود ندارد، اما با توجه به تعطیل شدن تأسیسات بیشتری برای تولید روغن‌های پایه نوع I و عدم وجود تأمین روغن‌های براق سنتی، تقاضا برای آن وجود خواهد داشت.