التكسير التحفيزي للسوائل

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
وحدة تكسير تحفيزي سائل نموذجية في مصفاة بترول.

التكسير التحفيزي للسوائل ( FCC ) هو عملية تحويل تُستخدم في مصافي البترول لتحويل كسور الهيدروكربونات ذات درجة الغليان العالية والوزن الجزيئي العالي في البترول (النفط الخام) إلى بنزين وغازات الألكينات ومنتجات بترولية أخرى. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] كان تكسير الهيدروكربونات البترولية يتم في الأصل عن طريق التكسير الحراري ، والذي حل محله الآن التكسير التحفيزي ، الذي ينتج كميات أكبر من البنزين عالي الأوكتان ؛ وينتج غازات ثانوية، تحتوي على المزيد من الروابط المزدوجة بين ذرات الكربون (أي الألكينات)، ذات قيمة اقتصادية أكبر من الغازات الناتجة عن التكسير الحراري.

عادةً ما تكون المادة الأولية لعملية تحويل التكسير التحفيزي للسوائل (FCC) هي زيت الغاز الثقيل (HGO)، وهو جزء من البترول (النفط الخام) الذي تبلغ درجة غليانه الأولية 340 درجة مئوية (644 درجة فهرنهايت) أو أعلى، عند الضغط الجوي ، ويبلغ متوسط ​​وزنه الجزيئي من 200 إلى 600 أو أعلى؛ ويُعرف زيت الغاز الثقيل أيضًا باسم "زيت الغاز الثقيل المفرغ" (HVGO). في عملية التكسير التحفيزي للسوائل، يُسخّن زيت الغاز الثقيل إلى درجة حرارة عالية وضغط متوسط، ثم يُوضع في تماس مع محفز ساخن مسحوق ، يعمل على تكسير جزيئات الهيدروكربونات السائلة ذات درجة الغليان العالية إلى جزيئات قصيرة السلسلة، والتي تُجمع بعد ذلك على شكل بخار.  

الاقتصاد

تستخدم مصافي النفط التكسير التحفيزي للسوائل لتصحيح عدم التوازن بين طلب السوق على البنزين وفائض المنتجات الثقيلة ذات نطاق الغليان العالي الناتجة عن تقطير النفط الخام .

اعتبارًا من عام 2006، كانت وحدات التكسير التحفيزي للسوائل (FCC) تعمل في 400 مصفاة نفط حول العالم، ويتم معالجة حوالي ثلث النفط الخام المكرر في تلك المصافي في وحدات التكسير التحفيزي للسوائل لإنتاج بنزين عالي الأوكتان وزيوت الوقود . [ 2 ] [ 4 ] خلال عام 2007، قامت وحدات التكسير التحفيزي للسوائل في الولايات المتحدة بمعالجة ما مجموعه 5,300,000 برميل (840,000 متر مكعب ) من المواد الخام يوميًا، [ 5 ] وقامت وحدات التكسير التحفيزي للسوائل في جميع أنحاء العالم بمعالجة ما يقرب من ضعف هذه الكمية. 

تُعدّ وحدات التكسير التحفيزي للسوائل أقل شيوعًا في أوروبا والشرق الأوسط وأفريقيا ، نظرًا لارتفاع الطلب على الديزل والكيروسين في هذه المناطق ، والذي يُمكن تلبيته باستخدام التكسير الهيدروجيني . أما في الولايات المتحدة، فيُعدّ التكسير التحفيزي للسوائل أكثر شيوعًا نظرًا لارتفاع الطلب على البنزين.

مخطط التدفق ووصف العملية

جميع وحدات التكسير التحفيزي الحديثة عبارة عن عمليات مستمرة تعمل على مدار 24 ساعة في اليوم لمدة تصل إلى 3 إلى 5 سنوات بين فترات التوقف المجدولة للصيانة الدورية. [ 6 ] [ 7 ]

طُوّرت العديد من التصاميم الخاصة لوحدات التكسير التحفيزي للسوائل الحديثة. يوجد نوعان من تكوينات وحدة التكسير التحفيزي للسوائل: النوع "المكدس" حيث يوجد المفاعل ومجدد المحفز في وعاءين منفصلين، مع وجود المفاعل فوق المجدد، ويفصل بينهما حاجز يسمح بتوصيل أنابيب غاز العادم من المجدد بأعلى وعاء المجدد، والنوع "المتجاور" حيث يوجد المفاعل ومجدد المحفز في وعاءين منفصلين. يشغل التكوين المكدس مساحة أقل من مساحة المصفاة. هؤلاء هم أبرز مصممي ومرخصي وحدات التكسير التحفيزي للسوائل: [ 1 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 8 ]

التكوين جنبًا إلى جنب:

التكوين المكدس:

