مواد اولیه پتروشیمی

مواد اولیه کارخانه پتروشیمی، شامل گاز طبیعی، نفت خام، گازهای صنعتی و مواد بیولوژیکی هستند که پایه‌ های اصلی فرآیندهای شیمیایی و پلیمری بوده و پس از طی فرآیندهای مختلف تبدیل به محصولات ارزشمندی می ‌شوند که در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، الکترونیک، داروسازی و کشاورزی بکار می ‌روند. در این مقاله، به‌ طور مفصل به بررسی انواع مواد اولیه در صنایع پتروشیمی و کاربردهای آنها می پردازیم.

مواد اولیه صنایع پتروشیمی چیست؟

صنایع پتروشیمی به تولید مواد شیمیایی از منابع هیدروکربنی مانند نفت و گاز طبیعی می‌ پردازد. مواد اولیه این صنایع به‌ طور عمده شامل هیدروکربن ‌های گازی و مایع هستند که به ‌عنوان خوراک برای تولید محصولات مختلف پتروشیمیایی استفاده می‌ شوند.

انواع مواد اولیه صنایع پتروشیمی

1-گاز طبیعی (Natural Gas)

گاز طبیعی که عمدتاً از متان (CH₄) تشکیل شده است، یکی از مهم‌ ترین منابع اولیه در صنایع پتروشیمی است. گاز طبیعی از لایه‌ های زیرزمینی استخراج شده و علاوه بر استفاده به‌ عنوان سوخت، به‌ عنوان خوراک نیز در تولید مواد شیمیایی مختلف به کار می ‌رود. مواد مشتق ‌شده از گاز طبیعی

• متان(CH₄):
• تولید متانول: متان به‌ عنوان خوراک در فرآیند تولید متانول (CH₃OH) استفاده می ‌شود که در صنایع شیمیایی، تولید پلاستیک، داروسازی، و صنایع دیگر کاربرد دارد.
• تولید آمونیاک: متان از طریق واکنش‌ های هیدروژناسیون به هیدروژن تبدیل می ‌شود و سپس در فرآیند تولید آمونیاک (NH₃) که در تولید کودهای شیمیایی استفاده می ‌شود، بکار می ‌رود.
• تولید پروپان و بوتان: در فرآیندهای کراکینگ، متان و دیگر گازهای سبک به پروپان (C₃H₈) و بوتان (C₄H₁₀) تبدیل می‌ شوند.
• اتان(C₂H₆):
• تولید اتیلن:اتان به‌ عنوان خوراک در فرآیند کراکینگ برای تولید اتیلن (C₂H₄) بکار می ‌رود. اتیلن یکی از مهم ‌ترین مونومرها برای تولید پلاستیک‌ ها و پلیمرها است.
• تولید پروپیلن: از اتان به ‌طور غیرمستقیم در تولید پروپیلن (C₃H₆) استفاده می ‌شود. پروپیلن ماده اولیه برای تولید پلی‌پروپیلن و دیگر مواد شیمیایی است.
• پروپان(C₃H₈) و بوتان (C₄H₁₀):
• تولید پروپیلن:پروپان یکی از منابع اصلی تولید پروپیلن است. پروپیلن در تولید پلی‌پروپیلن (PP)  و دیگر پلیمرهای صنعتی کاربرد دارد.
• سوخت:این گازها در صنایع مختلف به‌ عنوان سوخت استفاده می‌ شوند.

2-نفت خام (Crude Oil)

نفت خام به‌ عنوان یکی از منابع اولیه برای تولید محصولات پتروشیمیایی، پس از پالایش به مواد مختلفی تبدیل می ‌شود که در صنایع مختلف کاربرد دارند. مواد مشتق‌ شده از نفت خام:

• نفتا(Naphtha):
• کراکینگ: نفتا به‌ عنوان خوراک در فرآیند کراکینگ به اتیلن، پروپیلن و بنزن تبدیل می ‌شود.
• تولید آروماتیک‌ها: نفتا به‌ عنوان خوراک در تولید بنزن، تولوئن و زایلن استفاده می ‌شود. این مواد به ‌طور عمده در تولید مواد پلاستیکی، رنگ ‌ها، و مواد شیمیایی صنعتی کاربرد دارند.
• بنزین(Gasoline):
• مواد شیمیایی پایه: بنزین که به ‌طور عمده از نفت خام بدست می ‌آید، در تولید انواع مواد شیمیایی مانند بنزن، تولوئن و زایلن استفاده می ‌شود.
• گازوئیل(Diesel):
• تولید روغن‌های صنعتی: گازوئیل در تولید روغن ‌های صنعتی و سایر محصولات نفتی به‌کار می ‌رود.

