مركز التكرير والبتروكيماويات يطور حفازات لتقنيات إنتاج العطريات

تستخدم العطريات في تصنيع العديد من المشتقات الكيماوية المهمة مثل اللدائن والبوليمرات، وعن تعريفها وأهميتها للصناعة البتروكيماوية يحدثنا مدير مركز التكرير والبتروكيماويات بمعهد البحوث بجامعة الملك فهد للبترول والمعادن الدكتور سليمان الخطاف الذي يتحدث أيضا من خلال هذا الموضوع عن المشاريع البحثية التي أنجزها المركز والمشاريع الأخرى التي يستمر العمل فيها بالمركز في الوقت الحالي
ويقول الدكتور سليمان: تعد العطريات من المواد البتروكيماوية الأساسية التي تحتوي على حلقة دائرية واحدة أو أكثر، ويأتي في مقدمة هذه المواد ذات الرائحة النفاذة البنزين والتولوين والزايلين (BTX). وتحظى العطريات بقيمة اقتصادية كبيرة؛ نظراً لأنها تدخل في تصنيع العديد من المشتقات الكيماوية المهمة مثل اللدائن والبوليمرات والستايرين والفينول وألياف البولي استر الضرورية لصناعة مواد التغليف والقوارير البلاستيكية والمنسوجات، إضافة إلى صناعة النايلون والمنظفات والبولي كربونات وبعض المذيبات البترولية كما يشير الشكل 1. وتعد مادة النافثا الثقيلة المشتقة من عمليات تكرير البترول المصدر الرئيس للعطريات. وفي مجمعات إنتاج العطريات التي عادة تكون بالقرب من مصافي البترول تتم معالجة النافثا بالحفز البلاتيني لزيادة المحتوى العطري وفصل البنزين والزايلين عن باقي العطريات الأخرى منخفضة القيمة.
الاستهلاك العالمي للعطريات
ويضيف الدكتور سليمان بان الاستهلاك العالمي للعطريات وصل في عام 2013 الى حوالي 100 مليون طن سنوياً بقيمة سوقية تخطت 130 مليار دولار. وتشهد الأسواق العالمية طلباً متنامياً على العطريات وخاصة البنزين الذي وصل استهلاكه إلى 43 مليون طن بالسنة ووصل استهلاك الزايلين إلى أكثر من 40 مليون طن. ونظراً لقلة استخدامات التولوين التي تقتصر على المذيبات وفي إنتاج البولي يوريثين، فإنه يتم تحويله إلى مزيد من البنزين أو الزايلين حسب الحاجة في وحدات حفزية خاصة. ويتوقع أن يستمر نمو الطلب العالمي على العطريات بنسبة من 3 إلى 4 % سنوياً، في حين يتوقع أن تصل نسبة النمو في آسيا إلى 7 % سنوياً في السنوات المقبلة. ونظراً لهذا النمو الملحوظ تشهد الأسواق العالمية بعض الارتفاع في أسعار البنزين والبارازيلين تفوق 1300 دولار للطن.
إنتاج العطريات في المملكة
وتعتبر صناعة العطريات في المملكة في بداياتها خاصة بعد بدء الإنتاج التجاري مؤخراً للبارازيلين والبنزين المشتقين من النافثا في مجمع مصفاة ساتورب بالجبيل وهو مشروع مشترك بين أرامكو السعودية وتوتال الفرنسية. وينتج هذا المجمع 700 ألف طن سنويا من البارازيلين و140 ألف طن من البنزين. ويوجد مصنع لاستخلاص البنزين من مصفاة أرامكو- شل بالجبيل (ساسرف) بهدف استخدامه في إنتاج البولي ستايرين في شركة صدف المجاورة. وتنتج المجموعة السعودية بالمشاركة مع شيفرون فيليبس البنزين العطري من مكثفات سوائل الغاز في الجبيل الذي يتم تحويله إلى الهيكسان الدائري والستايرين. وفي الماضي القريب كانت شركة ابن رشد تنتج العطريات من غاز البترول المسال لتصنيع الألياف الصناعية من البولي استر غير أن بعض المشاكل الفنية حالت أن يستمر الانتاج.
وتخطط أرامكو السعودية لانتاج واستخلاص العطريات وخاصة البنزين والبارازيلين من المصافي القائمة ضمن برنامج الوقود النظيف ومن مصفاتي البترول اللتين يتم تشييدهما في ينبع وجازان. وستساهم الطاقات الإنتاجية الجديدة للبارازيلين في كل من بترورابغ وصدارة ومصفاة رأس تنورة في دعم طفرة صناعة النسيج محلياً في وقت تشهد فيه الأسواق العالمية خاصة الآسيوية انتعاشاً وطلباً متنامياً على البارازيلين. وتطمح أرامكو السعودية أن تكون ثالث أكبر شركة عالمية في إنتاج العطريات بحلول 2018م إلى جانب اكسون موبيل وبريتش بتروليوم.
