روش نوین سنتز دی متیل اتر به دست پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند تبریز طراحی شد. این روش موجب کاهش هزینههای تولید و افزایش میزان تولید این ماده نسبت به روش غیرمستقیم خواهد شد.
روش نوین سنتز کاتالیست فرایند تولید دی متیل اتر
روش نوین سنتز دی متیل اتر به دست پژوهشگران دانشگاه صنعتی سهند تبریز طراحی شد. 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.
کشورایران باداشتن 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، ایران را 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-5 بسیار مناسب خواهد بود بهگونهای که متوسط اندازه ذرات ۴۷٫۸۶ نانومتر بوده و بیش از ۹۵ درصد ذرات ابعاد کمتر از ۱۰۰ 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 ۳۳ 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 «سنتزنانوکاتالیست CuO-ZnO-Al2O3/HZSM-5 با 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 ۹۱، شماره ۶، ژوئن سال ۲۰۱۳) منتشر شده است. علاقمندان میتوانند متن کامل مقاله را در صفحات ۱۱۱۱ الی ۱۱۲۲ همین شماره مشاهده نمایند.
