الفین(Olefin)


الفین که معمولا به عنوان آلکن شناخته می‌شود، هیدروکربن‌هایی با حداقل یک پیوند دوگانه کربن به کربن هستند که آن‌ها را از نظر شیمیایی بسیار واکنش‌پذیر می‌کند. اتیلن، پروپیلن، بوتادین و بوتیلن گروهی از محصولات هستند که به آن‌ها الفین گفته می‌شود. این محصولات به ترتیب دارای دو، سه و چهار اتم کربن هستند. در میان الفین‌ها اتیلن و پروپیلن از پرمصرف‌ترین آن‌ها برای تولید پلیمر هستند. در میان هفت ماده پایه در صنعت پتروشیمی (پلیمر،آروماتیک، آمونیاک و اوره، متانول، الفین و سوخت) الفین‌­های سبک بیش از ۶۰ درصد سهم تولید را در مناطق مختلف دنیا در اختیار دارند که معادل ۲۹۲ میلیون تن از محصولات پتروشیمی است.

کاربردالفین‌ها
این ترکیبات همه‌کاره در تولید پلاستیک، مواد شوینده، الیاف مصنوعی و سایر مواد شیمیایی بسیار مهم هستند و در صنایع مختلفی مانند پلیمر، ساختمان، موادغذایی، تولید، نساجی و خودروسازی استفاده می‌شوند. پلیمرهای اتیلن برای تولید الیاف، سطل‌ها، جعبه‌ها، بطری‌ها، لوله‌کشی، بسته‌بندی مواد غذایی، کیسه‌ها، روکش سیم و کابل، عایق‌ها، پوشش‌های سطحی کاغذ و مقوا و طیف گسترده‌ای از محصولات دیگر استفاده می‌شوند. در ساختمان‌سازی و ساخت‌وساز از الفین‌ها در کاشی و کف‌سازی استفاده می‌شود. از الفین‌ها برای تولید مواد شیمیایی که به عنوان ضد یخ، حلال، مواد شوینده، پلی گلیکول و همچنین به عنوان گاز سوخت در عملیات جوشکاری و برشکاری در صنایع تولیدی استفاده می‌شود.

روش تولید الفین‌ها
روش‌های مختلفی برای تولید الفین‌ها از نفت خام، گاز طبیعی، زغال سنگ و متانول وجود دارد. در فرآیند تولید این محصولات پتروشیمی، هیدروکربن‌های اشباع ‌به هیدروکربن‌های غیراشباع تجزیه می‌شوند. سپس از هیدروکربن‌های غیراشباع (اتیلن، پروپیلن و بوتادین) می‌توان برای تولید طیف وسیعی از محصولات ضروری استفاده کرد. نکته اصلی این است که در حال حاضر تمام تولید الفین از هیدروکربن‌ها به عنوان ماده اولیه استفاده می‌کند و به گرمای حاصل از سوزاندن سوخت‌های فسیلی در طول فرآیند نیاز دارد. تولید الفین عمدتا به محصولات فرآوری گاز طبیعی یا فراکسیون‌های نفت خام وابسته است.

زنجیره ارزش الفین‌ها چندین مرحله دارد که با استخراج مواد خام از نفت خام یا گاز طبیعی شروع می‌شود. سپس مواد‌خام تحت فرآیندهای شیمیایی مختلفی مانند کراکینگ با بخار یا اصلاح کاتالیزوری قرار گرفته تا الفین تولید شود. این الفین‌ها برای تولید محصولات نهایی مانند پلی اتیلن، پلی پروپیلن و سایر مشتقات بیشتر پردازش و پالایش می‌شوند.

انواع الفین
الفین‌ها براساس تعداد اتم‌های کربن به سه دسته الفین‌های سبک، الفین‌های متوسط و الفین‌های سنگین دسته‌بندی می‌شوند که اتیلن، پروپیلن، بوتادین و بوتیلن از انواع الفین‌های سبک و پرکاربرد هستند. فراوان‌ترین ماده شیمیایی آلی تولید شده در سراسر جهان، اتیلن است که به عنوان یک بلوک ساختمانی اساسی برای بخش شیمی عمل می‌کند. کراکینگ حرارتی، نوعی پالایش که از گرما و فشار برای تجزیه مولکول‌ها استفاده می‌کند، برای تولید تجاری اتیلن از مواد اولیه نفت و گاز طبیعی استفاده می‌شود. پروپیلن یک گاز بی بو است که به آن پروپن یا متیل اتیلن نیز گفته می‌شود. پروپیلن جزء اصلی پلی پروپیلن؛ یک رزین پلاستیکی است که در انواع کاربردهای محصولات مصرفی، از جمله محصولات بسته‌بندی مواد غذایی و فیلم‌ها، بطری‌های فشرده و غیره استفاده می‌شود.

