Metanol
bun în polar, rău în solvenți nepolari
Metanol este un alcool monohidric, care este derivat din cel mai simplu alcan metan prin înlocuirea unui atom de hidrogen cu o grupare hidroxil. În natură apare în plante de bumbac, fructe Heracleum, ierburi și în uleiuri esențiale. Metanolul este produs și în timpul proceselor de fermentare, de ex. B. din suc de trestie de zahăr. În timpul fermentării fructelor, pectinele conținute în ele pot u. A. să fie degradat în metanol. Cu toate acestea, aproape niciun metanol nu se găsește în băuturile alcoolice disponibile în comerț, deoarece managementul proceselor, distilarea și inspectorii alimentari asigură un nivel ridicat de siguranță.
Alte cunoștințe de specialitate recomandate
Gama de cântărire sigură pentru a asigura rezultate exacte
Cum obțineți rezultate precise de cântărire în fiecare zi?
Nu lăsați electricitatea statică să vă afecteze precizia de cântărire.
Cuprins
poveste
Chiar și în cele mai vechi timpuri, egiptenii foloseau un amestec de substanțe pentru îmbălsămarea morților, inclusiv metanolul.
În 1661, Robert Boyle a reușit să extragă metanolul din oțetul de lemn. Cu toate acestea, metodele analitice elementare nu au fost încă dezvoltate în acest stadiu incipient în chimie.
În 1834, compoziția elementară a metanolului a fost în cele din urmă clarificată de chimiștii francezi Jean Baptiste Dumas și Eugene Peligot. Au dat substanței numele de "metilen". Metilena este o combinație a cuvintelor grecești méthy (Vin) și hylé (Lemn). Primele sinteze de metanol la scară largă au fost realizate prin distilarea uscată a lemnului. Încă din 1930, 50% din metanolul din SUA a fost obținut prin acest proces.
În 1923, Matthias Pier a dezvoltat un proces pentru ca BASF să sintetizeze metanolul din cărbune și hidrogen. În 1923, a început prima producție la scară largă în fabricile de la Leuna, fabricile de amoniac din Merseburg. Acest proces s-a bazat pe un catalizator zinc-crom, presiuni și temperaturi extrem de ridicate. În sintezele moderne de metanol, se folosesc catalizatori mai eficienți, care permit utilizarea unor temperaturi și presiuni mai moderate.
Compania ICI a realizat prima sinteză de joasă presiune cu un catalizator oxid de cupru-oxid de zinc-aluminiu în 1966. Aproape toți convertoarele catalitice de joasă presiune ulterioare au folosit, de asemenea, materii prime ieftine cupru, zinc și aluminiu. Majoritatea noilor fabrici construite începând cu anii 1970 erau atunci pentru procesul de joasă presiune; utilizează gazul natural aproape exclusiv ca materie primă.
de fabricație
Noțiuni de bază
Din punct de vedere istoric, metanolul a fost deja obținut în secolul al XVII-lea prin distilare uscată (= încălzire sub excludere a aerului, piroliză) din lemn de esență tare (de unde și denumirea comună spirt de lemn). Distilatul de lemn conținea aproximativ 1,5-3% metanol, 10% acid acetic, 0,5% acetonă, acetat de metil, acetaldehidă, gudron de lemn și amestecul de gaze conținea hidrogen, monoxid de carbon și etenă. În zilele noastre, metanolul este produs la scară industrială din gaz de sinteză. Etanolul și dimetil eterul sunt produse ca subproduse.
Producția anuală globală în 2005 a fost de aproximativ 30 de milioane de tone. Cei mai mari producători sunt Methanex Corporation cu o producție anuală de 5,3 milioane t cu sediul în Vancouver, Canada și Metanol Holdings (Trinidad) Ltd. în Trinidad cu un volum de producție de 4 milioane t/a (începând cu 2005). [1] [2]
Procesele actuale de producere a metanolului diferă în ceea ce privește presiunea de reacție. Procedurile pot fi clasificate după cum urmează:
- Proces de înaltă presiune, 250-350 bari, 320-380 ° C.
- Proces de presiune medie, 100-250 bari, 220-300 ° C.
