پایان نامه سنتزمستقیم دی متیل اتر از گاز سنتز روی کاتالیستهای ترکیبی؛ بهینه سازی شرایط عملیاتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 پایان نامه سنتزمستقیم دی متیل اتر از گاز سنتز روی کاتالیستهای ترکیبی؛ بهینه سازی شرایط عملیاتی دارای ۱۴۳ صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد پایان نامه سنتزمستقیم دی متیل اتر از گاز سنتز روی کاتالیستهای ترکیبی؛ بهینه سازی شرایط عملیاتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه پایان نامه سنتزمستقیم دی متیل اتر از گاز سنتز روی کاتالیستهای ترکیبی؛ بهینه سازی شرایط عملیاتی

فصل اول  ؛  مطالــعات کتابخــانه ای و طرح برنامه مرحله عملیاتی  
۱-۱) مقدمه ای بر دی متیل اتر و کلیات آن  
۱-۱-۱) گاز طبیــــعی  
۱-۱-۲) گاز سنتز  
۱-۱-۳) دی متیل اتر  
۱-۲) کاربردهایDME   
۱-۲-۱) DME بعنوان پیشرانه در اسپری ها  
۱-۲-۲) DME بعنوان جایگزین LPG یا سوخت خانگی  
۱-۲-۳) DME بعنوان جایگزین سوخت دیزل یا حمل و نقل  
۱-۲-۴) DME بعنوان مکمل سوخت  
۱-۲-۵) DME بعنوان سوخت نیروگاهی  
۱-۳) روشهای تولیدDME   
۱-۳-۱) سنتز غیر مستقیم یا دو مرحله ای  
۱-۳-۲) سنتز مستقیم(تک مرحله ای) DME از گاز سنتز  
۱-۳-۳) سنتز همزمان متانول و دی متیل اتر  
۱-۴) تهیه کاتالیستهای سنتز مستقیم DME   
۱-۴-۱) تلقیح مرطوب   
۱-۴-۲) رسوب همزمان   
۱-۴-۱) اختلاط فیزیکی   
۱-۵) انواع راکتورها و میکروراکتورهای مورد استفاده در سنتز DME  
۱-۵-۱) میکروراکتورها  
۱-۵-۱-۱) میکروراکتور با بستر ثابت  
۱-۵-۱-۲) میکروراکتور دوغابی همزن دار  
۱-۵-۲) انواع راکتورهای قابل استفاده در سنتز DME  
۱-۵-۲-۱) راکتورهای بستر ثابت  
۱-۵-۲-۲) راکتورهای بستر سیال  
۱-۵-۲-۳) راکتورهای بستر دوغابی  
۱-۶) ترمودینامیک واکنشهای سنتز DME  
۱-۶-۱) تعادل در سنتز متانول از گاز سنتز  
۱-۶-۲) تعادل واکنش شیفت آب-گاز  
۱-۶-۳) تعادل سنتز دی متیل اتر  
عنوان   صفحه
۱-۷) سینتیک و مکانیسم واکنشهای سنتز مستقیم DME  
۱-۸) نتیجه گیری؛ چگونگی تأثیر پارامترهای مختلف روی سنتز DME  
۱-۸-۱) نوع فرآیند و نحوه سنتز DME  
۱-۸-۲) انواع کاتالیستها و اثرات آنها  
۱-۸-۲-۱) اثر جنس مواد سازنده کاتالیست  
۱-۸-۲-۲) اثر روش تهیه کاتالیست  
۱-۸-۲-۳) اثر تغییر نسبت کاتالیست متانول به کاتالیست آبگیر  
۱-۸-۲-۴) اثر شکل و اندازه ذرات کاتالیست  
۱-۸-۳) اثرات تغییر دمای عملیاتی فرآیند  
۱-۸-۴) اثرات تغییر فشار عملیاتی فرآیند  
۱-۸-۵) اثرات تغییر شرایط خوراک فرآیند  
۱-۸-۵-۱) اثر تغییر دبی (سرعت فضایی) خوراک  
۱-۸-۵-۲) اثرات تغییر نسبت هیدروژن به منوکسید کربن در خوراک  
۱-۸-۶) نتیجه گیری  
۱-۹) طرح برنامه برای بهینه سازی پارامترهای عملیاتی سنتز مستقیم DME  
۱-۹-۱) اهداف و معیارها  
۱-۹-۲) مرحله عملیاتی و طرح آزمایشات  
فصل دوم ؛ تجهیزات مورد استفاده و چگونگی اجرای آزمایشها و گرفتن نتایج  
۲-۱) شرح مجموعه تست راکتوری و متعلقات آن  
۲-۱-۱) مجموعه سیستم احیای کاتالیست  
۲-۱-۲) مجموعه فرآیندی  
۲-۱-۲-۱) قبل از واکنش  
۲-۱-۲-۲) مرحله انجام واکنش   
۲-۱-۲-۳) بعد از واکنش  
۲-۱-۳) سیستم آنالیز محصولات و خوراک  
۲-۱-۴) سیستم های کنترلی  
۲-۲) چگونگی انجام آزمایشات و ثبت نتایج  
۲-۲-۱) تهیه کاتالیست  
۲-۲-۲) شناسایی کاتالیست  
۲-۲-۳) آماده سازی سیستم احیا و احیای کاتالیست  
۲-۲-۴) آماده سازی سیستم تست راکتوری و آنالیز محصول  
۲-۲-۵) انتقال حلال و کاتالیست به راکتور  
۲-۲-۶) اجرای فرآیند  
۲-۲-۷) آنالیز محصول و ثبت نتایج  
فصل سوم ؛ گزارش انجام آزمایشات ، ثبت و پردازش نتایج حاصل  
۳-۱) فاز اول؛ انتخاب دور مناسب برای همزن  
۳-۱-۱) هدف و فلسفه انجام  
۳-۱-۲) انجام آزمایش  
۳-۱-۳) نتیجه گیری  
۳-۲) فاز دوم؛ انتخاب جنس مناسب و بهینه برای کاتالیست ترکیبی  
۳-۲-۱) هدف و فلسفه انجام  
۳-۲-۲) انجام آزمایشات و ثبت نتایج  
۳-۲-۳) محاسبات و پردازش اطلاعات  
۳-۲-۴) تحلیل داده ها توسط نرم افزار Minitab و بهینه سازی  
۳-۲-۵) جداول و نمودارها  
۳-۲-۶) بحث و نتیجه گیری  
۳-۳) فاز سوم؛ تعیین شرایط عملیاتی بهینه برای کاتالیست منتخب فاز ۲  
۳-۳-۱) هدف و فلسفه انجام  
۳-۳-۲) انجام آزمایشات و ثبت نتایج  
۳-۳-۳) محاسبات و پردازش اطلاعات  
۳-۳-۴) تحلیل داده ها توسط نرم افزار Minitab و بهینه سازی  
۳-۳-۵) جداول و نمودارها  
۳-۳-۶) بحث و نتیجه گیری  
فصل چهارم ؛ بحث و نتیجه گیری  
۴-۱) بحث روی نتایج فاز ۲  
۴-۲) بحث روی نتایج فاز ۳  
۴-۳) جمع بندی نتایج  
۴-۴) ارائه پیشنهاد برای کارهای آینده  
مــــــراجع  

