پیشرفت‌های کاربرد فناوری هیدروکراکینگ نفت خام

Thread Content

آخرین بار، این پست توسط «من، انسان خوب» در تاریخ ۱۴-۸-۲۰۱۶ ساعت ۱۶:۲۹ ویرایش شد. پیشرفت‌های استفاده از فناوری هیدروکراکینگ نفت خام؛ در حال حاضر، توسعه اقتصادی کشور ما وارد «وضعیت عادی جدید» شده است و توجه بیشتری به کیفیت توسعه، حفاظت از محیط زیست و صرفه‌جویی در منابع می‌شود. دستیابی به تولید پاک انرژی و استفاده کارآمد از آن، یکی از چالش‌های اصلی در راستای توسعه پایدار، سبز و بدون آلاینده در صنعت روغن‌کشی کشور ما است. در حال حاضر، قیمت نفت جهانی در سطح پایینی قرار دارد و فرآوری نفت خام بسیار با کیفیت پایین توسط کارخانه‌های فرآوری، دیگر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست. اما در بلندمدت، روند کاهش کیفیت نفت خام اجتناب‌ناپذیر است و فناوری‌های پردازش نفت سنگین، از جمله تکنیک‌هایی مانند کاهش چسبندگی، کوک‌سازی و هیدروژناسیون نفت خام، همچنان فناوری‌های کلیدی هستند که در آینده نیاز به کاربرد گسترده و توسعه و بهبود مداوم دارند. در مقایسه با فرآیندهای فرآوری حرارتی مانند کاهش چسبندگی و کوک‌سازی، فناوری هیدروژناسیون نفت خام، به دلیل قابلیت استفاده از منابع مختلف و انعطاف‌پذیری بالا در فرآوری، امکان استفاده بهینه و پاک از نفت خام را فراهم می‌کند؛ لذا این فناوری راهکار کلیدی برای مقابله با چالش کیفیت پایین شدن نفت خام محسوب می‌شود. فناوری هیدروژناسیون نفت خام بر اساس کاربرد، عمدتاً به دو دسته هیدروژناسیون و هیدروکراکینگ تقسیم می‌شود. فناوری هیدروژناسیون نفت خام، عمدتاً شامل هیدروژناسیون در بستر ثابت است؛ این روش کاملاً پیشرفته بوده و برای بهبود کیفیت نفت خام جهت استفاده به عنوان مواد خام در واحدهای فرآوری کاتالیتیک به کار می‌رود. نرخ تبدیل در این روش معمولاً بین ۱۵ تا ۲۰ درصد است. فناوری هیدروکراکینگ نفت خام، عمدتاً به دو نوع تخت جوشان و تخت معلق تقسیم می‌شود که برای تبدیل نفت خام با کیفیت پایین به سوخت‌های محرک استفاده می‌گردند. فناوری هیدروکراکینگ در تخت جوش، می‌تواند برای پردازش نفت خام با کربن زیاد و محتوای فلزات بالا استفاده شود؛ این روش هم عملکرد کراکینگ و هم عملکرد تصفیه را دارد، و نرخ تبدیل (۶۰٪ تا ۸۰٪) و میزان تصفیه آن بسیار بالاست ； اما فشار هیدروژن بالاست (>۱۵ مگاپاسکال) و الزامات ویژه‌ای نیز برای کاتالیزور وجود دارد. نشانه اصلی فناوری هیدروکراکینگ در تخت‌های معلق نفت خام، بازده بالا و میزان کم نفت باقی‌مانده پس از فرآیند است. در مقایسه با هیدروکراکینگ در تخت جوشان، نرخ تبدیل در هیدروکراکینگ در تخت معلق معمولاً می‌تواند بالاتر از ۹۰ درصد باشد که نشان‌دهنده مزیت قابل توجهی است؛ اما از نظر کاربرد صنعتی، هنوز به اندازه تخت جوشان پیشرفته و رایج نیست. وضعیت فعلی کاربرد فناوری‌ها و تحلیل مقایسه‌ای ۱: فناوری هیدروکراکینگ روی تخت جوشیدن نفت خام >>>> وضعیت کاربرد: در سراسر جهان، فناوری‌های اصلی هیدروکراکینگ روی تخت جوشیدن نفت خام شامل فناوری H-Oil شرکت Axens، فناوری LC-Fining شرکت CLG (ChevronLummusGlobal) و فناوری STRONG شرکت گروه صنایع پتروشیمی چین است. در حال حاضر، تمامی واحدهای هیدروکراکینگ باستر جوشان نفت خام در کاربردهای تجاری، از فناوری‌های H-Oil و LC-Fining استفاده می‌کنند. تکنولوژی STRONG شرکت سینوپک، یک دستگاه نمونه‌ای صنعتی ساخته و آزمایش‌های اولیه روی آن انجام شده است. دستگاه‌های کاربرد صنعتی فناوری H-Oil شرکت Axens، همان‌طور که در جدول ۱ نشان داده شده است، در حدود ۱۳ شرکت مورد استفاده قرار گرفته‌اند و ظرفیت تولید کلی آن‌ها حدود ۲۴ میلیون تن در سال است. تجهیزات موجود و در حال ساخت برای فناوری LC-Fining شرکت CLG، همان‌طور که در جدول ۲ نشان داده شده است، در حدود ۱۳ شرکت مورد استفاده صنعتی قرار گرفته‌اند و ظرفیت کلی آن‌ها نزدیک به ۳۲ میلیون تن در سال است. در میان آن‌ها، فناوری پردازش نفت خام LC-MAX (ترکیبی از فناوری LC-Fining و روش استخراج آسفالت با حلال) برای اولین بار در سال ۲۰۱۳ به شرکت شاندونگ شنچی برای صنایع شیمیایی در کشور ما اختصاص داده شد؛ این شرکت در حال ساخت یک تأسیسات با ظرفیت ۲.۷۶ میلیون تن در سال است که قرار است در سال ۲۰۱۶ به کار برود. موسسه تحقیقات پتروشیمی فوشون متعلق به شرکت صنایع پتروشیمی چین، به ترتیب فناوری‌هایی مانند فرآیند هیدروکراکینگ روی بستر جوشان، کاتالیست‌ها، تجهیزات دارای حق اختراع و اجزای داخلی آن‌ها، سیستم کنترل افزودن و خارج کردن کاتالیست، و همچنین روش‌های پردازش کاتالیست‌های بازیافتی را توسعه داد؛ در نهایت، مجموعه‌ای از فناوری‌های STRONG با حقوق مالکیت فکری مستقل ایجاد شد. در سپتامبر ۲۰۱۵، شرکت پتروشیمی جینلینگ یک واحد نمونه صنعتی با ظرفیت ۵۰ هزار تن در سال بر اساس فناوری STRONG ساخت و آزمایش‌های اولیه‌ای را انجام داد؛ نتایج آزمایش‌ها مطلوب بود. پس از بلوغ این فناوری، قرار است واحدهای صنعتی بیشتری ساخته شوند. >>>> تحلیل مقایسه‌ای فناوری‌ها: فناوری H-Oil معمولاً از دو راکتور به صورت سری استفاده می‌کند، در حالی که فناوری LC-Fining اغلب از سه راکتور سری استفاده می‌کند و نرخ حذف ناخالصی‌ها در آن بالاتر است. همان‌طور که در شکل ۱ نشان داده شده است، تفاوت اساسی بین این دو روش وجود ندارد؛ ساختار راکتورها تقریباً یکسان است و هر دو شامل سیستم توزیع مایع، سیستم چرخش برای جداسازی، و سیستم افزودن/حذف کاتالیزور به صورت آنلاین می‌باشند. همچنین، کاتالیزورها می‌توانند در هر دو روش مورد استفاده قرار گیرند. تفاوت این است که فناوری H-Oil از الگوی عملکرد چرخش خارجی با پمپ چرخش خارجی استفاده می‌کند، در حالی که فناوری LC-Fining از الگوی عملکرد چرخش داخلی با پمپ چرخش داخلی بهره می‌برد. ۲. فناوری هیدروکراکینگ تخت معلق نفت خام >>>> وضعیت کاربرد: در حال حاضر، دو واحد هیدروکراکینگ تخت معلق نفت خام که در سراسر جهان راه‌اندازی شده‌اند، دارای ظرفیت تولیدی مجموعاً ۱.۸ میلیون تن در سال هستند. فناوری EST شرکت ENI، در ماه اکتبر سال ۲۰۱۳، یک واحد صنعتی برای هیدروکراکینگ نفت خام با ظرفیت ۱.۳۵ میلیون تن در سال را در کارخانه فرآوری سانازارو در ایتالیا راه‌اندازی کرد. فناوری VCC شرکت BP در ژانویه ۲۰۱۵، اولین واحد تولید رزین نفتی با ظرفیت ۴۵۰ هزار تن در سال را در گروه نفت یانگ‌چنگ راه‌اندازی کرد؛ نسبت کیفیت زغال‌سنگ به نفت در این واحد ۱ به ۱ بود. علاوه بر این، چندین دستگاه دیگر نیز در حال ساخت یا برنامه‌ریزی برای ساخت هستند. به عنوان مثال، شرکت پاکستان **لوله‌کشی و فرآورش نفت، لیمیتد از فناوری Uniflex SHC استفاده کرده است و قصد دارد در سال ۲۰۱۶ شروع به فعالیت کند؛ در آن زمان، سالانه ۲ میلیون تن دیزل و ۲۲۵ هزار تن روغن لغزشی تولید خواهد شد ； شرکت گروهی مندلیف روسیه از فناوری VCC برای ساخت یک تأسیسات صنعتی با ظرفیت ۳.۵ میلیون تن در سال استفاده می‌کند و پیش‌بینی می‌شود که این تأسیسات در سال ۲۰۱۸ به بهره‌برداری برسد ； کارخانه فرآوری نفت پورتولاکروز در ونزوئلا، از فناوری HDHPlus/SHP برای ساخت یک تأسیسات با ظرفیت ۲.