كيف أن تحسين المفاعلات يساهم في إنتاج المواد الخام البتروكيميائية

الصلة المتنامية بين تحسين مصافي إنتاج المواد الخام البتروكيميائية

وقد أصبحت عمليات تحديث المواد الانشطارية استراتيجية مركزية لتلبية الطلب العالمي على المواد الوسيطة البتروكيميائية - وهي المواد الخام الأساسية المستخدمة لإنتاج البلاستيك والألياف الاصطناعية والرواسب والمذيبات وآلاف المنتجات الكيميائية الأخرى، حيث إن عدد سكان العالم ينمو ويزداد اقتصادا صناعيا، فإن الدعوة إلى هذه المواد تكثف.

ويتزايد النظر إلى مجمع المصافي الحديثة - الكيمائية على أنه نظام إنتاجي واحد وذا أمثل وليس صناعتين منفصلتين، وبتحسين الوحدات القائمة وإضافة تكنولوجيات جديدة للتحويل والانفصال، يمكن للمصافي أن تستوعب هوامش أعلى، وتخفض استهلاك الطاقة، وتخفض كثافة الكربون، وتستكشف هذه المادة كيف تسهم التحسينات المحددة في إنتاج المواد الوسيطة البتروكيميائية، والتكنولوجيات المعنية، والفوائد الاقتصادية والبيئية، والاتجاهات التي ترسمل مستقبل التكامل.

The Strategic Importance of Refinery Upgrades for Feedstock Supply

أما المواد الوسيطة البتروكيميائية فهي مستمدة أساساً من أجزاء النفط الخام وسوائل الغاز الطبيعي، وتشمل أكثر المواد الوسيطة شيوعاً من المنهاج الخفيف (المستخدم في مصانع البخار لإنتاج الإيثيلين والبروبيل)، والنفاث الثقيل (لإنتاج المواد الحرارية)، والوقود المزود بالوقود (بروبان والبوتان)، والوقود المباع بصورة أسرع من الأسعار السوقية.

ويمكن تحديثات أجهزة الاستصلاح من إنشاء مرفق:

Increase the yield of light fractions] that are ideal feedstocks for crackers and reformers.
Improve feedstock quality] by removing sulfur, nitrogen, metals, and other contaminants that poison downstream incentives.
Enhance operational flexibility] to process a wider range of crude oils (including heavier, sour crudes) while still producing high-purity feedstocks.
Reduce energy consumption and emissions] through more efficient heat integration, advanced incentives, and state-of-the-art control systems.

وبدون هذه التحسينات، سيكافح العديد من المصافي للمنافسة في سوق يكافئ إنتاج المواد الكيميائية بصورة متزايدة، ومن المتوقع أن ينمو الطلب العالمي على المواد الوسيطة البتروكيميائية بمعدل سنوي قدره ٣ في المائة - ٤ في المائة على مدى العقد المقبل، مع أن معظم هذا النمو يأتي من آسيا والشرق الأوسط، وبالتالي فإن الارتفاعات ليست اختيارية؛ وهي ضرورية للحفاظ على نموذج تجاري قابل للبقاء في عهد انتقالي للطاقة.

تحديثات رئيسية أن إنتاج المواد الفيديوية

ويمكن لبرنامج شامل لتحسين المصافي أن يستهدف عدة وحدات عملية في وقت واحد، وندرس أقل التحسينات تأثيراً وكيفية إسهامها في نوعية المواد الوسيطة وكميتها.

تحسين وحدات إزالة الذخائر الخام

أما وحدة التفكك الخام فهي أول خطوة رئيسية في مجال التجهيز في أي مصفاة، إذ إن رفع مستوى وحدات خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون إلى مستوى أعلى، مثل استبدال الصواني بتعبئة عالية الكفاءة، وتركيب شبكات مبادلات حرارية متقدمة، وتنفيذ نظام أفضل لمراقبة التدفق - منخفض بالنسبة لفصل النفط الخام إلى أجزاء مكوّنة منه، مما يؤدي إلى زيادة في نسبة النافورة الخفيفة المستقيمة إلى ٥-٤ جيم()١(.

