استفاده از تكنولوژي‌هاي نوين با قابليت‌هاي بيشتر، يكي از روش‌هاي بهبود كيفيت و اقتصاد توليد، برتري در رقابت با ساير توليدكنندگان و در اختيارگرفتن بازار مي‌باشد. در صنايع پتروشيمي، خصوصاً در خاورميانه به دليل وجود توليدكنندگان متعدد و رقابت نزديك كشورهاي توليدكننده مواد پايه، استفاده از تكنولوژي‌هاي نوين بسيار به صرفه خواهد بود. يكي از اين روش‌ها تبديل متانول به الفين مي‌باشد كه علاوه بر نو و اقتصادي‌بودن آن داراي امتيازات ويژه‌اي براي كشورهايي است كه از گاز طبيعي به عنوان خوراك پتروشيمي استفاده مي‌كنند. در اين مطلب به معرفي اين تكنولوژي و مزاياي استفاده از آن اشاره شده است:
اتيلن و پروپيلن مهمترين الفين‌هاي پايه مي‌باشند كه جهت ساخت پليمرهاي مختلف، بازارهاي بزرگي را به خود اختصاص داده‌اند. اين دو مونومر امروزه از طريق كراكينگ گرمايي هيدوركربن‌هاي اشباع‌شده همچون اتان بدست مي‌آيند.
تبديل اتان به الفين‌هايي نظير اتيلن و پروپيلن، در سالهاي آتي با مشكلاتي قابل توجه روبرو شده است. عمده اين مشكلات، تامين اتان براي واحدهاي روبه رشد پتروشيمي از منابع هيدوركربوري و اشباع بازار برخي مشتقات اين مواد نظير پلي‌‌اتيلن و اتيلن مي‌باشد. اين مسائل در كنار يكديگر نياز به تكنولوژي جديدي را كه از محدوديت‌هاي فرآيند كراكينگ گرمايي عاري باشد، ايجاد نموده است.
يكي از اين فرآيندها تبديل كاتاليستي تركيبات متوكسي نظير متانول و يا دي‌متيل‌اتر به مخلوط الفين‌ها مي‌باشد. اين پروسه كه MTO يا "متانول به الفين" نام دارد، متانول خام را به اتيلن و پروپيلن تبديل مي‌نمايد. در طي اين فرآيند ابتدا در مرحله اول، گاز طبيعي به متانول خام تبديل مي‌گردد و در مرحله دوم متانول حاصله از طريق يك واكنش كاتاليستي به اتيلن و پروپيلن تبديل مي‌گردد. از عمده ويژگيهاي اين فرآيند تبديل عمده‌ترين جزء گاز طبيعي (متان) به الفين مي‌باشد. متان حدود 90 درصد از گاز طبيعي را تشكيل مي‌دهد, از اين‌رو تبديل آن به الفين بسيار پرصرفه مي‌باشد. اتيلن و پروپيلن توليدي با خلوص بالاي 97 درصد بوده و مي‌توان آنرا به‌راحتي جدا ساخته و به واحد پليمرسازي فرستاد.
نحوة كشف فرايند تبديل متانول به اولفين
روش تبديل متانول يا دي‌متيل‌اتر به اولفين‌ها بوسيله شركت موبيل كشف گرديد؛ كشف اين روش به طور تصادفي اتفاق افتاد. در حين آزمايش فرآيندي كه به قصد توليد نوعي سوخت انجام پذيرفت، مقادير كمي الفين به صورت محصول جانبي توليد گرديد كه منجر به جلب توجه متخصصان امر شد. اين فرآيند در طول سالهاي بعد به دقت مورد تكميل و اصلاح قرار گرفت و كاتاليست آن به كاتاليست بستر مايع تغيير يافت.
در فرآيندهاي اوليه مورد استفاده جهت تبديل متانول به الفين، نياز به گرم كردن خوراك از طريق مبدل‌هاي ويژه بود كه در مراحل بعد اين مشكل از طريق ايجاد جريان پلاگ ساده براي تماس كاتاليست MTO و خوراك برطرف گرديد. در اين فرآيند ابتدا خوراك متانول مورد نظر، تحت يك كاتاليست اسيدي با از دست دادن مولكول آب به دي‌متيل‌اتر تبديل شده و پس از ورود به راكتور MTO ، در مجاورت با كاتاليست موردنظر، در دما، فشار و زمان اقامت معين به محصولات موردنظر تبديل مي‌گردد. واكنش تبديل متانول به اولفين واكنشي گرماگير بوده و به ازاي تبديل هر مول متانول به اولفين حدود Btu 6000 گرما نياز دارد. محصولات جانبي واكنش مخلوط بوتان، هيدوركربن‌هاي c5+ ، پارافين‌هاي c1- c4، آب، زغال كك، اكسيژن،H2 و COx مي‌باشد.
