تحقيق الاستخدام الأمثل لوحدات ألكيلات لإنتاج غازولين عاليي

Understanding Alkylation and Its Place in Refining

وتتحول وحدات التكتل إلى الهيدروكربونات الخفيفة ذات القيمة المنخفضة إلى مزيج من الغازولين عالي التربة، وفي رد فعل التحلل، يتجمع الإيزوبوتان مع الفولفينات الخفيفة (بروبيلين، بوتيلين، أو أيميلين) في وجود حفاز قوي من الحمضيات لإنتاج البارافينات ذات السلسلة الفرعية المعروفة باسم " ألكليت " (Alkyurmatic blendy) في ارتفاع عدد المكونات

وتعمل وحدات الكيلوتيل الحديثة في ظروف خاضعة للرقابة الدقيقة لتحقيق أقصى قدر من العائد ونوعية المنتجات مع التقليل إلى أدنى حد من استهلاك الأحماض والأثر البيئي، غير أن العديد من المصافي تدير وحداتها للحلول الكلوتيلية في ظروف دون متوسطة بسبب العمر، وتغيير قوائم المواد الوسيطة، أو استراتيجيات الرقابة التي لا تزال قائمة، ويمكن أن يؤدي الاستخدام الأمثل لهذه الوحدات إلى تحقيق قيمة كبيرة: ارتفاع غلة البراميل الرئوية، وانخفاض تكاليف الطاقة، وطول في الحياة الحفازة، وانخفاض الانبعاثات.

The Chemistry of Alkylation: Key Reactions and Side Reactions

إن التحلل هو رد فعل ملوث بالحمض وفوق كليدي يجمع بين الأيزوبارفين (أيزوبوتان) وفولفين لإنتاج بارافين فرعي أعلى من الكربون، وشبكة التفاعل الرئيسية معقدة، تشمل وسيطات للخرب، وبالنسبة لتغذية البروبلين، فإن الأشعة المقطعية الإجمالية هي:

C3H6 + i-C4H10 ⁇ C7H16 (heptanes and isomers)

وتنتج مواد التكتل المثلى في المقام الأول من المواد الكيميائية 8، مثل ثلاثي الميثيلين البنتين، التي يزيد عددها على 100.() وتتكون منتجات الطحالب المثلى كليا تقريبا من الهيدروكربونات ذات الفروع العالية التي تقاوم التلقائية، غير أن العديد من ردود الفعل الجانبية المتنافسة تحدث: تعدد اللولفينات لتشكل مواد أثقل وأوعية أقل؛ ورد فعل نقل الهيدروجين الوسيط التي تنتج كميات أقل من الدونات.

ويركز التعظيم على قمع هذه ردود الفعل الجانبية عن طريق الحفاظ على نسبة عالية من الأيزوبوتين إلى الفولفين (من 8:1 إلى 15:1 في منطقة رد الفعل)، ودرجات حرارة الرد المنخفضة (40 درجة ف-60 درجة واو بالنسبة لوحدات الترددات العالية، أو 50 درجة ف-80 درجة شرقاً بالنسبة لوحدات حمض السلفوريك)، والارتباط بين حمض حمض حمض حمض حمض حمض حمض حمضه، والهيد الكربون، وقد تؤدي الانحرافات الصغيرة عن أفضل إلى زيادة غير متناسبة.

الاعتبارات المتعلقة بنوعية المواد الأولية ومعالجتها

Isobutane Purity

إن الأيزوبوتان عالي النقاء أمر أساسي لتحقيق الكفاءة في التحلل، فالتعميم والبوتان غير مربوطين في المفاعل، ولكنهما يخففان من تركيز الأيزوبوتان، ويخفضان نسبة الأيزوبوتين إلى الفول، ويعززان تعدد البوليميرات غير المرغوب فيه، إذ أن العديد من أجهزة التكرير مع وحدات التحلل فوق المجرى يزيد من توافر الأيزوبوتين بنسبة تتراوح بين ١ و١٥ في المائة.

المصدر ونوعية الموقع

وتأتي مجرىات العجلات من وحدات الكسر المحفزة أو الكوكايين أو مفرقعات البخار، وتحتوي هذه المجارير على كميات مختلفة من الديليفينات (بوتاديين) والهرمونات المتروجين التي تحفز حمض السامة وتعجل بتشكيل الدواجن، وهي وحدات مضرة بوجه خاص، تشكل مركبات متعددة مثل البعوض التي تعمل بالغازات وتحتوي على مفاعلات حرارية.

