متانول
ریشه لغوی
واژه متیل الکل ریشه یونانی دارد . Methuبه معنی شراب و hyel به معنی چوب است. متیل در سال 1840 از کلمه متیلن مشتق شد و برای نامیدن متیل الکل استفاده شد. درسال 1892 از طرف انجمن بین المللی نامگذاری ترکیبات شیمیایی ، متیل الکل به متانول تغییر نام یافت.
نگاه کلی
مولکول متانول
متانول به نام متیل الکل و الکل چوب هم شناخته میشود. متانول یک ترکیب شیمیایی با فرمول CH3OH بوده و ساده‌ترین نوع الکل است. متانول مایعی سبک ، فرار ، بدون رنگ و قابل اشتعال است. در اثر سوختن در هوا دی‌اکسید کربن و آب تولید می‌کند.
متانول با شعله‌ای تقریبا بیرنگ می‌سوزد. این ترکیب از متابولیسم غیر هوازی گونه‌های زیادی از باکتریها تولید میشود. در نتیجه مقدار اندکی از بخار متانول در جو وجود دارد.
متانول موجود در اتمسفر بعد از گذشت چند روز توسط اکسیژن و نور خورشید به CO2 اکسید میشود.
تاریخچه
در فرآیند مومیایی کردن در مصر باستان ، از ماده‌ای استفاده می‌شد که حاوی متانول بود و از تجزیه حرارتی چوب بدست می‌آمد. متانول خالص اولین بار در سال 1661 توسط رابرت بویل از چوب استخراج شد. در سال 1834 شیمیدانهای فرانسوی انجمن Jean-Babtist ، ترکیب عناصر آن را بدست آوردند و همچنین کلمه متیلن را به شیمی آلی معرفی کردند.
در سال 1923 شیمیدان آلمانی ، "ماتیاس" پیر ، متانول را از گاز سنتز (مخلوطی از CO و H2 که از کک بدست می‌آید) تولید کرد. در این فرآیند ، از کرومات روی به عنوان کاتالیزور استفاده می‌شد و واکنش در شرایط سختی مانند فشار 1000-300 اتمسفر و دمای حدود 400 درجه سانتی‌گراد انجام می‌گرفت. در شیوه مدرن تولید متانول ، از کاتالیزورهایی استفاده میشود که در فشارهای پائین عمل می‌کنند و کارایی موثرتری دارند.
تولید
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 10-20 اتمسفر و دمای 850 درجه سانتی‌گراد با بخار آب و در مجاورت کاتالیزور نیکل تولید میشود. CO و H2 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 1966 توسط ICI استفاده شد. این واکنش در فشار 50-100 اتمسفر و دمای 250 درجه سانتی‌گراد صورت می‌گیرد.
روش دیگر تولید متانول ، واکنش دی‌اکسیدکربن با هیدروژن اضافی است که تولید متانول و آب می‌کند.
کاربرد
متانول به صورت محدود به عنوان سوخت در موتورهایی با سیستم احتراق داخلی استفاده میشود. متانول تولید شده از چوب و سایر ترکیبات آلی را متانول آلی یا بیو الکل می‌نامند که یک منبع تجدید شدنی برای سوخت است و می‌تواند جایگزین مشتقات نفت خام شود. با این همه ، از بیو الکل 100 درصد نمی‌توان در ماشینهای دیزلی بدون ایجاد تغییر در موتور ماشین استفاده کرد. متانول به عنوان حلال ، ضدیخ و در تهیه سایر ترکیبات شیمیایی استفاده میشود.
40 درصد از متانول تولیدی برای تهیه فرمالدئید استفاده میشود که آن هم در تهیه پلاستیک، تخته سه لایی ، رنگ و مواد منفجره استفاده میشود. برای تغییر ماهیت اتانول صنعتی و جلوگیری از کاربرد آن به عنوان نوشیدنی ، مقداری متانول به آن اضافه می‌کنند. دی متیل اتر از مشتقات متانول است که به جای CFC ها در افشانه‌های آتروسل به عنوان پیشرانه استفاده میشود.
نکات ایمنی
متانول ترکیبی سمی است. محصول متابولیت آن ، اسید فرمیک و فرمالدئید ، سبب نابینایی و مرگ میشود. متانول از طریق نوشیده شدن ، تنفس و جذب از راه پوست وارد بدن میشود. بطور مداوم در معرض آن بودن و استفاده از آن بدون محافظ (ماسک و دستکش) خطرناک است. در صورت نوشیدن آن بلافاصله باید با پزشک تماس گرفته شود. اثرات سمی متانول چند ساعت بعد از مصرف شروع میشود.
بنابراین استفاده سریع از پاد زهر مناسب می‌تواند از بروز آسیبهای دائمی جلوگیری کند. دوز کشنده متانول ، 100-125 میلی لیتر است. یکی از پاد زهرهای متانول ، استفاده از تزریق اتانول میباشد که به آهستگی آن را در کبد تجزیه می‌کند، بطوریکه این مواد ، متابولیزه شده نمی‌توانند دوباره ترکیب شوند. نشانه‌های نوشیدن متانول شامل سردرد ، سرگیجه ، تهوع ، عدم تعادل ، پریشانی ، خواب آلودگی و سرانجام بیهوشی و مرگ است.
نام
متانول
نامهای دیگر
الکل چوب ، متیل الکل
فرمول شیمیایی
CH3OH
وزن مولکولی
32.04gr/miL
نقطه جوش
64.7 درجه سانتی‌گراد
نقطه انجماد
97.8- درجه سانتی‌گراد
چگالی
0.78gr/cm3 در 25 درجه سانتی‌گراد
خواص فیزیکی
مولکولهای متانول
اتیلن
اتیلن ، ساده ترین هیدروکربن غیر اشباع بوده و اولین عضو از گروه آلکنها میباشد. فرمول شیمیایی آن C2H4 بوده ، بین دو اتم کربن پیوند دوگانه وجود دارد. به دلیل وجود این پیوند دوگانه ، اتیلن ایزومر صورت‌بندی ندارد، یعنی دو نیمه مولکول نمی‌توانند با چرخش حول پیوند دوگانه ، صورت‌بندی خود را تغییر دهند.اتیلن دارای ساختمان مسطح بوده ، زاویه بین دو اتصال کربن-هیدروژن ، 117 درجه میباشد. یعنی مقداری بسته‌تر از زاویه 120 درجه که برای هیبریداسیون sp2 مناسب میباشد. اتیلن گازی بیرنگ و آتش گیر بشمار می‌رود و در ترکیب نفت و گاز طبیعی یافت میشود.
تاریخچه
در سال 1795، اتیلن را گاز اولفین می‌نامیدند. اولین سنتز ترکیبات اتیلن (دی کلرو اتان) در سال 1795 توسط شیمیدان هلندی انجام شد. در اواسط قرن 19 به علت اینکه C2H4 یک هیدروژن از C2H5 اتیل کم داشت، پسوندهای ene (از ریشه یونانی) به آخر اتیل اضافه کرده و از آن به بعد گاز اولفین را اتیلن می‌نامند. تا سال 1852 در متون علمی واژه اتیلن استفاده می‌شد.
در سال 1866 "هافمن" شیمیدان آلمانی ، سیستم نامگذاری هیدروکربنها را بر پایه آلکان بنا نهاد. در این سیستم ، هر هیدروکربنی که از آلکان مربوطه دو هیدروژن کمتر داشت، آلکن با فرمول CnH2n و اگر چهار هیدروژن از آلکان مربوطه کم داشت آلکین CnHn نامیده میشود. طبق این نامگذاری ، اتیلن به اتن تغییر نام یافت. انجمن بین المللی شیمیدانها در سال 1892 این نام را وارد نامگذاری IUPAC کردند و از آن تاریخ تا امروز ، این نام در متون علمی و کتابهای درسی و ... مورد استفاده قرار می‌گیرد. جرم مولکولی این ترکیب 05/28گرم بر مول ودانسیته آن26/1 گرم برلیتر می باشد.قابلیت انحلال آن 250mL در یک لیترآب صفر درجه است. نقطه ذوب آن °41.04Kونقطه جوش آن°169.4Kو حد انفجارش2.7 تا 36% در هواست.
روشهای تولید
اتیلن در صنایع پتروشیمی با روش کراکینگ با بخار آب تولید میشود. در این فرآیند هیدروکربنهای گازی و محلولهای سبک هیدروکربن حاصل از نفت به مدت بسیار کوتاه در دمای 950 - 750 درجه سانتی‌گراد حرارت داده می‌شوند. عموماً در این واکنش هیدروکربنهای بزرگ به هیدروکربنهای کوچک شکسته شده ، هیدروکربنهای اشباع با از دست دادن هیدروژن به هیدروکربنهای غیر اشباع تبدیل می‌شوند.محصول این واکنش مخلوطی از انواع هیدروکربنهاست که اتیلن عمده ترین آن میباشد. مخلوط را به‌وسیله متراکم سازی و تقطیر جز به جز جداسازی می‌کنند. روشهای دیگر ، هیدروژن‌دار کردن استیلن با استفاده از کاتالیزور و آبگیری از اتانول میباشد.
