faridbensaeed
17th February 2009, 09:22 PM
مروری بر روش های توليد فراورده های گاز
تبديل گاز طبيعي به محصولات باارزش تردر چنددهه گذشته بسيارموردتوجه بوده است.متانول،اتيلن، فرمالدهيد،استيلن،كربن،هيد روژن وبسياري از موادديگررا مي توان از متان كه ساز نده اصلي گاز طبيعي است،به دست آورد.جداول-1انتالپي تشكيل وفرآيند هاي توليداين محصولات را نشان مي دهند.
جدول-1:انتالپي تشكيل وكاربرد
فراورده
انتالپي تشكيل
كاربرد
متان
متانول
فرمالدهيد
استيلن
اتيلن
گرا فيت
81/74-
66/238-(مايع)
66/200-(گاز )
57/108-
73/226
2/52
0
سوخت
فرمالدهيد
متيل ترشيوبوتيل اتر
BDO
وينيل كلرا يد
پلاستيك
از آنجاكه مواد مذكورنقش بسيار مهمي در صنايع ايفا مي كنند توليد آنها از اهميت خاصي برخوردار است. بيشتر فرآيندهاي تبديل متان در دماهاي بالا انجام مي شودكه پيروليز ناميده مي شوند.در اين فرآيندها براي حفظ دماي بالاي واكنش از انرژي الكتريكي و يا حرارتي استفاده مي شود.نتيجه استفاده از اين دو منبع انرژي، نشرگازهاي گلخانه اي است،بنابراين استفاده از فرآيندي تميزتر مطلوب ترا ست.
استيلن جزمواداوليه مهم در صنعت است كه عمدتا از واكنش كربيدكلسيم وآب به دست مي آيد.استيلن را مي توان از كراكينگ حرارتي هيدروكربن ها و اكسيداسيون جزئي متان هم به دست آورد.
جدول11-2:فرآيند هاي توليد
فرا ورده
فرآيند معمولي
فرآيند توسعه يافته
فرآيند
انرژي
فرآيند
انرژي
متان
متانول
رفرمينگ بخار
گاز طبيعي
وسنتزكاتاليستي
حرارتي
اكسيداسيون جزئي
حرارتي
فرمالدهيد
اكسيداسيون متانول
حرارتي
اكسيداسيون جزئي
حرارتي
استيلن
پيروليز كربيدكلسيم
الكتريكي
حرارتي
پلاسما
الكتريكي
اتيلن
پيروليز
حرارتي
پلاسما
الكتريكي
گرا فيت
پيروليز
حرارتي
پلاسما
الكتريكي
به دلايل زيراستفاده از فرآيند هاي ديگري كه به طورگزينش پذيرمتان را به استيلن و(يا)اتيلن تبديل كنند،پيشنهادمي شود:
فرآيند هاي معمولي در دماهاي بالاانجام شده ومقدارنشرگاز هاي گلخانه اي هم زياداست.
غلظت هاي پاييني از استيلن واتيلن در خروجي راكتورتوليدمي شود.
اتيلن واستيلن سريع تجزيه شده وكك تشكيل مي شود.
اخيرا فرآيند جديدي براي توليداستيلن بااستفاده از پلاسماي پالسي ايجادشده است[51].
11-2فرآيند پلاسماي پالسي[1] (http://njavan.ir/forum/newthread.php?do=newthread&f=318#_ftn1)
دانشمندان دانشگاه توكيو روشي جديد براي تبديل گاز طبيعي به فراورده اي مفيدتر يعني استيلن،دردماي اتاق ابداع كرده اند.در اين روش از تخليه الكتريكي به جاي تفكافت در دماي1273كلوين،كه براي چنين تبديلي لازم است،استفاده شده ودر نتيجه فرآيندي ساده تروتميزتربراي استفاده از خوراك شيميايي غيرنفتي است. به دليل پايداربالاي متان،تنهاروش تبديل آن به هيدروكربن هاي بالاترا ستفاده از تلفيق فشار ودماي بالاياكاتاليزگرمناسب در يك تخليه پلاسمايي است.به عنوان مثال بايك كاتاليزگرNaY،بازده بالايي از اتان توليدمي شود.باوجوداين در حالي كه گرمايش ساده تادماي تفكافت در تبديل موثر است،انفجار معمولا بيشتر محصول را به كربن تجزيه مي كندوشيميدانان ژاپني مايل بودنداز كاتاليزگرودماي بالااجتناب كنند.آنها تنها الكترون هارا شتاب دادندو با ماندن اجزاي ديگردر حالتي غيرتعادلي وادامه واكنش در دماي اتاق ودر فاز گاز، محصول تخريب نشد.