بخشی از منابع و مراجع پروژه پایان نامه سنتزمستقیم دی متیل اتر از گاز سنتز روی کاتالیستهای ترکیبی؛ بهینه سازی شرایط عملیاتی

 [۱] Manfred Muller and Ute Hubsch,Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition,

[۲] H.E. Curry-Hyde and R.F. Howe (Editors), Natural Gas Conversion II @ 1994, Elsevier

Science B. V . All Right Reserred

[۳] Venkat K. Venkataraman et al. U. S . Department of Energy, Federal Energy Technology

Center, report “Natural Gas to Liquids: An Overview”

[۴] K. Aasberg-petersen, J. R. Rostrup-Nielsen and et al. Applied Catalysis A:General 221(2001) 379-

[۵] Koichi Kato, Japan Energy Research Center Co. Report “Fuels Of the Future”, Hydrocarbon Asia, July/August

[۶] Alexander Rojey, Institute Francies Petrole (LFP), Report “Natural Gas Fundamentals”

 [۷] Ahmad Rahgozar, Report “Iran’s Natural Gas Potentials”, IPF 2001, Tehran

 [۸] Svend Erik Nielsen, Ammonia Technology Supervior, Haldor Topsoe A/S, Report “Natural Gas to Petrochemicals” and “Conversion Process of natural gas to Ethylene”, IPF 2001 Tehran

“ [۹] Steam Reforming Catalyst”, Synetix, Company Brochure, ICI Group, 705W/800/0/REF

[۱۰] D. L. Trimm, “Catalyst for the Control of Coking During of Steam Reforming”, Catalysis Today 49(1999)3-

[۱۱] T. Palm, c. Buch, B. Kruse and E. Sauar, “Green heat and power” Published by Bellona Foundation 1999, :www. Bellona.no: Report

[۱۲] H. S. Bengaard and et al. Journal of Catalysis 209(2002) 365-

[۱۳] S. P. Golf, S. I. Wang, “Syngas Production by Reforming” , Chemical Engineering Progress, August

[۱۴] Jens R. Rostrup-Nielsen, Catalysis Today 71 (2002) 243-

[۱۵] T. S. Christensen and I. I. Primdhal, Report “Improve Syngas Production Using Autothermal Reforming” Hydrocarbon Processing, March

[۱۶] S. Wang and G. Q. (Max) Lu, Industrial Engineering Chemical Research 38 (1999) 2615-

[۱۷] H. H. Gunardson and J. M. Abrardo, “Product CO-Rich Synthesis Gas”, Hydrocarbon Processing, April

[۱۸] K. Heitnes, S. Lindberg, O. A. Rokstad, A. Holmen, Catalysis Today 24 (1995)211-

[۱۹] W.Feng. F. Carl Knopf, and Kerry M. Dooley, Energy & Fuels, An American Chemical Society Journal, Vol. 8, No. 4, July/August

[۲۰] K. Tomishige, O. Yamazaki, Y. chen, Catalysis today 45 (1998) 35-

[۲۱] Hengyong Xu and et al. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 147 (1999) 41-

[۲۲] D. J. Wilhelm, D. R. Simbeck, A. D. Karp, and R. L. Dickenson, “Syngas Production for Gas-to-liquids Applications: Technologies, Issues and Outlook” , American Chemical Society Milennium Symposium, San Francisco, CA, March 26-31,

[۲۳] Website for Sasol and BP Amoco Companies (, )

[۲۴] Jens Perregaard and et al., Haldor Topsoe A/s, DME Seminar for NPC, November

[۲۵] Website for Haldor Topsoe A/S Company)  (

[۲۶] Website for NKK Corporation) (

[۲۷] Website of various Companies, About DME Projects

[۲۸] Lucia G. Apple and and et al., LACAT/ Institute Nacional de Technologia, Av. Venezuela, 82/507 , Rio de Janeiro , Brazil Puc-Rio de Jaaneiro, Brazil

[۲۹] Ki-Won Jun , Hye- Soon lee et al., Bull. Korean Chem. Soc. 24 (2003) 106-

[۳۰] T. Takeguchi, K. Yanagisawa, T. Inui, M. Inoue, Applied Catalysis A: General 192(2000) 201-

