--تحليل مسار تقنية الهيدروكربونات العطرية (الجزء الثاني)

Thread Content

--تحليل مسارات تقنيات الهيدروكربونات العطرية (الجزء الثاني)
المؤلف/المصدر: تاريخ النشر: 26 أغسطس 2016
عدد المرات التي تم فيها النقر على المقال: 8
لسد النقص في سوق الهيدروكربونات العطرية، لم يقتصر اهتمام الصناعة على استخدام النفط كمصدر، بل توجهت أيضًا إلى استخدام الفحم، كما لم تتجاهل الصناعة استخدام المواد الحيوية كمصدر أيضًا. يُشير “صنع في الصين 2025” إلى خريطة الطريق التقنية للمجالات ذات الأولوية، حيث يُنص بوضوح على ضرورة تحقيق اختراقات كبيرة في مجال المواد البوليمرية من خلال تطوير تقنيات تصنيع الهيدروكربونات العطرية المستمدة من المصادر البيولوجية. في مؤتمر تطوير سلسلة صناعة الهيدروكربونات العطرية في الصين الذي اختتم في منتصف أغسطس 2016، أشاد الخبراء المشاركون بشكل كبير بفكرة استخدام المواد الحيوية في إنتاج الهيدروكربونات العطرية كاتجاه للتطوير. لكن عند الحديث عن المستقبل، يمكن تلخيص موقفهم في جملة واحدة: الطريق وعر وطويل، لكن بالمضي قدماً سنصل. محلياً: التقنية الجديدة بدأت تظهر للوجود "يمتلك النفايات المنزلية والقش الذي تنتجه بلادنا سنوياً القدرة على إنتاج 170 مليون طن من الديزل والبنزين والأروماتيكات سنوياً." ”رسم البروفيسور وانغ هوالين من جامعة هوادونغ للعلوم والتكنولوجيا آفاق المسار الحيوي للهيدروكربونات العطرية. هذه البيانات التي قدمها ليست من فراغ، بل تستند إلى مسار تقني مبتكر لإنتاج الأروماتيات من المواد الحيوية الذي يستكشفونه، وهو مسار تقني يربط بين تكرير النفط والصناعات الكيميائية والصناعات البيوكيميائية. على وجه التحديد، يستخدم هذا المسار القش المهمل والنفايات المنزلية المعدنية لإنتاج البنزين والديزل والهيدروكربونات العطرية. ما يُسمى بالنفايات المعدنية هو النفايات التي ترسخت بعد دفنها في الأرض لسنوات عديدة. ووفقًا لوانغ هوالين، يمكن الحصول على طن واحد من البنزين والديزل والهيدروكربونات العطرية من 6 أطنان من القش. وتنتج بلادنا أكثر من 700 مليون طن من القش سنويًا، وهو ما يعادل أكثر من 100 مليون طن من البنزين والديزل والهيدروكربونات العطرية. في الوقت نفسه، يبلغ حجم النفايات الحضرية المنتجة في بلادنا سنويًا حوالي 300 مليون طن، والتي تحتوي تقريبًا على 70 مليون طن من البنزين والديزل والهيدروكربونات العطرية. من المصادفات الغريبة أن توزيع النفايات الحضرية في بلادنا يتوافق بشكل كبير مع توزيع مصانع تكرير النفط، وهو ما يجعل من الممكن تطبيق مسار التقنيات التي تربط بين تكرير النفط والصناعات الكيميائية والبيوكيميائية. “الفكرة التقنية لتحلل القش وتحويله بالهيدروجين لإنتاج البنزين والديزل والهيدروكربونات العطرية هي: يتم تشكيل جزيئات القش والنفايات المنزلية وتحويلها بشكل موجه، حيث يتحول الليجنين فيها عن طريق الهدرجة وإزالة الأكسجين إلى مواد خام للهيدروكربونات العطرية، بينما تتحول السليلوز والهيميسليلوز عن طريق الهدرجة وإزالة الأكسجين إلى مواد خام للبنزين والديزل. ”قال وانغ هوالين. وبناءً على هذه الفكرة، قام الباحثون بتطوير جهازين؛ أحدهما جهاز لتحويل القش إلى مواد خام يمكن استخدامها في إنتاج البنزين والديزل والهيدروكربونات العطرية، وقد تم بالفعل بناء جهاز تجريبي بسعة 3 أطنان في الساعة، وهو جهاز يشبه أجهزة التكسير الحفزي المستخدمة في صناعة