ضرورت توسعه زنجیره ارزش در تولید و کاربرد آروماتیکها
آروماتیک ها، ترکیبات حلقوی هیدروکربنی می باشند که در ترکیب خود دارای حلقه هایی با ۶ اتم کربن هستند. ترکیبات آروماتیک به خصوص بنزن، تولوئن و زایلن ها ( که به اختصار به این سه ترکیب BTX گفته می شود) خوراک اصلی تولید تعداد بسیاری از مواد واسطه صنعت پتروشیمی می باشند که آنها نیز در ادامه زنجیره ارزش خود در تولید الیاف مصنوعی، رزین، مواد منفجره، آفت کش ها، مواد شوینده و بسیاری دیگر از مواد نقش دارند.
بنزن که ساده ترین آروماتیک است در تولید استایرن، آلکیل بنزن های خطی، کلرو بنزن ها، نیترو بنزن، کیومن و غیره کاربرد دارد.کاربرد اصلی تولوئن به عنوان حلال است و همچنین برای تولیدتولوئن دی ایزوسیانات، نیتروتولوئن ها و … از آن استفاده فراوان می شود.
زایلن ها خود به سه گروه پارا زایلن، اورتوزایلن و متازایلن تقسیم می شوند، تنها اختلاف این سه مدل در قرار گیری محل گروههای متیل است. ۸۰ % زایلن تولیدی پارازایلن است که برای تولید ترفتالیک اسید و دی متیل ترفتالات کاربرد دارد. ارزش بازار جهانی آروماتیکها ۱۸۶ میلیارد دلار معادل ۱۲۰ میلیون تن در سال ۲۰۱۷ بوده است که ۳۳ میلیارد دلار آن (قریب به ۱۸ درصد) سهم کشور چین بعنوان بزرگترین کشور تولید و مصرف کننده بوده است. سهم منطقه خاورمیانه بعنوان کمترین سهم معادل ۴% حجم بازار بوده است.
بخش بندی بازار آروماتیکها شامل بنزن، تولوئن، زایلنها، استایرن، فنول، استن، PTA (ترفتالیک اسید خلوص بالا)، MDI (متیلن دی فنیل ایزوسیانات) و TDI (تولوئن دی ایزوسیانات) می باشد. اگرچه بخش تولوئن دارای بیشترین رشد بوده است معهذا پیش بینی ها از روند رشد بیشتر بنزن طی سال‌های ۲۰۱۸ تا ۲۰۲۳ خبر می دهند.
بزرگترین بازیگران این صنعت شامل شرکتهای آمریکایی Eastman Chemical Company ، Ashland ، Huntsman ، Celanese ، ExxonMobil و Honeywell ، همچنین شرکت آلمانی BASF ، شرکت انگلیسی Petrochem Carless و شرکت هلندی Shell می‌باشند. منابع عمده و متعارف جهت تولید آروماتیک ها شامل فرایندهای ریفرمینگ کاتالیستی (Catalytic Reforming) نفتای دریافتی از پالایشگاههای نفت خام/میعانات گازیو همچنین بنزین پیرولیز (Pyrolysis Gasoline) تولیدی در واحدهای کراکینگ با بخار می باشد بگونه ای که سهم این دو منبع در تولید آروماتیکها بترتیب ۶۸% و ۲۹% می باشد. اگرچه کربونیزه کردن زغال سنگ در تولید آروماتیکها برغم بازدهی بسیار پایین فرایندهای ثانویه و توسعه یافته نیز اخیراً پا به عرصه وجود گذاشته اند.
نفتا در پالایشگاههای نفت خام و میعانات گازی، تولید و به دو صورت نفتای سبک و نفتای سنگین عرضه می گردد. نفتای سنگین که عموماً حاوی هیدروکربن های C7 تا C12 پارافینی، نفتنی و آروماتیکی میباشد عمدتاً (۸۰%) بعنوان خوراک در واحدهای ریفرمینگ کاتالیستی (در پالایشگاه و در واحدهای پتروشیمی) جهت تولید ریفرمیت و سپس استخراج BTX استفاده می گردد. نفتای سبک شامل هیدروکربنهای C5و C6 عموماً (۶۰%) بعنوان خوراک واحدهای کراکینگ بخار استفاده می گردد. همچنین حدود ۱۶% از تقاضای جهانی نفتای سبک، مربوط به ایزومریزاسیون و اختلاط آن با بنزین است.
