پیوستگی عملیات پالایش و پتروشیمی برای دستیابی به زنجیره ارزش
براساس این گزارش محصولات پالایشگاه شامل بنزین، سوخت جت و گازوئیل است. سوخت‌های صنعت حمل و نقل مانند بنزین و گازوئیل که جزء اصلی محصولات هستند، بیشترین سهم را در فرآورده‌های تصفیه شده دارند. تقاضای جهانی برای محصولات پالایشگاهی از سال 2000 به طور متوسط سالانه 3/ 1 درصد رشد داشته است؛ اما انتظار می‌رود رشد تقاضا از سال 2020 تا 2030 تقریبا معادل نیمی از رشد دوره قبل باشد. این روند تا دهه 2030 ادامه خواهد داشت، در نیمه دوم دهه به حداکثر مقدار خود خواهد رسید و بعد از آن در دهه 2040، روند کاهش تدریجی مورد انتظار است. در پی کاهش تقاضای محصولات، پالایشگاه‌ها با کاهش فروش و سود مواجه خواهند شد. در مقابل، تقاضای بازار پتروشیمی به لطف روند رشد جمعیت، اقتصاد و مصرف همچنان در حال افزایش است. پالایشگاه‌ها برای حفظ سوددهی باید راهی برای پیوستگی با عملیات تولید مواد شیمیایی پیدا کنند. در همین راستا راه‌حل ممکن یافتن راه‌های جدید برای ادغام عملیات پالایشگاه و پتروشیمی است.
اما برخی عوامل در سال‌های آینده رشد حمل و نقل و مصرف سوخت را تحت تاثیر قرار می‌دهند.
کاهش مصرف سوخت: افزایش استانداردهای فروش خودروهای جدید و افزایش فروش خودروهای هیبریدی و الکتریکی منجر به کاهش تقاضا برای موتورهای احتراق داخلی و در نتیجه بنزین و گازوئیل می‌شود. همچنین افزایش حمل و نقل مبتنی بر اپلیکیشن‌ها، تعداد سفرهای شخصی را محدود می‌کند.
جایگزینی: علاوه بر افزایش مصرف برق در صنعت حمل و نقل، سوخت‌هایی مانند گاز طبیعی فشرده و مایع (CNG و LNG)، گاز مایع (LPG)، هیدروژن و تجدیدپذیرها مانند سوخت‌های زیستی در کاهش سهم بازار سوخت‌های سنتی نقش خواهند داشت.
مقررات: سیاستگذاران با ارائه ابتکارات و با تعیین اهدافی برای کاهش سهم سوخت‌های بر پایه کربن در بازار، با نگرانی‌های زیست محیطی مقابله می‌کنند. مواردی مثل مالیات محیط زیست، صدور مجوزهای سوخت‌های زیستی، تصویب سوخت پاک، منطقه‌بندی در مناطقی که آلودگی زیادی دارند و حتی ممنوعیت‌های صریح استفاده از موتورهای احتراقی، علاوه براینکه تقاضای سوخت‌های سنتی را کاهش داده‌اند، مانع از درخواست برای وسایل نقلیه پرمصرف نیز خواهند بود.
عوامل رشد تقاضای محصولات پتروشیمی
تقاضای پتروشیمی شامل مشتقات مونومرها، از جمله اتیلن، پروپیلن، بوتادین و آروماتیک‌ها، یعنی بنزن و پارازایلن می‌شود. در صنعت پتروشیمی، عوامل مختلفی رشد بازار را شکل می‌دهند. یکی از این عوامل جمعیت است. تا سال 2040، انتظار می‌رود 2/ 9 میلیارد نفر در این کره خاکی زندگی کنند (6/ 1 میلیارد نفر بیشتر در مقایسه با سال 2017). اگر نرخ سرانه پتروشیمی نسبت به سال 2017 بدون تغییر باقی بماند، حجم کل محصولات مصرفی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
عامل دیگر، رشد اقتصادی مردم (از طبقات پایین به متوسط) است. این رشد باعث می‌شود تا تمرکز مصرف‌کننده از نیازهای اولیه به هزینه‌هایی که زندگی آنها را ایمن‌تر، سالم‌تر و آسان‌تر می‌کند، تغییر کند.
همچنین، با اتخاذ استانداردهای زندگی مدرن در کشورهای در حال توسعه، استفاده از محصولات توسعه‌یافته و تولید شده توسط صنایع پتروشیمی افزایش خواهد یافت. این تقاضا منجر به افزایش سرانه پتروشیمی و افزایش تولید کالاهای با‌دوام می‌شود. علاوه بر این، پایین آمدن قیمت انرژی احتمالا درآمد قابل استفاده بیشتری را آزاد می‌کند که می‌تواند برای فناوری، دستگاه‌های تلفن‌همراه، تلویزیون و سایر هزینه‌های غیرضروری اختصاص یابد. رشد جمعیت و سرانه مصرف باعث افزایش مداوم تقاضا برای پتروشیمی‌ها می‌شود و انتظار می‌رود این رشد حداقل تا سال 2040 ادامه داشته باشد.
