نظرة عامة على عملية الهيدروجينة في الأسرّة المعلقة بالقطران الفحمي:

Thread Content

نظرة عامة على عملية الهيدروجينة في الأسرّة المعلقة للقطران الفحمي: في الآونة الأخيرة، ازدهرت عملية الهيدروجينة في الأسرّة المعلقة. تشمل الأسرّة المعلقة بمعناها الواسع الأسرّة الغالية والأسرّة العجينية، حيث تستخدم الأولى محفزات على شكل جزيئات من الموليبدينوم والنيكل، بينما تستخدم الثانية محفزات على شكل مساحيق من الحديد. حتى الآن، قسمنا أسرّة التعليق إلى ثلاثة أجيال: الجيل الأول هو أسرّة التعليق التي تستخدم محفزات حديدية على شكل مساحيق بحجم ميكروني، ومن أمثلة ذلك شركة فيبا الألمانية (VCC في الصين). وعلى الرغم من أن هذه الطريقة تحقق معدل تحويل للنفط الثقيل يزيد عن 90%، إلا أن معدل إنتاج الغاز يزيد عن 15%، بالإضافة إلى معدل إنتاج الزيوت المهدرجة ذات الجودة المنخفضة الذي يزيد عن 10%. ولذلك، فإن هذه الطريقة لا تمتلك ميزة كبيرة مقارنة بعملية الكوكينغ المتأخرة التي تحقق معدل استخلاص سائل يصل إلى حوالي 78%. الجيل الثاني هو فراش الطين الذي يستخدم محفزات من نظام كبريتات الحديد على المستوى النانوي، والمثال عليه هو تقنية CanMet الكندية. وترتبط بها عملية تصنيع الوقود من الفحم عن طريق التسييل المباشر التي تطبقها شركة شينهوا في الصين، لكن لا يزال هناك مشكلة في انخفاض نشاط محفزات الحديد. أما الجيل الثالث فهو سرير التعليق المتجانس الجزيئي MCSH للمحفزات السائلة من عائلة الموليبدينوم على المستوى الجزيئي، والذي يمثل تغييرًا جوهريًا في مجال المحفزات وهندسة التفاعلات، حيث تم تبسيط المفاعل ليصبح عبارة عن خزان فارغ، بدون سوائل نفطية ومقاوم لتكون الرواسب، مما يقلل من تكاليف الاستثمار في المعدات وتكاليف التشغيل والصيانة لاحقًا. في مجال نشر التقنيات داخل الصناعة (على مستوى العالم)، فإن معدل تحويل المواد المروج لها كالتالي: معدل تحويل الزيت الثقيل المستخدم في صناعة الأسفلت باستخدام أسرّة الغليان المصنوعة من الموليبدينوم ~70%، بينما معدل تحويل الزيت الثقيل المستخدم في صناعة الأسفلت باستخدام أسرّة التعليق المصنوعة من الحديد ~90%. في الواقع، لا يوجد أي جهاز صناعي يمكنه تحقيق ذلك (لكن الدعاية ليست خبيثة؛ ففي النهاية، نحن الباحثون المجتهدون نستطيع تحقيق ذلك في المختبرات، كما أن هناك أجهزة صناعية يمكن استخدامها لتحقيق نتائج مذهلة لبضعة أيام). يعتبر السرير المغلي أكثر جهاز في العالم استخدامًا لمعالجة القطران والنفط الثقيل، لكن معدل التحويل يكون عادةً بين 35% و55%. باستثناء محطات الأسرّة المعلقة المعتمدة على الحديد التي تعمل حاليًا في شركتي “شينهوا” و“يانليانغ”، فإن معظم المحطات الصناعية والتجريبية في الخارج قد تم تفكيكها أو التخلي عنها. لكن يعتقد الكاتب أنه من الممتاز إذا تمكنت هاتان المحطتان من تحقيق معدل تحويل يزيد عن 50%، وهو ما يكفي بالفعل لإرضاء القادة. ففي النهاية، النسخة المحلية من المنتجات الصناعية في الواقع هي نسخة مصغرة من التقنيات الأجنبية، ويتجلى ذلك في خفض الضغط من 300 كيلوغرام إلى أقل من 220 كيلوغرام. من الناحية النظرية، فإن توازن عملية الهيدروجنة باستخدام المحفزات الحديدية غير كافٍ لدعم هذه العملية، ما لم يتم استخدام بيئة حرارية عالية جدًا لإجراء عملية التحلل الحراري. سألني أحدهم عن شركة “وانغ دي نون” المحلية في مجال الحماية البيئية، والتي طورت تقنية سرير عائم تمتلك حقوق ملكية فكرية خاصة بها، بمعدل تحويل يزيد عن 90%. ما رأيك في ذلك؟ أولاً، لا أريد التعليق على هذه النسبة البالغة 90%؛ فلا أستطيع تحديد ما هي المنتجات الموجودة في هذه النسبة من السائل. وإذا كان الأمر كذلك فعلاً، فيجب رفع درجة حرارة التفاعل إلى مستوى عالٍ جداً (عادةً 470 درجة مئوية)، ما لم يتم استخدام مواد خام أخف، أو حتى إزالة جزء من المواد الزائدة (وهذا أمر ممكن). يعتقد الكاتب أن أسرّة التعليق المصنوعة من الحديد المسحوق كانت دائمًا مصدر إزعاج، فهي معروفة بقدرتها العالية على تحويل القطران إلى مواد أخرى. ولا بد من تحمل هذا العبء على الأكتاف، حيث قام مهندسو البحث والتطوير مرارًا وتكرارًا بضرب مهندسي المبيعات، بحجة تنظيف الفوضى التي يسببونها. في الحقيقة، وبصراحة، هذا ممكن أيضًا، لكن بدون الجهد الهائل الذي يوفره الضغط الفائق العالي، فإن الأمر يبدو صعبًا بعض الشيء. بالطبع، استخدام الضغط الهيدروجيني لخفض درجة حرارة التفاعل في السرير المعلق يساعد أيضًا في تقليل كمية الغازات المنتجة، كما يساهم في تحسين الجدوى الاقتصادية للتقنية. وعند الحديث عن درجة حرارة التفاعل، يجب عليّ أن أتحدث عن ذلك مرة أخرى. نظريًا، يُعتبر تفاعل الهيدروجينة في الأسرّة المعلقة ضمن فئة التكسير بالهيدروجين لأن آلية التفاعل ليست كيميائية حفزية بواسطة الهيدروجين، بل هي عملية تحلل حراري في وجود بيئة هيدروجينية؛ لذلك، فإن درجة الحرارة تعتبر مؤشرًا ومعاملًا مهمًا للغاية. سواء كان النوع المستخدم هو سرير التفاعل الغالي أو سرير التفاعل المعلق، فيجب أن تكون درجة حرارة التفاعل فوق 410 درجات مئوية (حيث تصل درجة الحرارة في عملية VCC إلى 470 درجة مئوية، بينما تكون في سرير التفاعل الغالي بين 410 و450 درجة مئوية). وإلا، فلن يكون من الممكن تحليل الزيوت الثقيلة إلى زيوت خفيفة، ناهيك عن أن الزيوت المستخلصة بالضغط المنخفض (الزيوت الغازية ذات نقطة الغليان أقل من 524 درجة مئوية) لن تحقق معدلات تحويل عالية، وسيقتصر دورها على عملية الهيدروجينة المسبقة فقط. تم إيقاف تشغيل وحدة العرض التجريبية التابعة لشركة سينوبك والتي تبلغ طاقتها 50 ألف طن في جينلينغ بشكل مؤقت، بسبب تكون الكوك والتآكل في درجات الحرارة المرتفعة. شركة “شين تشي يوان” المحلية، كشركة خاصة، اتخذت طريقًا مختلفًا؛ حيث قامت بخفض درجة حرارة تشغيل أجهزة الغليان الخاصة بها، والتي تبلغ سعتها 50 ألف طن (ويمكن اعتبار الزيت المستخدم في الدورة جزءًا من هذه الكمية، أي 100 ألف طن)، إلى أقل من 400 درجة مئوية. كما قامت بمعالجة الزيوت المختلطة بعد إزالة الرواسب، ويمكنها أيضًا معالجة زيت الأنثراسين، لاستخدامه كجزء من عمليات التحضير للهيدروجينة في الأجهزة ذات السرير الثابت. وعلى الرغم من أن ذلك قد يساعد في تجنب توقف الجهاز عن العمل، إلا أن الكاتب يعتقد أن نسبة تحويل الزيوت التي تُعالج في هذه الدرجة المنخفضة، والتي تزيد درجة حرارتها عن 360 درجة مئوية، لن تتجاوز 20%. وبالتالي، فإن هذا النظام يخرج عن الغرض الأساسي من استخدام أجهزة الغليان في الصناعة، وكذلك عن نطاق عمليات الهيدروجينة. وإذا كان الهدف من استخدام هذا الجهاز هو مجرد عملية تحضيرية للهيدروجينة، فإن الكاتب يرى أن من الأفضل استخدام جهاز هيدروجينة صغير الحجم ذو سرير ثابت، مع الأخذ في الاعتبار إمكانية تحسين الجهاز تقنيًا ليتمكن من معالجة زيوت أثقل، وبذلك يمكن أن يصبح جهاز الغليان هذا أكثر فائدة. لذلك، نوصي بأن تكون درجة حرارة تشغيل جهاز الغليان الجديد 490 درجة مئوية، حتى يتسنى الوصول إلى أفضل درجة حرارة للاستخدام، وهي 450 درجة مئوية. بلا شك، من مزايا المفاعل ذو السرير المتقلب مقارنةً بالمفاعلات التي تستخدم محفزات حديدية، أن محفزاته المصنوعة من الموليبدينوم لها نشاط عالٍ، ودرجة حرارة التفاعل منخفضة، كما أنه لا يوجد سائل في قاع المفاعل، ومعدل إنتاج الغاز أقل نسبيًا؛ لكن بسبب الحاجة إلى استبدال المحفز تحت ضغط عالٍ ووجود جزيئات معلقة، فإن مفاعل السرير المتقلب معقد، ويحتاج إلى دوران داخلي كبير، كما أن التفاعل يخضع لسيطرة انتشار المواد السائلة والصلبة، مما يجعل النظام عرضة لتكوّن الجُمر. وهذا أيضًا ما يشكل الدافع وراء استخدام تقنيات التجانس الجزيئي لتحسين احتياجات الإنتاج في المصانع التي تستخدم أسرّة الغليان الحالية. تشن سونغ (دكتوراه)