مرجع مواد شیمیایی ایران
متانول

متانول چیست؟


متانول به عنوان ساده ترین الکل ، مایعی بی رنگ ، فرار ، سمی و قابلیت اشتعال بالایی دارد.متانول به متیل الکل، الکل متیلیک، متیل هیدرات، متیل هیدروکسید و الکل چوب نیز معروف است.

متانول

متانول

تاریخچه متانول

در سال ۱۹۱۳ میتاش در آلمان در حین پژوهش درباره سنتز آمونیاک متوجه تشکیل شدن ترکیبات اکسیزن دار شد. ادامه تحقیقات در سال ۱۹۲۳ در آلمان به تهیه متانول بر پایه گاز سنتز با استفاده از کاتالیست‌های کرم و روی انجامید. این واکنش در شرایط سختی مانند فشار ۱۰۰۰-۳۰۰ اتمسفر و دمای حدود ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌گرفت.

تولید متانول

در شیوه مدرن تولید متانول، کاتالیست هایی از نوع اکسید آلومینیوم، روی و مس استفاده می‌شود که در فشارهای پایین عمل می‌کنند و کارایی موثرتری دارند. امروزه گاز سنتز مورد نظر برای تولید متانول مانند گذشته از زغال بدست نمی‌آید. بلکه از واکنش متان موجود در گازهای طبیعی تحت فشار ملایم ۱۰-۲۰ اتمسفر و دمای ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد با بخار آب و در مجاورت کاتالیزور نیکل تولید می‌شود.  CO و H۲ تولید شده، تحت تاثیر کاتالیزوری که مخلوطی از مس و اکسید روی و آلومینیوم است، واکنش داده و متانول ایجاد می‌کنند. این کاتالیزور اولین بار درسال ۱۹۶۶ توسط ICI استفاده شد. این واکنش در فشار ۵۰-۱۰۰ اتمسفر و دمای ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد صورت می‌گیرد.

تشریح فرآیند تولید متانول

شرح این فرایند تولید با استفاده از گاز طبیعی و دی اکسید کربن بعنوان خوراک براساس فرآیند (COMBINED REFORMING) آورده شده است. در این روش فرآیند متانول شامل ۷ مرحله اصلی، به شرح زیر می‌باشد:

  • آماده سازی خوراک
  • تولید گاز سنتز
  • تراکم گاز سنتز
  •  سنتز متانول
  • تصفیه متانول
  • سیستم بخار و کندانس
  • ذخیره سازی و بارگیری   

۱-واحد آماده سازی خوراک

گاز طبیعی و دی اکسید کربن در فشارهای متفاوت به مجتمع وارد شده و هر یک در کمپرسورهای گریز از مرکز جداگانه تا فشار مورد نظر فرآیند، متراکم شده و مخلوط می‌گردند. این واحد شامل سیستم‌های تراکم و تصفیه گازهای خوراک به شرح زیر می‌باشد:

۱-۱- تراکم گاز طبیعیگاز طبیعی طی دو مرحله در کمپرسور گاز طبیعی از فشار ۴/۱۱ بار تا فشار ۴۵ بار متراکم می‌گردد. سیستم تراکم گاز طبیعی شامل کمپرسور، خنک کننده میانی و مخازن آبگیری می‌باشد. نیروی محرکه کمپرسور گاز طبیعی توسط توربین ‌تأمین می‌گردد.

۱-۲- تراکم دی اکسید کربن: دی اکسید کربن تولیدی در واحد الفین در فشار اتمسفریک به واحد وارد می‌شود. به منظور تراکم این گاز تا فشار ۴۵ بار، از یک کمپرسور ۳ مرحله‌ای استفاده می‌شود. سیستم تراکم CO2 شامل کمپرسور، خنک کننده‌های میانی، ظروف آبگیری و خنک کننده گاز برگشتی می‌باشد. نیروی محرکه کمپرسور توسط توربین بخار تأمین می‌گردد.

۱-۳- تصفیه گاز خوراک: گاز طبیعی و دی اکسید کربن پس از هم فشارسازی تا ۴۵ بار مخلوط شده و به منظور حذف ناخالصی‌های موجود که عمدتاً شامل هیدروژن سولفوره، ترکیبات آلی گوگردی و ترکیبات آلی کلره می‌باشد، پس از گرم شدن تا دمای ۳۵۰ درجه سانتیگراد در قسمت بازیافت حرارت ریفرمر اول، به ترتیب به راکتور هیدرودی سولفوریزاسیون، راکتورهای دی کلریناسیون و راکتورهای جذب H2S وارد می‌شوند.

در راکتور هیدرودی سولفوریزاسیون در مجاورت کاتالیست کبالت/مولیبدن، ترکیبات آلی گوگردی و کلره به ترتیب به H2S و HCL تبدیل می‌شوند. HCl موجود در گازهای خروجی از این مرحله با عبور از راکتورهای دی‌کلریناسیون جذب کاتالیست سدیم آلومینات شده و به منظور جذب H2S به راکتورهای گوگردزدایی که حاوی کاتالیست ZnO می‌باشد، هدایت می‌گردد. گاز خروجی از راکتورهای گوگردزدایی دو شاخه شده که قسمت عمده آن به سیستم اشباع سازی و مابقی به ریفرمینگ ثانویه هدایت می‌شود.

۲- واحد ریفرمینگ (تولید گاز سنتز)

واکنش ریفرمینگ گاز سنتز با عبور مخلوط خوراک گاز و آب از بستر کاتالیست اکسید نیکل صورت می‌گیرد. واحد ریفرمینگ شامل قسمت‌های زیر می‌باشد.

۲-۱- اشباع سازی: بخشی از بخار آب مورد نیاز واحد ریفرمینگ در قسمت اشباع سازی تأمین می‌گردد. در این قسمت بخش اعظم گاز خوراک خروجی از راکتورهای گوگردزدایی در یک برج با آب مجاور شده که در نتیجه انتقال جرم، میزان بخار آب موجود در گاز تا حد اشباع افزایش می‌یابد. واحد اشباع سازی شامل برج اشباع سازی و پمپ‌های سیرکولاسیون آب می‌باشد.

آب ورودی به سیستم اشباع در چرخه سنتز به دمای مورد نظر رسانیده می‌شود. بخش عمده بخار مورد نیاز ریفرمینگ در قسمت اشباع سازی تأمین شده و مابقی بصورت جریان بخار تزریق می‌گردد.

۲-۲- ریفرمینگ اولیه: مخلوط گاز خوراک و بخار خروجی از واحد اشباع سازی، پس از گرم شدن تا دمای ۵۰۰ درجه سانتیگراد در گرمکن گاز خوراک که در بخش بازیافت حرارت ریفرمر تعبیه شده، توسط یک شبکه توزیع کننده به تیوب‌های ریفرمر اول که حاوی کاتالیست‌های اکسید نیکل می‌باشد، وارد می‌شود.

واکنش‌های این قسمت گرماگیر بوده که انرژی مورد نیاز توسط مشعل‌های تعبیه شده در سقف ریفرمر تأمین می‌شود. فشار عملیاتی ریفرمر حدود ۳۷ بار بوده و دمای گاز خروجی از آن در حدود ۸۰۰ درجه سانتیگراد است.
دود حاصل از احتراق مشعل‌های ریفرمر به منظور بازیافت حرارت به قسمت بازیافت حرارت ریفرمر که شامل فوق گرمکن‌های بخار، پیش گرمکن‌های گاز خوراک، گرم کننده گاز ورودی به راکتورهای گوگردزدایی و پیش گرمکن هوای احتراق می‌باشد، هدایت می‌گردد.

