Table of Contents
إن التعقب الهيدروليكي هو حجر الزاوية في تكرير النفط الحديث، مما يتيح تحويل زيوت الغاز الثقيلة المنخفضة القيمة والبقايا إلى مواصفات متوسطة عالية القيمة مثل الديزل ووقود الطائرات والنفاثة، وحيث أن الطلب العالمي على وقود النقل الأنظف يكثف إلى جانب الأنظمة البيئية الأكثر صرامة، فإن عملية تعقب الهيدروكنغ تمر بتحول عميق.
التطورات الأخيرة في تكنولوجيا تعقب الهيدروك
وقد تسارع تطور تكنولوجيا تعقب المياه في السنوات الأخيرة، بسبب الحاجة إلى معالجة الزيوت الخام الثقيلة والشديدة الارتداد، وتلبية حدود الكبريت والهرومائية الصارمة، والحد من آثار الكربون، حيث شملت هذه التطورات ثلاثة مجالات رئيسية هي: الحفازات، وتصميمات المفاعلات، ونظم مراقبة العمليات.
المحفزات المعزَّزة
ولا يزال الأداء المحفز هو أهم أداة لتحسين غلة وربحية التعقب الهيدروكولوجي، إذ أن المحفزات الحديثة لتعقب الهيدروجين هي عوامل ثنائية الأداء، تجمع بين وظيفة معدنية من قبيل النيكل - النيكل - النيكل - النيبل - الخليط - الكوبالت على الدعم الحمضي، مع وظيفة حمض (المحورية العالية للتحلل الحراري أو الابتكارات الفوقية).
)أ( إن التركيبات الزيلية المتقدمة، بما في ذلك هياكل النمو ونظم الشعر الهرمي، تقلل من القيود على الانتشار وتحسن إمكانية الوصول إلى الجزيئات الكبيرة الموجودة في زيت الغاز المكنسة والزيت المهزوم، كما أن استحداث تقنيات جديدة لتشتت المعادن وعناصر مروجة مثل الفوسفور والبورن، يعزز نشاط التحلل الهيدروجيني ويزيد من التكوينات الكسلفية.
وبالإضافة إلى ذلك، يقوم المصنعون المحفزون بتطوير عمليات تجديد أقوى ومواد جديدة لسرير الحراسة تزيل المعادن والنيتروجين العضوي في مجرى المفاعل الرئيسي، وتحمي المحفزات الأكثر تكلفة لتعقب الهيدروجين من التسمم، وبالنسبة لمجموعات الإنتاج من المصففات أو خلايا المخلفات الثقيلة، فإن هذه السلف حاسمة للحفاظ على عوامل الإنتاج والربحية.
تكنولوجيات المفاعلات المتقدمة
وقد تطور تصميم المفاعلات بحيث يلبي الحاجة إلى تحسين إدارة الحرارة، واستخدام الحفاز، ومرونة العمليات، وما زالت المفاعلات التقليدية ذات العضلات الثابتة تستخدم على نطاق واسع، ولكنها تواجه قيودا عند تجهيز المواد الغذائية ذات التركيزات العالية من الصلبات أو المعادن أو الفستنات، ولتجاوز هذه المفاعلات، أخذت المصافِّرات تتبلور بشكل متزايد على تركيبات السرير المتحركة والمزروعة.
وفي مفاعلات الأسرار المزدحمة، يتسع نطاق السرير الحفاز بالتدفق التصاعدي للغاز السائل والعادم، ويوفر التشغيل شبه الحراري ويتيح استمرار الإضافة الحفازة والانسحاب دون توقف، ويمكِّن هذا التصميم من معالجة المخلفات الثقيلة وتغذية تصل إلى 15 في المائة من الرفات، وتحقيق تحول كبير (80-95 في المائة) مع الحفاظ على جودة المنتجات.
