البتروكيماويات

البتروكيماويات (وتُختصر أحيانًا إلى بتروكيمات ^{[ 1 ]} ) هي المنتجات الكيميائية المُستخرجة من البترول عن طريق التكرير. كما تُستخرج بعض المركبات الكيميائية المُصنعة من البترول من أنواع أخرى من الوقود الأحفوري ، مثل الفحم أو الغاز الطبيعي ، أو من مصادر متجددة مثل الذرة أو ثمار النخيل أو قصب السكر .

أكثر فئتين شيوعًا في مجال البتروكيماويات هما الأوليفينات (بما في ذلك الإيثيلين والبروبيلين ) والمركبات العطرية ( بما في ذلك متصاوغات البنزين والتولوين والزيلين ) .

تُنتج مصافي النفط الأوليفينات والمركبات العطرية عن طريق التكسير التحفيزي المائع لمشتقات البترول. وتُنتج المصانع الكيميائية الأوليفينات عن طريق التكسير البخاري لسوائل الغاز الطبيعي مثل الإيثان والبروبان . أما المركبات العطرية فتُنتج عن طريق إعادة تشكيل النفتا التحفيزية . تُعد الأوليفينات والمركبات العطرية اللبنات الأساسية لمجموعة واسعة ^{من المواد} ، مثل المذيبات والمنظفات والمواد اللاصقة . كما تُشكل الأوليفينات أساس البوليمرات والأوليغومرات المستخدمة ^في صناعة البلاستيك والراتنجات والألياف والمطاطات ومواد التشحيم والهلام . [ ^{2 ]} [ ³ ]

بلغ الإنتاج العالمي من الإيثيلين 190 مليون طن، والبروبيلين 120 مليون طن في عام 2019. ^{[ 4 ]} ويبلغ إنتاج المركبات العطرية حوالي 70 مليون طن. تتركز أكبر صناعات البتروكيماويات في الولايات المتحدة وأوروبا الغربية ؛ إلا أن النمو الأكبر في الطاقة الإنتاجية الجديدة يتركز في الشرق الأوسط وآسيا . وتشهد تجارة البتروكيماويات بين المناطق نشاطًا كبيرًا.

تنقسم المواد البتروكيميائية الأولية إلى ثلاث مجموعات حسب تركيبها الكيميائي :

• تشمل الأوليفينات الإيثين والبروبين والبيوتين والبيوتادين . يُعدّ الإيثيلين والبروبيلين مصدرين مهمين للمواد الكيميائية الصناعية والمنتجات البلاستيكية . ويُستخدم البيوتادين في صناعة المطاط الصناعي .
• تشمل المركبات العطرية البنزين والتولوين والزيلينات ، ويُشار إليها مجتمعةً بالاختصار BTX ، وتُستخلص بشكل أساسي من مصافي البترول عن طريق استخلاصها من ناتج إعادة التشكيل الناتج في وحدات الإصلاح التحفيزي باستخدام النفتا المستخرجة من مصافي البترول. كما يمكن إنتاج BTX عن طريق أرمتة الألكانات. يُستخدم البنزين كمادة خام للأصباغ والمنظفات الصناعية، بينما يُستخدم البنزين والتولوين في صناعة إيزوسيانات MDI و TDI المستخدمة في إنتاج البولي يوريثان . ويستخدم المصنّعون الزيلينات في إنتاج البلاستيك والألياف الصناعية.
• غاز التخليق هو خليط من أول أكسيد الكربون والهيدروجين يُستخدم لإنتاج الميثانول ومواد كيميائية أخرى. يجب عدم الخلط بين وحدات التكسير بالبخار ووحدات إعادة تشكيل البخار المستخدمة لإنتاج الهيدروجين اللازم لإنتاج الأمونيا . تُستخدم الأمونيا في صناعة سماد اليوريا ، بينما يُستخدم الميثانول كمذيب ووسيط كيميائي .
• يتم الحصول على الميثان والإيثان والبروبان والبيوتان بشكل أساسي من محطات معالجة الغاز الطبيعي .
• الميثانول والفورمالديهايد .​

في عام 2007، بلغت كميات الإيثيلين والبروبيلين المنتجة في وحدات التكسير البخاري حوالي 115 مليون طن و70 مليون طن على التوالي. ^{[ 5 ]} وتراوحت طاقة إنتاج الإيثيلين في وحدات التكسير البخاري الكبيرة بين 1.0 و1.5 مليون طن سنويًا. ^{[ 6 ]}

