تطورات تطبيق تقنية التكسير الهيدروجيني للزيوت المعدنية

Thread Content

تم تحرير هذا المنشور لأخر مرة بواسطة "أنا طيب بطبيعتي" في تاريخ 2016-8-14 الساعة 16:29. التقدم في تطبيق تقنية تكسير الزيت الثقيل بالهيدروجين. حالياً، دخل التنمية الاقتصادية في بلادنا "الوضع الطبيعي الجديد"، حيث أصبح هناك تركيز أكبر على جودة التنمية وحماية البيئة وتوفير الموارد. يُعد تحقيق الإنتاج النظيف للطاقة واستخدامها بكفاءة أحد التحديات الرئيسية التي تواجه صناعة تكرير النفط في بلادنا من أجل تحقيق تنمية خضراء ومستدامة. في الوقت الحالي، تتداول أسعار النفط العالمية عند مستويات منخفضة، مما يجعل معالجة النفط الخام ذو الجودة المنخفضة في المصافي أمرًا غير مجدي اقتصاديًا. لكن على المدى الطويل، فإن اتجاه تدهور جودة النفط الخام أمر لا مفر منه، ولا تزال تقنيات معالجة النفط الثقيل، بما في ذلك تقنيات خفض اللزوجة والتكرير وهيدروجينة النفط الخام، تمثل التقنيات الأساسية التي يجب التركيز عليها وتطويرها باستمرار في المستقبل. مقارنةً بعمليات المعالجة الحرارية مثل تقليل اللزوجة والتكرير، فإن تقنية هيدروجينة النفط الخام تتميز بقدرتها العالية على استخدام مواد خام متنوعة ومرونتها في المعالجة، مما يسمح باستغلال النفط الخام بطريقة نظيفة وفعالة. وهي تُعد أداة تقنية أساسية لمواجهة تحدي تدهور جودة النفط الخام. تنقسم تقنيات هيدراتة الزيوت المعدنية حسب الاستخدام إلى نوعين رئيسيين: المعالجة بالهيدراتة والتكسير بالهيدراتة. تقنية معالجة النفط الثقيل بالهيدروجين تعتمد بشكل أساسي على عملية المعالجة بواسطة سرير ثابت، وهي تقنية ناضجة، تُستخدم لتحسين جودة النفط الثقيل كمادة خام لأجهزة التكسير الحفزي، حيث يبلغ معدل التحويل عادةً ما بين 15% إلى 20%. تنقسم تقنيات تكسير النفط الثقيل بالهيدروجين إلى نوعين رئيسيين: السرير المغلي والسرير المعلق، وتُستخدم لتحويل النفط الثقيل ذو الجودة المنخفضة إلى وقود للطاقة. يمكن استخدام تقنية الهدرجة والتكسير في الأسرّة المغلية لمعالجة الزيوت الثقيلة ذات محتوى الكربون العالي والمعادن العالية، حيث تؤدي هذه التقنية وظيفتي التكسير والتنقية في نفس الوقت، كما أن معدل التحويل يتراوح بين 60% إلى 80%، بالإضافة إلى أن درجة التنقية عالية جدًا ； لكن ضغط الهيدروجين مرتفع (>15 ميجا باسكال)، مما يتطلب متطلبات خاصة للمحفز أيضًا. الميزة الرئيسية لتقنية التكسير الهيدروجيني باستخدام سرير معلق من الزيوت المستخلصة هي معدل التحويل العالي وانخفاض كمية الزيوت الناتجة كنفايات. مقارنةً بعملية التكسير الهيدروجيني في الأسرّة المتفجرة، يمكن أن تصل نسبة التحويل في عملية التكسير الهيدروجيني في الأسرّة المعلقة إلى أكثر من 90%، مما يعكس ميزة واضحة لها. لكن من حيث التطبيقات الصناعية، فإن هذه الطريقة ليست بنفس درجة النضج والانتشار مقارنةً بالأسرّة المتفجرة. الوضع الحالي لتطبيقات التكنولوجيا والتحليل المقارن 1: تقنية التكسير الهيدروجيني للزيت الثقيل باستخدام سرير الغليان >>>> الوضع الحالي للتطبيق: تشمل تقنيات التكسير الهيدروجيني للزيت الثقيل باستخدام سرير الغليان في العالم تقنية H-Oil التابعة لشركة Axens، وتقنية LC-Fining التابعة لشركة CLG (ChevronLummusGlobal)، بالإضافة إلى تقنية STRONG التابعة لمجموعة سينوبك الصينية. في الوقت الحالي، تستخدم جميع أجهزة التكسير الهيدروجيني للنفط الثقيل في العمليات التجارية تقنيات H-Oil و LC-Fining. تم بناء وحدة تجريبية صناعية لتقنية STRONG التابعة لشركة البتروكيماويات