ضرورت ایجاد پتروپالایشگاه در صنعت پتروشیمی

در شکل سنتی حاضر، پالایشگاهها نفتای مورد نیاز کراکرهای صنعت پتروشیمی را تولید و در اختیار آن قرار می‌دهند تا در عملیات تولید بتواند مورد استفاده قرار گیرد. در حال حاضر به‌طور متوسط و استاندارد یک بشکه نفت می‌تواند ۸ تا ۱۰ % نفتا در اختیار تولیدکنندگان قرار دهد و در بهترین حالت در پیچیده ترین پتروپالایشگاهها به‌عنوان مثال پتروپالایشگاه ربیغ عربستان می‌تواند ۱۷ %  و یا در پتروپالایشگاه صدارا عربستان می تواند ۲۰% نفتا برای فراوری محصولات پتروشیمی تولید کند. با این حال گفته می‌شود COTC قادر است میزان ۴۰ تا ۸۰% مواد شیمیایی را از هر بشکه نفت استخراج کند که رقمی بسیار قابل توجه می باشد.

در حال حاضر بجز مجتمع Hengli چین که در اوایل سال ۲۰۱۹ در چین راه اندازی و در حال حاضر با ظرفیت کامل، تولید می نماید سه پروژه COTC دیگر در چین (برنامه راه اندازی طی سالهای ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۱) و یک پروژه COTC نیز در عربستان سعودی (برنامه راه اندازی در سال ۲۰۲۵) در حال آماده‌سازی و اجرا می باشند.

در خلاصه تبیین الگوههای مختلف پتروپالایشگاهها، چهار الگو مطرح است و الگوی COTC الگوی پیشرفته پنجم است:

الگوی اول: پالایشگاه + واحد RFCC (تولید پروپیلن)

الگوی دوم : پالایشگاه + واحد BTX (تولید آروماتیکها) + واحد RFCC (تولید پروپیلن)

الگوی سوم : پالایشگاه + واحد پارازایلین  یا   پالایشگاه + واحد کراکر بخار

الگوی چهارم : پالایشگاه + واحد پارازایلین + واحد کراکر بخار

الگوی پنجم : COTC (تبدیل مستقیم نفت به محصولات پتروشیمیایی با استفاده از فرایندهای پیشرفته هیدروکراکینگ)

وقتی صحبت از بازدهی ۴۰ درصدی یک واحد COTC می گردد یعنی در یک پالایشگاه با ظرفیت ۲۰ میلیون تن در سال (معادل ۴۰۰ هزار بشکه در روز)، تولید حدود ۸ میلیون تن انواع محصولات با ارزش پتروشیمی (غالباً پارازایلین و اتیلن و پروپیلن) میسر می گردد به بیان دیگر با توجه به ظرفیت بالای این واحدها، تا ۴ برابر یک واحد پتروشیمی با ظرفیت متعارف جهانی، می توانند به تولید محصولات متنوع بپردازند.

نکته مهم در علت جهش به سمت واحدهای COTC عبارت است از : پیش بینی متوسط رشد سالانه تقاضای بالا برای محصولات پتروشیمی (بین ۴ تا ۴٫۵% در سال طی ۲۰ سال آینده که حتی بیشتر از متوسط نرخ GDP جهانی (۳%) می باشد) در مقایسه با نرخ رشد کند تقاضای فراورده های سوختی نظیر بنزین و گازوئیل که بین ۰٫۵% تا ۱٫۵% در سال طی ۲۰ سال آینده متصور است. عمدتاً انقلاب خودروهای برقی و نیز بهبود کیفیت سوختها و گزایش به سمت سوخنهای پاک، از دلایل اصلی کاهش رشد تقاضای فراورده های سوختی حتی در کشورهای کمتر توسعه یافته می باشد.