يوضح الرسم التخطيطي المجاور بشكل مبسط مصادر الهيدروكربونات الرئيسية والعمليات المستخدمة في إنتاج البتروكيماويات. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ]}

تُصنع البتروكيماويات، مثل المواد الكيميائية الأساسية ، على نطاق واسع جدًا. وتختلف وحدات تصنيع البتروكيماويات عن مصانع المواد الكيميائية الأساسية في أنها غالبًا ما تُنتج عددًا من المنتجات ذات الصلة. قارن هذا بتصنيع المواد الكيميائية المتخصصة والمواد الكيميائية الدقيقة، حيث تُصنع المنتجات في عمليات دفعية منفصلة.

تُصنّع البتروكيماويات في الغالب في مواقع تصنيعية قليلة حول العالم، مثل مدينتي الجبيل وينبع الصناعيتين في المملكة العربية السعودية، وتكساس ولويزيانا في الولايات المتحدة الأمريكية، وتيسسايد في شمال شرق إنجلترا بالمملكة المتحدة ، وتاراغونا في كاتالونيا ، وروتردام في هولندا، وأنتويرب في بلجيكا ، وجامناجار وداهيج في ولاية غوجارات الهندية ، وسنغافورة . لا تُصنّع جميع المواد البتروكيماوية أو الكيميائية الأساسية التي تنتجها الصناعة الكيميائية في موقع واحد ، بل تُصنّع مجموعات من المواد ذات الصلة في مصانع متجاورة لتحقيق التكامل الصناعي، وكفاءة استخدام المواد والمرافق، وغيرها من وفورات الحجم . يُعرف هذا في مصطلحات الهندسة الكيميائية بالتصنيع المتكامل. تتواجد شركات الكيماويات المتخصصة والدقيقة أحيانًا في مواقع تصنيعية مشابهة للبتروكيماويات، ولكنها في معظم الحالات لا تحتاج إلى نفس مستوى البنية التحتية واسعة النطاق (مثل خطوط الأنابيب، ومرافق التخزين، والموانئ، والطاقة، إلخ)، ولذلك يمكن العثور عليها في مجمعات أعمال متعددة القطاعات.

تضم مواقع تصنيع البتروكيماويات واسعة النطاق تجمعات من وحدات التصنيع التي تتشارك في المرافق والبنى التحتية الضخمة، مثل محطات توليد الطاقة، وخزانات التخزين، ومرافق الموانئ، ومحطات الطرق والسكك الحديدية. ففي المملكة المتحدة، على سبيل المثال، توجد أربعة مواقع رئيسية لهذا النوع من التصنيع: بالقرب من نهر ميرسي في شمال غرب إنجلترا، وعلى نهر هامبر على الساحل الشرقي ليوركشاير، وفي غرانجماوث بالقرب من خور فورث في اسكتلندا، وفي تيسايد كجزء من تجمع صناعات المعالجة في شمال شرق إنجلترا (NEPIC). ولتوضيح هذا التجمع والتكامل، تُنتج شركات تجمع NEPIC في تيسايد نحو 50% من البتروكيماويات والمواد الكيميائية الأساسية في المملكة المتحدة.

