Metanol
jó poláros, rossz nem poláros oldószerekben
Metanol jelentése egyértékű alkohol, amelyet a legegyszerűbb alkán-metánból nyernek, a hidrogénatom hidroxilcsoporttal történő helyettesítésével. A természetben pamut növényekben, Heracleum gyümölcsökben, füvekben és illóolajokban fordul elő. A metanolt fermentációs folyamatok során is előállítják, pl. B. cukornádléből. A gyümölcs erjesztése során a bennük található pektinek többek között lebomlik metanollá. A kereskedelemben kapható alkoholtartalmú italokban azonban alig található metanol, mivel a folyamatirányítás, a desztilláció és az élelmiszer-szabályozók magas szintű biztonságot nyújtanak.
További ajánlott szakismeretek
Biztonságos mérési tartomány a pontos eredmények érdekében
Hogyan érhet el pontos mérési eredményeket minden nap?
Ne hagyja, hogy a statikus elektromosság befolyásolja a mérési pontosságot.
Tartalomjegyzék
sztori
Az ókorban is az egyiptomiak anyagok keverékét használták halottaik balzsamozására, beleértve a metanolt is.
1661-ben Robert Boyle képes volt metanolt kivonni faecetből. A kémia ezen korai szakaszában azonban még nem dolgoztak ki elemzési módszereket.
1834-ben Jean Baptiste Dumas és Eugene Peligot francia vegyészek végül tisztázták a metanol elemi összetételét. Az anyagnak a "metilén" nevet adták. A metilén a görög szavak kombinációja méthy (Bor) és hylé (Faipari). Az első nagyszabású metanolszintézist a fa száraz desztillációjával hajtották végre. Legutóbb 1930-ban az USA-ban a metanol 50% -át nyerték meg ezzel a eljárással.
1923-ban Matthias Pier kifejlesztett egy eljárást a BASF számára a metanol szintetizálására szénből és hidrogénből. 1923-ban megkezdődött az első nagyüzemi gyártás a Leuna-üzemekben, a merseburgi ammóniaüzemekben. Ez a folyamat cink-króm katalizátoron, rendkívül magas nyomáson és hőmérsékleten alapult. A modern metanolszintézisekben hatékonyabb katalizátorokat alkalmaznak, amelyek mérsékeltebb hőmérsékletek és nyomások alkalmazását teszik lehetővé.
Az ICI vállalat az első alacsony nyomású szintézist réz-oxid-cink-oxid-alumínium katalizátorral hajtotta végre 1966-ban. Szinte az összes későbbi kisnyomású katalizátor az olcsó alapanyagokat is felhasználta: réz, cink és alumínium. Az 1970-es évek óta épült új üzemek többségét akkor az alacsony nyomású folyamatok végezték; szinte kizárólag nyersanyagként használják a földgázt.
Gyártás
Alapok
Történelmileg a metanolt már a 17. században kapták száraz desztillációval (= levegő nélküli fűtés, pirolízis) keményfából (innen ered a fapárlat). A fa desztillátum körülbelül 1,5-3% metanolt, 10% ecetsavat, 0,5% acetont, metil-acetátot, acetaldehidet, fa kátrányt, a gázkeverék pedig hidrogént, szén-monoxidot és etént tartalmazott. Manapság a metanolt ipari méretekben szintézisgázból állítják elő. Melléktermékként etanolt és dimetil-étert állítanak elő.
A globális éves termelés 2005-ben körülbelül 30 millió tonna volt. A legnagyobb gyártók Methanex Corporation évi 5,3 millió tonna termeléssel a kanadai Vancouverben és a Metanol Holdings (Trinidad) Ltd. Trinidadban 4 millió t/év termelési mennyiséggel (2005-től). [1] [2]
A metanol előállításának jelenlegi folyamatai különböznek a reakció nyomásától. Az eljárások a következők szerint osztályozhatók:
- Nagynyomású eljárás, 250-350 bar, 320-380 ° C.
- Közepes nyomású folyamat, 100-250 bar, 220-300 ° C.
- Alacsony nyomású eljárás, 50-100 bar, 200-300 ° C.
A legfontosabb az alacsony nyomású folyamat, amelyet általában 230-250 ° C-on hajtanak végre.
A metanol előállításához nyersanyagként földgáz, benzin, kőolaj-feldolgozás során visszamaradt olajok, szén vagy akár szén-dioxid és hidrogén használható. Eddig a legfontosabb alapanyag a földgáz volt.
Metanol előállítása földgázból
A földgáz szinte teljes egészében metánból áll. A reakció előtt minden olyan komponenst el kell távolítani a földgázból, amely elpusztíthatja a reakció katalizátorát. A hidrogén-szulfid-tartalomnak 0,1 ppm alatt kell lennie. Katalitikus hatással a metán és a vízgőz átalakulhat szén-monoxiddá és hidrogénné.
A metán és a víz (1) reakciója szén-monoxiddá és hidrogénné endoterm; H. energiát kell biztosítani, hogy a folyamat a szén-monoxid képződésének irányába haladjon. A metángázt kb. 420-550 ° C-ra kell előmelegíteni, majd nikkelnel átitatott csöveken kell vezetni. A metán átalakítását szén-monoxiddá és hidrogénné átalakításnak nevezzük. Mivel az (1) egyenlet szerint két molekulából négy molekula származik, alacsony nyomás kedvez ennek a reakciónak (Le Chatelier-féle elv); A nyomás növekedése kedvezne a metán felé fordított reakciónak. A (2) szerint a szén-monoxid tovább reagál a vízgőzzel, így a szén-monoxid mellett szén-dioxid is képződik.
A magas hőmérséklet elősegíti az úgynevezett Boudouard-egyensúly balra tolódását, amely a bal oldali szénmonoxid, a jobb oldali szén-dioxid és a szén között van:
A következő egyenletek megfogalmazhatók metanol szénmonoxidból, széndioxidból és hidrogénből történő képződéséhez:
Mindkét reakció exoterm; H. a reakció során keletkező hő felhasználható az alacsony nyomású katalízis elvégzésére körülbelül 250 ° C-on. Az egyenletek szerint három vagy négy molekula egy vagy kettőt eredményez. Le Chatelier elve szerint a nyomás növekedése az egyensúly jobbra tolódásához vezet.
A következő összefüggés érvényes a (4) reakció egyensúlyi állandóinak hőmérsékletfüggésére:
Ezzel az egyenlettel lehet kiszámítani a metanol képződését különböző reakcióhőmérsékleteken.
Metanoltermelés 1000 tonnában:
| 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 |
Metanol előállítása szénből
Ebben a folyamatban a szenet hővel és légköri oxigén hozzáadásával (szén nyomású gázosítása) gázosítják. A keletkező szintézisgáz (CO + 2 H2) lehűlése után a kátránylerakódásokat eltávolítjuk, és a kéntartalmú szennyeződéseket, amelyek a szénben lényegesen magasabbak, mint a földgázban, a Rectisol eljárással eltávolítják. A további folyamat analóg a földgáz reprezentációjával.
A jó rendelkezésre állás és a földgáz alacsony ára, valamint az alacsonyabb beruházási költségek miatt alig épült új szénalapú erőmű. Például 1977-ben a metanolszintézisüzem felépítésének költsége, beleértve az összes 2500 t/d kapacitású kiegészítő üzemet, 435 millió DM volt a szénalapú folyamatok esetében, de a földgázból előállított szintézisüzem költsége csak 171 millió DM volt.
LPMEOH folyamat
Az Egyesült Államokban az 1980-as évek elején elindították a „Tiszta széntechnika” (CCT) programot a széntechnológiák fejlesztése érdekében. Ennek a programnak a célja a széngázosítás széndioxid-kibocsátásának drasztikus csökkentése volt.
A projekthez kapcsolódóan egy szintetikus gázból metanolgyártó (LPMEOH eljárás [3]) üzemet fejlesztett ki az Eastman Chemical Company és az Air Products. Az Eastman Chemical Company már 1983-ban széngázosító üzemet épített Kingsportban, Tennessee államban. Ezzel az üzemmel napi 1000 tonna szén átalakítható szintézisgázzá.
Az első LPMEOH üzem 1995 októbere és 1997 januárja között készült el. Az LPMEOH reaktorban a katalizátor magas forráspontú ásványi olajban van (30% - 70% ásványi olaj). A szintézisgázt alulról vezetik be a reaktorba. Körülbelül 235 ° C-on metanol képződik a reaktorban, amely a nem átalakult szintézisgázzal együtt gőz formájában távozik a reaktorból. Lehűtés, elválasztás és desztillációval történő tisztítás után tiszta metanolt kapunk. A katalizátor aktivitásának körülbelül 0,2% -át veszíti el naponta, és hosszabb használat után ki kell cserélni. A kezdeti szakaszban 260-300 tonna metanolt termeltek naponta. Az LPMEOH üzem építésének költségét 214 millió dollárra becsülték, a szénből származó metanol gallonra vetített költsége pedig 0,50 dollár volt. Ez kb. 168 USD/tonna vagy 0,168 USD/kg.
A Lurgi vegyi üzem gyártójának információi szerint [4] a metanol földgázalapú előállítási költségei jelenleg 50-110 USD/tonna között vannak.
kilátások
A vegyész és a Nobel-díjas George Olah szerint mostanra olyan eljárásokat fejlesztettek ki, amelyekkel metanolt lehet előállítani közvetlenül metánból szintézisgáz nélkül. Ezenkívül Olah szerint a metanol szén-dioxidból és vízből is előállítható áramellátással; ez lehetővé teszi a CO2 „újrahasznosítását”. [5]. (Hasonlítsa össze a metanol-gazdaságosságot is). Ezen a területen már számos olyan szabadalmat bocsátottak ki, amelyek azt mutatják, hogy ez lehetséges. A jelenlegi probléma a nagyüzemi gyártáshoz szükséges nagy áramsűrűség elérése. Gazdaságilag és energiapolitikai szempontból azonban az ilyen folyamatok rendkívül megkérdőjelezhetőek, mivel több energiát kellene felhasználni a CO2 újrafeldolgozásához, mint amennyit a C-ről CO2-re történő korábbi elégetéssel nyernek.
Kémiai tulajdonságok
A poláros hidroxilcsoport miatt a metanol bármilyen arányban keverhető vízzel. A vízzel való hasonlóság néhány ásványi só metanolban való oldódási képességében is megmutatkozik (kalcium-klorid, réz-szulfát). Dietil-éterben és más szerves oldószerekben (beleértve a szénhidrogéneket is, víz nélkül) könnyen oldódik. A metanol nem oldódik zsírokban és olajokban.
A metanol kék, szinte láthatatlan lánggal ég. A lobbanáspont 11 ° C. A metanol gőzei robbanékony keverékeket képeznek a levegővel.
A metanol ENSZ-száma 1230, a veszélyességi száma 336. A metanol fajlagos fűtőértéke 19 700 kJ · kg −1, energiasűrűsége 4,4 kWh · l −1. .
Alkalmazás
Üzemanyagként
A metanolt legalább négy különböző változatban lehet üzemanyagként használni:
A kémia területén
A metanol a vegyipar egyik legfontosabb kiindulási anyaga a szintézisek számára. Főleg a következő termékekhez vagy reakciókhoz használják (a felhasznált mennyiségnek megfelelően rendezve):
- MTBE gyártása benzin adalékanyagként metanolból és izobuténból:
- Oxidáció oxigénnel az ezüst katalizátoron formaldehiddé:
- Ecetsavtermelés metanolból és szén-monoxidból,
- Kivitelezés karbonsavakkal metil-észterekké. B. metil-acetát,
- A zsírok transzészterezése zsírsavak metil-észtereivé, mint pl B. repceolaj-metil-észter,
- Klór-metánok előállítása,
- Metil-metakrilát, a polimetil-metakrilát monomer előállítása,
- Metiléterek gyártása,
- Metilaminok előállítása; A metilaminok a színezékek, gyógyszerek és növényvédő szerek fontos előfutára,
- Használat műanyagok újrahasznosításában (pl. PET metanolízisében).
Egyéb felhasználások
A metanolt oldószerként és fagyállóként használják.
Digitális tükörreflexes fényképezőgépek érzékelőinek tisztítására is használják, mivel nem hagy csíkot és elpárolog anélkül, hogy maradékot hagyna.
bizonyíték
Érzékszervi: A metanolnak összetéveszthetetlen, alkoholmentes, de édes illata van B. Etanol (alkohol).
Ha a metanolt összekeverjük a boraxszal és meggyújtjuk, a keletkező trimetil-borát intenzív zöld lánggal ég. Ez a reakció hasonló eredménnyel, de kevésbé intenzív zöld színnel működik etanollal, de csak tömény kénsav hozzáadásával. Ezért lehet az etanolt és a metanolt megkülönböztetni ezzel az úgynevezett borax mintával.
Toxicitás
Maga a metanol csak alacsony toxicitású, de metabolitjai mérgezőek, például az alkohol-dehidrogenáz (ADH) által képzett formaldehid és a keletkező hangyasav. Ez utóbbi különösen a metabolikus acidózis kialakulásához vezet a metanol bevétele után 6–30 órás, gyakran tünetektől mentes késleltetési periódus után. A hangyasavat az emberi anyagcsere csak nagyon lassan bontja le, és így a metanol viszonylag gyors lebomlása során felhalmozódik a szervezetben.
A testtömeg-kilogrammonként 0,1 g metanol dózisa veszélyes, a testtömeg-kilogrammonkénti 1 g-nál nagyobb az életveszély. A metanolos mérgezés tünetei három fázisban futnak. A metanol bevitele után azonnal megjelenik egy narkotikus szakasz, mint az etanolnál, de a bódító hatás kisebb, mint az etanolnál. A gyakran tünetmentes látencia fázis után fejfájás, gyengeség érzés, hányinger, hányás, szédülés és felgyorsult légzés jelentkezik - a kialakuló metabolikus acidózis következményei. Jellemző az idegek, különösen a szem károsodása. A retina ödéma csak homályos látást okoz, és visszafordíthatatlan vaksághoz vezethet. A halál légzési bénulás következménye lehet.
A metanol mérgezés kezelése a metanol anyagcseréjének elnyomásán keresztül történik, pl. B. etanol (0,7 g etanol/testtömeg-kg) adagolásával, amellyel a metanol lebomlása versenyképesen gátolható, vagy az ADH inhibitor 4-metil-pirazol (fomepizol) beadásával. A hangyasav lebontása elősegíthető folsav hozzáadásával. Az acidózis ellensúlyozható nátrium-hidrogén-karbonát beadásával; hemodialízisre lehet szükség. A kezelés addig szükséges, amíg a vér metanoltartalma egy bizonyos határérték alá nem csökken.
A metanolt rendszeresen az alkoholos erjedés melléktermékeként állítják elő, és párlatokban felhalmozódik, pl. B. a szesz előállításában. A desztillálás során a metanol-frakciót ezért elválasztjuk. Annak érdekében, hogy ez a szétválasztás a lehető legteljesebb legyen, nagy gondosságra és tapasztalatra, valamint szigorú hőmérséklet-szabályozásra van szükség. Az alacsonyabbrendű szesz jelentős mennyiségű metanolt tartalmazhat, ami felesleges fogyasztás esetén megkérdőjelezhető.
A szoba levegőjében a dolgozók két év után is elviselhettek 20-25 ppm metanolt káros hatások nélkül. A 200 ppm feletti metanol-koncentráció hosszan tartó belégzés után fejfájást okoz. Az önkéntesek csak 500-1100 ppm koncentrációt toleráltak 3-4 órán keresztül.
A metanol a bőrön keresztül is nagyon jól felszívódik.