فناوری تولید کاتالیست / سنتز متانول

 متانول با فرمول شیمیایی CH₃OH در دسته الکلها، یکی از مهمترین مواد خام شیمیایی است که در صنعت پتروشیمی کشور از گاز سنتز (مخلوط CO و (H₂ در حضور کاتالیست  CuO/ZnO/Al₂O₃ در فشار نزدیک به 80 بار و دمای حدود C◦240 تهیه می‌شود. تقریبا 70% از متانول تولیدی در جهان در سنتزهای شیمیایی استفاده می‏شود. ماده مورد نیاز در تولید بنزین بدون سرب، (متیل ترشیو بوتیل اتر MTBE) فرمالدهید، استیک اسید و دی‏متیل ترفتالات، دی متیل اتر، پروپیلن فرآورده‏های مهم متانول هستند. متانول به ‏طور گسترده‏ به ‏عنوان حلال صنعتی و آزمایشگاهی، برای استخراج، شستشو، خشک کردن و تبلور مجدد مورد استفاده قرار می‏گیرد و یک فراورده مهم پتروشیمیایی برای تهیه محصولات گوناگونی مانند، بطری نوشابه، رنگها، تخته‌های چندلا، کاغذهای سفید شده و فرشهای پلی‌استر، می‌باشد.

همچنین کاربرد متانول به عنوان ماده اولیه‌ در صنایع نفت و پتروشیمی به ‏ویژه در دهه اخیر از طیف وسیعی برخوردار شده است. از کاربردهای مهم و بالقوه متانول، تولید پروپیلن از طریق فرآیند MTP‏، استفاده از آن به عنوان سوخت (در پیل‌های سوختی) یا افزودنی به سوخت خودرو (به عنوان ماده اکسیژن‌دار) است. در صورتی که متانول، به عنوان یک سوخت پذیرفته شود، میزان مصرف آن بسیار افزایش خواهد یافت.

در حال حاضر ظرفیت تولید متانول در مجتمع‌های پتروشیمی کشور شامل مجتمع‌های پتروشیمی شیراز، خارگ، فن‌آوران و زاگرس بیش از 5 میلیون تن در سال است. در سالهای آینده 10 مجتمع دیگر (از جمله متانول پنجم خارک، متانول هفتم مرجان، متانول هشتم جم‌آرمه، متانول نهم یوروکم، متانول دهم کاوه، متانول یازدهم ونزوئلا، متانول ‌دوازدهم ‌عمان، متانول سیزدهم هند و پتروهیدج) نیز به آن اضافه خواهد شد. که در چند سال آینده با راه‌اندازی واحدهای در حال احداث، ظرفیت تولید متانول به بیش از 20 میلیون تن در سال، خواهد رسید. لذا مصرف کاتالیست سنتز متانول مورد نیاز مجتمع‌های پتروشیمی که محصولی استراتژیک و وارداتی می‌باشد، از مقدار 300 تن در سال فعلی، به بیش از 1200 تن در سال بالغ خواهد شد.

کاتالیست سنتز متانول

کاتالیست‌های تجاری سنتز متانول از گاز سنتز، کاتالیست CuO/ZnO/Al₂O₃ می‌باشند که به روش رسوبگیری، در اثر واکنش کربنات‌ها با نیترات‌های این فلزات به و کمک فرایند همرسوبی نمک‌های آنها به دست می‌آید. در شرکت پزوهش و فناوری "دستیابی به دانش فنی ساخت کاتالیست سنتز متانول، افزایش مقیاس و تولید صنعتی" هدف‌گذاری شده و مراحل

·          بهینه‌سازی کاتالیست تولید متانول از گاز سنتز در مقیاس آزمایشگاهی

·          ساخت کاتالیست در مقیاس بنچ (bench scale)

·          طراحی و اجرای پایلوت تولید کاتالیست در مقیاس پیشتاز 25 کیلوگرم در روز و بهینه سازی فرمولاسیون در این مقیاس

·          افزایش مقیاس فرایند تولید و طراحی و احداث واحد نیمه صنعتی در مقیاس 600 کیلوگرم در روز 

 انجام شده و هم اکنون واحد تولید نیمه صنعتی 600 کیلوگرم در روز این کاتالیست، مورد بهره برداری قرار گرفته است.

