التكسير التحفيزي السائل

📅 آخر تحديث: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
وحدة تكسير تحفيزي للسوائل نموذجية في مصفاة بترول.

التكسير الحفزي السائل (FCC) هو عملية التحويل المستخدمة في مصافي البترول لتحويل كسور الهيدروكربونات عالية الغليان وعالية الوزن الجزيئي للبترول (الزيوت الخام) إلى بنزين وغازات ألكين ومنتجات بترولية أخرى. [1] [2] [3] تم تكسير الهيدروكربونات البترولية في الأصل عن طريق التكسير الحراري ، والذي تم استبداله الآن تقريبًا بالتكسير الحفزي ، والذي ينتج أحجامًا أكبر من البنزين عالي الأوكتان ؛ وينتج غازات ثانوية، مع المزيد من الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون (أي الألكينات)، والتي لها قيمة اقتصادية أكبر من الغازات الناتجة عن التكسير الحراري.

عادةً ما تكون المادة الخام لعملية تحويل FCC هي زيت الغاز الثقيل (HGO)، وهو ذلك الجزء من البترول (النفط الخام) الذي تبلغ درجة غليانه الأولية 340 درجة مئوية (644 درجة فهرنهايت) أو أعلى، عند الضغط الجوي ، وله وزن جزيئي متوسط ​​يتراوح من حوالي 200 إلى 600 أو أعلى؛ يُعرف زيت الغاز الثقيل أيضًا باسم "زيت الغاز الثقيل الفراغي" (HVGO). في عملية التكسير الحفزي السائل، يتم تسخين مادة تغذية HGO إلى درجة حرارة عالية وضغط معتدل، ثم يتم وضعها على اتصال بمحفز ساخن ومسحوق ، والذي يكسر الجزيئات طويلة السلسلة من سوائل الهيدروكربون ذات نقطة الغليان العالية إلى جزيئات قصيرة السلسلة، والتي يتم جمعها بعد ذلك كبخار.

الاقتصاد

تستخدم مصافي النفط التكسير الحفزي السائل لتصحيح اختلال التوازن بين الطلب في السوق على البنزين والفائض من المنتجات الثقيلة عالية الغليان الناتجة عن تقطير النفط الخام .

اعتبارًا من عام 2006، كانت وحدات التكسير التحفيزي تعمل في 400 مصفاة بترول حول العالم، ويتم معالجة حوالي ثلث النفط الخام المكرر في تلك المصافي في وحدة التكسير التحفيزي لإنتاج البنزين عالي الأوكتان وزيوت الوقود . [2] [4] خلال عام 2007، عالجت وحدات التكسير التحفيزي في الولايات المتحدة ما مجموعه 5.300.000 برميل (840.000 م 3 ) من المواد الخام يوميًا، [5] وعالجت وحدات التكسير التحفيزي في جميع أنحاء العالم حوالي ضعف هذه الكمية.

تعتبر وحدات التكسير التحفيزي السائل أقل شيوعًا في أوروبا والشرق الأوسط وأفريقيا ( EMEA ) لأن هذه المناطق لديها طلب مرتفع على الديزل والكيروسين ، والتي يمكن تلبيتها بالتكسير الهيدروجيني . في الولايات المتحدة، يعد التكسير التحفيزي السائل أكثر شيوعًا لأن الطلب على البنزين أعلى .

مخطط التدفق ووصف العملية

وحدات FCC الحديثة عبارة عن عمليات مستمرة تعمل على مدار 24 ساعة في اليوم لمدة تصل إلى 3 إلى 5 سنوات بين عمليات الإغلاق المجدولة للصيانة الروتينية. [6] [7]

هناك العديد من التصميمات الخاصة المختلفة التي تم تطويرها لوحدات التكسير التحفيزي السائل الحديثة. كل تصميم متاح بموجب ترخيص يجب شراؤه من مطور التصميم من قبل أي شركة تكرير بترول ترغب في إنشاء وتشغيل وحدة تكسير تحفيزي سائل بتصميم معين.

هناك تكوينان مختلفان لوحدة التكسير التحفيزي السائل: النوع "المكدس" حيث يتم احتواء المفاعل ومولد المحفز في وعاءين منفصلين، مع وجود المفاعل فوق المولد، مع وجود تنورة بين هذين الوعاءين تسمح لأنابيب الغاز المنبعثة من المولد بالاتصال بأعلى وعاء المولد، والنوع "المتجاور" حيث يتم وضع المفاعل ومولد المحفز في وعاءين منفصلين. يشغل التكوين المكدس مساحة مادية أقل من منطقة المصفاة. هؤلاء هم مصممو ومرخصو التكسير التحفيزي السائل الرئيسيون: [1] [3] [4] [8]

التكوين جنبًا إلى جنب:

التكوين المكدس:

يزعم كل من الجهات المرخصة للتصميمات الملكية أن لديه ميزات ومزايا فريدة. إن المناقشة الكاملة للمزايا النسبية لكل عملية من العمليات تتجاوز نطاق هذه المقالة.

