بخشی از مقاله
بررسی فرآیند تبدیل متانول به پروپیلن M.T.P.
چکیده
با توجه به مصرف بالاي پروپیلن، تولید متانول و گاز سنتز از ذغال سنگ در کشورهاي مصرف کننده این ماده، مانند چین و به منظور مدیریت بازار فروش گاز طبیعی و متانول، همچنین کاهش شیب رکودي قیمت جهانی الکل مذکور، یکی از فرآیندهاي قابل بررسی M.T.P. می باشد که شرکت پژوهش و فناوري افتخار مشارکت در لیسانس ( دانش فنی) و کار مهندسی پایه واحد صنعتی این فرآیند را با همکاري شرکت مهندسی لورگی آلمان و در ظرفیت یکصدو بیست هزار تن دارد؛ علاوه بر این با در اختیار داشتن کادر فنی مجرب، اولین M.T.P . Demo Plant دنیا و تجهیزات اختصاصی بررسی فرآیند در مقیاس آزمایشگاهی و Bench، پژوهش و فناوري پتروشیمی پیشتاز نوآوري و بهینه سازي تبدیلات گازي، بخصوص M.T.P. می باشد؛ با کمی ژرف نگري ذخائر گازي و میادین مشترك پارس جنوبی، لزوم بومی شدن دانش فنی تولید محصولات پتروشیمیایی بخصوص تبدیلات گازي بیش از پیش نمایان می شود و این مرکز پژوهشی افتخار دارد که پژوهش و تولید دانش فنی را مشتري محور و بر اساس نیاز بازار دنبال می کند. در این مقاله چگونگی تبدیل متانول به پروپیلن مورد بررسی قرار گرفته شده است. بطور خلاصه می توان گفت به منظور تبدیل الکل تک کربنه به الفین با گزینش پذیري تولید C3 الفینی ابتدا با آبگیري از متانول در یک تبدیل گرمازا و در راکتوري تقریبا آدیاباتیک با گزینش پذیري بسیار بالا و درصد تبدیل مناسب الکل مذکور به D.M.E. دي متیل اتر تبدیل و سپس در راکتور دوم ضمن آبگیري مجدد از اتر حاصل در مرحله قبل و افزایش طول زنجیر کربنی الفین تشکیل می شود. در این مرحله محصولات جانبی نیز تولید می شوند که پس از افزایش فشار و تعیین چیدمان صحیح برجهاي تقطیر علاوه بر جریانهاي برگشتی و محصول اصلی یعنی پروپیلن،
L.P.G.، برش بنزین و آب سنتز نیز تولید می شوند.
واژه هاي کلیدي: فرآیند، M.T.P.، پروپیلن
- مقدمه
در این مقاله همانطور که در خلاصه ذکر شده است می خواهیم ضمن اشاره به امکانات آزمایشگاهی و علمی موجود در شرکت پژوهش و فناوري پتروشیمی به منظور رهگیري و ارائه طریق در فرایندهاي نو، چگونگی تبدیل متانول به الفینهاي سبک را مورد بررسی قرار دهیم.
روند منطقی تبدیل ایده به طرح بسیار پیچیده است. شاید بتوان گفت اشکال در این بخش باعث سرخورده شدن ایده پردازها که موتورهاي پیش برنده سیستمهاي تحقیقاتی هستند می شود ولی از آن مهمتر پشتیبانی و در مسیر صحیح قراردادن ایده می باشد.
به این منظور گروه هاي بررسی ایده هاي نو پس از دریافت نظریه و پردازش اولیه آنرا براي تصمیم گیري دقیق تر به زیر گروه هاي خود، براي بررسی نیاز سنجی، عملی و اقتصادي بودن طرح و ... می سپارند. تیم هاي علمی با توجه به اولویت هاي امنیتی براي پخته شدن طرح خام تشکیل جلسه می دهند و به بحث و تبادل نظر می پردازند؛ با کمک مهندسین طراح، پس از بررسی هاي تئوري به طراحی آزمایشگاهی مشغول می شوند. همزمان با انجام آزمایشها، گروه شبیه ساز بایستی به شبیه سازي فرایند مشغول شود و با استخراج داده هاي آزمایشگاهی شبیه سازي مرتبا به روز خواهدشد.
اما براي ارائه لیسانس یک فرایند، باید با دیگر گروه هاي مجموعه همکاري داشت زیرا ارائه فرایند مناسب براي تولید یک ماده شیمیائی تنها جزئی از لیسانس می باشد و یک لیسانس موفق باید علاوه بر تضمین کیفیت محصولات، در مقایسه هاي وزن فلزي کارخانه (Plant)، میزان مصرف انرژي، سازگاري فرایند با محیط زیست، کنترل فرایند پایدار و مطمئن، ایمنی، قابل اجرا بودن پروژه و ارائه لیست فروشنده هاي تجهیزات (Vendor List) نیز در رقابت با دیگر صاحبان لیسانس موفق عمل کند تا سرمایه گذار با رغبت و اطمینان بالاتري سرمایه گذاري کرده و برتري در لیسانس مشهود باشد.
اصولا براي بررسی ایده جدید در تولید مواد شیمیائی ایده پردازان به کمک گروه شیمی محض امکان سنجی علمی تولید را به صورت تئوري مورد بررسی قرار می دهند. حدود شرایط دما و فشار عملیاتی، کاتالیست مورد نیاز، نوع واکنشها و حدس اولیه براي تنوع محصول، حدود درصد تبدیل و ... از موارد مهمی هستند که انتظار می رود گروه مذکور براي آنها به پاسخ مناسبی برسند.
به دلیل نا خالص بودن خوراك، گزینش پذیري متفاوت در تولید و اثر میزان تبدیل (Conversion)؛ شناخت کمی و کیفی محصولات اصلی، استخراج تست متدهاي مناسب به این منظور و تجهیز آزمایشگاه جداسازي از وظایف گروه شیمی تجزیه میباشد، از سویی گروه مهندسی و گروه شیمی کاربردي در این زمان با توجه به شناخت تئوري مسئله و در نظر گرفتن درصد ایمنی مناسب، دستگاه (Setup) مورد نظر را طراحی می کنند و سفارش ساخت آنرا میدهند و یا در صورت امکان با تغییر در دستگاه هاي موجود امکان بررسی آزمایشگاهی ایده را فراهم میسازند زیرا تمامی مراحل قبل، پس از دستیابی به داده هاي با ارزش آزمایشگاهی، مورد تجدید نظر (Revised) قرار خواهند گرفت.
در این مرحله با توجه به میزان تبدیل و تنوع محصول، نیاز به جریان برگشتی مورد بررسی قرار می گیرد، همچنین بهترین و عملی ترین شرایط تولید نیز در این مرحله مورد بررسی قرار می گیرد.
اگر فرایند کاتالیستی باشد نوع کاتالیست، تعیین عمر مفید آن، نیاز به احیاء و ... مورد بررسی قرار می گیرد، ضمنا مشخص کردن سنتیک واکنش با متدهاي مختلف (براي مثال طراحی آزمایشگاهی با روش تاگوچی) همچنین تعیین بالانس جرم و انرژي اولیه، از دیگر خروجی هاي این مرحله از کار هستند.
گروه طراحی و مهندسی فرایند، با در نظر گرفتن میزان مجاز براي افزایش مقیاس پس از دریافت نتایج قابل قبول در مقیاس آزمایشگاهی (Lab Scale) به طراحی مرحله بعد که مقیاس رومیزي (Bench Scale) و یا واحد آزمایشی (Pilot Plant) میباشد می پردازند و پس از این مرحله، عملیات طراحی واحد نمایشی (Demonstration Plant) آغاز می شود.