3-گازهای صنعتی (Industrial Gases)

گازهای صنعتی مانند هیدروژن(H₂)، نیتروژن (N₂) و دی‌اکسید کربن (CO₂) نقش اساسی در فرآیندهای مختلف پتروشیمی ایفا می ‌کنند. هیدروژن (H₂):

• تولید آمونیاک:هیدروژن از طریق واکنش‌ های سنتز گاز (از ترکیب گاز طبیعی و بخار آب) تولید شده و در فرآیند تولید آمونیاک (NH₃) استفاده می ‌شود.
• هیدروژناسیون:هیدروژن در فرآیند هیدروژناسیون برای تبدیل روغن‌ های غیر اشباع به روغن ‌های اشباع بکار می ‌رود.

نیتروژن (N₂):

• تولید آمونیاک: نیتروژن به‌ عنوان یکی از عناصر اصلی در تولید آمونیاک (NH₃) استفاده می ‌شود که برای تولید کودهای شیمیایی و همچنین در صنایع دیگر کاربرد دارد.
• حفظ محیط‌های بدون اکسیژن: نیتروژن به‌ عنوان گاز بی ‌اثر در فرآیندهای شیمیایی برای جلوگیری از احتراق و اکسیداسیون به کار می ‌رود.

دی‌اکسید کربن(CO₂):

• تولید یخ خشک:  در صنایع مختلف، دی‌اکسید کربن به‌ عنوان  یخ خشک برای نگهداری مواد استفاده می ‌شود.
• در فرآیندهای شیمیایی: دی‌اکسید کربن در تولید پلیمرها، به‌ ویژه پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن به‌ عنوان گاز حامل استفاده می ‌شود.

4-زغال ‌سنگ (Coal)

زغال ‌سنگ یکی دیگر از منابع اولیه است که در صنایع پتروشیمی به ‌ویژه در فرآیندهای تبدیل کربن به مواد شیمیایی استفاده می ‌شود. زغال‌ سنگ در تولید متانول، آمونیاک و دیگر مواد شیمیایی پایه به کار می ‌رود.

5-مواد اولیه بیولوژیکی (Biomass)

مواد اولیه بیولوژیکی مانند زیست ‌توده و مواد زیستی به‌ عنوان منابع تجدیدپذیر در برخی فرآیندهای پتروشیمیایی به کار می‌روند. این مواد برای تولید بیوپلاستیک ‌ها، سوخت ‌های زیستی و برخی مواد شیمیایی دیگر استفاده می‌ شوند.

6-آب

برای تأمین نیازهای مختلف فرآیندهای پتروشیمی، به ویژه در بخش ‌های خنک‌ سازی و تأمین انرژی.

7-نمک (کلرید سدیم)

در تولید مواد شیمیایی مختلف مثل کلر، سدیم هیدروکسید و PVC (پلی‌وینیل کلرید) به کار می ‌رود.

8-مواد شیمیایی دیگر:

شامل سولفور و اکسیدهای فلزی که در برخی فرآیندهای تولید پتروشیمی به کار می ‌روند.

فرآیندهای تبدیل مواد اولیه به محصولات پتروشیمیایی

• کراکینگ: فرآیندی است که در آن هیدروکربن ‌های سنگین به هیدروکربن ‌های سبک ‌تر مانند اتیلن و پروپیلن تبدیل می‌ شوند.
• آمونیاک‌سازی: در این فرآیند، نیتروژن و هیدروژن برای تولید آمونیاک ترکیب می‌ شوند.
• پلیمریزاسیون: در این فرآیند، مونومرها به پلیمرهایی مانند پلی‌اتیلن و پلی‌پروپیلن تبدیل می‌ شوند.

کاربرد انواع مواد اولیه پتروشیمی

مواد اولیه پتروشیمی، که عمدتاً از هیدروکربن ‌های طبیعی مانند گاز طبیعی و نفت خام به دست می ‌آیند، در صنایع مختلف شیمیایی و پلیمری کاربرد دارند. این مواد به ‌طور معمول در فرآیندهای مختلف برای تولید انواع محصولات پتروشیمیایی استفاده می‌ شوند. در زیر، انواع مواد اولیه و کاربردهای آنها توضیح داده شده است: 

متان (CH₄) 

• تولید متانول: متان به‌ عنوان خوراک در تولید متانول، یکی از مهم ‌ترین مواد اولیه صنایع شیمیایی، استفاده می ‌شود.
• تولید آمونیاک: متان از طریق فرآیندهای سنتز گاز، به هیدروژن تبدیل شده و در ترکیب با نیتروژن برای تولید آمونیاک به ‌کار می ‌رود.
• سوخت: به‌ عنوان منبع انرژی برای تأمین گرما و برق در نیروگاه ‌ها و صنعت پتروشیمی استفاده می ‌شود.

