الغاز الاصطناعي. قاعدة بيانات براءات الاختراع. اينيرت. سبتمبر 2022
ملخص
يمكن الحصول على الغاز الاصطناعي أو الغاز الاصطناعي، والذي يتكون في الغالب من خليط من الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، من أي مادة هيدروكربونية أو عضوية تقريبًا، بما في ذلك الغاز الطبيعي أو الفحم أو الكتلة الحيوية أو النفايات البلدية. بالنسبة لإنتاج الغاز الاصطناعي، يتم إخضاع المادة الأولية لطرق التعرض لدرجة حرارة عالية، مما يؤدي إلى تحلل جزيئات معقدة من المواد العضوية إلى خليط من عنصر الهيدروجين وأول أكسيد الكربون. وفي المرحلة التالية، يمكن تصنيع الميثانول وعدد من مشتقاته منها، والتي لها نطاق واسع من التطبيقات، خاصة في الصناعة الكيميائية. يمكن لعمليات فيشر-تروبش أن تنتج وقودًا صناعيًا عالي الجودة. توفر ميثان الغاز الاصطناعي إنتاج الغاز الاصطناعي كبديل للغاز الطبيعي. اللاعبون الرئيسيون في هذا السوق هم شركة شل الإنجليزية الهولندية، وشركة ساسول الجنوب أفريقية، وشركة ميثانكس الكندية، وشركة هالدور توبسو الدنماركية، وشركة تويو تكنولوجي اليابانية، وشركة أمريكان إير برودكتس، وشركة لورجي كيمي إم بي إتش، وشركة ليند بي إل سي، وإير ليكيد، وغيرها من الشركات.
اعتمادًا على نوع المادة الخام المستخدمة، تمت تسمية عمليات إنتاج الغاز الاصطناعي مع التوليف اللاحق للوقود السائل باسم تحويل الغاز إلى سائل (GTL)، وتحويل الفحم إلى سائل (CTL)، وتحويل الكتلة الحيوية إلى سائل (BTL). ولكل من هذه التقنيات سماتها المميزة الأساسية، والتي لا تسمح في كثير من الأحيان بمعالجتها بشكل جماعي. ومع ذلك، يعتمد كل واحد منهم على إنتاج الغاز الاصطناعي، مما يعني ضمنا إشراك العمليات ذات الصلة.
يعد إنتاج الوقود السائل من الغاز الطبيعي عملية صناعية قديمة. وتعتمد هذه العملية على تقنية مكونة من مرحلتين لإنتاج الغاز الاصطناعي يليه تحويله إلى سوائل عضوية باستخدام طريقة فيشر تروبش. بالإضافة إلى تلبية الاحتياجات الإقليمية من الوقود السائل، تسمح تقنية تحويل الغاز إلى سوائل بتنظيم إمدادات الغاز المسال أو، على العكس من ذلك، مجموعة من الهيدروكربونات السائلة، اعتمادًا على حالة السوق. وتقع أكبر المحطتين، بيرل جي تي إل وأوريكس جي تي إل، بقدرة إجمالية تزيد عن 170 ألف برميل يوميا، في قطر، التي تمتلك احتياطيات كبيرة من الغاز الطبيعي وهي أكبر منتج للغاز الطبيعي المسال.
يتضمن أحد سيناريوهات تنفيذ تقنيات تحويل الغاز إلى سوائل استخدام معدات القنوات الدقيقة المتخصصة. يُنظر إلى تقنيات القنوات الدقيقة لإنتاج الوقود الاصطناعي في المقام الأول على أنها أكثر الخيارات الواعدة للاستخدام المفيد للغاز البترولي المصاحب في حقول النفط. وعلى النقيض من تقنيات تحويل الغاز إلى سوائل ذات السعة الكبيرة، والتي تُستخدم على نطاق واسع في الممارسة العملية، تشتمل تركيبات القنوات الدقيقة على تجميع الصفائح المعدنية المتداخلة مع قنوات التفاعلات الرئيسية والتبريد. تُستخدم مفاعلات القنوات الدقيقة لإنتاج كل من الغاز الاصطناعي والهيدروكربونات السائلة عبر تفاعل فيشر-تروبش. المزايا الرئيسية لمفاعلات القنوات الصغيرة هي المعدات ذات الحمولة المنخفضة، والنمطية (وحدات تحويل الغاز إلى سوائل الصغيرة)، والقدرة على استخدامها مباشرة في الحقول. وتشمل العيوب الاستخدام المحلي للمنتجات، وارتفاع التكاليف وتكاليف الطاقة، والصعوبات في تنفيذ التكنولوجيا. في الوقت الحاضر، لم يتم إنشاء إنتاج واسع النطاق لوحدات القنوات الصغيرة، وتقتصر أمثلة التطبيق العملي لهذه التكنولوجيا على المشاريع التجريبية. ولذلك، فإن معظم الغاز النفطي المصاحب لا يزال يتم حرقه مباشرة في الحقول أو إعادة حقنه في المكمن.