واحد نمایشی باید تمامی تجهیزات واحد صنعتی را دارا باشد و علاوه بر آن تجهیزات یاد شده، باید در ابعادي باشند که امکان افزایش مقیاس به واحد صنعتی براي آنها وجود داشته باشد. در این مرحله از عملیات جریانهاي برگشتی واقعی بوده (در مقیاسهاي پائین تر امکان شبیه سازي جریانهاي برگشتی با تزریق مستقیم این جریانها در ابتداي فرایند یکی از روشهاي معمول می باشد ولی اینکار در واحد نمایشی با جریانهاي واقعی حاصل از بخش جداسازي تامین می شوند) و محصول با کیفیت مورد نظر تولید خواهد شد؛ در حقیقت شرکت صاحب لیسانس با واحد نمایشی حقانیت خود را براي مشتریان به اثبات می رساند و به عنوان گارانتی لیسانس خود می تواند به داده هاي آن استناد کند.
شرکت پژوهش و فناوري پتروشیمی در بخشهاي مختلف، تمامی مراحل ذکر شده را در اختیار دارد و با تکیه به متخصصان خود به صورت مشترك با شرکت لورگی (Lurgi) آلمان در طرح تبدیل متانول به پروپیلن (M.T.P.) کار بین المللی خود را در تهیه و
فروش لیسانس مشترك فرایند مذکور به ثبت رسانیده است - .[1] شرح فرآیند
فرایند تبدیل متانول به پروپیلن زیر بخشهایی دارد که در ادامه به آن اشاره می شود.[2]
الف- مخازن ذخیره مواد اولیه و محصول
در این فرایند متانول به عنوان خوراك استفاده می شود و دي متیل اتر (D.M.E.)محصول میانی فرایند است ولی محصولات اصلی این فرایند بجز آب سنتز، گاز مایع (L.P.G.)، بنزین پیرولیز و پروپیلن می باشند و براي هرکدام دو مخزن دیده شده است تا در صورت خطا و تولید محصول نامطلوب امکان برگرداندن محصول و پالایش مجدد آن وجود داشته باشد.
ب- تبدیل و واکنش شیمیایی (Reaction)
در این فرایند دو مرحله تبدیل کاتالیستی مجزا داریم که هر دو واکنش در فاز گاز صورت می پذیرد. در مرحله نخست برابر واکنش شماره (1) از هر دو مول متانول یک مول آب گرفته می شود و ضمن کوپل شدن کربوکاتیون باقیمانده دي متیل اتر تشکیل می شود. وابستگی این واکنش با فشار زیاد نیست و براي این واکنش از اکسید آلومنیوم در فاز گاما به عنوان کاتالیست استفاده می شود. دماي مناسب براي این واکنش گرمازا حدود 275 درجه سانتیگراد است و کاتالیست مذکور نسبت به الکلهاي سنگین بسیار حساس است. همانطور که از توضیح قبل مشخص است خوراك قبل از ورود به این قسمت باید پیش گرم شده تغییر فاز دهد و سپس متانول تبخیر شده به حالت فوق گرم درآمده و وارد راکتور شود و از آنجا که واکنش گرما زا است و راکتور آدیاباتیک، خروجی راکتور، دماي بالاتري خواهد داشت و می توان از انرژي آن براي فوق گرم کردن بخار متانول استفاده نمود.
درصد تبدیل بالا و گزینش پذیري فوق العاده باعث می شود که در این مرحله محصول واسطه بدون نیاز به خالص سازي تولید شود تا بتوان به صورت مستقیم آنرا به عنوان خوراك مرحله بعد استفاده کرد؛ کاتالیستهاي اتر ساز فرایند تا دو سال بدون نیاز به احیاء، فعالیت خود را حفظ می کنند. در مرحله بعدي ضمن آبگیري از دي متیل اتر مطابق با واکنش شماره (2) پروپیلن تولید می شود اما این مرحله از واکنش بسیار گرمازا است و به منظور کنترل بهینه دماي بستر، خوراك به صورت مایع وارد مراحل میانی راکتور شده و ضمن جذب گرماي نهان تبخیر باعث تعدیل دماي جریان فرایندي، قبل از ورود به مرحله بعد راکتور میشود.
