طرح توجیهی توليد ايزوپرن

ايزوپرن از لحاظ شيميايی 2- متيل بوتادين بوده كه به صورت پلی ایزوپرن يا لاستيک مصنوعی (Isoprene Rubber) پليمريزه و توليد شده و به دليل شباهت مكانيكی و شيميايی بسيار زياد اين پليمر به لاستيک طبيعی ، جايگزين بسيار مناسبی برای آن محسوب می شود.

اين لاستيک در واقع يک الاستومر بوده كه هم می توان آن را به صورت طبيعی از مزارع Hevea برداشت نمود و هم به صورت مصنوعی از طريق پليمريزاسيون زيگلر-ناتا به دست آورد.

در جدول زير خواص فيزيكی ايزوپرن آورده شده است:

مشخصه	مقدار
شماره Chemical Abstract	79-78-5
وزن مولكولی	68
فرمول شيميايی	c5h8
حالت فيزيكی	مایع
رنگ	بی رنگ
حلاليت در آب	نامحلول
نقطه ذوب	146 – سانتیگراد
نقطه جوش	34/1 سانتیگراد
فشار بخار	mmHg 493 @ 20c
دانسیته بخار	2/35 گرم بر سانتیمترمکعب
وزن مخصوص	0/6806

ايزوپرن توليدی و قابل عرضه دارای غلظت های متفاوتی است ، نوع خام، دارای درجه خلوصی معادل 15 تا 65 درصد بوده كه با نام ایزوپرن تغليظ شده ارائه می شود.

زمانيكه ايزوپرن دارای خلوصی در حدود 65 تا 95 درصد باشد، با نام ايزوپرن پالايش يافته و يا استخراجی شناخته می شود و ايزوپرن با خلوص 95 تا 99 درصد، به نام ايزوپرن با خلوص بالا مطرح گرديده و در صورت دستيابی به خلوص بالای 99/5 درصد به آن ايزوپرن گريد پليمريزاسيون (Polymerization Grade) گفته می شود.

در اين طرح اينگونه فرض شده است كه خوراک ورودی به واحد، برش C5 بوده كه به صورت ايزوپرن تغليظ يافته با خلوص 15 الی 65 درصد درآمده و در واقع منبع توليد استخراجی و پالايشی می باشد.

سپس آن را به خلوص 95 درصد می رسانند و در نهايت محصول طرح به عنوان ايزوپرن خلوص بالا و به صورت گريد پليمريزاسيون بوده كه اين گريد خلوص بالای 99 درصد در داخل كشور قابليت مصرف و كاربرد فراوانی داشته و می تواند به پلی ايزوپرن و يا لاستيک ايزوپرن تبديل شود.

نوع ايزوپرن خلوص بالا ( بالای 95 درصد) نيز قابل صدور به صادر كردن به ساير كشورهای منطقه و حتی پليمريزاسيون می باشد. مونومر ايزوپرن يكی از ساختارهای طبيعی قابل توجه در ميان مونومرهای پليمری بوده كه امكان توليد سنتزی آن نيز وجود دارد.

اين مونومر نه تنها در لاستيک طبيعی يا شيره درخت Hevea وجود داشته بلكه در بخش وسيعی از تركيبات استخراجی از منابع حيوانی و گياهی نيز يافت می شود. نكته ديگر كه در ادامه طرح به آن اشاره شده است، آن است كه 85 درصد از لاستيک طبيعی را همين مونومر ايزوپرن تشكيل داده است.

و از اين رو در كشورهايی كه به لاستيک طبيعی دسترسی ندارند، لاستيک حاصله از ايزوپرن و يا همان پلی ايزوپرن، جايگزين مناسبی برای لاستيک طبيعی به شمار می رود.

نام و كد آيسیک توليد ايزوپرن

متداولترين طبقه بندی و دسته بندی در فعاليتهای اقتصادی همان تقسيم بندی آيسيک است ، که طبق تعريف عبارت است از: طبقه بندی و دسته بندی استاندارد بين المللی فعاليتهای اقتصادی، اين دسته بندی با توجه به نوع صنعت و محصول توليد شده به هر يک كدهايی دو، چهار و هشت رقمی اختصاص داده ميشود.

كدهای آيسيک مرتبط با صنعت توليد ايزوپرن
ردیف	کد آیسیک	کالا
1	40026000	كائوچوی ايزوپرن
2	40011000	لاستيک برای ماشين های سواری
3	40023100	كائوچوی ايزوپرن- ايزوبوتن

شماره تعرفه گمركی

با توجه به آنكه ايزوپرن در داخل توليد نمی شود؛ و كارخانه ای برای تهیه آن به عنوان مصرف كننده اصلی در كشور وجود ندارد؛ بنابراين اين محصول شماره تعرفه گمركی ندارد ، بنابراين در جدول زير برخی محصولات مرتبط با اين صنعت ليست شده است:

ردیف	شماره تعرفه گمركی	نوع کالا	نوع ورودی	SUQ
1	29012400	(بوتا – 3)(1- دی ان) و ایزوپرن Isoprene	4	kg
2	40023100	كائوچوی ایزوبوتن – ايزوپرن (بوتیل)	4	kg
3	40026000	كائوچوی ايزوپرن	4	kg

موارد كاربرد و تشريح بازار هدف

لاستيک پلی ايزوپرن

اين نوع لاستيک با نشانه IR و با نام شيميايک لاستيک سيس 1 و 4 – پلی ايزوپرن شناخته شده است،مصرف جهانی اين نوع لاستيک در سال 1998 بالغ بر 10827 هزار تن بوده است. اين ماده با پليمريزاسيون در حلال و در حضور كاتاليزور زيگلر و يا فروسن ( 98 درصد ساختار سيس) و كاتاليست ليتيم (92 درصد ساختار سيس) توليد می شود.

از خصوصيات عمده اين محصول می توان به شفافيت و يكنواختی بيشتر نسبت به لاستيک طبيعی اشاره كرد. قيمت آن نسبت به لاستيک طبيعی در اروپا و آمريكا بيشتر بوده و ساير خصوصيات آن مشابه لاستيک طبيعی می باشد. كاربردهای آن به طور عمده در لاستيکهايی با عملكرد بسيار بالا، بسته بندی مواد غذايی و توليد دستكش های پزشكی می باشد.

حال با جايگزينی پلی ايزوپرن به جای لاستيک طبيعی در فرمولاسيون های توليد تاير سواری و خودروهای سنگين، ميزان مصرف آن به 60 هزارتن در سال می رسد. در واقع اين جايگزينی صرفه جويی ارزی قابل توجهی در اثر كاهش واردات لاستيک طبيعی به همراه خواهد داشت.

يكی از نكات مهم ديگر در ساخت ايزوپرن، ارزان بودن خوراک C5 در بخش تهیه مونومر آن می باشد كه از پالايشگاه ها و مجتمع های پتروشيمی كشور به راحتی قابل تامين خواهد بود.

كوپليمرهای استايرن- ايزوپرن- استايرن (SIS)

از ديگر تركيبات قابل تهیه توسط ايزوپرن، كوپليمر استايرن- ايزوپرن- استايرن (SIS) بوده كه در آن از مونومر استايرن استفاده می شود ، با توجه به توسعه صنعت چسب سازی در جهان به ويژه منطقه آسيا و ايران و نيز عدم استفاده از چسب های پايه حلالی و روند توسعه ای و رشد چسب های گرماذوب

از تركيبات قابل توجه و كاربردی در توليدی چسب های گرماذوب، كوپليمرهای SIS می باشند كه مصرف گسترده ای در جهان به خود اختصاص داده اند ولی به لحاظ عدم آشنايی، عدم دسترسی كافی، قيمت بالا و عدم توليد داخل، متاسفانه در حال حاضر در كشور كاربرد چندانی ندارد. ولی در آينده با رشد صنعت چسب، به خصوص در مورد چسب های گرماذوب، مصرف بالايی خواهند داشت.

لذا با توجه به منابع كافی و دسترسی به مونومر استايرن در داخل كشور و به خصوص طی سال های 1384 تا 1386 می توان برنامه يا طرحی را در جهت توليد كوپليمرهای استايرن-ايزوپرن- استايرن، در صورت دسترسی كافی و تهیه مونومر آن در داخل كشور، مطرح و بررسی نمود ، كل واردات اين نوع لاستيک برای مصرف به عنوان چسب حداكثر در حدود 300 تن در سال مي باشد.

توليد بيوتيل رابر

در سال 2007 حدود 8 هزار تن كه معادل 4 الی 5 درصد از مصرف ايزوپرن در آمريكا می باشد؛ به تهیه رابر بيوتيل اختصاص يافته است ، پيش بينی می شود كه اين كاربرد ايزوپرن، سالانه رشدی معادل 2/4 درصد را تجربه نمايد.

ساير مصارف

مصارف عمده ديگری كه ايزوپرن در آن مصرف می شود عبارت است از ماده خام برای بهبود شاخص جريان روغن ها، الاستومر خاص ايزوپرن و مشتقات ايزوپرن كه در عطرها و طعم دهنده ها، سخت كننده های اپوكسی، ويتامين ها و مواد شيميايی استفاده می شود.

مصرف ايزوپرن در اين موارد در سال 2007 بيش از 38 هزار تن برآورد شده است ، در قسمت ساير مصارف، كوپليمر بلوكی هيدروژنه شده استايرن ايزوپرن شاخص ترين كاربرد ايزوپرن شناخته می شود. همچنين ايزوپرن به عنوان يک ماده واسط در توليد تراپن ها كه در ويتامين ها كاربرد دارد؛ محسوب می شود.

اهميت محصول توليدی، كشورهای توليدكننده و مصرف كننده

ايزوپرن، يک دی اولفين بوده كه معمولا از تقطير جريان های هيدروكربنی C5 به دست می آيد ، اين جريان هيدروكربنی از محصولات جانبی اتيلن تهیه می شود. در آمريكا و اروپای غربی، تنها از اين روش توليد استفاده می شود.

اما روش های سنتزی نيز برای توليد آن وجود دارد كه شامل هيدروژن زدايی ايزوآميلن و ايزوپنتان (در روسيه) و واكنش ايزوبوتيلن با فرمالدهيد در ژاپن و روسيه می باشد.

سه كشور آمريكا، ژاپن و روسيه از عمده ترين كشورهای توليد و مصرف كننده ايزوپرن به حساب می آيند. روسيه، آمريكا و ژاپن به عنوان توليدكنندها و مصرف كننده های عمده این محصول در دنيا شناخته ميشوند.

بررسی فنی و تكنولوژی

ايزوپرن را می توان از طريق سنتزی و يا تقطير جريان های C5 حاصله در واحدهای اتيلن، تهیه نمود. خوراک واحد الفين، شامل برش های پروپان تا گازوئيل، از نظر تجاری جريان های C5 قابل استخراج را بخ دست می دهند.

عموما تا اواسط دهه 1970 ،روش های سنتزی مورد استفاده قرار می گرفت. توسعه متعاقب فرايندهای مناسب و اقتصادی استخراجی و افزايش امكان دستيابی به جريان های C5 ، تعطيلی واحدهای سنتزی و راه اندازی واحدهای بازيافت و استخراج ايزوپرن را در پی داشت.

روش های عمده تجاری كه تا امروز به كار رفته اند، به شرح زير می باشند :

تقطير استخراجی

از كراكينگ مايعات سنگين ( نفتا يا گازوئيل) به اتيلن، جريان های C5 ،به صورت يک محصول فرعی توليد می شوند كه معمولا شامل 10 تا 20 درصد ايزوپرن بوده و ممكن است اين مقدار، كم و به اندازه 5 درصد نيز باشد. به منظور كاهش هزينه های حمل و نقل و جابه جايی، تركيب مذكور را تا سطح 20 الی 26 درصد تغليظ می نمايند.

آنگاه از تقطير استخراجی با يک حلال مثل دی متيل فرماميد يا استونيتريل يک محصول با خلوص بالا توليد می گردد. اين روش، اصلی ترين روش ساخت ايزوپرن در جهان است. در جدول ذیل اجزای تشكيل دهنده يک نمونه برش C5 و همچنين مشخصات فنی يک نمونه ايزوپرن گريد پليمريزاسيون آمده است.

ردیف	هيدروكربنهای تشكيل دهنده	كراكينگ بخار	كراكينگ كاتاليستی
1	ترکیبات C4	1	2
2	نرمال پنتان	26	5/5
3	ایزوپنتان	24	31/5
4	نرمال پنتانها	4/5	22/5
5	متیل بوتنها	12	37/5
6	سیکلو پنتن	1/5	–
7	ایزوپرن	13/5	–
8	پنتادین	9	–
9	سیکلوپنتادین	7/5	–
10	2- بوتین	ناچیز	–
11	ترکیبات C6	1	1

 هيدروژن زدايی از آميلن

جريان C5 به دست آمده از كراكينگ كاتاليستی در پالايشگاه، شامل 20 تا 30 درصد از آميلين های نوع سوم می باشد. ای آميلين ها با استفاده از اسيد سولفوريک به همراه جداسازی با حلال و تقطير، از جريان C5 استخراج می گردند.

سپس با استفاده از هيدروژن زدايی كاتاليستی يک تركيب ايزوآميلن- بخار، ايزوپرن توليد می گردد. اين فرايند در گذشته، توسط شركت BFGoodrich در تگزاس و شركت Shell در هلند استفاده شده است.

واكنش ايزوبوتيلن و فرمالدهيد

يک جريان C4 پالايشگاه كه شامل 45 درصد ايزوبوتيلن می باشد، به منظور تهیه 4و4- دي متيل متا دی اكسان، با فرمالدهيد واكنش می دهد و اين ماده ساخته شده در حضور كاتاليست اسيدی به ايزوپرن، فرمالدهيد و آب تجزيه می گردد. اين فرايند فقط در روسيه و ژاپن استفاده می شود.

واكنش استن و استيلن

اين فرايند سه مرحله ای، شامل واكنش استن و استيلن و ساخت متيل بوتينول می باشد كه ماده توليد هيدروژن زدايی شده و به متيل بوتانول و پس از آن با آب زدايي به ايزوپرن تبديل می شود.

در ابتدا اين فرايند در طول جنگ جهانی اول و در يک مقياس كوچک در آلمان استفاده گرديد واحدهای توليدی در ايتاليا و آفريقای جنوبی از اين روش استفاده می كردند كه در حال حاضر تعطيل شده اند.

ديمر كردن پروپيلن

پروپيلن به 2- متيل 1- پنتن ديمريزه گرديده كه خود در فاز بخار، به 2- متيل 2- پنتن ايزومره می شود. آخرين مرحله، پيروليز 2- متيل 2-  پنتن به ايزوپرن و تركيبات ديگر می باشد. از طريق تقطيرهای متعاقب، ايزوپرن جدا می شود شركت Goodyear در آمريكا تا سال 1974 از اين فرايند استفاده كرده است.

هيدروژن زدايی از ايزوپنتان

در اين فرايند كه به طور صنعتی در روسيه استفاده می شود؛ ايزوپرن با يک برش C5 از كراكينگ كاتاليستی، هيدروژن زدايی شده و به ايزوپرن تبديل می شود. چندين فرايند ديگر برای سنتز ايزوپرن، توسعه يافته كه هيچكدام به صورت تجاری استفاده نمی شوند. مانند هيدروفرمولاسيون انتخابی 2- بوتن به 2- متيل بوتانول كه به همراه آب زدايی و هيدروژن زدايی به ايزوپرن تبديل می شود.

