به گزارش نیپنا ، صنعت پتروشیمی ایران به‌عنوان یکی از ارکان اصلی اقتصاد غیرنفتی کشور، سهم مهمی در تولید، اشتغال و صادرات دارد. در میان محصولات متنوع این صنعت، آمونیاک به‌عنوان ماده‌ای پایه برای تولید کودهای شیمیایی، مواد منفجره، حلال‌ها و محصولات واسطه‌ای، جایگاه ویژه‌ای دارد. اما تولید آمونیاک از پرمصرف‌ترین فرآیندهای انرژی‌بر در زنجیره پتروشیمی است و سهم قابل توجهی از گاز طبیعی کشور را به خود اختصاص می‌دهد. در شرایطی که فشار بر منابع انرژی فسیلی و ضرورت کاهش هزینه‌ها افزایش یافته، بهینه‌سازی مصرف انرژی در واحدهای تولید آمونیاک به یک اولویت استراتژیک در سیاست‌های کلان انرژی و توسعه پایدار تبدیل شده است.
انرژی؛ قلب تپنده تولید آمونیاک
فرآیند تولید آمونیاک در جهان عمدتاً بر پایه روش هابر-بوش (Haber–Bosch) انجام می‌شود که از ترکیب نیتروژن (از هوا) و هیدروژن (عمدتاً از گاز طبیعی) در فشار و دمای بالا، آمونیاک تولید می‌کند. در این فرآیند، بیش از ۷۰ درصد هزینه تولید مربوط به مصرف انرژی و خوراک گازی است.
واحدهای تولید آمونیاک در ایران معمولاً از گاز طبیعی به‌عنوان ماده اولیه و سوخت استفاده می‌کنند؛ به‌گونه‌ای که برای هر تن آمونیاک حدود ۲۸ تا ۳۲ میلیون بی‌تی‌یو (MMBtu) انرژی نیاز است. این رقم بسته به نوع تکنولوژی و راندمان واحد می‌تواند متغیر باشد. در مقایسه، واحدهای مدرن در جهان با فناوری‌های نسل جدید، مصرف انرژی را تا حدود ۲۴ میلیون بی‌تی‌یو در هر تن کاهش داده‌اند.
این اختلاف نشان می‌دهد که هنوز ظرفیت قابل توجهی برای بهینه‌سازی انرژی در واحدهای آمونیاک کشور وجود دارد؛ ظرفیتی که در صورت تحقق، می‌تواند سالانه میلیاردها تومان صرفه‌جویی به همراه داشته باشد.
چالش‌های اصلی مصرف انرژی در واحدهای آمونیاک
بررسی فنی واحدهای تولید آمونیاک در ایران نشان می‌دهد که چند عامل کلیدی باعث افزایش مصرف انرژی در این واحدها می‌شود:
1. فرسودگی تجهیزات و فناوری‌های قدیمی:
بسیاری از واحدهای آمونیاک در کشور با فناوری دهه‌های ۱۳۶۰ و ۱۳۷۰ طراحی شده‌اند. در این واحدها، مبدل‌های حرارتی، کوره‌های ریفرمر و کمپرسورها با راندمان پایین کار می‌کنند.
2. نشت حرارتی در شبکه فرآیندی:
در مسیرهای تبادل حرارت، افت حرارتی قابل توجهی رخ می‌دهد. نبود عایق‌کاری مناسب و طراحی قدیمی خطوط، موجب اتلاف انرژی در مراحل پیش‌گرمایش و خنک‌کاری می‌شود.
3. عدم بازیافت حرارت در ریفرمر بخار:
در واحد ریفرمینگ بخار (Steam Reforming) که پرمصرف‌ترین بخش فرآیند است، بسیاری از واحدها فاقد سیستم‌های بازیافت مؤثر انرژی (Heat Recovery) هستند.
4. عملکرد ناپایدار کمپرسورها و توربوماشین‌ها:
کمپرسورهای گاز سنتز، هوا و آمونیاک در صورت عدم تنظیم دقیق یا سرویس نامناسب، بخش قابل توجهی از انرژی را هدر می‌دهند.
5. کنترل فرآیند غیرهوشمند:
بسیاری از واحدها هنوز از سیستم‌های کنترل کلاسیک استفاده می‌کنند و فاقد الگوریتم‌های پیشرفته بهینه‌سازی لحظه‌ای مصرف انرژی هستند.
تجربه جهانی در کاهش مصرف انرژی آمونیاک
در کشورهای توسعه‌یافته، تولیدکنندگان آمونیاک در دو دهه اخیر با اتخاذ راهکارهای فناورانه، توانسته‌اند بیش از ۲۰ درصد کاهش مصرف انرژی را تجربه کنند.
برخی از مهم‌ترین اقدامات در این حوزه عبارت‌اند از:
• استفاده از ریفرمرهای با فشار بالا (High-Pressure Reformer) برای افزایش بازده واکنش و کاهش مصرف سوخت.
• بازیافت حرارت دود کوره‌ها برای پیش‌گرمایش خوراک یا تولید بخار کم‌فشار.
• به‌کارگیری سیستم‌های مجتمع مدیریت انرژی (EMS) برای پایش برخط و اصلاح اتوماتیک نقاط افت بازده.
• بهینه‌سازی شبکه تبادل حرارت (Heat Integration) با استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی حرارتی.
• استفاده از کاتالیست‌های جدید با فعالیت بالاتر که راندمان تبدیل را افزایش می‌دهند و دمای مورد نیاز را کاهش می‌دهند.
بر اساس آمار انجمن بین‌المللی آمونیاک (IFA)، متوسط مصرف انرژی جهانی در واحدهای جدید کمتر از ۲۴ GJ بر تن آمونیاک است؛ درحالی‌که این رقم در ایران هنوز حدود ۳۰ GJ بر تن گزارش می‌شود.
فرصت‌های بهینه‌سازی انرژی در ایران
صنعت پتروشیمی ایران به‌دلیل گستردگی و عمر بالای برخی واحدها، از ظرفیت بالایی برای ارتقاء انرژی برخوردار است. فرصت‌های کلیدی در این زمینه را می‌توان در سه سطح دسته‌بندی کرد:
1. سطح فرآیندی:
o اصلاح طراحی شبکه‌های حرارتی با نرم‌افزارهای Pinch Analysis.
o جایگزینی مبدل‌های حرارتی قدیمی با مدل‌های Compact و Plate-Type.
o نصب سیستم بازیافت حرارت خروجی از دود کوره‌ها.
2. سطح تجهیزاتی:
o ارتقاء توربوکمپرسورها با مدل‌های دارای راندمان بالا.
o استفاده از مشعل‌های با کنترل نسبت هوا به سوخت.
o به‌کارگیری سیستم‌های پایش ارتعاش و تشخیص عیب پیشگیرانه.
3. سطح مدیریتی و کنترلی:
o استقرار سیستم مدیریت انرژی بر مبنای استاندارد ISO 50001.
o آموزش نیروی انسانی در زمینه بهره‌برداری بهینه.
o تدوین شاخص‌های کلیدی عملکرد انرژی (Energy KPIs) برای هر واحد.
اثر اقتصادی بهینه‌سازی انرژی
برآوردها نشان می‌دهد که در یک مجتمع متوسط تولید آمونیاک با ظرفیت سالانه ۶۰۰ هزار تن، کاهش ۱۰ درصدی مصرف انرژی می‌تواند منجر به صرفه‌جویی سالانه بیش از ۳۰ میلیون دلار در هزینه گاز طبیعی شود.
با توجه به سهم بالای سوخت در بهای تمام‌شده محصول، این اقدام می‌تواند حاشیه سود شرکت‌ها را به‌طور معناداری افزایش دهد. از سوی دیگر، کاهش مصرف گاز در واحدهای پتروشیمی به آزادسازی ظرفیت برای سایر صنایع و حتی صادرات گاز کمک می‌کند که خود دارای اثرات کلان اقتصادی است.
هم‌افزایی سیاست‌های انرژی و پتروشیمی
بهینه‌سازی انرژی در واحدهای آمونیاک، تنها یک ضرورت فنی نیست؛ بلکه بخشی از سیاست ملی بهره‌وری انرژی است. در سال‌های اخیر، وزارت نفت و شرکت ملی صنایع پتروشیمی (NPC) در چارچوب «برنامه بهینه‌سازی انرژی در صنایع بزرگ»، پروژه‌هایی را در مجتمع‌های پتروشیمی شیراز، رازی، پردیس و کرمانشاه آغاز کرده‌اند.
این پروژه‌ها شامل ممیزی انرژی، به‌روزرسانی سیستم‌های کنترل، اصلاح مبدل‌ها و نصب توربین‌های جدید بوده‌اند. نتایج اولیه نشان می‌دهد که اجرای اقدامات ساده‌ای مانند تنظیم نسبت بخار به کربن یا بهبود عایق‌ها می‌تواند تا ۵ درصد کاهش مصرف انرژی را در پی داشته باشد.
