--تحلیل مسیر فناوری آروماتیک‌ها (بخش دوم)

Thread Content

--تحلیل مسیرهای فناورانه آروماتیک‌ها (بخش دوم)
نویسنده/منبع: تاریخ: ۲۶-۰۸-۲۰۱۶
تعداد کلیک‌ها: ۸
برای جبران کمبود در بازار آروماتیک‌ها، صنعت نه تنها توجه خود را از مسیر نفت به سمت مسیر زغال‌سنگ منتقل کرده، بلکه از مسیر بیوماس نیز غافل نشده است. در نقشه راه فناوری‌های حوزه‌های کلیدی مشخص شده در «تولید چین ۲۰۲۵»، به وضوح بر لزوم دستیابی به پیشرفت‌های قابل توجه در زمینه فناوری سنتز آروماتیک‌های بیولوژیکی در حوزه مواد پلیمری تأکید شده است. در کنفرانس توسعه زنجیره صنعتی آروماتیک‌های چین در اواسط ماه اوت، کارشناسان حاضر، رویکرد استفاده از بیوماس برای تولید آروماتیک‌ها را به طور کامل تأیید کردند. اما درباره آینده، نگرش آن‌ها را می‌توان با یک جمله خلاصه کرد: راه دشوار و طولانی است، اما با پیشروی به مقصد خواهیم رسید. داخلی: فناوری‌های جدید در حال ظهور هستند «زباله‌های خانگی و برگ‌های گیاهان تولید شده در کشور ما، پتانسیل تولید سالانه ۱۷۰ میلیون تن بنزین، دیزل و آروماتیک‌ها را دارند.» ”پروفسور وانگ هوالین از دانشگاه علوم فنی شرق چین، چشم‌انداز مسیرهای زیستی برای تولید هترواروماتیک‌ها را تشریح کرد. این آمار او بی‌اساس نیست، بلکه بر اساس یک روش نوین برای تولید هیدروکربن‌های آروماتیک از مواد خام زیستی است؛ روشی که ترکیبی از فرآیندهای پالایش نفت و صنایع شیمیایی-زیست‌شیمیایی محسوب می‌شود. به طور خاص، این مسیر از ساقه‌های بی‌کاربرد و زباله‌های شهری متعدیل‌شده برای تولید بنزین، دیزل و آروماتیک‌ها استفاده می‌کند. آنچه که به عنوان زباله‌های زندگی روزمره مینرالیزه شده شناخته می‌شود، به زباله‌هایی اطلاق می‌گردد که پس از دفن شدن در زیر زمین برای سال‌ها، تثبیت شده‌اند. به گفته وانگ هوالین، از ۶ تن تیشه می‌توان ۱ تن بنزین، دیزل و آروماتیک تولید کرد. کشور ما سالانه بیش از ۷۰۰ میلیون تن تیشه تولید می‌کند؛ این مقدار معادل بیش از ۱۰۰ میلیون تن بنزین، دیزل و آروماتیک است. در همین حال، میزان زباله‌های شهری تولید شده در کشور ما سالانه حدود ۳۰۰ میلیون تن است که از این مقدار، حدود ۷۰ میلیون تن شامل بنزین، دیزل و آروماتیک‌ها می‌باشد. به طور بسیار تصادفی، توزیع زباله‌های شهری در کشور ما با محل‌های وجود پالایشگاه‌های نفت کاملاً همخوانی دارد؛ این امر، اجرای رویکردهای فنی مبتنی بر ترکیب فرآیندهای پالایش نفت و صنایع شیمیایی-بیوشیمیایی را ممکن می‌سازد. “طرح فرآیند تولید همزمان بنزین، دیزل و آروماتیک‌ها از طریق شکستن ساختار تراشه‌های گیاهی و هیدروژناسیون آن‌ها به این صورت است: تراشه‌های گیاهی و زباله‌های خانگی از طریق فرآیندهای برش مولکولی و تبدیل هدفمند، لژن موجود در آن‌ها از طریق هیدروژناسیون و حذف اکسیژن به مواد اولیه آروماتیک تبدیل می‌شود؛ در حالی که سلولز و نیمه‌سلولز نیز از طریق هیدروژناسیون و حذف اکسیژن به مواد اولیه بنزین و دیزل تبدیل می‌گردند. ”وانگ هوالین گفت. پژوهشگران بر اساس این رویکرد، دو دستگاه ساختند؛ یکی دستگاهی برای تجزیه و هیدروژناسیون ساقه‌ها جهت تبدیل آن‌ها به مواد اولیه برای تولید بنزین، دیزل و آروماتیک‌ها است. در حال حاضر، یک دستگاه آزمایشی با ظرفیت ۳ تن در ساعت برای تجزیه سریع ساخته شده است؛ این دستگاه شبیه به دستگاه‌های کاتالیتیک فراوری نفت و صنایع شیمیایی است ； دیگری، یک دستگاه آزمایشی با ظرفیت ۱ لیتر در ساعت است که توسط یک شرکت در استان هنان ساخته شده؛ این دستگاه از نوع فرآیند هیدروژناسیون و حذف اکسیژن با استفاده از بستر جوشان، همراه با فرآیند تصفیه هیدروژناسیون با استفاده از بستر ثابت می‌باشد. نتایج آزمایش‌های مقیاس متوسط نشان داد که ترکیبات روغن حاصل از تجزیه بیوماس (تار چوب) شامل الکان‌ها، آروماتیک‌ها، اولفین‌ها و فنول است. پس از بهبود کیفیت با هیدروژناسیون، ترکیبات روغن حاصل عبارتند از ۴۶.