توجه شركتهاي مختلف به روش MTO
امروزه تحقيق و توسعه بر روي فرآيند MTO بوسيله شركتهاي هيدرو و UOP نروژ بطور موفقيت‌‌آميزي پيگيري مي‌شود. يك نمونه از پلنت متانول به اولفين بوسيله شركت هيدرو در نروژ نصب گرديده است. اين پلنت در يك چرخه پس از مصرف كاتاليست آن را در برج احيا، بازيافت كرده و دوباره مورد مصرف قرار مي‌دهد. خروجي اين برج سوخت گازي يا fuel gas مي‌باشد. اين واحد در حال حاضر روزانه حدود750 هزار تن در روز متانول را به عنوان خوراك مصرف مي‌نمايد كه عمدتاً از گاز سنتز (CO+H2) بدست مي‌آيد. عمده‌ترين منبع گاز سنتز، گاز طبيعي است. اين گاز را مي‌توان از محصولات نفتي چون نفت و زغال سنگ نيز بدست آورد.
كاتاليست
كاتاليست مورد استفاده بوسيله شركت هيدرو، 100-MTO با تركيب سليكونيوم فسفات، به صورت غربال مولكولي مي‌باشد. اين كاتاليست به شدت گزينش‌گر (selective) بوده و بدين وسيله به توليد اتيلن و پروپيلن مي‌پردازد.
كاتاليست‌هاي ديگر مورد استفاده، كاتاليست زئوليتي ZMS-5 به كار رفته توسط شركت موبيل و كاتاليست SAPO-34 مي‌باشند.
امتيازات فرآيند MTO
بسته به زمان و مكانهاي مختلف, بازارهاي متفاوتي براي اتيلن و پروپيلن وجود دارد. در آمريكا و اروپا تقاضا براي اتيلن اغلب بيشتر از پروپيلن مي‌باشد در حاليكه در اقيانوسيه تقاضا براي پروپيلن بيشتر از اتيلن است.
نتيجه:
اقتصادي بودن اين پروسه به عواملي نظير قيمت و بازار فروش اولفين‌ها، هزينه متانول خوراك، هزينه كاتاليست و پلنت بستگي دارد. در كشور ما بدليل نياز به توليد مواد باارزش افزوده از نفت خام و گاز طبيعي، احداث واحدهاي متعدد پتروشيمي در دستور كار قرار گرفته است. تعدادي از اين واحدها به بهره‌برداري رسيده و يا در حال انجام بوده و در مورد احداث تعداد واحدهاي قابل توجه ديگر پيش‌بيني‌هايي انجام‌شده و برنامه‌ريزي‌هايي صورت پذيرفته است.
محصولات پايه نظير اتيلن و پروپيلن، عمده‌ترين محصولات واحدهاي كشور مي‌باشند. توليد اين محصولات در واحدهاي مذكور به همان شيوه سابق، يعني كراكينگ اتان صورت مي‌پذيرد كه در مقايسه با روش تبديل متانول به اولفين از محدوديت‌هاي زيادي برخوردار مي‌باشد. با توجه به اين كه ميزان تقاضاي اتيلن در سالهاي آتي دچار نوسانات عمده‌اي شده و براي پروپيلن بازار مناسبي فراهم خواهد آمد، استفاده از تكنولوژي MTO در واحدهاي صنايع پتروشيمي كشور مي‌تواند آينده‌اي مناسب را براي پتروشيمي كشور رقم زده و نگرانيهاي موجود در زمينه اشباع بازار مشتقات اتيلن را كاهش دهد.
وفور گاز طبيعي و سهولت تبديل آن به متانول از طريق واحدهاي متانول، نظير خارك و ماهشهر عامل مهم ديگري در زمينه اقتصادي بودن اين تكنولوژي براي كشور مي‌باشد.
كاتاليست و دانش فني احداث پايلوت صنعتي و نيمه‌صنعتي MTO مي‌تواند به صورت خريد ليسانس و يا در حالت ايده‌آل، بدليل نو بودن و در مرحله بلوغ قرار داشتن تكنولوژي آن، از طريق تحقيق و توسعه مشترك با شركتهاي صاحب ليسانس، مورد استفاده قرار گيرد. در اين زمينه آنچه از اهميت بيشتري برخوردار مي‌باشد درك لزوم استفاده از تكنولوژي‌هاي جديد، اهميت دادن به اين مسأله و تدبير مديران و مسئولان ذيربط در زمينه اخذ و به كارگيري اين تكنولوژيها مي‌باشد
.
