მეთილმეტაკრილატი (MMA) არის მნიშვნელოვანი ორგანული ქიმიური ნედლეული და პოლიმერული მონომერი, რომელიც ძირითადად გამოიყენება ორგანული მინის, ჩამოსხმის პლასტმასის, აკრილის, საფარებისა და ფარმაცევტული ფუნქციური პოლიმერული მასალების წარმოებაში და ა.შ. ის არის მაღალი დონის მასალა აერონავტიკის, ელექტრონული ინფორმაციის, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი, რობოტიკისა და სხვა სფეროებისთვის.

როგორც მასალის მონომერს, MMA ძირითადად გამოიყენება პოლიმეთილ მეტაკრილატის (რომელიც ფართოდ არის ცნობილი როგორც პლექსიგლასი, PMMA) წარმოებაში და ასევე შეიძლება მისი კოპოლიმერიზაცია სხვა ვინილის ნაერთებთან სხვადასხვა თვისებების მქონე პროდუქტების მისაღებად, მაგალითად, პოლივინილქლორიდის (PVC) დანამატების ACR, MBS წარმოებისთვის და როგორც მეორე მონომერი აკრილის წარმოებაში.

ამჟამად, MMA-ს წარმოებისთვის ქვეყნის შიგნით და მის ფარგლებს გარეთ სამი ტიპის მომწიფებული პროცესი არსებობს: მეტაკრილამიდის ჰიდროლიზის ეთერიფიკაციის გზა (აცეტონ-ციანოჰიდრინის მეთოდი და მეტაკრილონიტრილის მეთოდი), იზობუტილენის დაჟანგვის გზა (Mitsubishi-ს პროცესი და Asahi Kasei-ს პროცესი) და ეთილენ-კარბონილის სინთეზის გზა (BASF მეთოდი და ლუციტ-ალფა-ს მეთოდი).

1. მეტაკრილამიდის ჰიდროლიზის ეთერიფიკაციის გზა
ეს გზა წარმოადგენს MMA-ს წარმოების ტრადიციულ მეთოდს, მათ შორის აცეტონ-ციანოჰიდრინის მეთოდს და მეტაკრილონიტრილის მეთოდს, ორივე მათგანი მეტაკრილამიდის შუალედური ჰიდროლიზის, MMA-ს ეთერიფიკაციის სინთეზის შემდეგ ხდება.

(1) აცეტონ-ციანოჰიდრინის მეთოდი (ACH მეთოდი)

ACH მეთოდი, რომელიც პირველად აშშ-ის Lucite-ის მიერ იქნა შემუშავებული, MMA-ს უძველესი სამრეწველო წარმოების მეთოდია და ამჟამად მსოფლიოში MMA-ს წარმოების ძირითად პროცესს წარმოადგენს. ეს მეთოდი ნედლეულად იყენებს აცეტონს, ჰიდროციანმჟავას, გოგირდმჟავას და მეთანოლს, ხოლო რეაქციის ეტაპები მოიცავს: ციანოჰიდრინიზაციის რეაქციას, ამიდაციის რეაქციას და ჰიდროლიზის ეთერიფიკაციის რეაქციას.

ACH პროცესი ტექნიკურად მოწიფულია, მაგრამ აქვს შემდეგი სერიოზული ნაკლოვანებები:

○ ძლიერ ტოქსიკური ჰიდროციანმჟავას გამოყენება, რომელიც მოითხოვს მკაცრ დამცავ ზომებს შენახვის, ტრანსპორტირებისა და გამოყენების დროს;

○ დიდი რაოდენობით მჟავა ნარჩენების (წყლიანი ხსნარი, რომლის ძირითადი კომპონენტებია გოგირდმჟავა და ამონიუმის ბისულფატი და შეიცავს ორგანული ნივთიერებების მცირე რაოდენობას) წარმოქმნა, რომლის რაოდენობა 2.5-3.5-ჯერ აღემატება MMA-ს და გარემოს დაბინძურების სერიოზულ წყაროს წარმოადგენს;

o გოგირდმჟავას გამოყენების გამო, საჭიროა ანტიკოროზიული აღჭურვილობა, ხოლო მოწყობილობის კონსტრუქცია ძვირია.

(2) მეტაკრილონიტრილის მეთოდი (MAN მეთოდი)

ასაჰი კასეიმ შეიმუშავა მეტაკრილონიტრილის (MAN) პროცესი, რომელიც დაფუძნებულია ACH გზაზე, ანუ იზობუტილენი ან ტერტ-ბუტანოლი იჟანგება ამიაკით MAN-ის მისაღებად, რომელიც რეაგირებს გოგირდმჟავასთან მეტაკრილამიდის წარმოებისთვის, რომელიც შემდეგ რეაგირებს გოგირდმჟავასთან და მეთანოლთან MMA-ის წარმოებისთვის. MAN გზა მოიცავს ამიაკის დაჟანგვის რეაქციას, ამიდაციის რეაქციას და ჰიდროლიზის ეთერიფიკაციის რეაქციას და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ACH ქარხნის აღჭურვილობის უმეტესი ნაწილი. ჰიდროლიზის რეაქცია იყენებს გოგირდმჟავას სიჭარბეს, ხოლო შუალედური მეტაკრილამიდის გამოსავლიანობა თითქმის 100%-ია. თუმცა, მეთოდს აქვს მაღალტოქსიკური ჰიდროციანმჟავას თანმდევი პროდუქტები, ჰიდროციანმჟავა და გოგირდმჟავა ძალიან კოროზიულია, რეაქციის აღჭურვილობის მოთხოვნები ძალიან მაღალია, ხოლო გარემოსთვის საფრთხე ძალიან მაღალია.

2, იზობუტილენის დაჟანგვის გზა
იზობუტილენის დაჟანგვა მსოფლიოს მსხვილი კომპანიებისთვის სასურველი ტექნოლოგიური გზა იყო მისი მაღალი ეფექტურობისა და გარემოს დაცვის გამო, თუმცა მისი ტექნიკური ზღვარი მაღალია და მსოფლიოში მხოლოდ იაპონიას ჰქონდა ერთხელ ეს ტექნოლოგია და ჩინეთს ბლოკავდა. მეთოდი მოიცავს ორ სახის Mitsubishi პროცესს და Asahi Kasei პროცესს.

(1) Mitsubishi-ს პროცესი (იზობუტილენის სამსაფეხურიანი მეთოდი)

იაპონურმა კომპანია „Mitsubishi Rayon“-მა შეიმუშავა ახალი პროცესი იზობუტილენის ან ტერტ-ბუტანოლის ნედლეულისგან MMA-ს წარმოებისთვის, ორეტაპიანი შერჩევითი დაჟანგვით ჰაერით მეტაკრილის მჟავას (MAA) მისაღებად, შემდეგ კი მეთანოლით ეთერიფიცირებული. „Mitsubishi Rayon“-ის ინდუსტრიალიზაციის შემდეგ, „Japan Asahi Kasei Company“-მ, „Japan Kyoto Monomer Company“-მ, „Korea Lucky Company“-მ და ა.შ.-მ ერთმანეთის მიყოლებით განახორციელეს ინდუსტრიალიზაცია. ადგილობრივმა კომპანია „Shanghai Huayi Group“-მა დიდი ადამიანური და ფინანსური რესურსები ჩადო და 15 წლიანი უწყვეტი და დაუღალავი ძალისხმევის შემდეგ, ორი თაობის განმავლობაში, წარმატებით დამოუკიდებლად შეიმუშავა იზობუტილენის სუფთა წარმოების MMA-ს ორეტაპიანი დაჟანგვისა და ეთერიფიკაციის ტექნოლოგია, ხოლო 2017 წლის დეკემბერში დაასრულა და ექსპლუატაციაში გაუშვა 50,000 ტონიანი MMA სამრეწველო ქარხანა თავის ერთობლივ საწარმოში „Dongming Huayi Yuhuang“-ში, რომელიც მდებარეობს ჰეზეში, შანდონგის პროვინციაში, რითაც დაარღვია იაპონიის ტექნოლოგიური მონოპოლია და გახდა ერთადერთი კომპანია, რომელსაც ეს ტექნოლოგია ჰქონდა ჩინეთში. ეს ასევე ჩინეთი მეორე ქვეყანად აქცევს, რომელსაც აქვს ინდუსტრიალიზებული ტექნოლოგია MAA-ს და MMA-ს წარმოებისთვის იზობუტილენის დაჟანგვით.

