Получение метанола

Метанол.

Метанол (метиловый спирт) является одним из важнейших по значению и масштабам производства органическим продуктом, выпускаемым химической промышленностью. Впервые метанол был найден в древесном спирте в 1661 г., но лишь в 1834 г. был выделен из продуктов сухой перегонки древесины Думасом и Пелиготом. В это же время была установлена его химическая формула. I v Способы получения метилового спирта могут быть различны: сухая перегонка древесины, термическое разложение формиатов, гидрирование метилформиата, омыление метилхлорида, каталитическое неполное окисление метана, каталитическое гидрирование .окиси и двуокиси углерода. 
До промышленного освоения каталитического способа метанол получали в основном сухой перегонкой древесины. «Лесохимический метиловый спирт» загрязнен ацетоном и другими трудноотделимыми примесями. В настоящее время этот метод получения метанола практически не имеет промышленного значения. 
    По причинам технического и главным образом экономического характера промышленное развитие получил метод синтеза метанола из окиси углерода и водорода. 
В 1913 г. был разработан синтетический способ получения метанола из окиси углерода и водорода на цинк-хромовом катализаторе при давлении 250—350 кгс/см2. Позднее, в 1923 г. этот процесс был осуществлен в Германии в промышленном масштабе и в дальнейшем интенсивно развивался и совершенствовался. 
Сырьем для производства метанола служил водяной газ, полученный газификацией кокса. В настоящее время основное количество метанола вырабатывается на базе природного газа. 
Процесс синтеза осуществляется при 250—300 кгс/см2 и 380 °С. 
В дальнейшем выпуск будет расти в результате строительства крупных однолинейных установок с использованием турбоциркуляционных компрессоров вместо поршневых машин и применения новых катализаторов, позволяющих проводить процесс при относительно низком давлении (50—150 кгс/см2).'"

Метиловый спирт, метанол СНзОН является простейшим представителем предельных одноатомных спиртов. В свободном состоянии в природе встречается редко и в очень небольших количествах (например, в эфирных маслах). Его производные, наоборот, содержатся во многих растительных маслах (сложные эфиры), природных красителях, алкалоидах (простые эфиры) и т. д. При обычных условиях это бесцветная, легколетучая, горючая жидкость,. иногда с запахом, напоминающим запах этилового спирта. На организм человека метанол действует опьяняющим образом и является сильным ядом, вызывающим потерю зрения и, в зависимости от дозы, смерть. 

Метанол (метиловый спирт) CH3OH, плотность 1333 кг/м3; легко смешивается с водой (в любом соотношении), спиртами, бензолом, ацетоном и другими органическими растворителями; концентрационный предел взрываемости 6,7–36,5 %. ПДК = 5 мг/м3, прием внутрь 5–10 мл метанола опасен, а 30 мл могут быть смертельны.

Среди органических продуктов метанол играет весьма важную роль. Его промышленное производство организовано во всех экономически развитых странах и принадлежит к числу наиболее динамично развивающихся процессов.

Мировое производство метанола в настоящее время превышает 20 млн т в год и продолжает расти приблизительно на 5 % в год. За рубежом действуют установки по получению метанола мощностью 1 млн т в год. Столь крупные масштабы производства метанола объясняются весьма широкими направлениями его использования. Большой интерес к метанолу объясняется еще и тем, что он может быть получен из любого углеродсодержащего источника.

Направления использования метанола как химиического сырья в синтезе органических веществ приведены ниже:

Образование метанола протекает по обратимой экзотермической реакции:

На промышленных установках синтеза метанола чаще всего работают при давлении 20–35 МПа в интервале температур 370–420 °С. Ввиду высокой экзотермичности реакции и в связи с необходимостью тонкого регулирования температуры, повышение которой отрицательно сказывается как на равновесии, так и на избирательности процесса, в реакционных аппаратах обычно предусмотрен ввод холодного синтез-газа в пространство между полками, на которых размещен катализатор — оксиды меди, с добавками оксидов хрома и цинка.

Для предохранения реакторов синтеза от водородной коррозии, а также для уменьшения образования Fe(CO)5, который при разложении выделяет мелкодисперсное железо, катализирующее побочные реакции, реакционные устройства выполняют из легированных сталей.

Физические характеристики метанола при нормальных условиях. следующие: 
Молекулярный вес ............ 32,04 
Плотность, г/см8 ............. 0,8100 
Вязкость, мПа-с ............. 0,817 
Температура кипения, °С ......... 64,7 
Температура плавления, °С ........ —97,68 
Теплота парообразования, ккал/моль .... 8,94 
Теплота сгорания, ккал/моль жидкого ............... 173,65 газообразного............. 177,40 
/ 
Плотность и вязкость метанола уменьшаются при повышении? температуры таким образом: 
—40 °С —20 °С О °С 20 °С 40 °С 60 °С 
Плотность, г/см3 ....... 0,8470 0,8290 0,8100 0,7915 0,7740 0,7555. 
Вязкость, мПа.с. ...... 1,750 1,160 0,817 0,597 0,450 0,350

Основным сырьем для производства метанола является синтез-газ.

Сам процесс производства метанола можно разделить на три этапа. 
  1. На первом этапе проводится очистка газа от серы. Этот процесс называют гидродесульфуризацией. За ним следует поглощение выделившегося при гидродесульфуризации сероводорода цинковыми поглотителями. Очистка от серы необходима, т.к. сера является ядом для никелевых катализаторов конверсии природного газа. 
  2. На втором этапе осуществляется конверсия природного газа в синтез-газ (в основном паровая или пароуглекислотная). После охлаждения и конденсации водяных паров газ компримируют. 
  3. На третьем этапе осуществляется каталитический синтез метанола. Газ на выходе из реактора содержит 3-5% CH3OH, затем газ охлаждают и конденсируют продукты реакции, а оставшийся газ смешивают с исходным газом и направляют снова в реактор. Получаемый метанол-сырец содержит также воду (не более 9% по ТУ 113-05-323-77), этанол, пропанол, бутиловые и амиловые спирты, диметиловый эфир и др.  
  4. Если метанол-сырец не является товарным продуктом, то его подвергают ректификации, на первом этапе отделяя легколетучие фракции, на втором – от воды и высококипящих элементов. Обычно содержание воды в товарном метаноле не превышает 0,08%. 
        Перечисленные стадии применимы ко всем (почти ко всем) типам производств, и общая схема процесса верна вне зависимости от технологических решений.

В качестве побочных превращений при синтезе метанола наблюдается образование воды, метана, диметилового эфира и высших спиртов: