روزنامه صنعت شیمی چین: صنعت شیمیایی زغال‌سنگ باز هم تقویت شد

Thread Content

روزنامه صنعت شیمی چین: توسعه صنعت شیمیایی زغال‌سنگ، پشتوانه جدیدی کسب کرد
نویسنده/منبع: تاریخ: ۸-۰۸-۲۰۱۶؛ تعداد کلیک‌ها: ۶
پس از ۴ سال تلاش سخت، بالاخره نتیجه مطلوب حاصل شد. در تاریخ‌های ۲۶ تا ۲۷ ژوئیه، چهار فناوری جدید توسعه‌یافته توسط مرکز تحقیقات فناوری‌های استفاده بهینه از هیدروکربن‌ها در گروه نفت یانگ‌یان، از جمله فرآیند پیش‌تجزیه زغال‌سنگ با فشار در بستر جریانی، پیش‌تجزیه همزمان بیوماس و زغال‌سنگ، تبدیل مستقیم متان به آروماتیک‌ها همراه با تولید هیدروژن، و کاتالیست‌های با کارایی بالا برای هیدروژن‌زدایی در بستر معلق، در شیان توسط اتحادیه صنایع نفت و شیمی استان شانشی مورد ارزیابی قرار گرفتند. کارشناسان معتقدند که این فناوری‌ها به ترتیب در سطح بین‌المللی یا درون‌کشوری در رتبه‌های پیشرو قرار دارند. نقاط قوت این فناوری‌ها دقیقاً چه هستند؟ چه اهمیتی برای توسعه یکپارچه فرامرزی صنعت شیمی زغال‌سنگ دارد؟ آیا می‌توان موانع فنی مربوط به توسعه همگام صنعت شیمی زغال‌سنگ و سایر صنایع را برطرف کرد؟ خبرنگار روزنامه صنعت شیمی چین مصاحبه‌ای انجام داد. ترمولیز سریع زغال‌سنگ: تولید انرژی سبز با هزینه پایین. لی داپنگ، متخصص صنایع کربنی و رئیس مرکز کربوهیدرات‌ها در گروه نفت، می‌گوید فناوری ترمولیز سریع زغال‌سنگ تحت فشار در راکتورهای جریان‌دار، از زغال‌سنگ به عنوان ماده خام استفاده کرده و در شرایط فشار و هیدروژن، تار عطر زغال‌سنگ را تولید می‌کند. به دلیل اینکه زمان واکنش ترموالکترولیز در این فناوری بسیار کوتاه است، واکنش‌های ثانویه محصولات ترموالکترولیز اولیه به طور کامل کاهش می‌یابد تا بازده مایعات به حداکثر برسد. بنا بر گفته‌ها، یکی از نوآوری‌های این فناوری، راکتور تجزیه حرارتی نوع لوله‌ای با تخت پراکنده که در آن گاز و جامد به عنوان حامل حرارت استفاده می‌شود، می‌باشد. این روش از طریق تجزیه حرارتی تحت فشار در محیط هیدروژن، همزمان با تضمین بازده بالایی در تولید تار، بار عملیاتی سیستم را افزایش می‌دهد؛ این امر به جداسازی و بازیابی محصولات نهایی کمک کرده و باعث افزایش کارایی کلی دستگاه می‌شود. همچنین، یک فناوری و تجهیزات کارآمد برای جداسازی گاز و نفت حاصل از پیرولیز از ذغال‌خاکستر توسعه یافته است؛ این امر باعث کاهش میزان گرد و غبار در تار عطرچینی ذغال شده و شرایط لازم برای فرآوری‌های بعدی را فراهم می‌کند. دستگاه آزمایشی ایجاد شده توسط مرکز هیدروکربن‌های شرکت یانچانگ نفت (۱.۰ مگاپاسکال، ۱۰ کیلوگرم در ساعت)، به ترتیب ۲۰ آزمایش ورود مواد در حالت سرد، ۲۶ آزمایش الگوی سرد و ۱۳۴ آزمایش ورود مواد در حالت گرم را انجام داد؛ در نتیجه داده‌ها و قوانین پایه‌ای نسبتاً کاملی برای فرآیند پیرولیز به دست آمد. نتایج نشان داد که بازدهی تار عصاره زغال‌سنگ بالاتر از میزان فعلی صنعتی که بین ۶ تا ۸ درصد است، می‌باشد. در شرایط بهینه‌شده فرآیند، بازدهی نفتالن زغال‌سنگ می‌تواند تا ۱۸.۲۷٪ برسد و میانگین آن ۱۵.