وتُقدم مفاعلات سريرية متحركة، حيث يتدفق المحفز ببطء عبر السرير بينما يُدخل التغذّي في القاع، حلاً آخراً للتغذية العالية المعادن، ويُزال الحفاز المُنفَق باستمرار، ويُضاف حافز جديد، ويحافظ على النشاط المستمر، وتشمل الابتكارات الحديثة حقن الهيدروجين المُطورة، وتغذيتها لإدارة إطلاق الحرارة الخارجية، ومنع ظهور بؤر ساخنة، إلى جانب تحسين الأعاصير وشاشات لتقليل الحد الأدنى إلى أدنى حد ممكن من الاحترار.
وفيما يتعلق بالهواء التقليدي لشركة VGO، تم صقل المرحلتين والتصميمات ذات المرحلة الواحدة، ويشمل أحدث جيل من الوحدات المكونة من مرحلتين كسر في المنتج الوسيط الذي يُفضي إلى بيئة التصدع لكل نطاق من الغليان، وزيادة إنتاج وقود الديزل والطائرات بنسبة تتراوح بين 3 و6 في المائة مقارنة بوحدات المرحلة الواحدة، ومن الجدير بالذكر أن شركة الطاقة الجديدة أعلنت مؤخرا عن زيادة في نفقاتها المتعلقة بالتعقب الهيدرولوجي.
مراقبة العمليات ورسملة المعلومات
وقد وصل التحول الرقمي إلى وحدات لتعقب المياه، حيث يتيح التعلم من الأجهزة العاملة بالأجهزة والآلات تحقيق الاستخدام الأمثل في الوقت الحقيقي لهذه العملية المعقدة وغير الخطية، وتدمج نظم التحكم في العمليات المتقدمة الآن نماذج تنبؤية متعددة الأنواع تضبط درجة الحرارة والضغط ونسبة الهيدروجين إلى النفط، وملامح النشاط الحفاز استجابة لنوعية المواد الوسيطة المتغيرة والطلب على المنتجات، ويمكن لهذه النظم أن تقلل من استهلاك الطاقة بنسبة تتراوح بين 5 و8 في المائة، وأن تحسن العائد بنسبة 1 إلى 31 في المائة.
وتوفر أجهزة الاستشعار التي تعمل بالأشعة فوق البنفسجية والتي تُضم في المفاعلات والضغط والقطارات المتبادلة بيانات مستمرة عن التيار من أجل الصيانة التنبؤية، وقد أفادت مفاعلات تعلم الآلات بأنماط تحلل ودرجات الحرارة واتجاهات الضغط للتنبؤ بتدهور النشاط الحفاز وتحديد التشويش القادم في الأنابيب الفرنية ومبادلات الحرارة، وأفادت إحدى المصافي الرئيسية لسواحل الخليجي بحدوث انخفاض بنسبة 20 في المائة في وقت الإنطلاق غير المخطط له.
وعلاوة على ذلك، يجري استخدام نماذج محركة البيانات لتحقيق الاستخدام الأمثل لإدارة الهيدروجين عبر المصفاة، حيث أن تنبؤ الهيدروجين يستهلك كميات كبيرة من الهيدروجين العالي الضغط، ويمكن أن يؤدي تكامل شبكة الهيدروجين مع برامجيات التحكم في الهيدروكر إلى خفض استهلاك الهيدروجين بنسبة تصل إلى 8 في المائة، مما يوفر وفورات كبيرة في التكاليف نظراً لأن الهيدروجين يمكن أن يمثل 15 إلى 25 في المائة من نفقات تشغيل الوحدة، مما يؤدي إلى تحقيق رقمنة الاقتصاد.
اتجاهات الصناعة التي تشكل المستقبل
وتقوم ثلاثة محركات خارجية قوية بإعادة تشكيل صناعة التعقب الهيدروكولوجية، وهي: ولايات إزالة الكربون، والرقمنة السريعة، والدفع نحو المواد الوسيطة المستدامة، وهذه الاتجاهات لا تحول فقط كيفية عمل الوحدات القائمة، بل أيضا كيفية تصميم وتمويل القدرة الجديدة.
