خصوصیات فیزیکی متانول در جدول ۱ داده شده است

فشار بخار متانول از تا با معادله زیر داده می شود .

که درآن فشاربرحسب kpa ( معادل ۷.۵mmHg) ودما برحسب درجه کلوین است.

۱-۳- واکنشهای شیمیایی [۱]

متانول معمولا در واکنشهایی شرکت می کند که از نظر شیمیایی در دسته واکنشهای الکلی قرار می گیرند از مواردی که از نظر صنعتی اهمیت ویژه أی دارد هیدروژن زدایی و هیدروژن زدایی اکسایشی متانول و تبدیل به فرم آلدئید برروی کاتالیست نقره یا مولیبدن – آهن و همچنین تبدیل متانول به اسید استیک بر روی کاتالیست کبالت یا روبیدیوم است .

از طرفی دی متیل اتر (DME) از حذف آب متانول توسط کاتالیست اسیدی قابل تولید است. واکنش ایزوبوتیلن با متانول که توسط کاتالیزور اسیدی انجام می شود و منجر به تولید متیل توشیو بوتیل اتر می شود ( که یک افزاینده‌ مهم عدد اکتان بنزین است ) کاربرد فزاینده أی دارد .

تولید متیل استرها با کاتالیزور اسیدی از اسیدهای کربوکسیلیک و متانول انجام می شود که در آن جهت کامل کردن واکنش از استخراجی آزئوتروپی آب استفاده می شود .

متیل هیدروژن سولفات ،‌ متیل نیترات و متیل هالیدها از واکنش متانول با اسیدهای غیر آلی مربوطه تولید می شوند .

مونو- ،‌ دی– و تری- متیل آمین از واکنش مستقیم آمونیاک با متانول به دست می آیند .

۱-۴- تولید صنعتی و فرآیند آن [۱]

اولین و قدیمی ترین روش تولید عمده متانول تقطیر تخریبی چوب بود که از اواسط قرن نوزدهم تا اوایل قرن بیستم به صورت عملی انجام می شد و هم اکنون در ایالات متحده دیگر انجام نمی شود. این روش تولید با توسعه فرآیند سنتز متانول از هیدروژن و اکسیدهای کربن،‌ در دهه ۱۹۲۰ کنار گذاشته شد .

متانول همچنین به عنوان یکی از محصولات اکسیداسیون غیر کاتالیستی هیدروکربنها تولید می شد. تجربه أی که از سال ۱۹۷۳ کنار گذاشته شد .

متانول را همچنین می توان به عنوان یک محصول فرعی فرآیند Fisher-Tropsch به دست آورد تولید مدرن متانول در مقیاس صنعتی منحصراً بر پایه سنتز آن از مخلوط پر فشار هیدروژن ،‌ دی اکسید کربن و منوکسید کربن در حضور کاتالیست فلزی هتروژنی است .

تولید مدرن در مقیاس صنعتی متانول امروزه منحصرا از مخلوط پر فشار گازهای هیدروژن و اکسیدهای کربن بر روی کاتالیت فلزی است.فشار گاز سنتز به اکتیویته کاتالیست مورد استفاده ،‌ بستگی دارد .

طبق توافق حاصل شده،‌ تکنولوژیهایی تولید متانول به صورت زیر دسته بندی شده اند :فرآیندهای فشار پائین (۵-۱۰ Mpa) ،‌ فرآیندهای با فشار میانی (۱۰-۲۵ Mpa) و فرآیندهای فشار بالا (۲۵-۳۵ Mpa).

در ۱۹۲۳ شرکت BASF درآلمان اولین سنتزتجاری متانول را آغازکرد. در این فرآیند از سیستم کاتالیستی اکسید روی–اکسید کرم بهره گرفته شده بود . که این واقعه را آغاز تکنولوژی تولید فشار بالا می توان برشمرد .

در سال۱۹۲۷ در یک تلاش جداگانه تولید فشار بالای متانول در واحدهای متعلق به شرکت های Dupont و Commercial Sovents ‎آغاز شد .

در سال ۱۹۶۵ یک واحد مدرن تولید متانول با ظرفیتی در حدود ۲۲۵-۴۵۰ t/d ،‌ در فشار ۳۵ Mpa به طور خالصی گاز طبیعی به ازاء‌ تولید یک تن متانول مصرف می کرد که برای فشارهای بالاتر از ۲۱ Mpa از کمپرسورهای پیستونی استفاده می شد .

در اواخر دهه ۱۹۶۰ تکنولوژی تولید فشار میانی و فشار پائین متانول با استفاده از کاتالیست با دوام و اکتیو مس – اکسید روی به صورت عملی مورد بهره برداری قرار گرفت .

شرکت ICI Ltd. در انگلستان ،‌ سنتز فشار پائین متانول را در اواخر سال ۱۹۶۶ آغاز کرد که در آن سال یک واحد تولیدی با ظرفیت ۴۰۰ t/d در فشار ۵Mpa فقط از کمپرسورهای سانتریفوژ استفاده می کرد .

در سال ۱۹۷۱ شرکت Lurgi به صورت آزمایشی یک واحد تولیدی فشار پائین با ظرفیت ۱۱ t/d که از کاتالیست مس استفاده می کرد ،‌ احداث نمود .

مزیتهای تکنولوژی های فشار پائین در کاهش توان مصرفی جهت افزایش فشار،‌ عمر طولانی تر کاتالیست ها و ظرفیت تولید بیشتر بود که در کنار آن می توان به ظرفیت single–train بیشتر و اطمینان از عملکرد اشاره کرد ،‌ که با فشار بالا در تناقض هستند.

از سال ۱۹۷۰ به بعد علی رغم برخی استثناء‌ها هرگونه توسعه واحدهای تولید متانول با استفاده تکنولوژی فشار پائین یا میانی بوده است. درسال ۱۹۸۰ ،‌ 55% تولید متانول در ایالات متحده با استفاده از سنتز فشار پائین بوده و ازآن به بعدواحدهای فشار بالا با تکنولوژی فشار پائین اصطلاحاً “revamp” شده اند، یا اینکه به کل تعطیل شدند .

یک واحد معمول تولید فشار پائین – میانی در سال ۱۹۸۰ با ظرفیت ۱۰۰۰-۲۰۰۰t/d در فشاری در حدود ۸-۱۰ Mpa عمل می کند و در یک فرآیند single – train فقط از کمپرسورهای سانتریفیوژ بهره می برد و جهت تولید ۱ تن متانول گاز طبیعی مصرف می کند .

تنها نوآوری جدیدی که در افق دیده می شود ، فرآیند سه فازی شرکت Chem System است . یک مایع بی اثر جهت سیال سازی کاتالیست و خارج کردن حرارت از سیستم به کار گرفته شده است . ادعا شده است که درصد تبدیل بدون “recycle” این فرآیند ازدرصد تبدیل فرآیند دو فازی معمولی بالاتر است .

[۶]امروزه سه نوع فرآیند به طور عمده در جهان جهت کید متانول مورد استفاده قرار می گیرند که عبارتند از :ICI ، Lurgi ، Mitsubishi

که تفاوت اصلی آنها در طراحی رآکتور ونحوه خارج کردن حرارت از آن است که در شکل زیر مشاهده می شود :

رآکتور طراحی ICI از تعدادی بسترهای کاتالیست ثابت آدیاباتیک تشکیل شده واز گاز سرد خوراک جهت خنک کردن واکنشگرهای بین بسترها استفاده می شود .این باعث ایجاد جهشهایی در پروفیل دمای رآکتور می شود که در شکل دیده می شود .رآکتورهای طراحی شرکت های Lurgi و Mitsubishi پروفیل دمای افقی تری دارند که تقریبا رآکتور را Isothermal می توان فرض کرد که این در اثر تولید مقدار قابل توجهی بخار فشار بالا خواهد بود .غیرفعال شدن کاتالیست در رآکتورهای همدما کندتر خواهد بود.

۱-۵-ماده خام [۱]

خوراک معمول جهت تولید گاز سنتز مورد نیاز برای تولید متانول گاز طبیعی و باقیمانده های نفتی است . از دیگر خوراک های مناسب می توان به نفتا و ذغال سنگ اشاره کرد .

گاز طبیعی ،‌ باقیمانده های نفتی و نفتا در مجموع ۹۰% ظرفیت جهانی تولید متانول را تأمین می کنند باقیمانده مربوط به گازهای زائد از فرآیندهای متفرقه است ( off-gas ) .

۱-۵-۱-گاز طبیعی [۱]

خوراک گاز طبیعی ۷۵% تولید متانول در ایالات متحده و ۷۰% تولید جهانی متانول را به خود اختصاص می دهد طرح شماتیکی از مراحل تولید متانول در شکل ۱ نشان داده شده است .

درفرآیند مدرن تولید متانول ازگاز طبیعی ،‌ گازطبیعی که قسمت اصلی آن را متان تشکیل می دهد سولفورزدایی می شود (حداکثر مقدار سولفور کمتر از ۰.۲۵ ppm ) و با بخار مخلوط می شود و تا دمای پیشگرم می شود . مخلوط به reformer فرستاده می شود و در آنجا در لوله های حاوی کاتالیست غنی شده از نیکل که از بیرون با شعله Burner ها در تماسند، جریان می یابد .

واکنشهای زیر رخ می دهد :‌

که شرایط تعادل باید در دمای و فشار ۰.۷-۱.۷ Mpa در نظر گرفته شود.واکنش کلی بسیار گرماگیر است و به مقادیر زیادی سوخت جهت مشعل ها نیاز است .

گرمایی که ازreformer توسط گاز سوخت شده و گاز سنتز تولید شده خارج می شود ،‌ جهت تولید بخار با فشار ۴-۱۰ Mpa (بخار HHPS) استفاده می شود که به نوبه خود در تأمین نیروی محرکه (توربینها) و بار حرارتی برجها ،‌ کاربرد دارد . که در کاهش مصرف انرژی کلی فرآیند نقش قابل توجهی دارد .