همچنین در روش استخراج BTX از بنزن پیرولیز، باید گفت بنزین پیرولیز محصول جانبی واحدهای کراکینگ با بخار نظیر واحد الفین می باشد. در صورت استفاده از خوراک های مایع (نظیر نفتا و LPG ) در واحدهای الفین اگرچه راندمان تولید اتیلن پایین است معهذا محصول جانبی و غنی از آروماتیک ها تحت عنوان بنزین پیرولیز تولید می شود که ترکیبات بنزن، تولوئن و زایلن ها از آن قابل استخراج است. در ابتدا به کمک تقطیر استخراجی یا همان استخراج مایع-مایع به کمک حلال، ترکیبات آروماتیکی از غیر آروماتیکی جدا و سپس با مکانیستم تقطیر ترکیبات بنزن، تولوئن و زایلن ها از هم جدا می شوند.
شکل زیر شمای واحد استخراج BTX در واحدهای با خوراک نفتا را نشان می دهد.
همچنین شکل زیر شمای واحد استخراج BTX در واحدهای با خوراک بنزین پیرولیز را نشان می دهد.
با توجه به حجم تولید مازاد بر تقاضای تولوئن، همچنین از فرایندهای ثانویه ای نظیر هیدرو دی آلکیلاسیون
(Hydro De-alkylation) در تبدیل تولوئن به بنزن، تسهیم نامتناسب (Disproportionation) در تبدیل تولوئن به بنزن و زایلن ها و متیلاسیون تولوئن با متانول (Toluene Methylation) در تولید پارازایلن استفاده می گردد. همچنین به منظور امکان استفاده از خوراک های دیگر از یکسو و روند رشد تقاضای آروماتیکها از سوی دیگر فرایندهای زیر برای تولید آروماتیکها توسعه پیدا کرده اند:
- فرایند AROMAX جهت تبدیل نفتای سبک به آروماتیکها
- فرایند CYCLAR برای تبدیل LPG (بوتان و پروپان) به آروماتیکها که در سال ۱۹۹۹ اولین واحد تجاری در عربستان سعودی با ظرفیت خوراک ۱٫۳۰۰٫۰۰۰ تن در سال، راه اندازی گردید.
- فرایند ALPHA در تبدیل الفین های ۴ کربنه به آروماتیکها
- فرایند تبدیل متانول به زایلن ها خصوصاً در چین با قابلیت استفاده در کشورهای غنی از گاز نظیر آمریکا و ایران
نمودار زیر زنجیره ارزش BTX را نشان می دهد:
با ملاحظه زنجیره ارزش محصولات پتروشیمی در کشور، اگرچه توجه به توسعه و تکمیل زنجیره ارزش محصولات، مغفول مانده است لیکن حتی در چند مورد موجود نیز، دچار توسعه نامتوازن بوده است. عدم توازن را در عدم تنوع مشتقات اتیلن، گاز سنتز، پروپیلن، آمونیاک، متانول و بخصوص آروماتیکها می توان دریافت.
در این یادداشت ضمن معرفی اجمالی آروماتیکها و فرایندهای تولید آنها، زنجیره ارزش این مواد ارائه گردید. اعتقاد مرکز پیشرفته توسعه زنجیره ارزش، از یکسو بررسی و شناسایی توسعه زنجیره ارزش افزوده محصولات با ارزش از آروماتیک ها و از سویی دیگر ضرورت توسعه تولید این محصولات با عنایت به وجود منابع مواد اولیه آن خصوصاً گاز طبیعی، گاز مایع (تبدیل LPG به آروماتیک ها) و نیز حجم عظیم برنامه عرضه متانول ( و البته معضلی عظیم!) در سال‌های پیش رو (تبدیل متانول به زایلن ها) بیش از پیش احساس می گردد. در یادداشت‌های آتی مشخصاً به تحلیل هر یک از محصولات آروماتیکی پرداخته خواهد شد.