یکی از دلایل اصلی پیشگام شدن کشور چین در توسعه واحدهای COTC هزینه بالای تامین خوراک پتروشیمی های خود (از جمله اتان و LPG) از سمت آمریکاست. بگونه ای که با احتساب هزینه حمل و بارگیری محموله، هزینه خوراک وارداتی چین تقریبا ۲ برابر قیمت آن در امریکا خواهد شد.

جدول زیر مشخصات واحد COTC گروه Hengli در چین و طرحهای دیگر COTC چین به همراه طرح COTC عربستان سعودی را نشان می دهد که در ادامه توضیحات هر یک ارائه خواهد شد:

شایان توجه است که هر سه مالک پروژه های COTC چین، از بزرگترین تولید کنندگان PET در چین می باشند که بدنبال تامین پارازایلین خود به احداث این واحدها روی آورده اند. ضمن آنکه در تمام پروژه های فوق، تولید محصولات پایین دست پتروشیمی نظیر
پلی پروپیلن، … نیز به منظور حداکثر ارزش افزایی، ملحوظ گردیده اند. میزان واردات پارازایلین چین در سال ۲۰۱۸ حدود ۱۵ میلیون تن بوده است که انتظار می رود در سال ۲۰۲۳ با افزایش ظرفیتهای ناشی از واحدهای COTC، خالص وادرات پارازایلین این کشور به کمتر از ۶ میلیون تن برسد.

خوراک واحد Hengli  و سایر طرحهای COTC چین ترکیب نفت خام سبک و سنگین و خوراک طرح COTC عربستان، نفت سبک می باشد. هر چه خوراک ورودی سبک تر باشد، میزان ته مانده های برج، کمتر و راندمان تولید مواد پتروشیمیایی بالاتر است.

در مقایسه یک پالایشگاه-کراکر بخار با یک واحد COTC ، باید گفت که در پتروپالایشگاه نفتای تولیدی پالایشگاه به واحد کراکربخار ارسال می گردد و در واقع نفت خام، خوراک غیر مستقیم واحد پتروشیمی است.

به منظور افزایش بازدهی تبدیل مستقیم نفت خام به محصولات پتروشیمیایی، حصول موارد ذیل ضروری است:

• کاهش میزان ته مانده های سنگین برج
• افزایش نسبت هیدروژن به کربن (H:C) به حدود ۲
• کاهش گوگرد و ناخالصی های فلزی

در نیل به این مهم، از دو فرایند ” هیدروژن افزایی” و “کربن زدایی” می توان استفاده نمود که در افزایش نسبت H:C و کاهش گوگرد و ناخالصیهای فلزی بسیار موثراند. بدلیل اهمیت عدم اتلاف کربن، عمدتاً از فرایند هیدروژن افزایی استفاده می گردد. این فرایند شامل هیدروکراکینگ می باشد. در هیدروکراکینگ بنزین، گازوئیل و ته مانده های برج با افزودن هیدروژن، ناخالصی های نیکل و وانادیم که مسموم کننده کاتالیست در ادامه می باشند، حذف می گردند. همچنین سایز ملکولهای سنگین و میزان گوگرد، کاهش یافته و بیشترین درصد تبدیل حادث می گردد.

پیکربندی مجتمع COTC واحد Hengli در چین در شکل زیر نشان داده شده است:

در این مجتمع از تکنولوژی هیدروکراکینگ شرکت AXENS برای هیدروکراکینگ ته مانده های برج خلا و هیدروکراکینگ بنزین و گازوئیل استفاده می شود و بیشترین نفتای سنگین برای واحد آروماتیکها تولید می گردد. علاوه بر تولید سالانه ۴٫۵ میلیون تن پارازایلین، حدود ۹۷۰ هزار تن در سال نیز بنزن در واحد آروماتیکهای این مجتمع تولید می گردد.

شرکتهای KBR، UOP، CB&I و … از دیگر شرکتهای صاحب تکنولوژی هیدروکراکینگ می باشند.

