الفینها (عمدتاً اتیلن و پروپیلن) به عنوان ترکیبات کلیدی در صنایع پتروشیمی محسوب می شوند که به صورت مرسوم از کراگینگ حرارتی نفتا که شامل آلکانهای 12C-5C می باشد تولید می شوند. سنتز الفینهای سبک از متانول با استفاده از کاتالیستهای زئولیتی جدید (که شروع آن به سال 1978 توسط شرکت Mobil بر می گردد) به عنوان یک جایگزین مطلوب برای کراکینگ نفتا پیشنهاد شده است. متانول از گاز سنتز که در اثر فرآیند کراکینگ با بخار گاز طبیعی و یا زغال سنگ تشکیل شده است، بدست می آید. در ادامه، متانول به یک محصول واسطه تعادلی شامل متانول، آب و دی متیل اتر (DME) تبدیل می گردد که این محصول واسطه با توجه به نوع واکنش های کاتالیستی و نوع فرآیند صورت گرفته به بنزین (MTG) و الفین (MTO) و پروپیلن (MTP) تبدیل می شود. در سال 1973 ابداع فرآیند MTG کاملاً به صورت اتفاقی صورت گرفت به طوری که یک گروه از محققان کمپانی Mobile در نیوجرسی که در حال تحقیق بر روی تبدیل متانول به سایر ترکیبات اکسیژن دار به همراه کاتالیست زئولیت بودند به طور ناخواسته به یک سری هیدروکربن دسترسی پیدا کردند. تا اینکه پس از مدتی گروه دیگری از کارشناسان این شرکت در پرینستون با توجه به کارهای صورت گرفته سعی کردند که از متانول به همراه کاتالیست زئولیت به alkylate isobutene برسند که در راستای اجرای این هدف به مخلوطی از پارافین و آروماتیک در محدوده بنزین رسیدند .
در سالهای 1983-1984 بعد از کشف زئولیت برای تبدیل متانول به هیدروکربن های سبک و سنگین (MTG و MTO) توجه جدی نسبت به این فرآیند ایجاد شد. در سالهای بعد محققین تبدیل متانول به اولفین های سبکتر را در بستری از 34-SAPO مورد بررسی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که در این بسترها گزینش پذیری بالایی برای اولفین سبک بدست می آید. در سال 1988 prinz و Rickert درباره تشکیل اتن و پروپن از متانول با کاتالیست زئولیت مطالعاتی انجام دادند. در سال 1995 محققین دریافتند که واکنش MTO بر روی کاتالیست تازه بسیار سریع است و میزان کک تشکیل شده بر روی کاتالیست مهمترین فاکتور برای فعالیت و گزینش پذیری است. در سال 1996 دو شرکت، فرآیند MTO را در بستری از 34-SAPO گسترش دادند براساس تحقیقات آنان، اتیلن و پروپیلن محصولات اصلی تشکیل شده بر روی کاتالیست 34-SAPO می باشد. در سال 2003، Markus Hack به بررسی تولید پروپیلن از متانول پرداختند. اخیرا فرآیند MTP توسط شرکت Lurgi توسعه یافته است [5].
با توجه به مصرف بالای الفین ها، تولید متانول و گاز سنتزی از زغال سنگ در کشورهای مصرف کننده این ماده، مانند چین ،آمریکا و کشور های اروپائی و به منظور مدیریت بازار فروش گاز طبیعی و متانول، همچنین کاهش شیب رکوردی قیمت جهانی الکل مذکور، یکی از فرآیندهای قابل بررسی M.T.O. می باشد
بسته به زمان و مکانهای مختلف, بازارهای متفاوتی برای اتیلن و پروپیلن وجود دارد. مثلا 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.
تصویر موقتا حذف گردیده
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.
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.
تصویر موقتا حذف گردیده
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.
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.
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 با هدف 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 بسترمایع تغییر یافت .
کاتالیست مورد استفاده در پروژه M.P.T شرکت پژوهش و فناوری ایران 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.
مراجع:
1- گشتاسبی،آ.، "گزارش سفر طراحی واحد صنعتی تبدیل متانول به پروپیلن "
2- Lurgi & NPC-RT, “Operating Manual M.T.P Demo Plant, Introduction Section”, 2007
3- Chang, C. D.; Silvestri, A. J. Conversion of Methanol and other O-Compounds over Zeolite Catalysts. J. Catal.
1977 , 47 , 249-259.
4- C.D. Chang, J.C.W. Kuo, W.H. Lang, S.M. Jacob, J.J. Wise, A.J.Silvestri, Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev. 17
(1978) 255.