تولید مستقیم اتیلن از متان: پیشرفت جدید در صنعت پتروشیمی

Thread Content

تولید مستقیم اتیلن از متان: پیشرفت جدید در صنعت پتروشیمی
خبرگزاری شیمی و صنایع شیمیایی ۷۰۷:
تلاش‌های بیش از ۳۰ ساله حوزه شیمی و صنایع شیمیایی سرانجام به واقعیت تبدیل شده است؛ گاز طبیعی که در مقادیر فراوان و با قیمت پایین یافت می‌شود، می‌تواند مستقیماً به اتیلن، که بزرگترین ماده خام صنعتی جهان است، تبدیل شود. 　　اخیراً، شرکت فناورانه آمریکایی سیلوریا (که در ادامه به اختصار «شرکت سیلوریا» نامیده می‌شود)، مراسم رسمی راه‌اندازی کارخانه آزمایشی خود در تگزاس برگزار کرد؛ این کارخانه اولین واحد در جهان است که توانست گاز طبیعی را به صورت صنعتی و در مقیاس بزرگ به اتیلن تبدیل کند. مسیر جدید ممکن است تغییرات عمده‌ای در صنعت اتیلن، که به طور سنتی از نفت به عنوان ماده خام استفاده می‌کند، ایجاد کند. 　　«جام مقدس» در دنیای شیمی؛ اتیلن به عنوان یک ماده خام برای صنایع پایه، نقش مهمی در صنعت پتروشیمی ایفا می‌کند. میزان تولید اتیلن، یکی از شاخص‌های مهم برای سنجش سطح توسعه صنعت پتروشیمی است. 　　به جز آمریکای شمالی و خاورمیانه، بیشتر کشورها و مناطق جهان، از جمله کشور ما، از نفت خام به عنوان ماده اولیه استفاده کرده و از روش تجزیه بخار برای تولید اتیلن بهره می‌برند. این روش نه تنها مصرف انرژی بالایی دارد، گازهای گلخانه‌ای زیادی تولید می‌کند و هزینه‌های زیادی به همراه دارد، بلکه به دلیل استفاده از مواد خام نفتی، منابع ارزشمند نفتی را نیز اشغال می‌کند. 　　برای کاهش وابستگی به نفت، کشورها تحقیقاتی در زمینه تولید الکن‌ها از گاز طبیعی که جزء اصلی آن متان است، انجام می‌دهند. روش‌های تولید اتیلن از گاز طبیعی به دو دسته روش مستقیم و روش غیرمستقیم تقسیم می‌شوند. در مقایسه با فرآیندهای طولانی و پیچیده روش غیرمستقیم، روش مستقیم تنها با یک مرحله می‌تواند متان را به اتیلن تبدیل کند؛ لذا از نظر اقتصادی بسیار ارزشمند بوده و بسیار جذاب است. 　　اما از آنجایی که فعال‌سازی انتخابی متان و تبدیل هدفمند آن یک مشکل جهانی است و به عنوان «جام مقدس» در کل حوزه شیمی شناخته می‌شود، از دهه ۸۰ قرن گذشته تا اوایل قرن جاری، جامعه علمی هرگز نتوانسته است روشی صنعتی برای تولید مستقیم اتیلن از متان ارائه دهد. 　　کلید پیشرفت، کاتالیزور است. در سال ۲۰۱۰، شرکت Siluria به طور خلاقانه از الگوهای زیستی برای سنتز دقیق کاتالیست‌های نانولوله‌ای استفاده کرد؛ همچنین با استفاده از فناوری‌های پرعملکرد، مناسب‌ترین ترکیب عناصر را از میان تعداد زیادی کاتالیست احتمالی انتخاب کرد و کاتالیستی قابل استفاده در صنعت برای تبدیل مستقیم متان به اتیلن توسعه داد. 　　این کاتالیزور می‌تواند در دماهایی کمتر از ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد، که کمتر از دمای عملیات روش تجزیه بخار سنتی است، و تحت فشار ۵ تا ۱۰ اتمسفر، تبدیل متان به اتیلن را به طور کارآمد انجام دهد؛ بازدهی آن بیش از ۱۰۰ برابر کاتالیزورهای سنتی است. 　　