صحيفة الصناعات الكيميائية الصينية: تعزيز قدرات صناعة الكيماويات المستخلصة من الفحم عبر التخصصات المختلفة

Thread Content

صحيفة الصناعات الكيميائية الصينية: تعزيز قدرات صناعة الكيماويات المستخلصة من الفحم من خلال التعاون بين القطاعات المختلفة. المؤلف/المصدر: تاريخ النشر: 2016-08-08. عدد المرات التي تم فيها النقر على المقال: 6. بعد 4 سنوات من الجهود المتواصلة، تحقق النجاح أخيرًا. في الفترة من 26 إلى 27 يوليو، تم اختبار أربع تقنيات جديدة في مدينة شيان، بالتعاون مع اتحاد صناعة النفط والكيماويات في مقاطعة شانشي. وهذه التقنيات هي: التحلل الحراري للفحم تحت ضغط باستخدام سرير تدفقي، والتحلل الحراري المشترك للكتلة الحيوية والفحم، وتحويل الميثان مباشرة إلى هيدروكربونات مع إنتاج الهيدروجين، بالإضافة إلى استخدام محفزات فعالة في عملية التكسير الهيدروجيني باستخدام سرير عائم. وقد اعتبر الخبراء أن هذه التقنيات تُعد من بين الأفضل على المستوى الدولي أو المحلي. ما هي نقاط القوة في هذه التقنيات بالضبط؟ ما أهمية التنمية المتكاملة عبر القطاعات في صناعة الكيماويات النفطية؟ هل يمكن التغلب على العقبات التقنية التي تحول دون التطور المتكامل بين صناعة الكيماويات القائمة على الفحم والصناعات الأخرى؟ أجرى مراسل صحيفة الصناعات الكيميائية الصينية مقابلة. التحلل الحراري السريع للفحم: توليد طاقة خضراء بتكلفة منخفضة. يقول لي دابنغ، أحد كبار خبراء صناعة الكيماويات القائمة على الفحم ومدير مركز الهيدروكربونات، إن تقنية التحلل الحراري السريع تحت الضغط باستخدام سرير تدفقي تعتمد على الفحم كمادة خام، حيث يتم استخدام مفاعل سرير تدفقي لإنتاج قطران الفحم بسرعة في ظروف الضغط والهيدروجين. نظرًا لأن زمن تفاعل الحرق الحراري في هذه التقنية قصير جدًا، فإن ذلك يقلل بشكل كبير من التفاعلات الثانوية لمنتجات الحرق الحراري الأولية، مما يساعد على زيادة كمية السائل المحصل عليه إلى أقصى حد. ووفقًا للشرح، فإن أحد نقاط الابتكار في هذه التقنية هو استخدام سرير تدفقي ذو حامل حراري من الغاز والصلب في مفاعل التحلل الحراري من النوع الأسطواني، حيث يتم التحلل الحراري تحت ضغط في بيئة هيدروجينية، مما يضمن الحصول على نسبة عالية من القطران، كما يزيد من حمل التشغيل للنظام، مما يسهل عملية فصل واسترداد المنتجات اللاحقة، وبالتالي يرفع الكفاءة الإجمالية للجهاز. كما تم تطوير تقنية ومعدات فعالة لفصل غازات التحلل الحراري عن مسحوق الفحم، مما أدى إلى انخفاض نسبة الغبار في قطران الفحم، وبالتالي تلبية متطلبات المعالجة في المراحل اللاحقة. أجرى مركز الهيدروكربونات التابع لشركة يانتشانغ للنفط تجارب باستخدام الجهاز المخصص لذلك (ضغط 1.0 ميجا باسكال، سرعة تدفق 10 كيلوغرامات في الساعة). وقد تم إجراء 20 اختبارًا في حالة البرودة على 4 مراحل، بالإضافة إلى 26 اختبارًا في الحالة الباردة، و134 اختبارًا في الحالة الحارة. وقد أسفرت هذه التجارب عن بيانات وقواعد أساسية متكاملة حول عملية التحلل الحراري، وأظهرت النتائج أن نسبة استخلاص القطران من الفحم تتجاوز المستوى الحالي في الصناعة والذي