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

Химия запахов
Почти 2000 лет назад античный учёный, поэт и философ Тит Лукреций Кар полагал, что в носовой полости есть крошечные поры разных размера и формы. Каждое пахучее вещество, рассуждал он, испус ...

Основы теории и основные понятия процесса хроматографического разделения
Процесс хроматографического разделения очень сложен, тем не менее, его отдельные стадии могут быть смоделированы и представлены в виде уравнений, достаточно точно и верно отражающих реальный ...

Синтез 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана
...