۱۴٪ است که بالاترین سطح موجود در حال حاضر محسوب می‌شود. بر اساس این پایه، مرکز هیدروکربن‌های شرکت یانگچنگ نورنیچر، دستگاه آزمایشی صنعتی برای فناوری یکپارچه استخراج تار عصاره زغال‌سنگ و گاز سنتزی با ظرفیت ۳۶ تن در روز (CCSI) را ساخت؛ در این دستگاه، فرآیندهای تجزیه حرارتی زغال‌سنگ خردشده و گازسازی نیمه‌کک به‌طور منحصربه‌فرد در یک راکتور با یکدیگر ترکیب شده‌اند تا تبدیلات به‌صورت مرحله‌ای انجام شود و بهینه‌سازی لازم صورت گیرد. محصولات این فرآیند شامل تار عصاره زغال‌سنگ، گاز سنتزی و محصولات فرعی آن‌هاست که منجر به تولید «نفت در هر دو مرحله» می‌شود. تاکنون ۳ بار آزمایش رانش انجام شده است و نرخ به‌دست‌آوردینگ تار کک بیش از ۱۵٪ بوده است. اگر سالانه ۱۰۰ میلیون تن زغال پودری فرآوری شود، ۱۵ میلیون تن تار عطری زغال با کیفیت به دست خواهد آمد که معادل ایجاد یک میدان نفتی بزرگ با ظرفیت ۱۰ میلیون تن است. اگر گاز سنتزی به محصولات شیمیایی پیشرفته تبدیل شود، ارزش افزوده آن بیشتر خواهد بود. “اهمیت این فناوری به این‌ها ختم نمی‌شود؛ گاز سنتزی خام تولید شده توسط CCSI (که از هوا به عنوان ماده گازی‌کننده استفاده می‌کند) را می‌توان برای تولید برق نیز به کار برد. این گاز می‌تواند با فناوری‌های تولید برق سبز ادغام شده و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد؛ در نتیجه، الگوی جدیدی از تولید چندمنظوره زغال‌سنگ، شامل تبدیل پاک و کارآمد زغال‌سنگ، فرآوری عمیق تار عطری زغال‌سنگ، و تولید برق سبز، ایجاد خواهد شد. ”لی داپنگ به خبرنگاران گفت که واحدهای تولید برق مبتنی بر زغال‌سنگ در کشورمان بیش از ۷۰ درصد از کل واحدهای تولید برق را تشکیل می‌دهند. بر اساس محاسبات، اگر بویلرهای زغال‌سنگی نیروگاه‌های موجود با فناوری تولید برق گازی نیمه‌فراکریتیکی با توان ۳۰۰ مگاوات ارتقا یابند، هزینه این کار حدود ۵۰ میلیون یوان خواهد بود. در این صورت، بازدهی کلی انرژی به ۴۲.۹۹ درصد خواهد رسید و میزان زغال‌سنگ مصرفی برای تولید برق به ۲۹۳.۱۶ گیکوژول بر کیلووات‌ساعت کاهش خواهد یافت؛ همچنین میزان آلاینده‌های موجود در گازهای خروجی نیز به طور قابل توجهی کاهش خواهد یافت. در صورتی که برای تأسیس یک دستگاه CCSI جدید، از یک گنجینه توربین گازی با توان ۳۵۰ مگاوات استفاده شود، هزینه سرمایه‌گذاری حدود ۶۰۰۰ تا ۷۰۰۰ یوان بر کیلووات‌ساعت خواهد بود. بازدهی انرژی کلی به ۴۶.۸۵٪ خواهد رسید و میزان مصرف زغال‌سنگ برای تولید برق نیز به ۲۶۴.۶۲ گیکوژول بر کیلووات‌ساعت کاهش خواهد یافت. گازهای تولید شده نیز مستقیماً مطابق با استانداردهای بسیار پایین انتشار گازهای تولید شده توسط توربین‌های گازی خواهند بود. به دلیل هزینه پایین گاز سنتزی تولید شده توسط CCSI، که تنها معادل هزینه مواد اولیه با قیمت حدود ۰.