۷۵ میلیون تن در سال استفاده کرده است؛ انتظار می‌رود این تأسیسات در سال ۲۰۱۶ به بهره‌برداری برسد. >>>> تحلیل مقایسه‌ای فناوری‌ها: برای افزایش نرخ تبدیل نفت خام و بازده محصولات، به جز فناوری VCC، سایر فناوری‌ها نفت باقی‌مانده از بخش پایینی کولون‌های تبدیل یا نفت گازی کاهش فشار را به محفظه واکنش بازمی‌گردانند تا دوباره تبدیل شوند. کاتالیست‌های مورد استفاده نیز متفاوت هستند؛ جزئیات تحلیل تطبیقی در جدول ۴ آمده است. فناوری‌های EST، HDHPlus/SHP و VRSH از روش چرخش روغن پایین برج تبدیل‌نشده استفاده می‌کنند و می‌توانند نرخ تبدیل بسیار بالایی داشته باشند. در فناوری EST، روغن موجود در ته مخزن، پس از خارج کردن آسفالت با استفاده از حلال، دوباره به عنوان آسفالت/کاتالیست به محفظه واکنش بازگردانده می‌شود؛ مقدار کمی روغن باقی‌مانده خارج می‌گردد و نرخ تبدیل بیش از ۹۷٪ است ； در فناوری HDHPlus/SHP، روغن موجود در پایین کولون تبدیل‌کننده، پس از بازیابی فلزات توسط واحد بازیابی فلزات، با روغن خام مخلوط شده و واکنش هیدروژناسیون ادامه می‌یابد؛ نرخ تبدیل تقریباً ۱۰۰٪ است ； در فناوری VRSH، بخشی از روغن موجود در ته مخزن تبدیل شده، دوباره به راکتور اول بازگردانده تا واکنش ادامه یابد؛ بخش سنگین‌تر آن پس از فرآیند آبستراکشن با حلال، کاتالیست موجود در باقیمانده آن دوباره فعال شده و برای استفاده مجدد به کار می‌رود؛ نرخ تبدیل تقریباً ۱۰۰٪ است. علاوه بر واکنش چرخشی روغن پایینی برج تبدیل‌نشده، فناوری‌های HDHPlus/SHP و VRSH نیز نفت گازی کاهش فشار با فرآیند تقطیر مستقیم را در واکنش‌های چرخشی قرار می‌دهند. در فناوری HDHPlus/SHP، نفت گازی کاهش فشار به بخش SHP منتقل شده تا در آنجا واکنش هیدروژناسیون انجام شود؛ در حالی که در فناوری VRSH، این نفت گازی به راکتور لایه جوششی دوم منتقل می‌شود. فناوری UniflexSHC از روش عبور یکباره نفت خام استفاده می‌کند؛ نفت گازی سنگین کاهش فشارده شده دوباره به راکتور بازمی‌گردد تا با مواد واکنش دهد. همچنین، مقداری از نفت پایینی که تبدیل نشده است، خارج می‌شود؛ درصد تبدیل بیش از ۹۰٪ است. فناوری VCC از روش عبور یک‌باره نفت خام استفاده می‌کند و نفت گازی فشار کم با تقطیر مستقیم را به بخش هیدروژناسیون ارسال می‌کند؛ نرخ تبدیل آن ۸۵٪ تا ۹۵٪ است. روش‌های مورد استفاده برای پردازش روغن‌های باقی‌مانده از فرآیند تبدیل، همان‌طور که در جدول ۵ نشان داده شده است، عمدتاً شامل کاتالیزاسیون، تولید سیمان، تهیه آسفالت، و استخراج یا بازیابی فلزات از روغن‌های تبدیل‌نشده می‌باشد. پیشرفت‌های جدید در زمینه تحقیق و توسعه: فناوری هیدروکراکینگ روی تخت جوشان. این فناوری علاوه بر استفاده برای هیدروکراکینگ نفت خام معمولی، عمدتاً برای بهبود کیفیت نفت خام غیرمعمول مانند قیر شن‌های نفتی کانادا نیز به کار می‌رود؛ اغلب در ترکیب با فرآیندهایی مانند کاتالیزاسیون و جداسازی قیر با حلال، برای تولید نفت خام سنتتیک استفاده می‌شود. در سال‌های اخیر، تحقیقات مربوط به فناوری هیدروکراکینگ در تخت‌های جوشان نیز عمدتاً بر توسعه یکپارچه آن با فناوری‌هایی مانند کوک‌سازی و استخراج آسفالت با حلال متمرکز بوده است. >>>> فرآیندهای یکپارچه‌سازی: شرکت‌های Axens و CLG در کنفرانس سالانه انجمن تولیدکنندگان سوخت و محصولات پتروشیمی آمریکا (AFPM) در سال ۲۰۱۲، به ترتیب فرآیندهای یکپارچه‌سازی H-Oil – کاتالیزوریزاسیون تأخیری – و LC-Fining – خارج کردن آسفالت با استفاده از حلال (LC-Max) را معرفی کردند. ویژگی بارز فرآیند LC-MAX، چیدمان دستگاه خالص‌سازی با روغن (SDA) است. در روش‌های قبلی که از ترکیب SDA با فرآیندهای هیدروکراکینگ در بستر جوشان و بستر ثابت استفاده می‌شد، بخش عمده‌ای از دستگاه‌های SDA در بالادست دستگاه‌های هیدروژناسیون نفت خام قرار می‌گرفتند. این امر واقعاً باعث تسهیل فرآیند هیدروکراکینگ نفت خام می‌شد، اما نرخ تبدیل کلی تحت تأثیر قرار می‌گرفت، زیرا پس از استخراج رزین از نفت خام تحت فشار کم، مقدار زیادی رزین تولید می‌شد. بنابراین، باید دستگاه SDA را در مکانی قرار داد که نیاز به کاهش حداکثری تولید اسفالت و افزایش نرخ تبدیل کلی وجود داشته باشد. شرکت CLG از روغن نفت خام صادراتی روسیه که فرآوری آن دشوار است و به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود، با استفاده از فرآیندهای LC-Fining و LC-MAX، آزمایش‌های هیدروکراکینگ انجام داد؛ داده‌های مربوط به این آزمایش‌ها در جدول ۶ آمده است. فرآیند LC-Max در شهر دونگ‌یینگ، استان شاندونگ در کشور ما، اولین تأسیسات صنعتی جهان را در حال ساخت است؛ ظرفیت تولید این تأسیسات ۲.۷۶ میلیون تن در سال است. قرار است این تأسیسات در سال ۲۰۱۶ به بهره‌برداری برسد. این تأسیسات عمدتاً نفت خام Merey-18 و نفت خام سنگین عربستان را با نسبت ۵۰:۵۰ مخلوط کرده و سپس آن را پردازش می‌کند؛ نرخ تبدیل این فرآیند ۹۰ درصد است. در نهایت، دیزل با میزان گوگرد بسیار کم و نفت خام مورد نیاز برای فرآیند ریفرمینگ کاتالیتیک تولید می‌شود؛ این محصولات مطابق با استانداردهای اروپایی نوع V هستند. اسفالت بدون روغن تولید شده توسط دستگاه LC-MAX، به عنوان ماده اولیه در دستگاه گازسازی (فناوری E-Gas منتقل‌شده از شرکت CB&I) برای تولید هیدروژن استفاده می‌شود. موسسه تحقیقات پتروشیمی فوشون، متعلق به شرکت صنایع پتروشیمی چین، بر اساس تحقیقات مربوط به فرآیند STRONG، به تدریج فرآیندهای یکپارچه‌ای مانند فرآیند کاتالیزی شکستن نفت در بستر جوشان، فرآیند کوک‌سازی در بستر جوشان، و فرآیند هیدروژناسیون روغن‌های بازیافتی در بستر ثابت را توسعه داده است. نتایج آزمایش‌ها نشان داد که با استفاده از خاکستر حاصل از هیدروژناسیون در تخت جوش برای آزمایش فرآیند کاتالیتیک شکستن، میزان رسیدن به روغن‌های سبک بیش از ۶۳٪ بود؛ همچنین میزان رسیدن به بنزین + دیزل + گاز مایع ۷۸٫۲۷٪ بود. این امر نشان می‌دهد که خاکستر با کیفیت پایین، پس از فرآیند هیدروژناسیون در تخت جوش، می‌تواند به عنوان ماده خام برای فرآیند کاتالیتیک شکستن مورد استفاده قرار گیرد؛ در نتیجه، میزان روغن‌های سبک به دست آمده بالا خواهد بود. همچنین، با افزودن روغن‌های حاصل از فرآیند کاتالیتیک شکستن در نسبت‌های مختلف، میزان بنزین + دیزل + گاز مایع حداقل ۱٫۰۴٪ افزایش می‌یابد ； در مقایسه با فرآیند کاتالیز شدن مستقل، استفاده از فرآیند یکپارچه تخت جوش‌آلود-کاتالیز برای پردازش نفت خام با کیفیت پایین، باعث افزایش ۱۳٫۵۷ درصدی بازده کلی مایعات می‌شود و منافع اقتصادی آن به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. همچنین، این فرآیند یکپارچه دارای مزایایی مانند سازگاری گسترده با انواع مواد خام، انعطاف‌پذیری بالا در فرآیند و پایداری بالای محصولات نفتی است و راهکاری مناسب برای استفاده کارآمد از منابع نفت خام محسوب می‌شود ； فرآیند یکپارچه هیدروژناسیون نفت خام با استفاده از تخت جوشان و تخت ثابت، در پردازش نفت‌های خام با میزان فراوانی فلزات ۱۱۸ گرم بر گرم، ۲۳۳ گرم بر گرم، و میزان کربن باقی‌مانده ۱۵٫۷٪، ۲۱٫۱٪، به گونه‌ای عمل می‌کند که هم تخت جوشان و هم تخت ثابت می‌توانند به طور پایدار کار کنند. میزان فراوانی فلزات در نفت خام حاصل از هیدروژناسیون به ترتیب ۱۰٫۶ گرم بر گرم و ۷٫۸ گرم بر گرم است؛ همچنین میزان کربن باقی‌مانده به ترتیب ۵٫۶٪ و ۵٫۲٪ می‌باشد. این نفت خام می‌تواند مستقیماً به عنوان مواد خام برای واحدهای فرآوری کاتالیتیک