برای انجام مراحل فوق بیش از 14 پروژه تحقیقاتی از جمله پروژه‌های ثبت شده شماره‌‌های 84174، 84183، 86032، 0870248701، 0870248709، 0870248713، 0870248801، 0870248902، 0870248901، 0870249003 و 0870249011 تعریف، مصوب و با موفقیت اجرا شده است

این محصول با رسوبگیری همزمان کربنات‌ها با نیترات‌های این فلزات با  روش پیشرفته جهت حصول به فعالیت و پایداری بالا تهیه شده و تاییدیه نهایی آن نیز از طریق آزمون راکتوری آن در مقیاس پایلوت و موجود در مرکز ماهشهر اخذ شده است. همچنین اخیرا کیفیت و کارایی کاتالیست سنتز متانول ساخته شده توسط شرکت پژوهش و فناوری توسط شرکت کازاله (Casale) سوئیس نیز (یک از معروفترین شرکتهای صاحب لیسانس در واحدهای پتروشیمی تولید گاز سنتز، متانول، آمونیاک و اوره) پس از طی موفقیت‌آمیز آزمون‌های مربوطه، مورد تایید قرار گرفته است.

 شکل‌های زیر خلاصه‌ای از مراحل ساخت و توسعه این کاتالیست را نشان می‌دهد.

دستگاه‌های ساخت نمونه‌های تحقیقاتی کاتالیست

پایلوت تولید کاتالیست سنتز متانول

شمای مراحل تولید کاتالیست متانول به روش همرسوبی

بخشی از واحد تولید پودر فعال کاتالیست سنتز متانول د رمقیاس صنعتی

واحد شکل دهی کاتالیست سنتز متانول در مقیاس صنعتی

دستگاه‌های آزمون راکتوری و کنترل کیفی کاتالیست

از این طرح تا کنون سه ثبت پتنت به شماره‌های 41652، 60580 و 75622 انجام شده و همچنین تا کنون بیش از 30 مقاله داخلی، علمی پژوهشی، بین المللی و ISI چاپ شده است.

طبق آزمون‌های انجام شده کیفیت این محصول از نظر طول عمر و میزان فعالیت برای تولید محصول کاملا قابل رقابت با نمونه‌های معتبر صنعتی وارداتی، مربوط به بزرگترین شرکتهای تولید کننده کاتالیست جهان‌ می‌باشد و از نظر گزینش پذیری (عدم تولید محصولات ناخواسته در کنار تولید محصول متانول) برتر از نمونه‌های وارداتی می‌باشد.

همچنین بررسی فنی اقتصادی واحد صنعتی تولید کاتالیست سنتز متانول از گاز سنتز با ظرفیت 400 تن در سال نیز انجام شده است. مطابق بررسی فنی انجام شده، PFD واحد صنعتی تولید صنعتی کاتالیست متانول طراحی و لیست دستگاه‌ها و تجهیزات مورد نظر ایجاد گردید و پس از استخراج قیمت تجهیزات و دستگاهها، دیگر هزینه‌های احداث واحد محاسبه شده و نهایتا با استفاده از نرم افزار بررسی فنی اقتصادی COMFAR III Expert اطلاعات اقتصادی مورد نیاز محاسبه گردید. بر اساس نتایج حاصل، میزان سرمایه گذاری ثابت جهت احداث واحد با ظرفیت 400 تن در سال 234 میلیارد ریال و میزان کل سرمایه‌گذاری271  میلیارد ریال می‌باشد و دورة بازگشت این سرمایه 31/1 سال پس از شروع بهره‌برداری می‌باشد. قیمت تمام شده متوسط کاتالیست سنتز متانولمعادل 298 هزار ریال به ازای کیلوگرم می‌باشد و سود حاصل از فروش کاتالیست سنتز (با  قیمت ده درصد کمتر از قیمت جهانی و حمل) معادل 526 ریال به ازای هر کیلوگرم به‌دست می‌آید.

مقدار نرخ بازده داخلی کل سرمایه (IRR) 43/62٪ و نرخ بازدة داخلی آوردة نقدی (IRRE) 15/127٪ می‌باشد و متوسط نقطة سربه‌سر فروش BEP در 5 سال اول تولید37/15٪ پیش‌بینی می‌گردد.

 بر اساس نتایج اقتصادی حاصله و با توجه به اینکه تا سال‌های آینده ایران تبدیل به یک مصرف کننده بزرگ کاتالیست سنتز متانول خواهد شد، انجام این پروژه در کشور چشم انداز اقتصادی روشن و مطلوبی دارد.

مشخصات فنی محصول:

کاتالیست سنتز متانول کاتالیست تبدیل کننده گاز سنتز به متانول در دمای 220 تا 250 درجه سانتیگراد و فشار 50 تا 100 بار:

CO + 2H₂ → CH₃OH

CO₂ + 3H₂ → CH₃OH + H₂O

مشخصات محصول کاتالیست سنتز متانول پژوهش و فناوری

مقایسه فعالیت کاتالیست‌های ساخت پژوهش و فناوری با کاتالیست های مطرح صنعتی در تولید متانول در شرایط دور از تعادل

محسن بهمنی – کارشناس پژوهش و فن آوری