توضیحات
بر خلاف مسیر تکاملی فرآیندهای رایج تولید اتیلن در کراکرهای بخار با خوراک نفتا، فناورهای تبدیل متان به اتیلن جهشی متفاوت در حوزه تولید اتیلن است و به دلیل دمای بالا و کاتالیست نامعین، هنوز مورد استقبال سرمایه گذاران قرار نگرفته است. اما بر اساس گزارشIHS فناوری OCM شرکت سیلوریا می تواند با فرآیند کراکینگ بخار به رقابت بپردازد به شرط اینکه قیمت اتان نسبت به متان از مقدار مشخصی بیشتر باشد. نمونه این فرآیند در مجتمع براسکم[۲] در آمریکا بصورت آزمایشی اجرا شده است.
فرآیند OCM سیلوریا به طور کامل تجاری سازی نشده و هنوز مراحل تکاملی خود را طی می نماید اما به دلیل تبدیل مستقیم مواد خام به محصولات پتروشیمی دارای اهمیت خاصی است. مازاد عرضه متان در آمریکا به دلیل افزایش تولید گازهای شیل یکی از پتانسیل های رشد این فناوری در جهان به شمار می رود. همچنین ممکن است که این فناوری تا جایی پیش برود که استخراج گازهای شیل در نقاط دیگر جهان را نیز از نظر اقتصادی به صرفه کرده و توسعه دهد. صرف نظر از این موضوع، وجود منابع متعارف و غیرمتعارف در اقصی نقاط دنیا (بر خلاف نفت) و نیز رواج تجارت LNG در جهان می تواند در گسترش سریع فناوری تجاری سازی شده OCM سیلوریا کاملا مؤثر باشد.
روش های تولید اتیلن از متان
از آنجایی‌که متان نسبت به سایر ترکیبات هیدروکربنی پایدارتر است، شکستن پیوندهای بین اتمهای این مولکول نیاز به صرف انرژی نسبتاً زیادی دارد. برای این کار به دمای بسیار بالایی نیاز است. این عمل در فرایند پیرولیز متان صورت می‌گیرد که در آن متان در اثر حرارت بالا، هیدروژن زدایی شده و پس از زوج شدن، به محصولات دوکربنی تبدیل میشود:
گزارشات منتشر شده در مورد فرایند پیرولیز متان، نشان می دهد که با استفاده از این روش فقط در دماهای بیش از ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد و زمان اقامت کم گاز، مقدار اتیلن و استیلن تولیدی، زیاد خواهد بود. بنابراین استفاده از این روش در مقیاس های بزرگ مقرون به صرفه نخواهد بود. روشهای جایگزین به دو دسته روشهای مستقیم و روشهای غیر مستقیم تقسیم می‌گردند:
تبدیل غیر مستقیم متان
در این روش، ابتدا متان را به گاز سنتز که مخلوطی از هیدروژن و مونوکسید کربن است، تبدیل میکنند. سپس این گاز از طریق فرایندهای دیگر به محصولات با ارزشتر تبدیل میگردد. گاز سنتز طبق واکنش زیر از طریق رفرمینگ با بخار آب تولید میشود.
این واکنش شدیداً گرماگیر است و با استفاده از کاتالیزور نیکل در دمای 0C90 و فشار ۲۰ اتمسفر انجام میشود. گاز سنتز در فرایندهای متنوع صنعتی قابل تبدیل به متانول، بنزین و دیگر سوختهای مایع میشود. بنزین تهیه شده از فرایندهای فوق، گرانتر از بنزین تهیه شده از نفت خام است و این امر به علت پرهزینه‌بودن فرایند تهیه گاز سنتز است.
تبدیل مستقیم متان
تحقیقات در زمینه تبدیل مستقیم متان (بدون تولید گاز سنتز)، در دهه ۸۰ میلادی گسترش یافت. فرایندهای ذیل مهمترین روشهای مستقیم هستند. این فرایند‌ها به طور بالقوه، راندمان بیشتری از نظر انرژی نسبت به روشهای غیر مستقیم دارند. دلیل این امر، فقدان مرحله تولید گاز سنتز است که نیاز به انرژی زیاد و دمای بالا دارد.