(2) ასაჰი კასეის პროცესი (იზობუტილენის ორეტაპიანი პროცესი)

იაპონური კომპანია „ასაჰი კასეის“ კორპორაცია დიდი ხანია ჩართულია MMA-ს წარმოებისთვის პირდაპირი ეთერიფიკაციის მეთოდის შემუშავებაში, რომელიც წარმატებით შემუშავდა და ექსპლუატაციაში შევიდა 1999 წელს იაპონიის ქალაქ კავასაკიში 60,000 ტონიანი სამრეწველო ქარხნით, ხოლო მოგვიანებით გაფართოვდა 100,000 ტონამდე. ტექნიკური მარშრუტი მოიცავს ორეტაპიან რეაქციას, კერძოდ, იზობუტილენის ან ტერტ-ბუტანოლის დაჟანგვას აირისებრ ფაზაში Mo-Bi კომპოზიტური ოქსიდის კატალიზატორის მოქმედებით მეტაკროლეინის (MAL) წარმოებისთვის, რასაც მოჰყვება MAL-ის ჟანგვითი ეთერიფიკაცია თხევად ფაზაში Pd-Pb კატალიზატორის მოქმედებით MMA-ს პირდაპირ წარმოებისთვის, სადაც MAL-ის ჟანგვითი ეთერიფიკაცია ამ გზაზე მთავარი ეტაპია MMA-ს წარმოებისთვის. „ასაჰი კასეის“ პროცესის მეთოდი მარტივია, რეაქციის მხოლოდ ორი ეტაპით და მხოლოდ წყლით, როგორც თანმდევი პროდუქტით, რაც ეკოლოგიურად სუფთა და ეკოლოგიურად სუფთაა, მაგრამ კატალიზატორის დიზაინი და მომზადება ძალიან მომთხოვნია. გავრცელებული ინფორმაციით, Asahi Kasei-ს ჟანგვითი ეთერიფიკაციის კატალიზატორი Pd-Pb-ის პირველი თაობიდან Au-Ni კატალიზატორის ახალ თაობაზე განახლდა.

ასაჰი კასეის ტექნოლოგიის ინდუსტრიალიზაციის შემდეგ, 2003 წლიდან 2008 წლამდე, ადგილობრივმა კვლევითმა ინსტიტუტებმა ამ სფეროში კვლევითი ბუმი დაიწყეს, რამდენიმე ერთეული, როგორიცაა ჰებეის ნორმალური უნივერსიტეტი, ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის პროცესების ინჟინერიის ინსტიტუტი, ტიანძინის უნივერსიტეტი და ჰარბინის საინჟინრო უნივერსიტეტი, ფოკუსირებული იყო Pd-Pb კატალიზატორების განვითარებასა და გაუმჯობესებაზე და ა.შ. 2015 წლის შემდეგ დაიწყო Au-Ni კატალიზატორების ადგილობრივი კვლევა. ბუმის კიდევ ერთი რაუნდი, რომლის წარმომადგენელიც ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის დალიანის ქიმიური ინჟინერიის ინსტიტუტია, დიდ პროგრესს მიაღწია მცირე საპილოტე კვლევაში, დაასრულა ნანო-ოქროს კატალიზატორის მომზადების პროცესის ოპტიმიზაცია, რეაქციის პირობების სკრინინგი და ვერტიკალური განახლების ხანგრძლივი ციკლის ექსპლუატაციის შეფასების ტესტი და ამჟამად აქტიურად თანამშრომლობს საწარმოებთან ინდუსტრიალიზაციის ტექნოლოგიის შესამუშავებლად.

3, ეთილენკარბონილის სინთეზის გზა
ეთილენკარბონილის სინთეზის მარშრუტის ინდუსტრიალიზაციის ტექნოლოგია მოიცავს BASF პროცესს და ეთილენ-პროპიონის მჟავას მეთილის ეთერის პროცესს.

