استفاده از تکنولوژی‌های نوین با قابلیت‌های بیشتر، یکی از روشهای بهبود کیفیت و اقتصاد تولید، برتری در رقابت با سایر تولیدکنندگان و در اختیارگرفتن بازار می‌باشد. در صنایع پتروشیمی، خصوصاً در خاورمیانه به دلیل وجود تولیدکنندگان متعدد و رقابت نزدیک کشورهای تولیدکننده مواد پایه، استفاده از تکنولوژی‌های نوین بسیار به صرفه خواهد بود. یکی از این روش‌ها تبدیل متانول به الفین می‌باشد که علاوه بر نو و اقتصادی‌بودن آن دارای امتیازات ویژه‌ای برای کشورهایی است که از گاز طبیعی به عنوان خوراک پتروشیمی استفاده می‌کنند. در این مطلب به معرفی این تکنولوژی و مزایای استفاده از آن اشاره شده است:
اتیلن و پروپیلن مهمترین الفین‌های پایه می‌باشند که جهت ساخت پلیمرهای مختلف، بازارهای بزرگی را به خود اختصاص داده‌اند. این دو مونومر امروزه از طریق کراکینگ گرمایی هیدورکربن‌های اشباع‌شده همچون اتان بدست می‌آیند.
تبدیل اتان به الفین‌هایی نظیر اتیلن و پروپیلن، در سالهای آتی با مشکلاتی قابل توجه روبرو شده است. عمده این مشکلات، تامین اتان برای واحدهای روبه رشد پتروشیمی از منابع هیدورکربوری و اشباع بازار برخی مشتقات این مواد نظیر پلی‌‌اتیلن و اتیلن می‌باشد. این مسائل در کنار یکدیگر نیاز به تکنولوژی جدیدی را که از محدودیت‌های فرآیند کراکینگ گرمایی عاری باشد، ایجاد نموده است.
یکی از این فرآیندها تبدیل کاتالیستی ترکیبات متوکسی نظیر متانول و یا دی‌متیل‌اتر به مخلوط الفین‌ها می‌باشد. این پروسه که MTO یا "متانول به الفین" نام دارد، متانول خام را به اتیلن و پروپیلن تبدیل می‌نماید. در طی این فرآیند ابتدا در مرحله اول، گاز طبیعی به متانول خام تبدیل می‌گردد و در مرحله دوم متانول حاصله از طریق یک واکنش کاتالیستی به اتیلن و پروپیلن تبدیل می‌گردد. از عمده ویژگیهای این فرآیند تبدیل عمده‌ترین جزء گاز طبیعی (متان) به الفین می‌باشد. متان حدود 90 درصد از گاز طبیعی را تشکیل می‌دهد, از این‌رو تبدیل آن به الفین بسیار پرصرفه می‌باشد. اتیلن و پروپیلن تولیدی با خلوص بالای 97 درصد بوده و می‌توان آنرا به‌راحتی جدا ساخته و به واحد پلیمرسازی فرستاد.
در شکل زیر شمایی از روشهای موجود تولید اتیلن و پروپیلن و مشتقات آنها ارائه شده است.
تکنولوژی‌های دیگری نیز برای تبدیل متان به محصولات باارزش بالاتر وجود دارد، اما این فرآیندها در مقایسه با فرآیند MTO از بازده پایین‌تر و صرفه اقتصادی کمتری برخوردار می‌باشند.
نحوة کشف فرایند تبدیل متانول به اولفین
روش تبدیل متانول یا دی‌متیل‌اتر به اولفین‌ها بوسیله شرکت موبیل کشف گردید؛ کشف این روش به طور تصادفی اتفاق افتاد. در حین آزمایش فرآیندی که به قصد تولید نوعی سوخت انجام پذیرفت، مقادیر کمی الفین به صورت محصول جانبی تولید گردید که منجر به جلب توجه متخصصان امر شد. این فرآیند در طول سالهای بعد به دقت مورد تکمیل و اصلاح قرار گرفت و کاتالیست آن به کاتالیست بستر مایع تغییر یافت.