في عام 1835، ترك الكيميائي الفرنسي هنري فيكتور رينو كلوريد الفينيل في الشمس، فوجد مادة صلبة بيضاء في قاع القارورة، وهي كلوريد البولي فينيل . وفي عام 1839، اكتشف إدوارد سيمون البوليسترين بالصدفة أثناء تقطير نبات الستوراكس . وفي عام 1856، اكتشف ويليام هنري بيركن أول صبغة اصطناعية، وهي الموفين . وفي عام 1888، لاحظ عالم النبات النمساوي فريدريش راينيتزر أن بنزوات الكوليستريل لها نقطتا انصهار مختلفتان. وفي عام 1909، اخترع ليو هندريك بايكلاند الباكليت المصنوع من الفينول والفورمالديهايد . وفي عام 1920، أنشأت شركة يونيون كاربايد أول مصنع للبتروكيماويات في العالم في ولاية فرجينيا الغربية . ^{[ 9 ]} وفي عام 1928، تم اختراع أنواع الوقود الاصطناعي باستخدام عملية فيشر-تروبش . في عام 1929، اخترع والتر بوك مطاط بونا-إس الصناعي ، وهو مطاط يتكون من الستايرين والبيوتادين ، ويُستخدم في صناعة إطارات السيارات. وفي عام 1933، قام أوتو روم ببلمرة أول ميثيل ميثاكريلات زجاج أكريليك . وفي عام 1935، اخترع مايكل بيرين البولي إيثيلين . وفي عام 1937، اخترع والاس هيوم كاروثرز النايلون . وفي عام 1938، اخترع أوتو باير البولي يوريثان . وفي عام 1941، اخترع روي بلانكيت التفلون. وفي عام 1946، اخترع البوليستر. تُصنع زجاجات بولي إيثيلين تيريفثالات (PET) من الإيثيلين والبارازيلين . وفي عام 1949 ، حوّل فريتز ستاتسني البوليسترين إلى رغوة . وبعد الحرب العالمية الثانية، تم اكتشاف البولي بروبيلين في أوائل الخمسينيات. وفي عام 1965، اخترع ستيفاني كوليك الكيفلار . ^{[ 10 ]}

فيما يلي قائمة جزئية بأهم المواد البتروكيماوية التجارية ومشتقاتها:

• الإيثيلين – أبسط الأوليفينات؛ يُستخدم كمادة خام كيميائية ومحفز للنضج
  • البولي إيثيلين – الإيثيلين المبلمر ؛ LDPE ، HDPE ، LLDPE
  • الإيثانول – عن طريق ترطيب الإيثيلين ( تفاعل كيميائي بإضافة الماء ) للإيثيلين
  • أكسيد الإيثيلين – عبر أكسدة الإيثيلين
    • الإيثيلين جليكول – عبر ترطيب أكسيد الإيثيلين
      • سائل تبريد المحرك – خليط من الإيثيلين جليكول والماء ومثبط التآكل
      • البوليسترات - أي من البوليمرات العديدة التي تحتوي على روابط إسترية في السلسلة الرئيسية
    • إيثرات الجليكول – عبر استحلاب الجليكول
    • إيثوكسيلات
  • أسيتات الفينيل ^{[ 11 ]}
  • 1,2-ثنائي كلورو الإيثان
    • ثلاثي كلورو الإيثيلين
    • رباعي كلورو الإيثيلين – ويسمى أيضاً بيركلورو الإيثيلين؛ يستخدم كمذيب للتنظيف الجاف ومزيل للشحوم
    • كلوريد الفينيل – مونومر كلوريد البولي فينيل
      • كلوريد البولي فينيل (PVC) - نوع من البلاستيك يُستخدم في صناعة الأنابيب والمواسير وغيرها من الأشياء

• البروبيلين - يستخدم كمونومر ومادة خام كيميائية
  • كحول الأيزوبروبيل - 2-بروبانول؛ يُستخدم غالبًا كمذيب أو كحول طبي
  • الأكريلونيتريل - مفيد كمونومر في تكوين أورلون ، ABS
  • البولي بروبيلين – البروبيلين المبلمر
  • أكسيد البروبيلين ^{[ 12 ]}
    • بولي إيثر بوليول – يستخدم في إنتاج البولي يوريثان
    • بروبيلين جليكول - يُستخدم في سائل تبريد المحرك ^{[ 13 ]} وسائل إزالة الجليد عن الطائرات
    • إيثرات الجليكول – ناتجة عن تكثيف الجليكولات
  • حمض الأكريليك
    • بوليمرات الأكريليك
  • كلوريد الأليل
    • إيبكلوروهيدرين – كلورو-أوكسيران؛ يستخدم في تكوين راتنجات الإيبوكسي
      • راتنجات الإيبوكسي – نوع من أنواع الغراء المتصلب المصنوع من ثنائي الفينول أ، والإيبكلوروهيدرين، وبعض الأمينات
• البيوتين
  • متصاوغات البيوتيلين – مفيدة كمونومرات أو مونومرات مشتركة
    • الأيزوبوتيلين - مادة خام لصنع ميثيل ثالثي بوتيل الإيثر (MTBE) أو مونومر للبلمرة المشتركة مع نسبة منخفضة من الأيزوبرين لصنع مطاط البوتيل
  • 1,3-بوتادين (أو بيوتا-1,3-ديين) - ديين يستخدم غالبًا كمونومر أو مونومر مشترك للبلمرة إلى مواد مطاطية مثل بولي بوتادين ، أو مطاط ستايرين-بوتادين ، أو بلاستيك مثل أكريلونيتريل-بوتادين-ستايرين (ABS).
    • المطاط الصناعي – مواد مطاطية صناعية مصنوعة من واحد أو أكثر من المونومرات البتروكيميائية (عادةً) مثل 1،3- بوتادين ، والستايرين ، والإيزوبوتيلين ، والإيزوبرين ، والكلوروبرين ؛ وغالبًا ما تُصنع البوليمرات المطاطية بنسبة عالية من مونومرات الديين المترافقة مثل 1،3-بوتادين، أو الإيزوبرين، أو الكلوروبرين.
• الأوليفينات العليا
  • البولي أوليفينات - مثل بولي ألفا أوليفينات، والتي تستخدم كمواد تشحيم
  • تُستخدم الألفا-أوليفينات كمونومرات، ومونومرات مشتركة، ومواد كيميائية أولية أخرى. على سبيل المثال، يمكن بلمرة كمية صغيرة من 1-هكسين مع الإيثيلين لإنتاج شكل أكثر مرونة من البولي إيثيلين.
  • الأوليفينات العليا الأخرى
  • كحوليات المنظفات

