64. Метил спиртінің синтезі. Даму бағытындағы метанол өндірісінің сызбанұсқасы және өндірістегі қоршаған ортаны қорғау

Метил спиртінің синтезі (метанола). Метанол синтезі кері, каталитикалық, экзотермиялық реакциялар синтезіне негізделген, олар мына реакциялармен суреттеледі:

СО + 2Н₂ → СН₃ОН + Q.

СО + 3Н₂ → СН₃ОН + Н2О + Q.

Газды қоспадағы метанол құрамы қысым өсуінен және температура төмендеуімен өседі. Қолайлы температурлық режимді таңдап, қосымша қосылыстар түзілуін ескереді: метанның, жоғары спирттер, қышқылдары, альдегидтер, кетондар, эфирлер.

Процесс экзотермиялық, бірақ температураны көтергенде тепе теңдік солға ығысады да синтез-газдың метил спиртіне тепе теңдік дәрежесі төмендейді. Өнеркәсіптік жағдайда сутек артық мөлшерде жұмыс жасайды; максималды өнімділік мына молярлы қатынаста байқалады Н₂: СО = 4, практикада мына қатынас ұсталып тұрады 2,15-2,25.

1 т метил спиртін алуға шамамен 700 м³ СО пен 1400—2000 м³ Н₂ жұмсалады (1 м³ синтез-газдан шамамен 400 г спирт түзіледі, яғни теориялық шығымы 84 тен 87% құрайды).

Метанол өндірісінің дамуындағы жаңа бағыттар – бірлікті қондырғылар мықтылығын ірілендіру, синтез-газды конверсиясыз өңдеуді қолдану, азот өнеркәсібінің басқа да өнімдерін метанол синтезімен комбинирлеу, орталықты компрессорлар қолдану.

Метил спиртін алу тәсілдері.

Ағаш ұнтағын (древесина) құрғақ айдау, формиаттардың термиялық ыдырауы, метилформиатты гидрлеу, метил хлоридтің шайылуы (омыление метилхлорида), метанның толық емес каталитикалық тотығуы, Ι және ΙΙ валентті көмір қышқыл газының каталитикалық гидрленуі.

   Каталитикалық  тәсілді өндірістің меңгерілуіне дейін метанол ағаш ұнтағын құрғақ айдау арқылы өндірілді. «Орман химиялық метил спирті» негізінен ацетон және т.б.-да қиын бөлінетін заттармен ластанып келеді. Қазіргі таңда метанол алудың бұл тәсілі  тәсілі  практикалық жүзінде өндірісте орын алмайды және маңызы жоқ болып саналады.                        

   Техникалық және алдымен экономикалық характерлері бойынша метанолды көмір қышқыл газы мен сутектен синтездеу өндірістік даму алды.

  1913жылы  метанолды мырыш-хром катализаторларының қатысында және 250-350кгс/см² қысым жағдайында көмір қышқылы және сутегіден алудың синтетикалық жолы жасалды. Кейін, 1923жылы бұл процесс Германияда өндірістік масштабта негізін тауып, әрі қарай қарқынды түрде дамып сұрапталды.

   Ресейдің отандық метанолдың өндірістік синтезінің тарихы 1934жылы Новомоскосков химиялық комбинатының екі қарапайым қондырғысында өндірілген ≈30т/тәул. шығымымен бастауын алады. Метанол өндірісінің шикізаты болып коксты газификациялау нәтижесінде түзілген су буы (сутегі) болып табылады. Ал қазіргі жағдайда метанолдың негізгі мөлшері табиғи газ базасында өндіріледі. Синтез процессі 250-350 кгс/см² және 380⁰C жағдайында жүргізіледі. Метанолдың жоғарыда аталған жылдарғы шығымы химия өндірісінің көптеген өнімдерінің өндіріс қарқындарынан артып кетті.

   Метанол өндірісінің шығымының артуы интенсификациялау процесстері, сол таңдағы нақты жұмыс істеп жатқан және жаңа өндірістер құру арқылы жүргізілді. Алдағы таңда метанол шығымы процесті салыстырмалы төмен қысымда (50-150кгс/см²) жүргізуге мүмкіндік беретін поршеньді компрессорлардың орнына турбоциркуляциялық компрессорлары қондырылған бір сызықты, ірі тоннажды қондырылғыларда артады.                         

   Метанол өндірісінің үлкен қарқында өсуі метанолды қолданылу аумағының түрлілігімен түсіндіріледі. Мәселен, метанол формальдегид (шамамен метанолдың барлық шығымының 50%-і), синтетикалық каучук (≈11%), метиламин (9%) және де диметиламинтерефталат, метилметакрилат, пентаэритрит, уротропин сияқты өнімдер алуға шикізат болып табылады. Оны фототаспа (фотопленка), аминдер, поливинилхлоридті, карбамидті және ионоалмасушы шайырлар, бояғыштар және жартылай өнімдер (полупродукты), сондай-ақ, лак-бояу өндірістерінде еріткіш есебінде қолданылады. Өте көп көлемде метанолды әртүрлі химикаттар, мысалы, хлорофос, карбофос, хлорлы және бромды метил және ацеталдар алуда тұтынылады.

Метанол өндіретін түрлі өндірістер әртүрлі экономикалық аудандарда орналасқан, сондықтан қолданылатын шикізат түрлері де әртүрлі. Ең арзан метанолды шикізат есебінде табиғи газды пайдалану  кезінде алынады. Бұл өз  кезегінде метанол өндірістерін табиғи газға көшуге итермелейді.

   Қол жеткізілген жетістіктерге қарамастан метанол өндірісі әлі де дамытылуда. Атап айтсақ,  активтілігі және селективтілігі жоғары катализаторлар жасалып, сондай-ақ, мырыш-хромды катализаторлар, процестің жаңа аппаратуралары жасалуда. Метанол синтезі кезіндегі түзілетін жылуын пайдалану қарастырылды. Дамытылған аппараттар негізінде жаңа технологиялық схемалар ойластырылуда. Жаңа қуаттылығы 30мың т/жыл-на дейін метанол синтезінің агрегаттары энергетикалық жағынан автономды – процесті жүргізу үшін  түгелдей сырттан энергия және бу енгізудің қажеттілігі жойылады. Бір уақытта төмен температуралы катализаторлар қолданылатын ірі тоннажды бірагрегатты  қондырғылардың пайда болуымен әлемдік практикада жоғары қысымда (250-350кгс/см²) жүретін қондырғылардың мысалдары бар. Бірақ Ресейдің отандық практикасында технико-экономикалық артықшылықтардың болуына байланысты метанол өндірісінің төмен қысымда жүргізілетін (50-150кгс/см²) технологиялық схемаларын дамыту көзделуде.

   Жоғарыда атап кеткендей, Э.Фишер және Г.Тропш жоғары қысым жағдайында СО мен Н₂-ні  синтездеп оттек құрамды қосылыстарды (синтолдар) – спирттерді, кетондарды, карбон қышқылдарын және күрделі эфирлерді алғаны белгілі.Синтетикалық отындар ретінде бұл заттар негіз таппады, бұның негізінде кейбір жаңа процестер ойлап табылды.Мысалы, оксидпен не сілтілермен промоторланған темір катализаторының қатысында,160-190⁰C және 20-30МПа қысымда жоғарғы құрамды, түзу құрылымды спирттер түзіледі, құрамы негізінен екіншілік спирттер және олардың изомерлері б.т.Сонымен қатар, сілтімен промоторланған мырыш оксидінің қатыснда,400-475⁰C және 20-40МПа қысымда метанолдан басталатын бірақ, құрамында изобутаны көбірек құрамды спирттер түзіледі.