المفاعل والمجدد

يُعدّ المفاعل والمجدد العنصرين الأساسيين في وحدة التكسير التحفيزي للسوائل (FCC). يعتمد مخطط التدفق التخطيطي لوحدة FCC حديثة نموذجية، الموضح في الشكل 1 أدناه، على التكوين "المتجاور". تُخلط مادة التغذية البترولية عالية الغليان، المُسخّنة مسبقًا (عند حوالي 315 إلى 430 درجة مئوية (599 إلى 806 درجة فهرنهايت) )، مع زيت الطين المُعاد تدويره من أسفل برج التقطير، ثم تُحقن في أنبوب الرفع الحفاز حيث تتبخر. في أنبوب الرفع، تتكسر الهيدروكربونات طويلة السلسلة إلى جزيئات أصغر عند ملامستها للحفاز المسحوق الساخن خلال 2-4 ثوانٍ. تعمل أبخرة الهيدروكربونات على "تسييل" الحفاز المسحوق، ويتدفق خليط أبخرة الهيدروكربونات والحفاز إلى أعلى ليدخل المفاعل عند درجة حرارة حوالي 535 درجة مئوية (995 درجة فهرنهايت) وضغط حوالي 1.72 بار (172 كيلو باسكال) .     

يحتوي وعاء المفاعل على المحفز الذي تتشكل فيه أبخرة المنتج المتكسر بتدفقها عبر مجموعة من الفواصل الإعصارية ثنائية المراحل . يتدفق المحفز المستهلك إلى أسفل عبر قسم تجريد بالبخار لإزالة أي أبخرة هيدروكربونية قبل عودته إلى وحدة تجديد المحفز . ويتم تنظيم تدفق المحفز المستهلك إلى وحدة التجديد بواسطة صمام منزلق في خط المحفز المستهلك. يبلغ مخزون المحفز في وحدة التكسير التحفيزي للسوائل حوالي 150 طنًا (150 طنًا إنجليزيًا؛ 170 طنًا أمريكيًا) . [ 9 ]

تُرسّب عملية التكسير مواد كربونية (تُعرف باسم فحم الكوك الحفاز) على الحفاز، مما يُقلل من فعاليته. يُجدد الحفاز بحرق فحم الكوك المترسب باستخدام هواء يُضخ إلى المُجدد. يعمل المُجدد عند درجة حرارة تبلغ حوالي 715 درجة مئوية (1319 درجة فهرنهايت) وضغط يبلغ حوالي 2.41 بار (241 كيلو باسكال) ، أي أنه يعمل عند ضغط أعلى بحوالي 0.7 بار (70 كيلو باسكال) من ضغط المفاعل. احتراق فحم الكوك طارد للحرارة . يمتص الحفاز المُجدد جزءًا من هذه الحرارة، مما يوفر الحرارة اللازمة لتبخير المادة الهيدروكربونية الأولية وتفاعلات التكسير الماصة للحرارة التي تحدث في أنبوب رفع الحفاز. لهذا السبب، يُشار غالبًا إلى وحدات التكسير التحفيزي للسوائل بأنها "متوازنة حراريًا".    

يتدفق المحفز الساخن (عند حوالي 715 درجة مئوية (1319 درجة فهرنهايت) ) الخارج من المُجدِّد إلى بئر سحب المحفز، حيث يُسمح لأي غازات احتراق عالقة بالخروج والتدفق عائدةً إلى الجزء العلوي من المُجدِّد. ويتم تنظيم تدفق المحفز المُجدَّد إلى نقطة حقن المادة الأولية أسفل أنبوب المحفز بواسطة صمام انزلاقي في خط المحفز المُجدَّد. ويخرج غاز الاحتراق الساخن من المُجدِّد بعد مروره عبر عدة مجموعات من الفواصل الإعصارية ثنائية المراحل التي تزيل المحفز العالق من غاز الاحتراق.  

تبلغ كمية المحفز المتداول بين وحدة التجديد والمفاعل حوالي 5 كيلوغرامات لكل كيلوغرام من المادة الأولية (5.0 رطل/رطل) ، وهو ما يعادل حوالي 4.66 كيلوغرام لكل لتر (38.9 رطل/ غالون أمريكي ) من المادة الأولية. [ 1 ] [ 10 ] وبالتالي، فإن وحدة التكسير التحفيزي للسوائل التي تعالج 75,000 برميل يوميًا (11,900 متر مكعب /يوم) ستُدوّر حوالي 55,900 طن (55,000 طن إنجليزي؛ 61,600 طن أمريكي) يوميًا من المحفز. [ 7 ] [ 6 ]    

الشكل 1: مخطط انسيابي تخطيطي لوحدة التكسير التحفيزي للسوائل المستخدمة في مصافي البترول

العمود الرئيسي

تتدفق أبخرة نواتج التفاعل (عند درجة حرارة 535 درجة مئوية (995 درجة فهرنهايت) وضغط 1.72 بار (172 كيلو باسكال) ) من أعلى المفاعل إلى الجزء السفلي من العمود الرئيسي (المعروف عادةً باسم وحدة التقطير الرئيسية حيث تتم عملية فصل المواد الأولية)، حيث تُقطر إلى منتجات التكسير التحفيزي النهائية، وهي: نفثا البترول المتكسرة ، وزيت الوقود ، والغازات العادمة . بعد معالجة إضافية لإزالة مركبات الكبريت ، تصبح النفثا المتكسرة مكونًا عالي الأوكتان في أنواع البنزين المخلوطة التي تنتجها المصفاة.   