تُعدّ مشتقات BTX ( البنزين ، والتولوين ، والزيلينات المختلطة ) من أهمّ المنتجات البتروكيماوية العطرية ذات الأهمية الاقتصادية، وهي مشتقة من النفتا عبر التقطير التجزيئي . تحتوي المقطرات الأثقل على مركبات عطرية أثقل. يوجد النفتالين ، وهو أبسط المركبات العطرية متعددة الحلقات، في النفط الخام وقطران الفحم . ^{[ 14 ]} تُسمى أثقل المركبات العطرية الموجودة في البيتومين بالأسفلتينات . ^{[ 15 ]}

تُعدّ مشتقات BTX ( البنزين ، والتولوين ، والزيلينات المختلطة ) من أهمّ المواد البتروكيماوية العطرية ذات الأهمية الاقتصادية، وهي مشتقة من النفتا عبر التقطير التجزيئي . تحتوي المقطرات الأثقل على مركبات عطرية أثقل. يوجد النفتالين ، وهو أبسط المركبات العطرية متعددة الحلقات، في النفط الخام وقطران الفحم . ^{[ 16 ]} تُسمى أثقل المركبات العطرية الموجودة في البيتومين بالأسفلتينات . ^{[ 17 ]}

• البنزين – أبسط الهيدروكربونات العطرية
  • إيثيل بنزين – مصنوع من البنزين والإيثيلين
    • الستايرين – يُصنع عن طريق نزع الهيدروجين من الإيثيل بنزين؛ ويستخدم كمونومر
      • البوليسترين – بوليمرات تحتوي على الستايرين كمونومر
  • الكومين – إيزوبروبيل بنزين؛ مادة أولية في عملية الكومين
    • الفينول – هيدروكسي بنزين؛ غالبًا ما يتم إنتاجه بعملية الكومين
    • الأسيتون – ثنائي ميثيل كيتون؛ وغالبًا ما يتم إنتاجه أيضًا عن طريق عملية الكومين
    • ثنائي الفينول أ – نوع من الفينول "المزدوج" يستخدم في عملية البلمرة في راتنجات الإيبوكسي وفي صناعة نوع شائع من البولي كربونات
      • راتنجات الإيبوكسي – نوع من أنواع الغراء المتصلب المصنوع من ثنائي الفينول أ، والإيبكلوروهيدرين، وبعض الأمينات
      • البولي كربونات – بوليمر بلاستيكي مصنوع من ثنائي الفينول أ والفوسجين (ثنائي كلوريد الكربونيل)
    • المذيبات – سوائل تُستخدم لإذابة المواد؛ ومن الأمثلة عليها، والتي تُصنع غالبًا من البتروكيماويات، الإيثانول، وكحول الأيزوبروبيل، والأسيتون، والبنزين، والتولوين، والزيلين.
  • سيكلوهكسان – هيدروكربون حلقي أليفاتي سداسي الكربون يُستخدم أحيانًا كمذيب غير قطبي
    • حمض الأديبيك - وهو حمض ثنائي الكربوكسيل ذو 6 ذرات كربون ، والذي يمكن أن يكون مادة أولية تستخدم كمونومر مشترك مع ثنائي الأمين لتشكيل شكل متناوب من النايلون.
      • النايلون – أنواع من البولي أميدات ، بعضها عبارة عن بوليمرات مشتركة متناوبة تتكون من بلمرة مشتركة لحمض ثنائي الكربوكسيل أو مشتقاته مع ثنائي الأمينات.
    • كابرولاكتام – أميد حلقي سداسي الكربون
      • النايلون – أنواع من البولي أميدات ، بعضها ناتج عن بلمرة الكابرولاكتام