مشاريع أبحاث منجزة
أنجز مركز التكرير والبتروكيماويات مشروع بحث لصالح أرامكو السعودية بهدف تطوير تقنية لتعزيز إنتاجية البارازيلين بواسطة ألكلة التولوين والعطريات الثقيلة (C9+) وذلك في اطار سعيه لزيادة القيمة المضافة على العطريات الأساسية وتعزيز إنتاجها، وأشار الدكتور سليمان الخطاف مدير المشروع إلى أنه تم تطوير عدد من الحفازات ودراسة حركية التفاعل باستخدام مفاعل حفزي مميع وفحص ثبات الحفاز، إضافة إلى دراسة أولية لتعزيز انتقائية البارازيلين. وأظهرت النتائج أن الخواص الفيزيائية والكيميائية والتركيبية لبعض الحفازات المطورة هي أفضل من الحفازات التجارية.
وتشير المعلومات إلى عشر شركات عالمية نشطة في مجال بحوث ألكلة العطريات تأتي في مقدمتها شركة UOP و IFP وشركة Toray. كما توجد خمس تقنيات تجارية في هذا المجال، وتم تصميم وتطوير عدة تركيبات جديدة للحفازات متعددة الزيولايت.
تقنية بديلة لإنتاج الستايرين
وأنجز المركز مؤخرا مشروع بحث مولته مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية لتطوير حفازات محسنة وجديدة للألكلة الجانبية للتولوين والميثانول لإنتاج الستايرين/إيثيل البنزين والتغلب على عيوب التقنية التقليدية لإنتاج الستايرين. وتعتمد التقنية التقليدية على ألكلة البنزين والإيثيلين بواسطة حفاز حمضي صلب لإنتاج إيثيل البنزين الذي يتم تحويله لاحقاً لإنتاج الستايرين عند درجة حرارة مرتفعة (أكثر من 600 درجة مئوية) باستخدام حفاز أكسيد الحديد. وتعتبر تفاعلات هذه التقنية متطلبة للحرارة ومحدودة من ناحية الديناميكا الحرارية. كما يعد الانخفاض في سعر اللقيم (التولوين والميثانول مقابل البنزين والإيثيلين) من العوامل الجذابة لإجراء هذه الدراسة. وتشمل المزايا الإضافية للإنتاج المباشر للستايرين فوائد اقتصادية وبيئية. وتعتبر المصانع المتكاملة مع مصافي البترول من المواقع المستقبلية لإقامة وحدات إنتاج الستايرين، وتملك هذه المصافي المرافق الضرورية واللقيم لدعم وإقامة مشاريع مشتركة مع مصافي البترول.
ويستهلك الإنتاج التقليدي للستايرين حوالي عشر مرات أكثر من الطاقة مقارنة بإنتاج معظم الكيماويات. كما يعد مسبباً رئيساً لانبعاثات غاز الميثان الذي يؤدي للاحتباس الحراري. وفي هذا المشروع، تم تعديل خواص زيولايت X والمسامية باستخدام المعادن النشطة مثل السيزيوم ومركبات من البورون للتقليل من تفاعل تكسير الميثانول، وتم تقييم الحفازات في وحدة نظام تفاعلي مجهز مع مطيافية الغاز (GC) لإجراء تحليل شامل للمنتجات الغازية والسائلة. وتمت دراسة تأثير فترة التفاعل ودرجة الحرارة وتركيب اللقيم على تحويل التولوين وانتقائية الستايرين.
كما تم ايجاد العوامل المثلى للتفاعل وخواص الزيولايت ونوع المعدن وطرق إعداد الحفازات بهدف زيادة تحويل التولوين وانتقائية الستايرين. ولفهم أداء الحفازات في التفاعل تم تحديد الخواص الفيزيائية والكيميائية بما في ذلك الخواص السطحية والمسامية والقلوية ومحتوى المعادن لايجاد علاقة تبادلية بين خواص الحفازات والنشاط الحفزي والانتقائية للألكلة الجانبية، وتم استخدام النتائج لتحديد مدى تأثير معدل التفاعل، ولتطوير نموذج حركية التفاعل الجانبي التسلسلي لألكلة التولوين مع الميثانول.