Метанол
добре в полярних, погано в неполярних розчинниках
Метанол - одноатомний спирт, який отримують із найпростішого алканметану, замінюючи атом водню гідроксильною групою. У природі зустрічається в рослинах бавовни, плодах Гераклеуму, травах та в ефірних оліях. Метанол також виробляється під час процесів бродіння, напр. Б. із соку цукрової тростини. При бродінні плодів, серед іншого, можуть міститися в них пектини. розкладається до метанолу. Однак навряд чи є будь-який метанол у комерційних алкогольних напоях, оскільки управління процесами, дистиляція та контролери харчових продуктів забезпечують високий рівень безпеки.
Надалі рекомендовані знання спеціалістів
Безпечний діапазон зважування для забезпечення точних результатів
Як ви отримуєте точні результати зважування щодня?
Не дозволяйте статичній електриці впливати на вашу точність зважування.
Зміст
історія
Ще в античні часи єгиптяни застосовували суміш речовин для бальзамування своїх померлих, включаючи метанол.
У 1661 році Роберт Бойл зміг витягти метанол з деревного оцту. Однак елементарні аналітичні методи ще не були розроблені на цьому ранньому етапі хімії.
У 1834 р. Елементарний склад метанолу остаточно з'ясували французькі хіміки Жан Батист Дюма та Євген Пеліго. Вони дали речовині назву «метилен». Метилен - це поєднання грецьких слів меті (Вино) та гіле (Деревина). Перші широкомасштабні синтези метанолу проводились методом сухої перегонки деревини. Ще в 1930 році цим процесом було отримано 50% метанолу в США.
У 1923 році Матіас Пірс розробив для BASF процес синтезу метанолу з вугілля та водню. У 1923 році на заводах Леуни розпочалося перше велике виробництво - аміачне підприємство в Мерзебурзі. Цей процес базувався на цинково-хромовому каталізаторі, надзвичайно високих тисках і температурах. У сучасних синтезах метанолу використовуються більш ефективні каталізатори, що дозволяють використовувати більш помірні температури і тиски.
Компанія ICI здійснила перший синтез низького тиску з оксидом міді-оксидом цинку-алюмінієм в 1966 році. Майже всі пізніші каталітичні перетворювачі низького тиску також використовували недорогу сировину мідь, цинк та алюміній. Більшість нових заводів, побудованих з 1970-х років, тоді були призначені для процесу низького тиску; вони використовують природний газ майже виключно як сировину.
Виробництво
Основи
Історично склалося, що метанол був отриманий вже в 17 столітті шляхом сухої дистиляції (= нагрівання за відсутності повітря, піроліз) з твердих порід деревини (звідси загальна назва деревний дух). Деревний дистилят містив приблизно 1,5-3% метанолу, 10% оцтової кислоти, 0,5% ацетону, метилацетату, ацетальдегіду, деревної смоли, а газова суміш містила водень, окис вуглецю та етен. В даний час метанол виробляється в промислових масштабах із синтез-газу. Етанол та диметиловий ефір виробляються як побічні продукти.
Світовий щорічний видобуток у 2005 році становив близько 30 млн т Найбільші виробники Корпорація "Метанекс" з річним видобутком 5,3 млн т, що базується у Ванкувері, Канада, та Метанол Холдінгс (Тринідад) Ltd. в Тринідаді з обсягом виробництва 4 млн т/рік (станом на 2005 рік). [1] [2]
Сучасні процеси виробництва метанолу відрізняються тиском реакції. Процедури можна класифікувати наступним чином:
- Процес високого тиску, 250-350 бар, 320-380 ° C.
- Процес середнього тиску, 100-250 бар, 220-300 ° C.
- Процес низького тиску, 50-100 бар, 200-300 ° C.
Найважливішим є процес низького тиску, який зазвичай проводять при 230-250 ° C.
Природний газ, бензин, залишкові масла від переробки нафти, вугілля або навіть вуглекислий газ та водень можуть бути використані як сировина для виробництва метанолу. Наразі найважливішою сировиною був природний газ.
Виробництво метанолу з природного газу
Природний газ майже повністю складається з метану. Перед реакцією всі компоненти, які можуть зруйнувати каталізатор реакції, повинні бути видалені з природного газу. Вміст сірководню повинен бути нижче 0,1 ppm. Під каталітичним впливом метан і водяна пара можуть перетворюватися на окис вуглецю та водень.
Реакція (1) метану та води на окис вуглецю та водень є ендотермічною; H. енергія повинна подаватися, щоб процес йшов у напрямку утворення чадного газу. Газ метану необхідно попередньо нагріти до приблизно 420-550 ° C, а потім пропустити через труби, просочені нікелем. Процес перетворення метану в окис вуглецю та водень називається риформінгом. Оскільки, згідно з рівнянням (1), чотири молекули виникають із двох молекул, низький тиск сприяє цій реакції (принцип Ле Шательє); Збільшення тиску сприяло б зворотній реакції на метан. Згідно з (2), окис вуглецю продовжує реагувати з водяною парою, так що крім оксиду вуглецю утворюється і діоксид вуглецю.
Високі температури сприяють зміщенню так званої рівноваги Будура вліво, тобто між окисом вуглецю зліва, діоксидом вуглецю та вуглецем праворуч:
Для утворення метанолу з оксиду вуглецю або діоксиду вуглецю та водню можна сформулювати наступні рівняння:
Обидві ці реакції екзотермічні; H. тепло, що утворюється під час реакції, може бути використано для проведення каталізу низького тиску при приблизно 250 ° C. Відповідно до рівнянь, три-чотири молекули дають одну або дві. Згідно з принципом Ле Шательє, збільшення тиску призводить до зміщення рівноваги вправо.
Наступна залежність стосується температурної залежності констант рівноваги реакції (4):
Це рівняння можна використовувати для розрахунку утворення метанолу при різних температурах реакції.
Виробництво метанолу в 1000 т:
| 1928 рік | 24 | 18-го | k. А. | k. А. |
| 1936 рік | 97 | 93 | k. А. | k. А. |
| 1950 рік | 360 | 120 | k. А. | k. А. |
| 1960 рік | 892 | 297 | k. А. | 99,7 |
| 1970 рік | 2238 | н/д. | 5000 | 89,7 |
| 1980 рік | 3176 | 870 | 15000 | 236.1 |
| 2004 рік | 3700 | 2000 рік | 32000 | 270 |
Виробництво метанолу з вугілля
У цьому процесі вугілля газифікується теплом та додаванням атмосферного кисню (газифікація вугіллям під тиском). Після охолодження синтезованого газу (CO + 2 H2) відкладення смоли видаляють, а сірковмісні домішки, які у вугіллі значно вищі, ніж у природному газі, видаляють за допомогою процесу Ректизол. Подальший процес аналогічний поданню природного газу.
Завдяки хорошій доступності та низькій ціні на природний газ та меншим інвестиційним витратам навряд чи було побудовано нові заводи на вугільній основі. Наприклад, у 1977 р. Вартість будівництва заводу для синтезу метанолу, включаючи всі допоміжні заводи потужністю 2500 т/добу, становила 435 млн. Марок для процесів на вугіллі, але вартість установки для синтезу з природного газу становила лише 171 млн. Марок.
Процес LPMEOH
У США на початку 1980-х рр. Розпочалася програма "Технологія чистого вугілля" (CCT) для вдосконалення вугільних технологій. Метою цієї програми було різке зменшення викидів вуглекислого газу в результаті газифікації вугілля.
У зв'язку з проектом компанія Eastman Chemical Company та Air Products розробила установку з виробництва метанолу (процес LPMEOH [3]) з синтез-газу. Ще в 1983 році компанія Eastman Chemical Company побудувала завод з газифікації вугілля в Кінгспорті, штат Теннессі. За допомогою цієї установки 1000 тонн вугілля на добу можна перетворити на синтез-газ.
Перший завод LPMEOH був завершений у період з жовтня 1995 року по січень 1997 року. У реакторі LPMEOH каталізатор знаходиться у висококиплячому мінеральному маслі (30% каталізатора до 70% мінерального масла). Синтез-газ вводиться в реактор знизу. Приблизно 235 ° C в реакторі утворюється метанол, який залишає реактор у формі пари разом з неперетвореним синтез-газом. Після охолодження, розділення та очищення дистиляцією отримують чистий метанол. Каталізатор втрачає близько 0,2% своєї активності на добу і повинен бути замінений після тривалого використання. На початковій фазі вироблялося 260-300 тон метанолу на добу. Вартість будівництва заводу LPMEOH становила 214 мільйонів доларів, а за галон метанолу з вугілля становила 0,50 доларів. Це дорівнює приблизно 168 дол. США за тонну або 0,168 дол. США за кг.
За даними виробника хімічного заводу Lurgi [4], виробничі витрати на метанол на основі природного газу в даний час становлять 50-110 доларів США/т.
світогляд
За словами хіміка та лауреата Нобелівської премії Джорджа Олаха, зараз розроблені процеси, за допомогою яких метанол можна отримувати безпосередньо з метану без синтез-газу. Крім того, за словами Олаха, метанол також може вироблятися із СО2 та води, постачаючи електроенергію; це дає можливість «переробляти» CO2. [5]. (Порівняйте також економіку метанолу). У цій галузі вже видано велику кількість патентів, які свідчать про те, що це можливо. Сучасна проблема полягає у досягненні необхідних високих щільностей струму для великого виробництва. Однак в економічному та енергетичному плані такі процеси є надзвичайно сумнівними, оскільки на переробку СО2 доведеться витратити більше енергії, ніж при попередньому спалюванні С на СО2.
Хімічні властивості
Завдяки полярній гідроксильній групі метанол можна змішувати з водою в будь-якому співвідношенні. Подібність до води також можна побачити в силі розчинення деяких мінеральних солей у метанолі (хлорид кальцію, сульфат міді). Він також добре розчиняється в діетиловому ефірі та інших органічних розчинниках (включаючи вуглеводні з виключенням води). Метанол не розчинний у жирах та оліях.
Метанол горить синім, майже непомітним полум’ям. Температура спалаху становить 11 ° C. Пари метанолу утворюють з повітрям вибухонебезпечні суміші.
Кількість метанолу в ООН становить 1230, кількість небезпеки - 336. Метанол має питому теплотворну здатність 19 700 кДж · кг -1 і щільність енергії 4,4 кВт · год · л -1 .
застосування
Як паливо
Метанол можна використовувати як паливо принаймні у чотирьох різних варіантах:
В хімії
Метанол є одним з найважливіших вихідних матеріалів для синтезу в хімічній промисловості. В основному використовується для наступних продуктів або реакцій (відсортованих за кількістю, що використовується):
- Виробництво МТБЕ як добавки до бензину з метанолу та ізобутену:
- Окислення киснем на срібному каталізаторі до формальдегіду:
- Виробництво оцтової кислоти з метанолу та чадного газу,
- Реалізація карбоновими кислотами до метилових ефірів таких. B. метилацетат,
- Транстерифікація жирів до метилових ефірів жирних кислот, таких як B. метиловий ефір ріпакової олії,
- Виробництво хлорметанів,
- Виробництво метилметакрилату, мономеру поліметилметакрилату,
- Виробництво метилових ефірів,
- Виробництво метиламінів; Метиламіни - важливий попередник барвників, ліків та пестицидів,
- Використання при переробці пластмас (наприклад, метаноліз ПЕТ).
Інше використання
Метанол використовується як розчинник і антифриз.
Він також використовується для очищення датчиків цифрових дзеркальних камер, оскільки не залишає смуг і випаровується, не залишаючи залишків.
доказ
Органолептичний: метанол має безпомилковий, безалкогольний, але солодкуватий запах, такий як B. Етанол (спирт).
Якщо метанол змішати з бурою та підпалити, отриманий триметилборат згоряє інтенсивним зеленим полум’ям. Ця реакція працює з подібним результатом, але менш інтенсивним зеленим кольором, з етанолом, але лише з додаванням концентрованої сірчаної кислоти. Ось чому етанол і метанол можна диференціювати за допомогою так званого зразка бури.
Токсичність
Сам метанол має лише низьку токсичність, але його метаболіти отруйні, наприклад формальдегід, що утворюється алкогольдегідрогеназою (АДГ), і мурашина кислота, що утворюється в результаті. Останнє, зокрема, призводить до розвитку метаболічного ацидозу після часто безсимптомного латентного періоду від 6 до 30 годин після прийому метанолу. Мурашина кислота дуже повільно розщеплюється метаболізмом людини і таким чином накопичується в організмі під час порівняно швидкого розщеплення метанолу.
Дози 0,1 г метанолу на кг маси тіла є небезпечними, понад 1 г на кг маси тіла загрожують життю. Симптоми отруєння метаноловою інтоксикацією протікають у три фази. Одразу після прийому метанолу з’являється наркотична стадія, як у етанолу, але сп’янілий ефект менший, ніж у етанолу. Після часто безсимптомної фази латентності виникають головні болі, відчуття слабкості, нудота, блювота, запаморочення та прискорене дихання - наслідки метаболічного ацидозу, що розвивається. Характерно пошкодження нервів, особливо очей. Набряк сітківки викликає лише помутніння зору і може призвести до незворотної сліпоти. Смерть може настати в результаті паралічу дихання.
Лікування інтоксикації метанолом відбувається шляхом придушення метаболізму метанолу, наприклад Б. шляхом введення етанолу (0,7 г етанолу на кг маси тіла), завдяки чому деградація метанолу конкурує, або шляхом введення інгібітору АДГ 4-метилпіразолу (фомепізолу). Розщепленню мурашиної кислоти можна сприяти додаванням фолієвої кислоти. Ацидозу можна протидіяти введенням гідрокарбонату натрію; може знадобитися гемодіаліз. Лікування необхідно до тих пір, поки вміст метанолу в крові не опуститься нижче певної граничної величини.
Метанол регулярно виробляється як побічний продукт спиртового бродіння і накопичується в дистилятах, напр. Б. у виробництві спиртних напоїв. Тому метанольна фракція відокремлюється під час перегонки. Для того, щоб зробити це розділення якомога повнішим, потрібна велика обережність і досвід, а також суворий температурний режим. Недостатні алкогольні напої можуть містити значну кількість метанолу, що може бути сумнівним при надмірному споживанні.
У повітрі в приміщенні працівники все ще могли переносити 20-25 проміле метанолу без жодних негативних наслідків для здоров'я навіть через два роки. Концентрація метанолу понад 200 ppm викликає головний біль після тривалого вдихання. Концентрації 500-1100 ppm волонтери переносили лише протягом 3-4 годин.
Метанол також дуже добре всмоктується через шкіру.