تصمیم‌گیری در مورد پیوستگی پالایشگاه و پتروشیمی
تصمیم‌گیری در مورد مناسب‌بودن و یکپارچه‌سازی عملیات پتروشیمی و پالایشگاه نیاز به بررسی دقیق دارد. علاوه بر درک پیشرفت‌های پالایش و پتروشیمی در میان‌مدت و بلند‌مدت، مدیران اجرایی باید با ایجاد انعطاف‌پذیری و کارآیی بیشتر در عملیات، حداکثر ارزش ممکن را به دست آورند. آنها می‌توانند این ارزش ایجادشده را با سرمایه مورد نیاز برای ایجاد تغییرات فنی مورد نیاز مقایسه کنند.
برای پالایشگاه‌ها، پیوند به پتروشیمی می‌تواند از طریق تامین مواد اولیه مانند پروپان، بوتان یا نفتا، یا از طریق افزایش تولید پروپیلن و آروماتیک‌ها باشد. فراتر از انتقال هیدروکربن‌ها، هم‌افزایی جریان آب برای انتقال قدرت، بخار و هیدروژن وجود دارد. از دیگر امکانات می‌توان به کارکنان برای نگهداری، عملیات و مدیریت اشاره کرد که می‌تواند مزایای منطقی داشته باشد.
طراحی‌های متناسب می‌تواند در هزینه‌های مهندسی و ساخت صرفه‌جویی کند. کاهش تجهیزات، ادغام تاسیسات و دسترسی یا پردازش نفت خام ارزان‌قیمت نیز نوید ایجاد ارزش اضافی را می‌دهد.
البته در این تصمیم باید به عواملی مثل مجاورت مجموعه پالایشگاهی و پتروشیمی، پتانسیل همکاری و امکان تغییرات اساسی در تعادل خوراک، محصول و انرژی توجه شود. همچنین نقش عامل اقتصادی نیز بررسی شده و مشخص شود پیوستگی بهترین راه‌حل اقتصادی است یا عامل بازدارنده خواهد بود.
پیوستگی باید در جهت حداکثر کارآیی و سهولت در سیستم پیش رود. کارآمدترین تکنولوژی، کاتالیست یا جاذب انتخاب شود. مدیریت مولکول، به نحوی که مولکول درست در واحد مربوطه پردازش شود، انجام شود.
از مزایای پیوستگی می‌توان به کاهش هزینه سرمایه‌گذاری، هزینه عملیات و مزایای زیست محیطی اشاره کرد. منظور از کاهش سرمایه‌گذاری بیشتر شامل بیرون واحد است (نه داخل واحد عملیاتی). همچنین در سیستم‌های جریان نیز صرفه‌جویی زیادی ایجاد می‌شود. در بحث عملیات، نزدیک بودن دو مجموعه باعث ذخیره انرژی و کاهش هدر‌رفت و مصرف بهینه جریان‌های سودمند و... خواهد شد. پیوستگی هزینه‌های جاری نگهداری را نیز کاهش می‌دهد، گرچه این امر باید با دقت بالاتری انجام شود تا هردو مجموعه متوقف نشود.
با پیوستگی هزینه‌های مواردی مثل عملیات، ایمنی، محیط زیست، آموزش و مدیریت، سیستم‌های آتش‌نشانی، درمانگاه و خرید موارد مورد نیاز در مقایسه با یک مجوعه به تنهایی کاهش می‌یابد.
فاکتورهای کلیدی
تصمیم‌گیری در مورد چگونگی و مناسب بودن یکپارچه‌سازی مستلزم بررسی دقیق است. عوامل بسیاری بر سرمایه‌گذاری تاثیر می‌گذارند که از آن جمله می‌توان به در دسترس بودن خوراک اولیه داخلی (پروپان، پروپیلن، بوتان، نفتا و ...)، هم‌افزایی تجهیزات جانبی (جریان‌های سودمند آب، بخار، نیرو، هیدروژن و...)، پیچیدگی ساختار و آرایش، مجاورت هر دو مجموعه (پالایشگاه و پتروشیمی)، تقاضای بازار و رقابت و توانایی استفاده از نیروها برای نگهداری، بهره‌برداری، مدیریت و تدارکات اشاره کرد.