[۳۱] Website for International DME Association (IDE) ; (  )

[۳۲] Topical Report “Market Outlook for Dimethyl Ether (DME))”, Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, Pennsylvania, 2002, Under Cooperative agreement no. E-FC22-92PC

[۳۳] D. Romani, C. Scozzesi, H. Holm-larsen, and L. Piovesan, “Large-Scale Production of Fuel DME fram Natural Gas”, The Second International Oil, Gas & Petrochemical Congress, Tehran 16-18 May

[۳۴] Enzo Caetani and Helge Holm-Larsen, “Marketability of dimethyl Ether as LPG Substitute” , ۴^th Iran Petrochemical Forum, Tehran 18-19 May

[۳۵] Yotaro Ohno, Norio Inoue and et al., Report “Slurry Phase synthesis and Utilization of Dimethyl Ether”, NKK Technical Review No. 85,

[۳۶] Y. adachi and et al .,fuel  ۷۹ (۲۰۰۰) ۲۲۹-

[۳۷] T. Shikada, T. Ogawa, M. Mizuguchi, and M. Ono, NKK Corporation, Patent No.: US6562306 B

[۳۸] J. B. Hansen and S. Mikkelsen, “DME as a Transportation Fuel”, Haldor Topsoe A/S, July

“ [۳۹] Methanol (MeOH)/Dimethyl Ether (DME) as an Alternative Fuel for Diesel Engines” and “fuel Conversion On-Board a Vehicle: Dimethyl Ether from Methanol for Diesel Engines” ,

“ [۴۰] Gastec Technology for Cleaner Vehicles” GASTEC NV,

[۴۱] Dennis M. Brown & et.al. , “Novel technology for the synthesis of Dimethylether from syngas” , Catalyst Today , 8(1991) 279-

[۴۲] Yotaro Ohno, report “Development of DMR Direct Synthesis Technology”. DME Project, JFE Holding, Inc., the 12 International Congress (Gas Conversion) 25-28 Feb

 [۴۳] A. W. Wang, S. Weigel, and G. Muraro, Topical Report “Molecular Sieves as Catalyst for Methanol Dehydration”, Air Products and Chemicals Inc., April

[۴۴] Goarzad Bercic and Janes Levec, Industrial Engineering Chemical Research 31 (1992) 399-

 [۴۵] N. Murai, US Patent No

[۴۶] John J. Lewnard and et al., US Patent No

 [۴۷] G. Irick, Patricia N. Mercer, and K. E. Simmons, US Patent No

[۴۸] Qingjie Ge, Youmei Huang, Fengyan Qiu, and Shuben Li, Applied Catalysis A: General 167 (1998) 23-

[۴۹] Gong-Xin Qi, Xiao- Ming Zheng, Jin-Hua Fei, and Zhao-Yin Hou, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 176(2001) 195-

 [۵۰]Kunpeng Sun, Weiwei Lu, Fengyan Qiu, Shuwen Liu, and Xianlun Xu, Applied Catalysis a: General xxx (2003) xxx-xxx

[۵۱] A. Hoek, M.F.M. Post, and J, K. Minderhoud, US Patent No

[۵۲] Lynn H. Slaugh, US Patent No

[۵۳] Weldon K. Bell and Clarence D. Chang, US Patent No

[۵۴] Jean Bandiera and Claude Naccache, Applied Catalysis 69 (1991) 139-

[۵۵] Wood Craft, David Charies, and et al., European Patent No.:EP0099676 A

[۵۶] Loren D. Brake, US Patent No

[۵۷] Jorgen Topp-Jorgensen, US Patent No

[۵۸] Mingting Xu and et al., Applied Catalysis A: General 149(1997) 303-

[۵۹] Andrew W. Wang , Topical Report “Scaleup of Aluminium Phosphate Catalyst for Pilot Plant LPDME^TM Run”, Air Products and Chemicals, Inc., Under Contract No.: DE-FC22-94PC93052, January

[۶۰] Xiang-Dong Peng, Topical Report “Catalyst Activity Maintenance for the Liquid Phase synthesis gas to dimethy ether process, Part II : Development of Aluminium Phosphate as the Dehydration Catalyst for the single-step Liquid Phase Syngas-To-DME process”,contractor :Air products and Chimicals ,Inc ,May

 [۶۱]Yun-yang Huang, US patent No

 [۶۲] J.-L. Li , X.-G. Zhang , T. Inui , Applied Catalysis A:General 147(1996) 23-

 [۶۳] J.-L. Li , X.-G. Zhang , T. Inui , Applied Catalysis A:General 164(1997) 303-

[۶۴] K. Fujimoto and et al., US Patent no

[۶۵] Alkeos C. Sofianos and Mike S. Scurrell, Industrial Engineering chemical Research 30 (1991) 2372-

[۶۶] David L. Horstman, “On-Board DME Generation For Pilot Injection and Enhanced Ignition”, A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Mechanical Engineering, Michigan Technological University,

[۶۷] Bharat L. Bhatt, Topical Report “Syntheis of Dimethyl Ether and Alternative Fuels in the Liquid Phase from Coal-Derived Synthesis Gas”, By: Air Products and Chemicals, Inc., For:US Department Of energy, Pittsburgh Energy Technologe Center, September

[۶۸] S. T. Sie and R. Krishna, Applied Catalysis A: General 186 (1999) 1-2: 55-

[۶۹] A. Jess, R. Popp, and K. Hedden, Applied Catalysis A: General 186 (1999) 1-2: 321-

[۷۰] Raymond C. Everson and Rafael L. Espinoza, Applied Catalysis A: General 171 (1998) 1: 99-

