metanoli | |||
---|---|---|---|
| |||
Kenraali | |||
Systemaattinen nimi |
metanoli | ||
Perinteiset nimet | Metyylialkoholi, puualkoholi, karbinoli, metyylihydraatti, metyylihydroksidi | ||
Chem. kaava | CH4O _ _ | ||
Rotta. kaava | CH30H _ _ | ||
Fyysiset ominaisuudet | |||
Osavaltio | nestettä | ||
Moolimassa | 32,04 g/ mol | ||
Tiheys | 0,7918 g/cm³ | ||
Dynaaminen viskositeetti | 5,9 × 10 -4 Pa s | ||
Ionisaatioenergia | 10,84 ± 0,01 eV [3] | ||
Lämpöominaisuudet | |||
Lämpötila | |||
• sulaminen | -97 °C | ||
• kiehuva | 64,7 °C | ||
• hajoaminen | 320 - 380 °C | ||
• vilkkuu | 6°C | ||
• sytytys | 13°C | ||
• itsestään syttyminen | 440 °C | ||
Räjähdysrajat | 6,98-35,5 % | ||
kolmoispiste | 175,45 K (−97,7 °C) | ||
Kriittinen piste | 513,15 K (240 °C), 7,85 MPa | ||
Entalpia | |||
• koulutus | -238 kJ/mol | ||
• palaminen | −726,4 kJ/mol [1] | ||
• sulaminen | 3167,29 ± 0,01 J/mol | ||
• kiehuva | 37 400 J/mol | ||
Höyrystyksen ominaislämpö | 37,4 kJ/mol | ||
Höyryn paine | 11,8 kPa (20 °C:ssa) | ||
Kemiallisia ominaisuuksia | |||
Hapon dissosiaatiovakio | ~15.5 | ||
Rakenne | |||
Dipoli momentti | 1,65 D | ||
Luokitus | |||
Reg. CAS-numero | 67-56-1 | ||
PubChem | 887 | ||
Reg. EINECS-numero | 200-659-6 | ||
Hymyilee | CO | ||
InChI | InChI = 1S/CH40/cl-2/h2H, 1H3OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N | ||
RTECS | PC1400000 | ||
CHEBI | 17790 | ||
YK-numero | 1230 | ||
ChemSpider | 864 | ||
Turvallisuus | |||
Rajoita keskittymistä | 5 mg/m³ (suositus) | ||
Myrkyllisyys | Rekisteröidyt metanolivalmisteet kuuluvat 3. vaaraluokkaan ihmisille, aiheuttavat yleisen myrkyllisen vaikutuksen. | ||
Lyhyt hahmo. vaara (H) | H225 , H301+H311+H331 , H370 | ||
varotoimenpiteitä. (P) | P210 , P260 , P280 , P301+P310 , P311 | ||
merkkisana | vaarallinen | ||
GHS-piktogrammit | |||
NFPA 704 | 3 neljä 0POI[2] | ||
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita. | |||
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Metanoli (metyylialkoholi, puualkoholi, karbinoli, metyylihydraatti, metyylihydroksidi, CH3OH ) on orgaaninen aine , yksiarvoisten alkoholien homologisen sarjan yksinkertaisin edustaja . Väritön neste , jonka ominainen haju ei erotu etyylialkoholista . Ihmisille vaarallinen myrkky , kontaminantti .
Ilman tilavuuspitoisuuksilla 6,98–35,5 % se muodostaa räjähtäviä seoksia ( leimahduspiste 8 °C). Metanoli sekoittuu missä tahansa suhteessa veteen ja useimpiin orgaanisiin liuottimiin .
Boyle löysi metanolin ensimmäisen kerran vuonna 1661 puun kuivatislauksesta . Kaksi vuosisataa myöhemmin, vuonna 1834, J. B. Dumas ja E. M. Peligot eristivät sen puhtaassa muodossaan . Samaan aikaan metanolin kemiallinen kaava määritettiin. Vuonna 1857 Berthelot sai metanolia saippuoimalla metyylikloridia.
Metanoli on väritön neste, jolla on pistävä etyylialkoholin haju [4] . Kiehumispiste +64,7 °C.
Ominaispaino 0°/0° = 0,8142 ( Kopp ); 15°/15° = 0,79726; 25°/25° = 0,78941 (Perkin); 64,8°/4° = 0,7476 (Schiff); 0°/4°:ssa = 0,81015; 15,56°/4° = 0,79589 (Dittmar ja Fawcett). Kapillaarivakio kiehumispisteessä a² = 5,107 (Schiff); Kriittinen lämpötila 241,9° (Schmidt). Höyrynpaine 15°:ssa = 72,4 mm; 29,3°:ssa = 153,4 mm; 43°:ssa = 292,4 mm; 53°:ssa = 470,3 mm; 65,4° = 756,6 mm (D. Konovalov). Palamislämpö on 170,6, muodostumislämpö 61,4 (Shtoman, Kleber ja Langbein).
