Метанол
добър в полярни, лош в неполярни разтворители
Метанол е монохидратен алкохол, който се получава от най-простия алкан метан чрез заместване на водородния атом с хидроксилна група. В природата се среща в памучните растения, плодовете на Хераклеум, тревите и в етеричните масла. Метанолът се произвежда и по време на ферментационни процеси, напр. Б. от сок от захарна тръстика. По време на ферментацията на плодовете, съдържащите се в тях пектини могат да u. а. да се разгради до метанол. Въпреки това, едва ли има метанол в търговските алкохолни напитки, тъй като инспекторите за управление на процесите, дестилацията и храните осигуряват високо ниво на безопасност.
Допълнителни препоръчителни познания
Безопасен обхват на претегляне за осигуряване на точни резултати
Как получавате точни резултати от претеглянето всеки ден?
Не позволявайте статичното електричество да повлияе на точността ви на претегляне.
Съдържание
история
Още в древността египтяните са използвали смес от вещества, за да балсамират мъртвите си, включително метанол.
През 1661 г. Робърт Бойл успява да извлече метанол от дървесен оцет. На този ранен етап в химията обаче все още не са разработени елементарни аналитични методи.
През 1834 г. елементарният състав на метанола е окончателно изяснен от френските химици Жан Батист Дюма и Юджийн Пелиго. Те дадоха на веществото името "метилен". Метиленът е комбинация от гръцките думи мети (Вино) и хиле (Дърво). Първите широкомащабни синтези на метанол се извършват чрез суха дестилация на дървесина. Още през 1930 г. 50% от метанола в САЩ е получен чрез този процес.
През 1923 г. Матиас Пиер разработва процес за BASF за синтезиране на метанол от въглища и водород. През 1923 г. започва първото мащабно производство в заводите в Леуна, амонякът в Мерзебург. Този процес се основава на цинк-хром катализатор, изключително високи налягания и температури. В съвременните синтези на метанол се използват по-ефективни катализатори, които позволяват използването на по-умерени температури и налягания.
Компанията ICI извършва първия синтез с ниско налягане с меден оксид-цинков оксид-алуминиев катализатор през 1966 г. Почти всички по-късни каталитични преобразуватели с ниско налягане също използваха евтините суровини мед, цинк и алуминий. По-голямата част от новите инсталации, построени от 70-те години на миналия век, са били за процес с ниско налягане; те използват природния газ почти изключително като суровина.
производство
Основи
В исторически план метанолът вече е получен през 17 век чрез суха дестилация (= нагряване при изключване на въздуха, пиролиза) от твърда дървесина (оттук и общото наименование дървесен спирт). Дървесният дестилат съдържа около 1,5-3% метанол, 10% оцетна киселина, 0,5% ацетон, метилацетат, ацеталдехид, дървесен катран, а газовата смес съдържа водород, въглероден окис и етен. В наши дни метанолът се произвежда в промишлени мащаби от синтез газ. Етанолът и диметиловият етер се произвеждат като странични продукти.
Глобалното годишно производство през 2005 г. е около 30 милиона тона. Най-големите производители са Метанекс корпорация с годишно производство от 5,3 милиона тона със седалище във Ванкувър, Канада, и Метанол Холдингс (Тринидад) ООД. в Тринидад с производствен обем от 4 милиона t/a (към 2005 г.). [12]
Настоящите процеси за производство на метанол се различават в реакционното налягане. Процедурите могат да бъдат класифицирани, както следва:
- Процес под високо налягане, 250-350 бара, 320-380 ° C.
- Процес със средно налягане, 100-250 бара, 220-300 ° C.
- Процес с ниско налягане, 50-100 бара, 200-300 ° C.
Най-важен е процесът с ниско налягане, който обикновено се извършва при 230-250 ° C.
Като суровини за производството на метанол могат да се използват природен газ, бензин, остатъчни масла от преработката на петрол, въглища или дори въглероден диоксид и водород. Досега най-важната суровина е природният газ.
Производство на метанол от природен газ
Природният газ се състои почти изцяло от метан. Преди реакцията всички компоненти, които биха могли да разрушат катализатора за реакцията, трябва да бъдат отстранени от природния газ. Съдържанието на сероводород трябва да бъде под 0,1 ppm. Под каталитично въздействие метанът и водните пари могат да се превърнат във въглероден окис и водород.
Реакцията (1) на метан и вода към въглероден окис и водород е ендотермична; H. трябва да се доставя енергия, така че процесът да протича по посока на образуването на въглероден окис. Газът метан трябва да бъде предварително загрят до приблизително 420-550 ° C и след това преминава през тръби, импрегнирани с никел. Процесът на превръщане на метана във въглероден окис и водород се нарича риформинг. Тъй като четири молекули възникват от две молекули съгласно уравнение (1), ниското налягане благоприятства тази реакция (принципът на Шателие); Повишаването на налягането би благоприятствало обратната реакция към метан. Според (2) въглеродният оксид продължава да реагира с водни пари, така че освен въглероден окис се образува и въглероден диоксид.
Високите температури благоприятстват изместването на така нареченото равновесие на Будуар наляво, което е между въглероден окис вляво, въглероден диоксид и въглерод вдясно:
Следните уравнения могат да бъдат формулирани за образуването на метанол от въглероден окис или въглероден диоксид и водород:
И двете реакции са екзотермични; H. топлината, генерирана по време на реакцията, може да се използва за извършване на катализа при ниско налягане при около 250 ° C. Според уравненията три или четири молекули водят до една или две. Според принципа на Льо Шателие, увеличаването на налягането води до изместване на равновесието надясно.
Следната връзка се отнася за температурната зависимост на равновесните константи на реакцията (4):
Това уравнение може да се използва за изчисляване на образуването на метанол при различни температури на реакцията.
Производство на метанол в 1000 т:
| 1928 г. | 24 | 18-ти | к. А. | к. А. |
| 1936 г. | 97 | 93 | к. А. | к. А. |
| 1950 г. | 360 | 120 | к. А. | к. А. |
| 1960 г. | 892 | 297 | к. А. | 99,7 |
| 1970 г. | 2238 | n/a. | 5000 | 89.7 |
| 1980 г. | 3176 | 870 | 15000 | 236.1 |
| 2004 г. | 3700 | 2000 г. | 32000 | 270 |
Производство на метанол от въглища
В този процес въглищата се газифицират с топлина и добавяне на атмосферен кислород (газификация под налягане на въглищата). След като полученият синтез газ (CO + 2 H2) се охлади, отлаганията на катран се отстраняват и съдържащите сяра примеси, които са значително по-високи във въглищата, отколкото в природния газ, се отстраняват с помощта на процеса на Ректизол. По-нататъшният процес е аналогичен на представянето от природния газ.
Поради добрата наличност и ниската цена на природния газ и по-ниските инвестиционни разходи, почти не са построени нови централи на въглища. През 1977 г. например разходите за изграждане на инсталация за синтез на метанол, включваща всички спомагателни инсталации с капацитет 2500 t/d, са 435 милиона DM за процеси на базата на въглища, но разходите за инсталация за синтез от природен газ са само 171 милиона DM.
LPMEOH процес
В САЩ в началото на 80-те години стартира програма „Технология за чисти въглища“ (CCT) за подобряване на технологиите за въглища. Тази програма има за цел да намали драстично емисиите на въглероден диоксид от газификацията на въглищата.
Във връзка с проекта е разработена инсталация за производство на метанол (LPMEOH процес [3]) от синтетичен газ от Eastman Chemical Company и Air Products. Още през 1983 г. Eastman Chemical Company построява завод за газификация на въглища в Кингспорт, Тенеси. С тази инсталация 1000 тона въглища на ден могат да бъдат превърнати в синтетичен газ.
Първият завод LPMEOH е завършен между октомври 1995 г. и януари 1997 г. В реактора LPMEOH катализаторът се намира във висококипящо минерално масло (30% катализатор до 70% минерално масло). Сега в реактора се вкарва синтетичен газ отдолу. При приблизително 235 ° C в реактора се образува метанол, който оставя реактора във форма на пара заедно с неконвертирания синтез газ. След охлаждане, разделяне и пречистване чрез дестилация се получава чист метанол. Катализаторът губи около 0,2% от активността си на ден и трябва да бъде заменен след продължителна употреба. В началната фаза се произвеждат 260-300 тона метанол/ден. Разходите за изграждане на централата LPMEOH бяха 214 милиона долара, а цената на галон метанол от въглища беше 0,50 долара. Това се равнява на около 168 $/тон или 0,168 $/кг.
Според информация от производителя на химическия завод Lurgi [4] производствените разходи за метанол на базата на природен газ в момента са между 50-110 щатски долара/тон.
перспектива
Според химика и носител на Нобелова награда Джордж Олах, сега са разработени процеси, с които метанолът може да се произвежда директно от метан без синтез газ. Освен това, според Олах, метанолът може да се произвежда и от CO2 и вода, като се доставя електричество; това прави възможно „рециклирането“ на CO2. [5]. (Сравнете също икономията на метанол). В тази област вече са издадени голям брой патенти, които показват, че това е възможно. Настоящият проблем е да се постигнат необходимите високи плътности на тока за мащабно производство. Икономически и от гледна точка на енергийната политика обаче подобни процеси са изключително съмнителни, тъй като за рециклиране на CO2 трябва да се използва повече енергия, отколкото при предишното изгаряне на C до CO2.
Химични свойства
Поради полярната хидроксилна група, метанолът може да се смесва с вода във всяко съотношение. Сходството с водата може да се види и в силата на разтваряне на някои минерални соли в метанола (калциев хлорид, меден сулфат). Също така е лесно разтворим в диетилов етер и други органични разтворители (също във въглеводороди с изключване на вода). Метанолът не е разтворим в мазнини и масла.
Метанолът изгаря със син, почти невидим пламък. Точката на възпламеняване е 11 ° C. Парите на метанола образуват експлозивни смеси с въздух.
ООН броят на метанола е 1230, а на опасността 336. Метанолът има специфична калоричност 19 700 kJ · kg -1 и енергийна плътност 4,4 kWh · l -1 .
приложение
Като гориво
Метанолът може да се използва като гориво в поне четири различни варианта:
В химията
Метанолът е един от най-важните изходни материали за синтези в химическата промишленост. Използва се главно за следните продукти или реакции (сортирани според използваното количество):
- Производство на MTBE като добавка за бензин от метанол и изобутен:
- Окисление с кислород върху сребърния катализатор до формалдехид:
- Производство на оцетна киселина от метанол и въглероден оксид,
- Прилагане с карбоксилни киселини към метилови естери като такива. Б. метилацетат,
- Трансестерификация на мазнини до метилови естери на мастни киселини като Б. метилов естер на рапично масло,
- Производство на хлорометани,
- Производство на метилметакрилат, мономерът на полиметилметакрилат,
- Производство на метилови етери,
- Производство на метиламини; Метиламините са важен предшественик за оцветители, лекарства и пестициди,
- Употреба при рециклиране на пластмаси (напр. Метанолиза на PET).
Други приложения
Метанолът се използва като разтворител и антифриз.
Използва се и за почистване на сензорите на цифровите огледално-рефлексни фотоапарати, тъй като не оставя ивици и се изпарява, без да оставя остатъци.
доказателство
Органолептични: Метанолът има недвусмислена, безалкохолна, но сладка миризма като Б. Етанол (алкохол).
Ако метанолът се смеси с боракс и се запали, полученият триметил борат изгаря с интензивен зелен пламък. Тази реакция работи с подобен резултат, но по-малко интензивен зелен цвят, с етанол, но само с добавяне на концентрирана сярна киселина. Ето защо етанолът и метанолът могат да бъдат разграничени с тази така наречена проба от боракс.
Токсичност
Самият метанол е само с ниска токсичност, но неговите метаболити са отровни, като формалдехидът, образуван от алкохолна дехидрогеназа (ADH) и получената мравчена киселина. Последното по-специално води до развитие на метаболитна ацидоза след често безсимптомна латентност от 6 до 30 часа след поглъщане на метанол. Мравчената киселина се разгражда много бавно от човешкия метаболизъм и така се натрупва в тялото по време на сравнително бързото разграждане на метанола.
Дози от 0,1 g метанол на kg телесно тегло са опасни, над 1 g на kg телесно тегло са животозастрашаващи. Симптомите на интоксикация при интоксикация с метанол протичат в три фази. Веднага след поглъщането на метанол се появява наркотичен етап, както при етанола, но упойващият ефект е по-малък, отколкото при етанола. След често безсимптомната фаза на латентност се появяват главоболие, чувство на слабост, гадене, повръщане, замаяност и ускорено дишане - последиците от метаболитната ацидоза, която се развива. Характерно е увреждане на нервите, особено на окото. Отокът на ретината причинява само замъглено зрение и може да доведе до необратима слепота. Смъртта може да настъпи в резултат на дихателна парализа.
Лечението на интоксикация с метанол се осъществява чрез потискане на метаболитния метаболизъм, напр. Б. чрез даване на етанол (0,7 g етанол на kg телесно тегло), при което разграждането на метанола се инхибира конкурентно, или чрез даване на ADH инхибитора 4-метилпиразол (фомепизол). Разграждането на мравчена киселина може да се насърчи чрез добавяне на фолиева киселина. Ацидозата може да бъде противодействана чрез прилагане на натриев хидроген карбонат; може да се наложи хемодиализа. Лечението е необходимо, докато съдържанието на метанол в кръвта падне под определена гранична стойност.
Метанолът се произвежда редовно като страничен продукт от алкохолната ферментация и се натрупва в дестилати, напр. Б. в производството на спиртни напитки. Следователно метанолната фракция се отделя по време на дестилацията. За да стане това разделяне възможно най-пълно, са необходими големи грижи и опит, както и строг температурен режим. Слабите спиртни напитки могат да съдържат значителни количества метанол, които са под въпрос, ако се консумират прекомерно.
Във въздуха на закрито работниците все още могат да понасят 20-25 ppm метанол без никакви неблагоприятни последици за здравето дори след две години. Концентрациите на метанол над 200 ppm причиняват главоболие след продължително вдишване. Концентрации от 500-1100 ppm се понасят само от доброволци в продължение на 3-4 часа.
Метанолът също се абсорбира много добре през кожата.