روش نوین سنتز کاتالیست فرایند تولید دی متیل اتر

ذخایر بسیار غنی گاز طبیعی، به‌ خصوص منطقه پارس جنوبی درخلیج فارس، یکی از بزرگترین منابع ‏گازی جهان را در اختیار دارد. نزدیکی به بازارهای جهانی بویژه کشورهای جنوب آسیا و اروپا، ایرانرا به یکی از امنترین و ‏اقتصادی‌ترین کشورهای صاحب گاز طبیعی تبدیل کرده است که نقش انکارناپذیری در منطقه خاورمیانه دارد‎.‎‏ فناوری تولید ‏متانول از گاز سنتز، فرآیندی شناخته شده است که چندین دهه مورد مطالعه قرار گرفته است. لکن در فرایند سنتز متانول به‌دلیل ‏ماهیت برگشت‌پذیر واکنش تولید این ماده، دستیابی به حداکثر میزان تبدیل گاز سنتز در یک بار گذر از راکتور محدود است. ‏تبدیل همزمان متانول به سایر مواد شیمیایی از قبیل اولفین‌ها، دی‌متیل اتر و... می‌تواند راه حل مناسبی برای کاهش محدودیت ‏تعادلی واکنش سنتز متانول باشد.‏

رضا خوشبین، دانشجوی دکتری مهندسی شیمی دانشگاه تربیت مدرس، در مورد هدف این تحقیقات ‏توضیح داد: «دی متیل اتر یکی از مهمترین محصولات تبدیل شیمیایی گاز طبیعی است که تهیه آن به روش اقتصادی لازم و ‏ضروری به نظر می‌رسد. لذا با توجه به ارزش افزوده بالای این محصول و نیز کاربردهای وسیع ‏DME، این طرح با هدف ‏بومی‌سازی دانش فنی تولید کاتالیست‌های دو عاملی فرایند تبدیل مستقیم گاز سنتز به دی متیل اتر انجام شد.»‏

در حال حاضر دی متیل اتر (‏DME‏) به‌صورت تجاری از طریق واکنش آبگیری ازمتانول و با استفاده از کاتالیست‌های ‏اسیدی تولید می‌شود. در روش نوین، این ماده از گاز سنتز و در یک راکتور منفرد بر روی کاتالیست‌های دو عاملی تولید می‌شود‎.‎‏ ‏فرایند تبدیل مستقیم گاز سنتز به ‏DME‏ (STD‏)، علاوه‌بر کاهش هزینه‌های تولید این ماده، موجب حذف محدودیت‌های ‏تعادلی ناشی از واکنش تولید متانول و در نتیجه افزایش میزان تولید این ماده نسبت به روش غیر مستقیم خواهد شد. لذا این ‏طرح به منظور دستیابی به کاتالیست بهینه قابل استفاده در این فرایند تعریف و انجام شد.‏

خوش بین در توضیحات تکمیلی نحوه انجام این تحقیقات افزود: ‏‏«در این تحقیق، ابتدا با استفاده از نتایج حاصل از مطالعات کتابخانه‌ای، در ساختار کاتالیست دو عاملی از ترکیب ‏Cuo-ZnO-‎Al2O3‎‏ به عنوان عامل متانول ساز و زئولیت ‏HZSM-5‎‏ به عنوان عامل آبگیری استفاده شد. در گام دوم عملکرد کاتالیست‌های ‏سنتز شده به روش‌های متداول از قبیل تلقیح، رسوبی و اختلاط فیزیکی، با نتایج حاصل از به‌کار‌گیری تکنیک امواج ماوراء ‏صوت مقایسه شد. در ادامه، عوامل مؤثر در بهبود عملکرد کاتالیست سنتز شده به روش اولتراسوند از قبیل تأثیرتأثیر ترکیب ‏کاتالیست و نسبت عامل متانول ساز به عامل اسیدی مورد بررسی قرار گرفته و با انجام آنالیزهایی از قبیل بررسی مساحت ‏سطح، ساختار بلوری، مورفولوژی، قابلیت احیا شدن، قدرت اسیدی، گروه‌های عاملی و باندهای شیمیایی کاتالیست بهینه‌شناسایی ‏شد. در همین حین کار ساخت راکتور کاتاتست فشار بالا به منظور ارزیابی عملکرد راکتوری کاتالیست‌ها به‌وسیله‌ی همکاران ‏مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست پیگیری و تکمیل شد و عملکرد راکتوری کاتالیست‌های سنتز شده مورد تجزیه و تحلیل قرار ‏گرفت.»‏

