بخشی از مقاله
مطالعه به روی کاتالیست سنتز MTBE (ترکیب ایزوبوتن و متانول در جهت تولید MTBE) و مقایسه آن با کاتالیست های مصرفی
چکیده
دسنتز MTBE توسط کاتالیست های رزین تبادل يونی اسیدی قوی که دارای پیوندهای اتری من باشد در صنعت انجام هي گیرد. این کاتالیست ها دارای گروه های عاملی سولفونیک اسید بر پایه های پلی مری استایرین می باشند. سنتز MTBE هم در فاز مایع و هم در فاز گازی امکان پذیر بوده اما روش اقتصادی و مقرون به صرفه سنتز این ماده در فاز مایع است که شامل واکنش های افزودنی الکتروفیلی ایزوبوتن و متانول در دمای ۳۷۳ درجه کلوین می باشد که از رزین تبادل یونی سولفونه 15 Amberly به عنوان کاتالیست در سنتز این ماده استفاده شده است. دی ایزو بوتن و TBA از محصولات جانبی این واکنش صنعتی بوده که حاصل دیمریزاسیون ایزوبوتن و واکنش آب با ایزوبوتن میباشد. علاوه بر این کاتالیست کاتالیست های دیگری نیز در این فرآیند مورد استفاده قرار می گیرد به عنوان مثال: لواتیت پیرولیت و زئولیت. عملکرد رزین ها در این فرآیندها خوب می باشد اما از معایب آنها می توان به پایداری کم این کاتالیست ها در برابر حرارت و حساس بودن کاتالیست به نسبت متانول به ایزوبوتن در فرآیند سنتز اشاره کرد همچنین رزین ها بعد از مدتی نیاز به شستشوی اسیدی دارند. کاتالیست های زئولیتی گزینه مناسبتری نسبت به رزین ها در سنتز MTBE می باشند. زئولیت نوع بتا که به صورت ذرات ریز کریستالی بوده دارای فعالیت بیشتری نسبت به آمبریست ۱۵ و نسبت به زئولیت نوع Y می باشد.راندمان سنتز MTBE با استفاده از کاتالیست نوع بتا ۹۰٪-۸۵٪ می باشد. در این تحقیق به مطالعه و بررسی در مورد تعدادی از کاتالیست های جدید صنعتی مورد استفاده در سنتز MTBE و مقایسه آنها با یکدیگر می پردازیم.
واژه های کلیدی: MTBE و آمبرلیست ۱۵ و پیرولیت 175 CT 275AZ CT و زئولیت بتا
مقدمه:
از ترکیبات آلی اکسیژن دار (دارای پیوندهای اتری) به طور گسترده به عنوان افزودنی جهت بالا بردن عدد اکتان بنزین استفاده می شود که شامل ترکیباتی چون متیل ترشو بوتیل اتر (MTBE) و اتیل ترشو بوتیل اتر (ETBE) و ترشو آمیل متیل اتر(TAME) و دی ایزو پروپیل اتر(DIPE) بوده که این ترکیبات از نظر اقتصادی به عنوان بهترین گزینه به عنوان ماده افزودنی به بنزین جهت بالا بردن عدد اکتان و بهسوزی بنزین استفاده می شوند .همچنین این ترکیبات به طور ویژه در محدوده نقطه جوش بنزین دارای کمترین خاصیت کوبشی در موتور ماشین می باشند. MTBE نه تنها عدد اکتان بنزین را بالا می برد بلکه غلظت مونوکسید کربن و سایر هیدروکربن های دیگر را نیز در موتور ماشین به حداقل خود می رساند. موتور وسایل نقلیه حاوی بنزین مخلوط با MTBE مواد سمی کمتری را منتشر کرده و آلودگی کمتری ایجاد می کنند.
واکنش: واکنش سنتز MTBE به صورت زیر می باشد:
این واکنش شماتیکی از واکنش افزایش الکتروفیلی با استفاده از کاتالیست اسیدی می باشد. این واکنش برگشت پذیر و تعادلی بوده و راندمان سنتز محصول نهایی به دما بستگی دارد. این واکنش و سایر واکنش های کاتالیستی آلی در فاز مایع اسیدی انجام می شود. اسیدهای قوی در حلال های آلی نا محلولند کاتالیست های جامد دارای غلظت بالای یون هیدرونیوم می باشند و نسبت به اسیدهای قوی در حلال های آلی محلول ترند. بعضی از کاتالیست های جامد دارای گروه های عاملی سولفونات بر پایه های پلی مری استایرین و دی ونیل بنزن می باشند. این نوع کاتالیست ها دارای غلظت بالایی از یون هیدرونیوم می باشند که باعث سریع تر انجام شدن واکنش های کاتالیستی توسط این کاتالیست ها می شود. رزین های سولفونه اسیدی تبادل یونی شده مختلفی در سنتز MTBE مورد استفاده قرار می گیرد در این راستا از کاتالیست های زئولیتی نیز استفاده می شود. خلاصه ای از مطالعات انجام شده به روی تعدادی از کاتالیست های سنتز MTBE در ذیل گزارش شده است.
آزمایشگاهی نتابج به دست آمده در زیر حاصل مقایسه مطالعاتی تعدادی از کاتالیست های رزینی ماکروپروس اسیدی مورد استفاده در سنتز MTBE می باشد.
تمام این کاتالیست های رزینی اسیدهای قوی بر پایه استایرین و دی ونیل بنزن می باشند.
فرآیند تولید متیل ترسیو بوتیل اثر (MTBE) از متانول و ایزو بوتن به نسبت مولی ۰/۹۱ در دمای K ۳۲۳ با فشار ۱/۵ مگا پاسکال مورد بررسی قرار گرفت . منبع تهیه ایزو بوتیلن برش 4 C حاوی ۵۵-۴۵٪ ایزو بوتیلن بوده و متانول دارای درجه خلوص ۹۹٪ با کمتر ۰/۰۱ درصد آب می باشد. شدت جریان مخلوط خوراک ۸۵ حجم / حجم / ساعت بوده و تازمانی که ضریب تبدیل به حد ثابتی برسد ؛ شدت جریان همچنان ثابت خواهد بود .
خصوصیات مورد بررسی رزین کاتالیست به قرار زیر بوده است :
– مساحت سطح (طبق) BET که بر حسب m 2/g به فرم خشک اندازه گیریشده است.
- حجم حفره که بر حسب m 1/g در حالت خشک تعیین گردیده است.
- متوسط قطر خلل و فرج که بر حسب آنگستروم در حالت خشک اندازه گیری شده است .
- متوسط ابعاد دانه های رزینی که بر حسب میلیمتر اندازه گیری شده است .
- ظرفیت اسیدی که بر حسب میلی اکی والان بر گرم رزین خشک اندازه گیری شده ات .
- نرخ واکنش که بر حسب مولها / ساعت / اکی والان ظرفیت اسیدی اندازه گیری شده است .
پارامترهای بکار رفته به عنوان شاخص فعالیت رزین به قرار زیرند :
- درصد تبدیل متانول که بطور مستقیم اندازه گیری شده است .
نرخ واکنش که محاسبه شده است .