۳-۲- ریفرمینگ ثانویه: گاز خروجی از ریفرمر اول پس از اختلاط مابقی گاز خروجی از قسمت گوگردزدایی به ریفرمر دوم هدایت می‌شود. اکسیژن خالص تولید شده در دستگاه تولید اکسیژن خالص، پس از گرم شدن در پیش گرمکن بخاری به ریفرمر دوم وارد می‌شود. در اثر اختلاط اکسیژن و گاز، عمل احتراق صورت گرفته و دما در قسمت بالایی ریفرمر دوم تا ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد. مخلوط گرم از بستر کاتالیست اکسید نیکل عبور نموده که در این مرحله مابقی واکنش‌های ریفرمینگ صورت می‌گیرد.

دما و فشار گاز خروجی از ریفرمر دوم به ترتیب ۱۰۲۰ درجه سانتیگراد و ۳۵ بار بوده که به منظور سرد کردن به سیستم بازیافت حرارت گاز ریفرم شده هدایت می‌شود.
سیستم بازیافت حرارت گاز ریفرمر شده شامل تولید کننده‌های بخار، پیش گرمکن آب ریبویلرهای برج تقطیر و پیش گرمکن آب بدون املاح می‌باشد.
گاز سنتز نهایتاً به کولر نهایی و درام آبگیر هدایت شده و دمای آن تا ۵۰ درجه سانتیگراد کاهش می‌یابد. میعانات بخار تولید شده، پس از جمع آوری در درام آبگیر، جهت حذف CO2 حل شده در آن مورد فرآورش قرار گرفته و به منظور استفاده دوباره به سیستم تهیه آب بدون املاح هدایت می‌شود.

۳- واحد تراکم گاز سنتز

گاز سنتز خروجی از درام آبگیر جهت تراکم تا فشار ۷۳ بار به کمپرسور گریز از مرکز گاز سنتز هدایت می‌شود. نیروی محرکه این کمپرسور توسط توربین بخار تأمین می‌گردد.

۴- واحد چرخه سنتز متانول

سنتز متانول در مجاورت کاتالیست مس/روی در فشار حدود ۷۰ بار و دمای ۲۲۰ درجه سانتیگراد صورت می‌گیرد. واکنش‌های فوق تعادلی بوده و بنابراین با عبور گاز سنتز از بستر کاتالیست، تنها بخشی از ترکیبات موجود در گاز سنتز وارد واکنش شده و مابقی بدون تبدیل از راکتور خارج می‌شود. بنابراین برای تولید حداکثر مقدار متانول، ضروری است متانول موجود در گاز خروجی از راکتور جدا شده و مابقی گاز مجدداً به راکتور بازگردانده شود که به همین منظور از چرخه سنتز متانول استفاده می‌شود.

چرخه سنتز متانول شامل راکتورهای سنتز، سیرکولاتور، کولرهای هوایی، خنک‌کننده‌های آبی، درام‌های جداکننده متانول خام، پیش گرمکن‌های آب سیستم اشباع و مبدل‌های گازی گرم کننده خوراک راکتور می‌باشد.

گاز خروجی از کمپرسور سنتز به دو بخش تقسیم شده که بخش اول پس از اختلاط با گاز خروجی از درام و گرم شدن در مبدل به راکتور هدایت می‌شود. گاز خروجی از راکتور سنتز، در کولر هوایی و خنک کننده آبی تا دمای ۴۵ درجه سانتیگراد خنک شده که طی آن متانول موجود در گاز، مایع گردیده و در درام جداکننده متانول خام از گاز جدا می‌گردد.

گاز خروجی از درام جداکننده متانول خام، پس از اختلاط با بخش دوم گاز خروجی از کمپرسور به سیرکولاتور هدایت شده و از آن طریق جهت تبادل حرارت با گازهای گرم خروجی از راکتور سنتز و رسیدن به دمای واکنش به مبدل و از آنجا به راکتور سنتز هدایت می‌گردد.

متانول خام جدا شده در درام‌های جداکننده متانول خام، پس از تقلیل فشار تا ۷ بار به برج تقطیر هدایت می‌شود که در اثر تقلیل فشار CO2 حل شده در آن آزاد می‌گردد.

۵- واحد تصفیه متانول

پس از جداسازی CO2 ، متانول خام گرم شده و به برج تقطیر جهت جداسازی ترکیبات سبک هدایت می‌گردد.

