Metanol

dobré v polárnych, zlé v nepolárnych rozpúšťadlách

Metanol je jednosýtny alkohol, ktorý je odvodený od najjednoduchšieho alkánmetánu nahradením atómu vodíka hydroxylovou skupinou. V prírode sa vyskytuje v bavlníkových rastlinách, plodoch Heracleum, trávach a v éterických olejoch. Metanol sa tiež vyrába počas fermentačných procesov, napr. B. zo šťavy z cukrovej trstiny. Pri fermentácii ovocia môžu pektíny v nich obsiahnuté okrem iného aj. sa rozkladajú na metanol. V komerčne dostupných alkoholických nápojoch sa však takmer nenachádza žiadny metanol, pretože riadenie procesu, destilácia a regulátory potravín zaisťujú vysokú úroveň bezpečnosti.

Ďalšie odporúčané odborné znalosti

Bezpečný rozsah váženia na zabezpečenie presných výsledkov

Ako dosiahnete presné výsledky váženia každý deň?

Nenechajte statickú elektrinu ovplyvniť vašu presnosť váženia.

Obsah

príbeh

Už v staroveku používali Egypťania na balzamovanie svojich mŕtvych zmes látok, vrátane metanolu.

V roku 1661 Robert Boyle dokázal extrahovať metanol z dreveného octu. V tomto počiatočnom štádiu chémie však ešte neboli vyvinuté elementárne analytické metódy.

V roku 1834 francúzske chemikálie Jean Baptiste Dumas a Eugene Peligot definitívne objasnili základné zloženie metanolu. Dali tejto látke názov „metylén“. Metylén je kombináciou gréckych slov méthy (Víno) a hylé (Drevo). Prvé rozsiahle syntézy metanolu sa uskutočňovali suchou destiláciou dreva. Ešte v roku 1930 sa týmto spôsobom získalo 50% metanolu v USA.

V roku 1923 Matthias Pier vyvinul pre spoločnosť BASF proces syntézy metanolu z uhlia a vodíka. V roku 1923 sa začala prvá veľká výroba v závodoch Leuna, v amerských závodoch v Merseburgu. Tento proces bol založený na katalyzátore zinku a chrómu, extrémne vysokých tlakoch a teplotách. V moderných metanolových syntézach sa používajú efektívnejšie katalyzátory, ktoré umožňujú použitie miernejších teplôt a tlakov.

Spoločnosť ICI uskutočnila prvú nízkotlakovú syntézu s katalyzátorom oxid meďnatý - oxid zinočnatý - hliník v roku 1966. Takmer všetky neskoršie nízkotlakové katalyzátory tiež používali lacné suroviny meď, zinok a hliník. Väčšina nových závodov postavených od 70. rokov bola pre nízkotlakový proces; zemný plyn využívajú takmer výlučne ako surovinu.

Výroba

Základy

Historicky sa metanol získaval už v 17. storočí suchou destiláciou (= zahrievanie bez vylučovania vzduchu, pyrolýza) z tvrdého dreva (odtiaľ pochádza všeobecný názov drevný lieh). Drevný destilát obsahoval asi 1,5 až 3% metanolu, 10% kyseliny octovej, 0,5% acetónu, metylacetát, acetaldehyd, drevný decht a plynná zmes obsahovala vodík, oxid uhoľnatý a etén. V dnešnej dobe sa metanol vyrába v priemyselnom meradle zo syntetického plynu. Etanol a dimetyléter sa vyrábajú ako vedľajšie produkty.

Celosvetová ročná produkcia v roku 2005 bola okolo 30 miliónov t. Najväčšími výrobcami sú Spoločnosť Methanex Corporation s ročnou produkciou 5,3 milióna t so sídlom vo kanadskom Vancouveri a Metanol Holdings (Trinidad) Ltd. v Trinidade s objemom výroby 4 milióny t/a (od roku 2005). [1] [2]

Súčasné procesy výroby metanolu sa líšia reakčným tlakom. Postupy je možné klasifikovať nasledovne:

Vysokotlakový proces, 250 - 350 bar, 320 - 380 ° C.
Proces stredného tlaku, 100 - 250 bar, 220 - 300 ° C.
Nízkotlakový proces, 50 - 100 bar, 200 - 300 ° C.