المفاعل والمجدد

يعتبر المفاعل والمجدد قلب وحدة التكسير الحفزي السائل. يعتمد مخطط التدفق التخطيطي لوحدة التكسير الحفزي السائل الحديثة النموذجية في الشكل 1 أدناه على التكوين "جنبًا إلى جنب". يتم دمج المواد الخام البترولية عالية الغليان المسخنة مسبقًا (عند حوالي 315 إلى 430 درجة مئوية) المكونة من جزيئات هيدروكربونية طويلة السلسلة مع زيت الملاط المعاد تدويره من أسفل عمود التقطير وحقنها في رافع المحفز حيث يتم تبخيره وتكسيره إلى جزيئات أصغر من البخار عن طريق ملامسته وخلطه مع المحفز المسحوق الساخن جدًا من المجدد. تحدث جميع تفاعلات التكسير في رافع المحفز خلال فترة تتراوح من 2 إلى 4 ثوانٍ. تعمل أبخرة الهيدروكربون على "تحويل" المحفز المسحوق إلى سائل ويتدفق خليط أبخرة الهيدروكربون والمحفز إلى الأعلى ليدخل المفاعل عند درجة حرارة تبلغ حوالي 535 درجة مئوية وضغط يبلغ حوالي 1.72  بار .

المفاعل هو وعاء يتم فيه فصل أبخرة المنتج المتشققة عن المحفز المستنفد : (أ) عن طريق التدفق عبر مجموعة من الأعاصير ذات المرحلتين داخل المفاعل و(ب) يتدفق المحفز المستنفد إلى أسفل عبر قسم نزع البخار لإزالة أي أبخرة هيدروكربونية قبل أن يعود المحفز المستنفد إلى مولد المحفز . يتم تنظيم تدفق المحفز المستنفد إلى مولد المحفز بواسطة صمام انزلاقي في خط المحفز المستنفد.

نظرًا لأن تفاعلات التكسير تنتج بعض المواد الكربونية (المشار إليها باسم فحم الكوك المحفز) التي تترسب على المحفز وتقلل بسرعة كبيرة من نشاط المحفز، يتم تجديد المحفز عن طريق حرق فحم الكوك المترسب بالهواء المنفوخ في المجدد. يعمل المجدد عند درجة حرارة تبلغ حوالي 715 درجة مئوية وضغط يبلغ حوالي 2.41 بار، وبالتالي يعمل المجدد عند ضغط أعلى بحوالي 0.7 بار من المفاعل. يكون احتراق فحم الكوك طاردًا للحرارة وينتج كمية كبيرة من الحرارة التي يمتصها المحفز المتجدد جزئيًا ويوفر الحرارة المطلوبة لتبخير المواد الخام وتفاعلات التكسير الماصة للحرارة التي تحدث في رافع المحفز. لهذا السبب، غالبًا ما يشار إلى وحدات التكسير التحفيزي المائع بأنها "متوازنة حراريًا".

يتدفق المحفز الساخن (عند حوالي 715 درجة مئوية) الذي يغادر المجدد إلى بئر سحب المحفز حيث يُسمح لأي غازات احتراق محصورة بالهروب والتدفق مرة أخرى إلى الجزء العلوي إلى المجدد. يتم تنظيم تدفق المحفز المتجدد إلى نقطة حقن المواد الخام أسفل رافع المحفز بواسطة صمام انزلاقي في خط المحفز المتجدد. يخرج غاز المداخن الساخن من المجدد بعد المرور عبر مجموعات متعددة من الأعاصير ثنائية المرحلة التي تزيل المحفز المحصور من غاز المداخن.

تبلغ كمية المحفز المتداول بين المجدد والمفاعل حوالي 5 كجم لكل كجم من المواد الخام، وهو ما يعادل حوالي 4.66 كجم لكل لتر من المواد الخام. [1] [9] وبالتالي، فإن وحدة التكسير التحفيزي السائل التي تعالج 75000 برميل يوميًا (11900 متر مكعب / يوم) ستدور حوالي 55900  طن يوميًا من المحفز. [7] [6]

الشكل 1: مخطط تدفق تخطيطي لوحدة التكسير الحفزي السائل كما تستخدم في مصافي البترول

العمود الرئيسي

تتدفق أبخرة ناتج التفاعل (عند 535 درجة مئوية وضغط 1.72 بار) من أعلى المفاعل إلى القسم السفلي من العمود الرئيسي (يشار إليه عادةً باسم المجزئ الرئيسي حيث يحدث تقسيم التغذية) حيث يتم تقطيرها إلى منتجات FCC النهائية من النفتا البترولية المتشققة وزيت الوقود والغاز الخارجي . بعد مزيد من المعالجة لإزالة مركبات الكبريت ، تصبح النفتا المتشققة مكونًا عالي الأوكتان في البنزين المخلوط بالمصفاة.

