الحلقة الثانية: الأركان السبعة في صناعة البتروكيماويات – الجزء الأول

فهد فلقي

21

تمت الترجمة من قبل موقع الفا بيتا

كما رأينا في الحلقة الأولى من هذه المقالات، يمكن القول إن مراحل الصناعة في هذا المجال تقع في قطاعين وهما قطاع العمليات الأساسية (upstream) و قطاع العمليات النهائية (downstream).  وفي هذه الحلقة، التي تأتي على جزأين، سنتناول الجوانب الهامة في صناعة البتروكيماويات، التي تعد جزءا أساسيا في قطاع العمليات النهائية، بما فيها الأركان السبعة وشركات البتروكيماويات العالمية، وتطبيقات المنتجات والمستخدمين النهائيين لمنتجات البتروكيماويات ومشتقاتها.

ويتناول الجزء الأول من هذه السلسلة بالتفصيل دور صناعة البتروكيماويات في مختلف أوجه التطبيقات في سياق عالمي ليأتي العنوان متسقا معه تحت مسمى "الأركان السبعة للبتروكيماويات". وقد جاء العنوان بصورته الراهنة بعد تفكير طويل من قبل الكاتب من اجل التركيز على أهمية صناعات البتروكيماويات والكيماويات والمنتجات المشتقة منها وتشكيلة واسعة من المنتجات والتطبيقات والتي تشكل، إجمالا، حجر الزاوية لمجتمعاتنا الحالية.

ومع وجود العديد من تطبيقات المنتجات البتروكيماويات التي لا حصر لها واستخدامها، إما كمكون أو عنصر رئيسي، بما فيها مشتقاتها والتي بالكاد تغطي كل أوجه حياتنا التي نعيشها، يحاول الكاتب تغطية أكبر قدر من المعلومات في محاولة لإعطاء القارئ أداة مرجعية ممتازة. وبالرغم من أن منتجات البتروكيماويات تظل مجهولة لمعظم الناس إلا أنها – أي المنتجات -  تلعب دورا مهما في كل وجه من أوجه حياتنا اليومية من مشرق الشمس إلى مغربها. ويمكن الشعور بوجود هذه المنتجات في معظم الصناعات الأساسية والمؤسسات الخدمية المعقدة وحتى في أوجه الراحة والترفيه الشخصية.

إن معظم الآلات والأدوات المشاهدة يوميا، بما فيها الأجهزة الإليكترونية، مشتقة بشكل أو آخر من البتروكيماويات أو تستخدم مكونات قائمة على البتروكيماويات. وتشمل قطاعات التصنيع المشار إليها الأدوية والملابس، وقطع غيار السيارات، ومواد البناء بما فيها الدهانات ومنتجاتها ضمن أشياء أخرى، كما أن المنتجات القائمة على البتروكيماويات تلعب دورا مهما في الأدوات المنزلية والصناعية والعلمية والعسكرية وتشكيلة أخرى من الصناعات.

أيضا هناك بعض الصناعات التي يمكن الإفادة من صناعة البتروكيماويات مثل صناعة النشر والتصوير الفوتغرافي والمواد المرتبطة به وماكينات النسخ والأحبار والمحاليل ذات العلاقة علاوة على صناعة التعدين.

وفي العادة، تحتوي عمليات الإنتاج في صناعة البتروكيماويات على مرحلتين: الأولى مرحلة إنتاج مادة النافتا الناجمة عن تكرير النفط الخام أو الغاز الطبيعي وهي تستخدم كغاز للقيم  ويتم تكسيرها. وتقوم عملية التكسير هنا (والتي يقصد بها تكسير الجزئيات في المواد الهيدروكربونية) بإنتاج الأولفينات والعطريات. أما في المرحلة الثانية، تخضع هذه العناصر إلى مزيد من المعالجات والبلمرة لإنتاج منتجات بتروكيماويات نهائية (مثل البوليمرات والبوليسترات والألياف الوسيطة والكيماويات الصناعية الأخرى (ولمزيد من المعلومات يرجى مراجعة هذا الموقع)

الأركان السبعة

تقوم صناعة البتروكيماويات بصفة أساسية على سبعة أركان أساسية والتي أسميناها في هذه المقالات بـ"الأركان السبعة للبتروكيماويات" بحيث تشمل الميثان، والأولفينات (الإيثيلين، والبروبلين وأولفينات سي 4) والعطريات (البنزين، والتيولين والإكسايلين).