۴۴٪ آروماتیک‌ها، ۳۵.۰۹٪ الکان‌ها و ۸.۵۶٪ فنول. سپس با مخلوط کردن این ترکیبات می‌توان آروماتیک‌ها را به دست آورد و از طریق هیدروکراکینگ نیز می‌توان بنزین و دیزل تولید کرد. کارشناسان این حوزه می‌گویند که در کل، تحقیق و توسعه فرآیندهای تولید آروماتیک‌ها از طریق بیوماس در کشور هنوز در مراحل اولیه قرار دارد. خارج از کشور: صنعتی‌سازی در حال پیشرفت است. در مقایسه با داخل کشور، شرکت‌های بیشتری در خارج از کشور در زمینه تحقیق و توسعه و صنعتی‌سازی فعالیت می‌کنند و این فعالیت‌ها نیز زودتر آغاز شده‌اند. بنا بر اطلاعات خبرنگار، در حال حاضر برخی از فناوری‌های تولید هیدروکربن‌های آروماتیک از مواد زیستی که توسط شرکت‌های خارجی توسعه یافته‌اند، به صورت تجاری و در مقیاس کوچک در حال بهره‌برداری هستند. پیشرفت‌های دانشگاه ماساچوست در ایالات متحده در زمینه روش تولید یک‌مرحله‌ای ترکیبات آروماتیک از بیوماس سلولزی، توجه گسترده‌ای را در صنعت به خود جلب کرده است. آن‌ها فرآیند تبدیل بیوماس به آروماتیک‌ها را توسعه دادند و شرکت Anellotech را تأسیس کردند تا آن را به تولید صنعتی برساند. این فناوری بر پایه فرآیند کاتالیز‌شده تجزیه حرارتی سریع استوار است؛ در این فرآیند، مواد زیستی در یک راکتور لجنی به سرعت گرم شده و به اکسیدها تبدیل می‌شوند، سپس با استفاده از کاتالیزورهای زیولیتی ویژه، این ترکیبات به آروماتیک‌های درجه شیمیایی تبدیل می‌گردند. این فناوری، در مقایسه با روش‌های سنتی تولید آروماتیک‌ها که از نفت به عنوان ماده خام استفاده می‌کنند، هزینه کمتری دارد. در ژانویه امسال، شرکت Anellotech این فناوری را صنعتی‌سازی کرد. بر اساس محاسبات آن‌ها، هنگامی که قیمت نفت بالاتر از ۶۰ دلار در بشکه باشد، این فناوری از نظر هزینه‌ای دارای مزیت رقابتی است. در صنعت، به طور کلی تصور می‌شود که از میان روش‌های موجود برای تولید آروماتیک‌ها از مواد زیستی، فرآیند تولید آروماتیک‌ها از طریق تحلیل حرارتی مواد زیستی توسط شرکت Anellotech، بهترین روش از نظر هزینه و کارایی است. فرآیند BioForming که توسط شرکت آمریکایی Virent در همکاری با دانشگاه ویسکانسین-مدیسون توسعه یافته است، به دلیل امکان اجرای آن بر روی تأسیسات فعلی پالایشی، مزایای قابل توجهی از نظر سرمایه‌گذاری دارد. این فرآیند با استفاده از شکر به عنوان ماده خام، هیدرولیز الیاف گیاهی را با تکنولوژی هیدروژناسیون کاتالیزی متداول ترکیب می‌کند تا بتوان از قندهای گیاهی، ترکیبات آروماتیک مخلوط حاوی بنزن، تولوئن و خلوئن تولید کرد؛ سپس این ترکیبات را می‌توان به پارا-خلوئن تبدیل نمود. مزیت این روش این است که با ترکیب فناوری بازسازی فاز مایع (APR) با روش‌های سنتی مانند هیدروژناسیون کاتالیزی و کوندنساسیون، امکان تغییر ساختار تجهیزات واکنش در چارچوب تجهیزات موجود صنایع پالایشی وجود دارد؛ هزینه سرمایه‌گذاری برای تولید هر گالن محصول تنها بین ۱.