پیشرفت‌ها و جدیدترین تحولات در فناوری آلکیلاسیون در سال ۲۰۱۶

Thread Content

پیشرفت‌های فناوری آلکیلاسیون در سال ۲۰۱۶ و جدیدترین تحولات، ۸-۴-۲۰۱۶: آلکیلاسیون، فرآیندی است که در آن ایزوبوتان موجود در گازهای مایع صنعتی، تحت تأثیر کاتالیست، با اولفین‌ها واکنش داده و مواد لازم برای تهیه سوخت بنزین را تولید می‌کند. به دلیل اکتان بالا، فشار بخار پایین، و عدم وجود الکن‌ها و گوگرد، روغن آلکیله‌شده جزء مناسبی برای ترکیب بنزین است. بنابراین، فناوری آلکیلاسیون در سال‌های اخیر مورد توجه فزاینده‌ای از سوی شرکت‌های پالایش نفت قرار گرفته است. از نظر فرآیندهای تولید، روش‌های اصلی برای تولید گازوئیل آلکیله‌شده در مقیاس صنعتی، روش سولفوریک اسید و روش اسید هیدروفلوئوریک هستند. اگرچه این دو روش بازده تولید بالایی دارند و انتخاب‌پذیری خوبی نیز از خود نشان می‌دهند، اما روش سولفوریک اسید باعث تولید مقدار زیادی اسید زائد می‌شود که منجر به آلودگی شدید محیط زیست می‌گردد ； اسید هیدروفلوئوریک یک ماده شیمیایی بسیار سمی و فرار است؛ در صورت نشت، می‌تواند خسارات جدی به محیط زیست و اکوسیستم‌های اطراف وارد کند. علاوه بر این، هر دو روش با مشکلاتی مانند خوردگی تجهیزات تولیدی روبرو هستند. برای غلبه بر معایب جدی مانند خورندگی شدید اسیدهای مایع و خطرات ناشی از آن‌ها بر سلامت انسان، در سال‌های اخیر، هم در کشورهای داخلی و هم خارجی، تلاش‌های مداومی برای بهبود فناوری‌های سنتی موجود صورت گرفته است؛ همچنین تلاش‌هایی برای توسعه نسل جدیدی از کاتالیست‌های الکیل‌سازی اسیدی جامد و روش‌های مربوطه صورت گرفته تا جایگزین فناوری‌های الکیل‌سازی با اسیدهای مایع فعلی شوند. روش‌های سنتی آلکیلاسیون اسیدهای مایع: در حال حاضر، برای تولید روغن‌های آلکیله‌شده، همچنان از روش‌های سنتی آلکیلاسیون با اسید سولفوریک و اسید هیدروفلوئوریک استفاده می‌شود. بر اساس آمارها، در حال حاضر در سراسر جهان بیش از ۱۱۰ دستگاه برای آلکیلاسیون با روش اسید سولفوریک و حدود ۱۲۰ دستگاه برای آلکیلاسیون با روش اسید هیدروفلوئوریک وجود دارد. اگرچه عملکرد کلی دستگاه‌های آلکیلاسیون با اسید هیدروفلوئوریک و اسید سولفوریک متفاوت است، اما مکانیسم واکنش در هر دو فرآیند بسیار مشابه است. در دهه ۱۹۶۰، تعداد تجهیزات آلکیلاسیون که از سولفوریک اسید به عنوان کاتالیزور استفاده می‌کردند، سه برابر تجهیزاتی بود که از اسید هیدروفلوئوریک به عنوان کاتالیزور بهره می‌بردند. از آن زمان، روند فناوری آلکیلاسیون به سمت استفاده از اسید هیدروفلوئوریک تغییر کرد و سپس دوباره به استفاده از اسید سولفوریک بازگشت. این دو فرآیند در طول سال‌ها رقابت متقابل، توسعه یافتند و ویژگی‌های خاص خود را پیدا کردند. ۱) فناوری آلکیل‌سازی با اسید هیدروفلوئوریک: فناوری فرآیند آلکیل‌سازی با اسید هیدروفلوئوریک بیش از ۶۰ سال است که مورد استفاده قرار گرفته است و در طول این مدت، این فناوری به طور مداوم توسعه و بهبود یافته است. فرآیند آلکیلاسیون با اسید هیدروفلوئوریک، در مقایسه با فرآیند آلکیلاسیون با اسید سولفوریک، فضای کمتری را اشغال می‌کند، طراحی ساده‌تری دارد و به کاتالیست کمتری نیاز دارد. اما این روش نیز معایبی دارد؛ شایع‌ترین آن‌ها، هزینه جداسازی بوتان غیرمتقارن، پروپان، اسید هیدروفلوئوریک و ترکیبات فلوئوردار است که این هزینه بالاتر از روش آلکیلاسیون با سولفوریک اسید است (به جز فرآیند دو مخزنی UOP). علاوه بر این، این فناوری دارای مشکل جدی‌تری نیز هست؛ آن این است که اسید هیدروفلوئوریک به عنوان یک گاز سمی در جو پخش می‌شود و در غلظت‌های پایین، می‌تواند چشم‌ها، پوست و بینی را تحریک کند ； در غلظت‌های بالا، می‌تواند جان را در معرض خطر قرار دهد. فروشندگان حق اختراع برای آلکیلاسیون با اسید هیدروفلوئوریک: UOP و PHILLIPS (شرکت کنفی). بزرگترین مشکلات مربوط به آلکیلاسیون با اسید هیدروفلوئوریک، فرارپذیری، خورندگی و سمیت کاتالیست‌های مربوطه است؛ به همین دلیل، اداره حفاظت از محیط زیست ایالات متحده استفاده از این روش را ممنوع کرده است. در نتیجه، تأسیسات جدید آلکیلاسیون که در حدود ۲۰ سال گذشته ساخته شده‌اند، تقریباً از روش اسید هیدروفلوئوریک استفاده نمی‌کنند. ۲) فناوری آلکیلاسیون با سولفوریک اسید: اگرچه فناوری آلکیلاسیون با سولفوریک اسید دارای مشکلاتی مانند مدیریت پسماندهای اسیدی و خوردگی تجهیزات است، اما به دلیل اهمیت روزافزون تولید روغن‌های آلکیله‌شده، در حالی که فناوری‌های جدیدی در حال توسعه هستند، این فناوری نیز به طور مداوم در حال بهبود است. در حال حاضر، از جمله بزرگترین صاحبان پتنت‌های مربوط به روش آلکیلاسیون با سولفوریک اسید، می‌توان به شرکت‌های DuPont و LUMMUS اشاره کرد. توانایی آلکیلاسیون با استفاده از فناوری شرکت DuPont، در سطح جهانی برترین است. این شرکت دارای فناوری آلکیلاسیون با سولفوریک اسید (STRATCO) و فناوری بازیابی اسیدهای باقی‌مانده (MECS) است؛ به طوری که سهم آن در بازار جهانی آلکیلاسیون با سولفوریک اسید حدود ۸۰ درصد می‌باشد. نمونه‌ای از استفاده از فناوری دوپونت در کشور، کارخانه فرآوری نفت هویژو متعلق به شرکت CNOOC است (ظرفیت ۱۶۰ هزار تن در سال؛ شروع به فعالیت در سال ۲۰۰۹). همچنین، سه کارخانه دیگر در کشور نیز قرار است در سال ۲۰۱۶ راه‌اندازی شوند. فناوری روش سولفاتاسیون CDAlky شرکت رومز در سال‌های اخیر در کشور ما نیز به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار گرفته است؛ تأسیساتی که از این فناوری استفاده می‌کنند یا قرار است از آن استفاده کنند عبارتند از: شاندونگ شنچی (۲۰۰ هزار تن در سال، شروع به فعالیت در مه ۲۰۱۳)، شاندونگ هاییوئه (۶۰۰ هزار تن در سال، شروع به فعالیت در ژوئیه ۲۰۱۴)، گوانگشی چینجو تیانهنگ پتروشیمی (۲۰۰ هزار تن در سال، شروع به فعالیت در آوریل ۲۰۱۴) و یونتیانهوا (۲۴۰ هزار تن در سال، شروع به فعالیت در سال ۲۰۱۶). از آنجایی که بزرگترین مشکل روش آلکیلاسیون با اسید سولفوریک، مدیریت اسیدهای باقی‌مانده است، لازم است تجهیزاتی برای بازیابی این اسیدها نیز همراه با دستگاه‌های آلکیلاسیون ساخته شود؛ در نتیجه هزینه‌های سرمایه‌گذاری و عملیاتی آن نسبت به روش آلکیلاسیون با اسید هیدروفلوئوریک بسیار بیشتر است. جایگزینی فناوری آلکیلاسیون: اگرچه پژوهشگران به طور مداوم روش‌های آلکیلاسیون با اسید هیدروفلوئوریک و اسید سولفوریک را بهبود بخشیده‌اند، اما هرگز نتوانسته‌اند مشکلات اساسی موجود مانند هزینه‌های بالای ساخت، مصرف زیاد اسید، خاصیت خورندگی بالا و ایجاد آلودگی محیط زیست را حل کنند. بنابراین، هم در کشورهای داخلی و هم خارجی، تلاش‌های فراوانی برای توسعه فناوری‌های جایگزین پاک و ایمن برای آلکیلاسیون صورت گرفته است؛ در میان این فناوری‌ها، پیشرفت‌های حاصل شده در زمینه آلکیلاسیون با اسیدهای جامد و مایعات یونی، قابل توجه‌ترین است. ۱) فناوری آلکیلاسیون با اسیدهای جامد: اگرچه فناوری سنتی آلکیلاسیون با اسیدهای مایع در حال حاضر بسیار پیشرفته است، اما تأثیرات آن بر ایمنی و محیط زیست، منجر به توسعه فناوری‌هایی ایمن‌تر و سازگارتر با محیط زیست شده است. در مقایسه با فناوری اسیدهای مایع، شرایط واکنش آلکیلاسیون با اسیدهای جامد ملایم‌تر بوده و