ويكون مصدر هذه المنتجات الكيميائية في الأساس الوقود المتحجرة (مثل الفحم الحجري، النفط الخام، الغاز الطبيعي المسال والغاز الطبيعي) والتي هي المدخل لتشكيلة واسعة من المنتجات البتروكيماوية والكيماوية التي نستخدمها في حياتنا اليومية من مشرق الشمس إلى مغربها وحتى في منامنا.

ونقدم فيما يلي عرضا مختصرا لهذه الأركان السبعة والتي تعد من أوسع المنتجات الكيميائية المصنعة من قبل شركات البتروكيماويات على مستوى العالم.

الركن الأول: الميثان

يعتبر الميثان، وهو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي، من أهم المواد الخام لتشكيلة واسعة من المنتجات الكيميائية، أما المخرجات الرئيسية للميثان فهي تتمثل في الميثانول والأمونيا المستخدمين في مختلف التطبيقات والمدخل إلى إنتاج مختلف أنواع المنتجات الكيميائية.

الأولفينات

يتم استخدام الأولفينات لإنتاج منتجات كيميائية واسعة ومن أهم الاولفينات الإيثيلين والبروبلين وأولفينات سي 4 التي تشمل البيوتين والبيوتادين والإيسوبيوتين. أما الأولفينات الأخرى المستخدمة في صناعة المنتجات الكيميائية الأخرى فهي تشمل الهيكسين والأوكتين. ويتم تصنيع هذه المنتجات في مصانع الأولفينات التي تستخدم تقنية التكسير بالبخار مستخدمة في  ذلك غازات الوقود القائمة على البترول مثل النافتا والنفط الغازي والإيثان والبروبان والبيوتان.

أيضا يمكن الحصول على البروبلين وبعض أولفينات سي 4 من مصافي النفط باستخدام  بعض التقنيات مثل إزالة الهيدروجين من البروبين (PDH) الهادفة إلى إنتاج البروبلين، أو تحويل الميثان إلى أولفينات (MTO) لإنتاج الأولفينات (الإيثيلين والبروبلين) وتقنيات أخرى والتي سيتم شرحها في المقالات التالية.

الركن الثاني: الإيثيلين

يشكل الإيثيلين أبسط شكل من أشكال الأولفينات مع استخدامه كمونومر وغاز لقيم كيميائي لصناعة مختلف أنواع المشتقات مثل البولي إيثيلين والإيثانول وأكسيد الإيثيلين وجلايكول الإيثيلين والبوليسترات بما فيها جلايكول الإيثر والفينيل آسيتيت والبولي فينيل كلوريد وغيرها.

الركن الثالث: البروبلين

وكما هو الشأن مع الإيثيلين، يتم استخدام البروبلين كمونومر وغاز لقيم كيميائي لصناعة منتجات كيميائية وسيطة ومنتجات نهائية عديدة مثل البولي بروبلين وأكسيد البروبلين والكحوليات (مثل البيوتانول، وكحول الإيسوبروبيل) وجلايكول البروبلين، والجلايسيرول، وحامض الآكرليك، والأكريليت إيسترز، وراتنجات الإبوكسي وغيرها.

الركن الرابع: أولفينات سي 4

تشمل أولفينات سي 4 مجموعة البيوتانات (بيوتان-1 و بيوتان-2)، والبيوتادين، والإيسوبيوتين (أو الإيسوبيوتيلين). ويعد البيوتادين أوسع أنواع أولفينات سي 4 والذي يتم استهلاكه أساسا في إنتاج المطاط الصناعي مثل الإستايرين بيوتادين (SBR) والبولي بيوتادين ربر (BR)، وتشمل مشتقات البيوتادين الأخرى كلا من الآكري لونيتريل -بيوتادين- إستايرين (ABS) وآستايرين بيوتادين لاتكس.

العطريات

تعتبر العطريات المواد الخام الأساسية الداخلة في صناعة مختلف أنواع المنتجات ومن أهمها البنزين والتيولين والإكسايلين.

الركن الخامس: البنزين

يشكل البنزين أبسط عنصر من عناصر العطريات كما أنه يشكل مادة استهلالية مهمة لكثير من المنتجات الوسيطة والنهائية. أيضا يتم استخدام البنزين في صناعة الإيثيل بنزين الذي بدوره تتم معالجته وتحويله إلى الإستايرين، وهو عبارة عن مونومر يستخدم في العديد من منتجات الهموبوليمرز والكوبوليمرز.

