Стадии процесса и их тепловой эффект
В настоящее время процесс синтеза метанола из оксида углерода и водорода на медь-цинк-алюминиевых катализаторах можно записать следующим образом:
СО+2Н2 → СН3ОН ∆Н0298= -90.3 кДж
СО2+3Н2 → СН3ОН+Н2О ∆Н0298= -49.4 кДж
Кроме этих реакций, протекает и обратимая эндотермическая реакция диоксида углерода и водорода:
СО2+Н2 ↔ СО+Н2О ∆Н0298 = 41,0 кДж
Однако, на основании исследований, был экспериментально доказан новый механизм, согласно которому, метанол образовывался из СО2, который есть в исходной смеси или образуется в реакции: СО+Н2О → СО2+Н2.
Нужно отметить, что выход метанола при атмосферном давлении очень мал, примерно 2%. Но его выход можно значительно увеличить, комбинируя давление, температуру и катализаторы, которые увеличивают селективность процесса.
С термодинамической точки зрения, образование метанола из синтез-газа является экзотермической реакцией(110,8 кДж/моль), следовательно, с повышением температуры константа её равновесия падает. А с увеличением давления равновесная степень превращения растет, поэтому процесс получения метилового спирта необходимо вести при низких температурах и высоких давлениях. При 6,8 МПа и 300 С (теоретический) выход составляет 100%.
При синтезе метанола наряду с основными реакциями протекают и побочные:
(1) СО+3Н2 ↔ СН4+Н2О
(2) СО2+4Н2 ↔ СН4+ 2Н2О
(3) nCO+(2n+1)H2 ↔ CnH2n+2+nH2O
(4) nCO+2nH2 ↔ CnH2n+1OH+(n-1)H2O
(5) 2CO+4H2 ↔ CH3-O-CH3+H2O
(6) С+СО2 ↔ 2СО
Чтобы избавиться от образования побочных продуктов необходимо подобрать высокоэффективные и селективные катализаторы, однако это не приведёт к полному устранению этих реакций. Реакции (1) – (3) можно свести к минимуму если мы исключим из состава катализаторов Fe,Ni и Co.Из-за наличия в составе катализатора оксида алюминия протекает реакция с образованием диметилового эфира (5), однако она подавляется вследствие того что синтез протекает при невысоких температурах. Также подавляется реакция образования высших углеводородов. Присутствие в катализаторе щелочноземельных и щелочных металлов ведет к образованию высших спиртов,(4).Также протекает реакция Будуара (6), но только до тех пор, пока не достигнута определенная температура.
Смотрите также
Алкилирующие агенты
Алкилирующие
агенты - весьма ценные реагенты в органическом синтезе. Алкилированием
называется процесс введения алкильной группы (радикала) в молекулу вместо атома
водорода:
алкилир.аген ...
Основы биохимии белков и аминокислот в организме человека
Белки – это
высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, молекулы которых
построены из остатков аминокислот. Название протеины (от греческого proteos -
первый, важнейший) отража ...
Гетероциклические соединения
К гетероциклическим
относятся соединения, содержащие циклы, в которых один или два (несколько)
атомов являются элементами, отличными от углерода. Гетероциклические системы
многообразны. Эле ...