۷۵ تا ۳ دلار است ； الکن‌های فرعی هم می‌توانند به عنوان محصولات فرعی استفاده شوند و هم برای تأمین انرژی تجهیزات به کار روند؛ اقتصادی بودن این فرآیند نیز خوب است. برخلاف تبدیل مستقیم بیوماس برای تولید آروماتیک‌ها، در سال‌های اخیر برخی تولیدکنندگان راه دیگری را انتخاب کرده‌اند؛ آن‌ها ابتدا با استفاده از فرآیندهای پیشرفته، بیوماس را به مواد شیمیایی آلی با ارزش افزوده کمتر تبدیل می‌کنند و سپس این مواد شیمیایی بیومحور را به محصولات آروماتیک با ارزش افزوده بالاتر تبدیل می‌نمایند. در میان آن‌ها، فرآیند GIFT که توسط شرکت آمریکایی Gevo برای تولید الکل از مواد بازیافتی از طریق تخمیر توسعه یافته است، نمونه بارزی محسوب می‌شود. فرآیند GIFT ابتدا مواد خام بیولوژیکی را به ایزوبوتانول تبدیل می‌کند و سپس از طریق واکنش دهیدروژناسیون، ایزوبوتن تولید می‌شود؛ در این فرآیند، نرخ تبدیل ایزوبوتانول بیش از ۹۹٪ است ； ایزوبوتیلن حاصل، از طریق راکتور پلیمریزاسیون به اولفین‌های C8 تبدیل می‌شود ； اولفین C8 از طریق دهیدروژناسیون و حلقه‌زایی به محصول PX تبدیل می‌شود که انتخاب‌پذیری آن بیش از ۷۵٪ و خلوص آن به ۹۹٪ می‌رسد. شرکت Gevo با همکاری شرکت صنعتی توتوری ژاپن، یک تأسیسات صنعتی ساخته است. بزرگترین مزیت این فرآیند، تولید مستقیم PX با خلوص بالا در شرایط ملایم است؛ که منجر به حذف فرآیندهای پیچیده‌ای مانند هتروژناسیون و جداسازی آروماتیک‌ها می‌شود و فرآیند تولید نسبتاً ساده است. محدودیت‌ها: مواد اولیه، کاتالیست‌ها و راکتورها. بر اساس مصاحبه‌های خبرنگاران، در نگاهی به تحقیقات مربوط به تولید آروماتیک‌ها از بیوماس در داخل و خارج از کشور، اگرچه چشم‌انداز آن جذاب است و پیشرفت‌های قابل توجهی نیز حاصل شده، اما اکثر این روش‌ها هنوز در مرحله توسعه هستند. اگرچه برخی از آن‌ها تولید صنعتی در مقیاس کوچک را محقق کرده‌اند، اما از نظر بهره‌وری اقتصادی همچنان فاصله زیادی با مسیر سنتی نفت دارند و مشکلات بالقوه بسیاری نیز وجود دارد که نیاز به حل فوری دارند. اول از همه، تأمین پایدار مواد خام بیولوژیکی همواره یکی از چالش‌های موجود در توسعه صنعت شیمی زیستی بوده است و این موضوع در مورد آروماتیک‌های بیولوژیکی نیز صادق است. مواد خام بیولوژیکی از نظر مقدار زیاد و پراکنده هستند و ترکیباتشان پیچیده است. برای افزایش مقیاس تولید هیدروکربن‌های آروماتیک با روش‌های بیولوژیکی، لازم است منابع خام کافی و پایداری در دسترس باشد. با توجه به سطح فعلی تولید کشاورزی در کشور ما، حل این مشکل نیازمند همکاری چندجانبه و یافتن یک الگوی منطقی و قابل اجرا است. دوماً، برای بسیاری از فرآیندهای تولید آروماتیک‌ها از مواد زیستی، کاتالیست‌ها و راکتورهای مورد استفاده در فرآیندهای تجزیه حرارتی و هیدرولیز نیز چالش‌برانگیز هستند. در این جلسه، برخی از نمایندگان به خبرنگاران گفتند که اگرچه به تولید هیدروکربن‌های آروماتیک از مواد زیستی علاقه دارند، اما نرخ تبدیل و خلوص محصولات در فرآیندهای موجود پایین است و رقابت با مسیرهای مبتنی بر نفت برایشان دشوار است. و برای بهبود این دو شاخص، نیاز به پیشرفت در توسعه کاتالیست‌ها و راکتورهای مربوطه است. با این حال، برخی از کارشناسان معتقدند که تلفیق صنعت بیوشیمی با فرآوری سنتی و تولید شیمیایی، همانند دانشگاه علوم فنی شرق چین، نیز رویکرد خوبی است. با استفاده از تجهیزات فعلی تجزیه، بهره‌برداری از منابع بیوماس به عنوان مواد خام برای جایگزینی بخشی از منابع فسیلی در تولید آروماتیک‌ها، موضوعی قابل توجه است.