تتيح تقنيات تحويل الفحم إلى سائل إنتاج وقود اصطناعي عالي الجودة من الفحم، وهو أرخص أنواع الوقود الأحفوري. ومع ذلك، تتميز هذه التقنيات بأداء اقتصادي منخفض ومشاكل بيئية. تعالج براءات الاختراع الحديثة المنشورة في مكاتب براءات الاختراع الرائدة حول العالم هذه القضايا. ومن بينها، على وجه الخصوص، من الضروري تحديد طرق الاستخدام الاقتصادي لثاني أكسيد الكربون، وتقليل استهلاك المياه، وتطوير محفزات فعالة وبأسعار معقولة تعتمد على الحديد، وتحسين تقنيات إنتاج الأكسجين، وتطبيق أساليب عقلانية لمعالجة المنتج النهائي.
تغويز الفحم تحت الأرض هو نوع من تكنولوجيا CTL حيث يتم تنفيذ العمليات الرئيسية ذات درجات الحرارة العالية مباشرة في طبقات الفحم، وبالتالي تقليل التكاليف المتعلقة بالمعدات باهظة الثمن وتخفيف التأثير البيئي.
أدى استخدام أنواع الطاقة الصديقة للبيئة إلى زيادة اهتمام المجتمع الحديث بمختلف طرق إنتاج الطاقة المتجددة، مثل تغويز الكتلة الحيوية. حاليًا، هناك عدة أنواع من أجهزة تحويل الغاز المستخدمة في تغويز الكتلة الحيوية. بعض من أكثرها شيوعًا هي الطبقة الثابتة ذات التيار المعاكس، حيث تتم معالجة طبقة ثابتة من الوقود الكربوني باستخدام البخار أو الأكسجين أو الهواء الذي يتدفق عبرها في تكوين عكسي للتيار؛ طبقة ثابتة ذات تيار مشترك، والتي تستخدم غاز عامل التغويز الذي يتدفق في تكوين تيار مشترك مع الوقود؛ الطبقة المميعة، حيث يخضع الوقود للتمييع في الأكسجين والبخار أو الهواء؛ أو التدفق المحصور، حيث يتم تحويل المواد الخام إلى غاز بالأكسجين أو الهواء في تدفق تيار مشترك. هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الكتلة الحيوية المختلفة والمواد الأولية المشتقة من النفايات مناسبة لهذه العملية، بما في ذلك رقائق الخشب، ونفايات الخشب، والنفايات الزراعية، والعشب التبديل، والمخلفات ذات الصلة بالمحاصيل. ومع ذلك، يمكن أن يسبب هذا أيضًا مشكلات لأن المواد الخام المختلفة تحتاج إلى أنواع مختلفة من أجهزة التغويز وأحجام المصانع. يمكن أن تحتوي المواد الأولية المختلفة أيضًا على قيم تسخين ومحتوى رطوبة مختلفين.
أثناء التغويز، يعد تكوين القطران أحد أكبر المشكلات التي تسبب، على سبيل المثال، انسداد المعدات وضعف جودة إنتاج الغاز وزيادة الصيانة. تشمل القضايا البيئية المحيطة بتغويز الكتلة الحيوية انبعاث الغازات السامة، مثل ثاني أكسيد الكربون والسادس وأكاسيد النيتروجين.
تتضمن قاعدة البيانات المقترحة مجموعة من براءات الاختراع وطلبات براءات الاختراع التي تكشف عن جوانب مختلفة لإنتاج الغاز الاصطناعي. تتضمن قاعدة البيانات وثائق تتعلق بإنتاج الغاز الاصطناعي، ولكن يمكن أيضًا أن تكون مرتبطة بمجالات تكنولوجية أخرى. ويأخذ في الاعتبار الأنواع التقليدية من المواد الأولية، مثل الغاز الطبيعي والفحم والكتلة الحيوية والمواد الأولية الأخرى. ويغطي اختيار وثائق براءات الاختراع لقاعدة البيانات عمليات تكنولوجية مثل إعداد المواد الأولية، والتقنيات الأولية لإنتاج الغاز الاصطناعي، وإنتاج الغاز الاصطناعي بشكل عام، وإنتاج الغاز الاصطناعي عبر القنوات الدقيقة، وتغويز الفحم تحت الأرض، وطرق أخرى لإنتاج الغاز الاصطناعي، ومعالجة الغاز الاصطناعي. يتم تمييز كل وثيقة براءة اختراع في قاعدة البيانات برموز خاصة تسمح بفرز مجموعة الاختراعات المطلوبة من المجموعة بأكملها، اعتمادًا على متطلبات المستخدم. بالإضافة إلى المؤشرات التقليدية التي تمثل البيانات الببليوغرافية لوثيقة البراءة (رقم الهوية، تاريخ النشر، مكتب براءات الاختراع، أسماء المؤلفين ومقدمي الطلبات، مؤشرات التصنيف الدولي للبراءات، بيانات عائلة البراءات، وما إلى ذلك) توفر قاعدة البيانات مؤشرات تكنولوجية تمثل، على سبيل المثال، المواد الأولية نوع المادة (تحويل الغاز إلى سوائل، CTL، وما إلى ذلك)، ونوع الإجراء التكنولوجي (تحضير المواد الخام، والعملية الرئيسية، وتقنيات القنوات الدقيقة، ومعالجة المنتج، وما إلى ذلك)، والمشكلات التي يهدف الاختراع الذي تم الكشف عنه في وثيقة براءة الاختراع إلى حلها (تكاليف عالية، وانخفاض الكفاءة، وما إلى ذلك)، ونوع الاختراع (الطريقة، الجهاز، التركيب). أيضًا، بالنسبة للغالبية العظمى من وثائق براءات الاختراع، يتم حساب تصنيف براءات الاختراع باستخدام البرامج الأصلية.
تتضمن قاعدة البيانات أكثر من 19500 وثيقة براءة منشورة في مصادر متاحة بشكل عام في جميع أنحاء العالم خلال عامي 1990 و2022. ويمكن الاطلاع على المنهجية العامة لتجميع قاعدة بيانات براءات الاختراع والتقييم الإحصائي المستخدم في هذا المنتج على الرابط التالي: aenert.com.
النقاط الرئيسية
يتضمن التحليل الإحصائي لفترة العشرين سنة من 2002 إلى 2021 ما يلي:
الاختراعات: 18679
المكاتب: 72
الدول: 57
المتقدمون: 4114
المجموعات الفرعية IPC الفردية: 2921
إجمالي المجموعات الفرعية IPC المعينة: 65049
في المجموع، تم العثور على 6385 براءة اختراع و12294 طلب براءة اختراع في المراجعة الحالية. تم تسجيل طلبات براءات الاختراع الأكثر نشاطًا في الفترة 2014-2018. وكانت مكاتب براءات الاختراع الأكثر شعبية مع مقدمي الطلبات هي USPTO (الولايات المتحدة)، وCNIPA (الصين)، وEPO، وIP Australia (AU). وشارك ممثلو 57 دولة حول العالم في عملية تسجيل براءات الاختراع. تم منح أكبر عدد من براءات الاختراع للمقيمين في الولايات المتحدة والصين وألمانيا واليابان وفرنسا. تم تقديم أكبر عدد من طلبات براءات الاختراع في السنوات الخمس الماضية من قبل المقيمين في الصين والولايات المتحدة. تم إصدار أكبر عدد من براءات الاختراع لغير المقيمين من قبل مكتب الولايات المتحدة للبراءات والعلامات التجارية (الولايات المتحدة)، وCNIPA (الصين)، ومكتب البراءات الأوروبي.
وانخفضت نسبة غير المقيمين بين مقدمي الطلبات بشكل كبير قرب نهاية الفترة الزمنية قيد النظر. بلغ عدد الطلبات لإجمالي عدد الوثائق حسب السنة 0.61-0.52 في 2017-2021. وفي الوقت نفسه، كان عدد طلبات البدء إلى إجمالي عدد الطلبات حسب السنة على مستوى عالٍ (0.46-0.29 في 2017-2021). اعتبارًا من نهاية عام 2021، كان أكثر من 80% من براءات الاختراع أعضاءً في عائلات براءات الاختراع (ثلاث وثائق براءات أو أكثر). وتضم 12 عائلة براءات أكثر من 30 وثيقة براءة. متوسط الوقت المعلق لبراءات الاختراع يتراوح بين 48 إلى 51 شهرًا في السنوات الأخيرة.
في المجمل، تم تحديد 2921 مجموعة فرعية فردية من التصنيف الدولي للبراءات تم تخصيصها 65049 مرة و2270 مجموعة من المؤشرات الموحدة المتماثلة في قاعدة بيانات البراءات قيد النظر. من بين المجموعات الفرعية للتصنيف الدولي للبراءات، كانت الأكثر شيوعًا هي C01B3/38 (تخليق الغاز من الهيدروكربونات، باستخدام المواد الحفازة)، وC10J3/46 (تغويز الوقود الحبيبي أو المسحوق المعلق)، وC10J3/72 (تخليق الغاز من الهيدروكربونات، وميزات أخرى). ومن بين براءات الاختراع وطلبات براءات الاختراع، زادت شعبية المجموعات الفرعية للتصنيف الدولي للبراءات C01B3/38 وC10J3/72 بشكل كبير. في براءات الاختراع، تم تخصيص ثلاثة أقسام مختلفة أو أكثر من التصنيف الدولي للبراءات في وقت واحد لـ 413 وثيقة (أكثر من 6.4%). وقد زاد العدد السنوي للمجموعات الفرعية الجديدة للتصنيف الدولي للبراءات المخصصة لوثائق البراءات زيادة كبيرة في السنوات الأخيرة.
في براءات الاختراع وطلبات براءات الاختراع، تم ذكر الفئات التكنولوجية "تحويل الفحم إلى سوائل" في أغلب الأحيان. في معظم الحالات، أشار المؤلفون إلى انخفاض كفاءة العمليات الرئيسية وارتفاع النفقات التشغيلية/الصيانة باعتبارها المشاكل التي كانت الحلول التقنية التي تم الكشف عنها في براءات الاختراع وطلبات براءات الاختراع تهدف إلى حلها. وفي الغالبية العظمى من الحالات، كانت الاختراعات مرتبطة بأجهزة أو طرق.
تشمل قائمة أفضل 10 من المتقدمين الأكثر إنتاجية من حيث عدد براءات الاختراع ما يلي:
شركة شل إنترناشيونال للأبحاث ماتشابيج بي في (هولندا)
هالدور توبسوي A/S (DK)
شركة لاير ليكيد، الشركة المجهولة لدراسة واستغلال إجراءات جورج كلود (فرنسا)
شركة شل للنفط (الولايات المتحدة)
شركة Velocys (الولايات المتحدة)
IFP الطاقات الجديدة (FR)
معهد ووهان كايدي العام لأبحاث التكنولوجيا الهندسية المحدودة (CN)
شركة Air Products and Chemicals, Inc. (الولايات المتحدة)
جنرال إلكتريك (الولايات المتحدة)
جونسون ماثي بي إل سي (GB)
يتضمن الجزء الختامي من التحليل بيانات محسوبة تسمح بكشف اتجاهات تسجيل البراءات الناتجة واستخلاص الاستنتاجات الرئيسية. وترد هنا أيضًا رسوم بيانية مثل العلاقة بين عدد الطلبات وعدد براءات الاختراع حسب السنة، والعلاقة بين عدد الطلبات الفردية والعدد الإجمالي حسب السنة، وغيرها.
يمكن تنزيل نسخة تجريبية مجانية من قاعدة البيانات هذه هنا:
تعرض النسخة التجريبية أول مائة وثيقة براءة اختراع، بالإضافة إلى بعض المعلومات الإحصائية.
من يحتاج إلى قاعدة البيانات هذه؟
تسمح قاعدة بيانات براءات الاختراع المقترحة بتتبع الاتجاهات الحالية في سوق الملكية الفكرية للقطاع الصناعي المحدد في الوقت المناسب. تستهدف قاعدة بيانات براءات الاختراع المخترعين والمهندسين والباحثين والمديرين ومديري الأعمال المشاركين في تطوير تقنيات إنتاج الغاز الاصطناعي.
تنصل
تم إعداد قاعدة بيانات براءات الاختراع الحالية من قبل شركة EnerTechUp وشركائها. تتضمن قاعدة بيانات براءات الاختراع وثائق براءات الاختراع التي تم جمعها بعناية من المصادر المتاحة للجمهور، ووفقًا للمؤلفين، تمثل إلى أقصى حد أحدث الابتكارات في صناعة الطاقة المحددة اعتبارًا من تاريخ إعداد قاعدة بيانات براءات الاختراع. تتوفر معلومات تفصيلية عن منهجية البحث ومعالجة وثائق براءات الاختراع على موقع Advanced Energy Technologies (www.aenert.com). بالنظر إلى الصعوبات المرتبطة بتجميع قوائم وثائق البراءات الدولية، بما في ذلك تلك المتعلقة بالأطر الزمنية والحواجز الوطنية والمصطلحية، وكذلك مع مراعاة كثافة اليد العاملة العالية لجمع المعلومات التحليلية المطلوبة وتنفيذ تفسيرها النوعي، فإن مؤلفي لا يمكن لقاعدة بيانات براءات الاختراع أن تضمن اكتمال ودقة المواد الممثلة وتتنصل من أي مسؤولية عن استخدامها. تمثل EnerTechUp هذه المادة "كما هي" وترفض أي مطالبات والتزامات تنشأ عن استخدام البيانات المنشورة فيها، بما في ذلك، على سبيل المثال لا الحصر: التعويض عن أي نوع من الأضرار المالية أو خسارة الأرباح أو التعويض عن الضرر المعنوي. تشير هذه الشروط أيضًا إلى الموظفين والمساهمين والوكلاء وموردي البيانات في EnerTechUp.