Metanoli sekoittuu kaikilta osin veteen, etyylialkoholiin ja eetteriin; kun sekoitetaan veteen, tapahtuu puristusta ja kuumenemista. Palaa sinertävällä liekillä. Kuten etyylialkoholi, se on vahva liuotin, minkä seurauksena se voi monissa tapauksissa korvata etyylialkoholin . Vedetön metanoli, joka liuottaa pienen määrän kuparisulfaattia, saa sinivihreän värin, joten vedetöntä kuparisulfaattia ei voida käyttää vesijäämien avaamiseen metanolissa; mutta se ei liukene CuSO 4 ∙5H 2 O:ta (Klepl).
Metanoli (toisin kuin etanoli) ei muodosta atseotrooppista seosta veden kanssa, minkä seurauksena vesi-metanoliseokset voidaan erottaa tislaamalla. Metanolin vesiliuosten kiehumispiste:
Metanolin mooliosuus % | Kiehumispiste 760 mm Hg. Art., °C |
---|---|
0 | 100 |
5 | 92.8 |
kymmenen | 88.3 |
viisitoista | 84.8 |
kaksikymmentä | 82 |
25 | 80.1 |
kolmekymmentä | 78.2 |
35 | 76.8 |
40 | 75.6 |
45 | 74.5 |
viisikymmentä | 73.5 |
55 | 72.4 |
60 | 71.6 |
65 | 70.7 |
70 | 69.8 |
75 | 68.9 |
80 | 68 |
85 | 67.1 |
90 | 66.3 |
95 | 65.4 |
100 | 64.6 |
Metanoli tuottaa samanlaisia yhdisteitä kuin kiteisiä hydraatteja ( solvaatteja ) monien suolojen kanssa, esimerkiksi: CuSO 4 ∙ 2CH 3 OH; LiCl - 3CH3OH ; MgCl2-6CH3OH ; _ _ _ CaCl 2 ∙ 4CH 3 OH on kuusisivuisia kiteitä, jotka hajoavat vedessä, mutta eivät tuhoudu kuumentamalla 100°:een (Kane). Liitos BaO ∙ 2CH 3 OH ∙ 2H 2 O saadaan loistavien prismojen muodossa liuottamalla BaO vesipitoiseen metanoliin ja haihduttamalla tuloksena oleva neste kylmässä huoneenlämpötilassa (Forkrand).
Kaustisten alkalien kanssa metanoli muodostaa yhdisteitä 5NaOH ∙ 6CH 3 OH; 3KOH ∙ 5CH 3 OH (Gottig). Metallisen kaliumin ja natriumin vaikutuksesta se tuottaa helposti alkoholaatteja , jotka kiinnittävät kiteytysmetanolia ja joskus vettä.
Kun metanolihöyryä johdetaan kuuman putken läpi, saadaan C 2 H 2 ja muita tuotteita ( Berthelot ). Kun metanolihöyryä johdetaan kuumennetun sinkin yli, saadaan hiilimonoksidia , vetyä ja pieniä määriä suokaasua (Jahn). Metanolihöyryn hidas hapetus kuumalla platina- tai kuparilangalla on paras tapa saada suuria määriä formaldehydiä: 2CH 3 OH + O 2 \u003d 2HCHO + 2H 2 O. Sinkkikloridin ja korkean lämpötilan vaikutuksesta metanoli antaa vettä ja alkaaneja sekä pieniä määriä heksametyylibentseeniä (Swan and Green). Suljetussa putkessa ammoniakilla lämmitetty metanoli 300°:een tuottaa mono-, di- ja trimetyyliamiineja (Berthelot).
Kun metanolihöyryä johdetaan KOH:n yli korkeassa lämpötilassa, vetyä vapautuu ja muodostuu peräkkäin formiaattia, asetaattia ja lopuksi kaliumkarbonaattia.
Väkevä rikkihappo tuottaa metyylirikkihappoa CH 3 HSO 4 , joka edelleen metanolilla kuumennettaessa tuottaa metyyliesteriä . Tislattaessa metanolia ylimäärällä rikkihappoa tislaukseen siirtyy dimetyylirikkihappoa (CH 3 ) 2 SO 4 . Rikkihapon anhydridin SO 3 :n vaikutuksesta saadaan CH(OH) (SO 3 H) 2 ja CH 2 (SO 3 H) 2 (katso metyleeni ).