يتم إرسال الغاز المنبعث من المجزئ الرئيسي إلى ما يسمى بوحدة استعادة الغاز حيث يتم فصله إلى البوتانات والبوتيلينات والبروبان والبروبيلين والغازات ذات الوزن الجزيئي المنخفض ( الهيدروجين والميثان والإيثيلين والإيثان ) . قد تقوم بعض وحدات استعادة الغاز FCC أيضًا بفصل بعض الإيثان والإيثيلين .

على الرغم من أن مخطط التدفق التخطيطي أعلاه يصور المجزئ الرئيسي على أنه يحتوي على مجزئ جانبي واحد ومنتج واحد من زيت الوقود، فإن العديد من المجزئات الرئيسية FCC تحتوي على مجزئين جانبيين وتنتج زيت وقود خفيف وزيت وقود ثقيل. وبالمثل، تنتج العديد من المجزئات الرئيسية FCC نافثا متشققة خفيفة ونافثا متشققة ثقيلة. يشير المصطلحان الخفيف والثقيل في هذا السياق إلى نطاقات غليان المنتج، حيث يكون للمنتجات الخفيفة نطاق غليان أقل من المنتجات الثقيلة.

يحتوي زيت المنتج السفلي من المجزئ الرئيسي على جزيئات محفز متبقية لم تتم إزالتها تمامًا بواسطة الأعاصير في الجزء العلوي من المفاعل. ولهذا السبب، يُشار إلى زيت المنتج السفلي باسم زيت الملاط . يتم إعادة تدوير جزء من زيت الملاط هذا مرة أخرى إلى المجزئ الرئيسي فوق نقطة دخول أبخرة ناتج التفاعل الساخنة لتبريد وتكثيف أبخرة ناتج التفاعل جزئيًا عند دخولها إلى المجزئ الرئيسي. يتم ضخ ما تبقى من زيت الملاط عبر مرسب الملاط. يحتوي الزيت السفلي من مرسب الملاط على معظم جزيئات محفز زيت الملاط ويتم إعادة تدويره مرة أخرى في رافع المحفز عن طريق دمجه مع زيت تغذية FCC. يتم سحب زيت الملاط المصفى أو زيت التصفية من أعلى مرسب الملاط لاستخدامه في مكان آخر في المصفاة، كمكون لخلط زيت الوقود الثقيل، أو كمادة خام للكربون الأسود .

غاز المداخن المتجدد

اعتمادًا على اختيار تصميم FCC، قد يكون الاحتراق في المجدد للفحم الكوك على المحفز المستنفد احتراقًا كاملاً لثاني أكسيد الكربون CO 2 أو لا يكون كذلك. يتم التحكم في تدفق هواء الاحتراق لتوفير النسبة المطلوبة من أول أكسيد الكربون (CO) إلى ثاني أكسيد الكربون لكل تصميم FCC محدد. [1] [4]

في التصميم الموضح في الشكل 1، تم حرق الفحم جزئيًا فقط إلى ثاني أكسيد الكربون . يتم توجيه غاز الاحتراق (المحتوي على أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ) عند 715 درجة مئوية وضغط 2.41 بار من خلال فاصل محفز ثانوي يحتوي على أنابيب دوامية مصممة لإزالة 70 إلى 90 في المائة من الجسيمات الموجودة في غاز المداخن التي تغادر المجدد. [10] وهذا مطلوب لمنع تلف التآكل للشفرات في الموسع التوربيني الذي يتم توجيه غاز المداخن من خلاله بعد ذلك.