(1) ეთილენ-პროპიონის მჟავას მეთოდი (BASF პროცესი)

პროცესი ოთხი ეტაპისგან შედგება: ეთილენის ჰიდროფორმილირება პროპიონალდეჰიდის მისაღებად, პროპიონალდეჰიდის კონდენსაცია ფორმალდეჰიდთან MAL-ის მისაღებად, MAL იჟანგება ჰაერით მილისებრ ფიქსირებულ-შტოებიან რეაქტორში MAA-ის მისაღებად და MAA გამოყოფა და გაწმენდა ხდება MMA-ს მისაღებად მეთანოლთან ეთერიფიკაციით. რეაქცია მთავარი ეტაპია. პროცესი მოითხოვს ოთხ ეტაპს, რაც შედარებით შრომატევადია და მოითხოვს მაღალ აღჭურვილობას და მაღალ საინვესტიციო ხარჯებს, ხოლო უპირატესობა ნედლეულის დაბალი ღირებულებაა.

შიდა მიღწევები ასევე მიღწეულია MMA-ს ეთილენ-პროპილენ-ფორმალდეჰიდის სინთეზის ტექნოლოგიური განვითარების სფეროში. 2017 წელს, Shanghai Huayi Group Company-მ, ნანკინის NOAO New Materials Company-სთან და ტიანძინის უნივერსიტეტთან თანამშრომლობით, დაასრულა 1000 ტონა პროპილენ-ფორმალდეჰიდის ფორმალდეჰიდით მეტაკროლეინამდე კონდენსაციის პილოტური ტესტირება და 90 000 ტონიანი სამრეწველო ქარხნისთვის ტექნოლოგიური პაკეტის შემუშავება. გარდა ამისა, ჩინეთის მეცნიერებათა აკადემიის პროცესების ინჟინერიის ინსტიტუტმა, Henan Energy and Chemical Group-თან თანამშრომლობით, დაასრულა 1000 ტონიანი სამრეწველო პილოტური ქარხნის მშენებლობა და წარმატებით მიაღწია სტაბილურ მუშაობას 2018 წელს.

(2) ეთილენ-მეთილ პროპიონატის პროცესი (ლუციტ ალფა პროცესი)

Lucite Alpha-ს პროცესის ოპერაციული პირობები რბილია, პროდუქტის მოსავლიანობა მაღალია, ქარხანაში ინვესტიციები და ნედლეულის ხარჯები დაბალია, ხოლო ერთი ერთეულის მასშტაბის დამზადება დიდი მასშტაბით მარტივია. ამჟამად მსოფლიოში მხოლოდ Lucite-ს აქვს ამ ტექნოლოგიის ექსკლუზიური კონტროლი და ის გარე სამყაროსთვის არ არის გადაცემული.

ალფა პროცესი ორ ეტაპად იყოფა:

პირველი ნაბიჯი არის ეთილენის რეაქცია CO2-თან და მეთანოლთან მეთილპროპიონატის მისაღებად.

პალადიუმზე დაფუძნებული ჰომოგენური კარბონილირების კატალიზატორის გამოყენებით, რომელსაც ახასიათებს მაღალი აქტივობა, მაღალი სელექციურობა (99.9%) და ხანგრძლივი ექსპლუატაციის ვადა, ხოლო რეაქცია ხორციელდება რბილ პირობებში, რაც ნაკლებად კოროზიულია მოწყობილობისთვის და ამცირებს მშენებლობის კაპიტალურ ინვესტიციებს;

მეორე ეტაპია მეთილპროპიონატის რეაქცია ფორმალდეჰიდთან MMA-ს წარმოქმნით.

გამოიყენება საკუთრების უფლებით დაცული მრავალფაზიანი კატალიზატორი, რომელსაც აქვს მაღალი MMA სელექციურობა. ბოლო წლებში, ადგილობრივმა საწარმოებმა დიდი ენთუზიაზმი ჩადეს მეთილპროპიონატისა და ფორმალდეჰიდის MMA-მდე კონდენსაციის ტექნოლოგიის განვითარებაში და დიდ პროგრესს მიაღწიეს კატალიზატორისა და ფიქსირებული ფენის რეაქციის პროცესების შემუშავებაში, თუმცა კატალიზატორის სიცოცხლის ხანგრძლივობამ ჯერ არ მიაღწია სამრეწველო გამოყენების მოთხოვნებს.