Decarbonization and Carbon Capture
ويواجه قطاع التكرير ضغطاً مكثفاً لخفض انبعاثات غازات الدفيئة، بينما تتسم وحدات التعقب الهيدروكولوجية بالكفاءة، وهي مناضلة كبيرة عن طريق الاحتراق الفرني، وإنتاج الهيدروجين (من إصلاح البخار) وإعادة توليد الحفازات، ويبرز التكامل بين احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه كاستراتيجية رئيسية، ويخطط العديد من المصافي الكبيرة في أوروبا والشرق الأوسط لاستخلاص مشاريع جديدة(2).
وثمة اتجاه آخر يتمثل في استبدال الهيدروجين الرمادي بالهيدروجين " الغلياني " (المنتج من الغاز الطبيعي مع شركة CUS) أو الهيدروجين " الخضري " (المنتج عن طريق الكهرباء باستخدام الكهرباء المتجددة) وفي حين أن الهيدروجين الأخضر مرتفع التكلفة حاليا، فإن انخفاض أسعار الطاقة المتجددة والإعانات الحكومية تدفع دراسات جدوى للكهرباء الكهربية ذات الموقع المشترك التي تزود الهيدروجينات المستخرجة مباشرة بالهيدروجينات المائية.
كما أن تكامل الحرارة في العملية يؤدي دوراً في هذا الصدد، إذ أن تصميمات مائية متحركة تتضمن نظماً لاستعادة حرارة النفايات تلتقط العادم الساخن من الأفران وتستخدمه لتغذية البخار أو توليده، مما يقلل استهلاك الغازات الوقودية بنسبة 10-15 في المائة، ويمكن أن يؤدي تكييف عمليات التعقب الهيدروكولوجية مع مصادر الطاقة المتجددة بالنسبة للضغط والمضخات إلى زيادة خفض الانبعاثات من النطاق 2.
الترميز والاستخبارات الفنية
ويتجاوز الترميز السيطرة الأساسية إلى وحدات مجهزة آلياً وذا التشغيل الذاتي للأجهزة الكهرمائية، وتتمثل إحدى الحدود في استخدام خوارزميات التعلم المعززة التي يمكن أن تعمل الوحدة عند حافة القيود التي تُفرض لتحقيق أقصى قدر من الربحية مع البقاء في حدود السلامة والبيئة، وتتعلم هذه النظم من البيانات في الوقت الحقيقي ويمكنها تعديل ملامح درجات الحرارة في المفاعلات، ومعدلات الكهرومين، والجداول الزمنية الحفازة للتغيير على أساس يومي.
ومن التطبيقات الواعدة الأخرى تحليلات التنبؤ بنوعية التغذية، ويمكن أن تنبأ محللات ذات موارد قريبة، إلى جانب نماذج AI، بخواص رئيسية (مثل محتوى النيتروجين، وخطورة المقياس القياسي للتحلل، ونقطة انطلاق) من التغذية الواردة في ثوان، مما يتيح للجهاز المختصر أن يعدل معايير التشغيل قبل دخول المفاعل، مما يقلل من الحاجة إلى تشغيل محافظين ويزيد من إنتاج البرمجيات.
وأخيرا، أصبح التوأم الرقمي أدوات موحدة لمشغلي التدريب واختبار سيناريوهات " ماذا لو " ، ويتضمن التوأم الرقمي الحديث أطقم تفاعلية مفصلة من حيث إزالة النشاط الاستبدادي واستهلاك الهيدروجين، مما يتيح للمهندسين محاكاة دورة تشغيل كاملة )٢-٤ سنوات( في دقائق وتقييم استراتيجيات التحميل الحفازة، وإعادة تدوير نقاء الغاز، وأهداف تزييف المنتجات.
الإرتفاع الخضري والتجهيز المشترك
ويجري تكييف عملية تعقب الهيدروكسيدات مع تجهيز المواد الوسيطة المتجددة والبديلة، حيث يجري الآن في عدة مصافي معالجة مشتركة للزيوت النباتية والدسم الحيواني وزيوت الطهي المستعملة إلى جانب الـ VGO التقليدية، وتزيل خطوة التهوية الأكسجين، وتشق خطوة التعقب الهيدروجينية بصورة انتقائية كثافة السلاسل المستقيمة في جزيئات الديزل والحد الأدنى من أنواع الوقود.
كما أن وحدات " حرق المواد الهيدروجينية " المخصصة آخذة في الظهور، وهي تعمل على 100 في المائة من المواد الوسيطة المتجددة لإنتاج وقود الطائرات المستدام والديزل المتجدد، ويكمن التحدي في ارتفاع محتوى الأوكسجين (10-15 في المائة) ومختلف السلوكيات المتصدعة لثنائيات الترايجليسيدات، وقد طورت شركات مثل إنتاج هالفدور توبرسيب وشيلدا تركيبات جديدة محفزة ذات نشاط معزز لتوليد الهيدروجينات الهيدروجينات مائية وانخفاض استهلاكها الهيدروجين.
وفيما يتجاوز الشحوم، تقوم البحوث المتعلقة بتعقب المياه باستكشاف تحويل الكتلة الأحيائية الكهرمائية الكهرمائية عن طريق التحلل الحراري السريع، تليها زيادة تعقّب الهيدرولوجي الأحيائي، والتجهيز المشترك لزيوت التحلل البلاستيكي (من بلاستيك النفايات المختلطة) لإنتاج مواد كيميائية ووقود دائرية، وهذه الطرق، وإن كانت على نطاق تجريبي، تمثل فرصة طويلة الأجل للتنويع والتقليل من أنواع الكربون.
التكامل مع عمليات التكرير الأخرى
ولن يعمل المهد في المستقبل بمعزل عن بعضها البعض، فالتكامل العميق مع وحدات التحويل الأخرى - مثل المكوك المتأخر، والكتلات الحافزة السوائل، وأجهزة التصدع البخارية - تضعف أوجه التآزر الحراري والاقتصادي، مثلاً، يمكن للمركب الهيدروكري أن يعادل الزيت الثقيل لغاز الكوككر، مما يجعله أكثر ملاءمة لتغذية FCC، أو يمكن أن ينتج عنه كوارث ثقيلة من أجل مصانع الرشات البخار.
وعلاوة على ذلك، فإن الاتجاه نحو كهربة مسخات كهربائية تستخدم الحرارة وتقودها مصادر متجددة بدلا من الغازات الوقودية يجري استكشافها من أجل سخانات جديدة من محرقة الهيدروك، وفي حين أن المشاريع الرائدة في سكاندينافيا لا تزال تُجمع التكاليف، تبين إمكانية استخدام مغلي الكهروود في مضخات الهيدروجين، مما يزيل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بالكامل.
التحديات والفرص
وعلى الرغم من مسار التكنولوجيا الواعد، تواجه صناعة التعقب الهيدروليكي عدة عقبات، حيث تتجاوز تكاليف رأس المال بالنسبة للمهادرات الجديدة 000 20 دولار للبرميل اليومي من القدرة على الوحدات الشعبية، بل إن عمليات التجديد تتطلب استثمارات كبيرة، كما أن التعقيد الذي تتسم به تكامل النظم الرقمية، ومعالجة المواد الوسيطة المختلفة، والحفاظ على الامتثال التنظيمي، يطرح تحديات تشغيلية.
التكاليف الرأسمالية والقابلية للتأثر الاقتصادي
إن بناء محرقة جديدة هي مشروع متعدد السنوات متعدد البلايين الدولارات، ولا سيما أن عدم اليقين حول الطلب المستقبلي على الوقود الأحفوري، وتسعير الكربون، وتوافر المواد الوسيطة، يخلقان مخاطر للمستثمرين، ومن أجل التخفيف من ذلك، فإن العديد من المصافي تختار التجديدات التدريجية: إضافة تحميلات حفازة جديدة، ورفع مستوى المفاعلات إلى درجات أعلى من الضغط، وفي تركيب نظم رقابة متقدمة يمكن أن تعزز القدرة من 10 مصانع(20).