واکنشهای شیمیایی مربوطه
آلکنها به علت داشتن پیوند دوگانه در واکنشهای افزایشی شرکت می‌کنند. هالوژنها با اتیلن واکنش داده و تولید هالو اتان می‌کند. با افزودن آب به پیوند دوگانه اتانول تولید میشود، اما سرعت واکنش بدون حضور کاتالیزگر پایین میباشد. در حضور کاتالیزگرهای فلزی نظیر پلاتین ، نیکل و ... و فشار بالا ، اتیلن ، هیدروژن‌دار شده ، به اتان تبدیل میشود. اتیلن در حضور پراسیدها به اتواکسید که یک ترکیب حلقوی است تبدیل میشود. اتیلن در حضور رادیکالهایی که واکنش بسپارش را آغاز می‌کنند، به پلی اتیلن پلیمریزه میشود.
کاربردها
اتیلن ماده اولیه مهم برای تولید بسیاری از ترکیبات آلی پر مصرف در صنعت بشمار می‌رود. اتیلن به صورت گسترده در صنعت پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. اتیلن با پلیمریزه شدن ، پلی اتیلن را تولید می‌کند که یک پلاستیک بسیار مهم است. با تکرار شدن ، پیش ماده پلی وینیل کلرید (PVC) را تولید می‌کند. با ترکیب شدن، بنزن، اتیل بنزن ایجاد می‌کند که ماده اصلی پلی استر میباشد.
اتیلن ، نوعی هورمون گیاهی است که باعث رسیدن میوه‌ها ، باز شدن شکوفه‌ها و گلها و همچنین ریزش برگها در پاییز میشود. به دلیل این خاصیت در کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای جلوگیری از خراب شدن میوه‌هایی مانند سیب ، گلابی و موز ، در حمل و نقل یا انبار ، آنها را کمی نارس می‌چینند و قبل از وارد کردن به بازار ، تحت تأثیر اتیلن قرار می‌دهند تا رسیده شود.
نحوه شناسایی
اتیلن ، رنگ قهوه‌ای محلول برم در تتراکلرید کربن را بیرنگ می‌کند و رنگ بنفش محلول سرد و رقیق پرمنگنات پتاسیم را از بین می‌برد و در نتیجه واکنش رسوبات قهوه‌ای MnO2 حاصل میشود. در اسید سولفوریک سردو غلیظ حل میشود.
ضرورت توجه به تولید پروپیلن و تکنولوژیهای جدید آن برای کشور
اتیلن و پروپیلن در شمار اصلی‌ترین محصولات پایه پتروشیمی قرار می‌گیرند که ارزش افزوده‌ای بیش از مواد اولیه پتروشیمی نظیر گاز و نفتا دارند. اما در این میان پروپیلن، به دلیل وضعیت عرضه و تقاضای متفاوت، نیازمند نگاه ویژه‌ای است. در سالهای اخیر توجه زیاد تولیدکنندگان به اتیلن، منجر به گسترش تولید اتیلن در مقابل پروپیلن گردیده است؛ به خصوص آنکه در مهمترین روشهای معمول تولید پروپیلن نیز مقدار زیادی اتیلن تولید میشود. در مطلب حاضر، ضمن بررسی رشد بیشتر تقاضای پروپیلن نسبت به تولید آن و ایجاد نگرانی‌های شدید برای تولیدکنندگان اتیلن همچون کشور ما، به معرفی تکنولوژیهای نوینی برای تولید پروپیلن پرداخت شده است که مشکلات روشهای معمول را ندارند.
پروپیلن یکی از محصولات کلیدی پتروشیمیایی است که به عنوان خوراک برای تولید پلیمرهای مختلف و محصولات میانی به کار می‌رود. مهمترین مشتقات پروپیلن عبارتند از: پلی‌پروپیلن, آکریلونیتریل، پروپیلن اکسید، فنول، اکسوالکل، اسید آکریلیک، ایزوپروپیل‌الکل، الیگومرها و دیگر مواد واسط مختلف که در نهایت به صورت مواد مورد نیاز صنایع الکترونیک، خودروسازی، ساختمان‌سازی، بسته‌بندی و نظیر آن مورد استفاده قرار می‌گیرند.
