مواد اولیه برای تولید مواد شیمیایی در کارخانه پتروشیمی چیست؟

صنعت پتروشیمی یکی از مهم‌ترین بخش‌های اقتصادی است که با استفاده از مواد اولیه‌ای مانند نفت خام گاز طبیعی و مشتقات آن‌ها به تولید انواع مواد شیمیایی می‌پردازد. این مواد پایه نقش کلیدی در تولید محصولات نهایی دارند که در صنایع مختلف به کار می‌روند. از این‌رو فروش مواد شیمیایی حاصل از فرآیندهای پتروشیمی یکی از ارکان مهم زنجیره تأمین در صنایع پایین‌دستی به‌شمار می‌رود.

مواد اولیه برای تولید مواد شیمیایی در کارخانه پتروشیمی چیست؟

صنعت پتروشیمی یکی از حیاتی ترین و پیچیده ترین صنایع در جهان امروز است که نقشی بی بدیل در تولید طیف وسیعی از محصولات مورد نیاز زندگی روزمره ما ایفا می کند. از الیاف لباس هایی که می پوشیم پلاستیک لوازم خانگی و بسته بندی ها لاستیک خودروها تا کودهای شیمیایی که غذای ما را تامین می کنند و داروها همگی ریشه در فرآیندهای پتروشیمی دارند. اما قلب تپنده این صنعت عظیم دسترسی به مواد اولیه مناسب و تبدیل آن ها از طریق فرآیندهای پیچیده شیمیایی است.

شناخت این مواد اولیه نه تنها برای متخصصان این حوزه بلکه برای درک اهمیت این صنعت و چالش های پیش روی آن ضروری است. در این مقاله جامع به صورت تخصصی و دقیق به بررسی انواع مواد اولیه کلیدی که در کارخانه های پتروشیمی به محصولات ارزشمند تبدیل می شوند منابع تامین آن ها فرآیندهای اصلی تبدیلی و اهمیت استراتژیک این مواد خواهیم پرداخت.

اهمیت مواد اولیه در صنعت پتروشیمی

مواد اولیه شالوده و اساس هرگونه تولیدی هستند و در صنعت پتروشیمی این موضوع اهمیتی دوچندان می یابد. دسترسی پایدار کیفیت مناسب و قیمت رقابتی مواد اولیه مستقیماً بر بهره وری سودآوری و توان رقابتی یک واحد پتروشیمی تأثیر می گذارد.

نقش محوری مواد اولیه در زنجیره ارزش

زنجیره ارزش صنعت پتروشیمی از اکتشاف و استخراج منابع هیدروکربنی آغاز شده و تا تولید محصولات نهایی مانند پلاستیک ها الیاف مصنوعی لاستیک کودها حلال ها و مواد شیمیایی خاص ادامه می یابد. مواد اولیه (عمدتاً هیدروکربن ها) نقطه شروع این زنجیره هستند و کیفیت و کمیت آن ها مراحل بعدی فرآوری و تنوع محصولات قابل تولید را تعیین می کند.

وابستگی شدید به مواد اولیه آسیب پذیری این صنعت را در برابر نوسانات بازار جهانی انرژی تحولات ژئوپلیتیکی و تغییرات قوانین زیست محیطی افزایش می دهد. بنابراین تأمین مطمئن و متنوع سازی منابع از اولویت های اصلی شرکت های پتروشیمی در سراسر جهان است.

تأثیر کیفیت و دسترسی بر تولید

کیفیت مواد اولیه به ویژه میزان ناخالصی ها می تواند به طور قابل توجهی بر راندمان فرآیندهای شیمیایی عمر کاتالیست ها و کیفیت محصول نهایی تأثیر بگذارد. ناخالصی هایی مانند ترکیبات گوگردی نیتروژنی آب یا فلزات می توانند باعث غیرفعال شدن کاتالیست ها خوردگی تجهیزات و کاهش کیفیت محصولات شوند.

دسترسی پایدار و بدون وقفه به مواد اولیه نیز برای حفظ ظرفیت تولید و جلوگیری از توقف خطوط تولید حیاتی است. برنامه ریزی دقیق برای تأمین مواد اولیه مدیریت موجودی و ایجاد زیرساخت های لازم برای انتقال (مانند خطوط لوله یا پایانه های بارگیری) بخش مهمی از عملیات یک کارخانه پتروشیمی پیشرفته را تشکیل می دهد.

