Thread Content
โพสต์นี้ถูกแก้ไขครั้งสุดท้ายโดย ฉันเป็นคนดี ในวันที่ 14 สิงหาคม 2016 เวลา 16:39 ในการนำส่วนประกอบของน้ำมันคาร์บอนห้ามาใช้ประโยชน์อย่างครบถ้วนนั้น สารที่มีคุณค่ามากที่สุดคือไอโซพิวเทน ไมโทพิวเทน และไดไซโคลพิวเทน โดยสามสารนี้รวมกันแล้วคิดเป็น 40%-55% ของน้ำมันคาร์บอนห้าที่ผ่านการแยกส่วนประกอบ โดยไอโซพิวเทนเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์หลัก โดยมีปริมาณอยู่ที่ 15%-25% ของน้ำมันคาร์บอนห้า ไอโซพิวเทนมีการนำไปใช้ในการผลิตยางไอโซพรีน ยางบิวทิล และเทอร์โมพลาสติกเอลาสโตเมอร์ชนิด SIS รวมถึงยังใช้เป็นสารกึ่งกลางในการผลิตยาและสารกำจัดศัตรูพืช ตลอดจนเป็นส่วนประกอบในการผลิตสารเติมแต่งน้ำมันหล่อลื่น สารเร่งปฏิกิริยาในการทำให้ยางแข็งตัว และสารเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ ดังนั้น จึงมีแนวโน้มในการนำสารเหล่านี้มาใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางในอนาคต 2 คุณสมบัติของไอโซพิวเทน ไอโซพิวเทน (2-methylbutadiene) มีชื่ออีกชื่อหนึ่งว่า 2-มิทไธล์-1,3-บิวทาไดอีน มีสูตรโมเลกุลคือ C5H8 และมีน้ำหนักโมเลกุลอยู่ที่ 68.12 ไอโซพิแอนดรีนในอุณหภูมิห้องเป็นของเหลวชนิดน้ำมันที่ไม่มีสี สามารถระเหยได้ง่าย มีกลิ่นฉุน ไม่ละลายในน้ำ แต่ละลายได้ดีในเอทานอล เอทเทอร์ และโพรพานอล สามารถก่อให้เกิดส่วนผสมที่ระเบิดได้เมื่ออยู่ร่วมกับอากาศ โดยมีค่าขีดจำกัดการระเบิดมากกว่า 1.6% ไอโซพิแอนดรีนมีคุณสมบัติทางเคมีที่ค่อนข้างรุนแรง เนื่องจากมีพันธะคู่แบบคอนจูเกต ทำให้สามารถเกิดปฏิกิริยาการประสานตัวได้อย่างง่ายดาย และสามารถทำปฏิกิริยากับสารต่างๆ เพื่อสร้างสารประกอบใหม่ได้ 3 วิธีการผลิตไอโซพิแอนดรีน ไอโซพิแอนดรีนเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่มีการนำไปใช้มากที่สุดและมีปริมาณมากที่สุดในกลุ่ม C5 โดยปกติแล้วจะได้มาจากการสกัดส่วนผสมของ C5 ที่ได้จากการแยกไฮโดรคาร์บอนของเหลวชนิดหนัก วิธีการผลิตหลักๆ มี 3 วิธี ได้แก่ วิธีสังเคราะห์ วิธีการกำจัดไฮโดรเจน และวิธีการสกัด ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในรูปที่ 1 3.1 วิธีการสังเคราะห์ (1) วิธีการใช้อัลดีไฮด์: สังเคราะห์ขึ้นจากไอโซบิวทีนและฟอร์มาลดีไฮด์ โดยแบ่งออกเป็นวิธีการสังเคราะห์แบบหนึ่งขั้นตอน และวิธีการสังเคราะห์แบบสองขั้ วิธีการสังเคราะห์แบบขั้นเดียว โดยใช้อิสอิโบเลนและฟอร์มาลดีไฮด์ในการสังเคราะห์กันผ่านกระบวนการเร่งปฏิกิริยาในสถานะก๊าซ วิธีการสองขั้นตอนด้วยไดอีเน่และฟอร์มาลดีไฮด์ โดยในสภาพที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดกรด ไอโซไดอีเน่จะทำปฏิกิริยากับฟอร์มาลดีไฮด์ตามปฏิกิริยา Prins เพื่อสร้างสาร 4,4-ไดเมทิล-1,3-ไดออกซาไฮกซาน (DMD) ในขั้นตอนที่สอง DMD จะแตกตัวออกเป็นไอโซพิวเทน ฟอร์มาลดีไฮด์ และน้ำ กฎหมายนี้ถูกพัฒนาขึ้นโดยประเทศญี่ปุ่น และมีการนำไปใช้ในอุตสาหกรรมจริง ส่วนประเทศรัสเซียก็นำกฎหมายนี้ไปใช้เช่นกัน ข้อเสียของวิธีนี้คือ มีกระบวนการที่ยาวนาน มีต้นทุนสูง ได้ผลผลิตน้อย และมีความสามารถในการเลือกได้ไม่ดี ②วิธีการใช้ไอโซบิวทีนกับฟอร์มาลดีไฮด์แบบขั้นเดียว มีขั้นตอนการทำงานที่ยาวนาน และมีผลพลอยได้ที่ซับซ้อน การสังเคราะห์ไอโซพิวเทนจากไอโซบิวเทนและฟอร์มาลดีไฮด์ในขั้นตอนเดียวนั้นเป็นวิธีที่น่าสนใจมาก ประเทศญี่ปุ่นและสหภาพโซเวียตได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเรื่องนี้อย่างมากมาย กฎหมายดังกล่าวเคยได้รับการแนะนำในฐานะเทคโนโลยีของรัสเซีย ในการประชุมแลกเปลี่ยนเทคโนโลยีระหว่างจีนกับรัสเซีย (2) วิธีเดียวกันกับข้อ (1): บริษัท Anicschi ในประเทศอิตาลีใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์ไดอะซีน จากนั้นนำไดอะซีนมาผสมกับสารอื่นเพื่อสังเคราะห์เมทิลบิวทานอล และจากนั้นก็นำเมทิลบิวทานอลมาทำการกำจัดน้ำออก เพื่อได้ไอโซพิวเทนิลีน ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในสามขั้นตอน วัสดุที่ใช้ตามวิธีนี้ไม่กัดกร่อน และมีอัตราการได้ผลผลิตที่สูง แต่เนื่องจากราคาวัตถุดิบสูง และอะซีทิลีนที่ใช้มีความอันตรายสูง จึงโดยทั่วไปแล้วไม่นิยมนำมาใช้กัน (3) วิธีการแยกสารจากน้ำมันตะไคร่น้ำมัน: ในประเทศของเรามีหน่วยงานที่ทำการทดลอง แต่ยังไม่มีรายงานผลการทดลองใดๆ เลย บริษัท กูดไซ ของสหรัฐอเมริกาเคยใช้วิธีการผลิตโพลิเมอร์จากอะคริลิก แต่ปัจจุบันได้หยุดการผลิตไปแล้ว 3.2 วิธีการดีไฮโดรจีเนชัน ใช้ไอโซเพนตานหรือไอโซเพนเอนเป็นวัตถุดิบในการดีไฮโดรจีเนชัน เพื่อผลิตไอโซพ�น บริษัทกูตริชของสหรัฐอเมริกา บริษัทซีเออร์ยูของเนเธอร์แลนด์ และรัสเซีย ต่างก็มีการผลิตสินค้านี้เช่นกัน กระบวนการแปลงไอโซพิวเทนให้กลายเป็นไอโซพิวเรนมีดังนี้: การผลิตไอโซพิวเรนในรูปแบบดิบนั้นประกอบด้วย 3 ขั้นตอน ได้แก่ การกำจัดไฮโดรเจน การดูดซับ และการกลั่น. เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ระดับโพลิเมอร์ ไอโซพิวเทนดิเบนซีนในรูปแบบดิบจำเป็นต้องถูกทำให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีการสกัดด้วย ขั้นตอนดูได้ในรูปที่ 5 และ 6 3.3 วิธีการสกัด สารที่ใช้ในการสกัดได้แก่ อะซิโตน, ไดเมทิลอะมิด, N-มีทิลไพรโรลามีน และ N-ฟอร์มิลโมรีน เป็นต้น ประเทศต่างๆ เช่น ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา เนเธอร์แลนด์ และเยอรมนี ต่างก็ใช้สารสกัดที่แตกต่างกันไป การผลิตไอโซพิวเทนด้วยอะซิโตนนั้น มีข้อดีคือสามารถหาวัตถุดิบได้ง่าย ราคาถูก ไม่กัดกร่อนเหล็กคาร์บอนเลย มีความหนืดต่ำ จุดเดือดไม่สูง และกระบวนการผลิตก็สั้น ดังนั้นในอุตสาหกรรมจึงนิยมใช้วิธีการผลิตด้วยอะซิโตนเป็นหลัก