گاز سنتزی که در Steam reformer از گاز طبیعی به دست می آید نسبت به استوکیومتری واکنش تولید متانول ،‌ مقدار بیشتری هیدروژن دارد . استوکیومتری واکنش سنتزمتانول خوراکی با نسبت در حدود ۱.۰۵ دارد در حالی که در مخلوط تولیدی از Steam reformer ،‌ این نسبت (اگر به مخلوط اضافه شود ) در حدود ۱.۴ است. در کاتالیست فرآیند فشار پائین ،‌ این مقدار اضافی هیدروژن ، موجود بهبود عملکرد کاتالیست می شود .

به این جهت هزینه های converter پائین می آید در حالی که در فرآیندهای فشار بالا باید هیدروژن از مخلوط جدا شود که خود مستلزم هزینه و عملیات خاص است . هیدروژن اضافی پس از مرحله سنتز به عنوان سوخت در reformer مورد استفاده قرار می گیرد . بنابراین راندمان کلی انرژی در سطح بالایی نگه داشته می شود که موجب اقتصادی بودن فرآیند خواهد شد .

در طراحی واحد تولید متانول از گاز طبیعی در فشار پائین می توان اضافه کردن را به مخلوط حاصل از reforming ،‌ را در نظر گرفت . که مزیت آن در استفاده از هیدروژن اضافی جهت کاهش مصرف گاز طبیعی به ازاء‌ تولید هر تن متانول متانول است . با توجه به اینکه ماده گرانقیمتی نیست .

اضافه کردن مقدار کافی از باعث بهبود سنتز از نظر استوکیومتری می شود مانند آنچه در مورد خوراک نفتا وجود دارد .بازیافت از گاز سوخته شده در reformer اقتصادی گزارش نشده است .

۱-۵-۲-باقیمانده های نفتی [۱]

تولید متانول از باقیمانده های نفتی در حدود ۱۵% کل تولید جهانی متانول را تشکیل می دهد نفت سنگین در یک رآکتور اکسیداسیون جزئی (POX) به گاز سنتز تبدیل می شود .

طرح شماتیک ساده أی از مراحل فرآیند در شکل ۲ آورده شده است

باقیمانده های نفتی به رآکتور (POX) فرستاده می شوند که در آنجا در یک vessel مقاوم در برابر حرارت به صورت آدیاباتیک و بدون کاتالیست همراه با گاز اکسیژن فشرده شده به مخلوطی از اکسیدهای کربن و هیدروژن تبدیل می شود واکنش اکسیداسیون جزئی زیر که با مصرف اکسیژن همراه است انجام شود .

این واکنش گرمازا است و انرژی کافی جهت reforming باقیمانده‌ خوراک را تحت واکنشهای قبل تأمین می کند همانند واکنشهای فرآیند گاز طبیعی غلظت با توجه به تعادل واکنشهای مذکور در شرایط دمایی و فشار ۴-۸ Mpa تعیین می شود. مصرف اکسیژن به میزان پیشگرم کردن خوراک، ترکیبات آن ودمای درنظرگرفته شده بستگی دارد.گرمای هدررفته ازمحصول در یک ریبویلر مخصوص ،‌ بازیافت می شود .

ذرات کربن (soot) ،‌ گوگرد ( سولفید هیدروژن و سولفید کربنیل ) و فلزات سنگین جدا می شوند . جهت دستیابی به نسبت هیدروژن به کربن بهتر مقداری از به تبدیل و جدا می شود. فرآیند در کل از فرآیند تولید متانول از گاز طبیعی پیچیده تر است با وجود این (POX) ،‌امکان استفاده از خوراکهای متنوعی از گاز طبیعی گرفته تا باقیمانده های ترش نفتی را ایجاد می کند . معمولا اکسیداسیون جزئی در فشاری صورت می گیرد که جهت ورود به مرحله سنتز کافی است و این خود باعث حذف مرحله فشرده سازی گاز سنتز می شود .

۱-۵-۳-نفتا [۱]

نفتا در حدود بیش از ۵% تولید جهانی متانول را به خود اختصاص می دهد (در ۱۹۸۰) ولی در ایالات متحده از آن جهت تولید متانول استفاده نمی شود .

مراحل فرآیند تولید متانول از نفتا تقریبا شبیه تولید آن از گاز طبیعی است (شکل ۱) با این تفاوت که نفتا به یک مرحله جهت تبخیر شدن قبل از مرحله سولفور زدایی احتیاج دارد .سولفور زدایی نفتا کمی پیچیده تر از آن چیزی باشد که جهت گاز طبیعی نیاز است . گاز سنتزی که از نفتا تولید شود نسبت استوکیومتری بهینه أی جهت سنتز متانول دارد .

۱-۵-۴-ذغال سنگ [۱]

تولید متان ازذغال سنگ کمتراز۲% تولید جهانی برآوردمی شود (در سال ۱۹۸۰) هیچ واحد تولید متانول از زغال سنگ در ایالات متحده وجود ندارد .با این وجود تولید متانول از ذغال سنگ توجه جدی را در ایالات متحده برانگیخته زیرا منابع نفتی و گاز طبیعی رو به نقصان دارند و کارتلهای نفتی خارجی گهگاه بازار انرژی را متأثر می کنند .