بحثی کوتاه درباره هیدروژناسیون تخت معلق نفتالن زغال‌سنگی:

Thread Content

گفت‌وگوی کوتاهی درباره هیدروژناسیون روی تخت‌های معلق زغال‌سنگ: اخیراً، علاقه به روش هیدروژناسیون روی تخت‌های معلق افزایش یافته است. تخت‌های معلق در معنای گسترده شامل تخت‌های جوشان و تخت‌های خمیری می‌شوند؛ در روش تخت‌های جوشان از کاتالیست‌های ذره‌ای مولیبدن-نیکل استفاده می‌شود، در حالی که در روش تخت‌های خمیری از کاتالیست‌های پودری حاوی آهن بهره گرفته می‌شود. تاکنون، ما تخت‌های معلق را به سه نسل تقسیم کرده‌ایم: نسل اول، تخت‌های معلق با استفاده از کاتالیست‌های آهنی در قالب پودرهای در مقیاس میکرومتری هستند؛ نمونه‌ای از آن‌ها شرکت ویبا در آلمان (در کشور ما VCC) است. اگرچه این روش دارای نرخ تبدیل نفت سنگین در شرایط فشار کم بالای ۹۰٪ است، اما نرخ تولید گاز بالای ۱۵٪ و نرخ تولید روغن هیدروژنه با کیفیت پایین بالای ۱۰٪، باعث می‌شود که این روش نسبت به فرآیند کاک‌سازی تأخیری که بازده مایع حاصل از آن حدود ۷۸٪ است، مزیت چندانی نداشته باشد. نسل دوم، بستر مایعی است که از کاتالیزورهای سولفات آهن در مقیاس نانو استفاده می‌کند؛ نمونه‌ای از آن فناوری CanMet در کانادا است. فرآیند تبدیل مستقیم زغال‌سنگ به روغن توسط شرکت شنهوا در چین نیز از همین روش الهام گرفته شده است، اما همچنان مشکل کمبود فعالیت کاتالیزورهای آهنی وجود دارد. نسل سوم، کاتالیزورهای مایع مبتنی بر مولیبدن در سطح مولکولی با نام MCSH است؛ این روش تغییرات چشمگیری در زمینه کاتالیزورها و مهندسی واکنش‌ها ایجاد کرده است. به‌ویژه، راکتورها به صورت خالی از محتویات درآمده‌اند؛ عدم وجود سیال روغنی و مقاومت در برابر تشکیل جامدات، هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه و هزینه‌های نگهداری و عملیاتی را کاهش داده است. در فرآیند ترویج فناوری در این صنعت (در سطح جهانی)، نرخ تبدیل محصولات حاصل از روش‌های تبلیغاتی استاندارد به شرح زیر است: نرخ تبدیل نفت سنگین بازالتی مبتنی بر مولیبدن (بدون کاهش مقدار زباله) حدود ۷۰٪، و نرخ تبدیل نفت سنگین بازالتی مبتنی بر آهن (بدون کاهش مقدار زباله) حدود ۹۰٪. در واقع، هیچ دستگاه صنعتی‌ای وجود ندارد که بتواند این کار را انجام دهد (اما تبلیغات بدون قصد بد انجام می‌شود؛ چرا که ما، پژوهشگران سخت‌کوش، در آزمایشگاه‌ها واقعاً می‌توانیم این کار را انجام دهیم. همچنین، گاهی اوقات دستگاه‌های صنعتی نیز برای لذت بردن، با تمام توان خود عمل می‌کنند تا چند روز لذت ببرند). تخت جوش، پرکاربردترین دستگاه برای پردازش نفت سنگین و قیر در جهان است، اما نرخ تبدیل آن معمولاً بین ۳۵٪ تا ۵۵٪ کنترل می‌شود. علاوه بر واحدهای صنعتی نوع تخت معلق آهنی که در شرکت‌های شنهوا و یانچان در حال فعالیت هستند، تقریباً تمام واحدهای صنعتی و نمونه‌ای خارجی از بین رفته یا منسوخ شده‌اند؛ اما نویسنده تخمین می‌زند که اگر نرخ تبدیل این دو واحد بتواند بیش از ۵۰ درصد باشد، خودش یک موفقیت بزرگ خواهد بود (این میزان نیز برای مقامات کافی است تا از آن راضی باشند). در نهایت، نسخه‌های داخلی صنعتی در واقع نسخه‌های کوچک‌شده‌ای از فناوری‌های خارجی هستند؛ این موضوع به وضوح در کاهش فشار از ۳۰۰ کیلوگرم به کمتر از ۲۲۰ کیلوگرم مشهود است. از نظر تئوری، تعادل هیدروژناسیون با کاتالیزورهای آهنی برای پشتیبانی از این شرایط کافی نیست، مگر اینکه فرآیند تجزیه حرارتی در محیطی با دمای بسیار بالا انجام شود. کسی از من پرسید که در کشور، شرکت «وانگ زن» متعلق به سانجو هوبانگ، فناوری تخت‌های معلق با حقوق مالکیت فکری مستقل را معرفی کرده است؛ نرخ تبدیل در این فناوری بیش از ۹۰ درصد است. نظر شما چیست؟ اول از همه، نویسنده درباره‌ی این ۹۰٪ نظری ندارد؛ همچنین نمی‌تواند مشخص کند که در این ۹۰٪ محصول، چه محصولاتی وجود دارد. اگر واقعاً چنین باشد، دمای عملیات واکنش باید بسیار بالا باشد (معمولاً ۴۷۰ درجه سانتی‌گراد)، مگر اینکه از مواد خام سبک‌تری استفاده شود یا بخشی از مواد خام حاوی رس حذف شود (که این امر امکان‌پذیر است). نویسنده معتقد است که بستر معلق حاوی آهن پودری همواره دارای مشکلات زیادی بوده؛ شهرت آن به عنوان سیستمی با نرخ تبدیل بالای الاستومر، باعث شده که این مشکلات را باید خودمان بر دوش بگیریم. مهندسان تحقیق و توسعه برای این منظور چندین بار مهندسان فروش را تنبیه کرده‌اند؛ با این بهانه که باید زباله‌هایی که آن‌ها ایجاد کرده‌اند را تمیز کنند. در واقع، بدون اینکه چیزی را پنهان کنم، این روش نیز قابل اجراست؛ اما بدون حمایت فشار بسیار بالا، کمی مشکلاتی پیش می‌آید. البته، استفاده از فشار هیدروژن برای کاهش دمای واکنش در تخت‌های معلق، به کاهش میزان گاز تولید شده نیز کمک می‌کند و از نظر اقتصادی نیز عملکرد بهتری خواهد داشت. درباره دمای واکنش، نویسنده مجبور است دوباره توضیحاتی ارائه دهد. از نظر تئوری، دلیل اینکه هیدروژناسیون در تخت‌های معلق در دسته هیدروژناتاسیون-فرآوری قرار می‌گیرد و مکانیسم واکنش آن کاتالیز هیدروژناسیون نیست، بلکه پیرولیز در محیط حاوی هیدروژن است؛ بنابراین دمای واکنش یک شاخص و پارامتر بسیار مهم محسوب می‌شود. چه در تخت جوش و چه در تخت معلق، دمای واکنش باید بالاتر از ۴۱۰ درجه سانتی‌گراد باشد (در فرآیند VCC تا ۴۷۰ درجه سانتی‌گراد، و در تخت جوش بین ۴۱۰ تا ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد). در غیر این صورت، نه تنها نفت سنگین آروماتیک قابل تجزیه و سبک‌سازی نخواهد شد، بلکه حتی نفت گازی خلأ (با نقطه خشک کمتر از ۵۲۴ درجه سانتی‌گراد) نیز دارای نرخ تبدیل بالایی نخواهد بود و تنها برای هیدروژناسیون اولیه مناسب است. دستگاه نمونه‌ای ۵۰ هزار تنی «سینوپک» در جینلینگ، به دلیل تشکیل کک و فرسودگی در دماهای بالا، مجبور به توقف موقت و نامحدود شده است. شرکت داخلی «شین‌چی‌یوان»، به عنوان یک شرکت خصوصی، راهکاری متفاوت انتخاب کرده و دمای عملیاتی دستگاه جوشاندن ۵۰ هزار تنی خود (که با در نظر گرفتن روغن چرخشی، معادل ۱۰۰ هزار تن می‌شود) را به زیر ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد کاهش داده است؛ همچنین این شرکت روغن‌های حاصل از فرآیند کاهش فشار را پردازش و تصفیه می‌کند. این روغن‌ها را می‌توان برای فرآیندهای هیدروژناسیون یا پیش‌پردازش در دستگاه‌های بستر ثابت نیز استفاده کرد؛ این کار می‌تواند از بی‌کاری این دستگاه‌ها جلوگیری کند. اما به نظر نویسنده، در این دما، نرخ تبدیل روغن‌هایی که دمای ذوب آن‌ها بالاتر از ۳۶۰ درجه سانتی‌گراد است، به سختی می‌تواند بیشتر از ۲۰ درصد باشد. این روش، اصل هدف از استفاده از دستگاه‌های بستر جوشاننده و محدوده فرآیندهای هیدروژناسیون را نادیده گرفته است. اگر این دستگاه‌ها تنها به عنوان راکتورهای پیش‌پردازش هیدروژناسیون استفاده شوند، به نظر نویسنده بهتر است از راکتورهای بستر ثابت کوچکتری استفاده شود؛ شاید با بهبود فناوری‌ها، امکان پردازش روغن‌های سنگین‌تر نیز فراهم شود و در نتیجه این دستگاه‌های بستر جوشاننده بتوانند به وظیفه اصلی خود عمل کنند. بنابراین، پیشنهاد می‌شود دمای طراحی راکتورهای بستر جوشاننده جدید، بهتر است ۴۹۰ درجه سانتی‌گراد باشد؛ تا بتوان از بهترین دمای عملیاتی یعنی ۴۵۰ درجه سانتی‌گراد برای این دستگاه‌ها استفاده کرد. بدون شک، مزیت‌های راکتورهای جوشان استفاده از کاتالیست‌های گروه مولیبدن، نسبت به راکتورهای جوشان با کاتالیست‌های آهنی، عبارتند از فعالیت بالای کاتالیست‌ها، دمای واکنش پایین‌تر، عدم وجود مایعات در قسمت پایین راکتور، و بازده گازی نسبتاً کمتر؛ اما به دلیل نیاز به تعویض کاتالیست در فشار بالا و وجود ذرات معلق، راکتورهای جوشان پیچیده هستند و نیازمند چرخش داخلی زیادی می‌باشند. واکنش در این راکتورها تحت کنترل انتشار مایعات و جامدات است و سیستم به راحتی دچار تشکیل کک می‌شود. این نیز انگیزه‌ای برای استفاده از فناوری همگن‌سازی مولکولی در راستای بهبود نیازهای تولیدی شرکت‌هایی است که از تخت‌های جوششی استفاده می‌کنند. چن سونگ (دکتر)