يتراوح بين 6% إلى 8%. تحت ظروف العملية المُحسّنة، يمكن أن تصل نسبة استخلاص قطران الفحم إلى 18.27%، بينما يبلغ متوسطها 15.14%، وهو أعلى مستوى مسجل حتى الآن. على هذا الأساس، قام مركز الهيدروكربونات التابع لشركة يانغتشونغ بيتروليوم بإنشاء جهاز تجريبي صناعي لتقنية استخلاص القطران والغاز الاصطناعي من الفحم بمعدل 36 طنًا في اليوم (CCSI). ويتميز هذا الجهاز بدمج عمليتي تحلل الفحم البودرة حراريًا وتغويز الكوك في مفاعل واحد، مما يسمح بتحويل المواد بشكل متدرج ومُحسّن. وتشمل المنتجات الناتجة القطران والغاز الاصطناعي بالإضافة إلى المنتجات الثانوية، مما يحقق “الحصول على النفط من كلا الطرفين”. تم إجراء 3 اختبارات للقيادة حتى الآن، وبلغت نسبة استخلاص القطران الفحمي أكثر من 15%. إذا تم معالجة 100 مليون طن من الفحم المسحوق سنويًا، فسيتم الحصول على 15 مليون طن من قطران الفحم عالي الجودة، وهو ما يعادل إنشاء حقل نفطي كبير بإنتاجية 10 ملايين طن. إذا تم معالجة الغاز المُسال لإنتاج منتجات كيميائية دقيقة، فإن القيمة المضافة ستكون أعلى. “إن الأهمية الكبيرة لهذه التقنية لا تقتصر على ذلك فحسب، فالغاز الخام الناتج عن تقنية CCSI (التي تستخدم الهواء كعامل تكثيف) يمكن أيضًا استخدامه في توليد الطاقة، ويمكن دمجه مع تقنيات توليد الطاقة الخضراء، مما يسمح بتطوير نموذج جديد لإنتاج الطاقة والوقود من الفحم بطريقة نظيفة وفعالة، وذلك من خلال معالجة قطران الفحم بشكل عميق ودمجه مع تقنيات توليد الطاقة الخضراء. ”قال لي دا بينغ للصحفيين إن وحدات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم تشكل أكثر من 70% من إجمالي وحدات توليد الطاقة في بلادنا. ووفقًا للحسابات، فإن تحديث الغلايات التي تعمل بالفحم في المحطات الكهربائية الحالية باستخدام تقنية توليد الطاقة بالغاز من النوع شبه الحرج بقدرة 300 ميجاوات سيكلف حوالي 50 مليون يوان. كما سيؤدي ذلك إلى رفع كفاءة استخدام الطاقة إلى 42.99%، وانخفاض استهلاك الفحم لتوليد الطاقة إلى 293.16 جيك/كيلوواط ساعة، مما يقلل بشكل كبير من الملوثات الناتجة عن الغازات الناتجة عن عملية التوليد. إذا تم تجهيز جهاز CCSI الجديد بوحدات توربين غازية بقدرة 350 ميجاوات، فإن تكلفة الاستثمار ستكون حوالي 6000–7000 يوان لكل كيلوواط/ساعة. وسيصل معدل الكفاءة الطاقية الإجمالية إلى 46.85%، كما سينخفض استهلاك الفحم المستخدم في توليد الطاقة إلى 264.62 جيك/كيلوواط/ساعة. وسيكون مستوى الانبعاثات الناتجة عن الغازات المنبعثة من هذا الجهاز في مستوى منخفض للغاية، وفقًا لمعايير التوربينات الغازية. نظرًا لانخفاض تكلفة الغاز المُصنع الناتج عن CCSI، حيث تعادل تكلفة المواد الخام حوالي 0.74 يوان لكل نانومتر مكعب فقط، فإن القدرة التنافسية والفوائد الاقتصادية تزداد بشكل كبير. إذا تم دمج 60% من محطات توليد الطاقة التي تعتمد على الفحم مع تقنية CCSI، فسيمكن إنتاج 180 مليون طن إضافية من قطران الفحم، وهو ما يزيد عن نصف كمية النفط الخام المستوردة في بلادنا. اعتبرت لجنة التقييم، برئاسة هي يونغديه، خبير لجنة الكيماويات الفحمية التابعة لاتحاد الصين للبتروكيماويات ورئيس الجمعية الكيميائية في مقاطعة شانشي، أن هذه التقنية الجديدة لتحلل الفحم حديثة ومبتكرة للغاية، وتعتبر من أفضل التقنيات المستخدمة في الصين. كما أنها تلعب دورًا مهمًا في تحسين كفاءة استخدام الفحم ذو الجودة المنخفضة بطريقة نظيفة وفعالة. يُوصى بتسريع التجارب الصناعية المتكاملة لتحلل الفحم وتغويزه بالحرارة، من أجل تحقيق تحويل ونشر الإنجازات العلمية في أقرب وقت ممكن. “يوفر الدمج بين التحلل الحراري السريع للفحم تحت ضغط وتكرير الكوك الجزئي نسبة عالية من القطران، كما يتم استغلال موارد الهيدروجين الموجودة في الزيت بشكل كامل. ويمكن استخدام هذا الزيت في عملية تصنيع الزيوت عبر تقنية فيتو، أو دمجه مع عملية توليد الطاقة. وبالتالي، فإن مستوى الاستثمارات المطلوبة أقل بكثير مقارنة بتقنية IGCC، كما ينخفض تكلفة توليد الطاقة بشكل كبير، وهو بالفعل حل يحقق فائدتين في آن واحد. ”كما أعرب لي جونفا، كبير المهندسين في معهد تخطيط صناعة النفط والكيماويات، عن تقديره الكبير لهذه التقنية. الكتلة الحيوية والتحلل الحراري المشترك: تعظيم التأثير التآزري. في السنوات الأخيرة، حظيت دراسات التحلل الحراري المشترك للكتلة الحيوية والفحم باهتمام كبير، لكن نظرًا للاختلاف الكبير في درجات الحرارة اللازمة لعملية التحلل الحراري لكل منهما، فإن هناك جدلاً حول وجود تأثير تآزري بينهما. استنادًا إلى تقنية التحلل الحراري للفحم تحت الضغط، اقترح مركز الهيدروكربونات في شركة يانتشانغ بتروليوم فكرة جديدة تعتمد على تحلل الكتلة الحيوية والفحم في خطوتين منفصلتين، كما طور منتجات مبتكرة مُرخصة مثل جهاز التغذية المستمر تحت الضغط ومفاعل السرير الهوائي المزود بنظام توصيل حراري لتحلل الكتلة الحيوية والفحم معًا. قال لي دا بينغ إن عملية التحلل الحراري السريع لهذه المواد الحيوية مع فرشة الفحم المتدفقة تُعد طريقة جديدة منخفضة التكلفة لزيادة معدل استخلاص القطران، وذلك باستخدام جهاز تغذية حلزوني مصمم محليًا، مما ساعد في حل مشاكل التشابك وتكوّن الجسور الناتجة عن ضعف قدرة المواد الحيوية على الحركة، وبالتالي تحقيق نقل مستمر ومستقر للمواد. نظرًا لأن الكتلة الحيوية والفحم يتم تحللهما حراريًا بشكل منفصل في مفاعل متكامل، فإن عملية التحلل الحراري لكليهما تتم في درجة حرارة مثالية. كما أن تحلل الكتلة الحيوية ينتج غاز الهيدروجين بالإضافة إلى عناصر معدنية مثل البوتاسيوم والكالسيوم والصوديوم، وهو ما يساعد في عملية تحلل الفحم عن طريق إضافة الهيدروجين والعمل كعامل محفز. في الوقت نفسه، ينتج التحلل الحراري للفحم كمية كافية من الجذور الحرة، بالإضافة إلى حدوث تفاعلات ثانوية في زيت الكتلة الحيوية وتفاعلات اختزال في الكوك، مما يؤدي إلى إطلاق غازي H2 وCO. وهذا يوفر كمية كافية من مصادر الهيدروجين للفحم. وعندما يصل الوضع إلى نقطة التوازن المثالية بين الجذور الحرة ومصادر الهيدروجين، فإن ذلك يسمح بالاستفادة المتبادلة من زيت الكتلة الحيوية وقطران الفحم، مما يزيد من معدل استخلاص الزيت الناتج عن التحلل الحراري، وبالتالي يعظم التأثير التآزري لعملية التحلل الحراري