Metanoli kloorivetyhapon , fosforipentakloridin ja rikkikloridin vaikutuksesta tuottaa kloorimetaania CH 3 Cl:n. HBr:n ja H2S04 : n vaikutuksesta saadaan metyylibromidia. 5-prosenttisella rikkihapolla happamaksi tehty ja elektrolyysi suoritettu metanoli tuottaa CO 2 :ta , CO:ta, muurahaismetyylieetteriä, metyylirikkihappoa ja metyyli-CH 2 (OSH 3 ) 2 : ta (Renard). Kun metanolia kuumennetaan aromaattisten emästen (aniliini, ksylidiini, piperidiini) suolahapolla, bentseenirenkaassa oleva vety korvataan helposti metyylillä (Hoffmann, Ladenburg); reaktiolla on suuri tekninen merkitys metyylirosaniliinin ja muiden keinotekoisten pigmenttien valmistuksessa.
Metyylialkoholi on vaarallinen myrkky. Se vaikuttaa pääasiassa hermostoon ja sydän- ja verisuonijärjestelmiin, sillä on selvä kyky kertyä [5] . Eläinten LD50 on muutamasta kymmeneen g/kg [6] . Ihmisillä 5-10 ml tai enemmän metanolia nauttiminen voi johtaa vakavaan myrkytykseen [7] [5] , 30 ml voi aiheuttaa kuoleman [5] , yli 80-150 millilitran metanolia (1-2 millilitraa metanolia) nauttiminen puhdas metanoli painokiloa kohden [8] ) on yleensä tappava [9] . Metanolin myrkyllinen vaikutus kehittyy useiden tuntien kuluessa, ja tehokkaat vastalääkkeet voivat vähentää haittoja [7] . Ei vain puhdas metanoli ole hengenvaarallinen, vaan myös tätä myrkkyä sisältävät nesteet, jopa pieninä pitoisuuksina.
Vaikka vaarallisin on metanolin nieleminen, myrkytys on mahdollista myös hengittämällä sen höyryjä ja joutuessaan kosketuksiin metanolin kanssa ehjän ihon kanssa, erityisesti jos vaatteet ovat voimakkaasti metanolin saastuttamia. Akuutin metanolimyrkytyksen tyypillinen ilmentymä on näön heikkeneminen sokeuteen asti . Krooninen myrkytys vaikuttaa aivojen ja silmien verisuoniin, mikä johtaa rappeutuviin muutoksiin näissä elimissä ja siihen liittyy myös näön, pääasiassa värin, heikkeneminen. Metanolimyrkytys johtaa dystrofisiin muutoksiin maksasoluissa ja sen seurauksena toiminnalliseen maksan vajaatoimintaan, joka jatkuu kliinisen toipumisen jälkeen [5] .
Yhdysvalloissa suurin sallittu päivittäinen metanolin saanti ( viiteannos ), joka tarkoittaa, että siihen ei liity mitään terveysvaikutuksia, on asetettu 2 mg:ksi painokiloa kohti (vuodesta 1988) [10] .
Suurin sallittu metanolin pitoisuus työalueen ilmassa on 5 mg/m³ [11] (suositus). Vertailun vuoksi: isopropyylialkoholille : 10 mg/m³ [12] , etanolille - 1000 mg/m³), MPC asuttujen alueiden ilmassa on 1,0 mg/m³ 5 mg/m³ [13] Samaan aikaan, Tämän aineen hajuhavaintokynnys yksilöillä voi olla 7800 mg/m³ [14] .
Myrkytyksen lievimmälle muodolle on tyypillistä päänsärky, yleinen heikkous, huonovointisuus, vilunväristykset, pahoinvointi, oksentelu, kohtalaiset näköhäiriöt tilapäiseen sokeuteen asti.
Metanolin myrkyllisyys piilee siinä, että kun se joutuu kehoon, se hapettuu ajan myötä myrkylliseksi formaldehydiksi , mikä aiheuttaa sokeutta, vaikuttaa haitallisesti hermostoon ja reagoi proteiinien kanssa. Tapahtuu niin kutsuttu tappava fuusio .
Metanolin erityinen vaara johtuu siitä, että se ei erotu etyylialkoholista hajultaan ja maultaan, minkä vuoksi on tapauksia, joissa sitä on nielty.
Metanolimyrkytyksen tapauksessa vastalääke on etanoli , joka annetaan suonensisäisesti 10-prosenttisena liuoksena tiputettuna tai 30-40 - prosenttisena liuoksena suun kautta 1-2 grammaa liuosta painokiloa kohden päivässä. 15] . Edullisen vaikutuksen tässä tapauksessa tarjoaa ADH I -entsyymin ohjautuminen eksogeenisen etanolin hapettumiseen ja sen seurauksena metanolin formaldehydiksi hapettumisen nopeuden lasku [16] . Riittävän tarkalla diagnoosilla alkoholimyrkytys, myrkytys 1,2-dikloorietaanilla tai hiilitetrakloridilla voidaan kuitenkin sekoittaa metanolimyrkytykseen - tässä tapauksessa etyylialkoholin käyttö on vaarallista [15] .
