تبديل متان به فرآورده هاي با ارزش، به روش OCM
تبديل متان به فرآورده هاي با ارزش، به روش OCM
يكي از پروژه‌هاي درازمدت پژوهشگاه صنعت نفت، پروژة OCM است. تحليل پيرامون روش انجام و موانع صنعتي شدن اين پروژه ميتواند نتايج مفيدي براي پروژه‌هاي نظير آن به ارمغان آورد. قبل از ارائة اينگونه تحليلها، نيازمند معرفي روش OCM هستيم. در مطلب زير به معرفي روش OCM از لحاظ فني و مشكلات تجاري شدن آن اشاره شده است:
اهميت پروژه
بحران انرژي فسيلي و به خصوص نفت خام، باعث تلاش محققان در جايگزين‌كردن مادة ديگري به جاي نفت شده است كه بتواند به عنوان سوخت و مهمتر از آن به عنوان منبع توليد محصولات پتروشيمي، ايفاي نقش كند. منابع عظيم گاز طبيعي كه قادر است نياز صدها سال جهان را برآورده سازد، انتخاب مناسبي براي اين جايگزيني به نظر ميرسد.
گاز طبيعي شامل مقادير زيادي متان است. متان بين 83 تا 97 درصد از حجم گاز طبيعي را تشكيل ميدهد. بنابراين تبديل متان به هيدروكربن‌هاي با ارزش به خصوص اتيلن، به عنوان تركيب كليدي محصولات پتروشيمي، جايگاه بسيار مهمي از لحاظ اقتصادي و علمي دارد.
همچنين تعداد زيادي از منابع گاز طبيعي در نقاط دوردستي قرار گرفته است كه انتقال از طريق شبكة خط لوله به مناطق مصرف را، غير اقتصادي ميسازد. از اين رو سعي بر اين است تا گاز طبيعي و در مرحلة اول متان، به مواد با ارزشتري تبديل گردد.
يكي از روشهاي تبديل متان به مواد با‌ارزشتر، زوج شدن اكسايشي متان يا Oxidative Coupling of Methane مي‌باشد كه در اين فرايند، متان و اكسيژن به عنوان مواد اوليه وارد راكتور با دماي حدود 0C800 شده و در مجاورت كاتاليزور و در فشار اتمسفر يك، تبديل به اتيلن و محصولات ديگر ميشوند
.
مقايسه با ساير فرايند‌ها
از آنجايي‌كه متان نسبت به ساير تركيبات هيدروكربني پايدارتر است، شكستن پيوندهاي بين اتمهاي اين مولكول نياز به صرف انرژي نسبتاً زيادي دارد. براي اين كار به دماي بسيار بالايي نياز است. اين عمل در فرايند پيروليز متان صورت ميگيرد كه در آن متان در اثر حرارت بالا، هيدروژنزدايي شده و پس از زوج شدن، به محصولات دوكربني تبديل ميشود: 
گزارشات منتشر شده در مورد فرايند پيروليز متان، نشان ميدهد كه با استفاده از اين روش فقط در دماهاي بيش از 1200 درجه سانتيگراد و زمان اقامت كم گاز، مقدار اتيلن و استيلن توليدي، زياد خواهد بود. بنابراين استفاده از اين روش در مقياسهاي بزرگ مقرون به صرفه نخواهد بود. روشهاي جايگزين به دو دستة روشهاي مستقيم و روشهاي غير مستقيم تقسيم مي‌گردند:
الف) تبديل غير مستقيم متان
در اين روش، ابتدا متان را به گاز سنتز كه مخلوطي از هيدروژن و مونوكسيد كربن است، تبديل ميكنند. سپس اين گاز از طريق فرايندهاي ديگر به محصولات با ارزشتر تبديل ميگردد. گاز سنتز طبق واكنش زير از طريق رفرمينگ با بخار آب توليد ميشود. 
اين واكنش شديداً گرماگير است و با استفاده از كاتاليزور نيكل در دماي 0C90 و فشار 20 اتمسفر انجام ميشود. گاز سنتز در فرايندهاي متنوع صنعتي قابل تبديل به متانول، بنزين و ديگر سوختهاي مايع ميشود. بنزين تهيه شده از فرايندهاي فوق، گرانتر از بنزين تهيه شده از نفت خام است و اين امر به علت پرهزينه‌بودن فرايند تهية گاز سنتز است.