نتایج نشان داد که روش تولید کاتالیست‌ها تأثیر بسزایی بر خواص فیزیکی و شیمیایی کاتالیست‌ها از جمله میزان ‏بلورینگی نسبی، سطح ویژه و مورفولوژی خواهد داشت. از دیگر نکات قابل توجه می‌توان به عدم تخریب ساختار زئولیت ‏HZSM-5‎‏ در حین سنتز تمامی کاتالیست‌ها و حصول فازهای مطلوب ‏CuO‏ و ‏ZnO‏ اشاره نمود. علاوه‌بر این، بررسی ‏مورفولوژی کاتالیست‌ها نشان می‌دهد که روش‌های تلقیح و همرسوبی-اختلاط فیزیکی، توزیع نامناسبی از عامل متانول‌ساز را بر ‏روی عامل آبگیری ایجاد می‌نمایند. در حالی که در روش همرسوبی-ماوراء صوت توزیع بسیار خوب و با ابعاد نانومتری قابل ‏مشاهده است. در صورت استفاده از روش همرسوبی- امواج ماوراء صوت توزیع اندازه ذرات کاتالیست متانول‌ساز بر روی ‏HZSM-5‎بسیار مناسب خواهد بود به‌گونه‌ای که متوسط اندازه ذرات 47.86 نانومتر بوده و بیش از 95 درصد ذرات ابعاد کمتر از ‏‏100 نانومتر خواهند داشت. نتایج حاصل از مرحله تست راکتوری کاتالیست‌های تولید شده نشان دهنده کارایی به مراتب بهتر ‏روش همرسوبی-ماوراء صوت نسبت به روش‌های تلقیح و اختلاط فیزیکی است.‏

وی در مورد کاربردهای نتایج این تحقیقات افزود: «در حال حاضر ‏DME‏ به‌صورت تجاری از طریق فرآیند آبگیری از ‏متانول و با استفاده از کاتالیست‌های اسیدی تولید می‌شود. در روش نوین، این ماده از گاز سنتز و در یک راکتور منفرد و ‏به ‌وسیله‌ی کاتالیست‌های دوعاملی تولید می‌شود‎.‎‏ فرآیند تولید یک مرحله‌ای دی متیل اتر، علاوه‌بر کاهش 33 درصدی هزینه‏‌های تولید این ماده، موجب افزایش میزان تولید این ماده نسبت به روش غیر مستقیم خواهد شد. اغلب روش‌هایی که به منظور ‏ارتقای فعالیت کاتالیست مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای پیچیدگی‌های زیادی هستند که این امر موجب دشواری افزایش ‏مقیاس شده و منجر به افزایش هزینه تولید کاتالیست خواهد شد. این پژوهش از آن جهت حائز اهمیت است که در کنار بهبود ‏فعالیت کاتالیست، افزایش مقیاس نیز به سادگی قابل انجام است. از اینرو به کمک این طرح علاوه‌بر کاهش ذاتی هزینه ‏تجهیزات مورد استفاده در فرایند تولید تک مرحله‌ای ‏DME، هزینه تولید کاتالیست‌های ارتقا یافته این فرایند نیز کاسته می‌شود.»‏

به گفته خوش بین، اختراعی تحت عنوان «سنتزنانوکاتالیستCuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5‎با استفاده از روش هیبریدی ‏همرسوبی-ماوراء صوت جهت استفاده در فرایند تولید یک مرحله‌ای دی متیل اتر» در اداره ثبت اختراعات ثبت شده و اقداماتی ‏نیز به منظور اخذ تأییدیه علمی صورت گرفته است. وی افزود: «در ادامه این طرح، به منظور کاهش هزینه تولید کاتالیست، ‏پتانسیل استفاده از زئولیت‌های طبیعی به عنوان عامل آبگیری از متانول مورد بررسی قرار گرفت و نتایج حاصل از آن در نشریات ‏معتبر بین‌المللی چاپ شدند. علاوه‌بر این، تلاش‌هایی در جهت بکارگیری روش احتراقی در سنتز این ترکیب صورت گرفته که نتایج ‏حاصل از آن در حال بررسی و تجزیه و تحلیل است. در حال حاضر نیز پژوهش‌هایی در مرکز تحقیقات راکتور و کاتالیست ‏دانشگاه صنعتی سهند در رابطه با به‌کار‌گیری میکرو راکتورها در فرایند تولید یک مرحله‌ای ‏DME‏ در حال انجام است.»‏

تازه‌ترین نتایج این کار تحقیقاتی که به دست رضا خوشبین و دکتر محمد حقیقی، مدیر مرکز تحققات راکتور و کاتالیست ‏و عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه صنعتی سهند تبریز، صورت گرفته است، درمجله
)Chemical Engineering Research and Design جلد 91، شماره 6، ژوئن سال 2013) منتشر شده است. علاقمندان ‏می‌توانند متن کامل مقاله را در صفحات 1111 الی 1122 همین شماره مشاهده نمایند.‏

منبع : irannano.org

روش نوین سنتز کاتالیست فرایند تولید دی متیل اتر

مطالب مشابه :

متانول

تولید SCP از متانول، راه حل بیوتكنولوژی برای معضل كمبود خوراك دام و طیور

متانول

روش نوین سنتز کاتالیست فرایند تولید دی متیل اتر

متانول

فرایند پتروشیمی

انواعی از سوخت های طبیعی

اتانول

تبدیل متانول به فرمالدهید ، الفین ها و متیل ترشیری بوتیل اتر ( MTBE )