Myös suonensisäisesti annettu 4-metyylipyratsoli voi toimia vastalääkkeenä metanolille .
Metanolimyrkytys on melko yleistä. Näin ollen Yhdysvalloissa vuonna 2013 kirjattiin 1747 tapausta [17] .
Massamyrkytys metanolillaUseita massametanolimyrkytyksiä tunnetaan. Metanolin lähde voi olla väärennetyt autojen pakkasnesteet ; väärennetty alkoholi; metanoli, naamioituen etyylialkoholiksi.
Denaturoimalla voidaan tehdä metanolista juomakelvottomaksi. Bitrex-karvasaineen käyttöä metanolissa käytetään joissakin Yhdysvaltain osavaltioissa. Ehdotuksia metanolin denaturoimiseksi Venäjän federaatiossa vuosina 2006, 2017 ja elokuussa 2021 ei hyväksytty lailla [32] .
Vapaana [33] metyylialkoholia esiintyy luonnossa vain satunnaisesti ja hyvin pieninä määrinä (esimerkiksi eteerisissä öljyissä), mutta sen johdannaiset ovat melko yleisiä. Joten esimerkiksi monet kasviöljyt sisältävät metyylialkoholin estereitä: gaulteriaöljyt - salisyylihapon metyyliesteri C 6 H 4 (OH) COOCH 3 , jasmiiniöljy - antraniilihapon metyyliesteri C 6 H 4 (NH 2 ) COOCH 3 . Metyylialkoholieetterit ovat erittäin yleisiä luonnollisissa aineissa, kuten luonnollisissa väriaineissa, alkaloideissa jne.
Sitä syntyy pieninä määrinä ihmiskehossa. 2 lähdettä löytyi:
Teollisuudessa metyylialkoholia saatiin aikaisemmin yksinomaan puun kuivatislauksella. Nestemäiset olkahihnat, niin sanottu "puuetikka", sekä etikkahappo (10%), asetoni (jopa 0,5%), asetaldehydi , allyylialkoholi , metyyliasetaatti , ammoniakki ja amiinit sisältävät myös 1,5-3% metyylialkoholia. Etikkahapon erottamiseksi kuivatislauksen tuotteet johdetaan kuuman kalkkimaitoliuoksen läpi , joka säilyttää sen kalsiumasetaatin muodossa . Metyylialkoholin erottaminen asetonista on paljon vaikeampaa, koska niiden kiehumispisteet ovat hyvin lähellä (asetoni, kp. 56,5°; metyylialkoholi, kp. 64,7°). Siitä huolimatta, huolellisella rektifioinnilla sopivilla kolonneilla, tekniikka onnistuu erottamaan metyylialkoholin lähes täydellisesti mukana tulevasta asetonista. Raakaa metyylialkoholia kutsutaan myös "puualkoholiksi".
Metanolin tuottamiseen on useita menetelmiä: puun ja ligniinin kuivatislaus , muurahaishapposuolojen lämpöhajoaminen , synteesi metaanista metyylikloridin kautta , jota seuraa saippuointi , metaanin epätäydellinen hapetus ja synteesikaasun tuotanto [35] . Aluksi teollisuus hallitsi menetelmän metanolin saamiseksi puun kuivatislauksella, mutta myöhemmin se menetti teollisen merkityksensä. Nykyaikaisen metanolin valmistuksen hiilimonoksidista ja vedystä aloitti ensimmäisen kerran Saksassa BASF vuonna 1923. Prosessi suoritettiin 10–35 MPa:n paineessa sinkkikromikatalyytillä (ZnO/Cr 2 O 3 ) lämpötilassa 320–450 °C [36] . Sittemmin Englannissa kehitetty metanolin synteesi kuparia sisältävillä katalyyteillä , jota edisti sinkki, kromi jne. 200–300 °C:ssa ja 5–10 MPa:n paineessa, yleistyi.
Nykyaikainen teollinen tuotantomenetelmä on synteesi hiilimonoksidista (II) ja vedystä kupari-sinkkioksidikatalyytillä seuraavissa olosuhteissa:
Metanolin katalyyttisen tuotannon mekanismi on monimutkainen [37] , ja se voidaan tiivistää seuraavasti:
Hiilimonoksidiin ja vetyyn perustuvat synteesit [38] :
Prosessi | Katalyytti | Katalyytin kantaja | Lämpötila, °С | Paine, MPa | Tuote |
---|---|---|---|---|---|
Metaanin synteesi | Ni | ThO2 tai MgO | 250-500 | 0.1 | Metaani |
Metanolin synteesi | ZnO , Cr203 , CuO | — | 200-400 | 5-30 | metanoli |
Korkeampien alkoholien synteesi | Fe, Fe-Cr, Zn-Cr | Al 2O 3 , NaOH | 180-220,
380-490 |
1-3, 15-25 | Metanoli ja korkeammat alkoholit |
Ennen teollista kehitystä katalyyttinen menetelmä metanolin saamiseksi saatiin puun kuivatislauksella (siis sen nimi "puualkoholi"). Tämä menetelmä on tällä hetkellä vanhentunut.