استفاده شود؛ همچنین سودآوری بیشتری دارد و می‌تواند به مدت ۳ سال به طور پایدار کار کند. این امر امکان هماهنگی با واحدهای پایین‌دستی را فراهم کرده و امکان توقف و شروع فعالیت همزمان را میسر می‌سازد. شرکت فولروی آمریکا، با استفاده از فرآیندهای کاتالیزوری تأخیری که بیشترین کاربرد را در پردازش نفت خام با فشار کم دارند و همچنین فرآیند هیدروکراکینگ روی تخت جوشان، مدل برنامه‌ریزی خطی نرم‌افزار Aspen را به کار برده تا اقتصادی بودن سه روش یعنی روش کاتالیزوری، روش هیدروکراکینگ روی تخت جوشان، و ترکیبی از هیدروکراکینگ روی تخت جوشان و کاتالیزوری موجود را مقایسه کند؛ جدول ۷ نتایج این مقایسه را نشان می‌دهد. در مقایسه با روش کاتالیز، که تنها ۲۳٪ افزایش در هزینه‌های سرمایه‌ای دارد، نرخ بازده سرمایه‌گذاری در روش هیدروکراکینگ روی تخت جوش بالاتر بوده و ۳.۹٪ است ； طرح ترکیبی فرآیند هیدروکراکینگ روی تخت جوش و تجهیزات کوک‌سازی موجود، حتی می‌تواند سود بیشتری به همراه داشته باشد. شرکت فولو معتقد است که ارزیابی اقتصادی بهبود و ارتقای نفت خام کاهش‌فشار باید از طریق هزینه‌های سرمایه‌ای، بازارهای مواد اولیه و محصولات، محل پروژه و لجستیک، و بازده سرمایه‌گذاری تعیین شود؛ یک راه‌حل نمی‌تواند برای همه مناسب باشد. روش هیدروکراکینگ با تخت جوش، برای کارخانه‌های رفتاری با ظرفیت بالاتر از ۱۵ میلیون تن در سال، جذابیت بالایی دارد؛ اما برای کارخانه‌های موجود یا جدید با ظرفیت ۱۰ تا ۱۲.۵ میلیون تن در سال، میزان سرمایه‌گذاری مورد نیاز برای این روش، فراتر از توان مالی کارخانه‌ها خواهد بود. روش ترکیبی فرآیند هیدروکراکینگ در بستر جوشان + کاتالیزاسیون موجود، می‌تواند باعث افزایش بازدهی روغن‌های فرآوری‌شده شود و نسبت به استفاده از هر یک از این فرآیندها به تنهایی، عملکرد بهتری دارد. با این حال، ظرفیت فرآوری کاتالیزاسیون در این روش ترکیبی تحت تأثیر مقدار کک تولیدشده قرار دارد؛ اما این مشکل را می‌توان با تعادل‌بخشی به نرخ تبدیل روغن‌های با فشار پایین در فرآیندهای کاتالیزاسیون و هیدروکراکینگ، بهبود بخشید. برای بهره‌برداری کارآمد از نفت سنگین کاهش فشار، موسسه تحقیقات شیمی نفتی توپوچف در روسیه و شرکت CLG در آمریکا با هم یک روش هیدروکراکینگ بر روی بستر جوشاننده برای این نفت سنگین توسعه دادند؛ این روش از کاتالیزورهای نانوی فوق‌العاده ریز با ساختار ویژه استفاده می‌کند. میزان مصرف کاتالیزور بسیار کم است و کمتر از ۰٫۰۱٪ می‌باشد؛ همچنین هیچ پسماندی تولید نمی‌شود. این کاتالیزور نسبت به ناخالصی‌ها حساسیتی ندارد و تقریباً به طور کامل، اجزای نفت سنگین با محتوای بالای ژلاتین، آسفالتن، فلزات، گوگرد و نیتروژن را به فراورده‌های سبک و متوسط تبدیل می‌کند؛ در نتیجه تولید سوخت، محصولات پتروشیمیایی و روغن‌های پایه به حداکثر می‌رسد. در شرایط فشار هیدروژن ۶.۰ تا ۸.۰ مگاپاسکال و نسبت زمان به حجم ۰.۵ تا ۲.۰ ساعت‌به‌واحد، می‌توان ۹۲٪ تا ۹۵٪ از مواد ورودی را به ترکیبات سبک مانند بنزین و دیزل تبدیل کرد؛ در نتیجه تولید روغن سوختی به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد یا اصلاً رخ نمی‌دهد، که این امر از نظر اقتصادی بسیار جذاب است. جدول ۸ تغییرات نرخ بازده محصولات در پالایشگاه‌ها قبل و بعد از استفاده از این فرآیند را نشان می‌دهد. همان‌طور که مشخص است، در شرایطی که سوخت موتور تولید نمی‌شود، تولید گاز مایع، نفت خام و دیزل به طور قابل توجهی افزایش یافته، در حالی که تولید بنزین کمی کاهش یافته است؛ در مجموع، تولید کل محصولات ۳۷ درصد افزایش یافته است. >>>> کاتالیزورها: در حال حاضر، کاتالیزورهای