مآخذ:
1-MTO Assessing the economic benefits of a joint MTO/GTL projects 3rd Annual World GTL Summit - London – 21-22 May 2003.Presented by Peter R.Pujad, UOP LLC, and U.S.A.
2-www.uop.com/techsheets/mto.pdf
3-Method of converting methanol mixture of controllable ethylene to propylene ratio, International application published under the patent cooperation treaty, International patent classification: COVC 1/00,International publication number: WO 00/32543,Publication date: 8 June 2000.
اتيلن و پروپيلن مهمترين الفين‌هاي پايه مي‌باشند كه جهت ساخت پليمرهاي مختلف، بازارهاي بزرگي را به خود اختصاص داده‌اند. اين دو مونومر امروزه از طريق كراكينگ گرمايي هيدوركربن‌هاي اشباع‌شده همچون اتان بدست مي‌آيند.
تبديل اتان به الفين‌هايي نظير اتيلن و پروپيلن، در سالهاي آتي با مشكلاتي قابل توجه روبرو شده است. عمده اين مشكلات، تامين اتان براي واحدهاي روبه رشد پتروشيمي از منابع هيدوركربوري و اشباع بازار برخي مشتقات اين مواد نظير پلي‌‌اتيلن و اتيلن مي‌باشد. اين مسائل در كنار يكديگر نياز به تكنولوژي جديدي را كه از محدوديت‌هاي فرآيند كراكينگ گرمايي عاري باشد، ايجاد نموده است.
يكي از اين فرآيندها تبديل كاتاليستي تركيبات متوكسي نظير متانول و يا دي‌متيل‌اتر به مخلوط الفين‌ها مي‌باشد. اين پروسه كه MTO يا "متانول به الفين" نام دارد، متانول خام را به اتيلن و پروپيلن تبديل مي‌نمايد. در طي اين فرآيند ابتدا در مرحله اول، گاز طبيعي به متانول خام تبديل مي‌گردد و در مرحله دوم متانول حاصله از طريق يك واكنش كاتاليستي به اتيلن و پروپيلن تبديل مي‌گردد. از عمده ويژگيهاي اين فرآيند تبديل عمده‌ترين جزء گاز طبيعي (متان) به الفين مي‌باشد. متان حدود 90 درصد از گاز طبيعي را تشكيل مي‌دهد, از اين‌رو تبديل آن به الفين بسيار پرصرفه مي‌باشد. اتيلن و پروپيلن توليدي با خلوص بالاي 97 درصد بوده و مي‌توان آنرا به‌راحتي جدا ساخته و به واحد پليمرسازي فرستاد.
نحوة كشف فرايند تبديل متانول به اولفين
روش تبديل متانول يا دي‌متيل‌اتر به اولفين‌ها بوسيله شركت موبيل كشف گرديد؛ كشف اين روش به طور تصادفي اتفاق افتاد. در حين آزمايش فرآيندي كه به قصد توليد نوعي سوخت انجام پذيرفت، مقادير كمي الفين به صورت محصول جانبي توليد گرديد كه منجر به جلب توجه متخصصان امر شد. اين فرآيند در طول سالهاي بعد به دقت مورد تكميل و اصلاح قرار گرفت و كاتاليست آن به كاتاليست بستر مايع تغيير يافت.
در فرآيندهاي اوليه مورد استفاده جهت تبديل متانول به الفين، نياز به گرم كردن خوراك از طريق مبدل‌هاي ويژه بود كه در مراحل بعد اين مشكل از طريق ايجاد جريان پلاگ ساده براي تماس كاتاليست MTO و خوراك برطرف گرديد. در اين فرآيند ابتدا خوراك متانول مورد نظر، تحت يك كاتاليست اسيدي با از دست دادن مولكول آب به دي‌متيل‌اتر تبديل شده و پس از ورود به راكتور MTO ، در مجاورت با كاتاليست موردنظر، در دما، فشار و زمان اقامت معين به محصولات موردنظر تبديل مي‌گردد. واكنش تبديل متانول به اولفين واكنشي گرماگير بوده و به ازاي تبديل هر مول متانول به اولفين حدود Btu 6000 گرما نياز دارد. محصولات جانبي واكنش مخلوط بوتان، هيدوركربن‌هاي c5+ ، پارافين‌هاي c1- c4، آب، زغال كك، اكسيژن،H2 و COx مي‌باشد.