[۷۱] Lucio Formi, Catalysis Today 52 (1999) 2-3: 147-

[۷۲] Report “Slurry Reactor Hydrodynamic Studies Final Report”, Air Products and Chemicals, Inc., Website For this Report

[۷۳] Topical Report “Liquid Phase Dimethyl Ether Demonstration in the LaPorte Alternative Fuels Development Unit” , Air Product and Chemicals, Inc., Allentown, Pennsylvania, Under Cooperative Agreement No.: DE-FC22-92PC90543 and DE-FC22-95PC93052, January

[۷۴] Operating Manual: DME Demonstration Plant, Chapter IX: Analytical Procedures,

[۷۵] Report “DME (Dimethyl Ether ) Project, Enviromental Business”, Prepared by the NKK Corporation, Japan ()

[۷۶] Report “۱۰۰ Tons/Day DME Direct Synthesis Pilot Plant Project Begins”, NKK News Release : July 29,

[۷۷] Report “Topsoe Technology for Large-Scale Production of DME”, Prepared by the Haldor Topsoe A/S ()

[۷۸] Report “Marketability of GTL from Natural Gas”, IEEJ: November

[۷۹] Gas Bulletin, No:33, Institute for International Energy Studies

[۸۰] Project Definition Report “Co-operation DME/MTP” , Prepared by the Lurgi Oel.Gas.Chemie GmbH for the NPC International Ltd., May

[۸۱] M.V.Twigg,”Catalyst Handbook” Published by Wolf Publishing Ltd . ,1989 , ISBN

 [۸۲] X. D. Peng, B. A. Toseland, P. J. A. Tijm, Chemical Engineering Science 54 (1999) 2787-

[۸۳] K. L. Ng, D. Chadwick, B. A. Toseland Chemical Engineering Science 54 (1999) 3587-

 [۸۴] J.J.Lewnard ,T.H.Hsiung ,J.F. White,and  D. M. Brown, Chimical Engineering Science 45 (1990) No.8:2735-

 [۸۵]T.Takeguchi ,Ken-ichi Yanagisawa ,T.Inui ,and M .Inoue, Applied Catalysis A: General 192(2000)201-

[۸۶] X.D.Peng ,A.W.Wang ,B.A. Toseland,and  P.J.A .Tijm, Industrial Engineering  Chimical Research, 38(1999) 4381-

 [۸۷] J.A .Anderson , M. Lopez-Granados, And M .Fernandez-Garcia,Journal   of Catalysis 176 (1998)235-

[۸۸]Wen-Jie  Shen , Mitsutaka Okumura, Yasuyuki  Matsumura ,And  Mastake Haruta, Applied Catalysis A: General 213(2001)225-

[۸۹] K.Sun,W.Lu,F.Qie, S.liu, and Xianlun Xu , Applied Catalysis A:General 252(2003)243-

[۹۰] Kohgi Omata and et al ., Fuel 81(2002)1605-

[۹۱] V.V.Galvita.G.L.Semin,V.D. Belyaev , T.M.Yurieva,V.A Sobyanin ,Applied Catalysis A: General 216(2001)85-

 [۹۲] Guangyu Cai, Zhongmin Liu, Renmin Shi, Changqing He, Lixin Yang, Chenglin Sun, Yanjun Change, Applied Catalysis A: General 125 (1995) 29-

[۹۳] M. Josefina Perez-Zurita and et al., Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 206 (2003) 339-

۱-۱) مقدمه ای بر دی متیل اتر و کلیات آن

         به لحاظ تاریخی کشف دی متیل اتر که ساده‏ترین گونه از خانواده اترها است به سال ۱۸۶۵  میلادی بر می گردد که این کشف توسط الکساندر ویلیامسون[۱] به ثبت رسیده است . این  ماده دارای  ساختار ساده به شکل دو گروه متیل متصل به اکسیژن است  ( CH_۳-O-CH_۳) . این ماده عموماً از جایگزینی یک گروه متیل به جای هیدورژن متصل به اکسیژن در متانول (CH_۳OH)، به دست می‏آید. از این ترکیب شیمیایی تا امروز استفاده مهمی نشده و هنوز بصورت جدی وارد عرصه صنعت و تجارت نگردیده است. حال آنکه با مشخص شدن خواص فیزیکی و شیمیایی مطلوب و جالب توجه این ماده محققین و متخصصان زیادی به سمت و سوی تحقیق پیرامون تولید و کاربرد این ترکیب با ارزش کشیده شده اند. در ۳۰ سال گذشته تحقیقات زیادی توسط اشخاص و شرکتهای بزرگ در سطح جهانی در رابطه با سنتز DME [2] صورت گرفته است. اما هنوز این تحقیقات به پایان نرسیده و هر روزه شاهد ارائه شدن نظری جدید و بهتر در این زمینه هستیم

         تولید اولیه این ماده به روش آبگیری از متانول انجام گردیده است و تا دهه پیش استفاده مهم و چشمگیری از آن در صنایع وجود نداشت . با رشد و افزایش علم و دانش شیمی- مهندسی شیمی به تدریج دی متیل اتر  (DME)  وارد عرصه صنعت شده و به عنوان جایگزینی برای عامل پیشران در اسپری ها و لوازم آرایشی – بهداشتی به کار برده شد. همچنین این ترکیب یک حدواسط با ارزش برای تولید مواد شیمیایی مختلف از جمله دی متیل سولفات که به عنوان کود شیمیایی در صنایع کشاورزی استفاده می‏شود، می باشد. مضافاً DME بصورت جایگزین CFC [3] در چرخه های سرماساز، سوختهای