الضغوط التنظيمية
وفي أوروبا، يُعنى نظام تجارة الانبعاثات (النظام الإلكتروني لأسعار الاستهلاك) بخفض انبعاثات العمليات من المصافي، مما يضيف تكاليف مباشرة إلى ناتج ثاني أكسيد الكربون المائي المتجدد من الهيدروكلوروفلوري، مما يُعجل باعتماد مزيجات الوقود المحتوية على بيولوجيا، وضبط الكربون، وتدابير كفاءة الهيدروجين، في مناطق التجارة في الانبعاثات في كندا.
مرونة المواد الغذائية ونوعيتها
ومن المتوقع أن تصبح قائمة المواد الوسيطة في المستقبل أكثر تنوعا وتحدية، إذ أن المثقفات العالية الكبريت من الشرق الأوسط وكندا وفنزويلا ستصبح أكثر انتشارا مع انخفاض القاع العذب الخفيف، ويجب على المهاجع معالجة مستويات أعلى من المعادن، والآفات، والنيتروجين، مما يعجل بفك النشاط الحرفي، كما أن تكنولوجيات الحراسة المتقدمة، وتحسين تجديد المواد البلاستيكية، وضبط المكثف للمفاعلات.
المواهب والخبرة
ومع إعادة تشكيل عمليات الترميز والتصنيف، يجب أن تتكيف القوة العاملة، إذ أن مهندسي العمليات الماهرين وعلماء البيانات ومهندسي الرقابة يتوفرون على قدر كبير من الطلب، ويشترك العديد من المصافحين مع مقدمي التكنولوجيا والجامعات لتدريب الموظفين في التحليلات المتقدمة والعملية الرقمية المزدوجة، كما أن فقدان المشغلين ذوي الخبرة في التقاعد يخلق فجوة معرفية يمكن أن تساعد نظم دعم القرار القائمة على التنفيذ على ملء هذه المعلومات.
الفرص في الوقود والوقود البحري المستدامين
ويعرض إزالة الكربون في قطاعي الطيران والبحرية فرصة نمو هائلة لتعقب الهيدروكولوجي، إذ أن ولايات وقود الطائرات المستدامة في الاتحاد الأوروبي (ReFuelEU) والولايات المتحدة (التحدي الكبير) تستهدف تخفيض انبعاثات دورة الحياة بنسبة 65 في المائة بحلول عام 2050، كما أن التتبع الهيدروجيني للوقود المولد من الهيدروجين إلى الماء هو حاليا أكثر الطرق الممكنة تقدما نحو تحقيق الفائدة المرجوة من الصندوق البحري البالغ 20 في السنة.
وعلاوة على ذلك، فإن الاتجاه الاقتصادي الدائري يفتح مسارات جديدة للإيرادات، إذ أن المصافح التي يمكن أن تحول البلاستيك المخلفات أو الإطارات المستعملة إلى النفاثة والديزل عن طريق التعقب الهيدروجيني يمكن أن تكسب رسوماً وتولد منتجات منخفضة الكربون، مع الحد من التسريح، وتقوم عدة شركات، منها شركة Agilyx وNexus Circular، بتسويق إعادة تدوير البلاستيك القائمة على التعقب بواسطة دعم قوي من المستثمرين.
خاتمة
(أ) مستقبل التعقب الهيدرولوجي مصاغ بتفاوت الابتكارات الحفازة، وتطور تصميم المفاعلات، والتفاؤل الرقمي، وحتميات إزالة الكربون.() وفي حين أن الكيمياء الأساسية لا تزال هي نفسها، فإن العملية تصبح أكثر ذكاء وأكثر كفاءة وأكثر مرونة.() وستصبح أفضل البدائل التي تستثمر في وقت مبكر في عوامل حفازة، ومرونة وسيطة لتزدهر في بيئة منخفضة الكربون وشديدة التراكم().