فناوری‌های نوین در تولید آمونیاک کم‌مصرف
تحولات اخیر در فناوری‌های فرآیندی، مسیر جدیدی برای تولید آمونیاک با انرژی کمتر باز کرده است. برخی از این فناوری‌ها عبارت‌اند از:
• آمونیاک سبز (Green Ammonia): تولید هیدروژن از طریق الکترولیز آب با انرژی تجدیدپذیر، که مصرف گاز طبیعی را حذف و آلایندگی کربنی را کاهش می‌دهد.
• ریفرمینگ جزئی با اکسیژن (Autothermal Reforming): ترکیب ریفرمینگ بخار و احتراق جزئی برای افزایش بازده حرارتی.
• کاتالیست‌های نانوساختار: که سرعت واکنش را افزایش داده و نیاز به دمای بالا را کاهش می‌دهند.
• تولید آمونیاک در مقیاس کوچک با فناوری ماژولار: مناسب برای واحدهای پراکنده با مصرف انرژی پایین‌تر.
در حالی که ایران هنوز در مراحل اولیه توسعه این فناوری‌هاست، حرکت به سمت آمونیاک سبز می‌تواند در آینده نزدیک به یک مزیت رقابتی و صادراتی تبدیل شود، به‌ویژه در بازارهایی که بر کاهش ردپای کربن تأکید دارند.
پیامدهای زیست‌محیطی و پایداری انرژی
بهینه‌سازی مصرف انرژی علاوه بر صرفه‌جویی اقتصادی، تأثیر مستقیم بر کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی دارد. هر میلیون مترمکعب صرفه‌جویی در گاز طبیعی حدود دو هزار تن کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن (CO₂) به دنبال دارد.
از منظر توسعه پایدار، این اقدام در جهت اهداف اقلیمی کشور و تعهدات بین‌المللی ایران در زمینه کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای است. همچنین بهبود راندمان واحدها به کاهش مصرف آب و افزایش ایمنی فرآیند نیز منجر می‌شود.
نقش شرکت ملی صنایع پتروشیمی در راهبری بهینه‌سازی
شرکت ملی صنایع پتروشیمی ایران (NPC) در سال‌های اخیر با تشکیل کارگروه‌های تخصصی انرژی، برنامه جامع بهره‌وری انرژی در زنجیره تولید آمونیاک–اوره را طراحی کرده است. این برنامه شامل محورهای زیر است:
1. تدوین «راهنمای فنی بهینه‌سازی مصرف انرژی در واحدهای آمونیاک».
2. برگزاری دوره‌های آموزشی برای کارشناسان بهره‌برداری مجتمع‌ها.
3. اجرای پایلوت پروژه‌های بازیافت حرارت در مجتمع‌های منتخب.
4. حمایت از طرح‌های تحقیقاتی دانشگاهی در زمینه کاتالیست‌های کم‌انرژی.
به گفته یکی از مدیران طرح‌های NPC، «صرفه‌جویی حتی ۵ درصدی در مصرف انرژی واحدهای آمونیاک کشور معادل آزادسازی بیش از ۵۰۰ میلیون مترمکعب گاز در سال است که می‌تواند برای پروژه‌های جدید پتروشیمی مورد استفاده قرار گیرد».
آینده بهینه‌سازی؛ از ممیزی تا هوشمندسازی
گام بعدی در مسیر بهینه‌سازی، هوشمندسازی کامل واحدهای فرآیندی است. استفاده از حسگرهای هوشمند، مدل‌های دیجیتال دوقلو (Digital Twin) و هوش مصنوعی برای پیش‌بینی نقاط افت بازده، می‌تواند نسل جدیدی از مدیریت انرژی را در صنعت پتروشیمی رقم بزند.
در این مدل، هر واحد آمونیاک با استفاده از داده‌های لحظه‌ای، به‌صورت خودکار پارامترهای دما، فشار و نسبت بخار به گاز را تنظیم می‌کند تا بهترین نقطه عملکرد از نظر انرژی حاصل شود.
چنین سیستمی علاوه بر کاهش هزینه، عمر تجهیزات را افزایش داده و از توقف‌های ناگهانی جلوگیری می‌کند.
بهینه‌سازی مصرف انرژی در واحدهای تولید آمونیاک، امروز نه‌تنها یک انتخاب فنی بلکه یک ضرورت اقتصادی و ملی است. در شرایطی که کشور با محدودیت منابع گازی و نیاز به توسعه صادرات پتروشیمی مواجه است، هر واحد انرژی صرفه‌جویی‌شده می‌تواند به رشد پایدار صنعت و افزایش رقابت‌پذیری جهانی منجر شود.
سرمایه‌گذاری در نوسازی تجهیزات، آموزش نیروی انسانی، و حرکت به‌سوی فناوری‌های نوین تولید آمونیاک، مسیر آینده صنعت پتروشیمی ایران را روشن‌تر خواهد کرد.