مورد استفاده در فرآیند هیدروکراکینگ با تخت جوش، که در بازار بین‌المللی عرضه می‌شوند، عمدتاً شامل مجموعه KF شرکت Albemarle (KF1300، KF1315، KF1312، KF1316، KF1317 و غیره)، مجموعه RN شرکت Criterion (RN-680، RN-681)، مجموعه TEX (TEX2910، TEX2720، TEX2731، TEX2740) و HDS-1495، همچنین مجموعه‌های GR، LS، ULS شرکت ART و HSLS، HCRC و غیره می‌باشند. TEX2910 جدیدترین نسل از کاتالیست‌های تخت جوش است که توسط شرکت Criterion توسعه یافته است؛ این کاتالیست دارای عملکرد بسیار خوبی در کنترل رسوبات و تبدیل نفت خام به محصولات مورد نیاز است. همان‌طور که در شکل ۳ مشخص است، این کاتالیست برای راکتورهای دو مرحله‌ای مناسب است. کاتالیست HCRC که توسط شرکت ART به‌تازگی توسعه یافته است، می‌تواند شدت واکنش را کاهش داده، واکنش‌های حرارتی را محدود کند؛ در نتیجه تولید رسوبات/کک به طور قابل توجهی کاهش یافته و نرخ تبدیل نفت خام افزایش می‌یابد. در شرایط واکنش معمولی و با استفاده از کاتالیست HCRC، درصد تبدیل نفت خام ۴٪ افزایش یافت؛ درصدهای حذف گوگرد و نیتروژن به ترتیب ۴٪ و ۳٪ افزایش یافت. همچنین، درصد حذف کربن باقی‌مانده نیز ۶٪ افزایش یافت؛ میزان نیتروژن موجود در روغن‌های فرآوری‌شده و واکس‌های کاهش فشار نیز کاهش یافت. در همین حال، شرکت ART اثربخشی استفاده از سیستم دو کاتالیزور HCRC/HSLS در دستگاه‌های تخت جوش را بررسی کرد؛ یعنی در راکتور ۱ از کاتالیزور HSLS و در راکتورهای ۲/۳ از کاتالیزور HCRC استفاده شد. نتایج آزمایش‌های مقیاس متوسط نشان داد که استفاده از سیستم دوکاتالیزوری HCRC/HSLS، در مقایسه با استفاده تنها از کاتالیزور HCRC، انعطاف‌پذیری عملیاتی دستگاه را افزایش می‌دهد؛ همان‌طور که در شکل ۴ مشخص است. با بهینه‌سازی عملکرد کاتالیزورها، تنظیم نسبت پر کردن کاتالیزورها و تغییر شرایط واکنش، می‌توان بازده و انتخاب‌پذیری محصول را تنظیم کرد؛ همچنین می‌توان میزان حذف ناخالصی‌ها (گوگرد، نیتروژن، فلزات) را کنترل کرد. ۲. فناوری هیدروکراکینگ روی تخت معلق نفت خام: اگرچه دو واحد صنعتی برای استفاده از فناوری هیدروکراکینگ روی تخت معلق راه‌اندازی شده‌اند، اما این فناوری هنوز کاملاً بالغ نشده است و فاصله زیادی تا کاربرد گسترده در پیش دارد. در حال حاضر، تمرکز فعالیت‌های تحقیق و توسعه در مؤسسات مختلف، همچنان بر کارکرد طولانی‌مدت دستگاه‌ها (که نیازمند رفع مشکل جامد شدن سطح دستگاه است) و توسعه کاتالیست‌هایی با فعالیت بالا و پراکندگی خوب است. >>>> فرآیند: عملکرد صنعتی اولین دستگاه هیدروکراکینگ با تخت معلق برای نفت خام با ظرفیت ۱.۳۵ میلیون تن در سال، نشان داد که دمای راکتور تخت معلق تقریباً ثابت است؛ تفاوت دمایی در جهت محوری کمتر از ۲ درجه سانتی‌گراد و تفاوت دمایی در جهت شعاعی کمتر از ۰.۱ درجه سانتی‌گراد است. این دستگاه دارای کارایی بالایی در جداسازی گاز از مایع است و هیچ حبابی تولید نمی‌شود. نرخ تبدیل مواد خام به ۹۵٪ تا ۹۶٪ می‌رسد و هیچ ککی تولید نمی‌شود. کیفیت محصول مطابق با الزامات طراحی است و نرخ بازیابی دیزل استاندارد اروپای V بیش از ۴۰٪ می‌باشد. سه ماه پس از شروع فعالیت، به دلیل مشکلات برقی که منجر به اختلال در دستگاه تبدیل بخار شد و همچنین تأثیرات عوامل خارجی، و با توجه به نیاز به بهبود قابلیت اطمینان، کارایی و رویه‌های عملیاتی دستگاه، تصمیم گرفته شد که فعالیت دستگاه متوقف و آن تعمیر شود. در ژوئن ۲۰۱۴، این تجهیزات پس از انجام تنظیمات لازم، برای دومین بار فعال شدند؛ گفته می‌شود که همواره به خوبی کار کرده‌اند و بهبودهای فنی نیز همچنان در حال انجام است. شرکت ENI این