تولید حلال‌های جدید برای صنایع نفت، گاز و پتروشیمی در دانشگاه امیرکبیر

به گزارش روز دوشنبه ایرنا از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، حامد صداقت زادگان اصفهانی دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد مهندسی شیمی گرایش فرآیند های جداسازی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و مجری طرح «استفاده از حلال های اتکتیک عمیق به عنوان شکننده آزئوتروپ برای جداسازی مخلوط های آروماتیک – آلیفاتیک» گفت: هیدروکربن های آروماتیک به عنوان ماده اولیه مورد استفاده در صنایع نفت و پتروشیمی بسیار با ارزش هستند.

وی افزود: بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن (به اختصار BTX ها) مهمترین مواد آروماتیکی هستند که به عنوان ماده خام اولیه برای تولید بسیاری از مواد و محصولات پتروشیمی از جمله استایرن، آنیلین، فنل، مواد روان کننده، شوینده ها، مواد دارویی و پاک کننده ها مورد استفاده قرار می گیرند.

این دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد مهندسی شیمی گرایش فرآیندهای جداسازی دانشگاه صنعتی امیرکبیر با تاکید بر اینکه استخراج آروماتیک ها از محصولات پالایش مانند نفتا، نفت سفید و سوخت جت از لحاظ اقتصادی در صنعت پالایش نفت بسیار حائز اهمیت است، خاطر نشان کرد: از طرفی جداسازی هیدروکربن های آروماتیک (بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن) از مخلوط هیدروکربن های آلیفاتیک به علت دارا بودن نقاط جوش نزدیک به هم و تشکیل آزئوتروپ ترکیبات آن ها به یکی از بزرگترین چالش های صنعت نفت تبدیل شده است.

صداقت زادگان گفت: زمانی که در مخلوط هیدروکربنی مواد و اجزا تشکیل دهنده دارای نقطه جوش نزدیک به هم باشند، به اصطلاح گفته می شود مخلوط داری نقطه آزئوتروپ است. در مخلوط های دارای آزئوتوپ امکان جداسازی به وسیله برج های تقطیر امکان پذیر نخواهد بود و بایداز روش های جایگزین نظیر جداسازی مایع-مایع استفاده کرد.

وی ادامه داد: جداسازی و خالص سازی مواد و محصولات در قسمت های مختلف صنایع نفت و گاز و پتروشیمی نقش مهمی ایفا کند و روش‌های مختلفی برای جداسازی، مانند تقطیر جزء به جزء، استخراج با حلال، استخراج با حلال فوق بحرانی و نظایر آن وجود دارد.

فارغ التحصیل دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: استخراج مایع- مایع یکی از روشهای معمول و مطلوب جداسازی برای جداسازی ترکیبات آزئوتروپ دار در صنایع نفت و پتروشیمی است که موجب صرفه جویی بسیار زیادی در انرژی و منابع مالی نسبت به فرایندهای مرسوم نظیر تقطیر می شود

وی توضیح داد: در این فرآیند جداسازی عامل استخراج باید برای ماده مورد نظر (جز استخراج شونده) نسبت به سایر اجزای موجود در مخلوط حلالیت بیشتری داشته باشد. بنابراین، تعیین یک عامل استخراج مناسب، کلیدی برای یک فرآیند جداسازی ۱۰۰درصدی و کامل خواهد بود.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر افزود: در صنعت حلال های مختلفی برای جداسازی آروماتیک ها مانند سولفولان، نرمال فرمیل مورفولین، نرمال متیل ایمیدازول یا نرمال اتیل ایمیدازول، گلایکول ها یا ترکیب این حلال ها برای افزایش ظرفیت آن ها مورد استفاده قرار می گیرد.

وی خاطرنشان کرد: علاوه بر این که سمی بودن و آتش گیر بودن این حلال ها از جمله معایب اصلی آنها به حساب می آید، فراریت بسیار بالای این مواد شیمیایی باعث تبخیر سریع آنها به جو می شود که از دیدگاه زیست محیطی بسیار نامطلوب است.

این محقق درباره مشکل دیگر جداسازی ها گفت: از طرف دیگر، کاربرد این حلال های آلی شامل یک مرحله تقطیر اضافی برای جداسازی حلال از دو فاز غنی و فقیر از حلال است و خالص سازی حلال متعاقباً به تجهیزات اضافی و مصرف انرژی بالاتری نیاز خواهد داشت.

صداقت زادگان عنوان کرد: فورفورال و سولفولان رایج ترین حلال های مورد استفاده در جداسازی هستند که با توجه به ماهیت ساختاری و بالا بودن فشار بخار آنها در دمای محیط بسیار سمی و فرار بوده و باعث بروز مشکلات زیست محیطی فراوانی خواهند شد.

این محقق یادآور شد: در فرآیندهای استخراج با حلال های آلی به دلیل وجود حلالیت نسبی نسبت به هر دو جز باعث می شود که در مرحله بازیابی حلال تعداد مراحل بیشتری نیز باشد که این خود نیازمند به تامین تجهیزات فرآیندی بیشتر و به طبع آن بالا رفتن هزینه های اولیه و نگهداری خواهد بود.

وی افزود: باتوجه به مشکلات و مخاطرات حلال‌های آلی رایج در صنعت برای سلامت پرسنل و محیط زیست وجود حلالی با ویژگی‌هایی نظیر فشار بخار ناچیز در اکثر شرایط عملیاتی، امکان بازیابی آسان، دارای توجیه اقتصادی هزینه‌های فرآیندی، دارای حلالیت بالای نسبت به هیدروکربن‌های آروماتیک و عدم حلالیت یا حلالیت بسیار ناچیز هیدروکربن‌های آلیفاتیک، بالا بودن فاکتور انتخاب‌پذیری و ضریب توزیع پذیری، انتقال جرم سریع از فاز خوراک و ایجاد دو فاز با دانسیته متفاوت بهترین گزینه برای جایگزینی با حلال‌های آلی رایج است.

صداقت زادگان، هدف از انجام این پژوهش را دستیابی به ساخت حلال جدید به عنوان جایگزینی برای حلال های آلی خطرناک رایج در صنعت  و سپس استفاده از آن برای جداسازی مواد آروماتیک آلیفاتیک بیان کرد. 

وی درباره طرح خود اظهار داشت: در این پژوهش نوع جدیدی از حلال‌ها سنتز و تحت عنوان حلال های اتکتیک عمیق نام گذاری شد. این نوع جدید حلال از دو قسمت دهنده پیوند هیدورژنی و دیگری گیرنده پیوند هیدروژنی تشکیل شده اند که می توانند مخلوطی از دو یا چند ماده گوناگون با حالت‌های مایع و جامد مانند انواع قندها، کولین کلراید، اوره، اتیلن گلایکول و غیره که با نسبت های مولی متفاوت مخلوط می شوند، باشند.

محقق دانشگاه امیرکبیر تاکید کرد: حلال های اتکتیک عمیق با توجه به خواصی که از خود در شرایط فرآیندی نشان داده اند نظیر فشار بخار بسیار عمیق به موجب آن فراریت بسیار ناچیز، سنتز با مواد خوراکی، عدم سمی و عدم آتش گیر بودن، نگهداری بسیار آسان بدون نیاز به رعایت پروتکل های شدید ایمنی، حلالیت بسیار بالای هیروکربن های آروماتیک، انتخاب پذیری و ضریب توزیع پذیری بالا، ایجاد دو فاز با دانسیته متفاوت به عنوان جایگزین های مناسب حلال های آلی خطرناک در فرآیندهای جداسازی و خالص سازی استفاده شوند.

وی درخصوص نتایج این پروژه گفت: پروژه ای که انجام شد در صنایع نفت گاز و پتروشیمی کارایی دارد، طبق مطالعات انجام شده مشخص شد این حلال برای زمینه های بالادستی صنعت نفت، محیط زیست یعنی حذف کربن دی اکسید، صنایع پوششی، الکترونیک قابل استفاده است.

صداقت زادگان درباره ویژگی های طرح گفت: تولید حلالی از مواد طبیعی و خوراکی که برخلاف حلال های آلی رایج و مایعات یونی بسیار ارزانتز و بدلیل نداشتن پارامتر هایی نظیر فراریت بالا، سمی، آتشگیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.

این محقق افزود: این محلول دارای حلالیت بالایی نسبت به هیدروکربن های آروماتیک و عدم حلالیت یا حلالیت بسیار ناچیز نسبت به هیدروکربن های آلیفاتیک که باعث کم شدن مراحل بازیابی حلال و به سبب آن کم شدن هزینه های فرآیندی می شود.

وی درخصوص مزیت های رقابتی طرح گفت: سنتز حلال با صرف هزینه بسیارکم، کاهش هزینه های فرآیندی نسبت به حلال های آلی بدیلیل کاهش مراحل بازیابی حلال و دستیابی به ترکیب درصدهای با خلوص بالاتر در تعداد مراحل کمتر، حذف مشکلات زیست محیطی حلال های آلی، کاهش بخشی از هزینه های سنگین رعایت پروتکل های ایمنی در واحد های صنعتی به دلیل ماهیت ساختاری حلال ها از مزایای این طرح است.

این محقق تصریح کرد: نتایح این پروژه در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، محیط زیست، پلیمر و الکترونیک کاربرد دارد.

دکتر غلامرضا پازوکی و دکتر علی خوش سیما اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دانشگاه حکیم سبزواری از اساتید راهنمای این پروژه بوده اند.