در حالیکه ظرفیت بزرگترین الفین ها (کراکرهای بخار) حداکثر ۲ میلیون تن در سال می باشد در خصوص پروژه COTC مشترک میان آرامکو و سابیک با درصد تبدیل ۴۵%، میزان تولیدات محصولات آن ۹ میلیون تن خواهد بود که در واقع ۴ برابر تولیدات یک واحد کراکربخار خواهد بود. در ادامه چنانچه برای نیل به راندمان ۷۰-۸۰ درصد، مشارکت شرکت Aramco  با شرکتهای CB&I و
Chevron Lummus Global (CLG) به نتیجه برسد ظرفیت آن حداقل معادل ۱۴ میلیون تن (یعنی ۶٫۵ برابر یک واحد الفین)  خواهد بود که معادلات تولیدات اتیلن و پروپیلن منطقه را بهم خواهد ریخت.

پیکربندی تولیدات واحد COTC شرکهای Aramco/CLG/CB&I بر اساس پتنتهای موجود توسط موسسه IHS بصورت زیر پیشنهاد شده است:

در جمع بندی، مرکز پیشرفته توسعه زنجیره ارزش موارد زیر را قابل استناد می داند:

1. واحدهای COTC بدلیل مقیاس ظرفیت بالا، توازن عرضه و تقاضای جهانی محصولات پتروشیمیایی عمده را تغییر خواهند داد که نمونه آن پارازایلین چین خواهد بود بگونه ای که طرحهای COTC چین سازندگان PET این شکور را به سمت خودکفایی پیش می برد.
2. طرح COTC مشارکت Aramco/Sabic عربستان، در جهت بیشترین بهره وری از نفت و تنوع بخشی به محصولات پتروشیمی می باشد.
3. در طرحهایCOTC به کاهش میزان ته مانده های بزرگ نیاز است که برای این مهم فرایند هیدروژن افزایی به کربن زدایی ارجحیت دارد.
4. فرایند هیدروکراکینگ به یکی از مهمترین فرایندهای در حال توسعه تبدیل می گردد و این امر بدلیل توانایی در هیدروژن افزایی، کراکینگ، حذف گوگرد، تولید نفتا و لذا ارتقای درصد تبدیل نفت به مواد پتروشیمیایی می باشد.
5. در هیدروکراکینگ مورد استفاده در COTC به کاتالیستهایی نیاز است که تا حد ممکن تولیدات نفتای سبک و سنگین در مقایسه با تولیدات جریانات میانی و گازوئیل را افزایش دهند.
6. هدف گذاری در تولید موارد پتروشیمیای مشخص، قدرت انتخاب نوع نفت خوراک و لذا الگوی بهینه پیکربندی را فراهم
   می سازد. قطعا تولید الفین های بیشتر بجای پارازایلین نیاز به خوراک از نوع نفت با API بیشتر را لازم می نماید.
7. عوامل کلیدی در طراحی واحدهای COTC شامل بازده محصول، مصرف هیدروژن، مصرف یوتیلیتی ها و سرمایه گذاری ثابت می باشند.

در پایان قابل ذکر است که اگرچه بی شک ایران یکی از کشورهای با ذخایر غنی نفت می باشد اما مهم استفاده بهینه و ایجاد بیشترین ارزش افزوده از این منابع است. در شرایطی که بدلیل تحریمهای ظالمانه علیه کشور، صادرات نفت با دشواری همراه است برنامه ریزی برای طرحهای پتروپالایشگاهی و خصوصاً از نوع واحدهای COTC بسیار ضروری است. اگرچه سرمایه گذاری آن بالا و بین ۱۰ تا ۱۵ میلیارد دلار خواهد بود و نیاز به برنامه ریزی مالی دارد. لیکن امکان سرمایه گذاری مشترک با شرکتهای چینی برای احداث این واحدها در چین نیز قابل برنامه ریزی است.

مرکز پیشرفته توسعه زنجیره ارزش