من الجانب الآخر، يعد الكيومين، المنتج من البنزين والبروبلين، المادة الخام الضرورية الداخلة في صناعة الفينول والآسيتون. ويتم استهلاك الفينول في صناعة راتنجات الإيبوكسي والبولي كربونيت بينما يحوز الآسيتون على تطبيقات كثيرة للمحاليل مع إمكانية استخدامه في صناعة الميثيل ميثاكريليت (MMA). أما منتج سايكلو هيكسين، مصدره البنزين، فهو يعتبر المادة الخام الداخلة في صناعة العديد من المنتجات الكيميائية الوسيطة ضمن سلسلة منتجات النايلون.

الركن السادس: التيولين

يعرف التيولين بالـ"ميثيل بنزين" ويمكن استخدامه كمادة خام لإنتاج منتجات كيميائية أخرى، ويتم استهلاكه بصفة أساسية في المحاليل وفي صناعة تيولين دسكاي أنيت (TDI) لمنتجات البولي يوريثينز. أيضا يمكن تحويل التيولين إلى البنزين والإكسايلين.

الركن السابع: الإكسايلين

إن الإكسايلين المحتوي على أي من آيسوميرات الدايميثيل بنزين الثلاثة يمكن استخدامه كمحلول إلا أنه دوما يستعمل كقاعدة لإنتاج المواد الكيميائية مثل أورثو إكسايلين، والفاسليك أنهايدريد، والبارا إكسايلين، ودايميثيل تريفساليت، وحامض التريفساليك النقي المستخدم في إنتاج البولي سترات.

ومن أهم العناصر الواقعة في دائرة الإكسايلين هو البراكسايلين (PX) وهي المادة المنتجة لكل من حامض التريفساليك النقي (PTA) ودايميثيل تريفساليت (DMT) المستخدمين بدورهما في صناعة البوليسترات.

وسنقوم في الحلقات التالية من هذه المقالات بعرض تفصيلي لكل ركن من هذه الأركان، كما أن الجزء الثاني من هذه السلسلة سيتناول شركات البتروكيماويات العالمية وأوجه تطبيقات المنتجات البتروكيماوية والكيماوية بقدر من التفصيل.

وأدناه النص الأصلي باللغة الإنجليزية

Series Two: The Seven Pillars of Petrochemicals – Part I

As you have seen in the first series, the process industry can be viewed in two segments: upstream and downstream , This second series, in its two parts, will give important highlights on the petrochemicals industry which is considered as an essential part of the downstream segment, including its basic building blocks (The Seven Pillars), worldwide petrochemical manufacturing companies, the applications and end-uses of petrochemical products and their derivatives.

The first part of this series in the form of an article explains in detail the role of the petrochemical industry in various areas of applications in a global context, thus the title The Seven Pillars of Petrochemicals. The title, after much thought, has been specifically chosen by the writer in order to emphasize the significance and magnitude of petrochemical/chemical industries, their derivatives, wide array of end products and applications, as major building blocks of our society.

With the almost limitless number of applications and use of petrochemical products, either as a component or major ingredient, including its derivatives that literally covers our lives and the world we live in, the writer tries to cover as much information as is humanly possible in order to provide the reader an excellent reference tool.

Unknown to most people, petrochemical-based products play a very important part in every facet of our daily activities from sunrise to sundown. Their presence is felt in most essential industries, complex service organizations and even personal recreation.

Most of today’s gadgets and tools including electronic equipment are, in one way or another, derived from petrochemicals or the use of petrochemical-based components. These manufacturing sectors include medicine and clothing, automotive parts, building and construction materials including paints and paint products among many others. Petrochemical-based products play a very important role in domestic, industrial, scientific, military and a host of other industries.

Even seemingly distinct industries like publishing, photography and photography supplies, copy machines including copier toners and solutions producers and even the mining industry also benefit from petrochemicals manufacturing. Why? Simply because specialized products ranging from ink to high explosives can also be produced from petrochemicals.

The petrochemicals industry can be viewed as a system that takes petroleum feedstocks (raw materials), expands it into a complex network of chemical processes, and finally converges in the manufacture of a wide diversity of end-products such as rubbers, fibers, plastics and resins. These materials, in turn, serve specific uses in the economy, where they are consumed in the form of tires, toys, clothing, etc or are again used as building blocks of other equally useful industrial or consumer end-product.