يوفر تمدد غاز المداخن من خلال موسع توربيني طاقة كافية لتشغيل ضاغط الهواء الاحتراقي للمجدد . يمكن للمحرك الكهربائي - المولد أن يستهلك أو ينتج طاقة كهربائية. إذا لم يوفر تمدد غاز المداخن طاقة كافية لتشغيل ضاغط الهواء، يوفر المحرك الكهربائي - المولد الطاقة الإضافية اللازمة. إذا وفر تمدد غاز المداخن طاقة أكبر من اللازمة لتشغيل ضاغط الهواء، فإن المحرك الكهربائي - المولد يحول الطاقة الزائدة إلى طاقة كهربائية ويصدرها إلى النظام الكهربائي للمصفاة. [3]

يتم بعد ذلك توجيه غاز المداخن المتوسع عبر غلاية توليد البخار (يشار إليها باسم غلاية CO) حيث يتم حرق أول أكسيد الكربون في غاز المداخن كوقود لتوفير البخار للاستخدام في المصفاة وكذلك للامتثال لأي حدود تنظيمية بيئية قابلة للتطبيق على انبعاثات أول أكسيد الكربون. [3]

تتم معالجة غاز المداخن أخيرًا من خلال مرسب كهروستاتيكي (ESP) لإزالة الجسيمات المتبقية للامتثال لأي لوائح بيئية سارية فيما يتعلق بانبعاثات الجسيمات. يزيل ESP الجسيمات في نطاق الحجم من 2 إلى 20  ميكرومتر من غاز المداخن. [3] أحيانًا ما تكون أنظمة مرشح الجسيمات، المعروفة باسم أجهزة الفصل في المرحلة الرابعة (FSS)، مطلوبة لتلبية حدود انبعاثات الجسيمات. يمكن أن تحل هذه الأنظمة محل ESP عندما تكون انبعاثات الجسيمات هي الشاغل الوحيد.

يتم استخدام التوربين البخاري في نظام معالجة غازات المداخن (كما هو موضح في الرسم التخطيطي أعلاه) لتشغيل ضاغط هواء الاحتراق الخاص بالمولد أثناء بدء تشغيل وحدة FCC حتى يتوفر ما يكفي من غازات الاحتراق لتولي هذه المهمة.

آلية ومنتجات التكسير التحفيزي

الشكل 2: مثال بياني للتكسير التحفيزي للهيدروكربونات البترولية

تؤدي عملية التكسير الحفزي السائل إلى تكسير الهيدروكربونات الكبيرة عن طريق تحويلها إلى كاتيونات كربونية ، والتي تخضع لعدد لا يحصى من عمليات إعادة الترتيب. [11]

الشكل 2 عبارة عن رسم تخطيطي مبسط للغاية يوضح كيف تعمل هذه العملية على تفكيك الهيدروكربونات الألكانية ذات السلسلة المستقيمة (البارافين) عالية الغليان إلى ألكانات ذات سلسلة مستقيمة أصغر حجمًا بالإضافة إلى ألكانات ذات سلسلة متفرعة وألكينات متفرعة (أوليفينات) وحلقي ألكانات (نفثينات). يُشار إلى تفكيك جزيئات الهيدروكربون الكبيرة إلى جزيئات أصغر من الناحية الفنية من قبل الكيميائيين العضويين باسم انقسام الروابط بين الكربون والكربون.

كما هو موضح في الشكل 2، يتم بعد ذلك تكسير بعض الألكانات الأصغر وتحويلها إلى ألكينات وألكينات متفرعة أصغر حجمًا مثل غازات الإيثيلين والبروبيلين والبوتيلينات والأيزوبيوتيلينات . هذه الغازات الأوليفينية ذات قيمة للاستخدام كمواد خام للبتروكيماويات. كما أن البروبيلين والبوتيلين والأيزوبيوتيلين هي أيضًا مواد خام قيمة لبعض عمليات تكرير البترول التي تحولها إلى مكونات خلط البنزين عالي الأوكتان.

كما هو موضح أيضًا في الشكل 2، يتم تحويل السيكلو ألكانات (النفثينات) المتكونة من التفكك الأولي للجزيئات الكبيرة إلى مركبات عطرية مثل البنزين والتولوين والزيلين ، والتي تغلي في نطاق غليان البنزين ولها تصنيفات أوكتان أعلى بكثير من الألكانات .

في عملية التكسير يتم أيضًا إنتاج الكربون الذي يترسب على المحفز (فحم الكوك المحفز). يتم قياس ميل تكوين الكربون أو كمية الكربون في الخام أو تغذية التكسير التحفيزي باستخدام طرق مثل بقايا الكربون الدقيقة أو بقايا الكربون كونرادسون أو بقايا الكربون رامسبوتوم . [1] [2] [3] [4]

المحفزات

تستمر وحدات التكسير التحفيزي الجزيئي في سحب واستبدال بعض المحفزات من أجل الحفاظ على مستوى ثابت من النشاط. محفزات التكسير التحفيزي الجزيئي الحديثة عبارة عن مساحيق ناعمة بكثافة إجمالية تتراوح من 0.80 إلى 0.96 جم/سم 3 ولها توزيع حجم الجسيمات يتراوح من 10 إلى 150 ميكرومتر ومتوسط ​​حجم الجسيمات من 60 إلى 100 ميكرومتر. [12] [13] يعتمد تصميم وتشغيل وحدة التكسير التحفيزي الجزيئي إلى حد كبير على الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمحفز. الخصائص المرغوبة لمحفز التكسير التحفيزي الجزيئي هي:

  • استقرار جيد في درجات الحرارة العالية والبخار
  • نشاط عالي
  • أحجام المسام الكبيرة
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • انخفاض إنتاج الكوك
بنية قفص الألومينوسيليكات في الفوجيسيت . تشغل الألومنيوم أو السيليكون الرؤوس، وتشغل مراكز الأكسيد (O2- ) أو الهيدروكسيد (OH- ) . التعديلات الخاصة للفوجيسيت هي الأحماض الصلبة القوية ، والتي تحفز عند درجات الحرارة العالية إعادة ترتيب روابط CC التي تحدث في وحدات FCC.

يحتوي محفز التكسير التحفيزي الحفزي الحديث على أربعة مكونات رئيسية: الزيوليت البلوري والمصفوفة والمادة الرابطة والحشو. الزيوليت هو المكون النشط ويمكن أن يشكل من حوالي 15٪ إلى 50٪ من وزن المحفز. الفوجاسايت (المعروف أيضًا باسم النوع Y) هو الزيوليت المستخدم في وحدات التكسير التحفيزي الحفزي. [6] الزيوليت عبارة عن أحماض صلبة قوية (تعادل 90٪ حمض الكبريتيك ). [ بحاجة لمصدر ] يساهم مكون مصفوفة الألومينا في محفز التكسير التحفيزي الحفزي أيضًا في مواقع النشاط الحفزي. توفر مكونات المادة الرابطة والحشو القوة الفيزيائية وسلامة المحفز. المادة الرابطة عادة ما تكون سيليكا سول والحشو عادة ما يكون طينًا ( كاولين ). [12] [13] الموردون الرئيسيون لمحفزات التكسير التحفيزي الحفزي في جميع أنحاء العالم هم شركة Albemarle Corporation وشركة WR Grace Company وشركة BASF Catalysts (المعروفة سابقًا باسم Engelhard).

تاريخ

حدث أول استخدام تجاري للتكسير الحفزي في عام 1915 عندما طور ألمر م. ماكافي من شركة جلف ريفايننج عملية دفعية باستخدام كلوريد الألومنيوم ( محفز فريدل-كرافت المعروف منذ عام 1877) لتكسير زيوت البترول الثقيلة تحفيزيًا. ومع ذلك، فإن التكلفة الباهظة للمحفز منعت الاستخدام الواسع النطاق لعملية ماكافي في ذلك الوقت. [2] [14]

في عام 1922، قام مهندس ميكانيكي فرنسي يدعى يوجين جول هودري وصيدلاني فرنسي يدعى إي إيه برودوم بتأسيس مختبر بالقرب من باريس لتطوير عملية تحفيزية لتحويل فحم الليجنيت إلى بنزين. وبدعم من الحكومة الفرنسية، قاما ببناء مصنع تجريبي صغير في عام 1929 لمعالجة حوالي 60 طنًا يوميًا من فحم الليجنيت. أشارت النتائج إلى أن العملية لم تكن مجدية اقتصاديًا وتم إيقافها لاحقًا. [15] [16] [17]

وجد هودري أن تربة فولر ، وهي معدن طيني يحتوي على سيليكات الألومنيوم ، يمكنها تحويل الزيت المشتق من الليجنيت إلى بنزين. ثم بدأ في دراسة تحفيز زيوت البترول وحقق بعض النجاح في تحويل زيت البترول المتبخر إلى بنزين. في عام 1930، دعته شركة Vacuum Oil Company للحضور إلى الولايات المتحدة ونقل مختبره إلى بولسبورو ، نيو جيرسي .

في عام 1931، اندمجت شركة Vacuum Oil Company مع شركة Standard Oil of New York (Socony) لتشكيل شركة Socony-Vacuum Oil Company . في عام 1933، قامت وحدة صغيرة تابعة لشركة Houdry بمعالجة 200 برميل يوميًا (32 مترًا مكعبًا / يومًا) من زيت البترول. وبسبب الكساد الاقتصادي في أوائل الثلاثينيات، لم تعد شركة Socony-Vacuum قادرة على دعم عمل Houdry ومنحته الإذن بالسعي للحصول على المساعدة في مكان آخر.