راکتورهای طراحی‌شده توسط شرکت سیلوریا دارای دو بخش هستند؛ یک بخش برای تبدیل متان به اتیلن و اتان و بخش دیگر برای شکستن اتان، که یک محصول جانبی است، به اتیلن استفاده می‌شود. گرمای مورد نیاز برای واکنش شکستن، از گرمای تولیدشده در واکنش تبدیل متان تأمین می‌شود. این طراحی امکان می‌دهد که مواد ورودی راکتور هم گاز طبیعی و هم اتان باشد و در عین حال، به حداکثر میزان ممکن، انرژی صرفه‌جویی شود. 　　پیشرفت در استراتژی‌های جایگزین نفت: مزایای فنی روش تولید اتیلن مستقیم از گاز طبیعی، که توسط شرکت سیلوریا توسعه یافته است (که در ادامه به عنوان «مسیر جدید» شناخته می‌شود)، عمدتاً در پنج جنبه نمایان می‌شود: در مقایسه با روش سنتی تولید اتیلن از طریق تجزیه نفت خام، هزینه کمتری دارد، انتشار گازهای گلخانه‌ای کمتری دارد، مصرف انرژی کمتری دارد و ارزش اقتصادی بالاتری دارد ； اتیلن می‌تواند به سوخت مایع تبدیل شود و این امر ارزش اقتصادی کل این مسیر را بیشتر می‌کند ； الزامات مربوط به مواد اولیه سختگیرانه نیست؛ متان می‌تواند از گاز طبیعی یا بیوماس به دست آید، و منبع اکسیژن می‌تواند اکسیژن خالص یا هوای غنی از اکسیژن، هوای فشرده و غیره باشد ； می‌توان از تجهیزات موجود برای تولید اتیلن و بازیابی، استفاده کرد که هزینه تغییر ساختار آن پایین است ； به دلیل ذخایر فراوان گاز طبیعی، ارزش استراتژیک مهمی دارد. 　　علاوه بر تأثیر بر صنعت اولفین‌ها، مسیر جدید همچنین بر تولید سوخت‌های مایع از جمله بنزین، دیزل و سوخت هواپیما تأثیر خواهد گذاشت. شرکت سیلوریا همچنین فناوری تولید سوخت مایع از اتیلن را توسعه داده است؛ این امر به معنای وجود یک روش جدید برای تولید سوخت مایع از گاز طبیعی است. در مقایسه با روش فعلی که بر پایه فرآیند فتوسنتز است، این روش شرکت سیلوریا نیازی به استفاده از فرآیند فتوسنتز پرمصرف ندارد و تنها از نظر هزینه‌های سرمایه‌گذاری، می‌توان ۲۵ تا ۳۰ درصد صرفه‌جویی کرد. 　　چه اتیلن و چه سوخت‌های مایع، به طور سنتی از نفت به عنوان ماده خام تولید می‌شوند؛ روش‌های جدید می‌توانند منابع گرانبهای نفت را صرفه‌جویی کرده و استراتژی‌های جایگزینی نفت را پیشبرند. 　　در ژوئن ۲۰۱۴، بزرگترین گروه جهانی در زمینه گاز و مهندسی، یعنی گروه آلمانی لیند، توافقنامه‌ای با شرکت سیلوریا منعقد کرد؛ طبق این توافق، هر دو طرف قرار است در کارخانه آزمایشی خود در تگزاس، فرآیندهای نهایی برای گسترش و تأیید این فناوری را انجام دهند. طبق این توافق، هر دو طرف فناوری‌ها و راهکارهای تخصصی خود را یکپارچه کرده و به یک بسته جامع تبدیل خواهند کرد. گروه لیند مسئول صدور مجوز استفاده از این بسته برای صنعت پتروشیمی خواهد بود؛ این مجوز برای بازسازی یا گسترش کارخانه‌های موجود تولید اتیلن، یا ساخت کارخانه‌های جدید در سطح جهانی، استفاده خواهد شد. انتظار می‌رود این فرآیند صدور مجوز از نیمه دوم سال ۲۰۱۵ آغاز شود. 　　