خانگی مانند LPG [4] و جایگزین برای سوخت دیزل نیز مورد استفاده قرار گرفته است. اما به هر حال این ترکیب در عرصه تجارت تاکنون موفقیت چندانی نداشته که مهمترین عامل آن قیمت نهایی تولید این ماده در مقایسه با انتخاب های رقیب است]۱[

         مهمترین دلایلی که باعث مطرح شدن DME شده است عبارتست از

– قیمت بسیار پایین گاز طبیعی و وفور آن بخصوص در منطقه خاورمیانه بعنوان یک منبع عظیم انرژی و از طرفی مشکلات نقل و انتقال گاز طبیعی و ذخیره سازی آن و دور بودن بازارهای مصرف آن از مخازن موجود

– افزایش محدودیت‏های زیست محیطی در مورد آلودگی های حاصل از سوختهای فسیلی و تلاش برای جایگزینی سوختهای نو

–  حصول نتایج عالی از تستهای انجام شده برای جایگزینی DME با سوخت‏های دیزل متداول و LPG

– گسترش روزافزون دانش و تجربه در زمینه تبدیل مستقیم گاز سنتز حاصل از گاز طبیعی به DME با استفاده از روش مستقیم تبدیل گاز سنتز به DME  کاهش قابل توجهی در هزینه و لذا قیمت تمام شده DME حاصل خواهد شد که زمینه ساز طرح مقوله ای جدید به نام سنتز مستقیم DME  از گاز سنتز تحت عنوانSTD [5] گردیده است. در حال حاضر که بیش از ۲۰ سال از آغاز بحث جدی در این زمینه می‏گذرد، شرکتهای مختلفی در حال بررسی نهایی جهت تدوین دانش فنی برای احداث نخستین واحدهای تجاری فرآیند تبدیل مستقیم گاز سنتز به DME می‏باشند

         کشور ایران دارای حداقل۷/۲۲ تریلیون مترمکعب منابع ثبت شده گاز طبیعی، یعنی بیش از ۱۸% منابع به ثبت رسیده جهان و ۴۴% منابع خاورمیانه می باشد. با وجود این منابع گازی (مقام دوم جهان) و با اتکا به دانش و تجربه نسبتا‏ً بالای متخصصین کشور که در زمینه فرآیندهای گاز طبیعی و تبدیل گاز طبیعی به مواد با ارزش افزوده بالاتر و قابل حمل و نقل مطالعات و تحقیقات قابل توجه و حجیمی در این زمینه در سطح صنایع پتروشیمی آغاز گردیده است

۱-۱-۱)گاز طبیــــعی

         گاز طبیعی پاکترین و ارزانترین منبع انژی در قرن حاضر است. متاسفانه به دلیل واقع شدن بسیاری از منابع گاز طبیعی در مناطق دور دست از بازار مصرف، استفاده از این منابع با ارزش به دلیل هزینه‏های بسیار زیاد انتقال، دارای توجیه اقتصادی نمی باشد. لذا محققین مراکز تحقیقاتی در کمپانی‏های بزرگ نفتی به دنبال ابداع روشهای جدید و توجیه پذیر برای استفاده از این منابع بوده‏اند. تا کنون دو روش عمده برای استفاده از گاز طبیعی مطرح است

–  روش مستقیم ؛ در این روش گاز طبیعی بدون تغییر شیمیایی برای تأمین انرژی و تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد، مانند فرآیندهای تبدیل متان به الفینها و مصارف گرمایشی و تولید برق. این روش به دلیل مشکلات و هزینه بالای انتقال گاز در مسافتهای طولانی چندان مقرون به صرفه نیست. علاوه بر آن تبدیل مستقیم متان به دلیل بازده کم محصولات تولیدی (در مورد هیدروکربنهایC_۲، حداکثر بازده ۲۵%) و مشکلات فرآیندی کمتر مورد توجه محققین می باشد

–  روش غیر مستقیم ؛ در این روش برای بهره برداری از گاز طبیعی ابتدا یک اصلاح شیمیایی روی متان که عمده ترین جز تشکیل دهنده گاز طبیعی است انجام می گیرد و حاصل این اصلاح که گاز سنتز نامیده می شود برای تولید انواع مواد شیمیایی با ارزش و سوختهای پاک و قابل حمل و نقل به نقاط دور دست استفاده می شود. این روش موثرترین روش تولید مواد شیمیایی از گاز طبیعی می باشد. لذا تولید گاز سنتز از گاز طبیعی یک فرآیند مهم صنعتی است]۲و۳[

 تولید گاز سنتز به طور فوق‏العاده ای از نظر انرژی و سرمایه حساس می باشد، به طوری که این مرحله در فرآیندهای تولید سوخت مایع پر هزینه ترین مرحله تولید می باشد. همان طوری که در دیاگرام ذیل نشان داده شده است، بیش از نصف حجم سرمایه گذاری فرآیندهای تبدیل غیرمستقیم،حدود ۶۰% ، مربوط به مرحله تولید گاز سنتز می باشد]۴[

۱-۱-۲) گاز سنتز[۶]

         گاز سنتز بعنوان پلی مناسب برای عبور از مشکلات حمل و نقل و بهره برداری مناسب و سود آور از گاز طبیعی مطرح است. یکی از بازارهای اصلی گاز طبیعی، توسعه تکنولوژی های تبدیل گاز طبیعی به محصولات با ارزش نظیر سوختهای مایع می باشد که از مسیر گاز سنتز می گذرد. ترکیبات تولید شده از این مسیر دارای توجیه اقتصادی بوده و از نظر زیست محیطی سازگار با محیط زیست می‏باشد

