مشروع بحثي بالجامعة: صناعة محفزات قوية لتحويل النفط الخام إلى مواد كيميائية عالية القيمة

تسعى العديد من دول العالم إلى التحول من وسائل النقل التقليدي إلى المركبات الكهربائية بهدف الحد من الاحتباس الحراري وفقا لاتفاقية باريس التي ظهرت في العام 2017 ونصت على ألا تتجاوز الزيادة في درجة حرارة الأرض (2) درجة مئوية، ما سيؤدي إلى تخفيض الطلب على النفط الخام لذلك فإنه يجب على الدول المنتجة للنفط تحويل جزء كبير من النفط الخام إلى صناعات مبتكرة، وتشير التوقعات أن صناعة البتروكيماويات ستهتلك جزءا كبيرا من النفط الخام في السنوات القادمة، فوفقاً لوكالة الطاقة الدولية (IEA) فإن من المتوقع أن تستهلك المواد الكيميائية أكثر من ثلث النمو في الطلب العالمي على النفط في السنوات العشر المقبلة.

وقد بدأت المملكة العربية السعودية (باعتبارها أكبر منتج للنفط الخام) في تطوير الصناعات التحويلية المرتبطة بتحويل النفط الخام إلى مواد كيميائية (بتروكيماويات). 

هناك ستة من المواد الأولية لصناعة البتروكيماويات وهي الإيثلين، البروبلين، البنزين، التولوين، الزيلين والغاز، وينبغي تحويل النفط الخام إلى هذه المواد الأولية للسماح بالنمو في قطاع البتروكيماويات.

وقد عملت مجموعة من المهندسين والعلماء في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن مؤخراً على تطوير محفزات قوية لتسييل مواد النفط الخام لإنتاج المواد الكيميائية عالية الثمن وذات الطلب المرتفع.

و يهدف البحث، الذي تموله شركة أرامكو السعودية، إلى إيجاد محفزات أفضل وأكثر قوة لتحويل النفط الخام إلى أوليفينات وعطريات.

في الماضي، يعد الماء كمثبط في دورة التحفيز. ومع ذلك، فإن التحويل من النفط الخام إلى المواد الكيميائية يتطلب وجود بخار، ومياه حارة، ومياه حرجة و فوق حرجة في عملية التحويل، حيث يوصى بوجود نسبة من البخار خاصة في معالجة النفط الثقيل، وتحت هذه الظروف القاسية يمكن أن تنهار المحفزات.

و في هذا المشروع الذي ينفذ في مركز التميز البحثي لتقنية الناو في معهد البحوث بجامعة الملك فهد للبترول والمعادن، تم تجربة طرق مختلفة لجعل المحفزات أكثر ثباتاً وأكثر تحملاً للظروف القاسية (منها الحرارة العالية جدا والرطوبة)، وهو ما يعد من أهم التحديات في المشروع البحثي، من خلال استخدام سطح طارد للماء في محفزات الزيوليت (zeolite).

وبالإضافة إلى محفزات الزيوليت الطاردة للماء، تم أيضاً إنتاج محفزات الزيوليت النانوية في هذا المشروع. فقد تم اختراع وتحسين تشكيلات مختلفة من الزيوليت بأنماط مختلفة.

كيف تم تنفيذ الفكرة؟

تم التحكم في متانة محفزات الزيوليت بطرق مختلفة، بما في ذلك تعديل السطح، والتحكم في التركيب، وعمليات ما بعد المعالجة. وقد تم تصنيع الزيوليت النانوي، والذي يعتبر عاملاً بالغ الأهمية لتحقيق الاستقرار والانتقائية stability” “selectivity ،  بطرق مختلفة بما في ذلك عملية " التصنيع بمساعدة الميكروويف microwave assisted synthesis " لتحقيق التبلور السريع، حيث يمكن الحفاظ على البلورات النانوية عند التحكم في نمو البلورات. كما يؤثر استقرار العوامل المحفزة بحجم قنوات الزيوليت.

تم تصنيف وجدولة الزيوليت المتوسطة المسام " Medium pore zeolites "، والتي وضعت في الماء الساخن، وتم التوصية عليها في هذا المشروع للتسويق في المستقبل.

و يعد التكسير الحفزي " Catalytic cracking "، عامل رئيسي لتحويل النفط الخام إلى مواد كيميائية، موضوعاً استراتيجياً للغاية بالنسبة للمملكة لتسييل موارد النفط الخام. 

التقدير على مستوى العالم:

وفقاً لشركة كلاريفت اناليتك " Clarivate Analytics "، فإن مشروع التكسير الحفزي في جامعة الملك فهد الذي تموله أرامكو السعودية بقيادة د.أوكي مورازا، هو المشروع الأكثر إنتاجاً في جميع أنحاء العالم للتكسير الحفزي في السنوات الثلاث الماضية. وقد اكتملت المرحلة الأولى من المشروع ، بنتائج ملحوظة بما في ذلك (26) بحثاً نشرت في مجلات علمية دولية ذات السمعة الجيدة مثل (Applied Catalysis B) و(Applied Energy) الحائزات على (عامل تأثير فوق 5). و تم تقديم  أكثر من (8) براءات اختراع ، وقد تم الانتهاء من المرحلة الأولى من المشروع بتكلفة (6.5) مليون ريال سعودي، وتم البدء في المرحلة الثانية من المشروع بميزانية قدرها (5.7) مليون ريال سعودي. وتم التطرق إلى مسألة التطبيقات الصناعية المستقبلية التي يمكن أن تنتج من تحول النفط الخام إلى المواد الكيميائية.

هذه المعرفة ستسمح للمملكة أن تمتلك أول شركة لتصنيع محفز الزيوليت. كما تمت دعوة الفريق من قبل شركة وادي الظهران للتقنية لتخطيط توسيع نطاق البحث من أجل التسويق المحتمل.

تجدر الإشارة إلى أنه تم خلال هذا المشروع نشر (26) ورقة بحثية ذات جودة عالية، ومن المتوقع تسجيل (6) براءات اختراع متعلقة بهذا المجال.

فريق المشروع:

يضم فريق المشروع د. أوكي مورازا (مركز التميز البحثي في تقنية النانو ، أستاذ مشارك بقسم الهندسة الكيميائية) – مدير المشروع/ الباحث الرئيسي، البروفيسور د. زين يماني (مركز التميز البحثي في تقنية النانو وقسم الفيزياء)، الباحث إدريس باكاري (مركز التميز البحثي في تقنية النانو)، الباحث محمد سنهوب (مركز التميز البحثي في تقنية النانو)، الباحث محمد حسن (مركز التميز البحثي في تقنية النانو)، الباحث أنس كرار جميل (مركز التميز البحثي في تقنية النانو)، الباحث جلال ناصر (مركز التميز البحثي في تقنية النانو).

مزيد من التفاصيل حول المشروع يمكن الحصول عليها من الاوراق البحثية المنشورة والمذكورة بصفحة الباحث الرئيسي للمشروع  د. أوكي مورازا على الرابط: http://faculty.kfupm.edu.sa/che/omuraza/