افزایش بهره‌وری فرایند تبدیل متانول به اولفین‌های سبک با نانوکاتالیست‌های جدید

اولفین‌های سبک از جمله اتیلن و پروپیلن یکی از محصولات مهم صنایع پتروشیمی محسوب می‌شوند. در میان روش‌های مختلف تولید اولفین‌ها‌، فرایند تبدیل متانول به اولفین جایگاه ویژه‌ای را از آن خود کرده است. مهم‌ترین مزیت این فرایند، عدم وابستگی آن به مواد اولیه‌ی نفتی است که محدودیت منابع فسیلی را پوشش می‌دهد. در این فرایند عموماً ازکاتالیست‌های زئولیتی، که یکی از پرکاربردترین کاتالیست‌ها در صنایع نفت و گاز است، استفاده می‌شود.
به گفته‌ی دکتر محمد رستمی‌زاده- عضو هیأت علمی دانشگاه سهند تبریز- در این تحقیقات که با همکاری شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی ایران صورت گرفته است، هدف اصلی بومی سازی دانش ساخت کاتالیست پرکاربرد زئولیتی و بهبود خواص آن جهت کاربرد در فرایند تولید اولفین‌های سبک بوده است.

وی در خصوص اهمیت انجام این قبیل مطالعات عنوان کرد: «بومی سازی دانش ساخت این نوع کاتالیست‌ها می‌تواند نقش مهمی در رسیدن به اهداف اقتصاد مقاومتی در حوزه‌ی نفت و گاز داشته باشد. بطور مشخص، با توجه به منابع وسیع گاز طبیعی و تولید مازاد متانول درکشور، تولید نانوکاتالیست زئولیتی Fe/ZSM-5 می‌تواند موجب رفع نیاز کشور به واردات اولفین‌های سبک (اتیلن و پروپیلن) گردد و ارزش افزوده‌ی قابل توجهی را نصیب کشور کند.»

به گفته‌ی این محقق، در این طرح، اثر نحوه‌ی افزودن تقویت کننده نانوذرات آهن به نانوکاتالیست زئولیتی HZSM-5 بر عملکرد آن بررسی شده است. باید توجه داشت که در تبدیل متانول به اولفین‌های سبک در کنار شرایط فرایندی، شکل، ساختار و خواص اسیدی کاتالیست مورد استفاده نیز تأثیر بسزایی بر انتخاب‌پذیری و گزینش اولفین‌ها به عنوان محصول اصلی نسبت به محصولات جانبی دارد.

رستمی زاده در ادامه به تشریح راهکار مورد استفاده در این طرح جهت دستیابی به هدف دنبال شده اشاره کرد و افزود: «بهبود عملکرد کاتالیست، نظیر افزایش میزان تبدیل متانول، گزینش‌پذیری پروپیلن و طول عمر کاتالیست، با افزودن تقویت کننده به کاتالیست محقق می‌شود. در این تحقیق، به منظور تنظیم خصوصیات اسیدی و ساختاری نانوکاتالیست بهینه، تقویت کننده‌ی نانوذرات آهن به دو روش تلقیح و افزودن در حین مرحله‌ی ساخت مورد استفاده قرار گرفت. همچنین نانوکاتالیست‌های ساخته شده توسط چندین آزمون مختلف نظیر FE-SEM، XRD، BET، NH3-TPD، FTIR، TEM و TGA‌ تعیین مشخصه شدند. در نهایت، عملکرد کاتالیستی نانوکاتالیست ها در شرایطی کاملاً مشابه شرایط عملیاتی فرآیند صنعتی تبدیل متانول به پروپیلن مورد ارزیابی واقع شد.»

طبق آزمایش‌های صورت گرفته خصوصیات ساختاری و اسیدی مناسب نانوکاتالیست ها منجر به فعالیت کاتالیستی مطلوب آن‌ها شده است؛ به گونه‌ای که نانوکاتالیست توسعه داده شده عملکردی بهتر از برخی کاتالیست‌های تجاری نشان داده است. دیگر مشخصه‌ی بارز این نانوکاتالیست تولید شده، گزینش پذیری خیلی کم برای پارافین‌هاست (زیر 5 درصد) که از نظر عملیاتی پارامتری مهم برای کاتالیست این فرآیند است.

رستمی زاده در پایان عنوان کرد: «این نتایج منجر به افزایش بهره وری فرآیند تبدیل متانول به اولفین‌ها و کاهش هزینه‌ی تولید در قیاس با واردات محصول می‌شود و خود گام بزرگی به سوی بومی سازی دانش ساخت و تولید صنعتی نانوکاتالیست‌های زئولیتی خواهد بود.»
این تحقیقات از همکاری دکتر محمد رستمی زاده- عضو هیأت علمی دانشگاه صنعتی سهند تبریز و دکتر فریدون یاری پور- از شرکت پژوهش و فناوری پتروشیمی ایران حاصل شده است. نتایج این کار در مجله‌ی Fuel با ضریب تأثیر 3/611 (جلد 1811، سال 2016، صفحات 537 تا 546) به چاپ رسیده است.