في عام 1933، انضمت شركة هودري وسوكوني فاكيوم إلى شركة صن أويل لتطوير عملية هودري. وبعد ثلاث سنوات، في عام 1936، حولت شركة سوكوني فاكيوم وحدة تكسير حراري قديمة في مصفاة بولسبورو في نيوجيرسي إلى وحدة عرض صغيرة تستخدم عملية هودري لتكسير 2000 برميل يوميًا (320 مترًا مكعبًا / يومًا) من زيت البترول تحفيزيًا.

في عام 1937، بدأت شركة صن أويل تشغيل وحدة هودري جديدة لمعالجة 12000 برميل يوميًا (1900 متر مكعب / يوم) في مصفاة ماركوس هوك في بنسلفانيا. استخدمت عملية هودري في ذلك الوقت مفاعلات ذات سرير ثابت من المحفز وكانت عملية شبه دفعة تنطوي على مفاعلات متعددة مع تشغيل بعض المفاعلات بينما كانت المفاعلات الأخرى في مراحل مختلفة من تجديد المحفز. تم استخدام الصمامات التي تعمل بالمحرك للتبديل بين التشغيل عبر الإنترنت والتجديد غير المتصل وكان مؤقت الدورة يدير التبديل. كان ما يقرب من 50 في المائة من المنتج المتصدع عبارة عن بنزين مقارنة بحوالي 25 في المائة من عمليات التكسير الحراري. [15] [16] [17]

بحلول عام 1938، عندما تم الإعلان عن عملية Houdry علنًا، كان لدى Socony-Vacuum ثماني وحدات إضافية قيد الإنشاء. كما بدأ ترخيص العملية لشركات أخرى وبحلول عام 1940 كان هناك 14 وحدة Houdry قيد التشغيل لمعالجة 140.000 برميل يوميًا (22.000 متر مكعب / يوم).

كانت الخطوة الرئيسية التالية هي تطوير عملية مستمرة بدلاً من عملية Houdry شبه الدفعية. تم تنفيذ هذه الخطوة من خلال ظهور عملية السرير المتحرك المعروفة باسم عملية Thermofor Catalytic Cracking (TCC) والتي استخدمت مصعد ناقل دلو لنقل المحفز من فرن التجديد إلى قسم المفاعل المنفصل. تم بناء وحدة TCC تجريبية شبه تجارية صغيرة في مصفاة بولسبورو التابعة لشركة Socony-Vacuum في عام 1941 وتم تشغيلها بنجاح، حيث أنتجت 500 برميل يوميًا (79 مترًا مكعبًا / يومًا). ثم بدأت وحدة TCC تجارية كاملة النطاق تعالج 10000 برميل يوميًا (1600 مترًا مكعبًا / يومًا) في عام 1943 في مصفاة Beaumont، تكساس التابعة لشركة Magnolia Oil Company ، وهي شركة تابعة لشركة Socony-Vacuum . وبحلول نهاية الحرب العالمية الثانية في عام 1945، بلغت القدرة على معالجة وحدات TCC العاملة حوالي 300 ألف برميل يوميًا (48 ألف متر مكعب /يوم).

يقال أن وحدات Houdry و TCC كانت عاملاً رئيسيًا في الفوز بالحرب العالمية الثانية من خلال توفير البنزين عالي الأوكتان الذي تحتاجه القوات الجوية لبريطانيا العظمى والولايات المتحدة للمحركات الأكثر كفاءة ذات نسبة الضغط الأعلى لطائرات Spitfire و Mustang . [15] [16] [17] كما ألغت إمدادات غاز الطيران الأمريكي العجز في البنزين عالي الأوكتان للقوات الجوية للجيش الأحمر.

في السنوات التي تلت الحرب العالمية الثانية مباشرة، تم تطوير عملية Houdriflow وعملية TCC بالرفع الجوي كتغييرات محسنة على موضوع السرير المتحرك. ومثل مفاعلات Houdry ذات السرير الثابت، كانت تصميمات السرير المتحرك أمثلة رئيسية للهندسة الجيدة من خلال تطوير طريقة لنقل المحفز باستمرار بين أقسام المفاعل والتجديد. بدأت أول وحدة TCC بالرفع الجوي العمل في أكتوبر 1950 في مصفاة بومونت بولاية تكساس.

