Conversion of methanol to dimethyl carbonate (DMC) as fuel additive

เมทานอลถูกนำไปใช้เพื่อการผลิต dimethyl carbonate (DMC) และฟอร์มัลดีไฮด์ (formaldehyde; HCHO) โดยผ่านปฏิกิริยาดีไฮเดชัน และออกซิเดชันซึ่งสามารถนำไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น โพลิเมอร์เทอร์โมเซ็ต (thermosetting polymers) ไม้อัด สี และวัตถุระเบิด นอกจากนี้เมทานอลยังใช้ในการผลิตอีเทอร์ (ethers) หลายประเภท เช่น เมทิลเทอร์เชียรี-บิวทิลอีเทอร์ (methyl-t-butylether; MTBE) เอทิลเทอร์เชียรี-บิวทิลอีเทอร์ (ethyl-t-butylether; ETBE) เทอร์เชียรีเอมิลเมทิลอีเทอร์ (t-amyl-methylether; TAME) ไดเมทิลอีเทอร์ (dimethyl ether; DME) เป็นต้น สาร 3 ประเภทแรก ปกติจะสังเคราะห์ด้วยวิธีการ Catalytic distillation (CD) ในขณะที่สารประเภทที่ 4 ผลิตได้จากวิธีการ Catalytic dehydration สำหรับวิธีการ Catalytic distillation เป็นกระบวนการที่รวมการกลั่นและการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน ซึ่งเมทานอลจะทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอกซิลิก (carboxylic acid) เพื่อผลิตเมทิลเอสเตอร์ (methyl ester) เอสเตอร์ที่ได้นี้ (โดยเฉพาะ Fatty acid ester) เป็นส่วนผสมที่สำคัญสำหรับการผลิตไบโอดีเซล (biodiesel) สารเติมแต่งเชื้อเพลิง (fuel additive) สารทำความสะอาดระบบเชื้อเพลิง (fuel system cleaner), สารเพิ่มค่าออกเทน (octane enhancer) เป็นต้น

          DMC เป็นอนุพันธ์หนึ่งของเมทานอล สามารถใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิต fuel additive และสารเคมีได้ และยังมีคุณสมบัติเหมาะสมที่จะนำมาใช้เป็นพลังงานทางเลือกได้อีกด้วย การผลิต DME ทำได้จากปฏิกิริยานี้ใช้เมทานอลเป็นสารตั้งต้นโดยตรงหรือเป็นสารตัวกลางในกระบวนสังเคราะห์ก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น หากเป็นแบบแรกที่ใช้เมทานอลเป็นสารตั้งต้นโดยตรง จะเกิดปฏิกิริยาการกำจัดน้ำออกจากเมทานอล (dehydration of methanol) แบบดั้งเดิมโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยานี้โดยเฉพาะ ผลิตภัณฑ์ที่ได้ คือ DME และน้ำ ส่วนอีกแบบหนึ่งซึ่งใช้เมทานอลเป็นสารตัวกลาง ปฏิกิริยานี้จะใช้ก๊าซสังเคราะห์เป็นสารตั้งต้นเพื่อผลิต DME (single-stage synthesis of dimethyl ether from synthesis gas) ซึ่งกระบวนการนี้กำลังได้รับความสนใจอยู่ในปัจจุบัน

CO₂ + 3H₂  à CH₃OH + H₂O                                                               

CO + H₂O  à  CO₂ + H₂                                                                     

2CH₃OH  à  CH₃OCH₃ + H₂O                                                              

    ประโยชน์ที่สำคัญของกระบวนการข้างต้น ประกอบไปด้วย (1) การผลิต DME โดยตรงจากก๊าซสังเคราะห์สามารถข้ามผ่านข้อจำกัดทางสมดุลของปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทานอลได้ (2) การเปลี่ยนเมทานอลไปเป็น DME เป็นขั้นตอนที่สำคัญที่จะใช้ในกระบวนการเปลี่ยนเมทานอลไปเป็นสารไฮโดรคาร์บอน เช่น MTO (Methanol-to-Olefin), MTG (Methanol-to-Gasoline) เป็นต้น นอกจากนี้ กระบวนการนี้ยังเป็นประโยชน์ในแง่ของต้นทุนการผลิตและประสิทธิภาพของกระบวนการด้วย การที่กระบวนการนี้สามารถลดผลกระทบของข้อจำกัดทางสมดุลของปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทานอลได้ เนื่องจากมันเป็นระบบ Dual catalytic คือ เมทานอลที่ถูกผลิตขึ้นมาจะถูกเปลี่ยนไปเป็น DME ต่อทันที ดังนั้นความเข้มข้นของเมทานอลในระบบจึงต่ำ ทำให้ระบบการผลิตโดยรวมไม่สามารถเกิดสมดุลทางเคมีขึ้นได้ สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาต้องใช้ 2 ชนิดด้วยกัน เช่น  ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดที่ 1 ได้แก่ Cu/ZnO/Al₂O₃ ใช้สำหรับปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทานอล ส่วนตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดที่ 2 ได้แก่ g-Al₂O₃ ใช้สำหรับปฏิกิริยาการกำจัดน้ำออกจากเมทานอล (dehydration of methanol) การจัดระบบการผลิตเช่นนี้ยังมีประโยชน์ต่อกระบวนการเปลี่ยนก๊าซสังเคราะห์ไปเป็นสารไฮโดรคาร์บอน (syngas-to-hydrocarbon) ด้วย