التعقب التحفيزي

وقد كانت وحدة إنتاج الغازولين تعمل منذ فترة طويلة، ولكن يمكن تكييفها لإنتاج المزيد من الفلفل الضوئي (بروبيلين، بوتيلين) ونافات عالية الأوكتين للاستخدام في البنزين، وتشمل التحسينات التي أدخلت على وحدات لجنة المنافسة النباتية ما يلي:

Installing advanced incentive formulations] that maximize light olefinivity without sacrificing conversion.
Modifying the riser and regenerator design] to allow higher residence times and optimized temperature profiles.
Adding a propylene recovery section (e.g., a propylene splitter) to separate chemical —grade propylene from the FCC off —gas.
Integrating with a downstream alkylation unit] to convert butylenes into high-value alkylate, a clean gasoline component, or into isobutylene for MTBE/ETBE production.

ويمكن أن تزيد عمليات رفع مستوى أسعار السلع الأساسية من إنتاج البروبلين بنسبة ٢ في المائة - ٤ في المائة بالمقارنة مع المواد الوسيطة، مما يحول دون وصول هذه المادة إلى مصدر هام للأصناف الوسيطة الكيميائية، حيث تعمل الآن مصافي كثيرة " مركبات الكربون المشبع بالفلور " التي تُستخدم على النحو الأمثل للحد الأقصى من النفط بدلا من البنزين.

الترفيع الهيدروليكي

كما أن الارتطام بالهيدروكات هو عملية تحويل متعددة الأطراف تكسر زيوت الغاز الثقيل وزيوت الغاز المكنسة إلى منتجات أخف تحت ضغط الهيدروجين العالي، وترفع من مركب مائي لإنتاج المزيد من النفاثا وغاز الديزل غير المجهزة بالزيوت في اختيار الحفازات، ودرجة حرارة التشغيل، والضغط الجزئي على الهيدروجين.

إصلاح الحفازات

:: تحول المصلحون التحفيزيون من منافات الملوك المنخفض إلى مصلحات عالية الأوعية (الثرياء في روماتيات مثل البنزين، والتولوين، وسيلين)، إلى جانب إنتاج مائي مائي من الغازات، والإصلاح هو المصدر الرئيسي لعلميات الإنتاج البتروكيميائي، وتشمل التحسينات التي تُرفع إلى المصلحين ما يلي:

Continuous incentive regeneration (CCR) technology] that maintains incentive activity and selectivity, producing higher aromatics yields.
Advanced feed hydrotreating] to remove incentive poisons (sulfur, nitrogen, metals) before reforming.
Optimized operating conditions] (pressure, temperature, space velocity) to maximize benzene —‐toluene —xylene (BTX) formation while minimizing unwanted cracking to lighter gases.

ويمكن لإصلاح جهاز إصلاح عصري تابع للجهاز المركزي أن ينتج إعادة تشكيل تحتوي على 60 في المائة-70 في المائة من الروايات، وهي أعلى بكثير من الوحدات الثابتة العنكبوتية القديمة، ثم ترسل هذه المصحوبة إلى وحدة استخراج الروايات لاستعادة البنزين العالي النقاء، والتولوين، وقطع غيار من الكبريتات في البوليمرات والألياف والمذيبات.

تحسين تجهيز الهيدرولوجين (الهيدرات والإنسلفان الهيدروجيني)

وتطالب الأنظمة البيئية الصارمة ومتطلبات الحفازات بمستويات الكبريت والنيتروجين في المواد الوسيطة للوقود الكيميائي، وتزيل وحدات الهيدرودروتريكس هذه الطمث عن طريق ردها بالهيدروجين على الحفاز، ويمكن أن تشمل التحسينات التي ترتفع إلى هذه الوحدات ما يلي:

Installation of higher —activity incentives] that achieve deep desulfurization at lower temperatures (reducing energy consumption).
Addition of a second stage] for removing aromatics and saturating olefins, especially valuable for producing high-purity naphtha for ethylene crackers.
] مفاعلات داخلية مفاعلات ] لتحسين الاتصال المزود بالسائل وزيادة الناتج دون بناء مفاعل جديد.