อิสโพรพีนที่ได้จากวิธีนี้มีความบริสุทธิ์สูงถึง 98% และมีอัตราการได้ผลิตภัณฑ์มากกว่า 90% นอกจากนี้ยังมีการใช้ไดเมทิลฟอร์มามีด ซึ่งมีการใช้พลังงานต่ำ ความบริสุทธิ์ของไอโซพิแอนดรีนอยู่ที่ 99.5% และมีอัตราการได้ผลิตภัณฑ์สูงถึง 95% สิ่งที่ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษคือกระบวนการสกัด ARCO กระบวนการนี้เป็นกระบวนการสกัดแบบทั่วไป ซึ่งได้รับการนำมาใช้ในอุตสาหกรรมแล้ว พร้อมทั้งได้รับใบอนุญาตด้วย กระบวนการนี้เริ่มต้นจากส่วนผสม C5 ที่ได้จากโรงงานผลิตอัลคีน โดยประกอบด้วย 4 ขั้นตอน ได้แก่ การกำจัดไซคลอเพนเทน การกลั่นด้วยการสกัด การฟื้นฟูตัวทำละลาย และการกลั่นเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพ แผนภาพขั้นตอนที่ถูกย่อลงของกระบวนการนี้ ดูได้ในรูปที่ 7 (1) วิธี DMF: หรือที่เรียกอีกอย่างว่าวิธี GPI เป็นวิธีที่ถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรกโดยบริษัทสุมิโตโม ในประเทศญี่ปุ่น ขั้นตอนการผลิตหลักคือ การนำวัตถุดิบ C5 ที่ได้จากการแยกน้ำมันนอร์มัลเอาต์มาผสมกับตัวทำละลายในหอคอนเดนเซอร์ เพื่อให้เกิดการปฏิสัมพันธ์กันอย่างเต็มที่ จากนั้นเพนเทนและเพนเทนอัลเคนจะระเหยออกมาจากด้านบนของหอคอนเดนเซอร์ ส่วนไดอีนและตัวทำละลายจะเข้าสู่หอดีไซส์เซชัน ไดอีนที่ระเหยออกมาจากด้านบนของหอดีไซส์เซชันจะถูกส่งไปยังหอกลั่น ส่วน 1,3-ไพรีนและไซโคลเพนเทนไดอีนจะถูกแยกออกมาจากด้านล่างของหอกลั่น ส่วนไอโซพรีนที่ได้จากด้านบนของหอกลั่นจะถูกส่งไปยังหอสกัดครั้งที่สอง หอดีไซส์เซชันครั้งที่สอง และหอกลั่นครั้งที่สอง ในที่สุดก็จะได้ผลิตภัณฑ์ไอโซพรีนที่มีความบริสุทธิ์ 99.5% สำหรับการนำไปใช้ในการผลิตพลาสติก ตัวทำละลายที่ใช้ในวิธีนี้มีความสามารถในการละลายไอโซพิแอนดรีนได้ดี มีความจำเพาะสูง ใช้ปริมาณน้อย และมีค่าใช้จ่ายในการปฏิบัติการต่ำ ； ตัวทำละลายไม่กัดกร่อนอุปกรณ์ สามารถใช้เหล็กคาร์บอนธรรมดาได้ตลอดกระบวนการ ； สามารถผลิตไอโซพินเนนและไดไซคลอพินเนนที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ในเวลาเดียวกัน (2) วิธี ACN: วิธี ACN เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในต่างประเทศสำหรับการแยกส่วนผสมของ C5 โดยกระบวนการนี้แบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอน ขั้นตอนแรกคือการแยกไซโคลเพนเทนออกมา ； ขั้นตอนที่สองคือการนำสารที่ได้จากการสกัดเข้าสู่หอแยกสาร โดยสารไดอีนและอัลคีนที่ถูกแยกออกมาจะถูกล้างด้วยน้ำเพื่อกำจัดอะซิโตนที่ปนอยู่ ส่วนอะซิโตนและน้ำนั้นจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในหอฟื้นฟูตัวทำละลาย ； ขั้นตอนที่สามคือการแยกไอโพรพิลและไอโพรพรอพิลอะซิเตต รวมถึง 1,4-พินเดนออกมาจากส่วนบนของหอกลั่น ส่วนของเหลวที่อยู่ในส่วนล่างของหอกลั่นจะถูกนำไปกลั่นต่อ และจากส่วนบนของหอกลั่นก็จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นไอโพรพินเดนออกมา ข้อดีของวิธีนี้คือ มีแหล่งผลิตอะซิโตนที่มากมาย ราคาถูก มีความกัดกร่อนต่ออุปกรณ์น้อย มีความหนืดของตัวทำละลายต่ำ ประสิทธิภาพในการสกัดสูง อุณหภูมิในการทำงานต่ำ และปัญหาต่างๆ เช่น การที่วัตถุดิบเกิดการรวมตัวกันจนทำให้อุปกรณ์อุดตัน ก็สามารถแก้ไขได้ง่าย แต่ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแยกนั้นไม่สูงนัก จึงสามารถตอบสนองเพียงข้อกำหนดของวัตถุดิบยางบิวทิลเท่านั้น หากต้องการได้ผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูงขึ้น ก็จำเป็นต้องมีการประมวลผลเพิ่มเติม ซึ่งจะทำให้กระบวนการผลิตมีความซับซ้อนมากขึ้นและต้นทุนก็เพิ่มขึ้นด้วย (3) วิธี NMP: วิธี NMP ถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรกโดยบริษัทบาสฟ์ในประเทศเยอรมนี จากนั้นก็มีการปรับปรุงวิธีนี้ต่อไปอีก กระบวนการที่ได้รับการปรับปรุงใช้เทคโนโลยีการเติมไฮโดรเจนแบบใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา และไม่มีการใช้หอสกัดตัวที่สองอีกต่อไป สารที่มีไดอีนอยู่จะถูกสกัดออกมาจากท่อด้านข้างของหอกลั่น ก่อนจะถูกส่งเข้าไปในหอกลั่นต่อไป ； ที่ส่วนบนของหอกลั่น จะได้ไอโซพิเนน ไมโซพิเนน และไซโคลพิเนน ส่วนตัวทำละลายที่มีโครงสร้างอิ่มตัวจะถูกส่งกลับไปยังส่วนล่างของหอกลั่นอีกครั้ง ； สารตั้งต้นจะเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์การไฮโดรจีเนชัน โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นอลูมินาผสมแพลทินัมเป็นตัวช่วยในการไฮโดรจีเนชัน ซึ่งจะทำให้ไอโซพิแอนดรีนเปลี่ยนเป็นเพนเทนและเพนแทน ส่วนไซโคพิแอนดรีนก็จะเปลี่ยนเป็นไซโคเพนเทนและไซโคเพนแทนเช่นกัน สารที่ผ่านการไฮโดรจีเนชันแล้วจะถูกส่งกลับไปยังส่วนบนของหอกลั่น โดยสารที่ได้จากส่วนบนของหอกลั่นก็คือเพนเทน เพนแทน ไซโคเพนเทน และไซโคเพนแทนนั่นเอง ลักษณะเด่นของวิธีนี้คือ ขั้นตอนการผลิตค่อนข้างเรียบง่าย สารละลายที่ใช้มีความเป็นพิษต่ำ ใช้พลังงานน้อย และสามารถหลีกเลี่ยงการเกิดปฏิกิริยาการรวมตัวของไดอีนได้ 3.4 วิธีการผลิตอื่นๆ (1) นอกเหนือจากวิธีใช้ตัวทำละลายดังที่กล่าวมาแล้ว ยังมีวิธีอื่นๆ ที่ได้รับการพัฒนาขึ้น เช่น วิธีใช้ไดเมทิลซัลไฟด์ของสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์น้ำมันแห่งฝรั่งเศส วิธีใช้ N-ฟอร์มิลโมรีน (NMF) ของบริษัท Snam ในอิตาลี และวิธีใช้ B-มีโทออกซีโพรพิลไซยาไนด์ของบริษัท Japan Gas Chemical อย่างไรก็ตาม วิธีเหล่านี้มีประสิทธิภาพโดยรวมที่ไม่ดีนัก ดังนั้นจึงยังไม่มีการนำมาใช้อย่างแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน (2) โดยอาศัยหลักการที่ว่าไอโซพิแอนดรีนและเพนตานสามารถรวมตัวกันเป็นสารระเหยร่วมได้ บริษัท