การผลิตอีเทนจากมีเทนโดยตรง ความก้าวหน้าใหม่ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี

Thread Content

การผลิตอีเทนจากมีเทนโดยตรง: ความก้าวหน้าใหม่ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี ข่าวจากเว็บไซต์ Chemical Industry 707: ความพยายามของวงการเคมีและปิโตรเคมีมาเป็นเวลากว่า 30 ปี ในที่สุดก็กลายเป็นความจริงแล้ว—ก๊าซธรรมชาติที่มีปริมาณมากและมีราคาถูก สามารถนำมาแปลงเป็นอีเทน ซึ่งเป็นวัตถุดิบพื้นฐานที่สำคัญที่สุดในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีได้ 　　เมื่อไม่นานมานี้ บริษัท Siluria Technologies ของสหรัฐอเมริกา (ซึ่งจะเรียกสั้นๆ ว่าบริษัท Siluria) ได้จัดพิธีเปิดโรงงานทดลองผลิตของตนในรัฐเท็กซัสอย่างยิ่งใหญ่ โดยโรงงานแห่งนี้ถือเป็นโรงงานแห่งแรกในโลกที่สามารถเปลี่ยนก๊าซธรรมชาติให้กลายเป็นอีเทนในระดับอุตสาหกรรมได้ เส้นทางใหม่นี้อาจก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ต่ออุตสาหกรรมเอทิลีนที่ใช้น้ำมันเป็นวัตถุดิบแบบดั้งเดิม 　　“จอกศักดิ์สิทธิ์” แห่งวงการเคมี ในฐานะวัตถุดิบพื้นฐานสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ อีเทนจึงมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โดยปริมาณการผลิตอีเทนถือเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดที่สำคัญของระดับการพัฒนาอุตสาหกรรมปิโตรเคมี 　　นอกเหนือจากทวีปอเมริกาเหนือและตะวันออกกลางแล้ว พื้นที่ส่วนใหญ่ของโลก รวมถึงประเทศของเราด้วย ต่างก็ใช้น้ำมันนอร์มัลเอาท์เป็นวัตถุดิบในการผลิตอีเทนโดยใช้กระบวนการแยกด้วยไอน้ำ วิธีนี้ไม่เพียงแต่ใช้พลังงานสูง ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกมาก และมีต้นทุนสูงเท่านั้น แต่ยังต้องใช้ทรัพยากรน้ำมันอันมีค่าอีกด้วย เนื่องจากวัตถุดิบมาจากน้ำมันนั่นเอง 　　เพื่อลดการพึ่งพาน้ำมัน ประเทศต่างๆ จึงได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับการใช้ก๊าซธรรมชาติซึ่งมีมีเทนเป็นส่วนประกอบหลัก ในการผลิตโอเลฟิน วิธีการผลิตอีเทนจากก๊าซธรรมชาติแบ่งออกเป็นสองวิธี ได้แก่ วิธีโดยตรงและวิธีทางอ้อม เมื่อเทียบกับวิธีทางอ้อมที่มีขั้นตอนยุ่งยากและซับซ้อน วิธีโดยตรงนั้นสามารถเปลี่ยนมีเทนให้กลายเป็นอีเทนได้เพียงขั้นตอนเดียวเท่านั้น จึงมีคุณค่าทางเศรษฐกิจสูง และนับว่าเป็นวิธีที่น่าสนใจมาก 　　แต่เนื่องจากการทำให้มีเทนมีความสามารถในการเข้าร่วมปฏิกิริยาได้ และการเปลี่ยนมีเทนให้กลายเป็นสารอื่นนั้น เป็นปัญหาที่ยากมากในระดับโลก จนถูกขนานนามว่าเป็น “จอกศักดิ์สิทธิ์” ของวงการเคมี ดังนั้น ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 จนถึงต้นศตวรรษนี้ วงการวิชาการก็ยังไม่สามารถพัฒนากระบวนการผลิตอีเทนจากมีเทนได้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมได้ 　　กุญแจสำคัญในการทะลุผ่านอยู่ที่ตัวเร่งปฏิกิริยา ในปี 2010 บริษัท Siluria ได้คิดค้นวิธีการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบนาโนไวร์อย่างมีประสิทธิภาพ โดยใช้แบบจำลองทางชีวภาพ นอกจากนี้ยังใช้เทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพสูงในการคัดเลือกองค์ประกอบของธาตุที่เหมาะสมที่สุดจากตัวเร่งปฏิกิริยาหลายชนิด จนสามารถพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่สามารถนำมาใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อเปลี่ยนมีเทนให้กลายเป็นอีเทนได้ 　　ตัวเร่งปฏิกิริยานี้สามารถช่วยเร่งการเปลี่ยนแปลงมีเทนให้กลายเป็นอีเทนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ที่ความดัน 5–10 บรรยากาศ โดยอุณหภูมิที่ใช้นั้นต่ำกว่าวิธีการแยกโมเลกุลด้วยไอน้ำแบบดั้งเดิม ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 200–300 องศาเซลเซียส โดยประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยานี้สูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาแบบดั้งเดิมถึง 100 เท่าขึ้นไป 　　เครื่องปฏิกรณ์ที่บริษัท Siluria ออกแบบมานั้นแบ่งออกเป็นสองส่วน โดยส่วนหนึ่งใช้สำหรับเปลี่ยนมีเทนให้กลายเป็นอีเทนและเอทานอล ส่วนอีกส่วนหนึ่งใช้สำหรับแยกเอทานอลซึ่งเป็นผลพลอยได้ออกมาเป็นอีเทน ความร้อนที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาการแยกนี้ก็มาจากความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการเปลี่ยนมีเทนนั่นเอง การออกแบบนี้ทำให้สามารถใช้ก๊าซธรรมชาติหรือเอทานอลเป็นวัตถุดิบสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ได้ พร้อมทั้งช่วยประหยัดพลังงานให้ได้มากที่สุดด้วย 　　การส่งเสริมกลยุทธ์การหาทางแทนน้ำมัน ข้อได้เปรียบทางเทคโนโลยีของกระบวนการผลิตเอทิลีนจากก๊าซธรรมชาติโดยตรงที่บริษัท Siluria พัฒนาขึ้น (ซึ่งเรียกกันว่า “วิธีการใหม่”) นั้น มีอยู่ 5 ประการ ได้แก่ ต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับการผลิตเอทิลีนจากน้ำมันน้ำมันดิบแบบดั้งเดิม มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกน้อยกว่า ประหยัดพลังงาน และมีมูลค่าทางเศรษฐกิจสูง ； เอทิลีนสามารถนำไปแปลงเป็นเชื้อเพลิงในรูปของของเหลวได้อีก ซึ่งจะช่วยเพิ่มมูลค่าทางเศรษฐกิจของกระบวนการผลิตโดยรวมได้อีกด้วย ； มีข้อกำหนดเกี่ยวกับวัตถุดิบที่ไม่เข้มงวดนัก มีเทนสามารถมาจากก๊าซธรรมชาติหรือจากวัสดุชีวภาพก็ได้ ส่วนแหล่งออกซิเจนนั้น สามารถเป็นออกซิเจนบริสุทธิ์ หรืออากาศที่มีออกซิเจนสูง หรืออากาศที่ถูกอัดแล้วก็ได้ ； สามารถใช้อุปกรณ์ผลิตอีเทนและอุปกรณ์รีไซเคิลที่มีอยู่เดิมได้ ทำให้มีต้นทุนการปรับปรุงต่ำ ； มีทรัพยากรก๊าซธรรมชาติอุดมสมบูรณ์** จึงมีคุณค่าทางยุทธศาสตร์อย่างยิ่ง 　　นอกเหนือจากผลกระทบต่ออุตสาหกรรมโอเลฟินแล้ว แนวทางใหม่นี้ยังจะส่งผลต่อการผลิตเชื้อเพลิงของเหลว ซึ่งรวมถึงน้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล และเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องบินด้วย บริษัท Siluria ยังได้พัฒนาเทคโนโลยีในการผลิตเชื้อเพลิงของเหลวจากอีเทนอีกด้วย ซึ่งหมายความว่ามีวิธีการผลิตเชื้อเพลิงของเหลวเพิ่มขึ้นอีกหนึ่งวิธี โดยเป็นวิธีที่เริ่มต้นจากก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตที่ใช้กระบวนการเฟโตรสินเทซิสในปัจจุบันแล้ว วิธีการของบริษัท Siluria ไม่จำเป็นต้องใช้กระบวนการเฟโตรสินเทซิสที่ต้องใช้พลังงานสูง ทำให้สามารถประหยัดต้นทุนการลงทุนได้ถึง 25%–30% 　　ไม่ว่าจะเป็นอีเทนหรือเชื้อเพลิงของเหลว โดยปกติแล้วจะถูกผลิตขึ้นจากน้ำมันดิบ แต่วิธีการใหม่นี้จะช่วยประหยัดทรัพยากรน้ำมันอันมีค่าได้ และยังส่งเสริมกลยุทธ์ในการหาทางทดแทนน้ำมันอีกด้วย 　　ในเดือนมิถุนายน ปี 2014 บริษัทลินเด้ ซึ่งเป็นกลุ่มบริษัทด้านก๊าซและวิศวกรรมที่ใหญ่ที่สุดในโลก ได้ทำข้อตกลงความร่วมมือกับบริษัท Siluria โดยทั้งสองฝ่ายจะร่วมมือกันที่โรงงานทดลองในรัฐเท็กซัส เพื่อทำการทดสอบและพัฒนาเทคโนโลยีนี้ให้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ตามข้อตกลง ทั้งสองฝ่ายจะร่วมกันปรับปรุงและผสานเทคโนโลยีและแนวทางการดำเนินงานของแต่ละฝ่ายเข้าด้วยกัน เพื่อสร้างเป็นแพ็กเกจโซลูชันหนึ่ง โดยบริษัทลินเด์จะเป็นผู้ออกใบอนุญาตให้ภาคอุตสาหกรรมปิโตรเคมีสามารถนำแพ็กเกจโซลูชันนี้ไปใช้ในการปรับปรุงหรือขยายโรงงานผลิตเอทิลีนที่มีอยู่ หรือสร้างโรงงานผลิตเอทิลีนระดับโลกขึ้นมาใหม่ โดยคาดว่าการออกใบอนุญาตจะเริ่มขึ้นในช่วงครึ่งหลังของปี 2015 　　ในเดือนสิงหาคม ปี 2014 บริษัท Saudi Aramco ซึ่งเป็นบริษัทชั้นนำด้านอุตสาหกรรมพลังงานและเคมีของโลก ได้ลงทุนในบริษัท Siluria และมีแผนจะนำเทคโนโลยีใหม่นี้มาใช้เป็นแห่งแรกในประเทศซาอุดีอาระเบีย 　　ก่อนหน้านี้ เนื่องจากปริมาณเอทานในภูมิภาคตะวันออกกลางไม่เพียงพอที่จะสนับสนุนการผลิตเอทิลีนในโรงงานใหม่ๆ บริษัทต่างๆ จึงจำเป็นต้องหันไปใช้วัตถุดิบอย่างน้ำมันน้ำกรดซึ่งมีต้นทุนสูงแทน 　　และเส้นทางใหม่ของบริษัท Siluria ก็ปรากฏขึ้นเหมือนฝนที่ตกลงมาในเวลาที่เหมาะสม จนดึงดูดความสนใจจากบริษัทอุตสาหกรรมปิโตรเคมีในตะวันออกกลางได้อย่างรวดเร็ว และกลายเป็นตลาดที่มีศักยภาพสำหรับพวกเขาไปในที่สุด 　　ไม่เพียงแต่ในต่างประเทศเท่านั้น เส้นทางใหม่นี้ก็ได้รับความสนใจจากสหรัฐอเมริกาเช่นกัน ในเดือนมีนาคม