اکسیداسیون جزئی متان
متان در مجاورت اکسیژن، طبق واکنش زیر تبدیل میشود:
در واکنش فوق متانول تولید شده، در مجاورت اکسیژن پایداری کمتری نسبت به متان دارد. بنابراین محصولات به طور کلی، به اکسیدهای کربن تبدیل میشوند. برای بالا نگهداشتن گزینش‌پذیری متانول تا حدود ۸۰% باید تبدیل متان کم (حدود ۸% ) باشد که این امر از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
زوج شدن متان با کلر
متان و کلر به چند صورت میتوانند به همراه یکدیگر، هیدروکربن‌های با ارزش را تولید کنند. یکی از روشها، فرایند پیستن بورگ است که در آن کلر، متان و اکسیژن در یک راکتور بستر سیال در فشار ۱۶ اتمسفر و دمای0C 350 روی کاتالیست مس و اکنش میدهند.
کلرید متان روی کاتالیزور زئولیت، مخلوط هیدروکربن‌هایی را تولید میکند که شامل بنزین با عدد اکتان بالا میباشند. دمای پایین و تبدیل زیاد متان (حدود ۵۰ درصد)، این فرایند را قابل قبول میسازد. مشکل اقتصادی این روش، خروج مقادیر زیاد HCL تولیدی از راکتور است.
پلاسمای غیر تعادلی
یکی از جدیدترین زمینههای تحقیقاتی در خصوص تبدیل متان به هیدرکربن‌های سنگینتر، استفاده از پلاسمای غیرتعادلی است. راکتور شامل دو الکترود فلزی است که از صفحات آلومینیومی ساخته شدهاند که یکی از آنها توسط یک صفحه دی‌الکتریک پوشانده شده است. گاز از میان صفحه‌های دی‌الکتریک و آلومینیومی دیگر عبور میکند. همچنین با اعمال ولتاژ بالا در دمای محیط، میتوان متان را به هیدروکربن‌های سنگینتر تبدیل کرد. یکی از مزایای این روش، عدم نیاز به اکسیژن برای انجام واکنش است.
زوج شدن اکسایشی متان (OCM)
از سال ۱۹۸۲، شرکت یونیون که کارش را در زمینه تبدیل مستقیم متان به محصولات مفید نظیر اتیلن، پروپیلن و سوختهای مایع برای حمل و نقل شروع کرد، طرحهای مختلفی را در این زمینه پیشنهاد داد. تا سال ۱۹۹۳، تعداد کل مقالات و پتنتهای منتشر شده در این زمینه، بیش از ۹۵۰ مورد اعلام شده است. تحقیقات در زمینه OCM تحت چند عنوان انجام میشود. “واکنش هموژن”، “کاتالیزورها”، “مکانیزم”، “اقتصاد” و “افق‌های آینده”.
به صرفه ترین فرایند
در این فرایند (OCM)، گاز متان در فشار اتمسفر یک، در مجاورت کاتالیست جامد و دمای حدود ۷۵۰ تا ۸۰۰ درجه سانتیگراد با اکسیژن ترکیب میشود و محصولات مختلفی از قبیل اتیلن، اتان و گازهای هیدروژن، مونوکسید و دی‌اکسیدکربن تولید میکند. سوختهای مایع به عنوان خوراک مجتمعهای پتروشیمی، معمولاً جزء محصولات مطلوب این فرایند محسوب میشوند. انتخاب محصولات، بستگی به موقعیت جغرافیایی کارخانه OCM دارد. در صورتیکه این واحد در نواحی صنعتی موجود باشد، میتواند تأمین‌کننده خوراک مجتمعهای پتروشیمی باشد. در نواحی دوردست، سوخت مایع حاصل از این فرایند، قابل انتقال به بازار مصرف خواهد بود. شکل شماتیک واحدهای فرضی OCM نه تنها در محصولات اصلی بلکه در محصولات فرعی تولید شده نیز متفاوتند.
پیش امکان سنجی واحد سنتز اتیلن از اکسیداسیون متان به همراه واحد خالص سازی
در این پروژه واحد سنتز اتیلن از اکسیداسیون متان در نرم افزار اسپن هایسیس شبیه سازی شده و آنالیز های اقتصادی آن انجام شده است. شکل زیر شرح مختصری از فرایند را نشان می دهد.
این پروژه دارای گزارش کامل می باشد. جهت خرید پروژه و یا کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن، از طریق لینک زیر اقدام نمایید.