در این بین شکل‌گیری موج یکپارچگی صنایع پالایشی و پتروشیمیایی تحت عنوان پتروپالایشگاه‌ها و به شکل بسیار پیشرفته‌تر آن یعنی تبدیل مستقیم نفت‌خام به محصولات پتروشیمیایی موسوم به COTC بر آن است تا انقلابی در صنعت پتروشیمی ایجاد کرده و کشورهای دارای منابع نفتی نظیر عربستان سعودی یا واردکنندگان بزرگ نفت نظیر چین، به بزرگ‌ترین تولید‌کنندگان محصولات پتروشیمی تبدیل شود.

در شکل سنتی حاضر، پالایشگاه‌ها نفتای مورد نیاز کراکرهای صنعت پتروشیمی را تولید و در اختیار آن قرار می‌دهند تا در عملیات تولید بتواند مورد استفاده قرار گیرد.

درحال‌حاضر به‌طور متوسط و استاندارد یک بشکه نفت می‌تواند ۸ تا ۱۰ درصد نفتا در اختیار تولیدکنندگان قرار دهد و در بهترین حالت در پیچیده‌ترین پتروپالایشگاه‌ها به‌عنوان مثال پتروپالایشگاه ربیغ عربستان می‌تواند ۱۷ درصد یا در پتروپالایشگاه صدارای عربستان می‌تواند ۲۰ درصد نفتا برای فرآوری محصولات پتروشیمی تولید کند. با این حال گفته می‌شود COTC قادر است میزان ۴۰ تا ۸۰ درصد مواد شیمیایی را از هر بشکه نفت استخراج کند که رقمی بسیار قابل‌توجه است.

درحال‌حاضر به‌جز مجتمع Hengli چین که در اوایل سال ۲۰۱۹ در این کشور راه‌اندازی شد و درحال‌حاضر با ظرفیت کامل تولید می‌کند، سه پروژه COTC دیگر در چین (برنامه راه‌اندازی طی سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۱) و یک پروژه COTC نیز در عربستان سعودی (برنامه راه‌اندازی در سال ۲۰۲۵) درحال آماده‌سازی و اجرا است. در خلاصه تبیین الگوه‌های مختلف پتروپالایشگاه‌ها، چهار الگو مطرح است و الگوی COTC الگوی پیشرفته پنجم است:

الگوی اول: پالایشگاه به اضافه واحد RFCCتولید پروپیلن

الگوی دوم: پالایشگاه به اضافه واحد BTX تولید آروماتیک‌ها به اضافه واحد RFCC تولید پروپیلن

الگوی سوم: پالایشگاه به اضافه واحد پارازایلین یا پالایشگاه به اضافه واحد کراکر بخار

الگوی چهارم: پالایشگاه به اضافه واحد پارازایلین به اضافه واحد کراکر بخار

الگوی پنجم: واحد COTC یا تبدیل مستقیم نفت به محصولات پتروشیمیایی با استفاده از فرآیندهای پیشرفته هیدروکراکینگ

وقتی صحبت از بازدهی ۴۰ درصدی یک واحد COTC می‌شود یعنی در یک پالایشگاه با ظرفیت ۲۰ میلیون تن در سال معادل ۴۰۰ هزار بشکه در روز تولید ۸ میلیون تن انواع محصولات با ارزش پتروشیمی (غالبا پارازایلین و اتیلن و پروپیلن) میسر می‌شود. به بیان دیگر با توجه به ظرفیت بالای این واحدها، تا ۴برابر یک واحد پتروشیمی با ظرفیت متعارف جهانی، می‌توانند به تولید محصولات متنوع بپردازند.

