Метанол (метил спирті)

          

                                        Мазмұны

 

I.Кіріспе...................................................................................................

ΙI.Негізгі бөлім.......................................................................................

 

1. Метил спиртін алу тәсілдері..........................................................
2. Шикізатқа сипаттама.........................................................................
3. Метанолдың өнім сипаттамасы..........................................................
4. Физикалық қасиеттері..........................................................................
5. Метанолдың химиялық қасиеттері........................................................
6. Метанол өндірісіндегі процестердің физико-химиялық       негіздемесі.........................................................................................

 

ΙΙΙ Қорытынды..................................................................................................

 

   Қолданылған әдебиеттер тізімі...............................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        Кіріспе.

Метанол (метил спирті) өндірісі – химия өндірісіндегі өнімдер  өндірісінің маңызды да, кең ауқымды  өндірістердің бірі б.т.

Метанолдың өнім ретінде, және де оны өндіру тәсілдерінің даму тарихы өте қызық.Алғаш рет 1661жылы Боульдің ағашты құрғақ  айдаудың нәтижесінде байқалып, ал тек екі он жылдықтан соң ғана таза күйінде 1684жылы Думас пен Пелиготтың көмегімен алынды.Сол уақытта да  оның химилық формуласы анықталды.1857жылы Бертло метанолды метилхлоридпен шайып синтездеді.

Метанолды алу тәсілдерінің негізгі екі тәсілі белгілі: ағаш ұнтағын және лигнинді құрғақ айдау; құмырсқа қышқылының тұздарының термиялық  ыдырауы, және метанның катализаторлардың бетінде, не катализаторсыз қысым жағдайында толық емес тотығуы.Аталған тәсілдердің ішінде өндірісте ағаш ұнтағын құрғақ айдау тәсілі ғана негізін тапты.Бұл 60жыл бұрын жалғыз қамтылған процесс болған тәсіл, қазір өзінің өндірістік мәнін  метанолды көміртегінің оксиді мен сутегіден каталитикалық синтездеу жаңа процессімен ауыстырылды.

Метанолды бұл тәсілмен синтездеу  алғаш рет 1923жылы Германияда жүсеге асырылды.Процесс 25-35МПа қысымда  мырыш-хромды катализаторлардың бетінде 320-380⁰C температурада жүргізілді.Бірқатар экономикалық және техникалық артықшылықтарына байланысты тез арада даму қуатын алып,  жан-жақты түрде өндіріске енгізіліп, процестің әр сатыларында үздіксіз дамытылып отырды.Қазіргі уақытқа өндірістің мастшабы ұлғайып, шикізаттық базасының структурасы өзгертіліп, метанол тұтынушыларының көлемі күрт өсті.

 

60-шы жылдары Англияда 5МПа қысымда және мыс құрамды  катализаторлардағы метанолдың  синтезі жасалып негізін тапты.Бұл  өз алдына метанол өндірісінің  шығымын жаңа деңгейге көтеріп, синтез процесінің аппаратуралық қондырғыларының күрделілігін азайтып, жеңілдетіп қана қоймай, метанол-шикізаттың (метанол-сырец) сапасын және процестің экономикалық көрсеткіштерін жақсартты.

   70-жылдары өнімділігі 400-750т/жылына болатын ірі тоннажды бір агрегатты өндірістің жасалуы мыс құрамды катализаторлардағы синтез сатысының қысымын 8-10МПа қысымға арттырды.Және де қазіргі таңда шамамен барлық жаңа енгізілетін өндірістер метанолдың көміртегі оксиді мен сутегінің негізіндегі төмен температуралы катализаторларда және 5-10МПа қысым жағдайындағы синтезге негізделген.

1979жылы метанолдың әлемдік  өндірісі 14,362 млн.т, соның ішінде : табиғи газдан – 10,594; сұйытылған  көмірсутектерден  - 0,592; мұнайдан  – 1,259; мұнай қалдықтарынан –  0,266 млн.т.Ең көп таралған процестерге «ICI» (Ұлыбритания) және  «LURGI» (Германия) жатады.Бірінші тәсіл бойынша өндірілетін өндірістердің суммалық қуаты – 5,12; ал екіншісі бойынша – 2,09 млн.т/жылына.

   Метанол өндіруші шетелдік елдерге АҚШ, Жапония, Англия, Франция, Италия жатады.Соңғы жылдары табиғи және мұнай газдарының қорына бай елдерде метанолдың ірі тоннажады өндірістері салынуда.Бұл энергетикалық мақсаттардағы метанолды қолданудың перспективасымен және табиғи газбен салыстырғандағы тасымалдаудың артықшылықтарымен түсіндіріледі.