۷۴ یوان بر نمتر مکعب برای گاز طبیعی است، رقابت‌پذیری و بازده اقتصادی آن به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. اگر ۶۰ درصد از نیروگاه‌های زغال‌سوز با فناوری CCSI ترکیب شوند، علاوه بر تولید انرژی سبز، می‌توان ۱۸۰ میلیون تن تار روغن زغال‌سنگ بیشتر تولید کرد؛ که این مقدار بیشتر از نیمی از واردات نفت خام کشور ما است. کمیته ارزیابی، که هئو یونگ‌ده، کارشناس کمیته ویژه صنایع کربنی شورای صنایع پتروشیمی چین و رئیس فخری انجمن صنایع شیمی استان شانشی، به عنوان رئیس آن فعالیت می‌کند، معتقد است که این روش نوین تجزیه حرارتی زغال‌سنگ، دارای ایده‌های نوآورانه و سطح بالایی از خلاقیت است و در سطح پیشرو کشور قرار دارد؛ لذا این روش اهمیت زیادی برای بهبود سطح استفاده بهینه و پاک از زغال‌سنگ‌های کم‌تغییر یافته دارد. پیشنهاد می‌شود آزمایش‌های صنعتی یکپارچه فرآیندهای تجزیه حرارتی و گازسازی زغال‌سنگ سفید تسریع شود تا دستاوردهای علمی در اسرع وقت به کاربرد و گسترش برسند. “ترکیب سریع پیش‌تجزیه فشاردار زغال‌سنگ با گازسازی نیمه‌کوک، نه تنها باعث افزایش بازدهی تولید روغن زغال‌سنگ می‌شود، بلکه منابع هیدروژن موجود در این روغن نیز به خوبی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش را می‌توان هم برای تولید روغن از طریق فرآیند فیتو و هم برای تولید برق به کار برد؛ هزینه سرمایه‌گذاری در آن به مراتب کمتر از روش IGCC است و هزینه تولید برق نیز به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد؛ واقعاً روشی دوجانبه و مفید است. ”لی جون‌فا، مهندس ارشد انستیتو برنامه‌ریزی صنایع نفت و شیمی نیز این فناوری را مورد تحسین قرار داد. حرارت‌دهی مشترک بازیافتی‌های زیستی و زغال‌سنگ: حداکثرسازی اثرات هم‌افزایی. در سال‌های اخیر، تحقیقات مربوط به حرارت‌دهی مشترک بازیافتی‌های زیستی و زغال‌سنگ مورد توجه زیادی قرار گرفته است؛ اما به دلیل تفاوت زیاد دمای حرارت‌دهی این دو، درباره وجود اثرات هم‌افزایی هنوز اختلاف نظر وجود دارد. مرکز هیدروکربن‌های شرکت یانگچنگ، بر اساس فرآیند پیش‌تجزیه زیر فشار زغال‌سنگ، رویکرد جدیدی مبتنی بر تجزیه مرحله‌ای بیوماس و زغال‌سنگ پیشنهاد کرده است؛ همچنین دستگاه‌هایی با قابلیت تغذیه مداوم تحت فشار و راکتورهای لجنی با اتصال حرارتی برای تجزیه همزمان بیوماس و زغال‌سنگ را توسعه داده است. لی داپنگ گفت که این روش هم‌حرارت‌زایی سریع بیوماس با تخت فلوئیدی زغال‌سنگ، یک روش جدید با هزینه پایین برای افزایش بازدهی تار است؛ با استفاده از دستگاه تغذیه مارپیچی بیوماس که به صورت مستقل طراحی شده، مشکلاتی مانند چسبندگی و ایجاد پل‌های مواد ناشی از جریان ضعیف بیوماس برطرف شده و انتقال پیوسته و پایدار مواد محقق می‌گردد. به دلیل تجزیه حرارتی جداگانه بیوماس و زغال‌سنگ در مراحل مختلف در یک راکتور یکپارچه، تجزیه حرارتی هر دو در بهترین دمای واکنش انجام می‌شود. همچنین، تجزیه حرارتی بیوماس منجر به تولید H2 و عناصر فلزی مانند K، Ca، Na می‌شود که نقش هیدروژن‌دهی و کاتالیزوری در تجزیه حرارتی زغال‌سنگ ایفا می‌کنند. همزمان، فرآیند پیرولیز زغال‌سنگ مقدار کافی رادیکال آزاد تولید می‌کند؛ واکنش‌های دوم روغن بیوماس و واکنش‌های کاهشی نیمه‌کک نیز منجر به آزادسازی H2 و CO می‌شوند. این مواد، منابع کافی هیدروژن برای زغال‌سنگ فراهم می‌کنند. در نتیجه، رادیکال‌های آزاد و منابع هیدروژن به نقطه تعادل بهینه می‌رسند؛ این امر باعث تکمیل مزایای روغن بیوماس و تار زغال‌سنگ می‌شود و در نهایت باعث افزایش