تم التحقيق في عملية التكسير الحفزي السائل هذه لأول مرة في عشرينيات القرن العشرين بواسطة شركة ستاندرد أويل في نيوجيرسي ، ولكن تم التخلي عن البحث عنها خلال سنوات الكساد الاقتصادي من عام 1929 إلى عام 1939. في عام 1938، عندما أصبح نجاح عملية هودري واضحًا، استأنفت شركة ستاندرد أويل في نيوجيرسي المشروع، على أمل المنافسة مع هودري، كجزء من اتحاد يضم خمس شركات نفط ( ستاندرد أويل في نيوجيرسي ، وستاندرد أويل في إنديانا ، وأنجلو إيرانيان أويل ، وتكساس أويل ، ورويال داتش شل )، وشركتين للهندسة والبناء ( إم دبليو كيلوج المحدودة ويونيفرسال أويل بروداكتس ) وشركة كيميائية ألمانية ( آي جي فاربن ). أطلق على الكونسورتيوم اسم Catalytic Research Associates (CRA) وكان الغرض منه تطوير عملية تكسير حفزي لا تؤثر على براءات اختراع هودري. [15] [16] [17]

اقترح أساتذة الهندسة الكيميائية وارن ك. لويس وإدوين ر. جيليلاند من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) على باحثي CRA أن تدفق الغاز منخفض السرعة عبر مسحوق قد "يرفعه" بما يكفي لجعله يتدفق بطريقة مماثلة للسائل. ركز الباحثون دونالد كامبل وهومر مارتن وإيجر مورفري وتشارلز تايسون من شركة ستاندرد أويل في نيوجيرسي (شركة إكسون موبيل الآن) على فكرة المحفز المائع ، حيث طوروا أول وحدة تكسير محفز مائع. تصف براءة اختراعهم الأمريكية رقم 2،451،804، طريقة وجهاز لملامسة المواد الصلبة والغازات ، اختراعهم المهم. بناءً على عملهم، قامت شركة MW Kellogg ببناء مصنع تجريبي كبير في مصفاة باتون روج بولاية لويزيانا التابعة لشركة ستاندرد أويل في نيوجيرسي. بدأ المصنع التجريبي العمل في مايو 1940.

بناءً على نجاح المصنع التجريبي، بدأ أول مصنع تجاري للتكسير الحفزي للسوائل (المعروف باسم Model I FCC) في معالجة 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. بعد أكثر من شهر بقليل، في يوليو 1942، كان يعالج 17000 برميل يوميًا (2700 متر مكعب / يوم). في عام 1963، تم إغلاق أول وحدة FCC من طراز Model I بعد 21 عامًا من التشغيل وتم تفكيكها لاحقًا. [15] [16] [17] [18]

على مدى العقود العديدة منذ بدء تشغيل وحدة FCC من طراز Model I، تم إيقاف تشغيل جميع وحدات Houdry ذات السرير الثابت وكذلك معظم وحدات السرير المتحرك (مثل وحدات TCC) بينما تم بناء مئات من وحدات FCC. خلال تلك العقود، تطورت العديد من تصميمات FCC المحسنة وتم تحسين محفزات التكسير بشكل كبير، لكن وحدات FCC الحديثة هي في الأساس نفس وحدة FCC من طراز Model I الأولى.


العائدات النموذجية لـ FCC الحديثة

جميع نتائج الجدول مأخوذة من دليل التكسير الحفزي السائل [19]
العائدات عند نسبة تحويل 80% نوع المحفز
تغذية = زيت الغاز الشمعي غير متبلور، نسبة عالية من الألومينا الزيوليت، XZ-25
نسبة الهيدروجين % 0.08 0.04
C1-C2% بالوزن 3.8 2.1
البروبيلين C3 = حجم% 16.1 11.8
البروبان C3 حجم % 1.5 1.3
نسبة البيوتينات 12.2 7.8
حجم البوتان % 7.9 7.2
حجم الن-بيوتان % 0.7 0.4
C5-390F بنسبة 90% ASTM (بنزين) 55.5 62.0
وقود الزيت الخفيف (الدورة) الحجم% 4.2 6.1
زيت الوقود الثقيل (الدورة) الحجم% 15.8 13.9
إجمالي العائد السائل الحجم% 117.7 112.6
نسبة الكوك (المستهلكة) 5.6 4.1
أوكتان البنزين 94 89.8