         گاز سنتز به مخلوط گازهای H_۲ و CO (گاهاً همراه با مقادیر کمCO_۲) با نسبتهای مولی مختلف اطلاق می گردد. این گاز بنا به دلایل متعددی که مطرح شد و از آنجا که ارزان ترین منبع هیدورژن برای فرآیندهای ریفورمینگ نفت، جامد کردن چربی و سنتز آمونیاک و خوراک اولیه تهیه محصولات آلی پیچیده و با ارزش نظیر MeOH [7] و DME می باشد، اهیمت فراوانی از دیدگاه صنعتی یافته است]۸[

         با اینکه از منابع مختلفی به عنوان ماده اولیه جهت تولید گاز سنتز می توان استفاده کرد، با این وجود هزینه تولید این محصول بسیار بالا است، به عنوان مثال۶۰% از کل هزینه تولید و سرمایه گذاری واحدهای تولید MeOH فعلی را بخش آماده سازی و تامین گاز سنتز بخود اختصاص می دهد. همین امر به عنوان یک مشکل عمده در واحدهای تولیدDME و روشSTD  در آینده مطرح خواهد بود. لذا بهره گیری از تکنولوژیهای برتر در تولید گاز سنتز و استفاده از مجموعه های مناسب از فرآیند تولید گاز سنتز و فرآیند مصرف گاز سنتز (مثلاً سنتز متانول، DME و …) در آینده توصیه می گردد

         فرآیندهایی که امروزه درمقیاس صنعتی- تجاری جهت تولید گاز سنتز به کار برده می شود عبارتند از گازی کردن زغال سنگ[۸] با استفاده از بخار آب و اکسیژن(هوا) می باشد که مخلوط‏هایی از H_۲،CO،CO_۲ و گاهی توأم با مقداری CH_۴ را تولید می کند. استفاده از ریفرمینگ نفتا با بخار آب در حضور کاتالیست نیکل و مواد نفتی سنگین با اکسیژن از روشهای دیگر( و البته نه چندان مهم) تهیه گاز سنتز می باشند. مهمترین روش تهیه گاز سنتز ، تهیه آن از گاز طبیعی(CH_۴) است. برای این منظور روشهای متعددی مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از

        · ریفرمینگ با بخار آب[۹]

        · ریفرمینگ خودگرما[۱۰]

        · ریفرمینگ با دی اکسید کربن

        · ریفرمینگ با بخار جفت شده با ریفرمینگ ثانویه با اکسیژن[۱۱]

        · اکسیداسیون جزئی متان[۱۲]

         مخلوط گاز هیدروژن و منوکسید کربن با توجه به نسبت هیدروژن به کربن در هر یک از فرآیندهای GTL [13] نظیر متانول، اکسو الکلها، دی متیل اتر، سنتز فیشر- تروپش و…. بکار می رود. اگر فقط هیدروژن مورد نیاز باشد واحد تبدیل به یک واحد« هیدروژن» خواهد شد. اگر فقط مونوکسید کربن مورد نیاز باشد واحد تحت عنوان واحد «منوکسید کربن» نامیده می شود. اگر هم هیدروژن و هم مونوکسیدکربن بطور جداگانه مورد نیاز باشند واحد تحت عنوان «HYCO» شناخته می گردد و اگر فقط مخلوط هیدروژن/ منوکسید کربن مورد نیاز باشند به آن واحد « گاز سنتزی» می گویند ]۱۱[

         نسبت H_۲/CO مورد نیاز برای تولید بهینه محصول مورد نظر، یک متغیر کلیدی در انتخاب تکنولوژی و طراحی واحد گاز سنتر می باشد. برای واحدهای HYCO و گاز سنتز، نسبت هیدروژن به منوکسیدکربن می تواند به طور معمول از ۱ تا ۳ تغییر کند. هر کدام از این تکنولوژی ها ذاتاً، نسبت‏های متفاوتی از H_۲/CO را تولید می کنند. نسبت ذاتی H_۲/CO در هر تکنولوژی ، محدوده ای است که این نسبت ، مجاز است از نظر شرایط ترمودینامیکی و فرآیندی آن را اختیار نماید. با برگشت CO_۲ و اینکه برگشت تا چه اندازه ای صورت گیرد می توان یک نسبت را از میان نسبتهای گوناگون به دلخواه اختیار نمود. محدوده ذاتی هر روش برای خوراک گاز طبیعی، در جدول۱-۱ نشان داده شده است

۱-۱-۳) دی متیل اتر[۱۴]

         ساده ترین اترآلیفاتیک با فرمول CH_۳-O-CH_۳ یا C_۲H_۶O و جرم مولکولی Kg/Kmol 069/46  دی متیل اتر نام دارد و در دسته اترها با نامهای متوکسی متیل، دی متیل اکسید، متیل اتر و یا اکسی بیس- متان نیز شناخته می شود. شناسایی ساختار اترها بویژه دی اتیل اتر به صد سال پیش می رسد، ولی ساختار دی متیل اتر برای اولین بار در سال ۱۸۵۰ میلادی توسط الکساند ویلیامسون[۱۵] از دانشمندان بنام دانشگاه لندن شناسایی شد. پس از انتشار نتایج این تحقیقات، پژوهشها و مطالعات بسیار زیادی در زمینه این ماده در مراکز تحقیقاتی دانشگاهی و صنعتی انجام گردید و بررسی فرآیند تولید تجاری این ماده مورد توجه کمپانی های فعال نفتی قرار گرفت، ولی از اوایل سال ۱۹۸۰ به دلیل مشخص شدن کاربردهای جدیدی از این ماده به طور جدی تر مورد بررسی قرار گرفت. به طوری که امروزه تحقیقات وسیعی در زمینه توسعه پارامترهای موثر بر فرآیندهای تولید از جمله نوع کاتالیست، راکتور و … در حال انجام می باشد. از چندین سال قبل کمپانی های نظیر Haldor Topsoe A/S , Air Product , NKK و …. فعالیتهای تحقیقاتی و پژوهشی خود را در مقیاس های مختلف (آزمایشگاهی، پیشتاز و یا پایلوت) به منظور دستیابی به تکنولوژی تولید این ماده آغاز کرده اند  ]۲۴[