   КСРО-да ең алғаш рет 1934 жылы Новомосков химиялық комбинатында метанол өндірісі құрылды.Шикізаты кокс өндірісінің сутекті газы болып табылды.

   Сол жылдары да зерттеліп, ал 70-шы жылдары ацителен өндірісінің қалдығы б.с. синтез газынан 5 МПа қысымда және мыс құрамды катализаторда метанолды алудың айырықша тәсілі практика жүзінде негізін тапты.Мұндай агрегаттардың қуаттары 100-115 мың.тонна/жылына  болатын.

   Метанолға деген сұраныстың артуы КСРО-ның 60-70-шы жылдары сол кездегі басқа салалы химиялық  өндірістердің қуаттарынан асыра түсті.

   Мұндай темптің артуы біртекті қондырғылардың қуаттарын арттыруын алдын-ала болжады.Қазіргі уақытқа дейін 8-10 МПа қысымда және мыс құрамды катализаторларда , өнімділігі 750 мың. т/жылына болатын табиғи газ шикізат базасының негізіндегі  метанол өндірісінің  агрегаттарының құрылысы жасалуда.

   Метанол синтезінің технологиялық көзқарасы бойынша және оны шикізаттың басқа да қатты түрлерінен алуға болатынына қарамастан, ең тиімді шикізаты – табиғи газ және мұнай өндірісінің газдары болып табылады. Мұнайдан шығарылатын шикізаттардың жетіспеушілігіне байланысты және метанолдың ауқымды тұтынушыларының сұранысының артуымен, соңғы жылдары зерттеушілердің көңілдері сондай-ақ, салыстырмалы арзан қатты отындардың түрлері - қоңыр көмір және сланецтерге қайта аударылуда. Зерттеу және нақты іске асыру  жұмыстары соңғы техникалық жетістіктердің және максималды энергетикалық мүмкіншіліктердің негізінде шикізатты дайындау және синтез сатысында да жасалуда. Метанол өндірісінің қарқынды дамуы оның қолданысының тынымсыз әртүрлі салаларда кеңеюімен түсіндіріледі.Халық шаруашылығында сондай кең қолданысқа ие басқа органикалық өнім табыла қойылмайтын шығар. Метанол – бұл формальдегид, диметилтерефталат, метилметакрилат, пентаэритрит, синтетикалық изопренді каучук  өндірісінің шикізаты. Ол фотопленка жасауда, жартылай өнімдер (полуфабрикаттар) мен бояғыш заттар өндірісінде, түрлі аминдер, поливинилхлоридті, карбомидті және ион алмасушы шайырлар, соның ішінде лак-бояу өндірісінде де қолданылады. Метанолдың үлкен көлемі химикаттар алуда, мысалы, хлорофос, фталофос, карбофоса, метилхлоридтер және метил бромидтер алуға шығындалады.

   Метанолдың тұтынылуының структурасын көне мәліметтер бойынша, әсіресе, КСРО мен Батыс Еуропа арасындағы өнімдерді келесіден көруге болады (%) :

                                                                         КСРО                                           Батыс Еуропа

 Өнім                                                        1975жыл     1985жыл           1975жыл        1985жыл

Формальдегид..........................................46,4              34,6                     63,0                  42,4

Синтетикалық  каучук.............................13,5              12,6                      ---                     ---

Диметилтерефталат……………………. 1,7               1,8                       8,0                     4,3

Сірке қышқылы........................................---                 2,0                        ---                    6,0

Мотор бензинінің компоненттері..........---                  1,0                        ---                    6,3

Метилдеу өнімдері..................................9,0                 4,7                      17                     10,7

Өзгелері....................................................29,4              43,3                     12                     30,3

   Метанолдың дәстүрлі тұтынушыларымен қатар оны жаңа өзге перспективті бағыттарда да қолданылуда.Бұл – сірке қышқылы өндірісі, қалдық суларды тазарту, мотор отыдарына жоғары октанды қоспа, синтетикалық протеин алуға шикізат ретінде, сондай-ақ, отын-энергетикалық мақсаттарда  және т.б.Соңғы үш бағыттың іске асырылуы метанол өндірісінің қарқынын жоғары дәрежеде арттыра түсірді.Бұл бағыттарда метанолдың қолданылуы табиғи шикізаттың (табиғи газ, мұнай) дефицитімен, және сол табиғи шикізаттардың қорынан асатын органикалық емес заттардан метанол алу мүмкіншілігімен түсіндіріледі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

Ι. Негізгі  бөлім.

  1.1.Көмірқышқыл газының негізіндегі синтездер.