  • يمكن تحضير النيتروبنزين عن طريق نيترة البنزين مرة واحدة
    • الأنيلين – أمينوبنزين
      • ثنائي أيزوسيانات ثنائي فينيل الميثيلين (MDI) - يُستخدم كمونومر مشترك مع الديولات أو البوليولات لتكوين البولي يوريثانات أو مع ثنائي أو متعدد الأمينات لتكوين البولي يوريا
  • ألكيل بنزين – نوع عام من الهيدروكربونات العطرية، والتي يمكن استخدامها كمادة أولية لمادة خافضة للتوتر السطحي من نوع السلفونات (المنظفات).
    • المنظفات - غالباً ما تحتوي على أنواع من المواد الخافضة للتوتر السطحي مثل سلفونات ألكيل بنزين وإيثوكسيلات نونيل فينول
  • الكلوروبنزين

• التولوين – ميثيل بنزين؛ يمكن أن يكون مذيبًا أو مادة أولية لمواد كيميائية أخرى
  • البنزين
  • تولوين ثنائي إيزوسيانات (TDI) - يستخدم كمونومرات مشتركة مع بوليولات البولي إيثر لتكوين البولي يوريثان أو مع ثنائي أو متعدد الأمينات لتكوين بولي يوريا بولي يوريثان
  • حمض البنزويك – كاربوكسي بنزين
    • كابرولاكتام

• الزيلينات المختلطة - أي من متصاوغات ثنائي ميثيل البنزين الثلاثة، يمكن أن تكون مذيبًا ولكنها في الغالب مواد كيميائية أولية
  • أورثو -زيلين – يمكن أكسدة كلتا مجموعتي الميثيل لتكوين حمض ( أورثو- )فثاليك
    • أنهيدريد الفثاليك
  • بارا -زيلين – يمكن أكسدة كلتا مجموعتي الميثيل لتكوين حمض التيريفثاليك
    • ثنائي ميثيل تيريفثالات – يمكن بلمرته بشكل مشترك لتكوين أنواع معينة من البوليستر
      • البوليسترات - على الرغم من وجود أنواع عديدة منها، إلا أن بولي إيثيلين تيريفثالات مصنوع من منتجات البتروكيماويات ويستخدم على نطاق واسع في محطات الوقود
    • حمض التيريفثاليك النقي - غالبًا ما يتم بلمرته لتكوين بولي إيثيلين تيريفثالات
      • البوليستر
  • ميتا -زيلين
    • حمض الأيزوفثاليك
      • راتنجات الألكيد
      • راتنجات البولي أميد
      • البوليسترات غير المشبعة

• البترول – سائل قابل للاحتراق موجود بشكل طبيعي 
• منتجات بترولية – منتجات مشتقة في نهاية المطاف من النفط الخام 
• البترودولار – الإنفاق الدولي لعائدات صادرات النفط. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​للأهداف المُعاد توجيهها. 
• الدول النفطية - الدول التي تنتج بشكل أساسي النفط أو الغاز الطبيعي 
• الأجهزة في الصناعات البتروكيماوية
• منظمة الدول المصدرة للنفط – منظمة النفط الدولية. صفحات تعرض وصفًا موجزًا ​​لأهداف إعادة التوجيه. 
• مؤتمر صناعة البتروكيماويات في آسيا (APIC)
• مجموعة الصناعات التحويلية في شمال شرق إنجلترا - صفحات المجموعة الاقتصادية التي تعرض أوصافًا موجزة لأهداف إعادة التوجيه (NEPIC)