મિથાઈલ મેથાક્રાયલેટ (MMA) એ એક મહત્વપૂર્ણ કાર્બનિક રાસાયણિક કાચો માલ અને પોલિમર મોનોમર છે, જેનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ઓર્ગેનિક કાચ, મોલ્ડિંગ પ્લાસ્ટિક, એક્રેલિક, કોટિંગ્સ અને ફાર્માસ્યુટિકલ ફંક્શનલ પોલિમર મટિરિયલ્સ વગેરેના ઉત્પાદનમાં થાય છે. તે એરોસ્પેસ, ઇલેક્ટ્રોનિક માહિતી, ઓપ્ટિકલ ફાઇબર, રોબોટિક્સ અને અન્ય ક્ષેત્રો માટે ઉચ્ચ કક્ષાની સામગ્રી છે.

મટીરીયલ મોનોમર તરીકે, MMA નો ઉપયોગ મુખ્યત્વે પોલિમિથાઇલ મેથાક્રાયલેટ (સામાન્ય રીતે પ્લેક્સિગ્લાસ, PMMA તરીકે ઓળખાય છે) ના ઉત્પાદનમાં થાય છે, અને તેને અન્ય વિનાઇલ સંયોજનો સાથે કોપોલિમરાઇઝ પણ કરી શકાય છે જેથી વિવિધ ગુણધર્મો ધરાવતા ઉત્પાદનો મેળવી શકાય, જેમ કે પોલીવિનાઇલ ક્લોરાઇડ (PVC) એડિટિવ્સ ACR, MBS ના ઉત્પાદન માટે અને એક્રેલિકના ઉત્પાદનમાં બીજા મોનોમર તરીકે.

હાલમાં, દેશ અને વિદેશમાં MMA ના ઉત્પાદન માટે ત્રણ પ્રકારની પરિપક્વ પ્રક્રિયાઓ છે: મેથાક્રાયલામાઇડ હાઇડ્રોલિસિસ એસ્ટરિફિકેશન રૂટ (એસીટોન સાયનોહાઇડ્રિન પદ્ધતિ અને મેથાક્રાયલોનિટ્રાઇલ પદ્ધતિ), આઇસોબ્યુટીલીન ઓક્સિડેશન રૂટ (મિત્સુબિશી પ્રક્રિયા અને અસાહી કેસાઇ પ્રક્રિયા) અને ઇથિલિન કાર્બોનિલ સંશ્લેષણ રૂટ (BASF પદ્ધતિ અને લ્યુસાઇટ આલ્ફા પદ્ધતિ).

૧, મેથાક્રાયલામાઇડ હાઇડ્રોલિસિસ એસ્ટરિફિકેશન રૂટ
આ માર્ગ પરંપરાગત MMA ઉત્પાદન પદ્ધતિ છે, જેમાં એસીટોન સાયનોહાઇડ્રિન પદ્ધતિ અને મેથાક્રાયલોનિટ્રાઇલ પદ્ધતિનો સમાવેશ થાય છે, બંને મેથાક્રાયલામાઇડ ઇન્ટરમીડિયેટ હાઇડ્રોલિસિસ, MMA ના એસ્ટરિફિકેશન સંશ્લેષણ પછી.

(1) એસીટોન સાયનોહાઇડ્રિન પદ્ધતિ (ACH પદ્ધતિ)

યુએસ લ્યુસાઇટ દ્વારા સૌપ્રથમ વિકસાવવામાં આવેલી ACH પદ્ધતિ, MMA ની સૌથી જૂની ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન પદ્ધતિ છે, અને હાલમાં વિશ્વમાં મુખ્ય પ્રવાહની MMA ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પણ છે. આ પદ્ધતિમાં કાચા માલ તરીકે એસીટોન, હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ, સલ્ફ્યુરિક એસિડ અને મિથેનોલનો ઉપયોગ થાય છે, અને પ્રતિક્રિયાના પગલાંમાં શામેલ છે: સાયનોહાઇડ્રિનાઇઝેશન પ્રતિક્રિયા, એમિડેશન પ્રતિક્રિયા અને હાઇડ્રોલિસિસ એસ્ટરિફિકેશન પ્રતિક્રિયા.

ACH પ્રક્રિયા તકનીકી રીતે પરિપક્વ છે, પરંતુ તેના નીચેના ગંભીર ગેરફાયદા છે:

○ અત્યંત ઝેરી હાઇડ્રોસાયનિક એસિડનો ઉપયોગ, જેને સંગ્રહ, પરિવહન અને ઉપયોગ દરમિયાન કડક રક્ષણાત્મક પગલાંની જરૂર હોય છે;

○ મોટી માત્રામાં એસિડ અવશેષોનું ઉપ-ઉત્પાદન (સલ્ફ્યુરિક એસિડ અને એમોનિયમ બાયસલ્ફેટ મુખ્ય ઘટકો તરીકે અને ઓછી માત્રામાં કાર્બનિક પદાર્થો ધરાવતું જલીય દ્રાવણ), જેનું પ્રમાણ MMA કરતા 2.5~3.5 ગણું છે, અને તે પર્યાવરણીય પ્રદૂષણનો ગંભીર સ્ત્રોત છે;

o સલ્ફ્યુરિક એસિડના ઉપયોગને કારણે, કાટ-રોધક ઉપકરણોની જરૂર પડે છે, અને ઉપકરણનું બાંધકામ ખર્ચાળ છે.

(2) મેથાક્રાયલોનિટ્રાઇલ પદ્ધતિ (MAN પદ્ધતિ)

Asahi Kasei એ ACH રૂટ પર આધારિત મેથાક્રાયલોનિટ્રાઇલ (MAN) પ્રક્રિયા વિકસાવી છે, એટલે કે, આઇસોબ્યુટીલીન અથવા ટર્ટ-બ્યુટેનોલને MAN મેળવવા માટે એમોનિયા દ્વારા ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે, જે સલ્ફ્યુરિક એસિડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને મેથાક્રાયલામાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે, જે પછી સલ્ફ્યુરિક એસિડ અને મિથેનોલ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને MMA ઉત્પન્ન કરે છે. MAN રૂટમાં એમોનિયા ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા, એમિડેશન પ્રતિક્રિયા અને હાઇડ્રોલિસિસ એસ્ટરિફિકેશન પ્રતિક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે, અને ACH પ્લાન્ટના મોટાભાગના સાધનોનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. હાઇડ્રોલિસિસ પ્રતિક્રિયામાં વધુ પડતા સલ્ફ્યુરિક એસિડનો ઉપયોગ થાય છે, અને મધ્યવર્તી મેથાક્રાયલામાઇડનું ઉત્પાદન લગભગ 100% છે. જો કે, પદ્ધતિમાં ખૂબ જ ઝેરી હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ બાય-પ્રોડક્ટ્સ છે, હાઇડ્રોસાયનિક એસિડ અને સલ્ફ્યુરિક એસિડ ખૂબ જ કાટ લાગતા હોય છે, પ્રતિક્રિયા સાધનોની જરૂરિયાતો ખૂબ ઊંચી હોય છે, જ્યારે પર્યાવરણીય જોખમો ખૂબ ઊંચા હોય છે.

2, આઇસોબ્યુટીલીન ઓક્સિડેશન માર્ગ
આઇસોબ્યુટીલીન ઓક્સિડેશન તેની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને પર્યાવરણીય સંરક્ષણને કારણે વિશ્વની મોટી કંપનીઓ માટે પસંદગીનો ટેકનોલોજી માર્ગ રહ્યો છે, પરંતુ તેની ટેકનિકલ થ્રેશોલ્ડ ઊંચી છે, અને વિશ્વમાં એક સમયે ફક્ત જાપાન પાસે જ ટેકનોલોજી હતી અને તેણે ચીન સુધી ટેકનોલોજીને અવરોધિત કરી હતી. આ પદ્ધતિમાં બે પ્રકારની મિત્સુબિશી પ્રક્રિયા અને અસાહી કાસી પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે.

