بخشی از مقاله
چکیده
واحد اولفین یکی از واحدهای انرژیبر صنایع پتروشیمی است. در این واحد، اتیلن و پروپیلن، ماده اولیه صنایع پائین دستی پتروشیمی، طی فرایند شکست حرارتی هیدروکربن ها در کوره تولید می گردد. اتیلن ماده خام تولیدی بسیاری از انواع پلاستیکها ، فیبرها و الاستومرها به شمار می آید و ماده اولیه مهم برای تولید بسیاری از ترکیبات آلی پر مصرف در صنعت به شمار می رود. در تحقیق حاضر به تحلیل و بررسی اسناد اختراع سیستم ثبت شده با موضوع سیستمهای سرمازای دماپایین واحد اولفین پرداخته شده است. این اسناد مرتبط با بخش جداسازی و تبرید در واحد اولفین هستند که به سه بخش تکنولوژی فرآیند ، یکپارچه سازی حرارتی و سیستم سرمازای تقسیم بندی شدهاند. نتایج این مطالعات بیانگر این است که بخش تکنولوژی فرآیند از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و بیشتر پتنتها در این حوزه ثبت شده است . بعد از آن بخش سیستم سرمازای دماپایین است که از سال 1995 مورد توجه قرار گرفته است. همچنین کشور آمریکا با اختلاف زیاد در رده اول و کشورهای آلمان و فرانسه به ترتیب بیشترین فعالیت در حوزه سیستمهای جداسازی و تبرید واحد اولفین را دارا میباشند.
کلمات کلیدی: سیستم سرمازای واحد اولفین، تحلیل اسناد ثبت اختراع
مقدمه
صنایع فرایندی بسیاری وجود دارند که تمام یا بخشی از فرایندهای آنها در زیر دمای محیط انجام می گیرند که به عنوان مثال می توان به فرایندهای مایعسازی و جداسازی گازها در صنایع پتروشیمی و فرایند مایع سازی گاز طبیعی - - LNG اشاره کرد. در این نوع از فرایندها، از یک سیستم سرمازا جهت تامین برودت موردنیاز استفاده می شود. این سیستم، حرارت را از جریانهای سرد شونده واحد - منبع حرارتی - گرفته و آن را به یک سطح دمائی بالاتر - چاه حرارتی - پس می دهد. چاه حرارتی در صنایع فرایندی میتواند سرویس جانبی آب خنک کننده واحد، هوای محیط اطراف، جریان-های گرم شونده واحد و یا تبخیرکننده یک چرخه سرمازای دیگر باشد. معمولا هر اندازه سطح دمائی برودت موردنیاز فرایند، کاهش مییابد، سیستم سرمازای آن نیز پیچیدهتر میشود. عموما سیستمهای تامین برودت دماپائین نسبت به سرویس های جانبی تامین گرمایش مانند سیستم های بخار، به علت هزینه های بالای سرمایه گذاری و عملیاتی واحد متراکم کننده آن، گرانتر می باشند.
هزینه توان مصرفی کمپرسورها، هزینه غالب عملیاتی سیستم سرمازا می باشد. فرایندهای دماپائین به علت هزینه های بالای تجهیزات و انرژی موردنیاز از جمله صنایع فرایندی هزینه بر میباشند. قسمت عمدهای از این هزینه ها مربوط به سیستم سرمازای آنهاست. لذا، طراحی بهینه سیستم سرمازا از نظر میزان مصرف انرژی و هزینه های سرمایه گذاری از پارامترهای تاثیرگذار در بهینه سازی کل فرایند می باشد و به همین دلیل، طراحی سیستم های سرمازا در این نوع فرایندها، همواره از موضوعات قابل تامل و چالش برانگیز در تحقیقات مهندسی بوده است. به طور کلی صنعت پتروشیمی به پنج بخش کلی واحدهای بالا دستی ، واحدهای بنیادی ، واحدهای واسطه ای، واحدهای نهایی ، واحدهای پایین دستی تقسیم بندی می شوند. واحد اولفین جزو واحد بنیادی صنعت پتروشیمی محسوب می شود. این واحد از جمله واحدهای انرژی بر صنایع پتروشیمی است.