آرایش‌های پیوستگی
در بیشتر کشورها بازار سوخت با الگوی مصرف سال‌های گذشته همخوانی ندارد و روند کاهشی نشان می‌دهد. با این تفسیر، پتروشیمی‌ها علت اصلی تقاضای نفت در جهان خواهند بود و از بنزین و گازوئیل پیشی خواهند گرفت. به نظر می‌رسد پتروشیمی تکیه‌گاه اصلی تولید بیشتر محصولاتی خواهد بود که مصرف روزانه دارند. بنابراین طبیعی است که با تغییر آرایش واحدهای پالایشگاه، به سمت تولید محصولات پتروشیمی علاوه بر سوخت حرکت کرد.
پیوستگی مجموعه‌های پالایشگاه و پتروشیمی موجب تولید محصولات با ارزش و افزایش حاشیه سود خواهد شد. مجموعه‌های پالایشگاه و پتروشیمی می‌توانند در سه سطح به صورت پالایشگاه با واحد/ فرآیند steam cracker برای تولید اتیلن، پروپیلن و سایر مشتقات، پالایشگاه با واحد/ فرآیند aromatics complex برای تولید بنزن، تولوئن و زایلین، پالایشگاه با واحد/ فرآیند steam cracker و aromatics complex ادغام شوند.
گستره ادغام در هر کدام از این سه حالت به امکان‌سنجی فنی و مزایای اقتصادی بستگی دارد و نظر نهایی نیازمند مطالعه دقیق و موردی است. با در نظر گرفتن امکانات موجود، انتخاب تکنولوژی (جاذب، کاتالیست و...) و مدیریت مولکول (استفاده از مولکول مناسب در واحد مناسب) می‌توان به سمت حداکثر کارآیی و در جهت سهولت کار اقدام کرد. آرایش‌های مختلف برای پیوستگی باید ارزیابی شوند و واحد FCC مهم‌ترین واحد است.
بیش از 98درصد اتیلن از فرآیند steam cracker تولید می‌شود. بیشتر پروپیلن نیز از این فرآیند و به‌عنوان محصول جانبی تولید می‌شود. با سنگین‌تر شدن خوراک، بازده پروپیلن بیشتر می‌شود. FCC عامل بعدی تولید پروپیلن است. FCC می‌تواند در مد پروپیلن با بازده بالای 20درصد وزنی کار کند. تکنولوژی‌های دیگر نیز به رغم اینکه خوراک آنها در دسترس نیست، می‌توانند در تولید پروپان استفاده شوند. به طور مثال استفاده از روش هیدروژن‌زدایی پروپان، زمانی که از اتان برای تولید اتیلن استفاده می‌شود و محصول جانبی پروپیلن بسیار کم است.
انتخاب خوراک ورودی از منطقه‌ای به منطقه دیگر با توجه به دسترسی و قیمت متفاوت خواهد بود. در درجه اول، افزایش سود برای پالایشگاه افزایش ارزش محصولات تولیدی و برای پتروشیمی نیز تامین مطمئن خوراک ورودی با قیمت پایین‌تر خواهد بود. همچنین کاهش هزینه‌های حمل و نقل، تانک و تجهیزات نیز متصور خواهد بود. در واقع با استفاده از این تکنولوژی می‌توان هزینه عملیات و سرمایه‌گذاری را کم کرد.
واحد FCCU نوعی واحد ثانویه است که در درجه اول امکان تولید بنزین در فرآیندهای پالایشی را فراهم می‌کند. پالایشگاه‌ها از این واحد برای حفظ تعادل بین تقاضای بازار برای بنزین و مازوت استفاده می‌کنند. در صورت کاهش تقاضای بنزین، با انتخاب یک کاتالیزور مناسب در واحد FCCU می‌توان به صورت انتخابی پروپیلن بیشتر تولید کرد. FCC بیشترین سهم را در تولید بنزین جهان دارد و همچنین بخش مهمی از پروپیلن را برای صنعت پلیمر تولید می‌کند.
بیش از 500 واحد FCCU در سطح جهان در حال فعالیت هستند و بیش از 30درصد پروپیلن جهان از طریق عملیات FCC پالایشگاه تامین می‌شود.
چالش‌های پیوستگی دو مجموعه و درجه پیوستگی
پیوستگی دو مجموعه با چالش‌هایی روبه‌رو است. اول، پیشنهاد راهی برای تولید محصولات پتروشیمی از جریان C4 با تکنولوژی موجود است. دومین چالش، توسعه فرآیند و تکنولوژی مقرون به صرفه برای ریکاور کردن خوراک با ارزش پتروشیمی از جریان‌های ضایعات پالایشگاهی است و آخرین چالش، توسعه ابزار ریاضی برای بهینه‌سازی فرآیند ادغام شده دو مجموعه است.
چالش C4: جریان C4 حاصل از واحد FCC پتانسیل زیادی برای کاربرد در پتروشیمی دارد. در جدول زیر ترکیباتی که می‌توانند به‌عنوان ماده اولیه مورد استفاده قرار بگیرند لیست شده است:
با توجه به اختلاف نقطه جوش، جدا کردن این ترکیبات به وسیله تقطیر، اقتصادی نیست. چالش در اینجا، طراحی مجموعه‌ای از فرآیندها برای ریکاور، استخراج یا تبدیل هر یک از این ترکیبات است.
چالش ریکاورکردن ترکیبات با ارزش: یکی از ترکیبات مهم در پتروشیمیCO است، اگر منبع گاز طبیعی ارزان در دسترس باشد، این ترکیب را می‌توان به روشی مقرون به صرفه از واحد Steam methane reforming تولید کرد. همچنین اگر بتوان با روش مقرون به صرفه آمونیاک را از آب ترش ریکاور کرد، منبع ارزان‌قیمتی برای مواد اولیه پتروشیمی و صنایع کودشیمیایی خواهد بود.
چالش مدل‌سازی: هماهنگی استارت، شات داون و عملیات نرمال واحد در مجموعه پیوسته شده به مراتب پیچیده‌تر از یک واحد به تنهایی است. با توجه به رنج وسیع محصولات نفتی و فرآیندهای پالایشگاهی و محصولات پتروشیمی، انتخاب مدل قدرتمند برای کنترل و پشتیبانی فرآیندها ضروری و مهم است.
فرآیند پیوستگی پالایشگاه و پتروشیمی در سه نسل مجزا در حال شکل‌گیری است. در نسل اول، فعالیت‌ها برای تولید سوخت متمرکز است و با پیوستگی، بازده محصولات شیمیایی 20درصد خروجی است.
در نسل دوم، با پیوستگی تمرکز بیشتری برای تولید محصولات شیمیایی مثل پارازایلن و الفین‌ها وجود دارد و بازده مواد شیمیایی حدود ۴۰درصد وزنی است.
و در نهایت در نسل سوم، هدف بازده ۸۰درصدی محصولات شیمیایی است که تولید سوخت به‌عنوان یک محصول جانبی خواهد بود.
حاشیه سود فرآیند پیوستگی
پیوستگی با پتروشیمی صرف نظر از بزرگی سرمایه‌گذاری اولیه برای پالایشگاه سود‌ده است.
نتایج مطالعات نشان می‌دهد پیوستگی دو مجموعه به صورت میانگین حاشیه سود پالایشگاه را تا دو برابر افزایش می‌دهد. در این مطالعه (۲۰۱۹)، پالایشگاه‌های پیوسته شده با پتروشیمی در چارک اول با بیشترین حاشیه سود و پالایشگاه‌هایی که منحصرا سوخت تولید می‌کنند در چارک آخر با کمترین حاشیه سود (برخی منفی) قرار گرفته‌اند.
نقشه راه
امکان‌سنجی اقتصادی یک پروژه را می‌توان از طریق برنامه‌ریزی مناسب انجام داد. نقشه راه این برنامه‌ریزی شامل سه مرحله اصلی است که از طریق شناسایی و توافق بر سر هدف پروژه؛ ارزیابی اقتصادی و انتخاب پیکربندی بهینه امکان‌پذیر است.
برنامه‌ریزی (قبل از پروژه)، کلید موفقیت یک سرمایه‌گذاری چند میلیارد دلاری پیچیده است. در مرحله ارزیابی به یک کارگروه با تجربه متشکل از چندین مهندس از رشته‌های مختلف برای برآورد هزینه، تجزیه و تحلیل مالی و البته مهندسان طراح نیاز است. یک رویکرد مشترک و شفاف برای پیشرفت امور، درک بهتر، کاهش خطرات پروژه و دستیابی به سود مطلوب حمایت از تصمیمات استراتژیک ضروری است.
نتیجه‌گیری
عدم اطمینان در بازارهای سوخت سنتی و نوید رشد در بازارهای پتروشیمی، می‌تواند نیروی محرکی برای پیوستگی باشد. راه‌حل‌های بهینه برای هر شرکت براساس موقعیت، مشخصات فنی و ملاحظات استراتژیک کوتاه‌مدت و بلند‌مدت بسیار متفاوت خواهد بود. در یک بازار در حال تغییر، تصمیمات سرمایه‌گذاری رقبا نیز در تعادل محصول در سطح محلی و جهانی بسیار تاثیرگذار هستند، به همین دلیل نظارت مستمر و فشرده بر بازار ضروری است.