ويكفل تحسين إنتاج المواد الوسيطة استيفاء المواصفات الصارمة التي تتطلبها العمليات البتروكيميائية (مثلاً، سعة سعة سعة 0.5 جزء من المليون من أجل تغذية البخار)، كما يوسع نطاق حياة المحفزات في المراحل النهائية بمنع الإغراق.

LPG Recovery and Fractionation Upgrades

وتشتت كميات كبيرة من الهيدروكربونات الخفيفة في مختلف الجراثيم - الغازات المهددة من المفاعلات الهيدروكربونية، والهدرائية، والتكسير، والإصلاح، وترفع وحدات استعادة الغازات المحتوية على مواد كيميائية وكمية مائية (مثلاً، وأجهزة التوليد، وأجهزة التزود بالوقود، وأجهزة التوليد، التي يمكن أن تُعادل كوقود).

إدماج التكسير المتأخر والارتقاء

ومع تزايد شيوع الزيوت الخام الثقيلة، فإن رفع مستوى المخلفات (قاع الخماسية) إلى منتجات أخف، كما أن وحدة الكوكاكر المتأخرة تحول المخلفات الثقيلة إلى زيت غاز أخف، ونافهثا، وكوكا نفطا، وترتفع إلى تكنولوجيا الكوكا، مثل التدوير الأمثل للدرام، والتصميم المتطور لثبط حرارة التحلل، وتحسن إنتاج المذيبات بنسبة مئوية.

أنواع المواد الخام التي تعززها الترقية

وتُصمم عمليات تحديث المواد بحيث تنتج فئات مواد وسيطة محددة، لكل منها خصائص واستخدامات كيميائية متميزة.

نافتا النور (C5-C12)

فالنبات الخفيف هو المغذي المفضل لأجهزة تكسير البخار لأنه ينتج مستويات عالية من الإيثيلين والبروبلين، ويزيد من غلة النفاثا الخفيفة - مثل تحسين كسور اليورانيوم المستنفد وتعديلات FCC - أمر حاسم، وعادة ما يكون لمهضة لايت نافثا محتوى من البارافين ⁇ 70 في المائة، مما يجعلها مادة ممتازة للكسر.

إيثان و LPG (Propane/butane)

(إيثان) هو المورد الأول لإنتاج الفولفين في المناطق التي يوجد فيها غاز طبيعي وفرة (مثل أمريكا الشمالية والشرق الأوسط)، غير أن المصافي يمكن أن تنتج أيضاً الإيثان من الغازات البعيدة عن طريق الاسترداد الوبائي أو الامتصاص، ويمكن أن تلتقط وحدات تجهيز الغاز المتطورة الإيثان الذي سيشعل أو يحرق كوقود، كما يمكن استخدام البروبين والبوتين (LPGRS) في إنتاج الوقود.

الإصلاحيات والأوراميات (BTX)

ويعد الإصلاح من الإصلاح الحافز المصدر الرئيسي للبنزين والتولوين واكسيلينز، ويزيد من إنتاجية أجهزة الإصلاح التي تستخدم تكنولوجيا التكرير المركزي ويقلل من استهلاك الهيدروجين، ثم تستخدم مادة BTX المنفصلة في إنتاج السترين والتراكم والأعاصير والألياف المتعددة الألياف.

المواد الخام الثقيلة (غاز النفط)

وفي حين أن المواد الوسيطة الخفيفة تُفضَّل على التشقُّق، فإن بعض العمليات البتروكيميائية (مثلاً، التعقب الهيدروكائي لإنتاج زيوت قاعدية تشحيم) يمكن أن تستخدم زيوت الغاز الثقيل، فالارتفاع الذي يحسِّن تكرير الهيدرودرويدرات وتتبعها لهذه القطع يتيح للمصافي أن تزود الصناعة الكيميائية بتدفقات وسيطة متخصصة.

دمج النباتات المبردة والبتروكيمية

ومن أهم الاتجاهات في هذا المجال التكامل المادي والتشغيلي للمصافي مع النباتات البتروكيميائية التي كثيرا ما تسمى " مجمعات محسنة - متكاملة " ، وتؤدي الترقيات دورا حاسما في تمكين هذا التكامل عن طريق توفير ما يلي:

Direct pipelines] that transfer naphtha, LPG, and reformate from the refinery to the cracker and aromatics extraction unit, reducing transportation costs and losses.
Common utility systems] (البقعة، الطاقة، الهيدروجين) التي تحسن كفاءة الطاقة عموما.
Shared hydrogen management] where the hydrogen produced in catalytic reforming and FCC is used in hydro processing units, and surplus hydrogen from the petrochemical plant’s tail gas is returned to the refinery.
Feedstock flexibility] that allows the cracker to accept a blend of naphtha from the CDU, LPG from gas recovery, and even recycled light ends from the petrochemical plant itself.

وكثير من المجمعات التي شيدت مؤخراً - مثل تلك الموجودة في المملكة العربية السعودية والصين والهند - مصممة من الأساس كوحدات متكاملة، غير أن سلسلة من التحسينات يمكن أن تحرك تدريجياً المرفق نحو الاندماج الكامل، وهذا النهج التدريجي يسمح للمصافي بالاستثمار بصورة تدريجية مع الاستفادة من الفوائد المبكرة.

الفوائد الاقتصادية لانتعاش المواد الخام

فالحالة المالية لتحسين المصافي لإنتاج مواد وسيطة أكثر بروكيميائية هي حالة قاهرة، فالمنتجات البتروكيمائية عادة ما تكون بها هوامش أعلى من الوقود المستخدم في النقل، ونمو الطلب على المواد الكيميائية أكثر مرونة، وتشمل الفوائد الاقتصادية المحددة ما يلي:

Higher profit margins:] Producing high‐purity naphtha or propylene can yield margins 2-3 times those of gasoline or diesel, depending on the market cycle.
Reduced reliance on volatile fuel markets:] Diversifying into chemicals settles revenue streams, as chemical demand is less sensitive to oil prices and economic cycles.
Increased capacity utilization:] Upgrades often allow refineries to run closer to full capacity by balancing feedstock supply with petrochemical demand.
Lower operating costs:] Energy efficiency improvements from upgrades reduce fuel and power costs, improving the bottom line.
Access to high —growth markets:] Asia and other emerging regions have strong appetite for plastics,packaging, and construction materials, all of which rely on petrochemical feedstocks.

ووفقاً لتقرير من الوكالة الدولية للطاقة، فإن المواد الكيميائية البنزينية تُحسب لتسديد نصف نمو الطلب العالمي على النفط بحلول عام 2050، مما يجعل التكامل بين الكيماويات المكبِّرة أمراً ضرورياً استراتيجياً لتحقيق الربحية الطويلة الأجل.

الآثار البيئية والمستدامة

كما أن رفع مستوى المفاعلات يسهم في الاستدامة البيئية بطرق عدة، أولا، أن العديد من التحسينات تخفض الانبعاثات مباشرة بتحسين كفاءة الطاقة، فعلى سبيل المثال، فإن الاستعاضة عن الأفران القديمة بمحرقات عالية الكفاءة، وتركيب نظم استعادة الحرارة، والتحكم الأمثل في العمليات يمكن أن يخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لكل برميل من المواد الغذائية بنسبة 5 في المائة إلى 15 في المائة، وثانيا، يؤدي إنتاج مواد وسيطة أكثر من المصافي القائمة إلى الحد من الحاجة إلى بناء مصانع جديدة لمعالجة الوقود الأحادي.