تكرير النفط والصناعات الكيميائية ； والآخر هو وحدة تجريبية لإزالة الأكسجين بالهيدروجين في سرير مغلي بقدرة 1 لتر/ساعة وتكرير الهيدروجين في سرير ثابت، تم بناؤها من قبل شركة في مقاطعة خنان. أظهرت نتائج الاختبار النصف صناعي أن مكونات زيت التحلل الحيوي (قطران الخشب) تشمل الألكانات والأريليات والأوليفينات والفينول وغيرها. وبعد المعالجة الهيدروجينية، أصبحت تركيبة الزيت المعالج 46.44% أريليات، و35.09% ألكانات، و8.56% فينول؛ ومن خلال خلطه لاحقًا يمكن الحصول على الأريليات، بينما يمكن الحصول على البنزين والديزل عبر التكسير الهيدروجيني. يقول الخبراء في هذا المجال إنه بشكل عام، لا تزال عملية تطوير تقنيات إنتاج الهيدروكربونات العطرية من المواد الحيوية في الداخل في مراحلها الأولى. الخارج: التصنيع قيد التنفيذ. مقارنةً بالداخل، هناك المزيد من الشركات في الخارج التي تشارك في البحث والتطوير والتصنيع، كما أن البحث والتطوير يتم فيها منذ وقت أبكر. وفقًا لما علمه المراسل، فإن بعض تقنيات إنتاج الهيدروكربونات العطرية من الكتلة الحيوية التي طورتها شركات أجنبية قد بدأت بالفعل في الإنتاج التجاري على نطاق ضيق. لقد حظيت التطورات التي أحرزتها جامعة ماساتشوستس الأمريكية في تطوير عملية إنتاج واحدة الخطوات للمركبات العطرية من الكتلة الحيوية السليولوزية باهتمام كبير من قبل الصناعة. طوروا عملية تحويل الكتلة الحيوية إلى هيدروكربونات عطرية، وأسسوا شركة Anellotech لإدخالها في الإنتاج الصناعي. تعتمد هذه التقنية على عملية التحلل الحراري السريع المحفز، حيث يتم تسخين الكتلة الحيوية بسرعة في مفاعل بالسرير المُتَفَلْتِل لتكوين أكاسيد، ثم يُستخدم محفز الزيوليت المتخصص لتحويل هذه المركبات إلى هيدروكربونات عطرية ذات درجة نقاء كيميائية. تتميز هذه التقنية بتكلفة أقل مقارنة بالعمليات التقليدية لإنتاج الهيدروكربونات العطرية باستخدام النفط كمادة خام. في يناير من هذا العام، قامت شركة أنيلوتيك بتطبيق هذه التكنولوجيا على المستوى الصناعي. ووفقًا لتقديراتهم، فإن هذه التقنية تتمتع بميزة تنافسية من حيث التكلفة عندما يكون سعر النفط أعلى من 60 دولارًا للبرميل. يعتقد القطاع بشكل عام أن عملية تحويل المواد الحيوية إلى هيدروكربونات عطرية باستخدام تقنية Anellotech للتحلل الحراري للمواد الحيوية، هي أفضل طريقة من حيث التكلفة والجدوى الاقتصادية بين الطرق المتاحة حاليًا. تتمتع عملية BioForming، التي طورتها شركة Virent الأمريكية بالتعاون مع جامعة ويسكونسن-ماديسون، بمزايا استثمارية كبيرة نظراً لإمكانية تطبيقها عبر تعديل المنشآت التكريرية الحالية. تعتمد هذه العملية على السكر كمادة خام، حيث يتم دمج تحلل الألياف النباتية مع تقنيات الهدرجة الحفازة التقليدية، لإنتاج مزيج من الهيدروكربونات العطرية التي تحتوي على البنزين والتولوين والكسين، ومن ثم يمكن معالجتها لاحقًا لإنتاج الديكستيلين. تكمن ميزة هذه العملية في أنه من خلال دمج تقنية إعادة التشكيل الطوري السائل (APR) مع تقنيات مثل الهدرجة الحفازة والتكثيف التقليدية، يمكن تعديل وحدة التفاعل استنادًا إلى وحدات التكرير والصناعات البتروكيماوية القائمة، حيث يبلغ تكلفة الاستثمار لكل جالون من المنتج ما بين 1.75 و3 دولارات فقط ； يمكن استخدام الأوليفينات الثانوية إما كمنتج ثانوي أو لتزويد الوحدة بالطاقة، وتتميز العملية باقتصادية جيدة. على