در این واحد، اتیلن و پروپیلن، ماده اولیه صنایع پائین دستی پتروشیمی، طی فرایند شکست حرارتی هیدروکربن ها در کوره تولید می گردد. در این واحد، خوراک هیدروکربنی که اغلب مخلوطی از نفتا، اتان، پروپان، بوتان و گاز می باشد، همراه با بخار رقیق کننده از داخل راکتور حرارتی عبور کرده و به علت دمای بسیار بالا در کوره، دچار شکست حرارتی می شوند. محصولات اصلی خروجی از راکتور، اتیلن و پروپیلن هستند که به همراه آنها مقداری ئیدروژن، متان، اتان، پروپان، بوتان، بوتادین، آروماتیک ها و هیدروکربن های سنگین تر تولید می شوند. تحقیق حاضر به تحلیل و بررسی اختراعات ثبت شده بر روی سیستم سرمازای واحد اولفین به منظور ترسیم افقهای پیشرو در این حوزه پرداخته است. در این تحقیق حتی المقدور سعی شده با استفاده از اسناد ثبت اختراع قابل دسترسی و منابع موجود به اهداف مورد نظر رسید. از مباحث این تحقیق می توان به بررسی نتایج ثبت اختراع بخش های واحد اولفین و مقایسه آن ها و همچنین به مقایسه تعداد اختراعات ثبت شده در کشور ها و بررسی روند ثبت اختراع در چند دهه اخیر اشاره کرد.
غربال گری اسناد گرد آوری شده
با بررسی و غربالگری اسناد اختراع که از سال 1950 تا سال 2016 به ثبت رسیدهاند، تعداد 291 سند بدست آمد که پس از حذف موارد تکراری و موارد نامرتبط، تعداد 85 سند باقی ماند. تحلیل حاضر بر روی 85 سند ثبت اختراع ذکر شده صورت پذیرفته است که با اطمینان میتوان اظهار نظر کرد که بسیاری از پتنتها در این تحقیق پوشش داده شده است. این اسناد مرتبط به بخش جداسازی و تبرید در واحد اولفین هستند که در سه بخش زیر تقسیم بندی و ارایه شدهاند:
· تکنولوژی فرآیند جداسازی دماپایین
· یکپارچه سازی حرارتی بین فرایند جداسازی و سیستم سرمازا
· سیستم سرمازای دماپایین
روند زمانی ثبت اختراع
جستجو اسناد حتی الامکان از میان منابع و سایت هایی که قابل دسترسی می باشند انجام شده است. در قسمت مراجع، تمامی این سایتها معرفی شدهاند. تعداد اختراعات مرتبط با فناوری سردسازی واحدهای الفین در بازه زمانی 1960 تا 2016 در شکل 1 نشان داده شده است. با توجه به این نمودار، آغاز فعالیت در این زمینه به اوایل دهه 60 میلادی بازمی گردد . تا دهه 80 پیشرفت هایی را در این زمینه شاهد هستیم اما از دهه 80 به بعد شاهد روند صعودی در ثبت این اختراعات هستیم که نشان دهنده توجه بسیار زیاد به این فناوری در دهه های اخیر است.
گستره جغرافیایی حوزه عملیاتی
بازار فناوری و مسائل اقتصادی از جمله اساسی ترین موضوعاتی است که در انتخاب کشورهای محل ثبت اختراع مورد توجه قرار میگیرد. بنابراین توجه به کشورهای محل ثبت اختراع می تواند اطلاعات مناسبی را در اختیار ما قرار دهد که از جمله آن می توان به انتخاب پررونق ترین و مناسب ترین بازار موجود در زمینه پژوهشی موردنظر اشاره کرد تا سرمایه گذاری ها در بازارهایی که زیرساخت مناسب این فعالیت ها را دارند انجام شود.
شکل2 تعداد اختراعات ثبت شده در کشورهای مختلف را نشان می دهد. مطابق شکل، کشورهایی که در آنها اختراعات قابل توجهی در زمینه فناوری سردسازی واحدهای الفین به ثبت رسیده است، محدود به آمریکا و چند کشور پیشرفته اروپایی می شود. همان طور که در نمودار هم مشاهده میشود تعداد این کشور محدود به پنج کشور است که این امر نشان دهنده این است که حوزه جغرافیایی وسیعی در این زمینه فعالیت ندارند . البته به تازگی در چین هم فعالیت های در حال انجام است و به نظر میرسد در سال های آینده کشور چین هم درتوسعه این فناوری، سهمی قابل توجه ای را خواهد داشت. بین همین کشورهایی که در نمودار ملاحظه میکنیم، شاهد اختلاف چشم گیر تعداد اختراعات ثبت شده در آمریکا با سایر کشورها هستیم. این موضوع حاکی از آن است که از نظر شرکت های فعال در این عرصه، آمریکا به عنوان جدی ترین بازار برای این دانش و فناوری مطرح است. بعد از آمریکا ،آلمان در میان سایر کشورهای اروپایی بیشترین فعالیت را در این حوزه به خود اختصاص داده است.