الصينية، وأُجريت عليها تجارب أولية. كما هو موضح في الجدول 1، تم استخدام أجهزة التطبيقات الصناعية لتقنية H-Oil من شركة Axens في حوالي 13 شركة، ويبلغ الإنتاج الإجمالي حوالي 24 مليون طن سنويًا. تُظهر الجدول رقم 2 المنشآت التي تم بناؤها أو يجري بناؤها باستخدام تقنية LC-Fining التابعة لشركة CLG، وقد تم تطبيق هذه التقنية في حوالي 13 شركة، بإجمالي طاقة إنتاجية تقارب 32 مليون طن سنويًا. من بينها، تم منح تقنية معالجة الزيت المستخرج من الخامات من نوع LC-MAX (وهي تقنية مزيج من تقنية LC-Fining وتقنية إزالة القطران باستخدام المذيبات) لأول مرة في عام 2013 لشركة شاندونغ شينتشي للصناعات الكيميائية في بلادنا. وتخطط الشركة لتشغيل مصنع بطاقة 2.76 مليون طن سنويًا، ومن المتوقع أن يبدأ العمل فيه في عام 2016. أنجز معهد فوشون للبتروكيماويات التابع لشركة الصين للبتروكيماويات سلسلة من الأبحاث والتطويرات التقنية، منها تقنية التكسير الهيدروجيني باستخدام الأسرّة المغلية، والمحفزات، والمعدات ذات البراءات الاختراعية ومكوناتها الداخلية، بالإضافة إلى نظام التحكم في إضافة وإزالة المحفزات وطرق معالجة المحفزات المستهلكة، وفي النهاية تم تطوير مجموعة تقنيات STRONG التي تمتلك حقوق ملكية فكرية مستقلة. في سبتمبر 2015، أنشأت شركة جينلينغ للبتروكيماويات وحدة تجريبية صناعية باستخدام تقنية STRONG بطاقة 50 ألف طن سنويًا، وتم إجراء اختبارات أولية عليها، وكانت نتائج الاختبارات جيدة. ومع نضج التقنية، من المخطط بناء وحدات صناعية كاملة. >>>> تحليل المقارنة التقنية: تستخدم تقنية H-Oil عادةً مفاعلين متسلسلين، بينما تستخدم تقنية LC-Fining ثلاثة مفاعلات متسلسلة، مما يؤدي إلى نسبة أعلى في إزالة الشوائب. كما هو موضح في الشكل 1، لا يوجد فرق جوهري بين هاتين العمليتين؛ فتركيبة المفاعل متشابهة إلى حد كبير، حيث تتضمن كلاهما نظامًا لتوزيع السوائل، ونظامًا لإعادة التدوير، بالإضافة إلى نظام لإضافة الحفازات وإزالتها أثناء التشغيل. كما يمكن استخدام الحفازات في كلا النظامين بشكل متبادل. الفرق يكمن في أن تقنية H-Oil تستخدم نمط التشغيل بالدوران الخارجي مع وجود مضخة دوران خارجية، بينما تقنية LC-Fining تستخدم نمط التشغيل بالدوران الداخلي مع وجود مضخة دوران داخلية. تقنية التكسير الهيدروجيني للزيت المعدني باستخدام سرير معلق >>>> الوضع الحالي للاستخدام: حاليًا، يوجد في العالم جهازان لتطبيق هذه التقنية، وإجمالي الطاقة الإنتاجية لهما 1.8 مليون طن سنويًا. في أكتوبر 2013، بدأ تطبيق تقنية EST التابعة لشركة ENI في مصفاة سانازارو في إيطاليا، حيث تم تشغيل وحدة صناعية لتكسير الزيت المعدني باستخدام طريقة السرير المعلق، بطاقة إنتاجية تبلغ 1.35 مليون طن سنويًا. في يناير 2015، استخدمت شركة BP تقنية VCC لبناء أول مصنع في العالم لتكرير الكيروسين بطاقة 450 ألف طن سنويًا، وذلك ضمن مجموعة يانغشان للنفط. كانت نسبة جودة الفحم إلى جودة الزيت 1:1. بالإضافة إلى ذلك، هناك عدة أجهزة قيد الإنشاء أو مخطط لبنائها. على سبيل المثال، اختارت شركة باكستان لتكرير النفط تقنية Uniflex SHC، وتخطط لبدء التشغيل في عام 2016، حيث من المتوقع أن تنتج 2 مليون طن سنويًا من الديزل، بالإضافة إلى 225 ألف طن سنويًا من زيوت التشحيم ； تستخدم شركة ميندلييف الروسية تقنية VCC لبناء منشأة صناعية بطاقة 3.5 مليون طن سنويًا، ومن المتوقع أن تبدأ العمل في عام 2018 ； اختار مصنع بويرتو لا كروز في فنزويلا تقنية HDHPlus/SHP لبناء منشأة بطاقة 2.75 مليون طن سنويًا، ومن المتوقع