Отримання хімічних продуктів через метанол

ЩЕ МАТЕРІАЛИ ПО ТЕМІ:

Метанол (СН3 ОН) - один з основних продуктів багатотоннажний хімії. Він використовується для отримання таких цінних хімічних продуктів як формальдегід, складні ефіри, аміни, розчинники, оцтова кислота.

Світовий ринок метанолу відносно невеликий (32 млн. Т), але попит на нього постійно зростає. Розширення попиту на цей спирт обумовлено, з одного боку збільшенням кількості областей застосування метанолу, а з іншого, - дефіцитом природного сировини (нафта, газ).

Сумарне рівняння реакції отримання метанолу виглядає наступним чином:

Реакція сильно екзотермічна.

Основні напрямки переробки та використання метанолу представлені на рис. 3.3.

Існує два шляхи переробки метанолу:

1. Перетворення метанолу в нижчі олефіни.

2. Прямий синтез метанолу важливих хімічних продуктів.

До плюсів першого можна віднести те, що подальша переробка олефінів йде по давно освоєним нафтохімічних процесів, які, до речі, можуть включати карбонилирования або гідроформілірованіе.

Тим часом, пряма конверсія метанолу дозволяє виключати значні втрати сировини, неминучі при першому шляху.

Найбільш важливі напрямки використання метанолу розглянуті нижче.

Мал. 3.3 Основні напрямки переробки метанолу

На отримання формальдегіду (НСНО) йде більше 40% виробленого метанолу. Формальдегід в основному використовується для отримання формальдегідних смол, широко використовуваних в промисловості полімерів (фенолформальдегідних, мочевиноформальдегидной і ін.). З цією метою витрачається понад 60% виробленого формальдегіду. Крім того, формальдегід використовується як проміжна речовина для отримання ізопрену, уротропіну (гексаметилентетрамина) та інших цінних речовин. Переробка метанолу в формальдегід здійснюється двома основними каталитическими способами:

а) Окислення метанолу повітрям.

Процес проводиться з використанням срібного каталізатора при атмосферному тиску і температурі 650 ° С. Це добре освоєний процес фірми BASF і 80% формальдегіду виходить саме за цим методом. Нещодавно був розроблений новий технологічний процес з використанням залізо-молібденових каталізаторів, що дозволяє знизити температуру процесу до 300 ° С. В обох випадках ступінь перетворення становить 99%.

б) Дегидрирование метанолу.

Цей процес, який здійснюється на цинк-мідних каталізаторах при температурі 600 ° С поки не набув широкого поширення, але він є дуже перспективним, так як отримується формальдегід не містить води.

Оцтова кислота (СН 3 СООН) - найважливіший продукт органічного синтезу, широко використовуваний в промисловості для отримання складних ефірів, мономерів (вінілацетат), який використовується в харчовій промисловості і т. Д. Світове виробництво оцтової кислоти досягає 5 млн. Т / рік.

До недавнього часу практично всю оцтову кислоту отримували по Уокер-процесу, який використовує в якості сировини етилен (нафта). Етилен в м'яких умовах (130 ° С, атмосферний тиск) окислюють киснем повітря до ацетальдегіду в присутність двох каталізаторів PdCl2 і СіСl2. а потім ацетальдегід окислюється до оцтової кислоти:

Також оцтову кислоту отримували при окисленні н-бутану при температурі 200 ° С і тиску 5 МПа в присутності кобальтового каталізатора. Відомий і спосіб виробництва оцтової кислоти без каталізатора.

В даний час ці процеси поступово витісняються новими методами, заснованими на використанні метанолу.

Обидва цих компонента можуть бути отримані як з природного газу, так і з вугілля, що робить процес все більш привабливим у міру зростання цін на нафтогазове сировину. Існує два промислових методу карбонилирования (приєднання СО) метанолу. У більш старому процесі фірми BASF використовувалися кобальтові каталізатори, процес протікав при 250 ° С і 50-70 МПа. В іншому процесі, представленому фірмою Monsanto в 1970 році, застосовували родієвий каталізатор і реакцію проводили при більш м'яких умовах (150-200 ° С, до 4 МПа). Саме процес Monsanto називають новим напрямком науки, яке носить назву С1 - хімія.

Гомологізаціей називається хімічна реакція, в результаті якої хімічна сполука перетворюється в свій гомолог шляхом приєднання метиленової групи. Вперше гомологізація метанолу синтез-газом з утворенням в якості основного продукту етанолу була здійснена в 1940 році в Німеччині. Процес проводили за участю оксиду кобальту при 60 МПа.

Ця реакція викликала величезний інтерес, так як вона дозволяє отримувати етилен з синтез-газу:

Застосування в якості каталізатора карбонила кобальту Co2 (CO) 8 дозволило знизити тиск до 25 МПа, при цьому ступінь перетворення метанолу склала 70%, а етанол утворювався з селективністю 40%. Побічні продукти реакції - ацетальдегід і складні ефіри оцтової кислоти. Згодом були запропоновані більш селективні каталізатори на основі сполук кобальту і рутенію з добавками фосфінових лігандів (ліганди - основа комплексних сполук). Також було встановлено, що реакція схильна до прискорення за допомогою введення промоторів (донорів) - йодид-іонів. В даний час селективність по етанолу вдалося підняти до 90%.