فناوری را به بخش خصوصی واگذار کرده است و در ژوئیهٔ ۲۰۱۵ اولین قرارداد انتقال فناوری را با شرکت Total امضا کرد. علاوه بر فرآیندهای شناخته‌شده‌تری مانند EST، HDHPlus/SHP، UniflexSHC و VCC، موسسه تحقیقات صنعت نفت ایران (RIPI) نیز یک فرآیند هیدروکراکینگ نفت سنگین توسعه داده است (HRH) که در کشورهایی مانند ایالات متحده، کانادا، کره جنوبی و ژاپن تحت حمایت حقوقی قرار گرفته است؛ همچنین در حال طراحی یک تأسیسات صنعتی با ظرفیت ۱۸۰ هزار بشکه در روز هستند. ویژگی‌های فرآیند HRH به شرح زیر است: استفاده از کاتالیزورهای نانومتری برای تولید محصولات با ارزش بالا، بدون نیاز به حذف کربن ； میزان حذف گوگرد به ۶۰٪ تا ۸۰٪ می‌رسد ； حذف ناخالصی‌های فلزی از مواد ورودی و بازیابی آن‌ها در قالب اکسیدهای فلزی، از طریق فرآیندهای جداسازی ویژه ； درصد بازیابی حجم به ۱۱۰٪ رسید. در مقایسه با کاتالیزورهای نانوی بزرگ، کاتالیزورهای نانوی کوچک جریان‌پذیری بهتری دارند و فعالیت بالاتری نیز از خود نشان می‌دهند. >>>>کاتالیزور: در حال حاضر، شرکت ENI مشغول توسعه کاتالیزورهای نانوی نسل دوم است؛ هدف اصلی، بهبود عملکرد کاتالیزورها در فرآیند شکستن مولکول‌ها، و همچنین بررسی روش‌های بازیابی کاتالیزور از روغن‌های حاصل از فرآیندهای تبدیل است. شرکت ملی نفت و گاز چین در حال انجام تحقیقات مربوط به کاتالیست‌های حل‌شونده در روغن است؛ با موفقیت کاتالیست‌های سری Co، Mo و Ni حل‌شونده در روغن را توسعه داده است. عملکرد این کاتالیست‌ها در فرآیند هیدروژناسیون، بهتر از کاتالیست‌های حل‌شونده در آب است. همچنین، مواد کمکی مناسب برای جلوگیری از تشکیل کک و غلظت‌های مناسب آن‌ها برای مواد خام مختلف شناسایی شده است. شرایط فرآیند سولفوراسیون نیز مورد بررسی قرار گرفته و کاتالیست‌ها و مواد کمکی حل‌شونده در روغن به طور اولیه تعیین شده‌اند. موسسه تحقیقات صنعت نفت ایران (RIPI) روشی برای تهیه کاتالیست نانویی جهت هیدروکراکینگ در بستر معلق توسعه داده است؛ این روش با انتخاب سورفکتانت‌های مناسب و استفاده از فرمولاسیون‌های مختلف، بهینه‌ترین تعادل بین خاصیت آبدوستی و چربی‌دوستی را فراهم کرده و در نتیجه کوچکترین اندازه قطرات مایع را به دست می‌آورد. مطالعات نشان داده‌اند که استفاده از سورفکتانت‌های غیریونی می‌تواند اندازه کاتالیزورهای نانویی را ۱۰ برابر کاهش داده و آن را به ۱ تا ۲ نانومتر برساند؛ همان‌طور که در شکل ۵ مشخص است. این امر به این معناست که قطر فلز فعال تنها ۱/۱۰۰ اندازه موکول‌های آسفالتینی است. بنابراین، این کاتالیزور دارای فعالیت کاتالیتیک بهتری است و می‌تواند عملکرد تجهیزات هیدروکراکینگ با بستر معلق را به طور قابل توجهی بهبود بخشد؛ این امر امکان توسعه نسل جدیدی از فرآیندهای هیدروکراکینگ با بستر معلق را فراهم می‌کند. موسسه نفت مکزیک یک کاتالیزور فاز مایع (کاتالیزور همگن، ساخته شده از سولفوریک اسید، آمونیوم هپتامومات و نیکل سولفات، که برای فرآیند هیدروکراکینگ در بستر معلق مناسب است) را در آزمایشگاه تهیه کرد تا برای واکنش هیدروکراکینگ نفت خام استفاده شود و با فرآیند هیدروکراکینگ ترمال و کاتالیزورهای ناهمگن تجاری (NiMo/Al2O3) مقایسه گردد. آزمایش در راکتور اتمسفر فشرده انجام شد و نتایج آن در جدول ۹ آمده است. در یکسان‌ترین شرایط آزمایشی (۱۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع، ۴۲۰ درجه سانتی‌گراد، زمان واکنش ۱ ساعت، نسبت ماده و روغن ۱:۲۵۰)، نرخ تبدیل در فرآیند فتوکراکینگ کمترین مقدار را داشت و ۴۶.۷٪ بود؛ پس از آن، فرآیند هیدروکراکینگ با استفاده از کاتالیست‌های نامتجانس با نرخ تبدیل ۵۳.