پژوهشگران،واكنشگاه پيوسته اي ساختندكه متان در دماي اتاق وفشاراتمسفربه داخل آن پمپ شده و بازده محصول بالاتربود.
شكل11-1:شماتيكي از دستگاه پلاسماي پالسي
در اين فرآيند يك الكترودفولادي در هرا نتهاي اتاق جريان قرا رداده شد.متان خالص واردشده وبيش از %90استيلن در غياب كاتاليزگربه دست آمد.مقداركمي اتيلن يااتان به صورت فراورده جنبي توليدشدو تبديل به هيدروكربن هاي بالاترمانند1-پروپن و1،3-بوتادي ان،كمترا زيك درصد بود.
در ضمن مقداري دوده روي الكترودهاودر ون اتاق واكنش ترسيب شده وسرا نجام واكنش را متوقف كرد.مخلوطي از متان،اكسيژن وآرگون به نسبت4:1:5به كاهش تشكيل دوده كمك كردهرچنداين خوراك هيچ تغييري در فراورده واكنش كلي به وجودنياوردو نسبت هاي فراورده هاي جنبي تقريباثابت باقي ميماند. البته فراورده هاي جنبي ديگري هم از كربن مونوكسيد و دي اكسيدكربن به وجودآمد.هرچند كه واكنش دوده با اكسيژن در تخليه،كه بر اثران اين فراورده هاي جنبي به وجودآمدند،در واقع خود تخليه را پايداركرد و در نتيجه واكنش طولاني تري ممكن شد.پژوهشگرا ن اعلام كردندكه اگرمخلوطي از متان با هيدروژن به نسبت 1به4 استفاده شود،مي توان از كربن مونوكسيدبه عنوان فراورده جنبي اجتناب كرد.اين عمل هم چنين تخليه را تاحدي پايداركرده وبه طورگزينشي تبديل مشابهي به دست مي دهد.پژوهشگران اميدوارند با تلفيق رهيافت تخليه به جاي استفاده از كاتاليزگرروشي براي تبديل متان به متانول هم ابداع كنند
[1] (http://njavan.ir/forum/newthread.php?do=newthread&f=318#_ftnref1) پلاسماي پالسي HFPP:High Frequency Puls Plasma
تبديل گاز طبيعي به محصولات باارزش تردر چنددهه گذشته بسيارموردتوجه بوده است.متانول،اتيلن، فرمالدهيد،استيلن،كربن،هيد روژن وبسياري از موادديگررا مي توان از متان كه ساز نده اصلي گاز طبيعي است،به دست آورد.جداول-1انتالپي تشكيل وفرآيند هاي توليداين محصولات را نشان مي دهند.
جدول-1:انتالپي تشكيل وكاربرد
فراورده
انتالپي تشكيل
كاربرد
متان
متانول
فرمالدهيد
استيلن
اتيلن
گرا فيت
81/74-
66/238-(مايع)
66/200-(گاز )
57/108-
73/226
2/52
0
سوخت
فرمالدهيد
متيل ترشيوبوتيل اتر
BDO
وينيل كلرا يد
پلاستيك
از آنجاكه مواد مذكورنقش بسيار مهمي در صنايع ايفا مي كنند توليد آنها از اهميت خاصي برخوردار است. بيشتر فرآيندهاي تبديل متان در دماهاي بالا انجام مي شودكه پيروليز ناميده مي شوند.در اين فرآيندها براي حفظ دماي بالاي واكنش از انرژي الكتريكي و يا حرارتي استفاده مي شود.نتيجه استفاده از اين دو منبع انرژي، نشرگازهاي گلخانه اي است،بنابراين استفاده از فرآيندي تميزتر مطلوب ترا ست.
استيلن جزمواداوليه مهم در صنعت است كه عمدتا از واكنش كربيدكلسيم وآب به دست مي آيد.استيلن را مي توان از كراكينگ حرارتي هيدروكربن ها و اكسيداسيون جزئي متان هم به دست آورد.
جدول11-2:فرآيند هاي توليد
فرا ورده
فرآيند معمولي
فرآيند توسعه يافته
فرآيند
انرژي
فرآيند
انرژي
متان
متانول
رفرمينگ بخار
گاز طبيعي
وسنتزكاتاليستي
حرارتي
اكسيداسيون جزئي
حرارتي
فرمالدهيد
اكسيداسيون متانول
حرارتي
اكسيداسيون جزئي
حرارتي
استيلن
پيروليز كربيدكلسيم
الكتريكي
حرارتي
پلاسما
الكتريكي
اتيلن
پيروليز
حرارتي
پلاسما
الكتريكي
گرا فيت
پيروليز
حرارتي
پلاسما
الكتريكي
به دلايل زيراستفاده از فرآيند هاي ديگري كه به طورگزينش پذيرمتان را به استيلن و(يا)اتيلن تبديل كنند،پيشنهادمي شود:
فرآيند هاي معمولي در دماهاي بالاانجام شده ومقدارنشرگاز هاي گلخانه اي هم زياداست.
غلظت هاي پاييني از استيلن واتيلن در خروجي راكتورتوليدمي شود.
اتيلن واستيلن سريع تجزيه شده وكك تشكيل مي شود.
اخيرا فرآيند جديدي براي توليداستيلن بااستفاده از پلاسماي پالسي ايجادشده است[51].
11-2فرآيند پلاسماي پالسي[1] (http://njavan.ir/forum/newthread.php?do=newthread&f=318#_ftn1)
دانشمندان دانشگاه توكيو روشي جديد براي تبديل گاز طبيعي به فراورده اي مفيدتر يعني استيلن،دردماي اتاق ابداع كرده اند.در اين روش از تخليه الكتريكي به جاي تفكافت در دماي1273كلوين،كه براي چنين تبديلي لازم است،استفاده شده ودر نتيجه فرآيندي ساده تروتميزتربراي استفاده از خوراك شيميايي غيرنفتي است. به دليل پايداربالاي متان،تنهاروش تبديل آن به هيدروكربن هاي بالاترا ستفاده از تلفيق فشار ودماي بالاياكاتاليزگرمناسب در يك تخليه پلاسمايي است.به عنوان مثال بايك كاتاليزگرNaY،بازده بالايي از اتان توليدمي شود.باوجوداين در حالي كه گرمايش ساده تادماي تفكافت در تبديل موثر است،انفجار معمولا بيشتر محصول را به كربن تجزيه مي كندوشيميدانان ژاپني مايل بودنداز كاتاليزگرودماي بالااجتناب كنند.آنها تنها الكترون هارا شتاب دادندو با ماندن اجزاي ديگردر حالتي غيرتعادلي وادامه واكنش در دماي اتاق ودر فاز گاز، محصول تخريب نشد.
پژوهشگران،واكنشگاه پيوسته اي ساختندكه متان در دماي اتاق وفشاراتمسفربه داخل آن پمپ شده و بازده محصول بالاتربود.
شكل11-1:شماتيكي از دستگاه پلاسماي پالسي
در اين فرآيند يك الكترودفولادي در هرا نتهاي اتاق جريان قرا رداده شد.متان خالص واردشده وبيش از %90استيلن در غياب كاتاليزگربه دست آمد.مقداركمي اتيلن يااتان به صورت فراورده جنبي توليدشدو تبديل به هيدروكربن هاي بالاترمانند1-پروپن و1،3-بوتادي ان،كمترا زيك درصد بود.
در ضمن مقداري دوده روي الكترودهاودر ون اتاق واكنش ترسيب شده وسرا نجام واكنش را متوقف كرد.مخلوطي از متان،اكسيژن وآرگون به نسبت4:1:5به كاهش تشكيل دوده كمك كردهرچنداين خوراك هيچ تغييري در فراورده واكنش كلي به وجودنياوردو نسبت هاي فراورده هاي جنبي تقريباثابت باقي ميماند. البته فراورده هاي جنبي ديگري هم از كربن مونوكسيد و دي اكسيدكربن به وجودآمد.هرچند كه واكنش دوده با اكسيژن در تخليه،كه بر اثران اين فراورده هاي جنبي به وجودآمدند،در واقع خود تخليه را پايداركرد و در نتيجه واكنش طولاني تري ممكن شد.پژوهشگرا ن اعلام كردندكه اگرمخلوطي از متان با هيدروژن به نسبت 1به4 استفاده شود،مي توان از كربن مونوكسيدبه عنوان فراورده جنبي اجتناب كرد.اين عمل هم چنين تخليه را تاحدي پايداركرده وبه طورگزينشي تبديل مشابهي به دست مي دهد.پژوهشگران اميدوارند با تلفيق رهيافت تخليه به جاي استفاده از كاتاليزگرروشي براي تبديل متان به متانول هم ابداع كنند
[1] (http://njavan.ir/forum/newthread.php?do=newthread&f=318#_ftnref1) پلاسماي پالسي HFPP:High Frequency Puls Plasma