ما هي عملية التكسير الهيدروجيني في المصفاة؟ المبادئ والمراحل والتطبيقات

الإجابة على السؤال الأساسي:ما هي عملية التكسير الهيدروجيني في مصفاة النفط، وكيف تحول الكسور الثقيلة إلى وقود نظيف؟التكسير الهيدروجيني هو عملية تكرير بترول متقدمة ذات مرحلتين تعمل بالتحفيز، تجمع بين تكسير (تشقيق) جزيئات الهيدروكربون الثقيلة مع إضافة (هدرجة) غاز الهيدروجين في نفس الوقت. يعمل التكسير الهيدروجيني تحت ضغوط عالية ودرجات حرارة مرتفعة، ويحول المواد الأولية الثقيلة ذات القيمة المنخفضة - مثل زيوت الغاز المفرغة والمخلفات الجوية - إلى وقود نقل عالي الإنتاجية وعالي الأوكتان بما في ذلك الديزل فائق الكبريت المنخفض (ULSD) والكيروسين ووقود الطائرات.

يعتمد التكسير الهيدروجيني على توازن دقيق بين التكسير الحراري التحفيزي والإشباع الكيميائي:

• آلية المحفز ثنائي الوظيفة:تمتلك محفزات التكسير الهيدروجيني طبيعة مزدوجة. تتميز بدعامة حمضية (مثل الزيوليت أو السيليكا-الألومينا) التي تعزز تكسير الروابط بين ذرات الكربون والأيزومرة، جنبًا إلى جنب مع مكون معدني (مثل النيكل أو التنغستن أو المعادن النبيلة) الذي يدفع الهدرجة ويمنع تكوين فحم الكوك المفرط.

• الهدرجة والتنقية:عن طريق إدخال غاز الهيدروجين عالي النقاء إلى منطقة التفاعل، يتم تشبع الحلقات الأوليفينية غير المشبعة، ويتم تجريد الذرات غير المتجانسة (الكبريت والنيتروم) على شكل كبريتيد الهيدروجين والأمونيا.

• الإدارة الحرارية الطاردة للحرارة:تفاعل التكسير الهيدروجيني طارد للحرارة بشدة. تعد إدارة إطلاق الحرارة أمرًا بالغ الأهمية لحماية عمر المحفز ومنع التحلل الحراري للمادة الأولية للزيت.

تقوم مصافي النفط التجارية بتنفيذ التكسير الهيدروجيني من خلال تسلسل منظم متعدد الخطوات:

1. تحضير المادة الأولية وإزالة الكبريت:تتم معالجة الكسور الثقيلة للنفط الخام مسبقًا لإزالة المعادن النزرة والمواد الصلبة العالقة التي قد تسمم المحفزات اللاحقة.

2. تفاعل المرحلة الأولى (المعالجة الهيدروجينية والتكسير الجزئي):يتم خلط المادة الأولية المُجهزة مع هيدروجين إعادة تدوير عالي النقاء، وتسخينها إلى درجات حرارة التفاعل، وتغذيتها إلى مفاعل ذي طبقة متساقطة عالي الضغط حيث تحدث إزالة أولية للذرات غير المتجانسة وتكسير جزئي.

3. التكسير التحفيزي للمرحلة الثانية:ينتقل السائل الخارج إلى مفاعل التكسير الهيدروجيني الرئيسي المحمل بمحفزات ثنائية الوظيفة نشطة، حيث يتم تكسير الجزيئات الثقيلة بعمق إلى كسور أخف تحت تحكم دقيق في درجة الحرارة والضغط.

4. التجزئة والفصل:يمر خليط التفاعل عبر فواصل الضغط العالي والمنخفض لاستعادة غاز الهيدروجين غير المتفاعل (الذي يتم تنقيته وإعادة تدويره)، يليه أعمدة تقطير تجزيئي تقسم تيار المنتج السائل إلى غازات، نافثا، كيروسين، وديزل.