ب) تبديل مستقيم متان
تحقيقات در زمينة تبديل مستقيم متان (بدون توليد گاز سنتز)، در دهة 80 ميلادي گسترش يافت. فرايندهاي ذيل مهمترين روشهاي مستقيم هستند. اين فرايند‌ها به طور بالقوه، راندمان بيشتري از نظر انرژي نسبت به روشهاي غير مستقيم دارند. دليل اين امر، فقدان مرحلة توليد گاز سنتز است كه نياز به انرژي زياد و دماي بالا دارد.
ب -1) اكسيداسيون جزئي متان
متان در مجاورت اكسيژن، طبق واكنش زير تبديل ميشود: 
در واكنش فوق متانول توليد شده، در مجاورت اكسيژن پايداري كمتري نسبت به متان دارد. بنابراين محصولات به طور كلي، به اكسيدهاي كربن تبديل ميشوند. براي بالا نگهداشتن گزينش‌پذيري متانول تا حدود 80% بايد تبديل متان كم (حدود 8% ) باشد كه اين امر از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست.
ب- 2) زوج شدن متان با كلر
متان و كلر به چند صورت ميتوانند به همراه يكديگر، هيدروكربن‌هاي با ارزش را توليد كنند. يكي از روشها، فرايند پيستن بورگ است كه در آن كلر، متان و اكسيژن در يك راكتور بستر سيال در فشار 16 اتمسفر و دماي0C 350 روي كاتاليست مس و اكنش ميدهند. 
كلريد متان روي كاتاليزور زئوليت، مخلوط هيدروكربن‌هايي را توليد ميكند كه شامل بنزين با عدد اكتان بالا ميباشند. دماي پايين و تبديل زياد متان (حدود 50 درصد)، اين فرايند را قابل قبول ميسازد.
مشكل اقتصادي اين روش، خروج مقادير زياد HCL توليدي از راكتور است.
ب-3) پلاسماي غير تعادلي
يكي از جديدترين زمينههاي تحقيقاتي در خصوص تبديل متان به هيدركربن‌هاي سنگينتر، استفاده از پلاسماي غيرتعادلي است (سيستم واكنش در شكل1 نشان داده شده است). راكتور شامل دو الكترود فلزي است كه از صفحات آلومينيومي ساخته شدهاند كه يكي از آنها توسط يك صفحة دي‌الكتريك پوشانده شده است. گاز از ميان صفحه‌هاي دي‌الكتريك و آلومينيومي ديگر عبور ميكند. همچنين با اعمال ولتاژ بالا در دماي محيط، ميتوان متان را به هيدروكربن‌هاي سنگينتر تبديل كرد. يكي از مزاياي اين روش، عدم نياز به اكسيژن براي انجام واكنش است.
ب-4) زوج شدن اكسايشي متان (OCM)
از سال 1982، شركت يونيون كه كارش را در زمينة تبديل مستقيم متان به محصولات مفيد نظير اتيلن، پروپيلن و سوختهاي مايع براي حمل و نقل شروع كرد، طرحهاي مختلفي را در اين زمينه پيشنهاد داد. تا سال 1993، تعداد كل مقالات و پتنتهاي منتشر شده در اين زمينه، بيش از 950 مورد اعلام شده است. تحقيقات در زمينه OCM تحت چند عنوان انجام ميشود. "واكنش هموژن"، "كاتاليزورها"، "مكانيزم"، "اقتصاد" و "افق‌هاي آينده".
در اين فرايند (OCM)، گاز متان در فشار اتمسفر يك، در مجاورت كاتاليست جامد و دماي حدود 750 تا 800 درجة سانتيگراد با اكسيژن تركيب ميشود و محصولات مختلفي از قبيل اتيلن، اتان و گازهاي هيدروژن، مونوكسيد و دي‌اكسيدكربن توليد ميكند. سوختهاي مايع به عنوان خوراك مجتمعهاي پتروشيمي، معمولاً جزء محصولات مطلوب اين فرايند محسوب ميشوند. انتخاب محصولات، بستگي به موقعيت جغرافيايي كارخانه OCM دارد. در صورتيكه اين واحد در نواحي صنعتي موجود باشد، ميتواند تأمين‌كنندة خوراك مجتمعهاي پتروشيمي باشد. در نواحي دوردست، سوخت مايع حاصل از اين فرايند، قابل انتقال به بازار مصرف خواهد بود. شكل شماتيك واحدهاي فرضي OCM نه تنها در محصولات اصلي بلكه در محصولات فرعي توليد شده نيز متفاوتند. در شكل (2) يك نقشة عمومي از واحدهاي OCM مشاهده ميشود.
دلايل عدم موفقيت OCM در مقياس تجاري
از بين روشهاي ياد شده به منظور تبديل متان، زوج شدن اكسايشي متان در مجاورت كاتاليزورهاي ناهمگن (OCM)، يكي از محتملترين روشهاي تبديل متان حاصل از گاز طبيعي به اتيلن، به عنوان خوراك مجتمعهاي شيميايي و يا سوختهاي مايع در جهت انتقال انرژي به نظر ميرسد. ولي دو عامل اساسي باعث عدم موفقيت اين فرايند در ابعاد تجاري هستند:
1- گزينش‌پذيري و راندمان پايين محصولات دو كربنه و بيشتر
افزايش گزينش‌پذيري و راندمان محصولات، اساساً از طريق توسعه و يا بهبود كاتاليستها صورت ميگيرد. بهينهسازي شرايط واكنش، طراحي راكتور و عمليات نيز بر روي راندمان بهبود كاتاليست مؤثرند.
2- عدم اطمينان از نتايج جديد تكنولوژيك و تحقيقاتي به منظور افزايش مقياس اين فرايند
عدم اطمينان تكنولوژيك، به اين علت است كه تمام نتايج در دسترس كه تاكنون منتشر شدهاند، در مقياس آزمايشگاهي به دست آمدهاند. با توجه به پيچيدگي فرايند واكنش OCM، افزايش مقياس ميتواند منجر به كاهش و افت كارايي كاتاليست اين فرايند شود. علاوه بر اين، شرايط دشوار واكنش (توليد گرماي زياد)، نياز به طراحي راكتورهاي جديد دارد و تجارب موجود در مورد ساير فرايندهاي مشابه به صورت محدود قابل استفاده است. توسعه و بهبود راكتور، به عواملي نظير نوع راكتور، جنس آن و روش كنترل دما بستگي دارد. با كمي دقت ميتوان دريافت كه جنبة مهندسي واكنش فرايند OCM، نقش اساسي در روند موفقيت تجاري اين فرايند ايفا ميكند.
پروژة OCM در ايران
پژوهشگاه صنعت نفت به عنوان متولي تحقيقات در زمينة صنايع نفت و گاز در كشور، فعاليتهاي تحقيقاتي خود را از سال 1370 در اين زمينه آغاز نموده است. طراحي و ساخت سيستمهاي راكتوري متنوع، تحقيقات بر روي ساخت كاتاليستهاي مختلف و انتشار مقالات در مجلات معتبر، از جمله فعاليتهاي اين مركز بوده است. با استفاده از اطلاعات اخذ شده در آزمايشگاه، هم‌اكنون يك واحد نيمه صنعتي در مقياس پايلوت در اين مراكز طراحي و ساخته شده است كه كار بر روي بهينهسازي و كنترل فرايند محصولات آن همچنان ادامه دارد
مطالب مشابه :
نقش مهندسی شیمی در بیوتکنولوژی
در بيوتكنولوژي جديد، اغلب محصولات داراي ارزش بالا بوده و به حجم كمي از آنها نياز است
مهندسی معکوس چیست ؟
و سعی می کنند با استفاده از روش مهندسی معکوس ، اطلاعات و دانش فنی محصولات موجود
تبديل متان به فرآورده هاي با ارزش، به روش OCM
بنابراين محصولات به طور كلي، به اكسيدهاي كربن تبديل ميشوند.
آشنایی با واحدهای پالایشگاهی
از ميان محصولات بالاي برج كه در برج هاي ديگر تفكيك ميشوند، نفتاي سنگين براي ارتقاء درجه
اتانول سوخت پاك آينده
ميزان توليد ضايعات و پسمان محصولات كشاورزي در جهان، بسيار بالا بوده و با توجه به تركيب
نخ بخیه جراحی
انواع و اقسام محصولات پلیمری در صنایع پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد.
ديگ بخار
1- دیگ لوله دودی که در آنها محصولات احتراق از داخل لوله ها عبور می کنند در حالیکه آب پیرامون
مرگ استیو جابز بنیان گذار شرکت اپل
ایدۀ ساخت آیفون و آی پد، از تولیدات این شرکت و از پرفروش‌ترین محصولات در زمینۀ ارتباطات
روشهاي اندازه گيري پارامتر هاي مخازن سوخت
محصولات دريافت شده، انتقال محصول داخلي ومحصولات تحويل داده شده پالايشگاه ها، كارخانه هاي
برچسب :
محصولات 9595