نکته مهم در علت جهش به سمت واحدهای COTC عبارت است از پیش‌بینی متوسط رشد سالانه تقاضای بالا برای محصولات پتروشیمی (بین ۴ تا ۵/ ۴ درصد طی ۲۰ سال آینده که حتی بیشتر از متوسط نرخ تولید ناخالص داخلی جهانی یعنی رقم ۳ درصد است) در مقایسه با نرخ رشد کند تقاضای فرآورده‌های سوختی نظیر بنزین و گازوئیل که بین نیم تا ۵/ ۱ درصد در سال طی ۲۰ سال آینده متصور است. عمدتا انقلاب خودروهای برقی و نیز بهبود کیفیت سوخت‌ها و گرایش به سمت سوخت‌های پاک، از دلایل اصلی کاهش رشد تقاضای فرآورده‌های سوختی حتی در کشورهای کمتر توسعه‌یافته است.

یکی از دلایل اصلی پیشگامی چین در توسعه واحدهای COTC، هزینه بالای تامین خوراک پتروشیمی‌های این کشور از جمله اتان و ال‌پی‌جی از سمت آمریکاست؛ به‌گونه‌ای‌که با احتساب هزینه حمل و بارگیری محموله، هزینه خوراک وارداتی چین تقریبا ۲ برابر قیمت آن در آمریکا خواهد شد.

شایان توجه است که هر سه مالک پروژه‌های COTC چین، از بزرگ‌ترین تولید‌کنندگان PET در چین هستند که به‌دنبال تامین پارازایلین خود به احداث این واحدها روی آورده‌اند. ضمن آنکه در تمام پروژه‌های فوق، تولید محصولات پایین‌دست پتروشیمی نظیر پلی‌پروپیلن نیز به منظور حداکثر ارزش‌افزایی، مورد توجه قرار گرفته‌اند. میزان واردات پارازایلین چین در سال ۲۰۱۸ حدود ۱۵ میلیون تن بود که انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۳ با افزایش ظرفیت‌های ناشی از واحدهای COTC، خالص واردات پارازایلین این کشور به کمتر از ۶ میلیون تن برسد.

تحلیل فنی واحدهای پتروپالایشی در مقایسه با واحدهای پتروشیمیایی

خوراک واحد Hengli و سایر طرح‌های COTC چین ترکیب نفت‌خام سبک و سنگین و خوراک طرح COTC عربستان، نفت سبک است. هرچه خوراک ورودی سبک‌تر باشد، میزان ته‌مانده‌های برج، کمتر و راندمان تولید مواد پتروشیمیایی بالاتر است.

در مقایسه یک پالایشگاه-کراکر بخار با یک واحد COTC، باید گفت که در پتروپالایشگاه نفتای تولیدی پالایشگاه به واحد کراکر بخار ارسال می‌شود و در واقع نفت‌خام، خوراک غیرمستقیم واحد پتروشیمی است.

به منظور افزایش بازدهی تبدیل مستقیم نفت‌خام به محصولات پتروشیمیایی، حصول موارد ذیل ضروری است:

- کاهش میزان ته مانده‌های سنگین برج

- افزایش نسبت هیدروژن به کربن (H:C) به حدود ۲

- کاهش گوگرد و ناخالصی‌های فلزی

در نیل به این مهم، از دو فرآیند «هیدروژن‌افزایی» و «کربن‌زدایی» می‌توان استفاده کرد که در افزایش نسبت H:C و کاهش گوگرد و ناخالصی‌های فلزی بسیار موثرند. به‌دلیل اهمیت عدم اتلاف کربن، عمدتا از فرآیند هیدروژن‌افزایی استفاده می‌شود. این فرآیند شامل هیدروکراکینگ است. در هیدروکراکینگ بنزین، گازوئیل و ته مانده‌های برج با افزودن هیدروژن، ناخالصی‌های نیکل و وانادیم که مسموم‌کننده کاتالیست در ادامه هستند، حذف می‌شوند. همچنین سایز مولکول‌های سنگین و میزان گوگرد، کاهش یافته و بیشترین درصد تبدیل حادث می‌شود.

در مجتمع هنگلی از تکنولوژی هیدروکراکینگ شرکت AXENS برای هیدروکراکینگ ته‌مانده‌های برج خلأ و هیدروکراکینگ بنزین و گازوئیل استفاده می‌شود و بیشترین نفتای سنگین برای واحد آروماتیک‌ها تولید می‌شود. علاوه بر تولید سالانه ۵/ ۴ میلیون تن پارازایلین، حدود ۹۷۰ هزار تن در سال نیز بنزن در واحد آروماتیک‌های این مجتمع تولید می‌شود.

شرکت‌های KBR، UOP، CB&I و... از دیگر شرکت‌های صاحب تکنولوژی هیدروکراکینگ هستند. درحالی‌که ظرفیت بزرگ‌ترین الفین‌ها (کراکرهای بخار) حداکثر ۲ میلیون تن در سال است درخصوص پروژه COTC مشترک میان آرامکو و سابیک با درصد تبدیل ۴۵ درصد، میزان تولیدات محصولات آن ۹ میلیون تن خواهد بود که در واقع ۴برابر تولیدات یک واحد کراکربخار است. اگر برای نیل به راندمان ۷۰-۸۰ درصد، مشارکت شرکت Aramco با شرکت‌های CB&I و Chevron Lummus Global (CLG) به نتیجه برسد ظرفیت آن حداقل معادل ۱۴ میلیون تن (یعنی ۵/ ۶ برابر یک واحد الفین) خواهد بود که معادلات تولیدات اتیلن و پروپیلن منطقه را به هم خواهد ریخت.

در جمع‌بندی موارد فوق باید گفت:

۱- واحدهای COTC به‌دلیل مقیاس ظرفیت بالا، توازن عرضه و تقاضای جهانی محصولات پتروشیمیایی عمده را تغییر خواهند داد که نمونه آن پارازایلین چین خواهد بود به‌گونه‌ای‌که طرح‌های COTC چین سازندگان PET این کشور را به سمت خودکفایی پیش می‌برد.

۲- طرح COTC مشارکت Aramco/ Sabic عربستان، در جهت بیشترین بهره وری از نفت و تنوع بخشی به محصولات پتروشیمی است.

۳- در طرح‌های COTC به کاهش میزان ته مانده‌های بزرگ نیاز است که برای این مهم فرآیند هیدروژن‌افزایی به کربن‌زدایی ارجحیت دارد.

۴- فرآیند هیدروکراکینگ به یکی از مهم‌ترین فرآیندهای درحال توسعه تبدیل می‌شود و این امر به‌دلیل توانایی در هیدروژن‌افزایی، کراکینگ، حذف گوگرد، تولید نفتا و بنابراین ارتقای درصد تبدیل نفت به مواد پتروشیمیایی است.

۵- در هیدروکراکینگ مورد استفاده در COTC به کاتالیست‌هایی نیاز است که تا حد ممکن تولیدات نفتای سبک و سنگین را در مقایسه با تولیدات جریانات میانی و گازوئیل افزایش دهند.

۶- هدف‌گذاری در تولید موارد پتروشیمیایی مشخص، قدرت انتخاب نوع نفت‌خوراک و بنابراین الگوی بهینه پیکربندی را فراهم می‌سازد. قطعا تولید الفین‌های بیشتر به‌جای پارازایلین نیاز به خوراک از نوع نفت با API بیشتر را به یک ضرورت تبدیل می‌کند.

۷- عوامل کلیدی در طراحی واحدهای COTC شامل بازده محصول، مصرف هیدروژن، مصرف یوتیلیتی‌ها و سرمایه‌گذاری ثابت هستند.

در پایان اگرچه بی‌شک ایران یکی از کشورهای با ذخایر غنی نفت است، اما مهم استفاده بهینه و ایجاد بیشترین ارزش افزوده از این منابع است. در شرایطی که به‌دلیل تحریم‌های ظالمانه علیه کشور، صادرات نفت با دشواری همراه است برنامه‌ریزی برای طرح‌های پتروپالایشگاهی و خصوصا از نوع واحدهای COTC بسیار ضروری است. اگرچه سرمایه‌گذاری آن بالا و بین ۱۰ تا ۱۵ میلیارد دلار خواهد بود و نیاز به برنامه‌ریزی مالی دارد. اما سرمایه‌گذاری مشترک با شرکت‌های چینی برای احداث این واحدها در ایران نیز قابل برنامه‌ریزی است.