روشهای متعارف تولید پروپیلن، عبارتند از 1- کراکینگ بخار (تولید پروپیلن به صورت محصول جانبی تولید اتیلن) و 2- بازیافت جریانهای FCC پالایشگاه. معمولاً پروپیلن تولیدی این روش‌ها کم بوده و از بازده کافی برخوردار نمی‌باشد، از این رو بایستی وضعیت تقاضا برای پروپیلن در جهان را مطالعه کرده و پس از آن بررسی شود که آیا با این روشهای متعارف می‌توان به تقاضای جهانی پاسخ گفت یا راهی جز توسعه تکنولوژی‌ها و یافتن روشهای جایگزین تولید پروپیلن، به خصوص تولید پروپیلن بدون تولید اتیلن وجود ندارد.
عرضه و تقاضای پروپیلن در جهان
تقاضای جهانی برای پروپیلن از 16.4 میلیون تن در سال 1980 به حدود 30 میلیون تن در سال 1990 رسیده که با رشدی معادل 6.2 درصد روبرو بوده است. این میزان تقاضا در سال 2000 به حدود 52 میلیون تن رسیده و پیش‌بینی میشود بین سالهای 2001 تا 2010 با رشدی حدود 5.1 درصد به میزان حدود 82 میلیون تن در سال برسد. افزایش رشد تقاضای پروپیلن در سطح جهان به دلیل افزایش تقاضا برای مشتقات آن، بویژه پلی‌پروپیلن میباشد؛ به نحوی که در همان بازه سالهای 2001 تا 2010 میزان تقاضا برای پلی‌پروپیلن با 7.3 درصد رشد مواجه خواهد بود. از این‌رو اغلب کارشناسان بر این نکته که تقاضا و نیاز بازار به پروپیلن نسبت به تولید آن رشد سریع‌تری دارد، متفق‌القول می‌باشند. با وجود چنین رشدی، امروزه بیش از 25 درصد طرح‌های جدید کراکینگ در پتروشیمی جهان که در سالهای 2003 تا 2006 مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند, محصولات بر پایه اتان تولید کرده و مقدار کمی پروپیلن تولید خواهند نمود. در نتیجه، افزایش تقاضا برای مشتقات کلیدی پروپیلن نظیر پلی‌پروپیلن‌ها و محدودیت تولید، پتانسیل افزایش بیشتر قیمت پروپیلن را به دنبال خواهد داشت.
تکنولوژیهای تولید پروپیلن:
الف- تکنولوژیهای معمول(بازدهی پایین)
تکنولوژی‌هایی که عموماً در حال حاضر جهت تولید پروپیلن به کار می‌رود, "کراکینگ بخار" و "بازیافت جریانهای پالایشگاهی" میباشد:
1-کراکینگ بخار:
پروپیلن یکی از محصولات جانبی تولید اتیلن از طریق کراکینگ بخار میباشد. در تولید پروپیلن از این روش دو نکته مطرح است که یکی انتخاب خوراک و دیگری شدت و دشواری عملکرد فرایند میباشد. به دلیل محدودیت تولید اتیلن بواسطه اشباع بازار، تولیدکنندگان باید خوراک و فرایندی را انتخاب کنند که حداقل اتیلن ممکن را تولید نماید.
2-بازیافت جریانهای پالایشگاهی :
پروپیلن به صورت یک جریان رقیق در پروپان حاصل از فرایندهای پالایشی، نظیر شکست کاتالیستی بستر سیال (FCC) و کاهش گرانروی از طریق کراکینگ گرمایی قابل استحصال میباشد. نسبت پروپان به پروپیلن در این فرآیندها بسته به فرایند، خوراک, وضعیت عملکرد و کاتالیست متفاوت میباشد. به طور متوسط و معمول تولید پروپیلن از طریق این روش نیز مانند روش قبل نسبتاً کم میباشد. توسعه اقتصادی در مناطق در حال توسعه و نیاز به بنزین بیشتر به عنوان سوخت وسایل نقلیه منجر به گسترش پالایشگاه‌ها و ایجاد پالایشگاه‌ه ای بزرگتر می‌گردد که افزایش پروپیلن تولیدی از واحدهایی نظیر FCC را به همراه خواهد داشت. اما فقدان تجهیزات بازیافت‌کننده این پروپیلن تولیدی, یکی از مشکلاتی است که در حال حاضر گریبانگیر برخی پالایشگاه‌های این مناطق بوده و در آینده نیز احتمال بروز آن وجود دارد.