انرژی مورد نیاز تقطیر توسط ریبویلر گازی و ریبویلر بخار تأمین می‌شود. سیستم جریان برگشتی این برج شامل کولر هوایی، خنک کننده آبی، درام جمع‌آوری کندانس و پمپ جریان برگشتی می‌باشد. متانول عاری از ترکیبات سبک جهت جداسازی آب موجود در آن و رسانیدن به خلوص ۹/۹۹ درصد به برج تخلیص در فشار ۵/۷ بار هدایت می‌گردد. انرژی مورد نیاز تقطیر در این برج توسط ریبویلر گازی و ریبویلر بخاری تأمین می‌گردد. بخار جمع‌آوری شده در بالاترین سینی این برج متانول خالص بوده که پس از میعان در کندانسور آبی، به قسمت ذخیره‌سازی هدایت می‌گردد.

بخارات خروجی از آخرین سینی این برج پس از تأمین انرژی تقطیر در ریبویلر مایع شده و پس از جمع‌آوری در درام جریان برگشتی از طریق پمپ به برج تخلیص بازگردانیده می‌شود. مخلوط آب و متانول خروجی از پائین برج به برج تقطیر بعدی منتقل می‌شود که انرژی تقطیر آن توسط ریبویلر تأمین می‌گردد. 

۶- واحد سیستم کندانس و بخار

بخار مورد نیاز واحد متانول در فشار ۱۱۴ بار در مبدل‌های بازیافت حرارتی و بویلرهای کمکی تولید می‌شود. بخار ۱۱۴ بار جهت رانش توربین و توربین کمپرسور هوای واحد تولید اکسیژن مصرف می‌شود.

۷- واحد ذخیره سازی و بارگیری

متانول خام تولیدی پس از جداسازی  CO2به مخزن ذخیره متانول خام با ظرفیت نگهداری ۲۴ ساعت تولید متانول وارد شده و توسط پمپ‌های متانول خام به پیش گرمکن متانول خام بازگردانده می‌شود.

methanol

methanol

کاربرد متانول

متانول به عنوان یکی از محصولات استراتژیک در تولید بسیاری از محصولات نهایی مانند حلال‌ها ، رنگ‌ها ،  پلاستیک‌ها و ضدیخ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. تنوع مشتقات متانول و استفاده آن در صنایع مختلف، این محصول را به عنوان یک کالای استراتژیک مطرح ساخته است  . قسمت اعظم متانول تولیدی در جهان صرف تولید فرمالدئیدها و اسید استیک و MTBE می‌شود. هم چنین متانول به صورت محدود به عنوان سوخت در موتورهایی با سیستم احتراق داخلی استفاده می ‌شود.

از دیگر صنایع پایین دستی متانول می توان به ،دی متیل سولفید، دی متیل سولفات، دی متیل کربنات، نیتروانیزول، متیل اکریلات، دی متیل آنیلین، متیل فرمات، دی متیل ترفتالات، متیل کلراید، و ضد یخ اشاره کرد که هر کدام از این مشتقات نیز تولید کننده مواد و مشتقات دیگری می باشند.متانول یکی از سه محصول بسیار مهم صنایع شیمیایی در دنیا بوده و مواد بسیاری از آن مشتق می‌شوند. همچنین با توجه به کمبود قابل پیش‌بینی منابع انرژی در آینده، مصرف مستقیم متانول به عنوان سوخت پاک و یا در تولید هیدروژن مصرفی پیل‌های سوختی، بسیار مورد توجه است.

اطلاعات ایمنی متانول

متانول ماده‌ای سمی است و نوشیدن آن موجب نابینایی و حتی مرگ می‌شود. بخارات متانول سبب سوزش چشم، بینی، گلو و دستگاه تنفس می‌شود. در اثرتماس با چشم

ایجاد لکه‌های تاریک در چشم و سبب کوری می‌شود.

متانول

متانول

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مرجع مواد شیمیایی ایران

نوشته شده در: