مقاله در مورد سنتز متانول به وسیله رفرمینگ بخار آب و تبدیل آن به الفین به روش MTO

به نام خدا
دانشگاه آزاد اسلامی
واحد قوچان
پروژه جهت اخذ درجه کارشناسی مهندسی شیمی
سنتز متانول به وسیله رفرمینگ بخار آب
و تبدیل آن به الفین به روش MTO
استاد راهنما :
دکتر خدنگی
دانشجو :
مهدیه خطیبان
شماره دانشجویی :
82429168
زمستان 87
تقدیر و تشکر :
من ستایشگر آن معلمی هستم
که اندیشیدن را به من آموخته نه اندیشه را .
سپاس و ستایش پروردگار یکتا که چرا توفیق را فرا راهم گذاشت تا این آزمون از زندگی
علمی خویش را به سربلندی پشت سرگذاشته و به من توفیق کسب مدارج علمی را داد .
بر خود لازم می دانم که از تمامی اساتید و پرسنل دانشگاه که به نحوی حق تعلیم و تربیت برگردنم دارند تشکر و سپاسگزاری نماییم .
بخصوص از استاد ارجمند جناب آقای دکتر خدنگی
استادی که دانش را به زیور دوستی و محبت آراسته اند و یاد روز های تکرار نشدنی و ارزشمند و پرخاطره با ایشان تا پایان زندگی برایمان خاطره انگیز است .
تقدیم به:
پدر و مادر عزیزم که همواره دعای خیر آن ها پشتوانۀ من بوده است، و همسرم که با صبر و تحمل مشکلات زندگی، مرا در راه تحصیل و تحقیق، یار و یاور بوده است
از کلیه کسانی که در این پروژه مرا یاری کردند ، مخصوصاً جناب آقای مصطفی رحمانی مسئول کافی نت و از تلاش های جناب آقای مهندس حامد پاک روح و تمام کسانی که مرا علم آموختند، تشکر و قدردانی می نمایم .
فهرست مطالب
فصل اول :
متانول و
چگونگی تبدیل آن به الفین
متـانـول
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
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.
خواص فیزیکی
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

فایل : 40 صفحه

فرمت : Word