يُرسل الغاز المنبعث من وحدة التقطير الرئيسية إلى ما يُسمى وحدة استخلاص الغاز، حيث يُفصل إلى البيوتان والبيوتيلين ، والبروبان والبروبيلين ، وغازات ذات وزن جزيئي منخفض ( الهيدروجين ، والميثان ، والإيثيلين، والإيثان ) . وقد تقوم بعض وحدات استخلاص الغاز في وحدة التكسير التحفيزي بفصل بعض الإيثان والإيثيلين أيضاً.

على الرغم من أن مخطط التدفق أعلاه يُظهر وحدة التقطير الرئيسية بوحدة فصل جانبية واحدة ومنتج واحد من زيت الوقود، فإن العديد من وحدات التقطير الرئيسية في التكسير التحفيزي للسوائل (FCC) تحتوي على وحدتي فصل جانبيتين وتنتج زيت وقود خفيف وزيت وقود ثقيل. وبالمثل، تنتج العديد من وحدات التقطير الرئيسية في التكسير التحفيزي للسوائل (FCC) نفثا متكسرة خفيفة ونفثا متكسرة ثقيلة. يشير مصطلحا " خفيف" و " ثقيل" في هذا السياق إلى نطاقات غليان المنتج، حيث تتميز المنتجات الخفيفة بنطاق غليان أقل من المنتجات الثقيلة.

يحتوي زيت المنتج السفلي من وحدة التقطير الرئيسية على جزيئات محفزة متبقية لم تُزل بالكامل بواسطة الفواصل الإعصارية في أعلى المفاعل. ولهذا السبب، يُطلق على زيت المنتج السفلي اسم زيت الملاط . يُعاد تدوير جزء من زيت الملاط هذا إلى وحدة التقطير الرئيسية فوق نقطة دخول أبخرة نواتج التفاعل الساخنة لتبريدها وتكثيفها جزئيًا عند دخولها. أما الجزء المتبقي من زيت الملاط فيُضخ عبر حوض الترسيب. يحتوي الزيت السفلي الخارج من حوض الترسيب على معظم جزيئات المحفز، ويُعاد تدويره إلى أنبوب المحفز الصاعد بمزجه مع زيت التغذية لوحدة التكسير التحفيزي. يُسحب زيت الملاط المصفى، أو زيت التصفية، من أعلى حوض الترسيب لاستخدامه في أماكن أخرى من المصفاة، كمكون مزج لزيت الوقود الثقيل، أو كمادة خام للكربون الأسود .

غازات الاحتراق للمجدد

بحسب تصميم وحدة التكسير التحفيزي للسوائل (FCC) المُختار، قد يكون احتراق الفحم المتراكم على المحفز المستهلك في وحدة التجديد احتراقًا كاملًا أو جزئيًا لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO₂ ) . ويتم التحكم في تدفق هواء الاحتراق لتوفير النسبة المطلوبة من أول أكسيد الكربون (CO) إلى ثاني أكسيد الكربون لكل تصميم محدد لوحدة التكسير التحفيزي للسوائل. [ 1 ] [ 4 ]

في التصميم الموضح في الشكل 1، لم يحترق فحم الكوك إلا جزئيًا إلى ثاني أكسيد الكربون . يتم توجيه غازات الاحتراق (التي تحتوي على أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ) عند درجة حرارة 715 درجة مئوية (1319 درجة فهرنهايت) وضغط 2.41 بار (241 كيلو باسكال) عبر فاصل حفاز ثانوي يحتوي على أنابيب دوامية مصممة لإزالة ما بين 70 و90 بالمائة من الجسيمات العالقة في غازات الاحتراق الخارجة من وحدة التجديد. [ 11 ] هذا الإجراء ضروري لمنع تآكل شفرات التوربين الموسع الذي يمر عبره غاز الاحتراق لاحقًا.   

يُوفر تمدد غازات الاحتراق عبر التوربين الموسع طاقة كافية لتشغيل ضاغط هواء الاحتراق في المُجدد . يمكن للمولد الكهربائي استهلاك أو إنتاج الطاقة الكهربائية. إذا لم يُوفر تمدد غازات الاحتراق طاقة كافية لتشغيل ضاغط الهواء، فإن المولد الكهربائي يُوفر الطاقة الإضافية اللازمة. أما إذا وفر تمدد غازات الاحتراق طاقة أكثر من اللازم لتشغيل ضاغط الهواء، فإن المولد الكهربائي يُحول الطاقة الزائدة إلى طاقة كهربائية ويُصدرها إلى النظام الكهربائي للمصفاة. [ 3 ]