بازسازی آن‌ها آسان‌تر است؛ پس از حل مشکل ترکیب الکن‌ها در فرآیند واکنش آلکیلاسیون با اسیدهای جامد، ویژگی‌های بنزین تولید شده از این روش می‌تواند با ویژگی‌های بنزین تولید شده با اسیدهای مایع برابر باشد ； در عین حال، اسیدهای جامد فاقد خورندگی و خطرات بالقوه اسیدهای مایع هستند؛ نیاز خاصی به مواد ساختاری تجهیزات ندارند و ایمنی فرآیند آن‌ها بالا است ； در زمینه حفاظت از محیط زیست، مشکلات منفی ناشی از تصفیه اسیدهای باقی‌مانده وجود ندارد؛ بنابراین در سال‌های اخیر، بسیاری از شرکت‌های بزرگ نفتی و موسسات تحقیقاتی جهان، به توسعه کاتالیست‌های جامد پرداخته‌اند. از جمله فناوری‌های مشهور می‌توان به فرآیند AlkyClean شرکت LUMMUS، فرآیندهای Alkylene و Inalk شرکت UOP، و فرآیند FBA شرکت TOPSOE اشاره کرد. موسسات تحقیقاتی داخلی چین نیز کاتالیست‌های اسید جامد آلکیله‌شده و فناوری‌های مرتبط را توسعه داده‌اند و در دو سال گذشته، آزمایش‌های صنعتی آن‌ها در پالایشگاه گائوچیای شانگهای و پالایشگاه یانشان در پکن انجام شده است. در حال حاضر، این فناوری توسط سازمان‌های فنی صنعت نفت چین مورد ارزیابی قرار گرفته است. دستگاه نمونه‌ای از فرآیند AlkyClean شرکت رومز در کارخانه تصفیه نفت فورتوم در فنلاند وجود دارد. در فوریه ۲۰۱۵، اولین خط تولید اسیدهای جامد آلکیل‌شونده با ظرفیت ۱۰۰ هزار تن در سال در گروه صنعتی هویفنگ در شهر زیبو، استان شاندونگ، راه‌اندازی شد. اگرچه فناوری آلکیلاسیون با اسیدهای جامد پیشرفت‌هایی داشته است، اما در حال حاضر برای جایگزینی کامل فناوری اسیدهای مایع سنتی توسط این فناوری، موانعی وجود دارد؛ که مهم‌ترین آن‌ها مشکلات مربوط به نافعال شدن/بازسازی کاتالیست‌هاست. همچنین، لازم است مسائلی مانند سازگاری مواد خام، کارایی اقتصادی عملکرد دستگاه، فعالیت بالا و انتخاب‌پذیری کاتالیزورهای اسیدی جامد را نیز حل کرد. ۲) فناوری آلکیلاسیون مایعات یونی: مایعات یونی به دلیل داشتن همزمان موقعیت‌های واکنشی با چگالی بالا مشابه اسیدهای مایع، و همچنین عدم تبخیرپذیری مشابه اسیدهای جامد، در سال‌های اخیر مورد توجه گسترده‌ای قرار گرفته‌اند. در گذشته، کیفیت انتخابی پایین و تولید کم، استفاده از کاتالیست‌های مایع یونی در تولید روغن‌های آلکیله‌شده را محدود می‌کرد. اخیراً تحقیقات فراوانی بر روی فناوری آلکیلاسیون مایعات یونی متمرکز شده است. شرکت‌ها و مؤسساتی مانند شورون، شل و دانشگاه نفت چین، تحقیقات گسترده‌ای در این زمینه انجام داده‌اند. در فناوری آلکیلاسیون مایعات یونی، از مایعات یونی به عنوان حلال و کاتالیزور استفاده می‌شود؛ این فناوری عملکرد کاتالیتیکی بالاتری نسبت به اسید سولفوریک و اسید هیدروفلوئوریک دارد. کاتالیست‌های مایع یونی ترکیبی که در سال‌های اخیر توسعه یافته‌اند، پتانسیل بسیار زیادی در فرآیندهای آلکیلاسیون نشان داده‌اند. شرکت نفت چین در حال حاضر تنها شرکتی است که از فناوری آلکیلاسیون با مایعات یونی در صنعت استفاده می‌کند. این فناوری توسط آزمایشگاه تخصصی نفت‌های سنگین در دانشگاه نفت چین توسعه یافته است. در تاریخ ۲۹ سپتامبر ۲۰۱۳، واحد تولید آلکیلاسیون کربن چهارم با استفاده از مایعات یونی با ظرفیت ۱۲۰ هزار تن در سال، در شرکت صنایع شیمیایی ده‌یانگ در استان شاندونگ راه‌اندازی شد. کاربرد موفقیت‌آمیز فناوری آلکیلاسیون با مایعات یونی، مشکلات متعدد روش‌های آلکیلاسیون سنتی با اسید سولفوریک غلیظ و اسید هیدروفلوئوریک را برطرف کرده و راه‌حلی نوین برای تصفیه بنزین تجاری و بهبود جامع کیفیت آن در کشور ما فراهم کرده است. (منبع متن: اخبار صنعت نفت و پتروشیمی)