  Өткен ғасырдың Л.Монд, М.Бертло, С.Лозанич және Ж.Иоцичтердің  еңбектірінің негізінде көміртегінің  монооксидінің (көмірқышқыл газының)  өндірісте қолданылуының бастамасы  болды. 1902 жылы П.Сабатье және  Ж.Сандерен алғаш рет СО₂ мен Н₂-ден метанды синтездеді. 1908 жылы орыс ғалымы  Е.И.Орлов  А.М.Бутлеровтың тоериялық негіздерін дәлелі ретінде СО және Н₂-ні катализаторлар қатысында бос метилен және этилен  радикалдарын анықтады. 1913 жылы Ф.Фишер және Г.Тропш  СО мен Н₂-нің кобальт және осмий оксидтерінің, активтелген сілтілердің қатысында реакцияны жүзеге асырды, бірақ  СО мен Н₂-ден көмірсутектердің өндірісі тек 1938 жылы басталды.                                                            Бастапқы этаптарда негізгі зерттеулер бензиннің (36-150⁰C-гі фракцияларының) шығымының қолайлы жағдайларына бағытталды. Ал 1930 жылдардың аяғына таман дизельді қозғалтқыштардың дамуына байланысты жоғары қайнаушы фракцияларға (190-300⁰C фракциясы) деген қызығушылық арта түсті, ал оның шығымы  орташа процесс қысымын 1-2 МПа-жүргізгенде артады.

  1940 жылдардың аяғы мен 50-шы жылдардың басында мұнай өндірісінің дамуына байланысты СО және Н₂-ден көмірсутектерді синтездеу мотор отындарын алу тәсілі ретінде қызығушылық түсіп кетті, ал бұл өз кезегінде осы зерттеу облысының қысқартылуына әкелді. Негізінен жалғыз «SASOL» деп аталатын процесс қана  қолданыста болды. «SASOL» кешені (Сасолбург қаласы, Оңтүстік Африка Республикасы)

 

1956 жылы  өндіріске  енгізілді.1981 жылы модернизацияланған  өнімділігі 2млн. тонна/жылына болатын  «SASOL ΙΙ» өндірісі іске қосылды, ал 1985 жылы «SASOL ΙΙΙ» қондырғысы іске қосылды.Оның жылдық өнімділігі шамамен 5 млн. т/жылына.

   60-шы жылдардың аяғымен 70-шы жылдардың басында әлемдегі отын-энергетикалық кризистің басталуына және химия,  мұнайхимия өндірістерінің шикізатының проблемасына байланысты бірқатар елдерде ФТ-синтезінің облысында зерттеулер жаңа қарқын алды.Бұл зерттеулердің негізгі мақсаты - жоғары өнімді катализаторларды,  қайнау температуралары жоғары (70-80⁰C) - церезиндердің және изоқұрылымды көмірсутектердің үлкен шығымын беретін катализаторлар жасау болды.Сондай-ақ, СО мен Н₂-ден С₁-C₄ көмірсутектерінің олефиндерін алуға бағытталған катализаторлар шығару негізгі орын алды.

   Соңғы он жылдықта көмірқышқылы газының органикалық синтезі негізінде жақсы өндірістік негіз алды.Негізгі практикалық қолданылысқа келесі процестер ие болды:

1)сутегі мен  көміртегінің оксидінің синтезі  негізінде алифатикалық көмірсутектер  мен спирттер алу ;

2)Альдегидтер  түзетін олефиндерді гидроформильдеу және оксосинтез процестері, ал олардан біріншілік спирттер түзілетін реакциялар;

3) Карбон қышқылдарын  және оның туындыларының (күрделі  эфирлер, ангидридтер және т.б.) синтезі;

   Көміртегінің оксидінің негізіндегі өндіріс көлемі өте үлкен б.с. АҚШ-та бұл жолмен 4млн.тонна метанол ,1млн.-нан астам оксосинтез альдегидтері, 0,45млн.тонна н-бутанол, сондай-ақ, сірке қышқылы және оның ангидриді өндірілді. Мұнай мен газдың тапшылығына байланысты  бұл процестердің болашағы оның көмір негізінде өндірістің базалану  мүмкіншілігінде.

СО мен Н₂-ң каталитикалық өзгерістері алуан, бірақ, оның екі жолы маңызды болып саналады : көмірсутектерді синтездеу, соның ішінде отындарды,және спирттерді алу, әсіресе метанолды алу.

  Метанол (метил спирті) – химия өндірісінде өндірілетін органикалық заттардың өндіру масштабы және маңыздылығы жөнінен ең маңызды зат болып саналады. Алғаш рет метанол 1661жылы ағаштың спиртінің (древесный спирт) құрамында анықталды, бірақ 1834жылы ғана ағаштың құрғақ айдау өнімі ретінде Думас пен Пелигот химиктерінің көмегімен алынды. Сол кезде де оның химиялық формуласы табылды.

 

 

  1.2.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.