Goodyear ของสหรัฐอเมริกาจึงได้พัฒนาวิธีการกลั่นแบบระเหยร่วมขึ้นมา เพื่อใช้ในการแยกไอโซพิแอนดรีนออกมา ข้อดีของวิธีนี้คือ มีกระบวนการผลิตที่เรียบง่าย ใช้พลังงานน้อย และสามารถแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการใช้ตัวทำละลาย เช่น การสูญเสียตัวทำละลาย ความเป็นพิษ การนำตัวทำละลายกลับมาใช้ใหม่ การย่อยสลายตัวทำละลาย และปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับตัวทำละลายได้ ； ปรากฏการณ์การยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาของไอโซพิวเทน ไมโคพิวเทน และไซโคพิวเทน รวมถึงไฮโดรคาร์บอนชนิดอัลคีน เป็นต้น ไม่เกิดขึ้นในสภาพอุณหภูมิสูง (เนื่องจากการมีอยู่ของตัวทำละลายทำให้อุณหภูมิของระบบสูงขึ้น) ； ไม่มีการระเบิดของไฮโดรคาร์บอนชนิดอัดแน่นเกิดขึ้น ； ไม่มีปัญหาเรื่องการสะสมของสิ่งปนเปื้อนที่เป็นอันตรายในตัวตัวทำละลาย ข้อเสียคือ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเป็นสารผสมระหว่างไอโซพิแอนดรีนกับเพนเทน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้จำนวนแท่งกรองที่มากขึ้น และอัตราการหมุนเวียนกลับที่สูงขึ้น ซึ่งทำให้ไม่สามารถได้ไอโซพิแอนดรีนที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ การทำให้บริสุทธิ์และการฟื้นฟูเพิ่มเติมนั้นค่อนข้างซับซ้อน จึงไม่ค่อยคุ้มค่าทางเศรษฐกิจนัก (3) วิธีการดูดซับทางเคมีคือการใช้ไอออนโลหะ (Ag+ และ Cu2+) เพื่อทำปฏิกิริยากับไดอีน ซึ่งจะทำให้เกิดสารประกอบอิเล็กตรอน Ag(หรือ Cu)-Πไดอีนขึ้นมา เนื่องจากสารประกอบนี้ไม่สามารถละลายรวมกับสารอินทรีย์ได้ จึงสามารถแยกไดอีนออกจากอัลคาน์ได้ ปฏิกิริยาการสร้างคอมเพล็กซ์เป็นปฏิกิริยาที่สามารถย้อนกลับได้ โดยสามารถนำไดอีนในคอมเพล็กซ์กลับมาใช้ใหม่ได้ โดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือความดัน วิธีการดูดซับทางเคมีมีข้อดีหลายประการ เช่น ใช้พลังงานน้อย มีความสามารถในการเลือกได้ดี อุปกรณ์ที่ใช้มีความเรียบง่าย ช่วยลดต้นทุนการลงทุนด้านอุปกรณ์ และไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม จึงมีศักยภาพในการพัฒนาที่ดี แต่ในปัจจุบันยังไม่มีรายงานเกี่ยวกับการนำไปใช้ในระดับอุตสาหกรรมเลย เมื่อเปรียบเทียบต้นทุนการผลิตของวิธีการผลิตไอโซพิแอนดรีนแต่ละวิธีที่กล่าวมาข้างต้น ผลลัพธ์จะแสดงอยู่ในตารางที่ 1 จากตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่า อิสโพรพีนที่ได้จากการสกัดและกลั่นด้วยส่วนผสม C5 มีต้นทุนต่ำที่สุด และใช้เงินลงทุนน้อยที่สุดด้วย ส่วนวิธีการสกัดด้วยการกลั่นนั้น ไดเมทิลฟอร์มามีดถือเป็นตัวที่ดีที่สุด แต่วิธีการสกัดนี้ก็มีข้อจำกัดอยู่บ้าง โดยเฉพาะปริมาณของสารที่ได้จากการกลั่นชนิด C5 ซึ่งมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของวิธีการนี้