تكنولوژي جديد تبديل متانول به الفين و مزاياي آن براي پتروشيمي كشور

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.

در شكل زير شمايي از روشهاي موجود توليد اتيلن و پروپيلن و مشتقات آنها ارائه شده است.

تكنولوژي‌هاي ديگري نيز براي تبديل متان به محصولات باارزش بالاتر وجود دارد، اما اين فرآيندها در مقايسه با فرآيند MTO از بازده پايين‌تر و صرفه اقتصادي كمتري برخوردار مي‌باشند

نحوة كشف فرايند تبديل متانول به اولفين

نحوة كشف فرايند تبديل متانول به اولفين

توجه شركت‌هاي مختلف به روش MTO

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. همچنين مطابق نمودارهاي زير ميزان تقاضا براي اين دو نوع محصول با گذشت زمان متغير مي‌باشد.

در فرآيند مورد استفاده شركت هيدرو تغيير نسبت محصولات در بازه زير امكان‌پذير مي‌باشد:




بنا به گزارش Vandijk و Glenway اين نسبت اتيلن به پروپيلن مي‌تواند با استفاده از راكتور بستر ثابت، با توجه به شرايط اعمال‌شده از 1,5 تا 5,1 تغيير يابد.

در فرآيند تبديل متانول به الفين، چنانچه اتيلن ماده توليدي اصلي باشد، گرماي مورد نياز واكنش كمتر از زماني است كه پروپيلن به عنوان جزء اصلي محصولات توليدي مدنظر قرار مي‌گيرد. در اين فرآيند جهت توليد پروپيلن بيشتر نسبت به اتيلن، مي‌بايست اقداماتي نظير: زمان تماس خوراك با كاتاليست، دماي واكنش بالاتر و فشار جزئي بيشتر متانول در تماس با كاتاليست را انجام داد تا پروپيلن به عنوان محصول اصلي بدست آيد.

بنابراين با تغييرات ساده عملياتي مي‌توان نسبت محصولات توليدي را به دلخواه تغيير داد.

علاوه بر اين مسأله با استفاده از متانول به عنوان خوراك، مي‌توان به مزايايي از جمله حمل و نقل آسان‌تر و كم‌هزينه‌تر نسبت به اتان دست يافت.

امتيازات ديگري نظير: توليد محصولات جانبي محدود در مقايسه با ساير روشهاي كراكينگ و در نتيجه ساده بودن سيستم بازيافت و خالص‌سازي، ساده‌تر بودن پلنت مورد استفاده نسبت به واحدهاي معمولي بدليل وجود پارافين كم و عدم نياز به سيستم‌هاي جداكننده پروپان/ پروپيلن و اتان/ اتيلن بدليل توليد پروپيلن و اتيلن با خلوص بيش از 98 درصد، ديگر ويژگيهاي اين فرآيند مي‌باشند.


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