Najdôležitejší je nízkotlakový proces, ktorý sa zvyčajne vykonáva pri teplote 230 - 250 ° C.

Ako surovina na výrobu metanolu sa môže použiť zemný plyn, benzín, zvyškové oleje zo spracovania ropy, uhlie alebo dokonca oxid uhličitý a vodík. Zatiaľ najdôležitejšou surovinou bol zemný plyn.

Výroba metanolu zo zemného plynu

Zemný plyn pozostáva takmer výlučne z metánu. Pred reakciou musia byť zo zemného plynu odstránené všetky zložky, ktoré by mohli zničiť katalyzátor reakcie. Obsah sírovodíka musí byť nižší ako 0,1 ppm. Pod katalytickým vplyvom sa metán a vodná para môžu premieňať na oxid uhoľnatý a vodík.

Reakcia (1) metánu a vody na oxid uhoľnatý a vodík je endotermická; H. musí sa dodávať energia, aby proces prebiehal v smere tvorby oxidu uhoľnatého. Metán sa musí predhriať na asi 420 - 550 ° C a potom prejsť potrubím impregnovaným niklom. Proces premeny metánu na oxid uhoľnatý a vodík sa nazýva reformácia. Pretože štyri molekuly sú tvorené z dvoch molekúl podľa rovnice (1), nízky tlak uprednostňuje túto reakciu (Le Chatelierov princíp); Zvýšenie tlaku by podporilo reverznú reakciu na metán. Podľa (2) oxid uhoľnatý naďalej reaguje s vodnou parou, takže okrem oxidu uhoľnatého vzniká aj oxid uhličitý.

Vysoké teploty uprednostňujú posun takzvanej Boudouardovej rovnováhy doľava, ktorá je medzi oxidom uhoľnatým vľavo, oxidom uhličitým a uhlíkom vpravo:

Pre vznik metanolu z oxidu uhoľnatého alebo oxidu uhličitého a vodíka je možné formulovať nasledujúce rovnice:

Obe tieto reakcie sú exotermické; H. teplo generované počas reakcie sa môže použiť na uskutočnenie nízkotlakovej katalýzy pri asi 250 ° C. Podľa rovníc vzniknú tri alebo štyri molekuly jedna alebo dve. Podľa princípu Le Chatelier vedie zvýšenie tlaku k posunu rovnováhy doprava.

Nasledujúci vzťah platí pre teplotnú závislosť rovnovážnych konštánt reakcie (4):

Túto rovnicu je možné použiť na výpočet tvorby metanolu pri rôznych reakčných teplotách.

Výroba metanolu v 1 000 t:

Rok USA Nemecko Svetová predajná cena ($/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.	5 000	89,7
1980	3176	870	15000	236,1
2004	3700	2000	32000	270

Výroba metanolu z uhlia

V tomto procese sa uhlie splyňuje teplom a prídavkom vzdušného kyslíka (splyňovanie tlakom na uhlie). Po ochladení výsledného syntézneho plynu (CO + 2 H2) sa odstránia dechtové usadeniny a pomocou procesu Rectisol sa odstránia nečistoty obsahujúce síru, ktoré sú v uhlí oveľa vyššie ako v zemnom plyne. Ďalší proces je obdobný ako v prípade zemného plynu.

Pre dobrú dostupnosť a nízku cenu zemného plynu a nižšie náklady na elektrárne sa takmer vôbec nepostavili nové elektrárne na uhlie. Napríklad v roku 1977 boli náklady na výstavbu závodu na syntézu metanolu vrátane všetkých pomocných zariadení s kapacitou 2 500 t/d 435 miliónov DM pre procesy založené na uhlí, ale náklady na závod na syntézu zo zemného plynu boli iba 171 miliónov DM.

Proces LPMEOH

V USA bol začiatkom 80. rokov spustený program „Clean Coal Technology“ (CCT) na zlepšenie uhoľných technológií. Cieľom tohto programu bolo drasticky znížiť emisie oxidu uhličitého zo splyňovania uhlia.

V súvislosti s projektom vyvinuli spoločnosti Eastman Chemical Company a Air Products závod na výrobu metanolu (proces LPMEOH [3]) zo syntetického plynu. Už v roku 1983 postavila spoločnosť Eastman Chemical Company závod na splyňovanie uhlia v Kingsporte v Tennessee. V tomto zariadení je možné premeniť 1 000 ton uhlia denne na syntetický plyn.

Prvý závod LPMEOH bol dokončený v období od októbra 1995 do januára 1997. V reaktore LPMEOH je katalyzátor vo vysokovriacom minerálnom oleji (30% katalyzátor až 70% minerálny olej). Syntetický plyn sa teraz zavádza do reaktora zdola. Pri približne 235 ° C sa v reaktore vytvorí metanol, ktorý spolu s nepremeneným syntetickým plynom opustí reaktor vo forme pary. Po ochladení, rozdelení a čistení destiláciou sa získa čistý metanol. Katalyzátor stráca asi 0,2% svojej aktivity za deň a musí sa po dlhšom používaní vymeniť. V počiatočnej fáze sa vyrobilo 260 - 300 ton metanolu/deň. Náklady na výstavbu závodu LPMEOH boli 214 miliónov dolárov a náklady na galón metanolu z uhlia 0,50 dolárov. To zodpovedá asi 168 USD za tonu alebo 0,168 USD/kg.

Podľa informácií od výrobcu chemických závodov Lurgi [4] sa výrobné náklady na metanol na báze zemného plynu v súčasnosti pohybujú medzi 50 - 110 USD/t.

výhľad

Podľa chemika a nositeľa Nobelovej ceny Georga Olaha sú teraz vyvinuté procesy, pri ktorých je možné metanol vyrábať priamo z metánu bez syntézneho plynu. Podľa Olaha sa navyše metanol môže vyrábať aj z CO2 a vody dodávkou elektriny; to umožňuje „recyklovať“ CO2. [5]. (Porovnajte tiež metanolovú ekonomiku). V tejto oblasti už bolo vydané veľké množstvo patentov, ktoré ukazujú, že je to možné. Aktuálnym problémom je dosiahnuť potrebné vysoké prúdové hustoty pre veľkovýrobu. Z ekonomického hľadiska a z hľadiska energetickej politiky sú však tieto procesy mimoriadne otázne, pretože na recykláciu CO2 by sa muselo spotrebovať viac energie, ako by sa získalo pri predchádzajúcom spaľovaní C na CO2.

Chemické vlastnosti

Vďaka polárnej hydroxylovej skupine môže byť metanol zmiešaný s vodou v akomkoľvek pomere. Podobnosť s vodou sa dá pozorovať aj v rozpúšťacej schopnosti niektorých minerálnych solí v metanole (chlorid vápenatý, síran meďnatý). Je tiež ľahko rozpustný v dietyléteri a iných organických rozpúšťadlách (vrátane uhľovodíkov s výnimkou vody). Metanol nie je rozpustný v tukoch a olejoch.

Metanol horí modrým, takmer neviditeľným plameňom. Bod vzplanutia je 11 ° C. Výpary metanolu tvoria so vzduchom výbušné zmesi.

Číslo UN metanolu je 1230, číslo nebezpečnosti 336. Metanol má špecifickú výhrevnosť 19 700 kJ · kg −1 a hustotu energie 4,4 kWh · l −1 .

žiadosť

Ako palivo

Metanol možno použiť ako palivo v najmenej štyroch rôznych variantoch:

V chémii

Metanol je jedným z najdôležitejších východiskových materiálov pre syntézy v chemickom priemysle. Používa sa hlavne na nasledujúce produkty alebo reakcie (zoradené podľa použitého množstva):

Výroba MTBE ako prísady do benzínu z metanolu a izobuténu:

Oxidácia kyslíkom na striebornom katalyzátore na formaldehyd:

Výroba kyseliny octovej z metanolu a oxidu uhoľnatého,
Implementácia s karboxylovými kyselinami na metylestery, napr. B. metylacetát,
Transesterifikácia tukov na metylestery mastných kyselín ako napr B. metylester repkového oleja,
Výroba chlórmetánov,
Výroba metylmetakrylátu, monoméru polymetylmetakrylátu,
Výroba metyléterov,
Výroba metylamínov; Metylamíny sú dôležitým prekurzorom farbív, liekov a pesticídov,
Použitie pri recyklácii plastov (napr. Metanolýza PET).

Iné použitie

Ako rozpúšťadlo a nemrznúca zmes sa použije metanol.

Používa sa tiež na čistenie snímačov digitálnych zrkadloviek, pretože nezanecháva šmuhy a odparuje sa bez zvyškov.

dôkaz

Organoleptický: Metanol má nezameniteľný, nealkoholický, ale sladký zápach, ako napr B. Etanol (alkohol).

Ak sa metanol zmieša s bóraxom a zapáli sa, výsledný trimetylborát horí intenzívnym zeleným plameňom. Táto reakcia funguje s podobným výsledkom, ale menej intenzívne zelenej farby, s etanolom, ale iba s prídavkom koncentrovanej kyseliny sírovej. To je dôvod, prečo je možné etanol a metanol rozlíšiť pomocou tejto takzvanej vzorky bóraxu.

Toxicita

Samotný metanol je iba málo toxický, ale jeho metabolity sú jedovaté, ako je napríklad formaldehyd tvorený alkoholdehydrogenázou (ADH) a výsledná kyselina mravčia. Posledne uvedené vedie predovšetkým k rozvoju metabolickej acidózy po často bezpríznakovej dobe latencie 6 až 30 hodín po požití metanolu. Kyselina mravčia sa ľudským metabolizmom odbúrava len veľmi pomaly, a tak sa hromadí v tele počas porovnateľne rýchleho rozkladu metanolu.

Dávky 0,1 g metanolu na kg telesnej hmotnosti sú nebezpečné, viac ako 1 g na kg hmotnosti je životu nebezpečné. Príznaky intoxikácie intoxikáciou metanolom prebiehajú v troch fázach. Ihneď po požití metanolu sa objaví narkotická fáza, ako pri etanole, ale opojný účinok je menší ako pri etanole. Po často asymptomatickej fáze latencie sa objavia bolesti hlavy, pocit slabosti, nevoľnosť, zvracanie, závraty a zrýchlené dýchanie - dôsledky vznikajúcej metabolickej acidózy. Charakteristické je poškodenie nervov, najmä očí. Edém sietnice spôsobuje iba rozmazané videnie a môže viesť k nezvratnej slepote. K smrti môže dôjsť v dôsledku ochrnutia dýchacích ciest.

Liečba intoxikácie metanolom sa uskutočňuje potlačením metabolizmu metanolu, napr. B. podaním etanolu (0,7 g etanolu na kg telesnej hmotnosti), čím sa kompetitívne inhibuje degradácia metanolu, alebo podaním inhibítora ADH 4-metylpyrazolu (fomepizolu). Štiepenie kyseliny mravčej je možné podporiť pridaním kyseliny listovej. Proti acidóze je možné bojovať podaním hydrogenuhličitanu sodného; môže byť nevyhnutná hemodialýza. Liečba je nevyhnutná, kým obsah metanolu v krvi neklesne pod určitú medznú hodnotu.

Metanol sa pravidelne vyrába ako vedľajší produkt alkoholového kvasenia a hromadí sa v destilátoch, napr. B. pri výrobe liehovín. Metanolová frakcia sa preto počas destilácie oddelí. Aby bolo toto oddelenie čo najúplnejšie, je potrebná veľká starostlivosť a skúsenosti, ako aj prísny teplotný režim. Horšia liehovina môže obsahovať značné množstvo metanolu, čo môže byť otázne, ak sa nadmerne konzumuje.

Vo vnútornom ovzduší mohli pracovníci aj po dvoch rokoch tolerovať 20 - 25 ppm metanolu bez nepriaznivých účinkov na zdravie. Koncentrácie metanolu viac ako 200 ppm vedú po dlhodobom vdýchnutí k bolestiam hlavy. Dobrovoľníci tolerovali iba koncentrácie 500 - 1100 ppm počas 3-4 hodín.

Metanol sa tiež veľmi dobre absorbuje cez pokožku.