بوتادین گازی بی‌رنگ است که بوی کمتری نسبت به بنزین دارد. بسیاری از کالاها و مواد مصرفی، از جمله لاستیک، چمن مصنوعی، لاتکس‌ها و پلاستیک‌های تولید شده با استفاده از لاستیک استایرن-بوتادین، لاستیک پلی بوتادین و نئوپرن ساخته می‌شوند.

اتیلن
اتیلن از ذخایر مختلف خوراک مانند میعانات نفت خام، گاز طبیعی، اتان، بوتان، پروپان و غیره تولید می‌شود. فناوری فعلی که برای تولید الفین استفاده می‌شود، کراکینگ با بخار است. اتیلن بزرگترین الفین تولید شده در جهان بوده و کاربرد اصلی آن تولید پلی اتیلن است که به طور گسترده در صنعت پلاستیک استفاده می‌شود. این محصول مهم‌ترین محصول پتروشیمی با بیشترین ظرفیت مصرف و تولید جهانی است که به تنهایی بیش از ۲۵ درصد از بازار پتروشیمی جهانی را به خود اختصاص داده است.

اندازه بازار جهانی اتیلن ۱۳۸.۸۶ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۳ بود که آسیا و اقیانوسیه ۴۲.۷۳ درصد از آن به خود اختصاص داده‌اند. ظرفیت تولید اتیلن در جهان ۱۸میلیون تن است و سه منطقه اصلی پر پتانسیل برای تولید اتیلن خاورمیانه، آمریکای شمالی و چین هستند. کشور چین با ظرفیت تولید ۲۷.۵۰ میلیون تن اتیلن ببشترین میزان تولید را در اختیار دارد که بزرگترین کارخانه تولید این ماده شرکت پتروشیمی «شاندونگ یولونگ» است.

ایران با ظرفیت حدود ۷.۳۴ میلیون تنی از اتیلن در سال، یکی از تولیدکنندگان اصلی در میان کشورهای خاورمیانه و جهان با سهم ۴.۲ درصدی است. در سال ۱۴۰۲ در مجموع ۶.۹ میلیون تن اتیلن در کشور تولید شد.

زنجیره ارزش محصولات اتیلن

بیشترین اتیلن تولیدی (حدود 60 درصد) برای تولید پلیمرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. 13 درصد از این محصول نیز به تولید اتیلن‌اکسید اختصاص می‌یابد. اتیلن‌دی‌کلراید به‌عنوان ماده پایه تولید PVC نیز 13 درصد از تولیدات این محصول را به خود اختصاص داده است. حدود 15 درصد باقی‌مانده اتیلن نیز در اتیل بنزن، اتیل الکل و استالدهیدها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه زنجیره ارزش مصرف این محصول قابل مشاهده است.

پلی‌اتیلن
پلی‌اتیلن از واحدهای منفرد اتیلن تشکیل می‌شود که مهم‌ترین بازار مصرف انواع پلی‌اتیلن‌ها، صنایع لاستیکی و پلاستیکی است. حدود ۵۴ درصد از اتیلن تولید شده در جهان صرف تولید پلی‌اتیلن‌ها می‌شود. ظرفیت پلی‌اتیلن در سال ۲۰۲۳، ۱۴۱.۲۹ میلیون تن در سال بود. شمال شرق آسیا، آمریکای شمالی و اروپای غربی با بیش از ۷۰ درصد مصرف پلی‌اتیلن دنیا بیشترین مصرف را به خود اختصاص داده‌اند.