(1) મિત્સુબિશી પ્રક્રિયા (આઇસોબ્યુટીલીન ત્રણ-પગલાની પદ્ધતિ)

જાપાનના મિત્સુબિશી રેયોને કાચા માલ તરીકે આઇસોબ્યુટીલીન અથવા ટર્ટ-બ્યુટેનોલમાંથી MMA ઉત્પન્ન કરવા માટે એક નવી પ્રક્રિયા વિકસાવી, મેથાક્રીલિક એસિડ (MAA) મેળવવા માટે હવા દ્વારા બે-પગલાં પસંદગીયુક્ત ઓક્સિડેશન, અને પછી મિથેનોલ સાથે એસ્ટરિફાઇડ. મિત્સુબિશી રેયોનના ઔદ્યોગિકીકરણ પછી, જાપાન અસાહી કાસી કંપની, જાપાન ક્યોટો મોનોમર કંપની, કોરિયા લકી કંપની, વગેરેએ એક પછી એક ઔદ્યોગિકીકરણ સાકાર કર્યું. સ્થાનિક શાંઘાઈ હુઆયી ગ્રુપ કંપનીએ ઘણા માનવ અને નાણાકીય સંસાધનોનું રોકાણ કર્યું, અને બે પેઢીઓના 15 વર્ષના સતત અને અવિરત પ્રયાસો પછી, તેણે સ્વતંત્ર રીતે આઇસોબ્યુટીલીન સ્વચ્છ ઉત્પાદન MMA ટેકનોલોજીનું બે-પગલાં ઓક્સિડેશન અને એસ્ટરિફિકેશન સફળતાપૂર્વક વિકસાવ્યું, અને ડિસેમ્બર 2017 માં, તેણે શેનડોંગ પ્રાંતના હેઝેમાં સ્થિત તેની સંયુક્ત સાહસ કંપની ડોંગમિંગ હુઆયી યુહુઆંગમાં 50,000-ટન MMA ઔદ્યોગિક પ્લાન્ટ પૂર્ણ કર્યો અને કાર્યરત કર્યો, જાપાનની ટેકનોલોજી એકાધિકાર તોડી નાખી અને ચીનમાં આ ટેકનોલોજી ધરાવતી એકમાત્ર કંપની બની. ટેકનોલોજી, જેના કારણે ચીન આઇસોબ્યુટીલીનના ઓક્સિડેશન દ્વારા MAA અને MMA ના ઉત્પાદન માટે ઔદ્યોગિક ટેકનોલોજી ધરાવતો બીજો દેશ બન્યો.

(2) અસાહી કાસી પ્રક્રિયા (આઇસોબ્યુટીલીન બે-પગલાની પ્રક્રિયા)

જાપાનની અસાહી કાસી કોર્પોરેશન લાંબા સમયથી MMA ના ઉત્પાદન માટે ડાયરેક્ટ એસ્ટરિફિકેશન પદ્ધતિના વિકાસ માટે પ્રતિબદ્ધ છે, જે 1999 માં જાપાનના કાવાસાકીમાં 60,000-ટનના ઔદ્યોગિક પ્લાન્ટ સાથે સફળતાપૂર્વક વિકસાવવામાં આવી હતી અને કાર્યરત કરવામાં આવી હતી, અને પછીથી તેને 100,000 ટન સુધી વિસ્તૃત કરવામાં આવી હતી. તકનીકી માર્ગમાં બે-પગલાની પ્રતિક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે, એટલે કે મેથાક્રોલિન (MAL) ઉત્પન્ન કરવા માટે Mo-Bi કમ્પોઝિટ ઓક્સાઇડ ઉત્પ્રેરકની ક્રિયા હેઠળ ગેસ તબક્કામાં આઇસોબ્યુટીલીન અથવા ટર્ટ-બ્યુટેનોલનું ઓક્સિડેશન, ત્યારબાદ Pd-Pb ઉત્પ્રેરકની ક્રિયા હેઠળ પ્રવાહી તબક્કામાં MAL નું ઓક્સિડેટીવ એસ્ટરિફિકેશન સીધા MMA ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે, જ્યાં MAL નું ઓક્સિડેટીવ એસ્ટરિફિકેશન MMA ઉત્પન્ન કરવા માટે આ માર્ગમાં મુખ્ય પગલું છે. અસાહી કાસી પ્રક્રિયા પદ્ધતિ સરળ છે, જેમાં પ્રતિક્રિયાના ફક્ત બે પગલાં અને આડપેદાશ તરીકે ફક્ત પાણી છે, જે લીલું અને પર્યાવરણને અનુકૂળ છે, પરંતુ ઉત્પ્રેરકની ડિઝાઇન અને તૈયારી ખૂબ જ માંગણી કરે છે. એવું નોંધાયું છે કે અસાહી કેસીના ઓક્સિડેટીવ એસ્ટરિફિકેશન ઉત્પ્રેરકને Pd-Pb ની પ્રથમ પેઢીથી Au-Ni ઉત્પ્રેરકની નવી પેઢીમાં અપગ્રેડ કરવામાં આવ્યું છે.

