Industria chimică esențială – online

Figura 4 Stena Line își transformă flota de nave pentru a funcționa cu metanol, pentru a reduce poluarea produsă de arderea păcurii, care este deosebit de îngrijorătoare în Marea Baltică. Nava Stella Germanica, aici în Gothenburg, Suedia, care se pregătește să navigheze spre Kiel, în Germania, a fost supusă unor teste extinse pe mare folosind metanol înainte de a se lua decizia de a converti alte peste 20 de nave.
Cu permisiunea amabilă a lui Marcusroos (Wikimedia Commons).

(c) Pentru a produce combustibili

(i) Procesul MTG

Gazul de sinteză poate fi transformat în combustibili lichizi. O modalitate este utilizarea procedeului Mobil MTG (metanol în benzină).

Metanolul este transformat în alcani și hidrocarburi aromatice adecvate pentru benzină (hidrocarburi cu 5 până la 8 atomi de carbon), prin trecerea vaporilor peste alumină la aproximativ 600 K. Se obține un amestec de echilibru de metanol, eter dimetilic (DME) și abur, care conține aproximativ 25% metanol:

Acest amestec de gaze este apoi trecut peste un pat de zeolit în forma sa acidă, HZSM-5, încălzit la cca 650 K, pentru a produce amestecul de hidrocarburi (cu 5-10 atomi de carbon) pentru a fi utilizat ca benzină.

DME poate fi utilizat într-un mod diferit. Deși este un gaz la temperatura ambiantă, poate fi ușor lichefiat sub presiune și este considerat un combustibil alternativ atractiv la motorină. Vehiculele au nevoie de un motor cu aprindere prin compresie cu un sistem de alimentare dezvoltat special pentru a funcționa cu DME. Au existat o serie de demonstrații de vehicule cu DME în Europa și în SUA, inclusiv una în care un client a exploatat 10 vehicule timp de 750.000 de mile. Standardele privind emisiile de particule pot fi respectate fără utilizarea de filtre. Ca și în cazul vehiculelor diesel convenționale, emisiile de oxizi de azot (NOx) pot fi reduse în mod obișnuit cu o soluție de uree.

DME este, de asemenea, amestecat cu gaz petrolier lichefiat (GPL) ca și combustibil pentru utilizare în locuințe. Cu toate acestea, principala sa utilizare în prezent este ca propulsor pentru aerosoli.

Prima uzină de MTG a fost construită în Noua Zeelandă, iar în prezent se construiesc noi uzine care vor răspunde, de asemenea, cererii de metanol și amoniac, ambele având nevoie de gaz de sinteză.

Acest proces poate oferi o cale de a produce substanțe chimice din biomasă. Biomasa este transformată în gaz de sinteză, apoi în metanol și, de aici, în combustibili lichizi.

(ii) Pentru a produce oxigenați

O altă utilizare importantă a metanolului este fabricarea metil t-butil eterului (MTBE) și a t-amil metil eterului (TAME), aditivi pentru benzină pentru a crește cifra octanică.

Cu toate acestea, MTBE s-a dovedit a fi un poluant grav și, atunci când este vărsat, ajunge în cursurile de apă. Utilizarea sa este în curs de eliminare treptată în SUA și în alte țări.

Producția anuală de metanol

Lume	70 milioane de tone1,2
Asia	44 milioane de tone3
Orientul Mijlociu	9 milioane de tone3
SUA	2 milioane de tone4

1. M Alvarado, Methanol, 2016, IHS
2. Se așteaptă să se apropie de 80 de milioane de tone în 2016 și de 100 de milioane de tone în 2020
3. Methanol Market Services Asia, 2016. Date estimate pentru 2015
4. 2015 Guide to the Business of Chemistry, American Chemistry Council, 2016

În 2000, China a reprezentat aproximativ 12 % din consumul mondial de metanol, în timp ce America de Nord și Europa au consumat 33 % și, respectiv, 22 %. În 2015, China a consumat 54%, în timp ce America de Nord și Europa au consumat 11% și 10%.

Fabricarea metanolului

(a) Producerea gazului de sinteză

(i) Metode tradiționale

Metanolul este fabricat din gazul de sinteză, care este un amestec de monoxid de carbon și hidrogen.

Materia primă, în ultimii 40 de ani sau mai mult, a fost petrolul sau gazul natural. În China, în special în China, cărbunele, mai degrabă decât gazele naturale sau petrolul, este folosit ca materie primă.

(ii) Metanol „verde”

Au existat dezvoltări majore pentru a produce metanol care este în mare parte „verde”.

Orice biomasă solidă, inclusiv, de exemplu, deșeurile agricole, urbane și industriale, poate fi folosită pentru a produce gaz de sinteză folosind tehnici similare cu producția sa din cărbune.

Dezvoltări mai recente includ o uzină din Țările de Jos, care utilizează propan-1,2,3-triol lichid (glicerol), un produs secundar de la producția de biodiesel, din grăsimi animale și uleiuri vegetale, pentru a produce gazul.

O altă cale „verde” este utilizarea dioxidului de carbon rezidual. Deși prima instalație de acest tip este legată de energia geotermală, ea ar putea fi folosită pentru a transforma deșeurile de dioxid de carbon provenite, de exemplu, din cuptoarele de var și de la fabricarea oțelului, în metanol.

(b) Sinteza metanolului

Gazul de sinteză este transformat catalitic în metanol, la temperaturi și presiuni ridicate, într-un reactor cu pat fix. Catalizatorul este o pastilă de alumină acoperită cu oxizi de cupru și zinc.

Reacția principală de sinteză a metanolului poate fi scrisă:

Din considerarea energeticii reacțiilor, se poate observa că randamentul de metanol este favorizat de presiuni ridicate și temperaturi scăzute. Un proces la presiune scăzută a apărut prin descoperirea unui catalizator pe bază de cupru care era activ la 475-575 K, permițând astfel realizarea unor conversii economice la 40-100 atm. O instalație, de exemplu, funcționează la 525-575 K și 100 de atmosfere. În cele din urmă, aceasta atinge o conversie de 97% a reactanților.

Mecanismul real de formare a metanolului a fost un domeniu activ de cercetare. Prin utilizarea de 14CO2 radioactiv se crede că majoritatea, dacă nu chiar tot metanolul, este derivat prin intermediul CO2.

Figura 4 Convertizorul în care se produce metanol din gazul de sinteză.
Cu permisiunea amabilă a Johnson Matthey.