The petrochemical production process primarily consists of two stages. In the first stage naphtha, produced by refining crude oil or natural gas, is used as a feedstock and is cracked. Cracking (the process of breaking down the long chains of the hydrocarbon molecule) produces olefins and aromatics. In stage two, these building blocks are further processed and polymerized (made to undergo chemical processes) to produce downstream petrochemical products (polymers, polyesters, fiber intermediaries and other industrial chemicals. (reference:)

The Seven Pillars

The petrochemicals industry is basically built on seven basic building blocks named in this article as The Seven Pillars of Petrochemicals such as Methane, Olefins (Ethylene, Propylene, C4 Olefins) and Aromatics (Benzene, Toluene, Xylenes).

These commodity chemicals are primarily derived from fossil fuels (coal, crude petroleum, natural gas liquids and natural gas) are precursors to a variety of petrochemicals and chemical products that we use in our daily lives from sunrise to sundown and even while we sleep!

Following is a brief overview of these Seven Pillars which are considered the largest commodity chemicals manufactured and produced by various petrochemical facilities worldwide.

Pillar # 1: Methane

  Methane, being the major constituent of natural gas, is an extremely important raw material for a variety of chemical products. The major outlets of Methane are methanol and ammonia which are used in various applications and as starting materials for the manufacture of various chemical products.

Olefins

Olefins are used as building block petrochemicals utilized for the production and manufacture of other various chemical products.

The most important commercially produced olefins are Ethylene, Propylene and C4 olefins: Butenes/Butadiene/Isobutene (or isobutylene). Other olefins that are used in the production of other chemical products include hexene and octene. These are primarily manufactured by olefins plants that common employ the steam cracking technology using petroleum-based feedstocks such as naphtha, gas oil, ethane, propane and butane.

Propylene and some of C4 olefins can also be sourced from refineries. On-purpose technologies such as propane dehydrogenation (PDH) for producing Propylene, Methanol to Olefins (MTO) for producing olefins (Ethylene and Propylene) and others are also available and will be discussed in the succeeding articles.

Pillar # 2: Ethylene

  Ethylene is the simplest of olefins and is commonly used as a monomer and a chemical feedstock for the manufacture of various derivatives such as: polyethylene, ethanol, ethylene oxide, ethylene glycol, polyesters including glycol ethers, vinyl acetate, polyvinyl chloride, etc.

Pillar # 3: Propylene

Similar to Ethylene, Propylene is used as a monomer and a chemical feedstock for the manufacture of many chemical intermediates and end-products such as polypropylene, propylene oxide, alcohols (e.g. butanol, isopropyl alcohol), propylene glycol, glycerol, acrylic acid and acrylate esters, epoxy resins, etc.

Pillar # 4: C4 Olefins

C4 Olefins include butenes (butane-1 and butane-2), butadiene, isobutene (or isobutylene). Butadiene is the largest volume C4 olefin which is consumed primarily in the production of synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR) and polybutadiene rubber (BR). Other butadiene derivatives include acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) and styrene butadiene latex.

Aromatics

Aromatics are considered as the essential basic building blocks for the manufacture of various products. The most important commercially produced aromatics are Benzene, Toluene and Xylenes.

Pillar # 5: Benzene

Benzene, the simplest of the aromatics components, is an important starting material for many intermediates and final products. It is used to make ethylbenzene which is further processed into styrene, a monomer used in a number of homopolymers and copolymers.

Cumene, which is produced from benzene and propylene, is the raw material necessary to make phenol and acetone. Phenol is consumed in the manufacture of epoxy resins and polycarbonate while acetone has many solvent applications and can be used to make methyl methacrylate (MMA). Cyclohexane derived from Benzene is the main raw material for making a number of chemical intermediates in the nylon chain.

Pillar # 6: Toluene

Toluene also known as methylbenzene can be used as a raw material for the production of other chemicals. It is consumed mainly in solvents as well as in the manufacture of toluene diisocyanate (TDI) for polyurethanes. Toluene can also be converted into benzene and xylenes.

Pillar # 7: Xylenes

Xylenes composing of any of three dimethylbenzene isomers could be used as a solvent but is more often used as a base for the production of chemicals like ortho-xylene, phthalic anhydride, para-xylene, dimethyl terephthalate and purified terephthalic acid for the production of polyesters.

The most important xylene is paraxylene (PX), from which purified terephthalic acid (PTA) and dimethyl terephthalate (DMT) are produced for polyester manufacture. Orthoxylene (OX) is consumed mainly in phthalic anhydride (PA) production to make plasticizers.

More details for each pillar  will be given in next series of articles. In the second part of series two, the world’s major petrochemical manufacturers and uses as well as applications of petrochemicals/chemicals products will be discussed in some details.