۸٪ قرار گرفت؛ بالاترین نرخ تبدیل مربوط به فرآیند هیدروکراکینگ با استفاده از کاتالیست‌های مایع بود و به ۶۵.۳٪ رسید. دلیل این امر، خواص بهتر پراکندگی و جریان‌پذیری کاتالیست‌های مایع است ； با این حال، کاتالیزورهای ناهمگن برای گوگردزدایی و نیتروژنزدایی مؤثرتر هستند؛ دلیل آن ممکن است غلظت بالاتر Ni و Mo در کاتالیزورهای ناهمگن باشد. علاوه بر این، این کاتالیزور فاز مایع را می‌توان بازیابی و دوباره فعال کرد تا مجدداً مورد استفاده قرار گیرد؛ بنابراین نسبت به کاتالیزورهای غیرهمگن، دارای مزیت هزینه‌ای است. به دلیل سطح مقطع نسبی بالای نانوذرات فلزی که می‌تواند فعالیت کاتالیستی را افزایش دهد، این ذرات در سال‌های اخیر به طور گسترده در فرآیندهای کاتالیستی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. دانشگاه گوریو در کره جنوبی برای اولین بار از ساختار نانولامله‌ای WS2 به عنوان کاتالیزور پراکنده در واکنش هیدروژناسیون فرآوری نفت خام استفاده کرد؛ این آزمایش در راکتور فشار بالا انجام شد، دمای واکنش ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار هیدروژن ۷۰ بار بود. نتایج آزمایش در جدول ۱۰ آمده است. با توجه به نتایج آزمایش‌ها، فعالیت واکنشی کاتالیزورهای تک‌لایه و چندلایه WS2 ارزیابی شد و با کاتالیزورهای فاز جامد سنتی WS2 و MoS2 مقایسه گردید. کاتالیست تک‌لایه WS2، به دلیل کوچکترین اندازه ذرات، بالاترین سطح تخصصی را (۹۷.۶ متر مربع بر گرم) دارد و بهترین عملکرد واکنشی را نشان می‌دهد؛ به طوری که نرخ تبدیل آسفالتن‌های C5 به ۷۵.۳٪ و API محصولات مایع به ۱۳.۸ می‌رسد. API معیاری است که توسط انجمن نفت آمریکا برای اندازه‌گیری چگالی محصولات نفتی تعیین شده است. نتیجه‌گیری: هیدروکراکینگ روی تخت جوش، به عنوان پیشرفته‌ترین فناوری برای پردازش و استفاده کارآمد از نفت خام، همچنان نقش مهمی در استفاده جهانی از نفت خام ایفا خواهد کرد. اگرچه فناوری هیدروکراکینگ در تخت‌های جوشان به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است، اما هنوز فضای زیادی برای بهبود آن وجود دارد. تمرکز تحقیق و توسعه در آینده بر بهبود بیشتر سازگاری مواد خام، عمق تبدیل و عمر کاتالیست‌ها، همچنین کاهش مصرف کاتالیست‌ها خواهد بود؛ در عین حال، نیاز به توسعه و کاربرد بیشتر فرآیندهای یکپارچه مانند تخت جوش و سایر فناوری‌ها، و همچنین روش‌های پردازش روغن‌های باقی‌مانده غیرتبدیل‌شده، وجود دارد. فناوری هیدروکراکینگ روی تخت معلق، یکی از چالش‌های سطح جهانی و فناوری‌های پیشرفته در صنعت رفت‌وآمد نفت امروز است که پتانسیل خوبی برای گسترش و کاربرد دارد؛ اما نیاز به توسعه کاتالیست‌هایی با فعالیت بالا و توزیع مناسب، همچنین حل مشکلات مربوط به تشکیل کک در تجهیزات، وجود دارد. علاوه بر این، به دلیل کیفیت پایین‌تر مواد خام مورد استفاده در فرآیند تولید روی تخت معلق، بخش عمده‌ای از فلزات موجود در مواد خام، محصولات حاصل از واکنش‌ها و تقریباً تمام کاتالیست‌ها، معمولاً در روغن ناخالص ته توربین تجمع می‌یابند؛ این امر باعث می‌شود که روغن ناخالص ته توربین برای فرآوری مجدد مناسب نباشد و استفاده از آن دشوار شود. بنابراین، نحوه مدیریت و استفاده صحیح از روغن‌های باقی‌مانده در پایین کولون‌های تبدیل‌نشده، یکی دیگر از چالش‌های فنی و جهت‌های تحقیقاتی برای صنعتی‌سازی فناوری هیدروکراکینگ در بستر معلق و جلوگیری از آلودگی محیط زیست است. منبع: تهیه شده توسط نویسندگان از مؤسسه تحقیقات نفت و پتروشیمی چین (رن ونپو، لی جنیو، لی شوئهجینگ، جین یوهاو)، سایت «شیهوی‌یوان»، ویرایش شده توسط بخش صنایع شیمیایی ۷۰۷