بازدهی روغن حاصل از پیرولیز و حداکثرسازی اثرات همکاری در این فرآیند می‌گردد. طبق اطلاعات ارائه‌شده، دستگاه آزمایشی تجزیه حرارتی سریع با بستر جوشان، که توسط مرکز هیدروکربن‌های شرکت یانگچنگ نفت ساخته شده است و توان تولید ۱۰ کیلوگرم در ساعت دارد، پس از ۷۷ آزمایش مکرر، مناسب‌ترین نوع بیوماس و زغال‌سنگ را انتخاب کرد؛ نسبت بهینه مخلوط کردن بیوماس و زغال‌سنگ ۷۰٪:۳۰٪ (از نظر وزنی) بود. در نتیجه، میزان تولید تار در اثر تجزیه حرارتی بین ۱۶ تا ۲۰ درصد بود و اثر همکاری بین ۲۰ تا ۴۰ درصد بود. علاوه بر این، بر اساس تحلیل کیفیت روغن‌ها، به دلیل میزان کم ترکیبات فنولی و ترکیبات حلقوی حاوی اتم‌های O، N و S در روغن‌های حاصل از پیرولیز مشترک، و میزان بالای ترکیبات آروماتیک، مشخص می‌شود که فرآیند هیدروژناسیون بر روی مواد زیستی تأثیر قابل توجهی داشته است؛ بنابراین این روغن‌ها برای استفاده به عنوان مواد خام در صنایع شیمیایی و تولید بنزین و دیزل از طریق هیدروژناسیون، مناسب هستند. بر اساس آمارها، در سال ۲۰۱۵ میزان تولید برگ‌های خشک در کشور ما حدود ۸۰۰ میلیون تن بود؛ که معادل حدود ۴۰۰ میلیون تن زغال سنگ است. از این مقدار، ۶۰٪ به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گرفت. اگر این ثروت سبز و تجدیدپذیر با قیمت پایین، همراه با زغال‌سنگ، از طریق فرآیند پیرولیز برای تولید تار بنزینی استفاده شود، منجر به مزایای اقتصادی عظیم و فواید قابل توجهی از نظر حفاظت از محیط زیست خواهد شد. هه یونگ‌ده معتقد است که اثر همکاری سریع و کارآمد در فرآیند پیرولیز بیوماس و زغال‌سنگ، باعث افزایش کارایی پیرولیز و بازدهی تار، همچنین بهبود کیفیت روغن‌ها می‌شود. این دستاورد فناورانه در سطح پیشرو کشور قرار دارد و اهمیت زیادی برای بهبود سطح استفاده پاک و کارآمد از زغال‌سنگ‌های کم‌تغییرات و مواد زیستی دارد. پیشنهاد می‌شود تحقیقات مربوط به تبدیل هدفمند زغال‌سنگ و بیوماس از طریق پیرولیز مشترک جهت تولید مواد شیمیایی با کیفیت بالا، تقویت شود. تولید هیدروژن همزمان با آروماتیک‌ها از متان: هر دو منبع ارزشمند هستند. فناوری تبدیل مستقیم متان به آروماتیک‌ها همراه با تولید هیدروژن، از منابعی مانند گاز طبیعی، گاز شیل و گاز زغال‌سنگ که سرشار از متان و الکان‌های ساده‌تری مانند اتان هستند، استفاده می‌کند؛ در شرایط بدون اکسیژن، این منابع به طور مستقیم به محصولات آروماتیکی مانند بنزن، تولوئن و نافتالن تبدیل می‌شوند که در کشور کمیاب هستند. در عین حال، هیدروژن ارزشمندی نیز تولید می‌شود؛ این روش باعث بهینه‌سازی استفاده از منابع و افزایش ارزش محصولات می‌شود. همچنین، این روش می‌تواند با صنایع پتروشیمی و زغال‌شیمی نیز همکاری کند. “نکته برجسته این است که این فناوری هم آروماتیک‌ها را تولید می‌کند و هم هیدروژن به عنوان محصول جانبی، و می‌تواند با صنعت شیمیایی زغال‌سنگ ترکیب شده و توسعه یابد. ”کمیته ارزیابی که من سون‌گوی، کارشناس مرکز مشاوره پتروچاینا و مهندس ارشد سابق اداره فرآوری پتروچاینا، رئیس آن است، معتقد است که فناوری تولید آروماتیک‌ها از متان در کشورهای مختلف نیز مورد مطالعه