در فرآیندهای اولیه مورد استفاده جهت تبدیل متانول به الفین، نیاز به گرم کردن خوراک از طریق مبدل‌های ویژه بود که در مراحل بعد این مشکل از طریق ایجاد جریان پلاگ ساده برای تماس کاتالیست MTO و خوراک برطرف گردید. در این فرآیند ابتدا خوراک متانول مورد نظر، تحت یک کاتالیست اسیدی با از دست دادن مولکول آب به دی‌متیل‌اتر تبدیل شده و پس از ورود به راکتور MTO ، در مجاورت با کاتالیست موردنظر، در دما، فشار و زمان اقامت معین به محصولات موردنظر تبدیل می‌گردد. واکنش تبدیل متانول به اولفین واکنشی گرماگیر بوده و به ازای تبدیل هر مول متانول به اولفین حدود Btu 6000 گرما نیاز دارد. محصولات جانبی واکنش مخلوط بوتان، هیدورکربن‌های c5+ ، پارافین‌های c1- c4، آب، زغال کک، اکسیژن،H2 و COx می‌باشد.
توجه شرکتهای مختلف به روش MTO
امروزه تحقیق و توسعه بر روی فرآیند MTO بوسیله شرکتهای هیدرو و UOP نروژ بطور موفقیت‌‌آمیزی پیگیری می‌شود. یک نمونه از پلنت متانول به اولفین بوسیله شرکت هیدرو در نروژ نصب گردیده است. این پلنت در یک چرخه پس از مصرف کاتالیست آن را در برج احیا، بازیافت کرده و دوباره مورد مصرف قرار می‌دهد. خروجی این برج سوخت گازی یا fuel gas می‌باشد. این واحد در حال حاضر روزانه حدود750 هزار تن در روز متانول را به عنوان خوراک مصرف می‌نماید که عمدتاً از گاز سنتز (CO+H2) بدست می‌آید. عمده‌ترین منبع گاز سنتز، گاز طبیعی است. این گاز را می‌توان از محصولات نفتی چون نفت و زغال سنگ نیز بدست آورد.
کاتالیست
کاتالیست مورد استفاده بوسیله شرکت هیدرو، 100-MTO با ترکیب سلیکونیوم فسفات، به صورت غربال مولکولی می‌باشد. این کاتالیست به شدت گزینش‌گر (selective) بوده و بدین وسیله به تولید اتیلن و پروپیلن می‌پردازد.
کاتالیست‌های دیگر مورد استفاده، کاتالیست زئولیتی ZMS-5 به کار رفته توسط شرکت موبیل و کاتالیست SAPO-34 می‌باشند.
امتیازات فرآیند MTO
بسته به زمان و مکانهای مختلف, بازارهای متفاوتی برای اتیلن و پروپیلن وجود دارد. در آمریکا و اروپا تقاضا برای اتیلن اغلب بیشتر از پروپیلن می‌باشد در حالیکه در اقیانوسیه تقاضا برای پروپیلن بیشتر از اتیلن است. همچنین مطابق نمودارهای زیر میزان تقاضا برای این دو نوع محصول با گذشت زمان متغیر می‌باشد.
همان‌گونه که مشاهده می‌شود تقاضا برای اتیلن در یک بازه زمانی نسبت به تولید کاهش یافته و پس از سالهای2007 و 2008 مجدداً با افزایش روبرو است. در حالیکه در ارتباط با پروپیلن تقاضا در بازه زمانی سال 2002 تا سال 2010 رو به افزایش می‌باشد. از این رو در طول سالهای آتی توان تغییر واحدهای تولیدی اتیلن و پروپیلن، بسته به میزان تقاضای بازار و محل فروش امری حیاتی است. عملکرد فرآیند تبدیل متانول به اولفین از این لحاظ قابل توجه می‌باشد که این فرآیند انعطاف‌پذیر بوده و می‌تواند به نحوی صورت پذیرد که بسته به نیاز، اتیلن و یا پروپیلن بیشتری تولید نموده و نسبت محصولات راتغییر دهد.
در فرآیند مورد استفاده شرکت هیدرو تغییر نسبت محصولات در بازه زیر امکان‌پذیر می‌باشد:
بنا به گزارش Vandijk و Glenway این نسبت اتیلن به پروپیلن می‌تواند با استفاده از راکتور بستر ثابت، با توجه به شرایط اعمال‌شده از 1,5 تا 5,1 تغییر یابد.
در فرآیند تبدیل متانول به الفین، چنانچه اتیلن ماده تولیدی اصلی باشد، گرمای مورد نیاز واکنش کمتر از زمانی است که پروپیلن به عنوان جزء اصلی محصولات تولیدی مدنظر قرار می‌گیرد. در این فرآیند جهت تولید پروپیلن بیشتر نسبت به اتیلن، می‌بایست اقداماتی نظیر: زمان تماس خوراک با کاتالیست، دمای واکنش بالاتر و فشار جزئی بیشتر متانول در تماس با کاتالیست را انجام داد تا پروپیلن به عنوان محصول اصلی بدست آید.
بنابراین با تغییرات ساده عملیاتی می‌توان نسبت محصولات تولیدی را به دلخواه تغییر داد.
علاوه بر این مسأله با استفاده از متانول به عنوان خوراک، می‌توان به مزایایی از جمله حمل و نقل آسان‌تر و کم‌هزینه‌تر نسبت به اتان دست یافت.
امتیازات دیگری نظیر: تولید محصولات جانبی محدود در مقایسه با سایر روشهای کراکینگ و در نتیجه ساده بودن سیستم بازیافت و خالص‌سازی، ساده‌تر بودن پلنت مورد استفاده نسبت به واحدهای معمولی بدلیل وجود پارافین کم و عدم نیاز به سیستم‌های جداکننده پروپان/ پروپیلن و اتان/ اتیلن بدلیل تولید پروپیلن و اتیلن با خلوص بیش از 98 درصد، دیگر ویژگیهای این فرآیند می‌باشند.
نتیجه:
اقتصادی بودن این پروسه به عواملی نظیر قیمت و بازار فروش اولفین‌ها، هزینه متانول خوراک، هزینه کاتالیست و پلنت بستگی دارد. در کشور ما بدلیل نیاز به تولید مواد باارزش افزوده از نفت خام و گاز طبیعی، احداث واحدهای متعدد پتروشیمی در دستور کار قرار گرفته است. تعدادی از این واحدها به بهره‌برداری رسیده و یا در حال انجام بوده و در مورد احداث تعداد واحدهای قابل توجه دیگر پیش‌بینی‌هایی انجام‌شده و برنامه‌ریزی‌هایی صورت پذیرفته است.
محصولات پایه نظیر اتیلن و پروپیلن، عمده‌ترین محصولات واحدهای کشور می‌باشند. تولید این محصولات در واحدهای مذکور به همان شیوه سابق، یعنی کراکینگ اتان صورت می‌پذیرد که در مقایسه با روش تبدیل متانول به اولفین از محدودیت‌های زیادی برخوردار می‌باشد. با توجه به این که میزان تقاضای اتیلن در سالهای آتی دچار نوسانات عمده‌ای شده و برای پروپیلن بازار مناسبی فراهم خواهد آمد، استفاده از تکنولوژی MTO در واحدهای صنایع پتروشیمی کشور می‌تواند آینده‌ای مناسب را برای پتروشیمی کشور رقم زده و نگرانیهای موجود در زمینه اشباع بازار مشتقات اتیلن را کاهش دهد.
وفور گاز طبیعی و سهولت تبدیل آن به متانول از طریق واحدهای متانول، نظیر خارک و ماهشهر عامل مهم دیگری در زمینه اقتصادی بودن این تکنولوژی برای کشور می‌باشد.
کاتالیست و دانش فنی احداث پایلوت صنعتی و نیمه‌صنعتی MTO می‌تواند به صورت خرید لیسانس و یا در حالت ایده‌آل، بدلیل نو بودن و در مرحله بلوغ قرار داشتن تکنولوژی آن، از طریق تحقیق و توسعه مشترک با شرکتهای صاحب لیسانس، مورد استفاده قرار گیرد. در این زمینه آنچه از اهمیت بیشتری برخوردار می‌باشد درک لزوم استفاده از تکنولوژی‌های جدید، اهمیت دادن به این مسأله و تدبیر مدیران و مسئولان ذیربط در زمینه اخذ و به کارگیری این تکنولوژیها می‌باشد.