اتان (C₂H₆)

• تولید اتیلن: اتان به‌ عنوان خوراک در فرآیند کراکینگ برای تولید اتیلن استفاده می ‌شود. اتیلن یکی از مهم ‌ترین مونومرها در تولید پلیمرهایی نظیر پلی‌اتیلن است.
• تولید پروپیلن: اتان در واکنش ‌های خاصی به پروپیلن تبدیل می ‌شود، که در صنایع شیمیایی و پلاستیکی کاربرد دارد.

پروپان (C₃H₈) و بوتان (C₄H₁₀)

• تولید پروپیلن: پروپان یکی از خوراک‌ های اصلی برای تولید پروپیلن است که در صنعت تولید پلی‌پروپیلن (PP) و تولید شیمیایی مهم است.
• سوخت: پروپان و بوتان در صنایع به‌ عنوان سوخت برای گرمایش و پخت‌وپز به‌ویژه در مناطقی که گاز طبیعی در دسترس نیست، استفاده می‌ شوند.

نفت خام

• تولید نفتا: نفت خام یکی از منابع اصلی تولید نفتا است. نفتا به‌ عنوان خوراک در فرآیند کراکینگ (شکستن مولکول‌ها) برای تولید اتیلن، پروپیلن و بنزن استفاده می ‌شود.
• تولید بنزین و دیزل: نفت خام پس از فرآیند پالایش برای تولید بنزین و دیزل مورد استفاده قرار می‌ گیرد.
• تولید مواد شیمیایی پایه: نفت خام در تولید انواع مواد شیمیایی پایه مانند بنزن، تولوئن و زایلن استفاده می ‌شود.

نفتا (Naphtha)

• کراکینگ: نفتا در فرآیند کراکینگ به اتیلن، پروپیلن و دیگر محصولات هیدروکربنی سبک تبدیل می ‌شود. این محصولات در تولید پلاستیک ‌ها، مواد شیمیایی و انواع مواد اولیه دیگر کاربرد دارند.
• تولید بنزن، تولوئن و زایلن: نفتا از منابع اولیه تولید آروماتیک‌ ها است که در تولید انواع پلاستیک ‌ها، لاستیک‌ ها و دیگر مواد شیمیایی کاربرد دارند.

هیدروژن (H₂)

• تولید آمونیاک: هیدروژن از طریق فرآیندهای نیتروژن ‌زدایی برای تولید آمونیاک استفاده می ‌شود.
• تولید متانول: هیدروژن در واکنش با کربن مونوکسید برای تولید متانول به ‌کار می ‌رود.
• هیدروژناسیون: برای تبدیل روغن‌ های غیر اشباع به روغن ‌های اشباع (در صنایع غذایی و شیمیایی).

نیتروژن (N₂)

• تولید آمونیاک: نیتروژن به‌ عنوان یک عنصر اصلی در تولید آمونیاک به ‌کار می ‌رود.
• حفاظت از فرآیندهای شیمیایی: نیتروژن به‌ عنوان  گاز بی ‌اثر برای حفظ فرآیندهای شیمیایی در محیط ‌های بدون اکسیژن استفاده می ‌شود.

دی‌اکسید کربن (CO₂)

• تولید یخ خشک: در صنایع مختلف برای خنک ‌سازی و انتقال مواد به ‌کار می ‌رود.
• در فرآیندهای شیمیایی: در تولید پلیمرها، به‌ ویژه در صنایع پلاستیک، به‌ عنوان گاز حامل استفاده می ‌شود.

آمونیاک

در تولید کودهای شیمیایی (کودهای نیتروژنی)، و همچنین در صنعت پلاستیک و مواد شوینده.

بنزن، تولوئن و زایلن

در تولید مواد شیمیایی و پلاستیک‌ ها، همچنین در صنعت رنگ و لاک. نتیجه گیری استفاده از منابع هیدروکربنی به ‌عنوان مواد اولیه در صنایع پتروشیمی، امکان تولید طیف گسترده‌ای از محصولات شیمیایی و پلیمری را فراهم می ‌کند و در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، بسته ‌بندی، الکترونیک، پزشکی و کشاورزی مورد استفاده قرار می ‌گیرند. از این رو، صنایع پتروشیمی نقش حیاتی در تأمین مواد اولیه برای صنایع متعدد دارند و همچنین در زمینه توسعه پایدار، جایگزینی منابع تجدیدپذیر با منابع غیرقابل تجدید اهمیت بسیاری دارد.