ثم يتم توجيه غاز المداخن المتمدد عبر غلاية لتوليد البخار (تسمى غلاية أول أكسيد الكربون) حيث يتم حرق أول أكسيد الكربون الموجود في غاز المداخن كوقود لتوفير البخار اللازم للاستخدام في المصفاة، وكذلك للامتثال لأي حدود تنظيمية بيئية سارية على انبعاثات أول أكسيد الكربون. [ 3 ]

تُعالَج غازات المداخن في النهاية عبر جهاز الترسيب الكهروستاتيكي (ESP) لإزالة الجسيمات المتبقية، وذلك امتثالاً للوائح البيئية السارية المتعلقة بانبعاثات الجسيمات. يزيل جهاز الترسيب الكهروستاتيكي الجسيمات التي يتراوح حجمها بين 2 و20 ميكرومترًا من غازات المداخن. [ 3 ] في بعض الأحيان، يُشترط استخدام أنظمة ترشيح الجسيمات، المعروفة باسم فواصل المرحلة الرابعة (FSS)، للوفاء بحدود انبعاثات الجسيمات. ويمكن لهذه الأنظمة أن تحل محل جهاز الترسيب الكهروستاتيكي عندما تكون انبعاثات الجسيمات هي الشاغل الوحيد. 

تُستخدم التوربينة البخارية في نظام معالجة غاز المداخن (الموضحة في الرسم التخطيطي أعلاه) لتشغيل ضاغط هواء الاحتراق الخاص بالمجدد أثناء بدء تشغيل وحدة التكسير التحفيزي للوقود حتى يتوفر ما يكفي من غاز المداخن للاحتراق لتولي هذه المهمة.

آلية ونواتج التكسير التحفيزي

الشكل 2: مثال تخطيطي للتكسير التحفيزي للهيدروكربونات البترولية

تقوم عملية التكسير التحفيزي السائل بتكسير الهيدروكربونات الكبيرة عن طريق تحويلها إلى كاربوكاتيونات ، والتي تخضع لعدد لا يحصى من عمليات إعادة الترتيب. [ 12 ]

الشكل 2 هو رسم تخطيطي مبسط للغاية يوضح كيف تعمل هذه العملية على تكسير الهيدروكربونات ذات السلسلة المستقيمة (البارافينات) ذات درجة الغليان العالية إلى ألكانات أصغر ذات سلسلة مستقيمة، بالإضافة إلى ألكانات متفرعة السلسلة، وألكينات متفرعة (أوليفينات)، وسيكلوألكانات (نفثينات). ويُطلق الكيميائيون العضويون على تكسير جزيئات الهيدروكربون الكبيرة إلى جزيئات أصغر مصطلحًا أكثر دقة، وهو انشطار الروابط بين ذرات الكربون.

كما هو موضح في الشكل 2، تُكسر بعض الألكانات الأصغر حجمًا وتتحول إلى ألكينات أصغر وألكينات متفرعة، مثل غازات الإيثيلين والبروبيلين والبيوتيلين والأيزوبيوتيلين . تُعد هذه الغازات الأوليفينية ذات قيمة عالية لاستخدامها كمواد خام في الصناعات البتروكيميائية. كما يُعد البروبيلين والبيوتيلين والأيزوبيوتيلين مواد خام قيّمة لبعض عمليات تكرير البترول التي تحولها إلى مكونات مزج بنزين عالي الأوكتان.

كما هو موضح أيضًا في الشكل 2، فإن الألكانات الحلقية (النفثينات) التي تشكلت من خلال التفكك الأولي للجزيئات الكبيرة تتحول بشكل أكبر إلى مركبات عطرية مثل البنزين والتولوين والزيلين ، والتي تغلي في نطاق غليان البنزين ولها تصنيفات أوكتان أعلى بكثير من الألكانات.

أثناء عملية التكسير، يُنتج الكربون أيضًا ويترسب على سطح العامل الحفاز (فحم الكوك الحفاز). تُقاس نسبة تكوّن الكربون أو كميته في المواد الخام أو مواد تغذية وحدة التكسير التحفيزي باستخدام طرق مثل طريقة بقايا الكربون الدقيقة ، أو طريقة كونرادسون لبقايا الكربون ، أو طريقة رامسبوتوم لبقايا الكربون . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

المحفزات

تقوم وحدات التكسير التحفيزي للسوائل (FCC) بسحب واستبدال جزء من المحفز باستمرار للحفاظ على مستوى ثابت من النشاط. تتكون محفزات التكسير التحفيزي للسوائل الحديثة من مساحيق ناعمة بكثافة إجمالية تتراوح بين 0.80 و0.96 غرام لكل سنتيمتر مكعب (0.029 إلى 0.035 رطل/بوصة مكعبة ) ، ويتراوح توزيع حجم الجسيمات فيها بين 10 و150 ميكرومتر، بمتوسط ​​حجم جسيمات يتراوح بين 60 و100 ميكرومتر. [ 13 ] [ 14 ] يعتمد تصميم وتشغيل وحدة التكسير التحفيزي للسوائل بشكل كبير على الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمحفز. ومن الخصائص المرغوبة لمحفز التكسير التحفيزي للسوائل ما يلي:    