المشترك. ووفقًا للمعلومات المقدمة، فإن جهاز التجربة السريعة لعملية التحلل الحراري باستخدام سرير تدفق بسعة 10 كيلوغرامات في الساعة، والذي تم إنشاؤه في مركز الهيدروكربونات التابع لشركة يانغتشانغ للنفط، قد خضع لـ 77 تجربة متكررة. وقد تم اختيار أنواع من الكتلة الحيوية والفحم المناسبة، وتحديد أفضل نسبة لخلط الكتلة الحيوية مع الفحم وهي 70%:30% (حسب الوزن). وقد بلغت نسبة القطران الناتج عن عملية التحلل الحراري من 16 إلى 20%， بينما بلغت الفعالية المشتركة بين الكتلة الحيوية والفحم من 20 إلى 40%. علاوة على ذلك، ومن خلال تحليل جودة الزيوت، نجد أن محتوى المركبات الفينولية والمركبات الحلقية التي تحتوي على عناصر الأكسجين والنيتروجين والكبريت منخفض في الزيوت الناتجة عن عملية الحرق المشترك، بينما يكون محتوى المركبات الأروماتية مرتفعًا. وهذا يدل على أن عملية الهيدروجينة للكتل الحيوية فعالة للغاية، وبالتالي يمكن استخدام هذه الزيوت كمواد خام في الصناعات الكيميائية، بالإضافة إلى استخدامها في إنتاج البنزين والديزل عن طريق الهيدروجينة. ووفقًا للإحصائيات، بلغ إنتاج القش في بلادنا عام 2015 حوالي 800 مليون طن، وهو ما يعادل حوالي 400 مليون طن من الفحم القياسي، وقد تم استخدام 60% من هذا الكمية كوقود. إذا تم استخدام هذه الثروة الخضراء المتجددة والرخيصة في عملية التحلل الحراري مع الفحم لإنتاج القطران، فسوف يكون ذلك مصدرًا لفوائد اقتصادية كبيرة بالإضافة إلى فوائد بيئية ملحوظة. يعتقد هي يونغدي أن التأثير التآزري لتحلل الكتلة الحيوية والفحم بسرعة وبكفاءة واضح، حيث يزيد ذلك من كفاءة عملية التحلل ومعدل إنتاج القطران، كما يحسّن من جودة المنتجات النفطية. تعتبر هذه الإنجازات التقنية في مستوى رائد على المستوى المحلي، ولها أهمية كبيرة في تحسين مستوى الاستخدام النظيف والفعال للفحم ذو الجودة المنخفضة والكتلة الحيوية. يُوصى بتعزيز البحث والتطوير في التحويل الموجه للفحم والكتلة الحيوية عبر الحرق الكيميائي المشترك لإنتاج مواد كيميائية دقيقة. تحويل الميثان إلى هيدروكربونات عطرية مع إنتاج الهيدروجين: كلا الموردين ثمينان. تقنية تحويل الميثان مباشرةً إلى هيدروكربونات عطرية مع إنتاج الهيدروجين، تعتمد على استخدام موارد مثل الغاز الطبيعي وغاز الصخر الزيتي وغاز الفحم، والتي تحتوي على الميثان والإيثان وغيرها من الهيدروكربونات الأحادية، لتحويلها مباشرةً في ظروف خالية من الأكسجين إلى منتجات هيدروكربونية عطرية مثل البنزين والتولوين والنافثالين، والتي تعاني من نقص في السوق المحلية، مع إنتاج الهيدروجين الثمين في نفس الوقت. وهذا يساعد على تعظيم استغلال الموارد وقيمة المنتجات، كما يمكن دمجه مع صناعة البتروكيماويات والكيماويات القائمة على الفحم. “الميزة الأكبر لهذه التقنية هي أنها توفر المركبات العطرية مع إنتاج الهيدروجين كمنتج ثانوي، ويمكن دمجها مع صناعة الكيماويات القائمة على الفحم. ”اعتبرت لجنة التقييم، برئاسة من تسونغوي مين، خبير مركز استشارات بتروتشاينا والمهندس الرئيسي السابق في إدارة التكرير التابعة لبتروتشاينا، أن تقنية تحويل الميثان إلى هيدروكربونات