Применение метилового спирта


ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

  • ПОТРЕБИТЕЛЬСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

    • Источник: www.varianttk.com

      Важнейшей областью применения метанола является производство формальдегида путем неполного окисления СН3ОН — для дальнейшего производства изопрена из изобутилена и формальдегида через ДМД.

      Кроме того, метанол традиционно используется как растворитель, полупродукт в синтезе диметилсульфата, диметиланилина и т. д. Выпуск его достигает сотен млн.т.

      В последнее время в связи с энергетическим кризисом метанол (нашел применение) стал использоваться при создании новых технологических процессов по переработке метанола в высокооктановый бензин, этанол, уксусную кислоту и другие продукты вызывает повышенный спрос на него.


      Другое направление использования метанола — применение его в качестве топлива. Решение проблемы топлива для двига­телей внутреннего сгорания с помощью метанола рассматривается с нескольких точек зрения:

      1) метанол—заменитель бензина; 2) метанол—добавка к бензинам; 3) метанол—сырье для производства высокоэф­фективных антидетонаторов — трет-бутилметилового и трет-пентилметилового эфиров.

      Метанол — заменитель бензина. Метанол по ряду важных характеристик превосходит лучшие сорта углеводородных топлив, но обладает и недостатками: высокой гидрофильностью, токсичностью, агрессивностью по отношению к некоторым металлам и пластикам. Поэтому использование в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания чистого метанола потребует существенной реконструкции двигателя. Тем не менее в ряде стран проводят испытания автомобилей, работающих на чистом метаноле (топливо М-100). Исследования, проведенные в ФРГ и США, показали, что к. п. д. имеющихся метанольных двигателей на 20% выше к. п. д. традиционных.

      Метанол — добавка к бензину. При добавлении метанола к бензину в небольших количествах (2—7%) реконструкции двигателя не потребуется, так как в этом случае даже пласт­массовые детали, не стойкие по отношению к метанолу (бензо­провод, прокладки и т. д.), не претерпевают каких-либо изменений. При увеличении же количества метанола до 15% (топливо М-15) эта смесь уже начинает воздействовать и на различные сплавы.


      Добавление метанола приводит к уменьшению вредных выбросов в атмосферу, а октановое число смеси с увеличением содержания метанола повышается, что в конечном счете приводит к увеличению к.п.д. двигателя.

      Кроме прямого использования метанола в качестве моторного топлива или его компонента все больший интерес метанол приобретает как исходное сырье для производства трет-бутилметилового и трет-пентилметилового эфиров—высокоэффективных антидетонаторов. Добавка 5—15% эфиров даст возможность практически отказаться от подмешивания к бензинам ТЭС (тетраэтилсвинца), ароматических углеводородов или алкилата.

      Бензин из метанола. Открытие специальных высококремнеземных цеолитов дало возможность разработать метод превращения метанола в углеводороды. Преимущества этого про­цесса заключаются в высокой степени селективности и высоком октановом числе полученного бензина. Применяемые типы катализаторов ограничивают число атомов углерода в получаемых углеводородах до 11. В качестве сырья можно использовать обводненный метанол без его предварительной очистки.

       

      Превращение метанола в бензин протекает с выделением большого количества тепла. Процесс осуществляется в две ступени. Сначала метанол дегидратирустся в смесь диметилового эфира и воды (при этом выделяется 20% суммарного тепла реакции), а затем полученная смесь вместе с не прореагировавшим метанолом на следующей ступени превращается в бензин. Степень превращения метанола составляет 44%. Образование СО, СО2 и кокса происходит в незначительной степени. Получающийся бензин является не только высокооктановым (ОЧ=93), но и высококачественным и содержит (в %): высокоразветвленных парафинов—51; разветвленных олефинов—13; нафтенов—8, ароматических углеводородов — 28%.


      Процесс проводят при 380—440 °С и 2,1 МПа. Наряду с переработкой метанола в бензин в последние годы обсуждается возможность использования метанола в качестве топлива для крупных энергетических установок. Одним из факторов, определяющих перспективность использования метанола в качестве котельного топлива, является значительное уменьшение загрязнения атмосферы по сравнению с другими видами топлива.

      Следует иметь в виду, что метиловый спирт—сильный, преимущественно нервный и сосудистый яд с резко выраженным кумулятивным действием. При попадании внутрь СН3ОН вызывает тяжелое поражение зрения и смерть. (Однако эта опасность сильно преувеличена)

       

      Другие спирты также можно получать на основе СО и Н2. Так, при реакции г о м о л о г и з а ц и и метанола образуется этанол:

      СН3ОН + СО + 2Н2> С2Н5ОН+Н2О.

      Синтез протекает на соединениях кобальта с иодсодержащим промотором и триалкилфосфином при 200—210 °С и давлении 15—40 МПа с селективностью 85—95 %.


      Разрабатывается синтез этиленгликоля непосредственно из СО и Н2; из спиртов, СО и О2 через эфиры щавелевой кислоты, а также из формальдегида, СО и Н2:

      2

      Н2СО+СО+Н2 —> НОСН2—СНО ———> НОСН2—СН2ОН

      Лучшие результаты достигнуты при последнем способе, если катализатором служат комплексы родия с фосфиновым лигандом или сильные минеральные кислоты с гидрирующим катализатором.

      Пока эти методы не реализованы из-за недостаточной актив­ности и селективности катализаторов, но они совершенствуются.

      Больше известны методы получения из окиси углерода и водорода при их соотношении (СО : Н2— 1 : 2) — смеси кислородсодержащих органических соединений при 400—450 °С и 100— 150 ат. Процесс проводят в присутствии катализатора—железных стружек, обработанных поташом. Эта смесь, так называемый синтол, содержит 25% альдегидов. 29% спиртов, 10% органических кислот, 5% кетонов и 4% сложных эфиров. Содержание углеводородов в синтоле составляет только 2—2,5%. Продукт интересен для выделения индивидуальных соединений и для др. синтезов.

       

      <== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
      СИНТЕЗ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ | БИОМАССА КАК ИСТОЧНИК УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

      Источник: helpiks.org

      Строение молекулы

      Для того чтобы выяснить строение метилового спирта, нужно вспомнить, какой вид имеет молекула простейшего предельного углеводорода – метана. Она выражается формулой CH4 и содержит один атом карбона, связанный с помощью простых сигма-связей с атомами водорода.

      Если один из них заместить на гидроксильную группу –OH, получим формулу CH3OH. Это метанол. Валентный угол, построенный направлением связи C-O-H, составляет примерно 110⁰, поэтому молекулы одноатомных спиртов имеют угловую форму. Вследствие того, что электроотрицательность кислорода (3,5 эВ) больше, чем карбона (2,5 эВ), связь кислород – углерод очень поляризована, а гидроксогруппа играет роль заместителя, имеющего отрицательный индуктивный эффект. Таким образом, метанол – это спирт, у которого дипольный момент равен 1,69D.

      Номенклатура

      Рассмотрим три способа образования названия вещества, имеющего формулу CH3OH. Исторически оно образуется от названия углеводородного радикала, к которому присоединилась гидроксильная группа. Радикал CH3 — это метил, поэтому спирт CH3OH именуют метиловым. По Женевской номенклатуре, к названию соответствующего углеводорода – алкана – прибавляют суффикс –ол. Соединение будет называться метанолом. Это название наиболее распространено и используется достаточно часто. В рациональной номенклатуре рассматриваемое нами соединение называется карбинолом.

      Физические свойства


      Низшие спирты, содержащие до трех атомов карбона, куда входит и метанол, – это жидкости, смешивающиеся с водой в любых пропорциях. Карбинол имеет выраженный алкогольный запах, однако совершенно непригоден для употребления внутрь, так как является сильнейшим нейротоксичным соединением. Плотность его меньше единицы и составляет 0,791 D420. Температуры плавления и кипения равны -97,9 ⁰C и +94,5 ⁰C соответственно.

      Получение метанола

      Гидролиз соответствующих галогеноалкилов в присутствии гидроксидов активных металлов, например, щелочных или щелочноземельных, и при нагревании – это распространенный метод получения карбинола. В качестве исходных веществ берут хлор- или бромметан, результатом реакции будет замещение атома галогена функциональной группой –OH и получение метанола.

      Еще один метод, ведущий к образованию первичных предельных спиртов – это восстановление альдегидов или карбоновых кислот. Для данной окислительно-восстановительной реакции применяют такие сильные восстановители, как натрийборгидрид или литийалюминийгидрид. Исходными соединениями являются муравьиная кислота или формальдегид.


      ин из современных методов получения карбинола – это его синтез из углерода, воды, водорода и монооксида углерода. Процесс проходит при температуре +250 °C, повышенном давлении и в присутствии окислов цинка и меди в качестве катализаторов. Новым, но экономически оправданным можно назвать метод получения спирта из микроскопических водорослей океанов и морей, биомасса которых действительно огромна. Растительный субстрат подвергают брожению, выделяющийся метан собирают и далее окисляют до метанола. Большими преимуществами производства биометанола считают отсутствие потребности в использовании запасов пресной воды, электроэнергии и чистоту технологии.

      Металлорганический синтез

      Если на органические вещества с карбонильной группой в составе молекул подействовать магнийорганическими соединениями, можно получить одноатомные спирты. Металлоорганические реагенты добывают при взаимодействии магниевых металлических стружек и бромсодержащих производных алканов в среде сухого диэтилового эфира. Из муравьиного альдегида данной реакцией можно получить не только метанол, применение которого ограничено, но и другие первичные предельные спирты.

      Химическая характеристика

      У карбинола нет ярко выраженных свойств кислот или оснований, к тому же водный раствор вещества не действует на индикаторы. Типичные реакции метанола – это взаимодействие с активными металлами и карбоновыми кислотами. В первом случае образуются алкоголяты металлов, во втором – сложные эфиры. Например, натрий вытесняет атомы водорода в функциональной гидроксильной группе спирта:


      2CH3OH + 2Na = 2CH3ONa +H2.

      Взаимодействие между метиловым спиртом и уксусной кислотой приводит к образованию метилацетата, или метилового эфира уксусной кислоты:

      CH3COOH+CH3OH<—(H2SO4)—>CH3COOCH3+H2O.

      Приведенная выше реакция именуется этерификацией и имеет важное практическое значение.

      Окисление спиртов

      Реакции метанола, приводящие к получению альдегидов, рассмотрим на примере его взаимодействия с оксидом меди. Если в раствор метанола опустить раскаленную проволоку из меди, покрытую оксидом, то ощущается особый неприятный запах образовавшегося формальдегида. А тусклая поверхность проволоки становится яркой и блестящей вследствие восстановления чистой меди.

      Дегидратация

      При нагревании и при наличии гигроскопических веществ от молекул спиртов происходит отщепление частиц воды. В продуктах можно обнаружить непредельные углеводороды ряда этилена. В условиях высокой концентрации воды и при пониженной температуре можно получить простые эфиры. Так, из метанола можно добыть диметиловый эфир.

      Применение метилового спирта

      Метиловый спирт используют в качестве ингибитора гидратов, образующихся в газовых трубопроводах, так как важные свойства метанола — это хорошая растворимость в воде и низкая температура замерзания. Основной объем метилового спирта используется в производстве фенолформальдегидных смол. Высокое октановое число, характерное для карбинола, позволяет применять его в качестве экологически чистого топлива для автомобилей. В лакокрасочной промышленности карбинол используют в качестве растворителя.

      Влияние метанола на организм человека


      Древесный спирт абсолютно непригоден для использования в качестве алкогольного напитка, так как является сильнейшим токсическим веществом. Попав в желудочно-кишечный тракт, он начинает окисляться до муравьиной кислоты и муравьиного альдегида. Продукты окисления поражают зрительные нервы и сетчатку глаза, содержащую рецепторы. Наступает слепота. Муравьиная кислота, обладающая высокой кумулятивной способностью, разносится кровью к печени и почкам, разрушая эти жизненно важные органы. В результате отравления метанолом имеет место летальный исход, так как способы очистки крови от метаболитов оказываются неэффективными.

      В нашей статье мы ознакомились со свойствами, применением и способами получения метанола.

      Источник: FB.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.