در میان مناطق، آسیا با بیشترین سهم ظرفیت در جهان در سال ۲۰۲۳ پیشتاز بود و چین بزرگترین سهم را در این منطقه به خود اختصاص داده است. هند، کره جنوبی، تایلند و ژاپن تعدادی از دیگر کشورهای کلیدی آسیایی هستند که ظرفیت قابل توجهی در صنعت پلی‌اتیلن دارند. در ایران ظرفیت تولید انواع پلی‌اتیلن در کشور حدود ۵ میلیون تن در سال است. در حال حاضر نیز ۷۰ درصد از پلی‌اتیلن کشور صادراتی است. پلی اتیلن از جهت چگالی به سه دسته ذیل تقسیم می‌شود:



۱. پلی‌اتيلن سنگين (HDPE)

زنجيره مولكولی در اين نوع پليمر فشرده است كه همين عامل باعث افزايش دانسيته آن می‌شود. بنابراین انعطاف‌پذيری به شدت كاهش می‌يابد. اين نوع پليمر گرچه مقاومت ضربه‌ای كمتری نسبت به پلی‌اتيلن سبک دارد، اما مقاومت خوبی در برابر مواد شيميايی (مانند مقاومت در برابر تنش‌های شكننده محيطی) دارد. لذا از اين نوع پليمر در انواع محصولات مانند ظروف نگهدارنده سوخت، صندلی‌های مورداستفاده در فضای باز، اسباب‌بازی‌ها، چمدان، لوله‌ها و مجراها استفاده می‌شود. ظرفیت تولید پلی‌اتیلن سنگین در ایران ۲٫۹۴۸ هزار تن است. این محصول کمتر از ۲۰ درصد از سبد پلی‌اتیلن ایران را تشکیل می‌دهد. ظرفیت تولید پلی‌اتیلن سنگین در حدود ۲.۵ میلیون تن در سال است.



۲. پلی‌اتيلن سبک (LDPE)

پلی‌اتيلن سبک انعطاف‌پذيری و شفافیت بيشتری نسبت به پلی‌اتيلن سنگين دارد. اين خاصيت باعث شده كه بخش قابل‌توجهی از توليد اين محصول در ساخت فيلم و ورق و همچنین روكش‌های طلقی شفاف، آسترهای بسته‌بندی، كاورها و چمدان‌ها مورد استفاده قرار گیرد. ظرفیت تولید پلی‌اتیلن سبک در ایران ۱.۵ میلیون تن در سال است.

۳. پلی‌اتيلن سبک خطی (LLDPE)

اين نوع پليمر، در مقابل پارگی و سوراخ شدن مقاومت، استحكام و كشش بهتری را نشان می‌دهد. همچنين عايق الكتريكی خوبی محسوب شده و از پايداری مناسبی برای غلاف‌كشی سيم‌ها و كابل‌ها برخوردار است. ظرفیت تولید پلی‌اتیلن سبک خطی در ایران کمتر از یک میلیون تن در سال است.



پروپیلن
پروپیلن به‌عنوان دومین ماده پایه پرمصرف صنعت پتروشیمی در دنیا پس از اتیلن است. این محصول عمدتا به عنوان محصول جانبی پالایش نفت و تولید اتیلن توسط کراکینگ بخار مواد اولیه هیدروکربنی تولید می‌شود. چین بزرگ‌ترین مصرف‌کننده پروپیلن در جهان است. عمده پروپیلن موجود برای تولید پلی‌پروپیلن (۶۷ درصد) مورداستفاده قرار می‌گیرد. در ادامه مقدار ناچیزی از دیگر مصارف پروپیلن قابل مشاهده است.



پلی‌پروپیلن
پلی‌پروپيلن در دهه ۱۹۵۰ معرفی و به علت سهولت در قالب‌گيری و رنگ‌پذيری با استقبال زيادی مواجه شد. موارد استفاده معمول اين پليمر در ساخت قطعات خودرو، كيف و چمدان، لوله، بطری، الياف، وسايل خانگی و اسباب‌بازی است. پلی پروپیلن یک ماده شیمیایی کلیدی در صنعت پتروشیمی است. از پروپیلن، محصول فرعی پالایش نفت، تولید می‌شود. این محصول به دلیل دوام، مقاومت در برابر حرارت و انعطاف‌پذیری، کاربردهایی در صنایع مختلف دارد. دو سوم از پروپیلن تولید شده در دنیا به پلی‌پروپیلن تبدیل می‌شود. در سال ۲۰۲۲، حجم بازار جهانی پلی پروپیلن به ۷۹.۰۱ میلیون تن رسید. در سال ۲۰۲۳ ظرفیت صنعت پلی پروپیلن ۱۰۵.۴۷ میلیون تن در سال بود.