         دی متیل اتر ، یکی از انواع اترها (ساده ترین اتر) و از گروه هیدروکربنهای اکسیژن دار می باشد. این ماده در شرایط محیط بصورت گاز بوده و بی رنگ است، بویی اتر گونه داشته و به شدت آتشگیر است. نقطه جوش نرمال آن ^oC 25- بوده و در دمای محیط  (^oC25) فشار بخار اشباع آن، atm1/6  می باشد. برخلاف متانول سوختن این ماده همواره با یک نورمرئی همراه است. دی متیل اتر خورنده نیست و با توجه به فشار بخار محیطی آن می توان دریافت که براحتی مایع می شود. بنابراین نقل و انتقال آن با ظروفی مشابه ظروف LPG امکان پذیر است . دی متیل اتر از نظر خصوصیات فیزیکی شبیه به LPG که عمدتاً در برگیرنده پروپان و بوتان است ، می باشد . جدول۱-۲ بیانگر پاره ای از خواص فیزیکی DME  و چند هیدروکربن که درحال حاضر نقش منابع تامین انرژی را به عهده دارند، می باشد . میزان ارزش حرارتی DME بالاست و از این جنبه نیز به عنوان یک منبع انرژی جدید، مدنظر قرار گرفته است. در حال حاضر به علت نداشتن اثرات آلاینده زیست محیطی، به عنوان پیشرانه در انواع اسپری ها کاربرد دارد، مضاف براینها به علت انرژی زیاد و عدد ستان بسیار مناسب و بالا (حدود۶۰-۵۵) در مقایسه با سوختهای متداول دیزل(گازوئیل) که در حدود ۵۵-۴۰ قرار  دارند، و میزان بسیار اندک گازهای آلاینده بخصوص NO_X، چنین به نظر می رسد که جایگزین بسیار مناسبی برای انواع سوختهای دیزلی باشد  ]۱و ۲۵و۲۶[. در جدول ۱-۳ خواص فیزیکی DME گردآوری شده است. شکل ۱-۱ نیز مقایسه ای بین میزان پاکیزگی و عددستان چند سوخت معروف و DME را نشان می دهد. همان گونه که در شکل می توان دید، DME از هردو نظر برتری محسوسی نسبت به سایر سوختهای متداول از خود نشان می دهد. با مقایسه مقدار ارزش حرارتی ( در واحدKcal/Kg ) بخصوص برای حالتDME و سوخت دیزل ( تا ۵۴% از دیزل) می توان دید که برای طی یک مسافت مشخص، میزان بیشتری از سوخت DME  باید صرف شود. ولی سایر جنبه های مثبت DME، دلایل کافی برای بررسی امکان جایگزینی DME بجای سوخت های دیزل و نیز امکان پذیری فرآیندهای تولید صنعتی آن را فراهم می سازد

         بنا به آمار موجود میزان تولید جهانی آن در سال ۲۰۰۲ میلادی،ton/year 150000 بوده است. این تولیدات تا به امروز تماماً به صورت محصول جانبی واحدهای صنعتی فشار بالا متانول بوده است و تاکنون هیچ واحد صنعتی در سطح جهانی برای تولید خاص DME وجود ندارد

جدول ۱-۲: مقایسه خواص فیزیکی و عدد ستان سوختهای مختلف

Butane

Propane

Methane

Methanol

Diesel Fuel

DME

Properties

C_۴H_۸

C_۳H_۸

CH_۴

CH_۳OH

—

CH_۳OCH_۳

Chemical Formula

۱۷۰-

M.W.

–

–

–

۱۸۰-

–

Normal B.P.

Liq. Density (g/cm^۳ @ ۲۰^oC)

—

—

Sp.Gr. (vs. air)

—

—

Vap.Pressure (atm, @ 20^oC)

۱.۹-

۲.۱-

۵-

۵.۵-

۰.۶-

۳.۴-

Explosion limit (%)

۴۰-

۵۵-

Cetane Number

Net Calorific Value (Kcal/Kg)

—

—

Auto ignition temp. (^oC)

جدول ۱-۳: خواص فیزیکی دی متیل اتر

CH_۳-O-CH_۳

Chemical Formula

Clear, colorless , ether like odor, stable liquid

Aspect

Molecular Weight (g/gmol)

۳.۴-

Flammability limit (%)

–

Melting Point (^oC)

–

Normal Boiling Point (^oC)

Specific Gravity (vs. air)

Specific Volume (ft^۳/lb)

Critical Pressure (bar)

Critical Temperature (^oC)

Critical Density (g/lit)

Heat of Combustion HHV (MJ/Kg)

Heat of Combustion LHV (MJ/Kg)

–

Heat of Formation (KJ/mol)

Specific Heat Capacity (@ -24 ^oC , KJ/Kg.K)

Heat of Vaporization (@ -20 ^oC ,KJ/Kg)

Auto Ignition Temperature (^oC)

۳.۴-

Explosive limits in air (V%)

–

Flash Point (^oC)

Surface Tension (@ 20 ^oC , N/m)

Viscosity of Liquid (@ 20 ^oC , mPa.s)

Viscosity of Gas (@ 20 ^oC , mPa.s)

Solubility in water (@20 ^oC & 1 bar , %)

Solubility in water (@20 ^oC & 4.8 bar , %)

Water Solubility in DME (@20 ^oC & 4.8 bar , %)

 

۱-۲) کاربردهایDME ]26،۲۵،۲۸-۳۱[

         می توان موارد مصرف DME در حال حاضر و در آینده نزدیک را در چند مورد زیر خلاصه کرد

۱- عامل پیشران در انواع اسپری های آرایشی و بهداشتی

۲- عامل سردسازی در سیکلهای سرماسازی

۳- حلال آلی مناسب

۴- یک واسطه مهم و با ارزش برای تولید انواع محصولات شیمیایی

۵- مسیری مناسب جهت بهره برداری بهینه از منابع گاز طبیعی موجود

۶- جایگزین و همراهی مناسب برای سوخت LPG و تعدیل عرضه و تقاضای آن

۷- جایگزینی مناسب برای گازوئیل بعنوان سوخت حمل ونقل و منازل

۸- جایگزینی مناسب برای انواع سوختهای نیروگاهی

۹- به همراه متانول بعنوان مکمل های سوختی جهت بهبود احتراق در انواع موتورهای درون سوز

         از میان موارد اشاره شده در بالا جانشینی DME بعنوان سوخت پاک به جای گازوئیل و LPG در محافل علمی وتحقیقاتی جهانی پررنگ تر به نظر می رسد. به دلیل مصرف بسیار زیاد سوختهای دیزل در اتومبیل ها و آلودگی ناشی از سوختن سوخت دیزل در موتور اتومبیلها ، بشر امروزی به دنبال جایگزین نمودن یک سوخت تمیز و پاکیزه می باشد.جدول۱-۴ سوخت جایگزین برای انواع سوختهای فعلی را نشان می دهد.طبق این جدول می توان دیدکه در تمام زمینه ها DME از انتخاب های مناسب می باشد

جدول ۱-۴ : مقایسه انواع سوختهای جانشین برای سوخت دیزل

Diethyl Ether

DME

Ethanol

Methanol

Propane

CNG

FT

DF-2 Diesel

Properties

C_۲H_۶OC_۲H_۶

CH_۳OCH_۳

C_۲H_۵OH

CH_۳OH

C_۳H_۸

CH_۴

—

C_۱۰-C_۲۱

Chemical Formula

-۱۳

–

–

۳۵۰-

۳۷۰-

B.P. ^oF

۱۱۶

N/A

N/A

<

Vap.Press. (@ 100^oF) Psi

>

>55

<

Low

Low

Low

>

۴۰-

Cetane Number

۶۶۲

~

~

Auto Ignition Temp. ^oF

۸.۹

Stochiometric AF ratio  wt%

۱۲۱۲۰

LHV  Btu/lb

۰.۶۶

—

Sp.Gr.  (@ ۶۰^oF)

         جدول ۱-۵ مشخصات کلی تولید کننده ها به همراه مقدار تولید و محل استقرار واحدهای صنعتی را نشان می دهد. لازم به ذکر است DME صرفاً محصول جانبی این واحدها پس از خالص سازی است

جدول۱-۵: ظرفیت تولید جهانیDME در سال

ظرفیت (Metric ton/year)

نام و محل واحد

Shell/RWE (Germany)

Hamburg DME Co. ,Germany

Arkosue Co. ,Holland

DuPont , West Virginia

Australia (various)

Taiwan (various)

Japan (various)

China (various)

۱۴۳۰۰۰

Total Production

         مطابق با اطلاعات فنی منتشر شده از سوی کمپانی دوپونت[۱۶] ، دی متیل اتر تولید شده از سوی این کمپانی در موارد اشاره شده در جدول۱-۶ به کار برده می شود

جدول۱-۶ :کاربردهای DME اعلام شده از سوی کمپانی Dupont ]32[

میزان سهم از کل فروش

مورد مصرف

۴۸ %

Hair Spray

۶ %

Spray Paints/Venturi Spray

۶ %

Inspect Repellants / Insecticides

۵ %

Adhesives

۳۱ %

Industrial Feedstocks

۴ %

Miscellaneous

         در اکثر این واحدهای صنعتی ذکر شده خلوص محصولات تولیدی بیش از ۹۹% می باشد. با توجه به اینکه امروزه تولید دی متیل اتر در واحدهای کوچک صنعتی می باشد، لذا دارای قیمت بالایی  در مقایسه با سایر منابع انرژی می باشد(در حدود $۳۰۰   به ازای هر پوند DME). به منظور اقتصادی نمودن فرآیندهای تولید دی متیل اتر و رساندن آن به قیمت سایر منابع تامین کننده انرژی (معادل $۰۵۰  به ازای هر پوند DME)، تحقیقات فراوانی در کمپانی های بزرگ نفتی در حال انجام می باشد. طبق پیش بینی کارشناسان صنعتی و با توجه به رشد کاربردهای گاز طبیعی، در چند سال آینده( تا اواخر سال۲۰۱۰ میلادی) شاهد راه ‏اندازی واحدهای تولید DME با مقیاس بالا خواهیم بود ]۳۲[

۱-۲-۱) DME بعنوان پیشرانه در اسپری ها

[۱] – Alexander Wiliamson

[۲] – DiMethylEther

[۳] – ChloroFlouroCarbon

[۴] – Liqified Petroleum Gas

[۵] – Syngas To DME

[۶] – Synthesis Gas or Syngas

[۷] – Methanol

[۸] – Coal Gasification

[۹] – Steam Reforming or AMR

[۱۰] – Auto-Thermal Reforming or ATR

[۱۱] – SMR/O2RT

[۱۲] – Partial Oxidation of Methane or POX

[۱۳] – Gas To Liquid

[۱۴] – DiMethylEther or DME

[۱۵] – Alexander Williamson

[۱۶] – DuPont