عكس التحويل المباشر للكتلة الحيوية لإنتاج الهيدروكربونات العطرية، اتخذ بعض المنتجين في السنوات الأخيرة مسارًا مختلفًا، حيث يستخدمون أولاً عمليات متطورة لتحويل الكتلة الحيوية إلى مواد كيميائية عضوية ذات قيمة مضافة منخفضة، ثم يحولون هذه المواد الكيميائية القائمة على الكتلة الحيوية إلى منتجات هيدروكربونية عطرية ذات قيمة مضافة أعلى. ومن بينها، تُعد عملية GIFT التي طورتها الشركة الأمريكية Gevo لإنتاج الكحول عن طريق تخمير المواد الخام المتجددة، الأكثر تمثيلاً. تبدأ عملية GIFT بتحويل المواد الخام الحيوية إلى إيزوبيوتانول، ثم يتم الحصول على إيزوبيوتين من خلال تفاعل الإزالة. وفي هذه العملية، يزيد معدل تحويل إيزوبيوتانول عن 99% ； يتحول الإيزوبوتين الناتج إلى أوليفينات C8 عبر مفاعل التبلمر ； يتم الحصول على منتج PX من أوليفينات C8 عن طريق التحلل الهيدروجيني الدوري، حيث تتجاوز انتقائية PX 75% وتصل نقاوته إلى 99%. قامت شركة Gevo بالتعاون مع شركة تويوتا كيميكال اليابانية ببناء منشآت صناعية. أكبر ميزة لهذه العملية هي إمكانية إنتاج مادة PX عالية النقاء مباشرة في بيئة معتدلة، مما يلغي الحاجة إلى عمليات معقدة مثل التحويل الهيدروجيني وفصل المركبات الأروماتية، وبالتالي يكون عملية الإنتاج أبسط نسبيًا. العقبات: مفاعلات المواد الخام والمحفزات. ووفقًا لما توصل إليه الصحفيون من خلال مقابلاتهم، فإنه على الرغم من أن طرق تحويل المواد الحيوية إلى هيدروكربونات عطرية تبدو واعدة وأن هناك تقدمًا كبيرًا في هذا المجال، إلا أن معظم هذه الطرق لا تزال في مرحلة التطوير. حتى مع تحقيق بعض الدول لإنتاج صناعي على نطاق صغير، لا يزال هناك فارق كبير في الكفاءة الناتجة عن الحجم مقارنةً بالطريقة التقليدية لإنتاج النفط، كما أن هناك العديد من المشاكل المحتملة التي تحتاج إلى حل عاجل. أولاً، كان التزويد المستقر بمواد الكتلة الحيوية يمثل تحدياً دائماً أمام تطوير الصناعات الكيميائية الحيوية، وينطبق الأمر نفسه على الهيدروكربونات الحيوية. كميات المواد الخام الحيوية كبيرة ومتفرقة، وتركيبها معقد. لزيادة حجم إنتاج الهيدروكربونات العطرية باستخدام الطرق البيولوجية، من الضروري توفير كميات كافية ومستقرة من المواد الخام. وفي ظل مستوى الإنتاج الزراعي الحالي في بلادنا، يتطلب حل هذه المشكلة تعاونًا متعدد الأطراف لإيجاد نموذج مناسب وقابل للتطبيق. ثانيًا، بالنسبة للعديد من عمليات إنتاج الهيدروكربونات العطرية من المواد الحيوية، فإن العوامل المساعدة والمفاعلات المستخدمة في عمليات التحلل الحراري والتحلل المائي تشكل أيضًا تحديات كبيرة. وأفاد بعض الممثلين للصحفيين أنهم، رغم اهتمامهم بإنتاج الهيدروكربونات العطرية من المواد الحيوية، إلا أن معدلات التحويل ونقاء المنتجات في العمليات الحالية منخفضة، مما يجعل من الصعب منافسة الطرق المستخدمة في استخراج الهيدروكربونات من النفط. ولتحسين هذين المؤشرين، من الضروري إحراز تقدم في تطوير المحفزات والمفاعلات المناسبة. لكن، يرى بعض الخبراء أن دمج الهندسة البيولوجية الكيميائية مع عمليات التكرير والإنتاج الكيميائي التقليدية، كما يفعل معهد هوادونغ للعلوم والتكنولوجيا، يُعد أيضًا محاولة جيدة. من المهم الاستفادة من أجهزة التحلل الموجودة حاليًا، واستخدام موارد الكتلة الحيوية كمواد خام لاستبدال جزء من الموارد الأحفورية في إنتاج الهيدروكربونات العطرية.