  • ثبات جيد في درجات الحرارة العالية والبخار
  • نشاط عالٍ
  • أحجام مسام كبيرة
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • إنتاج منخفض للكوك
بنية قفص الألومينوسيليكات في الفوجاسيت . تشغل رؤوس القفص ذرات الألومنيوم أو السيليكون، بينما تشغل مراكز الأكسيد (O²⁻) أو الهيدروكسيد (OH⁻) الدعامات الرابطة . ومن التعديلات الخاصة للفوجاسيت الأحماض الصلبة القوية ، التي تحفز عند درجات الحرارة العالية إعادة ترتيب روابط الكربون-كربون التي تحدث في وحدات FCC.

يتكون محفز التكسير التحفيزي للسوائل (FCC) الحديث من أربعة مكونات رئيسية: الزيوليت البلوري ، والمادة الأساسية، والمادة الرابطة، والمادة المالئة. يُعد الزيوليت المكون النشط، وقد يشكل ما بين 15% إلى 50% من وزن المحفز. يُستخدم الفوجاسيت (المعروف أيضًا بالنوع Y) في وحدات التكسير التحفيزي للسوائل. [ 6 ] تتميز الزيوليتات بأحماض صلبة قوية (تعادل 90% من حمض الكبريتيك ). كما تُساهم مادة الألومينا الأساسية في محفز التكسير التحفيزي للسوائل في توفير مواقع النشاط التحفيزي. أما المادة الرابطة والمادة المالئة فتُوفران المتانة الفيزيائية للمحفز وسلامته. عادةً ما تكون المادة الرابطة عبارة عن محلول سيليكا ، بينما تكون المادة المالئة عادةً عبارة عن طين ( كاولين ). [ 13 ] [ 14 ] من أبرز موردي محفزات التكسير التحفيزي للسوائل على مستوى العالم: شركة ألبيمارل ، وشركة دبليو آر جريس ، وشركة بي إيه إس إف كاتاليستس (إنجلهارد سابقًا).

تاريخ

بدأ الاستخدام التجاري الأول للتكسير التحفيزي عام 1915 عندما طوّر ألمر م. مكافي، من شركة جلف ريفاينينغ، عملية دفعية باستخدام كلوريد الألومنيوم ( محفز فريدل-كرافتس المعروف منذ عام 1877) لتكسير زيوت البترول الثقيلة تحفيزيًا. إلا أن التكلفة الباهظة للمحفز حالت دون انتشار استخدام عملية مكافي على نطاق واسع في ذلك الوقت. [ 2 ] [ 15 ]

في عام ١٩٢٢، أنشأ المهندس الميكانيكي الفرنسي يوجين جول هودري والصيدلي الفرنسي إي. أ. برودوم مختبرًا بالقرب من باريس لتطوير عملية تحفيزية لتحويل فحم الليغنيت إلى بنزين. وبدعم من الحكومة الفرنسية، بنوا محطة تجريبية صغيرة عام ١٩٢٩، كانت تعالج حوالي ٦٠ طنًا من فحم الليغنيت يوميًا. أشارت النتائج إلى أن العملية غير مجدية اقتصاديًا، فتم إغلاق المحطة لاحقًا. [ ١٦ ] [ ١٧ ] [ ١٨ ]

اكتشف هودري أن طين فولر ، وهو معدن طيني يحتوي على ألومينوسيليكات ، قادر على تحويل النفط المستخرج من الليغنيت إلى بنزين. ثم بدأ بدراسة تحفيز زيوت البترول، وحقق بعض النجاح في تحويل بخار زيت البترول إلى بنزين. في عام 1930، دعته شركة فاكيوم أويل إلى القدوم إلى الولايات المتحدة، فنقل مختبره إلى بولسبورو ، نيو جيرسي .

في عام ١٩٣١، اندمجت شركة فاكيوم أويل مع شركة ستاندرد أويل أوف نيويورك (سوكوني) لتشكيل شركة سوكوني-فاكيوم أويل . وفي عام ١٩٣٣، كانت وحدة هودري الصغيرة تُعالج ٢٠٠ برميل يوميًا (٣٢ مترًا مكعبًا /يوم) من النفط. ونظرًا للأزمة الاقتصادية التي عصفت بالبلاد في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين، لم تعد شركة سوكوني-فاكيوم قادرة على دعم عمل هودري، فسمحت له بالبحث عن مساعدة من جهة أخرى. 

في عام 1933، انضمت شركتا هودري وسوكوني-فاكيوم إلى شركة صن أويل لتطوير عملية هودري. وبعد ثلاث سنوات، في عام 1936، قامت شركة سوكوني-فاكيوم بتحويل وحدة تكسير حراري قديمة في مصفاة بولسبورو التابعة لها في نيوجيرسي إلى وحدة تجريبية صغيرة تستخدم عملية هودري للتكسير التحفيزي لـ 2000 برميل يوميًا (320 مترًا مكعبًا /يوم) من زيت البترول. 