- Proces de joasă presiune, 50-100 bar, 200-300 ° C.
Cel mai important este procesul de joasă presiune, care se desfășoară de obicei la 230-250 ° C.
Gazele naturale, benzina, uleiurile reziduale din prelucrarea petrolului, cărbunele sau chiar dioxidul de carbon și hidrogenul pot fi utilizate ca materii prime pentru producerea de metanol. Până în prezent, cea mai importantă materie primă a fost gazul natural.
Producția de metanol din gaze naturale
Gazul natural constă aproape în întregime din metan. Înainte de reacție, toate componentele care ar putea distruge catalizatorul reacției trebuie îndepărtate din gazul natural. Conținutul de hidrogen sulfurat trebuie să fie sub 0,1 ppm. Sub influență catalitică, metanul și vaporii de apă se pot transforma în monoxid de carbon și hidrogen.
Reacția (1) metanului și apei la monoxid de carbon și hidrogen este endotermă; H. energia trebuie furnizată astfel încât procesul să se desfășoare în direcția formării monoxidului de carbon. Gazul metan trebuie preîncălzit la aproximativ 420-550 ° C și apoi este trecut prin conducte care sunt impregnate cu nichel. Procesul de conversie a metanului în monoxid de carbon și hidrogen se numește reformare. Deoarece patru molecule apar din două molecule conform ecuației (1), o presiune scăzută favorizează această reacție (principiul lui Le Chatelier); O creștere a presiunii ar favoriza reacția inversă față de metan. Conform (2), monoxidul de carbon continuă să reacționeze cu vaporii de apă, astfel încât, pe lângă monoxidul de carbon, se formează și dioxidul de carbon.
Temperaturile ridicate favorizează deplasarea așa-numitului echilibru Boudouard spre stânga, care este între monoxidul de carbon în stânga, dioxidul de carbon și carbonul în dreapta:
Următoarele ecuații pot fi formulate pentru formarea metanolului din monoxid de carbon sau dioxid de carbon și hidrogen:
Ambele reacții sunt exoterme; H. căldura generată în timpul reacției poate fi utilizată pentru a efectua cataliza la joasă presiune la aproximativ 250 ° C. Conform ecuațiilor, trei sau patru molecule duc la una sau două. Conform principiului Le Chatelier, o creștere a presiunii duce la o deplasare a echilibrului spre dreapta.
Următoarea relație se aplică dependenței de temperatură a constantelor de echilibru ale reacției (4):
Această ecuație poate fi utilizată pentru a calcula formarea metanolului la diferite temperaturi de reacție.
Producția de metanol în 1000 t:
| 1928 | 24 | 18 | k. A. | k. A. |
| 1936 | 97 | 93 | k. A. | k. A. |
| 1950 | 360 | 120 | k. A. | k. A. |
| 1960 | 892 | 297 | k. A. | 99,7 |
| 1970 | 2238 | n/A. | 5000 | 89,7 |
| 1980 | 3176 | 870 | 15000 | 236.1 |
| 2004 | 3700 | 2000 | 32000 | 270 |
Producția de metanol din cărbune
În acest proces, cărbunele este gazificat cu căldură și adăugarea de oxigen atmosferic (gazificare sub presiune a cărbunelui). După răcirea gazului de sinteză rezultat (CO + 2 H2), depunerile de gudron sunt îndepărtate și impuritățile care conțin sulf, care sunt considerabil mai mari în cărbune decât în gazul natural, sunt îndepărtate folosind procesul Rectisol. Procesul ulterior este analog cu reprezentarea din gazul natural.
Datorită disponibilității bune și a prețului scăzut al gazelor naturale și a costurilor mai mici de investiții, nu au fost construite cu greu noi centrale pe bază de cărbune. În 1977, de exemplu, costul construirii unei instalații pentru sinteza metanolului, inclusiv toate instalațiile auxiliare cu o capacitate de 2500 t/zi, a fost de 435 milioane DM pentru procesele pe bază de cărbune, dar costul unei instalații de sinteză din gaze naturale a fost de numai 171 milioane DM.
Proces LPMEOH
În SUA, la începutul anilor 1980 a fost lansat un program „Tehnologia Cărbunelui Curat” (CCT) pentru a îmbunătăți tehnologiile cărbunelui. Acest program a avut drept scop reducerea drastică a emisiilor de dioxid de carbon din gazificarea cărbunelui.
În legătură cu proiectul, a fost dezvoltată de către Eastman Chemical Company și Air Products o fabrică de producere a metanolului (proces LPMEOH [3]) din gaz de sinteză. Încă din 1983, Eastman Chemical Company a construit o uzină de gazeificare a cărbunelui în Kingsport, Tennessee. Cu această instalație, 1000 de tone de cărbune pe zi pot fi transformate în gaz de sinteză.
Prima fabrică LPMEOH a fost finalizată între octombrie 1995 și ianuarie 1997. În reactorul LPMEOH, catalizatorul se află într-un ulei mineral cu fierbere ridicată (30% catalizator până la 70% ulei mineral). Gazul de sinteză este acum introdus în reactor de jos. La aproximativ 235 ° C, se formează metanol în reactor, care lasă reactorul sub formă de vapori împreună cu gazul de sinteză neconvertit. După răcire, separare și purificare prin distilare, se obține metanol pur. Catalizatorul pierde aproximativ 0,2% din activitatea sa pe zi și trebuie înlocuit după utilizare prelungită. În faza inițială, au fost produse 260-300 de tone de metanol/zi. Costul construirii fabricii LPMEOH a fost stabilit la 214 milioane dolari, iar costul pe galon de metanol din cărbune a fost de 0,50 dolari. Acest lucru echivalează cu aproximativ 168 dolari/tonă sau 0,168 dolari/kg.
Conform informațiilor de la producătorul uzinei chimice Lurgi [4], costurile de producție ale metanolului pe baza gazelor naturale sunt în prezent cuprinse între 50-110 USD/tonă.
perspectivă
Potrivit chimistului și laureatului premiului Nobel George Olah, s-au dezvoltat acum procese cu ajutorul cărora metanolul poate fi produs direct din metan fără gaz de sinteză. Mai mult, potrivit Olah, metanolul poate fi produs și din CO2 și apă prin furnizarea de energie electrică; acest lucru face posibilă „reciclarea” CO2. [5]. (Comparați și economia metanolului). Un număr mare de brevete au fost deja eliberate în acest domeniu, ceea ce arată că acest lucru este posibil. Problema actuală este de a atinge densitățile de curent ridicate necesare pentru producția pe scară largă. Din punct de vedere economic și din punct de vedere al politicii energetice, totuși, astfel de procese sunt extrem de îndoielnice, deoarece ar trebui folosită mai multă energie pentru reciclarea CO2 decât ar fi obținută din arderea anterioară a C la CO2.
Proprietăți chimice
Datorită grupării hidroxil polare, metanolul poate fi amestecat cu apă în orice raport. Asemănarea cu apa poate fi observată și în puterea de dizolvare a unor săruri minerale din metanol (clorură de calciu, sulfat de cupru). De asemenea, este ușor solubil în dietil eter și alți solvenți organici (inclusiv hidrocarburi cu excluderea apei). Metanolul nu este solubil în grăsimi și uleiuri.
Metanolul arde cu o flacără albastră, aproape invizibilă. Punctul de aprindere este de 11 ° C. Vaporii de metanol formează amestecuri explozive cu aerul.
Numărul ONU de metanol este 1230, numărul de pericol 336. Metanolul are o putere calorifică specifică de 19.700 kJ · kg −1 și o densitate a energiei de 4,4 kWh · l −1 .
cerere
Ca combustibil
Metanolul poate fi utilizat ca combustibil în cel puțin patru variante diferite:
În chimie
Metanolul este unul dintre cele mai importante materii prime pentru sinteze în industria chimică. Este utilizat în principal pentru următoarele produse sau reacții (sortate în funcție de cantitatea utilizată):
- Producția de MTBE ca aditiv pentru benzină din metanol și izobutenă:
- Oxidarea cu oxigen a catalizatorului de argint în formaldehidă:
- Producția de acid acetic din metanol și monoxid de carbon,
- Implementarea cu acizi carboxilici a esterilor metilici. B. acetat de metil,
- Transesterificarea grăsimilor în esteri metilici ai acizilor grași precum B. ester metilic al uleiului de rapiță,
- Producția de clorometani,
- Producția de metacrilat de metil, monomerul de polimetil metacrilat,
- Fabricarea eterilor de metil,
- Producția de metilamine; Metilaminele sunt un important precursor pentru coloranți, medicamente și pesticide,
- Utilizare în reciclarea materialelor plastice (de exemplu, metanoliza PET).
Alte utilizări
Metanolul este utilizat ca solvent și antigel.
Este, de asemenea, utilizat pentru a curăța senzorii camerelor digitale SLR, deoarece nu lasă urme și se evaporă fără a lăsa reziduuri.
dovada
Organoleptic: Metanolul are un miros inconfundabil, nealcoolic, dar dulce precum B. Etanol (alcool).
Dacă metanolul este amestecat cu borax și aprins, boratul de trimetil rezultat arde cu o flacără verde intensă. Această reacție funcționează cu un rezultat similar, dar de culoare verde mai puțin intensă, cu etanol, dar numai cu adăugarea de acid sulfuric concentrat. De aceea etanolul și metanolul pot fi diferențiate cu această așa-numită probă de borax.
Toxicitate
Metanolul în sine are o toxicitate redusă, dar metaboliții săi sunt otrăvitori, cum ar fi formaldehida formată din alcool dehidrogenază (ADH) și acidul formic rezultat. Acesta din urmă duce în special la dezvoltarea acidozei metabolice după o perioadă de latență deseori fără simptome de 6 până la 30 de ore după ingestia de metanol. Acidul formic este descompus foarte lent de metabolismul uman și se acumulează astfel în organism în timpul descompunerii relativ rapide a metanolului.
Dozele de 0,1 g de metanol per kg de greutate corporală sunt periculoase, peste 1 g per kg de greutate corporală sunt în pericol. Simptomele de intoxicație ale intoxicației cu metanol se desfășoară în trei faze. Imediat după ingestia de metanol, apare un stadiu narcotic, ca și în cazul etanolului, dar efectul intoxicant este mai mic decât în cazul etanolului. După faza de latență adesea asimptomatică, apar dureri de cap, senzație de slăbiciune, greață, vărsături, amețeli și respirație accelerată - consecințele acidozei metabolice care se dezvoltă. Deteriorarea nervilor, în special a ochiului, este caracteristică. Edemul retinian cauzează doar vedere încețoșată și poate duce la orbire ireversibilă. Moartea poate apărea ca urmare a paraliziei respiratorii.
Tratamentul intoxicației cu metanol are loc printr-o prevenire a metabolismului metanolului, z. B. prin administrarea de etanol (0,7 g de etanol per kg de greutate corporală), prin care degradarea metanolului este inhibată competitiv sau prin administrarea inhibitorului ADH 4-metilpirazol (fomepizol). Defalcarea acidului formic poate fi favorizată prin adăugarea de acid folic. Acidoza poate fi contracarată prin administrarea de carbonat acid de sodiu; poate fi necesară hemodializă. Tratamentul este necesar până când conținutul de metanol din sânge scade sub o anumită valoare limită.
Metanolul este produs în mod regulat ca subprodus al fermentației alcoolice și se acumulează în distilate, de ex. B. în producția de băuturi spirtoase. Fracția de metanol este deci separată în timpul distilării. Pentru a face această separare cât mai completă, este necesară o grijă și experiență deosebite, precum și un regim strict de temperatură. Spiritele inferioare pot conține cantități considerabile de metanol, care sunt discutabile dacă sunt consumate excesiv.
În aerul interior, lucrătorii ar putea tolera încă 20-25 ppm metanol fără efecte adverse asupra sănătății chiar și după doi ani. Concentrațiile de metanol de peste 200 ppm provoacă dureri de cap după inhalare prelungită. Concentrațiile de 500-1100 ppm au fost tolerate doar de voluntari timp de 3-4 ore.
Metanolul este, de asemenea, foarte bine absorbit prin piele.