منابع اصلی تأمین مواد اولیه پتروشیمی

بخش عمده مواد اولیه مورد استفاده در صنعت پتروشیمی از سوخت های فسیلی به ویژه نفت خام و گاز طبیعی تأمین می شود. با این حال منابع دیگری مانند زغال سنگ و زیست توده نیز در حال کسب اهمیت هستند.

نفت خام به عنوان منبع کلیدی

نفت خام مخلوط پیچیده ای از هیدروکربن ها و ترکیبات آلی دیگر است که پس از استخراج در پالایشگاه ها به بخش های مختلفی بر اساس نقطه جوش تفکیک می شود. برخی از این برش های نفتی مستقیماً به عنوان سوخت استفاده می شوند اما برخی دیگر خوراک اصلی واحدهای پتروشیمی را تشکیل می دهند.

بخش های مختلف نفت خام مورد استفاده

مهم ترین برش های نفتی که به عنوان ماده اولیه در پتروشیمی کاربرد دارند عبارتند از:

• نفتا (Naphtha): این برش سبک نفتی که بین گستره بنزین و نفت سفید قرار می گیرد یکی از اصلی ترین و پرکاربردترین خوراک ها برای تولید الفین ها (مانند اتیلن و پروپیلن) و آروماتیک ها (مانند بنزن تولوئن و زایلن) از طریق فرآیندهای کراکینگ بخاری و ریفرمینگ کاتالیزوری است.
• گاز مایع نفتی (LPG): شامل پروپان و بوتان است که می توانند به عنوان خوراک جایگزین یا مکمل برای کراکینگ بخاری استفاده شوند به ویژه در مناطقی که دسترسی به LPG آسان تر یا ارزان تر است.
• گازوئیل سنگین و روغن های کوره: در برخی فرآیندهای کراکینگ سنگین تر برای تولید الفین ها و سایر هیدروکربن ها مورد استفاده قرار می گیرند هرچند راندمان و کیفیت محصول ممکن است متفاوت باشد.

گاز طبیعی و اجزای آن

گاز طبیعی که عمدتاً از متان تشکیل شده دومین منبع اصلی مواد اولیه پتروشیمی است. گاز طبیعی همراه نفت (Associated Gas) یا گاز طبیعی غیرهمراه (Non-Associated Gas) پس از فرآوری در پالایشگاه های گاز به اجزای ارزشمند خود تفکیک می شوند.

اتان ستون فقرات صنعت الفین

اتان یکی از اجزای اصلی گاز طبیعی (پس از متان) مهم ترین خوراک برای تولید اتیلن در فرآیندهای کراکینگ بخاری است. اتیلن پرمصرف ترین محصول پتروشیمی جهان ماده اولیه اصلی برای تولید پلی اتیلن (انواع پلاستیک) اتیلن گلیکول (ضد یخ و پلی استر) و سایر محصولات مهم است. واحدهای پتروشیمی مبتنی بر اتان به دلیل سادگی فرآیند و تولید محصولات با ارزش بالا از جذابیت اقتصادی زیادی برخوردارند.

متان و تولید متانول و آمونیاک

متان جزء اصلی گاز طبیعی خوراک اصلی برای تولید گاز سنتز (Syngas) از طریق فرآیند ریفرمینگ با بخار (Steam Reforming) است. گاز سنتز مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن است که خود ماده اولیه برای تولید محصولات بسیار مهمی مانند:

• متانول: ماده اولیه برای تولید فرمالدئید اسید استیک متیل ترت-بوتیل اتر (MTBE) و همچنین در فرآیندهای MTO (تبدیل متانول به الفین ها).
• آمونیاک: ماده اولیه اصلی برای تولید کودهای نیتروژنی (مانند اوره نیترات آمونیوم) و سایر ترکیبات نیتروژن دار.

پروپان و بوتان نیز می توانند علاوه بر استفاده در کراکینگ بخاری در تولید پروپیلن و بوتادین نیز نقش داشته باشند.

سایر منابع تأمین مواد اولیه

اگرچه نفت و گاز طبیعی غالب هستند اما منابع دیگری نیز در صنعت پتروشیمی نقش دارند یا در حال افزایش اهمیت هستند.

نقش زغال سنگ

در کشورهایی که ذخایر زغال سنگ غنی دارند و دسترسی به نفت و گاز محدودتر است (مانند چین) زغال سنگ به عنوان خوراک برای تولید گاز سنتز مورد استفاده قرار می گیرد (فرآیند گازی سازی زغال سنگ). گاز سنتز حاصل سپس برای تولید متانول آمونیاک و حتی سوخت های مایع (فرآیند فیشر-تروپش) به کار می رود. این مسیر تولید معمولاً پیچیده تر و پرهزینه تر از مسیرهای مبتنی بر گاز طبیعی است.

مواد اولیه تجدیدپذیر و آینده صنعت

با افزایش نگرانی های زیست محیطی و نوسانات قیمت سوخت های فسیلی استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر در صنعت پتروشیمی در حال گسترش است. این مواد شامل:

• زیست توده (Biomass): مانند ذرت نیشکر روغن های گیاهی یا ضایعات کشاورزی و جنگلی. می توانند برای تولید بیواتانول بیومتانول یا سایر مواد شیمیایی زیستی مورد استفاده قرار گیرند.
• ضایعات پلاستیکی: بازیافت شیمیایی ضایعات پلاستیکی می تواند هیدروکربن ها یا مونومرهای مورد نیاز را برای تولید پلاستیک های جدید فراهم کند و بخشی از اقتصاد چرخشی (Circular Economy) در پتروشیمی باشد.
• گازهای گلخانه ای (مانند CO2): در حال بررسی به عنوان منبع کربن برای تولید متانول یا سایر مواد شیمیایی هستند که به کاهش انتشار کربن نیز کمک می کند.

فرآیندهای اصلی تبدیل مواد اولیه در پتروشیمی

مواد اولیه هیدروکربنی به خودی خود محصولات نهایی پتروشیمی نیستند. آن ها باید از طریق فرآیندهای پیچیده شیمیایی و فیزیکی به مولکول های کوچکتر یا با ساختار متفاوت تبدیل شوند. مهم ترین این فرآیندها عبارتند از:

کرکینگ (Cracking)

کرکینگ به فرآیند شکستن مولکول های بزرگ هیدروکربنی به مولکول های کوچکتر و سبک تر اطلاق می شود. این فرآیند قلب تولید الفین ها است.

کرکینگ بخاری (Steam Cracking)

این رایج ترین فرآیند برای تولید الفین های سبک مانند اتیلن پروپیلن و بوتادین است. خوراک (مانند اتان پروپان نفتا) در حضور بخار آب و در دماهای بسیار بالا (حدود 800-850 درجه سانتی گراد) برای مدت زمان کوتاهی حرارت داده می شود. بخار آب به کاهش تشکیل کک (رسوبات کربنی) و کنترل دما کمک می کند. محصولات اصلی این فرآیند الفین ها هستند که سپس باید از مخلوط واکنش جدا و خالص سازی شوند.

کرکینگ کاتالیزوری (Catalytic Cracking)

اگرچه بیشتر در پالایشگاه ها برای تولید بنزین استفاده می شود اما انواع خاصی از کراکینگ کاتالیزوری (مانند FCC – Fluid Catalytic Cracking) می توانند کسر سنگین تر نفتی را به الفین های سبک تر تبدیل کنند هرچند بازدهی الفین های خاص مانند اتیلن معمولاً کمتر از کراکینگ بخاری است.

ریفورمینگ (Reforming)

ریفورمینگ فرآیندی است که مولکول های هیدروکربنی زنجیری یا حلقوی اشباع را به مولکول های حلقوی غیراشباع (آروماتیک ها) تبدیل می کند. این فرآیند عمدتاً با استفاده از کاتالیست های پلاتین یا رنیوم و در حضور هیدروژن انجام می شود. هدف اصلی ریفرمینگ تولید بنزن تولوئن و زایلن (BTX) است که مواد اولیه مهمی برای تولید پلاستیک هایی مانند پلی استایرن پلی اورتان و الیاف پلی استر هستند.

جداسازی (Separation) و خالص سازی

پس از فرآیندهای تبدیلی مانند کراکینگ یا ریفرمینگ مخلوط پیچیده ای از محصولات مختلف تولید می شود. برای استفاده از این محصولات به عنوان ماده اولیه در واحدهای پایین دستی یا فروش آن ها نیاز به جداسازی و خالص سازی دقیق است. این کار با استفاده از تکنیک هایی مانند تقطیر جزء به جزء در دماهای پایین (برای الفین های سبک) استخراج جذب و کریستالیزاسیون انجام می شود.

سنتز (Synthesis)

سنتز به فرآیند ساخت مولکول های بزرگتر یا پیچیده تر از مولکول های کوچکتر اطلاق می شود. مثال بارز آن سنتز متانول و آمونیاک از گاز سنتز است. در این فرآیندها مولکول های H2 و CO (برای متانول) یا H2 و N2 (برای آمونیاک) در دما و فشار بالا و در حضور کاتالیست مناسب با یکدیگر واکنش داده و محصولات مورد نظر را تشکیل می دهند.

 

ماده اولیه اصلی	فرآیند کلیدی	محصولات پتروشیمی اولیه	محصولات نهایی رایج
اتان (گاز طبیعی)	کرکینگ بخاری	اتیلن	پلی اتیلن اتیلن گلیکول وینیل کلراید
پروپان (گاز طبیعی/LPG)	کرکینگ بخاری	پروپیلن	پلی پروپیلن اکسید پروپیلن کومن
نفتا (نفت خام)	کرکینگ بخاری / ریفرمینگ	اتیلن پروپیلن بنزن تولوئن زایلن	طیف وسیعی از پلاستیک ها الیاف لاستیک
متان (گاز طبیعی)	ریفرمینگ (تولید گاز سنتز)	متانول آمونیاک	فرمالدئید اسید استیک اوره کودهای شیمیایی

انواع مواد اولیه بر اساس ترکیب شیمیایی و کاربرد

مواد اولیه پتروشیمی را می توان بر اساس ترکیب شیمیایی و نوع محصولاتی که تولید می کنند دسته بندی کرد:

هیدروکربن های سبک

این گروه شامل متان اتان پروپان و بوتان است که اجزای اصلی گاز طبیعی و LPG هستند. این هیدروکربن ها به دلیل ساختار ساده و سبک خود خوراک ایده آلی برای تولید الفین های سبک (اتیلن پروپیلن بوتادین) از طریق کراکینگ بخاری محسوب می شوند. همچنین متان برای تولید متانول و آمونیاک به کار می رود.

هیدروکربن های سنگین تر

برش های سنگین تر نفتی مانند نفتا گازوئیل و حتی باقی مانده های تقطیر در خلاء نیز می توانند به عنوان خوراک پتروشیمی استفاده شوند. نفتا خوراک اصلی برای تولید آروماتیک ها و همچنین تولید الفین ها در برخی واحدهای کراکینگ بخاری است. استفاده از خوراک سنگین تر معمولاً نیاز به شرایط عملیاتی سخت تر و تولید محصولات جانبی بیشتری دارد.

مواد اولیه حاوی اکسیژن نیتروژن گوگرد

علاوه بر هیدروکربن ها برخی مواد شیمیایی دیگر نیز به عنوان ماده اولیه در پتروشیمی استفاده می شوند یا از هیدروکربن ها تولید شده و سپس در فرآیندهای بعدی به کار می روند. مثال های اصلی عبارتند از:

• متانول: تولید شده از متان ماده اولیه برای تولید فرمالدئید اسید استیک و در فرآیندهای MTO.
• آمونیاک: تولید شده از متان ماده اولیه برای تولید اوره اسید نیتریک و سایر کودها و مواد شیمیایی نیتروژن دار.
• گوگرد: که به عنوان محصول جانبی فرآوری نفت و گاز ترش (حاوی H2S) به دست می آید ماده اولیه برای تولید اسید سولفوریک است که در تولید کودها و سایر فرآیندها کاربرد دارد.

چالش ها و آینده مواد اولیه پتروشیمی

صنعت پتروشیمی همواره با چالش های مرتبط با تأمین مواد اولیه روبرو بوده و هست. این چالش ها آینده این صنعت را نیز شکل می دهند.