چگونگی و منبع تأمين ماشين آلات موردنياز

همانطور كه از PFD خط توليد ايزوپرن مشخص است؛ واحد به تجهيز پيچيده ای نياز ندارد و اكثر آن ها نظير مخازن نگهداری مراد، مبدل های حرارتی و برج های تقطير استخراجی توسط كارخانه های متعددی در داخل ايران ساخته می شود.

با توجه به ارزان بودن نسبی مواد اوليه اين تجهيزات و ارزانی نيروی كار، قيمت تمام شده اين تجهيزات در مقايسه با توليدكننده های خارجی بسيار به صرفه تر است.

مواد اوليه نياز

توليدكننده های الفين با روش كراكينگ هيدروكربنهايی نظير نفتا میتوانند جريان حاوی تركيبات C5 كه حاوی ميزان معينی ايزوپرن است بازيابی كنند. ميزان توليد ايزوپرن حدود 1 الی 3 درصد ميزان ساخت اتيلن است كه اين ميزان با توجه به مشخصات خوراک و شرايط عملياتی تعيين می شود.

طبق اطلاعات موجود در حال حاضر برش C5 به عنوان محصولات صادراتی پتروشيمی تلقی میگردد كه از مجتمع های پتروشيمی اراک و خارک صادر شده و در پتروشيمی پارس، بوعلی سينا و برزويه نيز توليد خواهد شد.

تعيين نقاط ضعف و قوت تكنولوژی محصول توليدی

با توجه به پيشرفت های تكنولوژی و افزايش واحدهای اتيلن و در نتيجه برش های C5 ، امروزه تقريبا تمام واحدهای سنتزی تهیه آن در دنيا تقريبا تعطيل شده اند و تقريبا همه واحدها ايزوپرن را از تقطير استخراجی برش C5 توليد می كنند. در ايران نيز با توجه به در دسترس بودن اين برش و قيمت ارزان آن، اين روش توليدی نسبت به ساير روش های مزايای قابل توجهی دارد.

جمع بندی و پيشنهاد نهایی در مورد احداث واحدهای جديد

كاربرد اصلی محصول طرح حاضر در اين واحد، ساخت پلی ايزوپرن است كه دارای خواصی مشابه NR است. از اين رو در كشورهايی كه دسترسی به NR نداشته و يا از قيمت بالايی برخوردار می باشند، پلی ايزوپرن مصارف قابل توجهی را به خود اختصاص داده است.

تنها نكته آن قيمت بالای پلی ايزوپرن به نسبت NR وارداتی است كه آن هم به لحاظ دسترسی به خوراک موردنظر يعنی برش C5 از مجتمع های پتروشيمی مرتفع شده و از قيمت پايين تری برخوردار خواهد بود.

همچنين با توجه به اينكه قيمت دستگاهها و هزينه نصب آنها با توجه به مرجع بين المللی SRI تعيين شده، ميتوان هزينه دستگاه ها و نصب آن را در داخل پايين تر در نظر گرفت؛ در نتيجه دوره برگشت سرمايه كاهش می يابد.

در هنگام اقدام برای احداث واحد بايستی به دو نكته دقت نمود: اول آنكه بايستی به موازات اين كارخانه، واحدی نيز برای تهیه پلی ايزوپرن در نظر گرفته شود. ثانيا بايستی قيمت تمام شده پلی ايزوپرن را با قيمت لاستيک طبيعی وارداتی مقايسه نمود. نكته نهايی در اين بحث، رضايت و جلب توجه توليدكنندگان تاير و لاستيک داخلی به منظور استفاده از پلی ايزوپرن به جای NR در فرمولاسيون محصول توليدشان است.