أن تبدأ العمل في عام 2016. >>>> تحليل المقارنة التقنية: من أجل رفع معدل تحويل الزيت الخام وكفاءة إنتاج المنتجات، فإن جميع التقنيات الأخرى، باستثناء تقنية VCC، تقوم بإعادة تدوير الزيت غير المتحول في قاع الخزان أو زيت الغاز المخفض الضغط إلى المفاعل لمزيد من التحويل. كما أن العوامل المحفزة المستخدمة تختلف أيضًا، ويمكن الاطلاع على التحليل المقارن في الجدول 4. تستخدم تقنيات EST وHDHPlus/SHP وVRSH نظام التشغيل الدوري لزيت قاع الخزان غير المحول، مما يسمح بتحقيق معدل تحويل مرتفع للغاية. تُعاد الزيوت الناتجة عن عملية التحويل باستخدام تقنية EST، بعد معالجتها بالمذيبات لإزالة القطران، إلى المفاعل مرة أخرى مع القطران والمحفز، مع التخلص من كمية صغيرة من الزيوت الزائدة، ويصل معدل التحويل إلى أكثر من 97% ； تقنية HDHPlus/SHP تقوم بمعالجة الزيت الموجود في قاع الخزان، حيث يتم استرداد المعادن من خلال وحدة استرداد المعادن، ثم يتم خلط هذه المعادن مع الزيت الخام لمواصلة عملية الهيدروجينة، وتصل نسبة التحويل إلى حوالي 100% ； في تقنية VRSH، يتم إعادة جزء من الزيت القاعدي غير المتحول إلى المفاعل الأول لمواصلة التفاعل، بينما يتم إعادة تنشيط والاستفادة من المحفز الموجود في بقايا الجزء الأثقل بعد إزالة القار بواسطة المذيب؛ وتبلغ نسبة التحويل ما يقرب من 100%. بالإضافة إلى دورة الزيت الموجود في قاع الخزان غير المتحول، فإن تقنيات HDHPlus/SHP وVRSH تقوم أيضًا بدوران زيت الغاز المستخلص عبر عملية التقطير المباشر. تقنية HDHPlus/SHP تقوم بدوران زيت الغاز المستخلص إلى جزء SHP لإجراء عملية الهيدروجينة، بينما تقنية VRSH تقوم بدوران زيت الغاز المستخلص إلى مفاعل السرير الغلياني الثاني. تستخدم تقنية UniflexSHC نظام المرور الأولي للنفط الخام، حيث يتم إعادة تدوير النفط الثقيل المخفض الضغط إلى المفاعل ليتفاعل مرة أخرى، مع التخلص من بعض الزيوت غير المتحولة في قاع الخزان، بمعدل تحويل يزيد عن 90%. تستخدم تقنية VCC خطة المرور الأولي للزيت الخام، حيث يتم إرسال زيت الغاز المخفض الضغط الناتج عن التقطير المباشر إلى قسم المعالجة بالهيدروجين، مع معدل تحويل يتراوح بين 85% و95%. لم يتم تطبيق التقنيات المذكورة أعلاه في معالجة الزيوت الموجودة في قاع الخزان، كما هو موضح في الجدول 5؛ حيث يتم استخدام طرق مثل التكرير، وإنتاج الأسمنت، وتحضير الأسفلت، بالإضافة إلى استخراج أو استرداد المعادن من الزيوت غير المتحولة. التطورات البحثية والتطويرية: 1. تقنية التكسير الهيدروجيني في سرير الغليان للزيت الثقيل. تُستخدم تقنية التكسير الهيدروجيني في سرير الغليان ليس فقط في تكسير الزيت الثقيل التقليدي، بل تُستخدم بشكل أساسي أيضًا في تحسين خصائص النفوط غير التقليدية مثل قار رمال النفط الكندية، وغالبًا ما يتم دمجها مع عمليات مثل التكويب وإزالة القار بالمذيبات لإنتاج نفط صناعي. في السنوات الأخيرة، ركزت أبحاث تقنية التكسير الهيدروجيني في الأسرّة المغلية أيضًا بشكل أساسي على التطوير المتكامل مع تقنيات مثل التكرير وإزالة القطران باستخدام المذيبات. >>>> عمليات الدمج المتكاملة: قدمت شركتا Axens وCLG في مؤتمر رابطة منتجي الوقود والبتروكيماويات الأمريكية (AFPM) لعام 2012، عمليات الدمج المتكاملة المتمثلة في H-Oil – التكرير المتأخر – وLC-Fining – إزالة القطران باستخدام المذيبات (LC-Max). السمة الأكثر تميزًا لعملية LC-MAX هي ترتيب جهاز إزالة القطران بواسطة المذيبات (SDA). في الماضي، في العديد من العمليات التي تستخدم تركيبة من تقنية SDA والتحلل الهيدروجيني في أسرّة الغليان والأسرّة الثابتة، تم وضع وحدات SDA في الغالب قبل وحدات التحلل الهيدروجيني للزيت الثقيل. وهذا بالفعل يسهل عملية التحلل الهيدروجيني للزيت الثقيل، لكن معدل التحويل الإجمالي يتأثر، وذلك بسبب تكوّن كميات كبيرة من القار بعد إزالة القار من الزيت الثقيل باستخدام المذيبات. لذلك، يجب تركيب جهاز SDA في الأماكن التي يلزم فيها تقليل تكوين القطران إلى أدنى حد وزيادة معدل التحويل الكلي. تستخدم شركة CLG الراشط الضاغط للنفط الخام الروسي المصدر، والذي يصعب معالجته، كمادة خام، وأجرت تجارب التكسير الهيدروجيني باستخدام عمليتي LC-Fining وLC-MAX على التوالي. وتظهر بيانات التجارب في الجدول 6. يجري حالياً في مدينة دونغينغ، مقاطعة شاندونغ بالصين، بناء أول منشأة صناعية في العالم وفقاً لعملية LC-Max؛ حيث تبلغ طاقتها الإنتاجية 2.76 مليون طن/سنة. ومن المقرر أن تدخل المنشأة الخدمة في عام 2016، وهي تعالج بشكل أساسي خليطاً متساوياً (50:50) من زيت التقطير الثقيل المستخرج من النفط الخام من حقل ميري-18 والنفط العربي الثقيل. وتبلغ نسبة التحويل في هذه العملية 90%، حيث يتم إنتاج كل من الديزل منخفض الكبريت الذي يستوفي مواصفات المعيار الأوروبي V، وكذلك النفتا التي تُستخدم كمادة خام للإصلاح الحفزي. يُستخدم القطران الخالي من الزيت المنتج في جهاز LC-MAX كمادة خام لإنتاج الهيدروجين في وحدة التحلل الحراري (تقنية E-Gas التي نقلتها شركة CB&I). قام معهد فوشون للبتروكيماويات التابع لشركة الصين للبتروكيماويات، استنادًا إلى تطوير تقنية STRONG، بتطوير عدة تقنيات متكاملة مثل التكسير الحفزي باستخدام سرير التفريغ، وعملية التكرير باستخدام سرير التفريغ، بالإضافة إلى معالجة النفط الثقيل باستخدام سرير التفريغ والسرير الثابت. أظهرت نتائج التجارب أنه عند إجراء تجارب التكسير الحفزي باستخدام البقايا الهيدروجينية من سرير الغليان، بلغت نسبة الحصول على الزيوت الخفيفة أكثر من 63٪، بينما بلغت نسبة الحصول على البنزين والديزل والغاز المسال 78.27٪. وهذا يدل على أن البقايا النفطية ذات الجودة المنخفضة، بعد معالجتها بالهيدروجين في سرير الغليان، يمكن استخدامها كمادة خام للتكسير الحفزي، مما يؤدي إلى نسبة عالية من إنتاج الزيوت الخفيفة. وعلاوة على ذلك، عند إضافة نسب مختلفة من الزيت الدوراني الناتج عن التكسير الحفزي، تزداد نسبة الحصول على البنزين والديزل والغاز المسال بمقدار 1.04٪ على الأقل ； مقارنةً بعملية التكويك المنفردة، فإن استخدام عملية التكويك المتكاملة مع الفرن ذي السرير المغلي في معالجة الزيت الثقيل ذي الجودة المنخفضة يؤدي إلى زيادة إجمالي إنتاجية السوائل بنسبة 13.57%، مما يعزز الفوائد الاقتصادية بشكل كبير. كما تتميز هذه العملية المتكاملة بقدرتها على التعامل مع مجموعة واسعة من المواد الخام، ومرونتها، واستقرار المنتجات البترولية؛ وهي بالتالي خيار أفضل للاستخدام الفعال لموارد النفط الخام ； تتيح عملية المعالجة الهيدروجينية للنفط الثقيل باستخدام سرير التبخر والسرير الثابت، معالجة النفط الثقيل ذو الجودة المنخفضة، حيث تبلغ نسبة المعادن فيه 118 جرام/جرام و233 جرام/جرام على التوالي، بينما تبلغ نسبة الكربون المتبقي 15.7% و21.1% على التوالي. وفي كلا الحالتين، يمكن تشغيل سرير التبخر والسرير الثابت بشكل مستقر. وتبلغ نسبة المعادن في النفط الثقيل بعد المعالجة الهيدروجينية 10.6 جرام/جرام و7.8 جرام/جرام على التوالي، بينما تبلغ نسبة الكربون المتبقي 5.6% و5.2% على التوالي. ويمكن استخدام هذا النفط كمادة خام في أجهزة التكسير الحفزي، مما يوفر فرصًا أفضل لتحقيق الربح. كما يمكن تشغيل هذه الأجهزة بشكل مستقر لمدة 3 سنوات، مما يسمح بالتزامن في بدء وإيقاف التشغيل مع الأجهزة الأخرى في الخط الإنتاجي. تعتبر شركة فولرو الأمريكية، من خلال عمليات معالجة النفط الخام المخفض الضغط، أن أكثر العمليات استخدامًا هي عملية التكرير المتأخر وعملية التحلل الهيدروجيني في الأسرّة الغليانية. وقد استخدمت الشركة برنامج Aspen لنمذجة التخطيط الخطي لمقارنة الجدوى الاقتصادية لثلاث خطط: خطة التكرير التقليدي، وخطة التحلل الهيدروجيني في الأسرّة الغليانية، وخطة الجمع بين التحلل الهيدروجيني في الأسرّة الغليانية والتكرير التقليدي. ويمكن رؤية نتائج هذه المقارنة في الجدول 7. مقارنةً بخطة الكوكينغ التي تزيد من الإنفاق الرأسمالي بنسبة 23% فقط، فإن معدل العائد على الاستثمار في خطة التحلل الهيدروجيني باستخدام السرير المتفجر أعلى بنسبة 3.9% ； يمكن للمخطط المشترك بين التحلل الهيدروجيني في الفراش المغلي ووحدات التكويك الحالية أن يحقق عوائدًا أفضل حتى. ترى شركة فلور أن تقييم الجدوى الاقتصادية لتحسين زيت القطران المخفف يجب أن يحدد من خلال النفقات الرأسمالية، وسوق المواد الخام والمنتجات، وموقع المشروع والخدمات اللوجستية، بالإضافة إلى العائد على الاستثمار؛ فلا يوجد حل واحد يناسب الجميع. يتمتع خيار التكسير الهيدروجيني في الفراش المغلي بجاذبية محتملة لمصافي التكرير الكبيرة التي تزيد طاقتها عن 15 مليون طن/سنة، أما بالنسبة لمصافي التكرير القائمة أو الجديدة التي تتراوح طاقتها بين 10 ملايين و12.5 مليون طن/سنة، فإن حجم الإنفاق الرأسمالي المطلوب لخيار التكسير الهيدروجيني في الفراش المغلي سيتجاوز قدرة هذه المصافي على الاستثمار. يمكن لخطة الهيدروكراكينغ في السرير المغلي مع عملية التكرير الحالية أن تزيد من كمية الزيوت المستخلصة، وهي أفضل من استخدام أي من العمليتين بمفردهما. لكن، قدرة عملية التكرير في هذه الخطة تكون محدودة بسبب كمية الكوك المتولد، ويمكن حل هذه المشكلة من خلال تحقيق توازن بين معدل تحويل الزيوت الثقيلة في عملية التكرير ومعدل تحويلها في عملية الهيدروكراكينغ في السرير المغلي. لتحقيق معالجة واستخدام فعّال لزيت الغاز الثقيل المخفض الضغط، تعاون معهد توبوتشيف للكيمياء البترولية في روسيا مع شركة CLG الأمريكية لتطوير عملية هدرجة وتكسير زيت الغاز باستخدام محفزات نانوية فائقة الدقة تم تصنيعها بطريقة خاصة. يتميز هذا المحفز بانخفاض استهلاكه للغاية، حيث لا يتجاوز 0.01%، كما أنه لا ينتج أي نفايات، ولا يتأثر بالشوائب. ويساعد هذا المحفز في تحويل المكونات الثقيلة من الزيت، التي تحتوي على نسبة عالية من المواد اللاصقة والقطران، بالإضافة إلى نسبة عالية من المعادن والكبريت والنيتروجين، إلى مكونات خفيفة ومتوسطة الوزن، مما يساعد في إنتاج الوقود والمنتجات البتروكيماوية والزيوت الأساسية بأقصى قدر ممكن. في ظل شروط ضغط الهيدروجين في المفاعل من 6.0 إلى 8.0 ميجا باسكال، وزمن الاحتجاز من 0.5 إلى 2.0 ساعة⁻¹، يمكن تحويل ما بين 92% و95% من المواد الواردة إلى مكونات خفيفة مثل البنزين والديزل، مما يقلل بشكل كبير أو حتى يلغي إنتاج زيت الوقود، وهو أمر جذاب من الناحية الاقتصادية. يوضح الجدول 8 التغيرات في معدلات إنتاج المنتجات قبل وبعد استخدام هذه العملية في مصانع التكرير. ويتضح من ذلك أنه، في غياب إنتاج الوقود، ارتفع إنتاج الغاز المسال والنافتا والديزل بشكل كبير، بينما انخفض إنتاج البنزين قليلاً، وبالتالي ارتفع الإنتاج الإجمالي بنسبة 37%. >>>> المحفزات: في الوقت الحالي، تتكون محفزات التكسير الهيدروجيني باستخدام سرير الغليان المتوفرة في السوق الدولية بشكل أساسي من سلسلة KF الخاصة بشركة Albemarle (مثل KF1300، KF1315، KF1312، KF1316، KF1317 وغيرها)، وسلسلة RN الخاصة بشركة Criterion (مثل RN-680، RN-681)، وسلسلة TEX (مثل TEX2910، TEX2720، TEX2731، TEX2740)، بالإضافة إلى HDS-1495. كما توجد أيضًا سلسلة GR وسلسلة LS وسلسلة ULS الخاصة بشركة ART، بالإضافة إلى HSLS وHCRC. TEX2910 هو أحدث جيل من محفزات السرير المتفجر، التي طورتها شركة Criterion، ويتمتع بقدرة ممتازة على التحكم في الرواسب وتحويل النفط الخام، كما هو موضح في الشكل 3. وهو مناسب للاستخدام في المفاعلات ذات المرحلتين. يمكن لمحفز HCRC الذي طورته شركة ART مؤخرًا أن يقلل من صعوبة التفاعلات، ويخفض من حدوث التفاعلات الحرارية، مما يؤدي إلى تقليل كمية الرواسب والكوك بشكل كبير، ويزيد من معدل تحويل النفط الخام. تحت ظروف التفاعل العادية، وباستخدام محفز HCRC، ارتفعت نسبة تحويل النفط الخام بنسبة 4%، كما ارتفعت نسبتا إزالة الكبريت والنيتروجين بنسبة 4% و3% على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، ارتفعت نسبة إزالة الكربون المتبقي بنسبة 6%، كما انخفضت نسبة النيتروجين في الزيوت المقطرة وزيوت الشمع المخفضة الضغط. في الوقت نفسه، استكشفت شركة ART تأثير استخدام نظام المحفزات المزدوج HCRC/HSLS في أجهزة السرير الغالي، أي باستخدام محفز HSLS في المفاعل رقم 1، ومحفز HCRC في المفاعلين رقم 2 و3. أظهرت نتائج الاختبارات النصف صناعية أن استخدام نظام المحفزات المزدوج HCRC/HSLS يحسّن من مرونة تشغيل الوحدة مقارنةً باستخدام محفز HCRC وحده، كما هو موضح في الشكل 4. ويمكن من خلال تحسين أداء المحفزات، وتعديل نسب تحميلها، وتغيير شروط التفاعل، ضبط عائد المنتج والانتقائية، بالإضافة إلى التحكم في معدل إزالة الشوائب (الكبريت والنيتروجين والمعادن). تقنية التكسير الهيدروجيني للزيوت المعدنية في الأسرّة المعلقة: على الرغم من تشغيل وحدتين صناعيتين باستخدام هذه التقنية، إلا أنها لم تصل بعد إلى مرحلة النضج التام، ولا يزال أمامها طريق طويل قبل أن تُستخدم على نطاق واسع. في الوقت الحالي، لا يزال تركيز مراكز البحث المختلفة منصبًا على تحسين الأداء طويل الأمد للأجهزة (مع التركيز على حل مشكلة تكوّن الرواسب)، بالإضافة إلى تطوير محفزات ذات فعالية عالية وقدرة عالية على التوزيع. >>>> العملية: أظهر التشغيل الصناعي لأول وحدة في العالم للتكسير الهيدروجيني للزيت الثقيل بطاقة 1.35 مليون طن/سنة، أن درجة حرارة مفاعل الفراش المعلق تظل ثابتة إلى حد كبير، حيث تقل الفروقات الحرارية المحورية عن 2 درجة مئوية والفروقات الحرارية الشعاعية عن 0.1 درجة مئوية. كما يتميز النظام بكفاءة عالية في فصل الغاز عن السائل ولا يتولد أي فقاعات. بلغت نسبة تحويل المواد الخام 95% إلى 96%، ولم يتكون أي كوك. تلبي جودة المنتج المتطلبات التصميمية، حيث يتجاوز معدل استخلاص الديزل الأوروبي منه 40%. بعد مرور 3 أشهر على بدء التشغيل لأول مرة، وبسبب تأثيرات خارجية مثل تعطل جهاز تحويل البخار نتيجة انقطاع التيار الكهربائي، ومع الأخذ في الاعتبار الحاجة إلى تحسين موثوقية الجهاز وكفاءته وإجراءات تشغيله، تقرر إيقاف الجهاز عن العمل لإجراء الصيانة. في يونيو 2014، بدأت الوحدة العمل مرة أخرى بعد إجراء التعديلات اللازمة، ويُقال إنها ظلت تعمل بشكل جيد، كما لا تزال عمليات التحسين التقني مستمرة. قامت شركة ENI بمنح تراخيص لاستخدام هذه التكنولوجيا، حيث وقعت في يوليو 2015 أول اتفاقية لنقل التكنولوجيا مع شركة Total. بالإضافة إلى التقنيات المعروفة مثل EST وHDHPlus/SHP وUniflexSHC وVCC، طور معهد صناعة النفط الإيراني (RIPI) أيضًا تقنية لتحلل النفط الخام الثقيل عبر الهيدروجين (HRH)، وقد تم حمايتها ببراءات اختراع في الولايات المتحدة وكندا وكوريا الجنوبية واليابان، كما يتم حاليًا تصميم منشأة صناعية بطاقة 180 ألف برميل في اليوم. خصائص تقنية HRH كالتالي: استخدام محفزات نانوية لإنتاج منتجات ذات قيمة عالية، دون الحاجة إلى إزالة الكربون ； تصل نسبة إزالة الكبريت إلى 60% إلى 80% ； إزالة الشوائب المعدنية من المواد الخام، واسترجاعها في صورة أكاسيد معدنية باستخدام عمليات فصل خاصة ； بلغت نسبة الاسترداد الحجمي 110%. مقارنةً بالمحفزات النانوية ذات الحجم الكبير، فإن المحفزات النانوية ذات الحجم الصغير تتمتع بقدرة أفضل على الحركة ونشاط أعلى. >>>>المحفزات: في الوقت الحالي، تعمل شركة ENI على تطوير جيل ثاني من المحفزات النانوية، بهدف تحسين قدرة هذه المحفزات على عملية التكسير، بالإضافة إلى دراسة تقنيات استرداد المحفزات من الزيوت الناتجة عن عملية التحويل. تقوم شركة الصين للنفط والغاز الطبيعي بإجراء أبحاث حول المحفزات القابلة للذوبان في الزيت، وقد نجحت في تطوير سلسلة من المحفزات القابلة للذوبان في الزيت مصنوعة من عناصر الكوبالت والموليبدينوم والنيكل. وتُظهر هذه المحفزات كفاءة أعلى في عملية الهيدروجنة مقارنة بالمحفزات القابلة للذوبان في الماء. كما تم اختيار مواد مساعدة مناسبة لمختلف أنواع المواد الخام، بالإضافة إلى تحديد التركيزات المناسبة لاستخدامها. وقد تم أيضًا دراسة ظروف عملية التكسير الكيميائي، وتم تحديد المحفزات القابلة للذوبان في الزيت والمواد المساعدة المناسبة. طور معهد صناعة النفط الإيراني (RIPI) طريقة لتحضير محفزات نانوية لعملية التكسير الهيدروجيني في الأسرّة المعلقة، وذلك عن طريق اختيار مواد فعالة سطحية مناسبة واستخدام تركيبات مختلفة لتحقيق أفضل توازن بين الخواص الهيدروفيلية والليوفيلية، وبالتالي الحصول على أصغر حجم ممكن لقطرات السائل. تُظهر الدراسات أن استخدام المواد المذيبة السطحية غير الأيونية يمكن أن يقلل من حجم المحفزات النانوية بمقدار 10 أضعاف، ليصبح بين 1 و2 نانومتر، كما هو موضح في الشكل 5. وهذا يعني أن قطر المعدن النشط يكون 1/100 من حجم جزيئات الأسفلت. وبالتالي، يتمتع هذا المحفز بنشاط تحفيزي أفضل، ويمكنه تحسين أداء وحدات التكسير الهيدروجيني بسرير معلق بشكل ملحوظ، مما يتيح إمكانية تطوير جيل جديد من عمليات التكسير الهيدروجيني بسرير معلق. أعد معهد البترول المكسيكي في المختبر نوعًا من المحفزات السائلة (محفز متجانس، يُصنع من حمض الكبريتيك وأمونيوم موليبدات وكبريتات النيكل، ومناسب لعملية التحلل الهيدروجيني في أسرّة مشبعة بالجسيمات)، وذلك لاستخدامه في تفاعل التحلل الهيدروجيني للزيوت الثقيلة، وقورن ذلك بالتحلل الحراري والتحلل الهيدروجيني باستخدام محفز غير متجانس تجاري (NiMo/Al2O3). أُجريت التجارب في مفاعل الضغط العالي، وترد نتائج التجارب في الجدول 9. تحت نفس ظروف التجربة (100 كجم/سم²، 420 درجة مئوية، وقت تفاعل 1 ساعة، نسبة المادة الكيميائية إلى الزيت 1:250)، كانت نسبة التحويل في عملية التكسير الحراري هي الأدنى، حيث بلغت 46.7%. أما عملية التكسير الهيدروجيني باستخدام محفزات غير متجانسة، فكانت نسبة التحويل فيها 53.8%. أما عملية التكسير الهيدروجيني باستخدام محفزات سائلة، فكانت نسبة التحويل فيها الأعلى، حيث بلغت 65.3%. والسبب في ذلك يعود إلى أن المحفزات السائلة تتمتع بخصائص توزيع وتدفق أفضل ； ومع ذلك، فإن المحفزات غير المتجانسة أكثر فعالية في إزالة الكبريت والنيتروجين، وقد يعود السبب في ذلك إلى ارتفاع تركيز النيكل والموليبدينوم على سطح هذه المحفزات. علاوة على ذلك، يمكن استرداد هذا العامل المحفز السائل وإعادة تنشيطه لاستخدامه مرة أخرى، مما يمنحه ميزة تكلفية مقارنة بالعوامل المحفزة غير المتجانسة. نظرًا لأن الجسيمات النانوية المعدنية لها مساحة سطحية كبيرة، فإن ذلك يساعد على تعزيز النشاط الحفزي، ولذلك تُستخدم على نطاق واسع في العمليات الحفزية في السنوات الأخيرة. جربت جامعة كوريا الوطنية لأول مرة استخدام بنية الرقائق النانوية WS2 كمحفز متناثر في عملية تكسير النفط الثقيل بالهيدروجين، وقد أُجريت التجارب في مفاعلات ذات ضغط عالٍ، حيث كانت درجة حرارة التفاعل 400 درجة مئوية وضغط الهيدروجين 70 بار، وتظهر نتائج التجارب في الجدول 10. تم تقييم نشاط التفاعل لمحفزات WS2 أحادية الطبقة ومتعددة الطبقات بناءً على نتائج التجارب، وتمت مقارنتها بالمحفزات الصلبة التقليدية من نوع WS2 وMoS2. يتميز محفز WS2 أحادي الطبقة، بفضل صغر حجم جسيماته، بأعلى مساحة سطحية نوعية (97.6 م²/غ)، مما يجعله يظهر أفضل أداء تفاعلي؛ فعلى سبيل المثال، تصل نسبة تحول القار الكربوني C5 إلى 75.3%، بينما يبلغ مؤشر API للمنتج السائل (وهو مقياس وضعه معهد البترول الأمريكي لقياس كثافة المنتجات البترولية) 13.8. خاتمة: باعتبارها التقنية الأكثر كفاءة حاليًا لمعالجة واستغلال النفط الثقيل، ستواصل عملية التحلل الهيدروجيني في الأسرّة المغلية لعب دور مهم في استغلال النفط الثقيل على مستوى العالم. على الرغم من أن تقنية التكسير الهيدروجيني في الفراش المغلي قد طبقت على نطاق واسع، إلا أنه لا يزال هناك مجال كبير للتحسين في هذه التقنية. سيتركز التركيز في الأبحاث والتطوير المستقبلي على تحسين قدرة المواد الخام على التكيف، وزيادة مستوى التحويل، وإطالة عمر العوامل المساعدة في التفاعلات الكيميائية، بالإضافة إلى تقليل استهلاك هذه العوامل. كما يلزم تطوير واستخدام تقنيات مثل الأسرّة الغليانية وغيرها من التقنيات المتكاملة، بالإضافة إلى طرق معالجة الزيوت غير المتحولة. تعتبر تقنية التكسير الهيدروجيني على الأسرّة المعلقة من التحديات الكبرى والتقنيات المتقدمة في صناعة تكرير النفط على مستوى العالم، ولها آفاق جيدة للتطبيق الواسع، لكن يلزم تطوير محفزات ذات نشاط عالٍ وقدرة عالية على التشتت، بالإضافة إلى التركيز على حل مشكلة تكون الكتل في أجهزة التكرير. علاوة على ذلك، نظرًا لأن المواد الخام المستخدمة في عملية المعالجة بالسرير المعلق أقل جودة، فإن معظم المعادن الموجودة في هذه المواد، بالإضافة إلى منتجات التفاعل وتقريبًا جميع المحفزات، تتركز عادةً في الزيت الموجود في قاع الخزان غير المتحول، مما يجعل خصائص هذا الزيت غير مناسبة لإعادة المعالجة، وبالتالي يصعب استغلاله في العمليات الصناعية. لذلك، فإن كيفية التعامل مع زيت قاع الخزان غير المحول واستغلاله بشكل صحيح، يُعد تحديًا تقنيًا آخر في تطبيق تقنية التكسير الهيدروجيني باستخدام الأسرّة المعلقة على نطاق صناعي، وكذلك لتجنب التلوث البيئي. المصدر: معهد البترول والكيماويات التابع لشركة البترول الصينية (رن وينبو، لي زينيو، لي شويجينغ، جين يوهاو)، بالإضافة إلى موقع “شيهوا يوان”، وتم تنسيق المحتوى من قبل قسم الكيماويات رقم 707