در اوت ۲۰۱۴، شرکت سعودی آرامکو، یکی از پیشروترین شرکت‌های جهان در زمینه صنایع انرژی و شیمیایی، در شرکت سیلوریا سرمایه‌گذاری کرد و قصد داشت این روش جدید را ابتدا در عربستان سعودی به کار ببرد. 　　پیش‌تر، به دلیل تولید ناکافی اتان در منطقه خاورمیانه برای پشتیبانی از کارخانه‌های جدید استیلن، شرکت‌های تازه تأسیس مجبور شدند به مواد خام نفت سفید با هزینه بالاتر روی آورند. 　　مسیر جدید شرکت سیلوریا مانند بارانی فرخنده ظاهر شد و به سرعت توجه شرکت‌های پتروشیمی خاورمیانه را به خود جلب کرد و به بازار بالقوه‌ای برای آن‌ها تبدیل گردید. 　　نه تنها در خارج از کشور، بلکه مسیرهای جدید نیز توجه آمریکا را به خود جلب کرده‌اند. در مارس ۲۰۱۴، مدیرعامل شرکت سیلوریا برای شرکت در «فوروم سیاست‌های انرژی ۲۰۲۰» که یک رویداد در سطح بالا بود، دعوت شد و سخنرانی کرد؛ این شرکت تنها شرکت فعال در صنعت گاز طبیعی بود که برای شرکت در این رویداد دعوت شده بود. سپس، مدیران ارشد شرکت سیلوریا دعوت شدند تا به کاخ سفید بروند و درباره مسائل مربوط به سیاست‌های انرژی آینده آمریکا با وزیر انرژی ایالات متحده و سایر مقامات گفتگو کنند. 　　ایالات متحده **اکنون متوجه ارزش استراتژیک مسیر جدید برای منابع انرژی و صنایع تولیدی خود شده است و در حال بررسی تدوین سیاست‌هایی برای ترویج اشتغال و توسعه اقتصادی است. 　　تجربیات به‌عنوان منبع الهام: ماده خام استیلن در کشور ما عمدتاً از نفت خام تأمین می‌شود و حدود ۶۵ درصد از کل مواد خام را تشکیل می‌دهد. 　　پیش‌تر، با افزایش چشمگیر قیمت نفت خام جهانی و تشدید تنش بین عرضه و تقاضا در داخل کشور، کمبود مواد اولیه الکن‌ها منجر به محدودیت‌هایی برای رشد صنعت استیلن شد. پیش‌بینی می‌شود که در سال ۲۰۱۵، کمبود استیلن در کشورمان به ۱۳.۷ میلیون تن برسد. 　　نه تنها این، بلکه در کشور ما مشکلاتی مانند هزینه‌های بالای تولید استیلن و رقابت‌پذیری کم آن نیز وجود دارد. در سال ۲۰۱۳، هزینه تولید استیلن در منطقه خاورمیانه تنها ۱۰۰ دلار در هر تن بود؛ هزینه تولید استیلن در آمریکای شمالی نیز تقریباً در حد ۳۰۰ دلار در هر تن باقی ماند. اما هزینه تولید استیلن در کشور ما بیش از ۹۰۰ دلار در هر تن بود. 　　بنابراین، در کشور ما ضروری است راه‌های جدیدی برای تولید اتیلن ایجاد شود. در زمینه تحقیقات مربوط به تولید استیلن از گاز طبیعی، کشور ما پایه‌های خوبی برای تحقیقات ایجاد کرده است؛ مؤسسات تحقیقاتی مانند آکادمی علوم چین و دانشگاه‌ها نیز دارای نیروهای تحقیقاتی قوی هستند. 　　بنابراین، پیشنهاد می‌شود کشورمان از تجربیات موفق برنامه «دوازدهم» در زمینه تولید الکن‌ها از متان الهام گرفته و تحقیقات مربوط به تولید اتیلن مستقیماً از گاز طبیعی را در برنامه‌های توسعه‌ای مربوط به **«سیزدهم»** گنجاند. سازماندهی همکاری‌های تحقیق و توسعه بین مؤسسات تحقیقاتی و شرکت‌های پتروشیمی، جهت تبدیل سریع نتایج تحقیقات بنیادی به تولید صنعتی، رفع موانع موجود در زمینه منابع مواد خام برای صنعت اتیلن، کاهش هزینه‌های تولید، و افزایش رقابت‌پذیری صنعت اتیلن و صنایع وابسته در کشورمان.