وعلاوة على ذلك، فإن القدرة على إنتاج المواد الوسيطة الخفيفة محلياً يمكن أن تقلل من الحاجة إلى شحن النفط الخام أو المواد الكيميائية الوسيطة البعيدة المدى، مما يقطع الانبعاثات المتصلة بالنقل، كما تقوم بعض المصافي باستكشاف استخدام الهيدروجين المتجدد (المنتج عن طريق التحلل الكهربائي) في وحدات التجهيز الهيدرولوجي، مما يمكن أن يتيح في نهاية المطاف إنتاج المواد الوسيطة ذات المحايد الكربونية.

وتجدر الإشارة إلى أن الصناعة البتروكيميائية نفسها تتعرض للضغط من أجل الحد من أثرها البيئي، ومن خلال تحسين المصافي لإنتاج مواد وسيطة أنظف، مثلاً، مع وجود محتوى منخفض جداً من الكبريت والروميات - يمكن أن تعمل العمليات الكيميائية في أسفل المجرى بكفاءة أكبر وبخسارة أقل، وهذه الحلقة الإيجابية من التغذية المرتدة تعزز قيمة رفع مستوى الاستثمارات.

الاتجاهات المستقبلية: التقويم الرقمي، والارتقاءات النموذجية، والاقتصاد العلماني

ومن المرجح أن تكون الموجة التالية من عمليات تحديث المصفاة هي التحول الرقمي والبناء النظامي، ويمكن أن تؤدي مراقبة العمليات المتقدمة وتحقيق الاستخدام الأمثل للوقت الحقيقي إلى تحقيق أقصى حد من إنتاج المواد الوسيطة مع التقليل إلى أدنى حد من استخدام الطاقة.

ويمكن للتحسينات النموذجية، حيث تُبنى أقسام الوحدة خارج الموقع ثم تُجمع في الموقع، أن تقصر جداول أعمال التشييد وتخفض النفقات الرأسمالية، وهذا أمر جذاب بوجه خاص لمشاريع البناء في المناطق التي يكون فيها الفضاء محدوداً ويجب التقليل إلى أدنى حد من وقت التعطل.

وأخيراً، يدفع الاقتصاد الدائري إلى إعادة تدوير النفايات البلاستيكية كمصدر للوقود الوسيط، حيث يجري تطوير التحديثات التي تتيح التجهيز المشترك لزيت التحلل الحراري من بلاستيك النفايات في وحدات الفلور أو المخروطية المائية القائمة، مما قد يخلق حلقة مغلقة حيث تُعاد البلاستيك المستخدم إلى لبنات البناء الكيميائية، مما يقلل من الاعتماد على النفط الخام العذري.

وتقوم شركات مثل Honeywell UOP] و] Shell ]] بدور رائد في إيجاد حلول متكاملة تجمع بين التحسين والرقمنة والتعميم، وبما أن هذه التكنولوجيات ناضجة، فإن صقل المستقبل سيكون موردا مرنا وفعالا ومستداما للمواد الوسيطة.

خاتمة

ومن شأن تحسين مستوى المفاعلات أن يكون عاملاً قوياً لزيادة إنتاج المواد الوسيطة البتروكيميائية، مما يتيح للمصافي التكيف مع بيئة الطاقة المتغيرة، ومن خلال تحديث التفكك الخام، ومركبات الكربون المفلورة، والتعقب الهيدروكائي، وإصلاح الوحدات التي تعمل على تصميم المواد الهيدروجينية، يمكن للمصافي أن تعزز إنتاجية المواد النافقة الخفيفة، وأجهزة تكييف المنتجات المحلية، وتطورات المواد الكيميائية في المستقبل، كما أن هذه التحسينات تحسن نوعية المنتجات.