صنعت تولید اتیلن و پروپیلن: مصرف آب و تولید پساب
صنعت تولید اتیلن و پروپیلن، به عنوان یکی از ارکان صنعت پتروشیمی، نقش بسیار مهمی در تولید محصولات شیمیایی مختلف مانند پلاستیک‌ها، کودهای شیمیایی، شوینده‌ها، و مواد اولیه صنایع دیگر ایفا می‌کند. فرآیندهای تولید اتیلن و پروپیلن عموماً در پالایشگاه‌ها و واحدهای پتروشیمی صورت می‌گیرند و این فرآیندها با مصرف بالای منابع آبی و تولید پساب‌های آلوده همراه هستند. در اینجا به بررسی مصرف آب، تولید پساب و اثرات زیست‌محیطی این صنعت پرداخته می‌شود.
1. میزان مصرف آب در صنعت تولید اتیلن و پروپیلن
صنعت تولید اتیلن و پروپیلن برای انجام فرآیندهای شیمیایی پیچیده‌ای که در آن‌ها نفت خام، گاز طبیعی یا سایر منابع هیدروکربنی به محصولات شیمیایی تبدیل می‌شود، نیاز به مقادیر زیادی آب دارد. مهم‌ترین فرآیندهای مصرف‌کننده آب در این صنعت عبارتند از:
فرآیندهای کلیدی که نیاز به آب دارند:
- پالایش و تفکیک گازهای طبیعی:
- برای تولید اتیلن و پروپیلن، گاز طبیعی یا نفت خام ابتدا پالایش می‌شود تا گازهای مختلف مانند متان، اتیلن و پروپیلن از هم جدا شوند. این فرآیند نیاز به استفاده از آب برای خنک‌سازی و تصفیه گازهای فرآیندی دارد.
- کراکینگ (Cracking) یا شکستن هیدروکربن‌ها:
- یکی از مهم‌ترین مراحل تولید اتیلن و پروپیلن، فرآیند کراکینگ است که در آن هیدروکربن‌های سنگین تحت دما و فشار بالا تجزیه می‌شوند. در این فرآیند، آب برای خنک‌سازی تجهیزات و همچنین برای سرد کردن محصولات نهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- فرآیندهای تقطیر و جداسازی:
- در فرآیندهای تقطیر و جداسازی، آب برای انجام فرآیندهای شستشوی گازها و مواد نفتی، حذف ناخالصی‌ها و ته‌نشین کردن مواد جامد استفاده می‌شود.
- فرآیند هیدروژن‌دهی (Hydrogenation):
- در این مرحله، هیدروژن به ترکیبات آلی مانند اتیلن و پروپیلن اضافه می‌شود. این فرایند نیز معمولاً نیاز به آب برای کنترل دما و فشار دارد.
- سیستم‌های خنک‌کننده:
- واحدهای پتروشیمی برای خنک‌سازی فرآیندهای داغ، که در آن‌ها واکنش‌های شیمیایی شدید صورت می‌گیرد، نیاز به حجم زیادی از آب دارند. این آب معمولاً از منابع طبیعی یا سیستم‌های بازچرخانی تأمین می‌شود.
- شستشوی گازهای خروجی:
- گازهای خروجی حاصل از فرآیندهای شیمیایی در تولید اتیلن و پروپیلن، معمولاً حاوی آلاینده‌هایی مانند دی‌اکسید کربن (CO2) و ترکیبات سمی دیگر هستند که برای کاهش آلودگی به آب نیاز دارند.
میزان مصرف آب
مصرف آب در صنعت تولید اتیلن و پروپیلن می‌تواند بسته به مقیاس و تکنولوژی استفاده‌شده در پالایشگاه‌ها متفاوت باشد، ولی به‌طور کلی، برای تولید هر تن اتیلن، میزان مصرف آب ممکن است در حدود 3 تا 5 متر مکعب باشد. برای تولید پروپیلن نیز این میزان مشابه یا کمی بیشتر خواهد بود. البته بسته به نوع فناوری‌های مورد استفاده و سیستم‌های خنک‌کننده، این مصرف ممکن است کاهش یا افزایش یابد.
2. تولید پساب در صنعت تولید اتیلن و پروپیلن
پساب‌های تولیدی در صنعت تولید اتیلن و پروپیلن عمدتاً شامل ترکیبات شیمیایی و هیدروکربنی هستند که به‌واسطه استفاده از مواد خام نفتی یا گازی و فرآیندهای شیمیایی متعدد در این صنعت ایجاد می‌شوند. پساب‌ها می‌توانند شامل مواد آلی و غیرآلی، فلزات سنگین، گازهای سمی و سایر آلاینده‌های شیمیایی باشند.
انواع آلاینده‌های موجود در پساب‌ها:
- ترکیبات هیدروکربنی (آلاینده‌های نفتی):
- یکی از اصلی‌ترین آلاینده‌های موجود در پساب‌های تولید اتیلن و پروپیلن، هیدروکربن‌ها هستند که ممکن است شامل بنزین، نفت، گازوئیل و ترکیبات مشابه باشند. این مواد می‌توانند به‌راحتی به منابع آب وارد شوند و باعث آلودگی شدید آن‌ها شوند.
- مواد شیمیایی سمی:
- فرآیندهای شیمیایی در صنعت پتروشیمی شامل استفاده از مواد شیمیایی مختلف مانند حلال‌ها، کاتالیزورها و اسیدها هستند. پساب‌های تولیدی ممکن است شامل ترکیبات سمی مانند اسیدهای آلی و معدنی، بازها، و ترکیبات آلی فرار (VOCs) باشند که نیاز به تصفیه ویژه دارند.
- فلزات سنگین:
- برخی از فرآیندهای شیمیایی ممکن است منجر به تولید پساب‌هایی حاوی فلزات سنگین مانند کادمیوم، سرب، نیکل و کروم شوند که از طریق رسوبات یا محصولات شیمیایی وارد پساب‌ها می‌شوند.
- مواد جامد معلق:
- مواد جامد معلق ناشی از فرآیندهای تصفیه و تفکیک گازها و مواد نفتی، شامل ذرات ریز و ناخالصی‌ها هستند که معمولاً در پساب‌ها وجود دارند.
- ترکیبات گازی:
- گازهای آلاینده مانند دی‌اکسید کربن (CO2) و دی‌اکسید گوگرد (SO2) که در فرآیندهای کراکینگ و هیدروژن‌دهی تولید می‌شوند، ممکن است در پساب‌ها یا سیستم‌های فاضلاب کارخانه‌ها تجمع یابند.
3. روش‌های تصفیه پساب در صنعت تولید اتیلن و پروپیلن
تصفیه پساب در این صنعت، به دلیل وجود مواد شیمیایی و هیدروکربنی پیچیده، نیازمند استفاده از فناوری‌های پیشرفته است. برخی از روش‌های تصفیه پساب‌های تولیدی عبارتند از:
1. تصفیه فیزیکی
- فیلتراسیون: برای حذف مواد جامد معلق از پساب‌ها، از سیستم‌های فیلتراسیون استفاده می‌شود. این روش می‌تواند شامل فیلترهای شنی، فیلترهای کربن فعال و یا فیلترهای مخصوص مواد نفتی باشد.
- جذب با کربن فعال: کربن فعال برای جذب ترکیبات آلی و هیدروکربنی موجود در پساب‌های صنعتی به‌ویژه در صنعت پتروشیمی مؤثر است.
2. تصفیه شیمیایی
- انعقاد و لخته‌سازی: این فرآیند برای حذف فلزات سنگین و مواد شیمیایی محلول در پساب‌ها استفاده می‌شود. معمولاً از مواد شیمیایی مانند کلر یا آلومینیوم سولفات برای این منظور استفاده می‌شود.
- اکسیداسیون شیمیایی: استفاده از مواد اکسیدکننده مانند ازن (Ozone) یا پرمگنات پتاسیم می‌تواند برای تجزیه ترکیبات آلی سمی و آلودگی‌های موجود در پساب‌ها مؤثر باشد.
3. تصفیه بیولوژیکی
- استفاده از راکتورهای بیولوژیکی مانند سیستم‌های لجن فعال برای تجزیه مواد آلی موجود در پساب‌ها و تبدیل آن‌ها به مواد غیرآلاینده.
- بازیافت بیولوژیکی به کمک میکروارگانیسم‌ها برای حذف مواد آلی در پساب‌های آبی این صنعت می‌تواند منجر به کاهش بار آلودگی و تولید محصولات بیولوژیکی غیر سمی شود.
4. اسمز معکوس (RO)
- استفاده از سیستم‌های اسمز معکوس (RO) برای تصفیه پساب‌های حاوی ترکیبات هیدروکربنی و فلزات سنگین. این سیستم‌ها قادر به حذف آلاینده‌های محلول در آب و کاهش میزان سختی آب هستند.
5. تصفیه گازهای خروجی
- شستشوی گازها برای حذف گازهای سمی و آلاینده‌های اسیدی مانند H2S و SO2. این گازها معمولاً از فرآیندهای هیدروکراکینگ و هیدروژن‌دهی تولید می‌شوند و باید به‌طور مؤثری تصفیه شوند.
صنعت تولید اتیلن و پروپیلن، با توجه به حجم بالای مصرف آب و تولید پساب‌های آلوده به ترکیبات شیمیایی و هیدروکربنی، به چالش‌های زیست‌محیطی قابل توجهی روبه‌رو است. با این حال، با استفاده از فناوری‌های پیشرفته برای تصفیه پساب‌ها، مدیریت بهینه مصرف آب و به‌کارگیری روش‌های مؤثر تصفیه، می‌توان اثرات زیست‌محیطی این صنعت را کاهش داد و از منابع آبی و خاکی محافظت کرد.