قد تم دراستها في الداخل والخارج، لكن العملية الجديدة لإعادة تدوير الركام باستخدام سرير تدفق، التي طورها مركز الهيدروكربونات التابع لشركة يانغتشينغ للنفط، هي عملية فريدة من نوعها، كما أن حجم المعدات المستخدمة في التجارب كبير جدًا، وبالتالي فإن هذا الإنجاز يعتبر رائدًا على المستوى الدولي. لمواجهة التحديات مثل انخفاض معدل التحويل في عملية تكوين المركبات الأروماتية للميثان في غياب الأكسجين، وتلف العوامل المساعدة بسرعة، وصعوبة استمرارية عملية الاستجابة وإعادة التنشيط، تم إنشاء جهاز تجريبي لعملية التكوين الأروماتي للميثان في غياب الأكسجين مع دورة استجابة وإعادة تنشيط (قطر الغرفة الخاصة بالتفاعل/إعادة التنشيط 50 ملم، وأقصى كمية يمكن تحميلها من العوامل المساعدة هي 300 جرام)، وقد تم تحقيق تشغيل مستمر ومستقر لهذا الجهاز. أظهرت نتائج التجارب باستخدام جهاز التدفق الدوراني أن معدل تحويل الميثان ظل فوق 15%، بينما بلغت نسبة انتقائية البنزين حوالي 45%، ونسبة انتقائية الهيدروكربونات الأروماتية فوق 55%، مما يشكل أساسًا للتوسع في التجارب على نطاق أكبر. محفزات عالية الكفاءة: دفع عملية التصنيع المحلي
إن المحفزات عالية الكفاءة المستخدمة في عملية التكسير الهيدروجيني للزيوت، والتي يتم تصنيعها باستخدام طريقة الأكسدة والترسيب والتحميل في نفس الخطوة، هي محفزات ذات بنية نانوية مركبة. تُستخدم هذه المحفزات بشكل أساسي في تحويل الفحم إلى وقود، ومعالجة الزيوت الثقيلة لتحويلها إلى زيوت خفيفة، بالإضافة إلى تحويل قطران الفحم إلى مواد قابلة للاستخدام. كما أنها تساعد في رفع معدلات التحويل وكمية السوائل المنتجة، وتقلل من خطر تكون الرواسب، مما يساعد على تعزيز استخدام تقنية التكسير الهيدروجيني واستغلال الفحم بطريقة نظيفة. ستحل هذه المحفزات محل المحفزات المستوردة المستخدمة حاليًا في مجال تحويل الفحم إلى وقود، مما يسرع من عملية التصنيع المحلي للتقنيات المتقدمة. “تكمن الابتكارية في هذا العامل المحفز القائم على الحديد في دمج المكون النشط من نوع α-FeOOH على مستوى النانو مع حامل من مواد الكربون على مستوى الميكرو، والذي يتمتع بمساحة سطحية كبيرة. يتميز طريقة التصنيع بهذا العامل بأنها قصيرة وسهلة التحكم فيها وذات تكلفة منخفضة. أما من حيث الأداء، فإنه لا يوفر معدلات تحويل ومعدلات استخلاص عالية فحسب، بل يمتلك أيضًا قدرة على إبطاء عملية تكون الرواسب. ”قال من تشونغوي للصحفيين إن هذا الإنجاز يصل بشكل عام إلى مستوى رائد على المستوى الدولي، وأوصى بتسريع توسيع استخدام العوامل المحفزة في الصناعة ونشرها على نطاق واسع. ووفقًا للمعلومات المتوفرة، فقد أنجز مركز الهيدروكربونات التابع لشركة يانغان للنفط إنتاج محفزات بكميات تصل إلى الكيلوغرام، كما تم إجراء اختبارات مستمرة لتقييم أداء هذه المحفزات في جهاز التكسير الهيدروجيني ذو السرير المعلق بسعة 150 كيلوغرامًا في اليوم. ومقارنةً بالمحفزات التجارية المستخدمة حاليًا في جهاز التكرير الصناعي للكيروسين التابع لشركة يانغان للنفط، فإن استخدام هذه المحفزات يقل بنسبة 45%، كما يزداد معدل الحصول على السوائل