إدارة الصواريخ والملحقات

والاستمرار في التغذية يتفاعل مع عوامل حفز حمض قوية، مما يتسبب في فقدان التآكل والتركيز الحمضي، وبالنسبة لوحدات الكالسيلولتين، تشكل المياه خليطاً من الماء الفلوري العالي التآكل بالنسبة لفولاذ الكربون، أما وحدات حمض السلفوريك فهي أقل حساسية ولكنها لا تزال تعاني من التحلل، مما يؤدي إلى زيادة متطلبات تجديد الأحماض.

البارامترات الرئيسية للعمليات من أجل تحقيق الاستخدام الأمثل

نسبة إيسوبوتان إلى الفينة (I/O)

أما نسبة السائل المحتوي على الإيزوبيوتان في المفاعل فهي أهم البارامترات التي تتحكم في جودة الطحالب، إذ تشير النسب العالية (فوق 10:1) إلى ارتفاع نسبة البيوتان إلى البرمجيات الوسيطة للسيارات إلى ارتفاع متوسط الصنع، مما يساعد على تكوين ثلاثي ميثيل البنتان، وتشير النسب المنخفضة إلى ارتفاع نسبة البوليمرات المحتوية على الفول الزهيد إلى أعلى مستوى للتركيب(1).

درجة الحرارة

وتؤثر درجة الحرارة غير خطية على نوعية الطحالب، إذ تُفضل درجات الحرارة المنخفضة رد الفعل الأولي للكليلات على البوليمرات، مما ينتج عنه أيزومرات أكثر غصناً، وبالنسبة لوحدات التردد العالي، فإن درجات الحرارة النموذجية هي 40 إلى 60 درجة ف؛ أما بالنسبة لوحدات حمض الكبريتيك، فإن ارتفاع درجة الحرارة 10oF يمكن أن يقلل من التركات الحرارية بمقدار 0.5 إلى 1.0 في حين يزيد الاستهلاك الأمثل.

Acid Strength and Hydrocarbon Residence Time

وبالنسبة لوحدات حمض السلفوريك، فإن الحفاظ على قوة حمض أعلى من 90-92 في المائة أمر بالغ الأهمية، ويعجل حمض الأكسير ردود الفعل الجانبية، ويزيد من تكوين الحمأة، ويزيد من تكاليف التجديد، ويخضع القوة الحادة لمعدل حمض المكياج، ويزيل المياه الحامضية والهباء عن طريق تجديد حمض السلف، ويجب أن يكون الوقت الكافي لإعادة الغطاء النباتي في المفاعل (التي تتراوح بين 10 و30 دقيقة) لتحقيق تحويل شبه كامل مع تجنب الإفراط في الرسوب.

اختيار وإدارة المحفزين: سائل ضد محللي عجلات صلبة

حامض سائل تقليدي

ويظل حمض الهيدروفلوريك وحامض السلفوريك (H2SO4) هو ذخيرة صناعة التكرير، حيث يوفر الفلور الهيدروجين قدرا أكبر من الاستقرار وتكاليف التشغيل المنخفضة، ولكن سميته القصوى قد أدت إلى وجود أنظمة أمان صارمة، وحامض السلفوري أقل خطورة، ولكنه يتطلب معدات أكبر واستهلاكا من الحمض الأحماض (0.1-2ر لكل برميل من تواتر الأكليل) ويستفيد النظامان من تجديد الحفاز المستمر:

المحاليل الملحية الناشئة

وتعطي عوامل الحواض السائلة القدرة على إزالة مخاطر الأحماض السائلة معاً، وقد درست بشكل واسع زيوليت، والزلازل المكسور، والهيدروبوليسيدات، حيث تتيح عملية الحامض السائل (FxonMobil IsoAlkylate) (استعمال حفاز صلب) على الرغم من أن الاعتماد يقتصر على الإثراء 100.

الإضافة الحفازة والمروجين

وفي وحدات الأحماض السائلة، يمكن أن تؤدي إضافة مواد مثل خام الفلوريد (للمادة الفلورية) أو المروجين العضويين الممتلكين إلى تعزيز النشاط والحد من استهلاك الأحماض، غير أن هذه المواد المضافة باهظة التكلفة وقد تستحدث تحديات جديدة في الفصل، وتتوقف الاستراتيجية الإضافية المثلى على تركيبة المواد الوسيطة، والقوة الحمضية، وأهداف نوعية المنتجات.

مراقبة العمليات المتقدمة وتحقيق الاستخدام الأمثل في الوقت الحقيقي

ويمكن أن تجهز وحدات الكيلوتيل الحديثة على نحو متزايد بـ ]]]]]نظم لمراقبة العمليات ذات الصلة ] تستخدم الرقابة التنبؤية النموذجية لإدارة القيود المتعددة في نفس الوقت، ودرجة الحرارة، ومعدل التداول الحمضي، ونوعية إنتاج الارتفاع بنسبة تتراوح بين 0.5 و1.0، وتخفض استهلاك الطاقة الأمثل بنسبة 5 إلى 10 في المائة.

وتشمل الأدوات الرئيسية لتحقيق الاستخدام الأمثل أجهزة تحليل الأوكتان على الإنترنت (مثلاً، المطياف شبه الحمراء)، ومجسات تركيز الأحماض، ومترات التدفق لتدفقات الفولفين الفردية، وبدون قياسات موثوقة، لا يمكن للمتبصر أن يعمل، وقد وجدت مصافي كثيرة أن الاستثمار في دفعات واحدة من أجهزة التكرير على شبكة الإنترنت من خلال تخفيض سعر الأوكتان.

تحقيق الاستخدام الأمثل للطاقة وإدماجها في الحياة

ومفاعلات التكليل هي شديدة الطفح: إذ تبلغ حرارة رد الفعل بالنسبة للفوليلين حوالي 160 كيلوجول/مول، وبالنسبة لبوتيلين حوالي 85 كيلوجول/مول، وتُزال هذه الحرارة عادة عن طريق تعميم مجرى مائي بارد يستوعب الحرارة ثم يرفضها في جهاز إعادة تدوير البيوتاني أو نظام مستقل للتبريد.

وبالإضافة إلى ذلك، يمكن الاستعاضة عن السيارات الكهربائية غير الفعالة بمركبات ذات ترددات متغيرة عالية الكفاءة في أجهزة إعادة التدوير أن تقلل من تكاليف الكهرباء بنسبة تتراوح بين 20 و40 في المائة، وبالنسبة للوحدات الأكبر، قد يكون توليد البخار من حلقة التبريد بالمفاعلات اقتصاديا إذا كان المستهلكون من البخار المنخفض الضغط قريبين.

البيئة والسلامة

HF Alkylation Mitigation

وتواجه وحدات الكيلوتيلات العالية أعلى خطر على السلامة بسبب احتمال إطلاقها عن طريق الخطأ، وتشمل نظم التخفيف ستائر رذاذ المياه وشبكات الكشف عن الفلور، ونظم إلقاء الحمض السريع، وقد دفعت الأنظمة الأخيرة بعض المصافي إلى التحول إلى حمض السلفوريك أو بناء وحدات جديدة من الهيدروفلور ذات ضمانات هندسية، ولا يؤدي الاستخدام الأمثل لنظم التخفيف هذه إلى تحسين السلامة فحسب، بل يمكن أن يقلل أيضاً من أقساط التأمين وأعباء الإبلاغ التنظيمية.

Sulfuric Acid Unit Acid Regeneration

ويعاد عادة حامض السلفوريك في مصانع مخصصة لإبطال مفعول الحمأة العضوية إلى ثاني أكسيد الكربون ثم إعادة تأكسده إلى ثاني أكسيد النيتروز - 4، كما أن عملية التجديد نفسها كثيفة الطاقة، كما أن التحلل الأمثل للمسح الحمضي المستنفد لإزالة الهيدروكربونات الثقيلة قبل التجدد يمكن أن يقلل من تكوين الكوك في الفرن وانخفاض الطلب على الأكسجين، وقد بدأت بعض المصافرات في التعاون مع أجهزة إعادة التحميل السائل المحتوية على حمضات

مراقبة الانبعاثات

(ب) وحدات التحلل الآلي تُنتج مركبات عضوية متفجرة من خزانات التخزين والهبات وعمليات التسرب، ويمكن لأجهزة الاسترجاع العاملة بأجهزة التبخير (VRUs) أن تخفض انبعاثات الهيدروكربونات الفلورية بنسبة 95 في المائة وأن تسترد كميات كبيرة من الهيدروكربونات، ويمكن أن تلتقط نظم استعادة الغازات المفلورة لتستخدم كوقود، مما يقلل من الانبعاثات وتكاليف المرافق العامة.

Economics of Alkylation Unit Optimization

والفوائد المالية لتحسين وحدة الكيلتيل كبيرة، إذ يمكن أن يؤدي إنتاج البيوتيلين من نوع نموذجي قدره ٠٠٠ ١٠ برميل/يوم من معدات تجهيز وحدات الصنع إلى زيادة صافية قدرها ٥-١٠ ملايين دولار سنويا من زيادة عدد الأوكتين ١-٢، وانخفاض استهلاك الأحماض، وانخفاض تكاليف الطاقة، وعادة ما تتراجع تكلفة تنفيذ نظام التلقيم الرئوي والارتقاء بالآلات في ٦-١٨ شهرا.

وبالإضافة إلى وفورات التكاليف المباشرة، فإن إنتاج الألكليت المثلى يمكِّن المصافِّرات من الوفاء بمواصفات البنزين الأشد صرامة دون اللجوء إلى الأكسجينات الباهظة التكلفة مثل الإيثانول أو روميات المحيط العالي، مع التحول العالمي الحالي نحو البنزين المنخفض الكبريت، والغاز المنخفض الطراز، فإن الخليط المُنَمَّل هو بصورة متزايدة الكتلة المفضلة.

دراسات الحالات: قصص النجاح في استخدام الكحوليات على الوجه الأمثل

القضية 1: تحسين مصفاة المنتصف

وقد حل محل مصافي ساحل الخليج التي تبلغ مساحتها 000 12 برميل/يوم من وحدة الكيلومترات العالية محل متحكميها من حيث نسبة الوصلات بين الأول و1 مع نظام قائم على أساس الفيلق، وكانت الوحدة تعمل بمعدل 7:1 مع ارتفاعات طفيفة في جودة المنتجات، وبعد أن أضافت لجنة البرنامج والتنسيق إلى نسبة ثابتة قدرها 10:1 مع احترام قيود الضبط، ارتفع معدل الاسترداد من 93.5 في المائة إلى 95.

القضية 2: خفض تكاليف السلامة في المصانع الصلبة

وقد واجه مصفاة أوروبية أنظمة جديدة صارمة بشأن تخزين الترددات العالية كانت ستتطلب نظاماً لتخفيف عبء الديون قدره 30 مليون دولار، وبدلاً من ذلك، اختارت المفاعلات ] تكنولوجيا الحفازات الأحماض الصلبة من هالدور توبسو (FLT:1]) (الأول تطوبويب) وحوّلت وحدة الفرنكات العالية إلى عملية حفازة ثابتة.

الاتجاهات المستقبلية في مجال تحسين استخدام المواد الكحولية

وسيشهد العقد المقبل زيادة إدماج التوأم الرقمي والتعلم الآلي في عمليات الكيلوتيل، ويمكن للنماذج التي تحركها البيانات أن تتنبأ بمعدلات إبطال مفعول المحفز، والجدول الأمثل لتجديد الطاقة، وأنماط التبديل في مبادلات الحرارة، وبعض المصافي هي نظم حاسوبية تجريبية تحلل آلاف متغيرات العمليات في الوقت الحقيقي لتعديل المشهد المتجدد.

الاستنتاج: استمرار الفرص

فإعطاء وحدة الكيلوتيل على أفضل وجه ليس حدثاً غير متكرر، بل هو عملية مستمرة للتنقيح مع تطور المواد الوسيطة والمنتجات والأنظمة، ومن خلال تطبيق المبادئ المحددة لمراقبة جودة المواد الخام، وإدارة البارامترات التشغيلية الدقيقة، والحفز على تحقيق الحد الأمثل، والتحكم المتقدم، والوحدات التي تعمل على تكامل حراري يمكن أن تحقق إنتاجاً عالي المستوى من حيث التكاليف المنخفضة، وتخفض فيه مستويات الاهتمام بالجملة، لا تعمل فقط كمركز للربح.