خوراک مصرفی الفین‌ها


اتان، LPG (پروپان و بوتان)، نفتا، گاز طبیعی، ذغال‌سنگ و متانول خوراک مصرفی الفین‌ها هستند. تنوع خوراک این صنعت باعث ایجاد مزیت نسبی برای برخی مناطق شده است.

تولید الفین‌های سبک از روش­‌های متعددی امکان‌پذیر است. کراکینگ با بخار (cracking steam) رایج‌ترین نوع آن است. شکست کاتالیستی (FCC) روش دیگری است که در آن جریان نفت گاز پس از عبور از فرایند خلا (VGO) با شکست کاتالیستی به محصولات الفینی تبدیل می‌شود. بررسی عرضه و تقاضای الفین‌های سبک همچون پروپیلن حاکی از آن است که جهت تامین تقاضای مورد نیاز پروپیلن مصرفی در جهان علاوه بر روش‌های مذکور، فرآیندهای جدید جهت تولید این ماده توسعه یافته‌اند که می‌توان به روش‌های تبدیل کاتالیستی متانول به الفین (MTO) و یا پروپیلن (MTP) و همچنین تبدیل پروپان به پروپیلن (PDH) اشاره نمود.

در روش کراکینگ بخار گاز طبیعی(اتان،پروپان و بوتان) و نفتا به عنوان ورودی مصرف می‌شوند.

در روش هیدروژن‌زدایی خوراک (پروپان و بوتان) تبدیل به پروپیلن و بوتیلن می‌شود.

در روش MTO، متانول (از زغال‌سنگ و گاز طبیعی تولید می‌شود) به الفین‌ها (اتیلن،پروپیلن و بوتیلن) تبدیل می‌شود.

در روش FCC، نفت گاز به الفین (پروپیلن و بوتیلن) تبدیل می‌شود.

شرکت‌ها خوراک (متان،اتان،پروپان،بوتان،نفتا،نفت گاز) خود را از پالایشگاه‌ها خریداری می‌کنند.

حدود ۸۰ درصد از اتیلن جهانی با خوراک نفتا و اتان تولید شده است که سهم تقریبا برابری را از این نسبت دارند. نکته قابل توجه افزایش فراتر از پیش‌بینی استفاده از متانول جهت تولید الفین‌ها است که سهم آن حدود ۷ درصد افزایش یافته است.

الفین در جهان


اندازه بازار جهانی الفین‌ها در سال ۲۰۲۴ به ۲۷۵.۸۵ میلیارد دلار رسید و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۲ به ۳۹۹.۸۶ میلیارد دلار برسد. اندازه بازار جهانی این صنعت در سال ۲۰۲۳، ۲۱۳ میلیارد دلار بود.

در میان کشورها، ایالات متحده یک تولیدکننده پیشرو در الفین‌های کلیدی مانند اتیلن و پروپیلن است و از صنعت گاز شیل خود که خوراک مقرون به صرفه‌ای است، برای تولید استفاده می‌کند. آسیا و اقیانوسیه به عنوان پویاترین و در حال رشدترین منطقه در بازار جهانی الفین شناخته می‌شود. این رشد عمدتا ناشی از گسترش پایگاه صنعتی، شهرنشینی و افزایش درآمدها به ویژه در کشورهایی مانند چین و هند است. چین بزرگترین مصرف‌کننده و تولیدکننده الفین‌ها در آسیا و اقیانوسیه است. سرمایه‌گذاری این کشور در مجتمع‌های پتروشیمی و توسعه فناوری‌های جدید تولید الفین به موقعیت مسلط آن در بازار کمک می‌کند. هند همچنین به دلیل رونق بخش‌های صنعتی و کالاهای مصرفی، پتانسیل رشد قوی در این صنعت دارد.

در اروپا، آلمان و هلند بازیگران کلیدی در بازار الفین اروپا هستند. در حالی که اروپا سهم قابل توجهی از بازار جهانی الفین‌ها را در اختیار دارد، انتظار می‌رود نرخ رشد آن در مقایسه با آسیا و اقیانوسیه به دلیل اشباع بازار و تمرکز بر جایگزین‌های کم خطرتر (از جهت محیط زیست)، کندتر باشد.