ปี 2014 ซีอีโอของบริษัท Siluria ได้รับเชิญให้เข้าร่วม “ฟอรั่มนโยบายด้านพลังงานปี 2020” ซึ่งเป็นการประชุมระดับสูง และได้กล่าวสุนทรพจน์ด้วย โดยบริษัทของเขาเป็นบริษัทในอุตสาหกรรมก๊าซธรรมชาติเพียงแห่งเดียวที่ได้รับเชิญ หลังจากนั้น ผู้บริหารของบริษัท Siluria ได้รับเชิญให้เข้าไปยังทำเนียบขาว เพื่อหารือกับรัฐมนตรีว่าการกระทรวงพลังงานของสหรัฐฯ และเจ้าหน้าที่คนอื่นๆ เกี่ยวกับนโยบายด้านพลังงานในอนาคตของสหรัฐฯ 　　สหรัฐอเมริกา**ตระหนักแล้วว่าเส้นทางใหม่นี้อาจส่งผลกระทบต่อคุณค่าเชิงยุทธศาสตร์ด้านพลังงานและอุตสาหกรรมการผลิตของประเทศ และกำลังพิจารณาจัดทำนโยบายต่างๆ เพื่อส่งเสริมการจ้างงานและการพัฒนาเศรษฐกิจ 　　บทเรียนจากประสบการณ์ ประเทศของเราใช้น้ำมันน้ำก๊าดเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตอีเทน โดยคิดเป็นสัดส่วนประมาณ 65% ของปริมาณวัตถุดิบทั้งหมด 　　ก่อนหน้านี้ เนื่องจากราคาน้ำมันดิบในตลาดโลกที่พุ่งสูงขึ้น รวมถึงความไม่สมดุลระหว่างอุปทานและอุปสงค์ในประเทศ ทำให้เกิดภาวะขาดแคลนวัตถุดิบสำหรับการผลิตอัลคีน ซึ่งส่งผลกระทบต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมเอทิลีน คาดว่าในปี 2015 ประเทศของเราจะมีการขาดแคลนอีเทนถึง 13.7 ล้านตัน 　　ไม่เพียงเท่านั้น ประเทศของเรายังมีปัญหาเรื่องต้นทุนการผลิตอีเทนที่สูง และขาดความสามารถในการแข่งขันอีกด้วย ในปี 2013 ต้นทุนการผลิตเอทิลีนในภูมิภาคตะวันออกกลางอยู่ที่เพียง 100 ดอลลาร์ต่อตันเท่านั้น ส่วนในอเมริกาเหนือ ต้นทุนการผลิตเอทิลีนอยู่ที่ประมาณ 300 ดอลลาร์ต่อตัน ในขณะที่ต้นทุนการผลิตเอทิลีนในประเทศของเรานั้นสูงกว่า 900 ดอลลาร์ต่อตัน 　　ดังนั้น ประเทศของเราจึงมีความจำเป็นต้องหาวิธีการผลิตอีเทนรูปแบบใหม่ๆ ในด้านการวิจัยเกี่ยวกับการผลิตอีเทนจากก๊าซธรรมชาติโดยตรง ประเทศของเรามีรากฐานการวิจัยที่แข็งแกร่งอยู่แล้ว โดยสถาบันวิทยาศาสตร์จีนและสถาบันการศึกษาต่างๆ ก็มีความสามารถในการวิจัยที่โดดเด่นเช่นกัน 　　ดังนั้น จึงขอแนะนำให้ประเทศของเรานำบทเรียนจากความสำเร็จในการพัฒนาการผลิตโอเลฟินจากเมทานอลตามแผนพัฒนา “5 ปีที่ 12” มาประยุกต์ใช้ โดยนำการวิจัยเกี่ยวกับการผลิตเอทิลีนจากก๊าซธรรมชาติมาบรรจุไว้ในแผนพัฒนาที่เกี่ยวข้องในช่วง “5 ปีที่ 13” ด้วย. จัดให้มีการร่วมมือกันระหว่างสถาบันวิจัยกับบริษัทอุตสาหกรรมปิโตรเคมีในด้านการวิจัยและพัฒนา เพื่อเร่งให้ผลการวิจัยถูกนำไปประยุกต์ใช้ในการผลิตจริงๆ แก้ไขปัญหาเรื่องแหล่งวัตถุดิบที่มีอยู่อย่างจำกัดในอุตสาหกรรมเอทิลีน ลดต้นทุนการผลิต และเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของอุตสาหกรรมเอทิลีนและอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องในประเทศของเรา