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ أ ب ج جيمس هـ. جاري؛ جلين إي. هاندويرك (2001). تكرير البترول: التكنولوجيا والاقتصاد (الطبعة الرابعة). دار نشر سي آر سي. رقم ISBN 0-8247-0482-7.
  2. ^ abcd James. G. Speight (2006). The Chemistry and Technology of Petroleum (4th ed.). CRC Press. ISBN 0-8493-9067-2.
  3. ^ abcdef رضا صادق بيجي (2000). دليل التكسير الحفزي السائل (الطبعة الثانية). دار الخليج للنشر. رقم ISBN 0-88415-289-8.
  4. ^ abcd David SJ Jones and Peter P. Pujado (Editors) (2006). Handbook of Petroleum Processing (First ed.). Springer. ISBN 1-4020-2819-9. {{cite book}}: |author=له اسم عام ( مساعدة )
  5. ^ المعالجة اللاحقة للمدخلات الغذائية الطازجة في الولايات المتحدة بواسطة وحدات التكسير الحفزي محفوظ في 2008-09-28 على موقع واي باك مشين (إدارة معلومات الطاقة، وزارة الطاقة الأمريكية)
  6. ^ abc Lei, Z.; Pavia, S. (2023-12-01). "إمكانية استخدام نفايات محفز تكسير السوائل المستهلكة (FCC) في إنتاج الأسمنت منخفض الكربون. تأثير المعالجات لتعزيز التفاعلية". CEMENT . 14 : 100081. doi : 10.1016/j.cement.2023.100081 . hdl : 2262/103963 . ISSN  2666-5492.
  7. ^ ab Gonzalez, MR; Pereyra, AM; Bosch, P.; Fetter, G.; Lara, VH; Basaldella, EI (2016-06-01). "التطورات البنيوية والشكلية لحبيبات محفز FCC المستهلكة نحو زيوليت NaA". مجلة علوم المواد . 51 (11): 5061–5072. رمز 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 الهيدروكربون : 108-112. ISSN  0887-0284.
  9. ^ التكسير التحفيزي السائل
  10. ^ أليكس سي هوفمان؛ لويس إي شتاين (2002). الأعاصير الغازية وأنابيب الدوامة: المبادئ والتصميم والتشغيل (الطبعة الأولى). سبرينغر. رقم ISBN 3-540-43326-0.
  11. ^ رحيمي، نازي؛ كريم زاده، رامين (2011). "التكسير التحفيزي للهيدروكربونات فوق الزيوليتات المعدلة من نوع ZSM-5 لإنتاج أوليفينات خفيفة: مراجعة". التحفيز التطبيقي أ: عام . 398 (1-2): 1-17. doi :10.1016/j.apcata.2011.03.009.
  12. ^ من تأليف جيسيكا إلزيا كوجيل، نيكيل سي. تريفيدي، جيمس إم. باربر، ستانلي تي. كروكوفسك (المحررون) (2006). المعادن والصخور الصناعية: السلع الأساسية والأسواق والاستخدامات (الطبعة السابعة). جمعية التعدين والمعادن والاستكشاف. رقم ISBN 0-87335-233-5. {{cite book}}: |author=له اسم عام ( مساعدة )صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  13. ^ ab Wen-Ching Yang (2003). Handbook of Fluidization and Fluid Particle Systems . CRC Press. ISBN 0-8247-0259-X.
  14. ^ رائد التكسير الحفزي: ألمر ماكافي في شركة جلف أويل محفوظ في 18 أبريل 2008 على موقع واي باك مشين (موقع جمعية التحفيز في أمريكا الشمالية)
  15. ^ abcde Tim Palucka (Winter 2005). "The Wizard of Octane: Eugene Houdry". Invention & Technology . 20 (3). مؤرشف من الأصل في 2008-06-02 . تم الاسترجاع في 2008-05-10 .
  16. ^ abcde Amos A. Avidan, Michael Edwards and Hartley Owen (Mobil Research and Development) (8 يناير 1990). "التحسينات المبتكرة تسلط الضوء على ماضي ومستقبل FCC". مجلة النفط والغاز . 88 (2).
  17. ^ abcde "عملية هودري للتكسير الحفزي". الجمعية الكيميائية الأمريكية . مؤرشف من الأصل في 12 يناير 2013. تم الاسترجاع في 27 أبريل 2012 .
  18. ^ إيجر مورفري والفرسان الأربعة: FCC، التكسير الحفزي السائل محفوظ في 18 أبريل 2008 على موقع Wayback Machine (موقع جمعية الحفز في أمريكا الشمالية)
  19. ^ صادق بيجي، رضا (2000). دليل التكسير الحفزي السائل (الطبعة الثانية). هيوستن، تكساس: شركة الخليج للنشر. ص. 130. ISBN 978-0-88415-289-7.
  • جولة في مصفاة فالرو (هيوستن، تكساس) وصف ومخطط مجموعة نقل الحركة
  • مناقشة موقع CD Tech على شبكة الإنترنت لـ Lummus FCC ومعالجة الهيدروجين للنفثا المتشققة تحفيزيًا.
  • شبكة لجنة الاتصالات الفيدرالية
  • استعادة أول أكسيد الكربون من محطة تكسير الوقود السائل باستخدام عملية COPureSM
  • جمعية التحفيز في أمريكا الشمالية
  • التكسير التحفيزي للسوائل (جامعة كولومبيا البريطانية، كواك فو، لي)
  • محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية لمولد FCC تجاري كامل النطاق
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=التكسير_التحفيزي_السوائلي&oldid=1252761527"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate