Rysunek 4 Stena Line przestawia swoją flotę statków na zasilanie metanolem w celu zmniejszenia zanieczyszczeń powstających przy spalaniu oleju opałowego, co jest szczególnie niepokojące na Bałtyku. Stella Germanica, tutaj w Göteborgu w Szwecji, przygotowująca się do wypłynięcia do Kilonii w Niemczech, przeszła szeroko zakrojone próby morskie z wykorzystaniem metanolu, zanim podjęto decyzję o konwersji ponad 20 innych statków.
Za uprzejmą zgodą Marcusroos (Wikimedia Commons).
(c) Do produkcji paliw
(i) Proces MTG
Gaz syntezowy może być przekształcony w paliwa płynne. Jednym ze sposobów jest zastosowanie procesu Mobil MTG (metanol do benzyny).
Metanol jest przekształcany w alkany i węglowodory aromatyczne odpowiednie do benzyny (węglowodory o 5-8 atomach węgla) przez przepuszczanie pary przez tlenek glinu w temperaturze około 600 K. Otrzymuje się równowagową mieszaninę metanolu, eteru dimetylowego (DME) i pary wodnej, zawierającą około 25% metanolu:
.jpg)
Tę mieszaninę gazów przepuszcza się następnie przez złoże zeolitu w jego kwaśnej postaci, HZSM-5, ogrzanego do temperatury około 650 K, w celu otrzymania mieszaniny węglowodorów (o 5-10 atomach węgla) do stosowania jako benzyna.
DME można stosować w inny sposób. Chociaż jest to gaz w temperaturze otoczenia, może być łatwo skroplony pod ciśnieniem i jest uważany za atrakcyjne paliwo alternatywne dla oleju napędowego. Pojazdy te wymagają silnika o zapłonie samoczynnym z układem paliwowym opracowanym specjalnie do zasilania DME. W Europie i USA przeprowadzono szereg demonstracji pojazdów napędzanych DME, w tym jedną, w której klient eksploatował 10 pojazdów przez 750 000 mil. Normy emisji dla cząstek stałych mogą być spełnione bez użycia filtrów. Podobnie jak w przypadku konwencjonalnych pojazdów z silnikiem Diesla, emisja tlenków azotu (NOx) może być zmniejszona w zwykły sposób za pomocą roztworu mocznika.
DME jest również mieszany z gazem płynnym (LPG) jako paliwo do użytku domowego. Jego głównym zastosowaniem obecnie, choć, jest jako propelent aerozoli.
Pierwszy zakład MTG został zbudowany w Nowej Zelandii i nowe zakłady są obecnie budowane, które będą również odpowiedzieć na zapotrzebowanie na metanol i amoniak, z których oba potrzebują gazu syntezowego.
Ten proces może zapewnić drogę do produkcji chemikaliów z biomasy. The biomass is converted to synthesis gas, then to methanol and thence to liquid fuels.
(ii) To make oxygenates
Another important use of methanol is in the manufacture of methyl t-butyl ether (MTBE) and t-amyl methyl ether (TAME), additives to petrol to increase its octane rating.
However, MTBE has been shown to be a serious pollutant and when spilled gets into water courses. Jego stosowanie jest stopniowo wycofywane w USA i innych krajach.
Roczna produkcja metanolu
| Świat | 70 mln ton1,2 |
| Azja | 44 mln ton3 |
| Bliski Wschód | 9 mln ton3 |
| USA | 2 mln ton4 |
1. M Alvarado, Methanol, 2016, IHS
2. Przewidywane zbliżenie się do 80 mln ton w 2016 roku i 100 mln ton w 2020 roku
3. Methanol Market Services Asia, 2016. Dane szacowane na 2015 rok
4. 2015 Guide to the Business of Chemistry, American Chemistry Council, 2016
W 2000 roku Chiny odpowiadały za około 12% światowego zużycia metanolu, podczas gdy Ameryka Północna i Europa zużywały odpowiednio 33% i 22%. Do 2015 r. Chiny zużyły 54%, podczas gdy Ameryka Północna i Europa zużyły odpowiednio 11% i 10%.
Wytwarzanie metanolu
(a) Produkcja gazu syntezowego
(i) Metody tradycyjne
Metanol jest wytwarzany z gazu syntezowego, który jest mieszaniną tlenku węgla i wodoru.
Podłożem, w ciągu ostatnich 40 lub więcej lat, była ropa naftowa lub gaz ziemny. Obecnie, szczególnie w Chinach, jako surowiec wykorzystuje się węgiel, a nie gaz ziemny lub ropę naftową.
(ii) „Zielony” metanol
Dokonano znacznych postępów w produkcji metanolu, który jest w znacznym stopniu „zielony”.
Każda biomasa stała, w tym na przykład odpady rolnicze, miejskie i przemysłowe, może być wykorzystywana do produkcji gazu syntezowego przy użyciu technik podobnych do jego produkcji z węgla.
Najnowsze osiągnięcia obejmują zakład w Niderlandach, który wykorzystuje ciekły propan-1,2,3-triol (glicerol), produkt uboczny z produkcji biodiesla z tłuszczów zwierzęcych i olejów roślinnych, do produkcji gazu.
Inną „zieloną” drogą jest wykorzystanie odpadowego dwutlenku węgla. Chociaż pierwszy taki zakład jest związany z energią geotermalną, mógłby być wykorzystywany do przekształcania odpadów ditlenku węgla z, na przykład, pieców wapiennych i produkcji stali, w metanol.
(b) Synteza metanolu
Gaz syntezowy jest katalitycznie przekształcany w metanol w podwyższonej temperaturze i ciśnieniu w reaktorze ze złożem stałym. Katalizatorem jest granulat tlenku glinu pokryty tlenkami miedzi i cynku.
Główną reakcję syntezy metanolu można zapisać następująco:
.jpg){kind=small}
Rozważając energetykę reakcji, można zauważyć, że wydajności metanolu sprzyjają wysokie ciśnienia i niskie temperatury. Proces niskociśnieniowy pojawił się dzięki odkryciu katalizatora na bazie miedzi, który był aktywny w temperaturze 475-575 K, co pozwoliło na ekonomiczne konwersje przy ciśnieniu 40-100 atm. Przykładowo, jeden z zakładów pracuje w temperaturze 525-575 K i pod ciśnieniem 100 atmosfer. Ostatecznie osiąga 97% konwersji reagentów.
Faktyczny mechanizm powstawania metanolu był aktywnym obszarem badań. Dzięki zastosowaniu radioaktywnego 14CO2 uważa się, że większość, jeśli nie całość, metanolu pochodzi z CO2.
.jpg)
Rysunek 4 Konwerter, w którym metanol jest produkowany z gazu syntezowego.
Za uprzejmą zgodą Johnson Matthey.
.