في عام ١٩٣٧، بدأت شركة صن أويل تشغيل وحدة هودري جديدة لمعالجة ١٢٠٠٠ برميل يوميًا (١٩٠٠ متر مكعب /يوم) في مصفاة ماركوس هوك التابعة لها في ولاية بنسلفانيا. كانت عملية هودري آنذاك تستخدم مفاعلات ذات طبقة ثابتة من المحفز، وكانت عملية شبه دفعية تتضمن عدة مفاعلات، حيث كان بعضها قيد التشغيل بينما كانت مفاعلات أخرى في مراحل مختلفة من تجديد المحفز. استُخدمت صمامات تعمل بمحركات كهربائية للتبديل بين تشغيل المفاعلات أثناء التشغيل والتجديد خارجها، وكان مؤقت دوري يُدير عملية التبديل. كان ما يقرب من ٥٠٪ من المنتج المُكسّر بنزينًا، مقارنةً بنحو ٢٥٪ من عمليات التكسير الحراري. [ ١٦ ] [ ١٧ ] [ ١٨ ] 

بحلول عام 1938، عندما تم الإعلان عن عملية هودري علنًا، كانت شركة سوكوني-فاكيوم قد بدأت في بناء ثماني وحدات إضافية. كما بدأ ترخيص العملية لشركات أخرى، وبحلول عام 1940 كان هناك 14 وحدة هودري قيد التشغيل تعالج 140,000 برميل يوميًا (22,000 متر مكعب /يوم) . 

كانت الخطوة الرئيسية التالية هي تطوير عملية مستمرة بدلاً من عملية هودري شبه الدفعية. وقد تحققت هذه الخطوة بظهور عملية الطبقة المتحركة المعروفة باسم عملية التكسير التحفيزي الحراري (TCC)، والتي تستخدم ناقلًا دلوًا لنقل المحفز من فرن التجديد إلى قسم المفاعل المنفصل. تم بناء وحدة تجريبية صغيرة شبه تجارية لعملية التكسير التحفيزي الحراري في مصفاة بولسبورو التابعة لشركة سوكوني-فاكيوم عام 1941، وعملت بنجاح، حيث أنتجت 500 برميل يوميًا (79 مترًا مكعبًا /يوم) . ثم بدأت وحدة تجارية كاملة الحجم لعملية التكسير التحفيزي الحراري، تعالج 10000 برميل يوميًا (1600 متر مكعب /يوم)، العمل عام 1943 في مصفاة بومونت بولاية تكساس التابعة لشركة ماغنوليا أويل ، وهي شركة تابعة لشركة سوكوني-فاكيوم . بحلول نهاية الحرب العالمية الثانية في عام 1945، كانت طاقة معالجة وحدات TCC العاملة حوالي 300000 برميل في اليوم (48000 متر مكعب / يوم) .   

يُقال إن وحدتي هودري وتي سي سي كانتا عاملاً رئيسياً في انتصار بريطانيا العظمى والولايات المتحدة في الحرب العالمية الثانية، وذلك بتوفير البنزين عالي الأوكتان اللازم لمحركات طائرات سبيتفاير وموستانج ذات نسبة الضغط العالية والأكثر كفاءة . [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] كما ساهمت إمدادات وقود الطائرات الأمريكي في سدّ النقص في البنزين عالي الأوكتان لدى سلاح الجو التابع للجيش الأحمر.

في السنوات التي أعقبت الحرب العالمية الثانية مباشرةً، طُوِّرت عملية هودري فلو وعملية التكرير الحراري بالرفع الهوائي كتحسينات على تقنية الطبقة المتحركة. وكما هو الحال مع مفاعلات هودري ذات الطبقة الثابتة، مثّلت تصاميم الطبقة المتحركة مثالًا رائعًا للهندسة المتقنة، إذ طوّرت طريقةً لنقل المحفز باستمرار بين قسمي المفاعل والتجديد. وبدأ تشغيل أول وحدة تكرير حراري بالرفع الهوائي في أكتوبر 1950 في مصفاة بومونت بولاية تكساس.

بدأت شركة ستاندرد أويل أوف نيوجيرسي بدراسة عملية التكسير التحفيزي السائل هذه في عشرينيات القرن الماضي ، إلا أن الأبحاث توقفت خلال فترة الكساد الاقتصادي بين عامي 1929 و1939. وفي عام 1938، عندما برز نجاح عملية هودري، استأنفت ستاندرد أويل أوف نيوجيرسي المشروع، آملةً في منافسة هودري، وذلك ضمن اتحاد ضم خمس شركات نفط ( ستاندرد أويل أوف نيوجيرسي ، وستاندرد أويل أوف إنديانا ، وأنجلو-إيرانيان أويل ، وتكساس أويل ، ورويال داتش شل )، وشركتين هندسيتين إنشائيتين ( إم دبليو كيلوج ليمتد، ويونيفرسال أويل برودكتس )، وشركة كيميائية ألمانية ( آي جي فاربن ). عُرف هذا الاتحاد باسم "شركاء الأبحاث التحفيزية" (CRA)، وكان هدفه تطوير عملية تكسير تحفيزي لا تنتهك براءات اختراع هودري. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

اقترح أستاذا الهندسة الكيميائية وارن ك. لويس وإدوين ر. جيلياند من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) على باحثي شركة CRA أن تدفق غاز منخفض السرعة عبر مسحوق قد "يرفعه" بما يكفي ليجعله يتدفق بطريقة مشابهة للسائل. وانطلاقًا من فكرة المحفز المميع ، طوّر الباحثون دونالد كامبل وهومر مارتن وإيجر مورفري وتشارلز تايسون من شركة ستاندرد أويل أوف نيوجيرسي (التي تُعرف الآن باسم شركة إكسون موبيل) أول وحدة تكسير تحفيزي مميع. ويصف براءة اختراعهم الأمريكية رقم 2,451,804، بعنوان " طريقة وجهاز لتلامس المواد الصلبة والغازات "، اختراعهم الرائد. واستنادًا إلى عملهم، أنشأت شركة إم دبليو كيلوج محطة تجريبية كبيرة في مصفاة باتون روج بولاية لويزيانا التابعة لشركة ستاندرد أويل أوف نيوجيرسي. وبدأت المحطة التجريبية العمل في مايو 1940.

استنادًا إلى نجاح المحطة التجريبية، بدأ أول مصنع تجاري للتكسير التحفيزي للسوائل (المعروف باسم النموذج الأول FCC) بمعالجة 13000 برميل يوميًا (2100 متر مكعب /يوم) من زيت البترول في مصفاة باتون روج في 25 مايو 1942، بعد أربع سنوات فقط من تشكيل اتحاد CRA وفي خضم الحرب العالمية الثانية. وبعد أكثر من شهر بقليل، في يوليو 1942، كان المصنع يعالج 17000 برميل يوميًا (2700 متر مكعب /يوم) . وفي عام 1963، أُغلقت وحدة النموذج الأول FCC بعد 21 عامًا من التشغيل، ثم فُككت لاحقًا. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]  

على مدى عقود عديدة منذ بدء تشغيل وحدة التكسير التحفيزي للسوائل من طراز "موديل 1"، تم إيقاف تشغيل جميع وحدات هودري ذات الطبقة الثابتة، وكذلك معظم وحدات الطبقة المتحركة (مثل وحدات التكسير التحفيزي الحراري)، بينما تم بناء مئات من وحدات التكسير التحفيزي للسوائل. خلال تلك العقود، تطورت العديد من تصاميم التكسير التحفيزي للسوائل المحسّنة، وتحسنت محفزات التكسير بشكل كبير، لكن وحدات التكسير التحفيزي للسوائل الحديثة هي في الأساس نفسها وحدة التكسير التحفيزي للسوائل من طراز "موديل 1" الأولى.

العوائد الحديثة النموذجية

جميع نتائج الجدول مأخوذة من دليل التكسير التحفيزي للسوائل [ 20 ]
نسبة التحويل 80%نوع المحفز
المادة الخام = زيت غاز شمعيمادة غير متبلورة، عالية الألوميناالزيوليت، XZ-25
نسبة H2 الوزنية0.080.04
C1-C2 wt%3.82.1
بروبيلين C3 = نسبة مئوية حجمية16.111.8
البروبان C3 نسبة الحجم1.51.3
نسبة البوتين الحجمية12.27.8
نسبة حجم الأيزوبيوتان7.97.2
نسبة حجم البيوتان العادي0.70.4
C5-390F عند 90% ASTM (بنزين)55.562.0
زيت الوقود الخفيف (دورة) الحجم %4.26.1
زيت الوقود الثقيل (دورة) نسبة الحجم15.813.9
إجمالي العائد السائل (نسبة مئوية حجمية)117.7112.6
نسبة وزن الكوكاكولا (المستهلكة)5.64.1
بنزين أوكتان9489.8

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 جيمس هـ. غاري؛ غلين إي. هاندويرك (2001). تكرير البترول: التكنولوجيا والاقتصاد (الطبعة الرابعة  ). مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 0-8247-0482-7.
  2. 1 2 3 4 جيمس ج. سبيت (2006). كيمياء وتكنولوجيا البترول (الطبعة الرابعة ). مطبعة سي آر سي. رقم ISBN  0-8493-9067-2.
  3. 1 2 3 4 5 6 رضا صادق بيجي (2000). دليل التكسير التحفيزي للسوائل ( الطبعة الثانية). دار نشر الخليج. ISBN  0-88415-289-8.
  4. 1 2 3 4 ديفيد إس جيه جونز وبيتر بي بوجادو (محرران) (2006). دليل معالجة البترول ( الطبعة الأولى). سبرينغر. ISBN  1-4020-2819-9.{{cite book}}له |author=اسم عام ( مساعدة )
  5. ↑ معالجة المدخلات الخام الطازجة في الولايات المتحدة بواسطة وحدات التكسير التحفيزي ( مؤرشفة بتاريخ 28-09-2008 في Wayback Machine (إدارة معلومات الطاقة، وزارة الطاقة الأمريكية))
  6. 1 2 3 لي، ز.؛ بافيا، س. (2023-12-01). "إمكانات نفايات محفز التكسير السائل المستهلك (FCC) لإنتاج أسمنت منخفض الكربون. تأثير المعالجات لتعزيز التفاعل" . مجلة الأسمنت . 14 100081. doi : 10.1016/j.cement.2023.100081 . hdl : 2262/103963 . ISSN 2666-5492 . 
  7. 1 2 غونزاليس، إم آر؛ بيريرا، إيه إم؛ بوش، بي؛ فيتر، جي؛ لارا، في إتش؛ باسالديللا، إي آي (2016-06-01). "التطورات البنيوية والمورفولوجية لحبيبات محفز FCC المستهلكة نحو زوليت NaA" . مجلة علوم المواد . 51 (11): 5061-5072 . Bibcode : 2016JMatS..51.5061G . doi : 10.1007/s10853-016-9809-7 . ISSN 1573-4803 . S2CID 101591699 .  
  8. ↑ هيئة التحرير (نوفمبر 2002). "عمليات التكرير 2002". معالجة الهيدروكربونات : 108-112 . ISSN 0887-0284 . 
  9. ↑ راولنس، دي جيه؛ جوسلينج، ك. (1991). "التعطيل غير العكوس لمحفزات التكسير التحفيزي للسوائل". التحفيز اليوم . 11 : 47-59 . doi : 10.1016/0920-5861(91)87006-9 .
  10. ↑ "التكسير التحفيزي للسوائل" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 18-11-2008 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-05-2008 .
  11. ↑ أليكس سي. هوفمان؛ لويس إي. شتاين (2002). الأعاصير الغازية وأنابيب الدوامة: المبادئ والتصميم والتشغيل (الطبعة الأولى ). سبرينغر. ISBN  3-540-43326-0.
  12. ↑ رحيمي، نازي؛ كريم زاده، رامين (2011). "التكسير التحفيزي للهيدروكربونات باستخدام زِيوليت ZSM-5 المُعدَّل لإنتاج الأوليفينات الخفيفة: مراجعة". التحفيز التطبيقي أ: عام . 398 ( 1-2 ): 1-17 . Bibcode : 2011AppCA.398....1R . doi : 10.1016/j.apcata.2011.03.009 .
  13. 1 2 جيسيكا إلزيا كوجل، ونيخيل سي. تريفيدي، وجيمس إم. باربر، وستانلي تي. كروكوفسكي (محررون) (2006). المعادن والصخور الصناعية: السلع والأسواق والاستخدامات ( الطبعة السابعة). جمعية التعدين والمعادن والاستكشاف. ISBN  0-87335-233-5.{{cite book}}: |author=له اسم عام ( مساعدة ) صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  14. 1 2 وين-تشينغ يانغ (2003). دليل أنظمة التمييع وجزيئات السوائل . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 0-8247-0259-X.
  15. ↑ رائد التكسير التحفيزي: ألمر مكافي في شركة جلف أويل. مؤرشف بتاريخ 18-04-2008 في موقع Wayback Machine (موقع جمعية التحفيز في أمريكا الشمالية)
  16. 1 2 3 4 5 تيم بالوكا (شتاء 2005). "ساحر الأوكتان: يوجين هودري" . الاختراع والتكنولوجيا . 20 (3). مؤرشف من الأصل في 2008-06-02 . تم الاسترجاع في 2008-05-10 .
  17. 1 2 3 4 5 آموس أ. أفيدان، مايكل إدواردز، وهارتلي أوين (قسم البحث والتطوير في موبيل) (8 يناير 1990). "تحسينات مبتكرة تُسلط الضوء على ماضي شركة FCC ومستقبلها" . مجلة النفط والغاز . 88 (2).
  18. 1 2 3 4 5 "عملية هودري للتكسير التحفيزي" . الجمعية الكيميائية الأمريكية . تم الاطلاع عليه في 27 أبريل 2012 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  19. ↑ إيجر مورفري والفرسان الأربعة: التكسير التحفيزي السائل (FCC) مؤرشف بتاريخ 18-04-2008 في موقع Wayback Machine (موقع جمعية التحفيز في أمريكا الشمالية)
  20. ↑ صادق بيجي، رضا (2000). دليل التكسير التحفيزي للسوائل ( الطبعة الثانية). هيوستن، تكساس: شركة جلف للنشر. ص 130. ISBN   978-0-88415-289-7.