نوسانات قیمت و دسترسی

قیمت مواد اولیه پتروشیمی به شدت به قیمت نفت خام و گاز طبیعی وابسته است که خود تحت تأثیر عوامل متعدد اقتصادی سیاسی و ژئوپلیتیکی در نوسان هستند. این نوسانات بر هزینه های تولید و سودآوری شرکت ها تأثیر می گذارد. همچنین دسترسی به مواد اولیه در مناطق مختلف جهان متفاوت است که این امر بر موقعیت مکانی واحدهای پتروشیمی و مزیت رقابتی آن ها تأثیر می گذارد.

مسائل زیست محیطی و فشار برای استفاده از منابع پایدار

صنعت پتروشیمی به دلیل وابستگی به سوخت های فسیلی و انتشار گازهای گلخانه ای تحت فشار فزاینده ای برای کاهش اثرات زیست محیطی خود قرار دارد. این امر منجر به افزایش علاقه و سرمایه گذاری در استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر و بازیافت شیمیایی ضایعات پلاستیکی شده است. گذار به سمت اقتصاد چرخشی و کاهش ردپای کربن از اولویت های اصلی آینده این صنعت است.

تکنولوژی های جدید در تبدیل مواد اولیه

تحقیقات گسترده ای برای توسعه فرآیندهای جدید و کارآمدتر برای تبدیل مواد اولیه در حال انجام است. این شامل فرآیندهای پیشرفته تر کراکینگ کاتالیست های جدید و همچنین فرآیندهای تبدیل مستقیم متان به محصولات با ارزش بالاتر (مانند اتیلن یا متانول) بدون نیاز به تولید گاز سنتز است. این پیشرفت های تکنولوژیک می توانند در آینده ترکیب مواد اولیه مورد استفاده و ساختار صنعت پتروشیمی را تغییر دهند.

اصلی ترین ماده اولیه صنعت پتروشیمی چیست؟

اصلی ترین مواد اولیه هیدروکربن هایی مانند نفت خام و گاز طبیعی به ویژه برش های سبک تر آن ها مانند اتان پروپان و نفتا هستند که بیشترین حجم را در تولید محصولات پتروشیمی به خود اختصاص می دهند.

چرا گاز طبیعی در پتروشیمی اهمیت دارد؟

گاز طبیعی به دلیل داشتن مقادیر قابل توجهی اتان و متان اهمیت فراوانی دارد. اتان خوراک اصلی تولید اتیلن (پرکاربردترین محصول پتروشیمی) و متان خوراک اصلی تولید متانول و آمونیاک است.

نقش نفتا در تولید مواد شیمیایی پتروشیمی چیست؟

نفتا یک برش سبک نفتی است که خوراک اصلی برای فرآیندهای کراکینگ بخاری (تولید الفین ها) و ریفرمینگ کاتالیزوری (تولید آروماتیک ها مانند بنزن) محسوب می شود و در تولید طیف وسیعی از محصولات پلاستیکی و شیمیایی کاربرد دارد.

آیا مواد اولیه تجدیدپذیر در پتروشیمی استفاده می شوند؟

بله استفاده از مواد اولیه تجدیدپذیر مانند زیست توده و ضایعات پلاستیکی در حال افزایش است تا وابستگی به سوخت های فسیلی کاهش یابد و صنعت به سمت پایداری و اقتصاد چرخشی حرکت کند.

فرآیند کراکینگ در پتروشیمی چه کاربردی دارد؟

فرآیند کراکینگ به ویژه کراکینگ بخاری برای شکستن مولکول های بزرگ هیدروکربنی (مانند اتان یا نفتا) به مولکول های کوچکتر و با ارزش تر مانند اتیلن و پروپیلن استفاده می شود که بلوک های ساختمانی اصلی بسیاری از پلیمرها هستند.

منظور از گاز سنتز در پتروشیمی چیست و از چه چیزی تولید می شود؟

گاز سنتز مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن است که عمدتاً از ریفرمینگ متان (جزء اصلی گاز طبیعی) یا گازی سازی زغال سنگ تولید می شود و خوراک اصلی برای سنتز متانول و آمونیاک است.

منبع : hamyarchemi