قرار گرفته است؛ اما فرآیند جدید چرخشی بازسازی بستر جریانی که توسط مرکز هیدروکربن‌های پتروچاینا توسعه یافته، منحصربه‌فرد است. همچنین، مقیاس دستگاه‌های آزمایشی مربوط به این فرآیند بسیار بزرگ است و این دستاورد در کل در سطح بین‌المللی پیشرو محسوب می‌شود. برای حل مشکلاتی مانند نرخ تبدیل پایین در واکنش آروماتیزاسیون بی‌هوازی متان، فرسودگی سریع کاتالیست و دشواری در ادامهٔ پیوستهٔ فرآیندهای واکنش و بازسازی، یک دستگاه آزمایشی چرخه‌ای برای واکنش آروماتیزاسیون بی‌هوازی متان طراحی شد (قطر داخلی رآکتور/بازسازی‌کننده ۵۰ میلی‌متر، حداکثر مقدار کاتالیست قابل استفاده ۳۰۰ گرم) و عملکرد پیوسته و پایداری برقرار گردید. نتایج آزمایش‌ها با استفاده از دستگاه جریان گردابی نشان داد که نرخ تبدیل متان بالاتر از ۱۵٪ و انتخابپذیری بنزن حدود ۴۵٪ بود؛ همچنین انتخابپذیری آروماتیک‌ها بالاتر از ۵۵٪ بود. این موارد پایه و اساس لازم برای توسعه این فرآیند در مقیاس بزرگ‌تر را فراهم کردند. کاتالیزورهای با کارایی بالا: تسریع فرآیند تولید داخلی
کاتالیزورهای با کارایی بالا برای فرآیند هیدروکراکینگ در روش تخت معلق، که از طریق روش‌های اکسیداسیون، رسوب‌داری و استفاده از حامل‌ها تهیه می‌شوند، نوعی کاتالیزور ترکیبی با ساختار میکرو-نانویی هستند. این کاتالیزورها عمدتاً در فرآیندهای لیقیدسازی مستقیم زغال‌سنگ، تولید نفتا، سبک‌سازی روغن‌های سنگین و ناخالص، و هیدروژناسیون تار‌های زغال‌سنگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کاتالیزورها باعث افزایش نرخ تبدیل و بازده مایعات، کاهش خطر تشکیل جامدات، و تسهیل گسترش فناوری هیدروکراکینگ در تخت معلق می‌شوند؛ همچنین به استفاده پاک‌تر از زغال‌سنگ و استفاده کارآمدتر از روغن‌های سنگین کمک می‌کنند. این کاتالیزورها جایگزین کاتالیزورهای وارداتی که در حال حاضر بیشتر در صنعت تبدیل زغال‌سنگ به نفت استفاده می‌شوند، خواهند شد و فرآیند تولید داخلی فناوری‌های پیشرفته را تسریع خواهند کرد. “نکته نوآورانه این کاتالیزور مبتنی بر آهن، ترکیب دقیق مؤلفه فعال α-FeOOH در مقیاس نانو با حامل مواد کربنی در مقیاس میکرو با سطح تماس بالا است. از نظر روش تولید، این کاتالیزور دارای مزایایی مانند فرآیند تولید کوتاه، کنترل خوب و هزینه پایین است؛ از نظر عملکرد نیز، علاوه بر درصد بالای تبدیل و بازده مایعات، دارای قابلیت کاهش جوش‌زدگی نیز می‌باشد. ”من چونگ‌گوی به خبرنگاران گفت که این دستاورد در کل به سطح پیشروی جهانی رسیده است و پیشنهاد کرد که تولید صنعتی کاتالیزورها و گسترش و کاربرد آن‌ها تسریع شود. بر اساس اطلاعات دریافت‌شده، مرکز هیدروکربن‌های شرکت یانگ‌یان پترولیوم تولید کاتالیست‌هایی در مقیاس کیلوگرمی را به پایان رسانده است؛ همچنین آزمایش‌های مداومی برای ارزیابی عملکرد این کاتالیست‌ها در دستگاه آزمایشی هیدروکراکینگ با سرعت ۱۵۰ کیلوگرم در روز انجام شده است. در مقایسه با کاتالیست‌های تجاری مورد استفاده در دستگاه‌های نمونه‌سازی صنعتی تولید نفت خام، میزان استفاده از کاتالیست‌های جدید ۴۵ درصد کاهش یافته است؛ همچنین میزان محصولات مایع نیز…