تولید نسل جدید حلال‌های کاربردی در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

حامد صداقت زادگان اصفهانی، دانش آموخته مقطع کارشناسی ارشد مهندسی شیمی گرایش فرآیندهای 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، شویندهها، مواد دارویی و پاک کنندهها مورد استفاده قرار میگیرند.

صداقت زادگان اصفهانی با تاکید بر اینکه استخراج آروماتیکها 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 هیدروکربنهای آروماتیک (بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن) از مخلوط هیدروکربنهای آلیفاتیک به علت دارا بودن نقاط جوش نزدیک به هم و تشکیل آزئوتروپ ترکیبات آنها به یکی از بزرگترین چالشهای صنعت نفت تبدیل شده است.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: زمانی که در مخلوط هیدروکربنی مواد و اجزای تشکیل دهنده دارای نقطه جوش نزدیک بهم باشند، اصطلاحا گفته میشود که مخلوط دارای نقطه آزئوتروپ است؛ در مخلوط های دارای آزئوتوپ امکان جداسازی به وسیله برجهای تقطیر امکان پذیر نخواهد بود و میبایست از روشهای جایگزین نظیر جداسازی مایع-مایع استفاده کرد.

وی ادامه داد: جداسازی و خالص سازی مواد و محصولات در قسمتهای مختلف صنایع نفت و گاز و پتروشیمی نقش مهمی ایفا میکند که 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 میشود.

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

صداقت زادگان اصفهانی ادامه داد: در صنعت حلالهای مختلفی برای جداسازی آروماتیکها مانند سولفولان، نرمال فرمیل مورفولین، نرمال متیل ایمیدازول یا نرمال اتیل ایمیدازول، گلایکولها یا ترکیب این حلالها برای افزایش ظرفیت آنها مورد استفاده قرار میگیرد. علاوه بر این که سمی بودن و آتشگیر بودن این حلالها از جمله معایب اصلی آنها به حساب میآید، فراریت بسیار بالای این مواد شیمیایی باعث تبخیر سریع آنها به جو میشود که از دیدگاه زیست محیطی بسیار نامطلوب است.

وی با اشاره به مشکل دیگر جداسازیها گفت: از طرف دیگر، کاربرد این حلالهای آلی شامل یک مرحله تقطیر اضافی برای جداسازی حلال از دو فاز غنی و فقیر از حلال است و خالصسازی حلال متعاقباً به تجهیزات اضافی و مصرف انرژی بالاتری نیاز خواهد داشت.

صداقت زادگان اصفهانی خاطر نشان کرد: فورفورال و سولفولان رایج ترین حلالهای 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.

وی با بیان اینکه در فرآیندهای استخراج با حلالهای آلی به دلیل وجود حلالیت نسبی نسبت به هر دو جز باعث میشود 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 هزینههای اولیه و نگهداری خواهد بود، گفت: باتوجه به مشکلات و مخاطرات حلالهای آلی رایج در صنعت برای سلامت پرسنل و محیط زیست وجود حلالی با ویژگیهایی نظیر فشار بخار ناچیزی در اکثر شرایط عملیاتی، امکان بازیابی آسان، دارای توجیه اقتصادی هزینههای فرآیندی، دارای حلالیت بالا نسبت به هیدروکربنهای آروماتیک و عدم حلالیت یا حلالیت بسیار ناچیز هیدروکربنهای آلیفاتیک، بالا بودن فاکتور انتخابپذیری و ضریب توزیعپذیری، انتقال جرم سریع از فاز خوراک و ایجاد دو فاز با دانسیته متفاوت بهترین گزینه برای جایگزینی با حلالهای آلی رایج است.

به گفته وی، هدف از انجام این پژوهش دستیابی به ساخت حلال جدید به عنوان جایگزینی برای حلالهای آلی خطرناک رایج در صنعت و سپس استفاده از آن برای جداسازی مواد آروماتیک آلیفاتیک بوده است.

وی با اشاره به طرح خود در دانشگاه صنعتی امیرکبیر گفت: در این پژوهش نوع جدیدی از حلالها سنتز شده است و تحت عنوان حلالهای اتکتیک عمیق نامگذاری شدهاند. این نوع جدید حلال از دو قسمت دهنده پیوند هیدورژنی و دیگری گیرنده پیوند هیرروژنی تشکیل شده اند که میتوانند مخلوطی از دو یا چند ماده گوناگون با حالتهای مایع و جامد مانند انواع قندها، کولین کلراید، اوره، اتیلن گلایکول و غیره که با نسبتهای مولی متفاوت مخلوط میشوند.

وی تاکید کرد:حلالهای اتکتیک عمیق با توجه به خواصی که از خود در شرایط فرآیندی نشان دادهاند، نظیر فشار بخار بسیار عمیق به موجب آن فراریت بسیار ناچیز، سنتز با مواد خوراکی، عدم سمی و عدم آتشگیر بودن، نگهداری بسیار آسان بدون نیاز به رعایت پروتکلهای شدید ایمنی، حلالیت بسیار بالای هیروکربنهای آروماتیک، انتخابپذیری و ضریب توزیعپذیری بالا، ایجاد دو فاز با دانسیته متفاوت به عنوان جایگزینهای مناسب حلالهای آلی خطرناک در فرآیندهای جداسازی و خالصسازی استفاده شوند.

محقق طرح با اشاره به نتایج این پروژه گفت: پروژه ای که انجام شد، در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی کارایی دارد، طبق مطالعات انجام شده مشخص شده است که این حلال برای زمینههای بالادستی صنعت نفت، محیط زیست یعنی حذف کربندیاکسید، صنایع پوششی و الکترونیک قابل استفاده است.

صداقت زادگان با اشاره به ویژگیهای طرح گفت: تولید حلالی از مواد طبیعی و خوراکی که برخلاف حلالهای آلی رایج و مایعات یونی بسیار ارزانتر و به دلیل نداشتن پارامترهایی نظیر فراریت بالا، سمی و آتشگیر بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند.

به گفته این محقق، این محلول دارای حلالیت بالایی نسبت به هیدروکربنهای آروماتیک و عدم حلالیت یا حلالیت بسیار ناچیز نسبت به هیدروکربنهای آلیفاتیک است که باعث کم شدن مراحل بازیابی حلال و به سبب آن کم شدن هزینههای فرآیندی میشود.

وی با اشاره به مزیتهای رقابتی طرح گفت: سنتز حلال با صرف هزینه بسیارکم، کاهش هزینههای فرآیندی نسبت به حلالهای آلی به دلیل کاهش مراحل بازیابی حلال و دستیابی به ترکیب درصدهای با خلوص بالاتر در تعداد مراحل کمتر، حذف مشکلات زیست محیطی حلالهای آلی، کاهش بخشی از هزینههای سنگین رعایت پروتکلهای ایمنی در واحدهای صنعتی به دلیل ماهیت ساختاری حلالها از جمله مزایای این طرح به شمار میروند.

به گفته صداقت زادگان اصفهانی نتایح این پروژه در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی، محیط زیست، پلیمر و الکترونیک کاربرد دارد.

به نقل از روابط عمومی دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 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. همچنین نتایج این پژوهش در ژورنالهای علمی Molecular liquids journal ،Journal of Separation Science and Engineering منتشر شده است.