شکل2 تعداد اختراعات ثبت شده در کشور ها
شکل 3روند ثبت اختراعات در بازه زمانی 1950 تا سال 2016 در کشورهای مختلف را نشان می دهد. تلاش ها و پژوهش های انجام شده در این دانش، در کشور آمریکا از دهه 90 تا پایان سال 2010 میلادی رشد چشم گیری داشته است. در اروپا نیز از دهه 80 به بعد اقدامات جدی صورت گرفته است.
شرکت های فعال
معرفی و شناسایی شرکت ها و سازمان های فعال در توسعه فناوری موردنظر - سردسازی واحدهای الفین - از اصلی ترین داده ها و اطلاعات به دست آمده از تحلیل اسناد ثبت اختراع است. با توجه به این دستاوردها می توان مطمئنترین و خبرهترین شرکای تجاری را برای ساخت و تجهیز واحدهای صنعتی انتخاب نمود. اسامی فعال ترین شرکت ها با توجه به تعداد اختراعات ثبت شده در جدول 1 ثبت شده است طبق این جدول شرکت AIR PROD & CHEM با 21 اختراع و بعد از ان شرکتهای ABB LUMMUS GLOBAL INC و KELLOGG BROWN & ROOT LLC به ترتیب با 8 و 7 اختراع جزو پیشگامان توسعه این صنعت به شمار می روند. تعداد اختراعات یک شرکت لزوما به معنی برتری آن شرکت در حوزه تکنولوژی نسبت به بقیه رقبا نیست. هرچه تعداد پتنتهای مهم شرکت که تجاری شدهاند، بیشتر باشد، به تبع ارجاعات به آنها بیشتر است و بیانگر دست برتر داشتن در این حوزه است.
تعداد اختراعات به تفکیک زمینه نوآوری
با توجه با بررسی های انجام شده، مطابق با شکل 4، مشاهده میشود که فعالیت های صورت گرفته در بخش تکنولوژی فرآیند بیشتر از سایر دو بخش سیستمهای سرمازا و یکپارچهسازی حرارتی است.
شکل 4 تعداد اختراعات ثبت شده به تفکیک زمینه نوآوری روند زمانی ثبت اختراعات بر اساس زمینه های اصلی نوآوری با توجه به شکل های 5 و 6 مشاهده میشود که در دو دهه اخیر مطالعات چشمگیری بر روی حوزه سیستمهای سرمازای دماپایین صورت گرفته است، ضمن اینکه مطالعات و تحقیقات روی تکنولوژی فرآیند از نیمه قرن پیش همچنان ادامه دارد و این نشان دهنده مهم بودن این بخش در توسعه سیستمهای جداسازی واحدهای اولفین است.
بحث و نتیجه گیری
در سال های اخیر مطالعات و تحقیقات زیادی پیرامون جداسازی در واحد اولفین انجام شده و پتنت های زیادی در این حوزه ثبت شده است. همانطور که قبلا گفته شد واحد اولفین به سه بخش تکنولوژی فرآیند و یکپارچه سازی حرارتی و سیستم سرمازای تقسیم بندی می شوند. نتایج این مطالعات بیانگر این است که بخش تکنولوژی فرآیند از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و بیشتر پتنتها در این حوزه ثبت شده است. بعد از آن بخش سیستم سرمازای دماپایین است که از سال 1995 مورد توجه قرار گرفته است. همچنین کشور های آمریکا، آلمان و فرانسه به ترتیب بیشترین فعالیت در این زمینه را داشتهاند. علیرغم احداث واحدهای اولفین متعدد در کشور و بهرهبرداری از آنها که حلقه نخست صنعت پتروشیمی کشور است، در حال حاضر ایران نسبت به کشورهایی چون آمریکا، آلمان و چین، جایگاه مناسبی در حوزه توسعه فناوریهای مرتبط با قسمت سرد واحدهای اولفین را ندارد و همین موضوع اهمیت حمایت و سرمایهگذاری در حوزه توسعه تحقیقات مرتبط با قسمت سرد واحدهای اولفین را در کشور می-رساند.
