Конечные продукты на основе метанола и типичные направления их применения

Современные направления использования метанола. Метанол, как один из важнейших видов сырья для химической промышленности.

В 2004 г. ежегодное произ­водство метанола превысило 32 млн. т. Это огромное ко­личество используют как промежуточный продукт для получения разнообразных химических продуктов и мате­риалов. Химические продукты и материалы, получаемые из метанола, представлены на рис. 1.

Из 70% ме­танола, произведенного во всем мире, около 38% используется для получения формальдегида, 20% - метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) и 11% - уксусной кислоты (рис. 2). Метанол служит так­же сырьем для выпуска хлорметанов, метиламинов, метилметакрилата, диметилтерефталата и т. д. Эти химические интермедиаты затем подвергаются дальнейшей обработке с целью изготовления многочисленных продуктов ежедневного обихода, таких как краски, органические и кремнийорганические поли­меры, клеи, антифризы и пластмассы. Больше всего ме­танола расходуется на производство формальдегида, который используется главным образом для изготовления фенол-, мочевино- и меламино-формальдегидных и полиацетатных полимеров, а также бутандиола и метиленбис(4-фенилизоцианата) (МБФИ). Пенопласт на основе МБФИ, например, используется как изо­лирующий материал для холодильников, дверей, приборных панелей и крыльев легковых автомобилей. Формальдегидные смолы служат, прежде всего, в качестве клеящего состава в дере­вообрабатывающей промышленности при изготовлении разных строительных материалов - древесностружечных плит, фанеры и деревянных панелей. Конечные продукты на основе производных метанола и направления их применения приведены в табл. 1.

Рис. 1. Химические продукты и материалы, получаемые из метанола

Рис. 2. Мировая потребность в метаноле на 2005 г. [По данным Chemical Week]

Таблица 1

Конечные продукты на основе метанола и типичные направления их применения

В процессах, применяемых для производства основных химических веществ, 60-70% производственных за­трат обычно составляют затраты на сырье. Стоимость сырья поэтому играет существенную экономическую роль. Так, например, в прошлом уксусную кислоту получали главным об­разом из этилена в вакер-процессе. Однако в начале 1970-х годов фирма Monsanto внедрила процесс карбонилирования метанола. В этом процессе, протекающем в присутствии родийфосфинового катализатора Уилкинсона и иодида (в форме HJ, СН₃J или J₂), уксусную кислоту получают с выходом и селективностью около 100%. Процесс является высокоэффективным, а метанол обхо­дится дешевле этилена, поэтому большинство вновь строящихся заводов по производству уксусной кислоты во всем мире с тех пор сооружаются с расчетом на эту технологию. С учетом того, что метанол стоит дешевле этилена, его можно рассматри­вать в качестве потенциального сырья для других процессов, в которых пока используется этилен. Было показано, что ката­лизаторы на основе родия промотируют восстановительное карбонилирование метанола в ацетальдегид с селективностью близ­кой к 90%. В присутствии добавки рутения как сокатализатора можно проводить более полное восстановление ацетальдегида до этанола, тем самым открывая новый каталитический путь для прямого превращения метанола в этанол. Изучается возможность получения этиленгликоля путем окислительной конденсации мета­нола, которая может заменить обычный процесс, основанный на использовании этилена в качестве сырья. Имеются значительные успехи в синтезе этиленгликоля из диметилового эфира, получен­ного путем дегидратации метанола. В будущем метанол можно будет использовать для получения не только уксусной кислоты, ацетальдегида, этанола и этиленгликоля, но также и для круп­нотоннажного синтеза других химических веществ, например стирола и этилбензола, которые в настоящее время получают из этилена или пропилена.

Второе место в мире по потреблению метанола занимает производство метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), которыйиспользуется как кислородсодержащая присадка и компонент для смеси с бензином. Спрос на МТБЭ непрерыв­но рос в течение 1990-е годы, особенно в США, где в 2001 г. на его синтез пошло 37% от всего произведенного метанола. МТБЭ характеризуется большим октановым числом, и поэтому он постепенно стал вытеснять антидетонаторные свинцовые до­бавки, запрещенные законодательством. При добавке к бензи­ну этого кислородсодержащего компонента легковые автомоби­ли стали меньше загрязнять воздух. Однако в последние годы МТБЭ стал объектом серьезных нападок со стороны экологов. Так, в Калифорнии были обнаружены загрязнения грунтовых вод МТБЭ, которые произошли, прежде всего, из-за утечек из зарытых в земле резервуаров, хранившихся на местных бензозаправочных станциях. Улучшение технического обслуживания, более строгий контроль или замена дефектных резервуаров, конечно, могли бы способствовать решению этой проблемы, однако власти просто запретили использовать МТБЭ в большинстве штатов США и, вероятно, такие же запрещения будут введены и в других стра­нах. В качестве замены МТБЭ предлагается использовать этанол и этил-трет-бутиловый эфир (ЭТБЭ). Правда, возникает вопрос, так ли уж необходимо вводить какие-то добавки кислородсодер­жащих компонентов, чтобы уменьшить загрязнение воздуха от современных двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине повышенного качества? Ведь эти двигатели использу­ют главным образом системы прямого впрыскивания топлива и датчики кислорода, позволяющие эффективно контролировать и существенно сокращать объемы выбросов даже без присадок кислородсодержащих соединений. Нельзя, конечно, отрицать того, что окислительные добавки обеспечивают эффективное исполь­зование и чистоту сгорания топлива. Метанол и полученный из него диметиловый эфир (ДМЭ) отличаются превосходными харак­теристиками процесса сгорания, которые делают их идеальными топливами для сегодняшних транспортных средств с ДВС и дизельными двигателями. Создание специальной инфраструк­туры для метанольных топлив могло бы также способствовать внедрению передовых транспортных средств, работающих на ме­танольных топливных элементах, но само топливо получают либо конверсией метанола в водород на борту или непосредственно из прямых метанольных топливных элементов (ПМТЭ).

Таким образом, метанол в качестве моторного топлива будет, конечно, играть в будущем все более важную роль.