توجه شركتهاي مختلف به روش MTO
امروزه تحقيق و توسعه بر روي فرآيند MTO بوسيله شركتهاي هيدرو و UOP نروژ بطور موفقيت‌‌آميزي پيگيري مي‌شود. يك نمونه از پلنت متانول به اولفين بوسيله شركت هيدرو در نروژ نصب گرديده است. اين پلنت در يك چرخه پس از مصرف كاتاليست آن را در برج احيا، بازيافت كرده و دوباره مورد مصرف قرار مي‌دهد. خروجي اين برج سوخت گازي يا fuel gas مي‌باشد. اين واحد در حال حاضر روزانه حدود750 هزار تن در روز متانول را به عنوان خوراك مصرف مي‌نمايد كه عمدتاً از گاز سنتز (CO+H2) بدست مي‌آيد. عمده‌ترين منبع گاز سنتز، گاز طبيعي است. اين گاز را مي‌توان از محصولات نفتي چون نفت و زغال سنگ نيز بدست آورد.
كاتاليست
كاتاليست مورد استفاده بوسيله شركت هيدرو، 100-MTO با تركيب سليكونيوم فسفات، به صورت غربال مولكولي مي‌باشد. اين كاتاليست به شدت گزينش‌گر (selective) بوده و بدين وسيله به توليد اتيلن و پروپيلن مي‌پردازد.
كاتاليست‌هاي ديگر مورد استفاده، كاتاليست زئوليتي ZMS-5 به كار رفته توسط شركت موبيل و كاتاليست SAPO-34 مي‌باشند.
امتيازات فرآيند MTO
بسته به زمان و مكانهاي مختلف, بازارهاي متفاوتي براي اتيلن و پروپيلن وجود دارد. در آمريكا و اروپا تقاضا براي اتيلن اغلب بيشتر از پروپيلن مي‌باشد در حاليكه در اقيانوسيه تقاضا براي پروپيلن بيشتر از اتيلن است.
نتيجه:
اقتصادي بودن اين پروسه به عواملي نظير قيمت و بازار فروش اولفين‌ها، هزينه متانول خوراك، هزينه كاتاليست و پلنت بستگي دارد. در كشور ما بدليل نياز به توليد مواد باارزش افزوده از نفت خام و گاز طبيعي، احداث واحدهاي متعدد پتروشيمي در دستور كار قرار گرفته است. تعدادي از اين واحدها به بهره‌برداري رسيده و يا در حال انجام بوده و در مورد احداث تعداد واحدهاي قابل توجه ديگر پيش‌بيني‌هايي انجام‌شده و برنامه‌ريزي‌هايي صورت پذيرفته است.
محصولات پايه نظير اتيلن و پروپيلن، عمده‌ترين محصولات واحدهاي كشور مي‌باشند. توليد اين محصولات در واحدهاي مذكور به همان شيوه سابق، يعني كراكينگ اتان صورت مي‌پذيرد كه در مقايسه با روش تبديل متانول به اولفين از محدوديت‌هاي زيادي برخوردار مي‌باشد. با توجه به اين كه ميزان تقاضاي اتيلن در سالهاي آتي دچار نوسانات عمده‌اي شده و براي پروپيلن بازار مناسبي فراهم خواهد آمد، استفاده از تكنولوژي MTO در واحدهاي صنايع پتروشيمي كشور مي‌تواند آينده‌اي مناسب را براي پتروشيمي كشور رقم زده و نگرانيهاي موجود در زمينه اشباع بازار مشتقات اتيلن را كاهش دهد.
وفور گاز طبيعي و سهولت تبديل آن به متانول از طريق واحدهاي متانول، نظير خارك و ماهشهر عامل مهم ديگري در زمينه اقتصادي بودن اين تكنولوژي براي كشور مي‌باشد.
كاتاليست و دانش فني احداث پايلوت صنعتي و نيمه‌صنعتي MTO مي‌تواند به صورت خريد ليسانس و يا در حالت ايده‌آل، بدليل نو بودن و در مرحله بلوغ قرار داشتن تكنولوژي آن، از طريق تحقيق و توسعه مشترك با شركتهاي صاحب ليسانس، مورد استفاده قرار گيرد. در اين زمينه آنچه از اهميت بيشتري برخوردار مي‌باشد درك لزوم استفاده از تكنولوژي‌هاي جديد، اهميت دادن به اين مسأله و تدبير مديران و مسئولان ذيربط در زمينه اخذ و به كارگيري اين تكنولوژيها مي‌باشد
مآخذ:
1-MTO Assessing the economic benefits of a joint MTO/GTL projects 3rd Annual World GTL Summit - London – 21-22 May 2003.Presented by Peter R.Pujad, UOP LLC, and U.S.A.
2-www.uop.com/techsheets/mto.pdf
3-Method of converting methanol mixture of controllable ethylene to propylene ratio, International application published under the patent cooperation treaty, International patent classification: COVC 1/00,International publication number: WO 00/32543,Publication date: 8 June 2000.
