بومی سازی فناوری تبدیل متانول به پرپیلن

PVM دانش فنی بومی ایرانی 

الفین های سبک، اتیلن، پروپیلن و بوتیلن ها، عناصر کلیدی در صنعت پتروشیمی هستند که به طور گسترده به عنوان مواد اولیه خام جهت تولید پلی الفین ها استفاده می شوند و انتظار می رود نقش برجسته تری در آینده اقتصاد ایفا کنند. از میان آنها، اتیلن و پروپیلن، به عنوان خوراک های اصلی واحدهای پتروشیمیایی، دارای مصارف گسترده ای در تولید مواد شیمیایی و پلاستیک ها هستند. مطابق پیش بینی های به عمل آمده میزان رشد متوسط سالیانه تقاضای پروپیلن در خلال سالهای ٢٠١٥ تا ٢٠٢٠ حدود ٤ درصد خواهد شد که سرعت رشد و میزان مصرف پروپیلن در کاربردهای پلی پروپیلن و آکریلیک اسید سریع تر خواهد بود. اختلاف روز افزون در تولید و تقاضای پروپیلن، خود عامل محرکی برای حرکت به سمت فرآیندهای جدیدی است که در کنار فرآیندهای جاری این خلاء را پر کنند.

از اوایل دهه ١٩٩٠ میلادی، روش های تولید الفین های سبک دستخوش تغییرات قابل توجهی شده و همزمان با فرآیندهای مرسوم (کراکینگ با بخار و کراکینگ کاتالیستی بستر سیال)، استفاده از تکنولوژی های جدید و دردسترس (هیدروژن زدایی پروپان و تبدیل متانول به الفین های سبک) توسط شرکت های تجاری در دستور کار قرار داده شده است. 

در فرآیند تولید پروپیلن از متانول ابتدا متانول در یک واکنش تعادلی و گرمازا به مخلوطی از متانول/دی متیل اتر/آب بدل می شود؛ سپس این مخلوط از مسیر یک واکنش کاتالیستی به الفین های سبک بدل می شود که توزیع محصولات تولیدی در این واکنش وابسته به نوع کاتالیست و شرایط عملیاتی است. 

مزایای تولید پروپیلن از فرآیند PVM

باتوجه به نوع خوراک مورد نیاز فرآیندهای مختلف تولید پروپیلن، فرآیند PVM به دلیل دردسترس بودن متانول، بیش از فرآیندهای دیگر مورد توجه قرار گرفته است. متانول به آسانی با تکنولوژی های ثابت شده و در دسترس از زغالسنگ یا گاز طبیعی تولید می شود. در حال حاضر در پنچ مجتمع پتروشیمی کشور متانول تولید می شود که مجموع ظرفیت اسمی نصب شده متانول در این کارخانه ها 4/5 میلیون تن در سال است. باتوجه به رشد سریع صنایع پتروشیمی در ده سال اخیر و احداث واحدهای متعدد تولید متانول در ایران در سالهای آتی، روند تولید این ماده شیمیایی در ایران به شدت رو به افزایش است. لذا یکی از راهکارهای اقتصادی برای استفاده از متانول مازاد بازار، تبدیل آن به محصولات باارزش ازجمله پروپیلن است.

در حال حاضر، شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی یکی از شرکت های صاحب لیسانس تکنولوژی برای فرآیند تولید پروپیلن از متانول در مقیاس صنعتی است. به همین دلیل، این شرکت از سالهای گذشته، همزمان با انجام فعالیتهای مرتبط با فرآیند، پژوهش های خود را برای کسب دانش فنی ساخت و تولید کاتالیست مورد نیاز این فرآیند آغاز کرد. 