Molekyylikaava - CH 4 O tai CH 3 -OH, rakenne:
BASF on kehittänyt prosessin isobutyylialkoholin valmistamiseksi, joka perustuu hiilimonoksidin katalyyttiseen hydraukseen ja jonka tuloksena saadaan seos, joka sisältää 50 % metanolia ja 11-14 % 2-metyylipropanoli-1, sekä muita tuotteita. BASF lopetti isobutyylialkoholin tuotannon tällä menetelmällä kehitettyään oksosynteesin ja petrokemiallisen reitin isobutanolin synteesiin [39] .
Metanolin tuotanto:
vuosi | USA | Saksa | Maailma , tuhat tonnia | Myyntihinta, $ /t |
---|---|---|---|---|
1928 | 24 | kahdeksantoista | 140 | 84.7 |
1936 | 97 | 93 | 305 | 88.9 |
1950 | 360 | 120 | 349 | 83.1 |
1960 | 892 | 297 | 3930 | 99.7 |
1970 | 2238 | ei dataa | 5000 | 89.7 |
1980 | 3176 | 870 | 15 000 | 236.1 |
2004 | 3700 | 2000 | 32 000 | 270 |
Orgaanisessa kemiassa metanolia käytetään liuottimena.
Metanolia käytetään kaasuteollisuudessa hydraatin muodostumisen estämiseen (alhaisen jähmettymispisteen ja hyvän liukoisuuden vuoksi). Orgaanisessa synteesissä metanolia käytetään formaldehydin , formaliinin , etikkahapon ja useiden estereiden (esimerkiksi MTBE ja DME ), isopreenin jne. valmistukseen.
Sen suurin määrä menee formaldehydin tuotantoon , jota käytetään polymeerimateriaalien valmistukseen - pääasiassa urea -formaldehydin ja fenoli -formaldehydin , urean , melamiinin ja muiden synteettisten hartsien valmistukseen, ja viime aikoina - uusi muovimateriaali - polyformaldehydi , jolle on ominaista korkea mekaaninen lujuus, kemiallinen kestävyys ja helppo käsittely.
Formaldehydiä valmistetaan kaupallisesti metanolin katalyyttisellä hapetuksella. Yleisimmät katalyytit ovat metallihopea (hopeakiteiden läsnä ollessa) tai raudan ja molybdeenin tai vanadiinin oksidien seos. Yleisesti käytetyssä "formox-prosessissa" metanoli ja happi reagoivat noin 250-400 °C:ssa rautaoksidin läsnä ollessa yhdessä molybdeenin ja/tai vanadiinin kanssa, jolloin muodostuu formaldehydiä kemiallisen yhtälön mukaisesti:
Hopeapohjainen katalyytti toimii yleensä korkeammassa lämpötilassa, noin 650 C. Siinä kaksi kemiallista reaktiota tuottaa samanaikaisesti formaldehydiä: tämä reaktio on esitetty. edellä ja dehydrausreaktio :
Periaatteessa formaldehydiä voidaan tuottaa hapettamalla metaania, mutta tämä reitti ei ole kaupallisesti kannattava, koska metanoli hapettuu helpommin kuin metaani.
Merkittäviä määriä CH 3 OH:ta käytetään maali- ja lakkateollisuudessa liuottimien valmistukseen lakkojen valmistuksessa. Lisäksi sitä käytetään (rajoittain hygroskooppisuuden ja hilseilyn vuoksi) polttomoottoreiden nestemäisten polttoaineiden lisäaineena.
Korkean oktaaniluvun ansiosta, joka mahdollistaa puristussuhteen nostamisen jopa 16:een , mikä lisää moottorin ominaistehoa; metanolia käytetään kilpamoottoripyörien ja -autojen polttoaineena. Metanoli palaa ilmassa, ja sen hapettuessa muodostuu hiilidioksidia ja vettä :
Monissa maissa metanolia käytetään etanolin denaturoivana lisäaineena hajuvesien valmistuksessa .
Venäjällä metanolin käyttö kulutustuotteissa on rajoitettua sen myrkyllisyyden vuoksi .
Venäjällä metyylialkoholin käyttöä ajoneuvojen hoitotuotteissa on rajoitettu, samoin kuin näiden metanolia sisältävien tuotteiden myyntiä yleisölle [40] .
Käytetään polttokennoissa . Polttokennojen toiminta perustuu katalyytillä olevan metanolin hapetusreaktioon hiilidioksidiksi . Katodilla vapautuu vettä. Protonit (H + ) kulkevat protoninvaihtokalvon läpi katodille, jossa ne reagoivat hapen kanssa ja muodostavat vettä. Elektronit kulkevat ulkoisen piirin läpi anodista katodille ja toimittavat energiaa ulkoiseen kuormaan.
Reaktiot:
anodin kohdalla
Katodilla
Yleistä polttokennolle:
Tärkeä metanolin kuluttaja on etikkahapon teollinen synteesi katalyyttisellä karbonyloinnilla hiilimonoksidilla ( Monsanto - prosessi ) [41] , joka tapahtuu muodollisen yhtälön mukaisesti:
Prosessin katalyyttinä käytetään rodiumsuoloja yhdessä jodidin kanssa muodostaen in situ katalyyttisen kompleksin [Rh(CO) 2 I 2 ]-. Menetelmän tärkeä piirre on sen suuri nopeus sekä korkea selektiivisyys (99 % metanolille ja 90 % CO:lle).
Muurahaishapon saaminen hapettamalla metanolia:
Dimetyylieetterin saaminen dehydratoimalla metanolia 300–400 °C:ssa ja 2–3 MPa:ssa heterogeenisten katalyyttien - alumiinisilikaattien - läsnä ollessa - metanolin konversioaste dimetyylieetteriksi - 60 % tai zeoliitit - prosessin selektiivisyys on lähellä 100 %. Dimetyylieetteri (C 2 H 6 O) on ympäristöystävällinen polttoaine , joka ei sisällä rikkiä , typen oksidien pitoisuus pakokaasuissa on 90 % pienempi kuin bensiinissä . Dimetyylidieselin setaaniluku on yli 55, kun taas klassisen öljyn se on 38-53 .
Metyyli-tert-butyylieetteri saadaan saattamalla metanoli reagoimaan isobutyleenin kanssa happamien katalyyttien (esimerkiksi ioninvaihtohartsien ) läsnä ollessa:
Metyyli-tert-butyylieetteriä (C 5 H 12 O) käytetään moottoripolttoaineiden lisäaineena , joka lisää bensiinin oktaanilukua ( anti-knock ) . MTBE : n suurin sallittu pitoisuus Euroopan unionin bensiinissä on 15 %, Puolassa 5 %. Venäjällä bensiinin keskimääräisessä koostumuksessa MTBE:n pitoisuus on jopa 12 % AI92:ssa ja 15 % AI95:ssä, AI98:ssa.
Erillinen alue on metanolin käyttö rasvojen transesteröintiin biodieselin tuotannossa [42] . Biodieselin saamiseksi kasviöljy vaihtoesteröidään metanolilla 60 °C:n lämpötilassa ja normaalipaineessa noin seuraavasti: 1 tonni öljyä + 200 kg metanolia + kalium- tai natriumhydroksidi .
Metanolista bensiiniksi tai metanolista bensiiniksi lyhyesti MTG on kemiallinen prosessi bensiinin valmistamiseksi metanolista.
Prosessi on hyödyllinen valmistettaessa bensiiniä maakaasusta tai hiilestä öljyn sijaan. Prosessin kehitti 1970-luvulla Mobil (nykyisin ExxonMobil ) [43] . Kivihiili tai maakaasu muunnetaan ensin synteesikaasuksi ja sitten metanoliksi. Metanoli dehydratoidaan sitten dimetyylieetteriksi (DME). Dimetyylieetteri dehydratoidaan sitten edelleen katalyytillä. Kemiallinen reaktio etenee seuraavasti:
Metanolin konversioaste hiilivedyiksi, joissa on vähintään viisi hiiliatomia, on 80 % [44] . Katalyytti on yleensä zeoliitti , kuten ZSM-5 . ZSM-5 menettää aktiivisuutensa hiilen kertymisen vuoksi. Katalyytti on sitten regeneroitava polttamalla hiili pois lämpötilassa 500 C. Mahdollisten regeneraatioiden määrä on rajoitettu ja lopulta katalyytti on vaihdettava.
Prosessi tuottaa 1 000 tonnista metanolia 387 tonnia bensiiniä, 46 tonnia nestekaasua, 7 tonnia polttokaasua ja 560 tonnia vettä, joka kierrätetään prosessivedenä.
Homologisointi , eli orgaanisen yhdisteen muuttaminen homologiksi lisäämällä yksi tai useampi metyleeniryhmä, suoritettiin alkoholeille ensimmäisen kerran vuonna 1940 - etanoli syntetisoitiin katalyyttisesti korkean paineen vaikutuksesta metanolin perusteella [36] :
Homologointireaktio on mekanismiltaan samanlainen kuin alkeenien hydroformylaatio, ja tällä hetkellä modifioitujen koboltti- ja ruteniumkatalyyttien avulla ja jodidi-ionien lisäämisellä promoottorina on mahdollista saavuttaa 90 %:n saanto etanolin suhteen [36 ] .
Alkuperäinen metanoli saadaan myös hiilimonoksidista (kupari- ja sinkkioksidipohjaiset katalyytit, paine 5–10 MPa, lämpötila 250 °C) [36] , joten yleinen kaavio on seuraava:
Reaktion sivutuotteet etanolisynteesin tapauksessa olisi asetaldehydi , eteeni ja dietyylieetteri .
Vuonna 1940 suoritettiin ensimmäistä kertaa metanolin reaktio synteesikaasun kanssa, jota katalysoi kobolttioksidi 600 atm:n paineessa siten, että päätuotteena muodostui etanolia... Myöhemmin tämä reaktio, jota kutsutaan homologaatioksi, herätti paljon kiinnostusta kemistien keskuudessa. Sen houkuttelevuus liittyy mahdollisuuteen saada eteeniä kivihiilen raaka-aineista Kobolttikarbonyyli Co2(CO)8:n käyttö katalyytteinä mahdollisti paineen alentamisen 250 atm:iin, kun metanolin konversioaste oli 70 %. päätuote, etanoli , muodostui 40 %:n selektiivisyydellä. Myöhemmin ehdotettiin selektiivisempiä katalyyttejä, jotka perustuivat koboltti- ja ruteniumyhdisteisiin ja joihin on lisätty fosfiiniligandeja, ja havaittiin, että reaktiota voidaan nopeuttaa lisäämällä promoottorit - jodidi-ionit. Tällä hetkellä on saavutettu 90 %:n selektiivisyys etanolille. Vaikka homologaation mekanismia ei ole täysin selvitetty, sen voidaan katsoa olevan lähellä metanolin karbonylaatiomekanismia [36] .
Meren kasviplanktonin teollista jalostusta pidetään yhtenä lupaavimpana biopolttoainetuotannon alana [45] .
80 -luvun alussa useat Euroopan maat kehittivät yhdessä hankkeen, joka keskittyi teollisten järjestelmien luomiseen käyttämällä rannikkoalueiden aavikkoalueita. Tämän hankkeen toteuttamisen esti öljyn hinnan maailmanlaajuinen lasku .
Biomassan primäärituotanto tapahtuu viljelemällä kasviplanktonia rannikolle luoduissa keinotekoisissa altaissa.
Toissijaisia prosesseja ovat biomassan metaanifermentointi ja sitä seuraava metaanin hydroksylaatio metanoliksi.
Tärkeimmät syyt mikroskooppisten levien käyttöön ovat seuraavat:
Energian saannin kannalta tällä biosysteemillä on merkittäviä taloudellisia etuja verrattuna muihin aurinkoenergian muuntamismenetelmiin .
Metanolin ( ominaispalolämpö = 22,7 MJ / kg) tilavuus- ja massaenergiankulutus ( palolämpö) on 40-50 % pienempi kuin bensiinin , mutta alkoholi-ilma- ja bensiini-ilma-polttoaineseosten lämpöteho niiden aikana. palaminen moottorissa eroaa hieman tästä syystä, että metanolin korkea haihtumislämmön arvo auttaa parantamaan moottorin sylinterien täyttöä ja vähentämään sen lämpörasitusta, mikä johtaa alkoholi-ilman palamisen täydellisyyteen. seos. Tämän seurauksena moottorin teho kasvaa 7-9 % ja vääntömomentti 10-15 %. Kilpa-autojen metanolilla, jonka oktaaniluku on korkeampi kuin bensiinillä, on puristussuhde yli 15:1 [46] [47], kun taas perinteisissä kipinäsytytteisissä ICE - moottoreissa ei tyypillisesti ole bensiinillepuristussuhdetta lyijyttömälle Metanolia voidaan käyttää sekä perinteisissä polttomoottoreissa että erityisissä polttokennoissa sähkön tuottamiseen.
Kun klassinen polttomoottori käy metanolilla, indikaattorin tehokkuus paranee verrattuna sen toimintaan bensiinillä. Tällainen kasvu johtuu lämpöhäviöiden vähenemisestä ja voi nousta muutamaan prosenttiin.
Polttoaine | Energiatiheys | Ilma-polttoaine-seos | Ilma -polttoaineseoksen ominaisenergia | Höyrystyksen ominaislämpö | Oktaaniluku (RON) | Oktaaniluku (MON) |
---|---|---|---|---|---|---|
Bensiini | 32 MJ/l | 14.6 | 2,9 MJ/kg ilmaa | 0,36 MJ/kg | 91-99 | 81-89 |
Butanoli-1 | 29,2 MJ/l | 11.1 | 3,2 MJ/kg ilmaa | 0,43 MJ/kg | 96 | 78 |
etanoli | 19,6 MJ/l | 9.0 | 3,0 MJ/kg ilmaa | 0,92 MJ/kg | 132 | 89 |
metanoli | 16 MJ/l | 6.4 | 3,1 MJ/kg ilmaa | 1,2 MJ/kg | 156 | 92 |
Vähäisiä metanoli-epäpuhtauksia voidaan käyttää olemassa olevissa ajoneuvojen polttoaineissa käyttämällä asianmukaisia korroosionestoaineita. T. n. Euroopan polttoaineen laatudirektiivi sallii enintään 3 % metanolin käytön samaan määrään lisäaineita Euroopassa myytävässä bensiinissä. Nykyään Kiina käyttää yli 1 000 miljoonaa gallonaa metanolia vuodessa ajoneuvojen polttoaineena olemassa olevissa ajoneuvoissa käytetyissä matalapitoisissa sekoituksissa sekä korkean tason seoksissa ajoneuvoissa, jotka on suunniteltu käyttämään metanolia polttoaineena.
Sen lisäksi, että metanolia käytetään bensiinin vaihtoehtona , on olemassa tekniikka metanolin käyttämiseksi hiililietteen luomiseksi sen pohjalta , jolla on Yhdysvalloissa kaupallinen nimi " metacol " (methacoal [49] ). Tällaista polttoainetta tarjotaan vaihtoehtona polttoöljylle , jota käytetään laajalti rakennusten lämmittämiseen ( uunipolttoöljy ). Tällainen suspensio , toisin kuin vesi- hiilipolttoaine, ei vaadi erityisiä kattiloita ja sillä on korkeampi energiaintensiteetti. Ympäristön kannalta tällaisten polttoaineiden " hiilijalanjälki " on pienempi kuin perinteisillä synteettisillä polttoaineilla , jotka on johdettu hiilestä käyttämällä prosesseja, joissa osa hiilestä poltetaan nestemäisten polttoaineiden tuotannon aikana [50] .
Toisen maailmansodan aikana Saksa käytti metanolia polttoaineina ja polttoaineiden lisäaineina Luftwaffen tarpeisiin . MW 50 -lentokoneen mäntämoottorin tehostusjärjestelmä oli 50 % veden ja 50 % metanolin seos, joka ruiskutettiin lentokoneiden moottoreiden ahtimeen, pääasiassa sen nakutusta estävän vaikutuksensa ansiosta, jolloin sylintereihin pystyi syntymään enemmän painetta. Sen sivuvaikutuksena oli moottorin sisäinen jäähdytys.
MW 50:n käytön vaikutus oli merkittävä. Pelkästään järjestelmän käynnistäminen antoi moottorille mahdollisuuden ottaa enemmän ilmaa jäähdytysvaikutuksen ansiosta, mikä nosti suorituskykyä noin 100 hv. Kanssa. BMW 801- ja DB 605 -moottoreille . Tämän lisäksi MW-50 antoi ahtimen toimia suuremmilla nopeuksilla ja paineilla, mikä nosti moottorin tehoa yhteensä jopa 500 hv. Kanssa. ( Junkers Yumo 211 -moottoreille ).
Toisen maailmansodan saksalaisessa Me-163 -hävittäjässä oli nestemäistä polttoainetta käyttävä rakettimoottori, johon syötettiin 80-prosenttista vetyperoksidia ja nestemäistä katalyyttiä (kaliumpermanganaattiliuos tai metanolin, hydratsiinihydraatin ja veden seos). Polttokammiossa vetyperoksidi hajosi muodostaen suuren määrän tulistettua kaasu-höyryseosta, mikä loi voimakkaan suihkun työntövoiman.
Alkoholit | |
---|---|
(0°) | metanoli |
Primaariset alkoholit (1°) | etanoli Propanol n- butanoli Isobutanol Amyylialkoholi Hexanol Heptanol Rasvaiset alkoholit Oktanoli (C8) Nonanoli (C9) Dekanoli (C10) Undekanoli (C11) Dodekanoli (C12) Tetradekanoli (C14) Setyylialkoholi (C16) |
Sekundaariset alkoholit (2°) |
|
Tertiääriset alkoholit (3°) |
|
Orgaanisten polttoaineiden päätyypit | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Fossiili |
| ||||||||
Uusiutuva ja biologinen | |||||||||
keinotekoinen |
Sanakirjat ja tietosanakirjat | ||||
---|---|---|---|---|
|