Asahi Kasei ટેકનોલોજીના ઔદ્યોગિકીકરણ પછી, 2003 થી 2008 સુધી, સ્થાનિક સંશોધન સંસ્થાઓએ આ ક્ષેત્રમાં સંશોધનમાં તેજી શરૂ કરી, જેમાં હેબેઈ નોર્મલ યુનિવર્સિટી, ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ પ્રોસેસ એન્જિનિયરિંગ, ચાઇનીઝ એકેડેમી ઓફ સાયન્સ, તિયાનજિન યુનિવર્સિટી અને હાર્બિન એન્જિનિયરિંગ યુનિવર્સિટી જેવા અનેક એકમોએ Pd-Pb ઉત્પ્રેરકોના વિકાસ અને સુધારણા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું. 2015 પછી, Au-Ni ઉત્પ્રેરકો પર સ્થાનિક સંશોધનમાં તેજીનો બીજો રાઉન્ડ શરૂ થયો, જેનું પ્રતિનિધિત્વ ડેલિયન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ કેમિકલ એન્જિનિયરિંગ, ચાઇનીઝ એકેડેમી ઓફ સાયન્સિસ છે, એ નાના પાયલોટ અભ્યાસમાં ખૂબ પ્રગતિ કરી છે, નેનો-ગોલ્ડ ઉત્પ્રેરક તૈયારી પ્રક્રિયા, પ્રતિક્રિયા સ્થિતિ સ્ક્રીનીંગ અને વર્ટિકલ અપગ્રેડ લાંબા-ચક્ર કામગીરી મૂલ્યાંકન પરીક્ષણનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન પૂર્ણ કર્યું છે, અને હવે ઔદ્યોગિકીકરણ ટેકનોલોજી વિકસાવવા માટે સાહસો સાથે સક્રિયપણે સહયોગ કરી રહી છે.

૩, ઇથિલિન કાર્બોનિલ સંશ્લેષણ માર્ગ
ઇથિલિન કાર્બોનિલ સંશ્લેષણ માર્ગ ઔદ્યોગિકીકરણની ટેકનોલોજીમાં BASF પ્રક્રિયા અને ઇથિલિન-પ્રોપિયોનિક એસિડ મિથાઈલ એસ્ટર પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે.

(1) ઇથિલિન-પ્રોપિયોનિક એસિડ પદ્ધતિ (BASF પ્રક્રિયા)

આ પ્રક્રિયામાં ચાર પગલાંનો સમાવેશ થાય છે: પ્રોપિયોનાલ્ડીહાઇડ મેળવવા માટે ઇથિલિનને હાઇડ્રોફોર્માઇલેટેડ કરવામાં આવે છે, MAL ઉત્પન્ન કરવા માટે પ્રોપિયોનાલ્ડીહાઇડને ફોર્માલ્ડીહાઇડ સાથે ઘનીકરણ કરવામાં આવે છે, MAA ઉત્પન્ન કરવા માટે MAL ને ટ્યુબ્યુલર ફિક્સ્ડ-બેડ રિએક્ટરમાં હવામાં ઓક્સિડાઇઝ કરવામાં આવે છે, અને મિથેનોલ સાથે એસ્ટરિફિકેશન દ્વારા MMA ઉત્પન્ન કરવા માટે MAA ને અલગ અને શુદ્ધ કરવામાં આવે છે. પ્રતિક્રિયા એ મુખ્ય પગલું છે. પ્રક્રિયામાં ચાર પગલાંની જરૂર છે, જે પ્રમાણમાં બોજારૂપ છે અને તેમાં ઉચ્ચ સાધનો અને ઉચ્ચ રોકાણ ખર્ચની જરૂર પડે છે, જ્યારે ફાયદો કાચા માલની ઓછી કિંમત છે.

MMA ના ઇથિલિન-પ્રોપીલીન-ફોર્માલ્ડિહાઇડ સંશ્લેષણના ટેકનોલોજી વિકાસમાં પણ સ્થાનિક સફળતાઓ પ્રાપ્ત થઈ છે. 2017 માં, શાંઘાઈ હુઆયી ગ્રુપ કંપનીએ નાનજિંગ NOAO ન્યૂ મટિરિયલ્સ કંપની અને તિયાનજિન યુનિવર્સિટીના સહયોગથી, ફોર્માલ્ડિહાઇડથી મેથાક્રોલિન સુધી 1,000 ટન પ્રોપીલીન-ફોર્માલ્ડિહાઇડ કન્ડેન્સેશનનું પાયલોટ પરીક્ષણ પૂર્ણ કર્યું અને 90,000-ટન ઔદ્યોગિક પ્લાન્ટ માટે પ્રક્રિયા પેકેજનો વિકાસ કર્યો. આ ઉપરાંત, ચાઇનીઝ એકેડેમી ઓફ સાયન્સની ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ પ્રોસેસ એન્જિનિયરિંગે, હેનાન એનર્જી એન્ડ કેમિકલ ગ્રુપના સહયોગથી, 1,000-ટન ઔદ્યોગિક પાયલોટ પ્લાન્ટ પૂર્ણ કર્યો અને 2018 માં સફળતાપૂર્વક સ્થિર કામગીરી પ્રાપ્ત કરી.

(2) ઇથિલિન-મિથાઇલ પ્રોપિયોનેટ પ્રક્રિયા (લ્યુસાઇટ આલ્ફા પ્રક્રિયા)

લ્યુસાઇટ આલ્ફા પ્રક્રિયા સંચાલનની સ્થિતિ હળવી છે, ઉત્પાદન ઉપજ વધારે છે, પ્લાન્ટ રોકાણ અને કાચા માલનો ખર્ચ ઓછો છે, અને એક જ એકમનું સ્કેલ મોટું કરવું સરળ છે, હાલમાં વિશ્વમાં ફક્ત લ્યુસાઇટ પાસે આ ટેકનોલોજીનું વિશિષ્ટ નિયંત્રણ છે અને તેને બહારની દુનિયામાં ટ્રાન્સફર કરવામાં આવતું નથી.

આલ્ફા પ્રક્રિયા બે તબક્કામાં વહેંચાયેલી છે:

પહેલું પગલું એ ઇથિલિનની CO અને મિથેનોલ સાથે પ્રતિક્રિયા છે જેનાથી મિથાઈલ પ્રોપિયોનેટ ઉત્પન્ન થાય છે.

પેલેડિયમ-આધારિત સજાતીય કાર્બોનિલેશન ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને, જેમાં ઉચ્ચ પ્રવૃત્તિ, ઉચ્ચ પસંદગી (99.9%) અને લાંબી સેવા જીવનની લાક્ષણિકતાઓ છે, અને પ્રતિક્રિયા હળવી પરિસ્થિતિઓમાં હાથ ધરવામાં આવે છે, જે ઉપકરણ માટે ઓછી કાટ લાગતી હોય છે અને બાંધકામ મૂડી રોકાણ ઘટાડે છે;

બીજું પગલું એ મિથાઈલ પ્રોપિયોનેટની ફોર્માલ્ડીહાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયા છે જે MMA બનાવે છે.

એક માલિકીનું મલ્ટી-ફેઝ ઉત્પ્રેરક વપરાય છે, જેમાં ઉચ્ચ MMA પસંદગી છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, સ્થાનિક સાહસોએ મિથાઈલ પ્રોપિયોનેટ અને ફોર્માલ્ડિહાઇડ કન્ડેન્સેશનને MMA માં રૂપાંતરિત કરવાના ટેકનોલોજી વિકાસમાં ખૂબ જ ઉત્સાહથી રોકાણ કર્યું છે, અને ઉત્પ્રેરક અને ફિક્સ્ડ-બેડ પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયા વિકાસમાં ખૂબ પ્રગતિ કરી છે, પરંતુ ઉત્પ્રેરકનું જીવન હજુ સુધી ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશનો માટેની જરૂરિયાતો સુધી પહોંચ્યું નથી.