کاتالیست فرآیند تولید پروپیلن از متانول (PVM)

در طول دهه اخیر، تلاش های زیادی برای توسعه کاتالیست هایی با فعالیت و پایداری بالا و گزینش پذیری نسبت به پروپیلن صورت گرفته است. زئولیت ZSM-٥ به عنوان یکی از بهترین کاتالیست ها برای واکنش PVM مورد توجه قرار گرفته است. گروه پژوهش های کاتالیستی شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی از اوسط سال ١٣٨٥، فعالیت های پژوهشی خود را برای دستیابی به دانش فنی تولید زئولیت ZSM-٥ شروع کرد. به منظور دستیابی به دانش فنی فرآیند تولید کاتالیست ZSM-٥ ، فعالیت های پژوهشی متفاوتی انجام شده است که مسیر پژوهش آن برای رسیدن به دانش فنی ساخت کاتالیست فرآیند PVM به شرح زیر بوده است. 

سنتز زئولیت ZSM-٥ در مقیاس آزمایشگاهی (cc ٦٠٠-١٠٠)

سنتز زئولیت ZSM-٥ و بهینه سازی پارامترهای مؤثر بر آن در مقیاس آزمایشگاهی، به روش هیدروترمال با ساخت تعداد زیادی نمونه کاتالیست در اتوکلاوهای پوشش داده شده با تفلون انجام شد. در شکل ٣ شمای برخی نمونه زئولیتهای ساخته شده در شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی نشان داده شده است. به منظور انتخاب کاتالیست برتر و بهینه این مرحله و ارزیابی میزان فعالیت کاتالیست های سنتز شده در فرآیند PVM، آزمون راکتوری کاتالیست های سنتز شده در سامانه های راکتوری مستقر در شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی انجام شد.

      

سنتز زئولیت  ZSM٥ در مقیاس بنچ 

پس از دستیابی به فرمولاسیون زئولیت ZSM-٥ در مقیاس آزمایشگاهی، افزایش مقیاس تولید این زئولیت در دستور کار قرار گرفت. یکی از مهمترین فاکتورهایی که باید در مراحل کسب دانش فنی ساخت کاتالیست یک فرآیند مورد توجه قرار داده شود، تکرارپذیری روش ساخت و قابلیت افزایش مقیاس است. به این منظور، تعدادی نمونه کاتالیست ZSM-٥ در شرایط مختلف عملیاتی در مقیاس بنچ ساخته شد. بررسی نتایج آزمون راکتوری نمونه  کاتالیست های ساخته شده، نشان داد که روش ساخت به دست آمده از تکرارپذیری قابل قبولی برخوردار است.

 سنتز زئولیت ZSM-٥ در مقیاس پایلوت (٢٥ لیتری)

یکی دیگر از فعالیت های انجام شده در زمینه کسب دانش فنی ساخت زئولیت ZSM-٥، سنتز آن در مقیاس پایلوت است، که این مهم با موفقیت در مرکز تهران شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی انجام شد. پس از انجام مراحل آماده سازی پودر فعال تولید شده شامل شکل دهی و اکسترود کردن آن ، آزمون راکتوری نمونه ساخته شده در سامانه های تست راکتوری مقیاس آزمایشگاهی و پایلوت  که به ترتیب در مرکز تهران و مرکز منطقه ویژه (ماهشهر) شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی مستقر هستند، انجام شد. خاطر نشان می شود به منظور بررسی فعالیت و عملکرد زئولیت ZSM-٥ ساخته شده در شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی و مقایسه آن با عملکرد نمونه کاتالیست های مختلف صنعتی ، واکنش PVM در شرایط یکسان عملیاتی(دما: oC٤٨٠، فشار: barg ١ و سرعت فضایی خوراک (LHSV): ml/hgcat. ٩/٠) بر روی همه نمونه زئولیت ها انجام شد.

ساخت واحد نیمه صنعتی سنتز زئولیت ZSM-٥ m

باتوجه به نتایج کسب شده در مقیاس پایلوت و به منظور ارزیابی نهایی مراحل مختلف تکنولوژی ساخت کاتالیست ZSM-٥ فرآیند PVM، شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی در نظر دارد با همکاری شرکت های توسعه دهنده توانمند داخلی، واحد نیمه صنعتی ساخت کاتالیست ZSM-٥ را در مرکز اراک نصب و راه اندازی کند.