Синтез метанола СН3ОН

Метанол – бесцветная жидкость (t_кип = 65°С) с запахом, подобным запаху этанола. Смешивается во всех отношениях с водой и многими органическими растворителями. Чрезвычайно токсичен.

Раньше метанол получали сухой перегонкой древесины (древесный спирт), но в настоящее время этот синтез полностью вытеснен синтезом на основе синтез-газа.

Основное количество метанола расходуется на производство формальдегида. Он также является промежуточным продуктом при синтезе сложных эфиров (метилметакрилата, диметилтерефталата) и применяется как метилирующий агент (получение метиламинов, диметиланилина).

Образование метанола из СО и Н₂ происходит по обратимой экзотермической реакции:

CO + H₂ CH₃OH + 111 кДж/моль

В связи с экзотермичностью процесса Кр падает с повышением температуры до 250°С. При низких температурах, когда равновесие сильно смещено в сторону образования спирта, реакция протекает слишком медленно, и не существует катализаторов, которые могли бы ускорить её при этих условиях. Основные применяемые катализаторы ZnO и ZnO+Cr₂O₃ (8:1) становятся активными только при 300-400°С, когда Кр мала. Поэтому приходится повышать давление, так как реакция идет с уменьшением объёма. Выход СН₃ОН в зависимости от Р и Т отражается схемой:

Ввиду больших энергетических затрат на сжатие, в промышленности обычно работают при 200-350 атм. Для каждого давления существует своя определенная температура (обычно 370-470°С), при которой наблюдается максимальная скорость образования метанола. Производительность аппаратуры регулируют также изменением объемной скорости движения исходной смеси (т. е. временем контакта с катализатором). Так снижение времени контакта с 120 до 10 сек. вызывает увеличение производительности с 0.17 до 0.75 кг СН₃ОН на 1 кг катализатора в час. Фактическая степень конверсии составляет 10-20%. Непрореагировавший синтез – газ вновь возвращается на переработку, т.е. в данном случае синтез можно осуществить по циркуляционной схеме, он имеет много общего с синтезом NH₃ из Н₂ и N₂.

На цинк-хромовых катализаторах в качестве побочных веществ образуется диметиловый эфир (за счет межмолекулярной дегидратации метанола), метан (как продукт гидрирования метанола и СО), двуокись углерода и вода.

Селективность реакции составляет 90%.

Основной частью техноло­гиче­ской схемы является кон­тактный ап­парат, в котором ка­тализатор распо­лагается на пол­ках, в пространстве между кото­рыми вводится дополни­тельное количество холодного синтез – газа для снижения температуры смеси. Для удобства замены ка­тали­затора и во избежание ос­лабления корпуса аппарата, рас­считанного на работу при высо­ком давлении, полки с катализа­тором размещаются в спе­циаль­ной коробке, а входы и выходы газов смонтированы в нижней части колонки.

Для предохранения от во­дород­ной коррозии корпус вы­полняется из высоколегирован­ной стали. Это же необходимо для снижения образова­ния пентакарбонила железа Fe(CO)₅, который при разложении вы­деляет пирофорное же­лезо, катализирующее реакции образования метана и СО₂.

Получаемый метанол-сырец имеет следующий состав:

СН₃ОН 0.3-0.5 %

Н₂О 3-5 %

(СН₃)₂О 1 %

R-OH 0.4-1 %

При простой ректификации из сырца удаляют летучий диметиловый эфир и тяжелый остаток из высших спиртов. Далее следует экстрактивная перегонка с водяным паром для отделения от других примесей. От воды спирт отгоняется с острым паром.

Общий выход составляет ~85 %.