سنتز متانول

نقش متانول در بازیافت شیمیایی PET (فرایند متانولیز)

1. سنتز صنعتی متانول (روش اول: از گاز سنتز)

متانول به صورت صنعتی از گاز سنتز (مخلوط \(\mathbf{CO}\mathbf{\ و\ }\mathbf{H}_{\mathbf{2}}\)​) ساخته می‌شود:

\[\mathbf{CO}\left( \mathbf{g} \right)\mathbf{+ 2}\mathbf{H}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\left( \mathbf{g} \right)\overset{\frac{\mathbf{50}\mathbf{-}\mathbf{100}\mathbf{\ atm\ }}{\mathbf{\ ZnO}\mathbf{/}\mathbf{Cu}}\mathbf{,\ 250 - 300}\mathbf{\circ}\mathbf{C}}{\Leftrightarrow}\mathbf{ C}\mathbf{H}_{\mathbf{3}}\mathbf{ OH}\left( \mathbf{g} \right)\mathbf{\ \ \ \ \ }\mathbf{\Delta H < 0\ (}\mathbf{گرماده}\mathbf{)}\]

الف) تامین مواد اولیه: تولید گاز سنتز از متان

گاز سنتز (\(\mathbf{CO}\mathbf{\ و\ }\mathbf{H}_{\mathbf{2}}\)​) از واکنش متان با بخار آب تولید می‌شود. 

\[\mathbf{C}\mathbf{H}_{\mathbf{4}}\mathbf{(g)\  +}\mathbf{H}_{\mathbf{2}}\overset{\mathbf{Ni,\ 800 - 900}\mathbf{℃}}{\rightarrow}\mathbf{CO(g)\  + \ }\mathbf{H}_{\mathbf{2}}\mathbf{(g)}\]

- نکته: این واکنش گرما‌گیر است و به گرمای زیاد نیاز دارد. کاتالیزگر معمول آن نیکل (Ni) است.

\[\mathbf{CO}_\mathbf{2}+\mathbf{3}\mathbf{H}_\mathbf{2}\mathbf{\rightleftharpoons}\mathbf{CH}_\mathbf{3}\mathbf{OH}+\mathbf{H}_\mathbf{2}\mathbf{O}\]

ب)نکته کنکوری :بررسی عوامل موثر بر تعادل:

1.  دما: واکنش گرماده است؛ طبق اصل لوشاتلیه دمای پایین بازده را افزایش می‌دهد، ولی سرعت را کم می‌کند; بنابراین دمای \(\mathbf{250 - 300}\mathbf{℃}\)سازش (بهینه) میان سینتیک و ترمودینامیک است.

کاتالیزگر مس/روی‌اکسید (\(\mathbf{Cu}\mathbf{/}\mathbf{ZnO}\)) امکان کار در دماهای پایین‌تر را فراهم می‌کند(با کاهش انرژی فعال سازی).

2. فشار: افزایش فشار، طبق لوشاتلیه، تعادل را به سمت تعداد مول‌های گازی کمتر (سمت راست: ۳ مول گاز به ۱ مول) می‌برد و هم‌زمان سرعت را افزایش می‌دهد. فشار حدود \(\mathbf{50 - 100}\mathbf{\ }\mathbf{atm}\mathbf{\ }\)به کار می‌رود.

3.  اثر غلظت: چون بازده هر عبور کم است، مخلوط خروجی سرد شده، متانول مایع (نقطه جوش 64.7) جدا شده و گازهای باقی‌مانده به راکتور بازگردانده می‌شوند.

۳. سنتز متانول (روش دوم: اکسایش مستقیم متان)

راه دوم تولید متانول، اکسایش جزئی (ناقص) متان با اکسیژن در حضور کاتالیزگر مناسب است:

\[\mathbf{C}\mathbf{H}_{\mathbf{4}}\mathbf{(g) +}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{2}}\mathbf{}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{(g)}\overset{\mathbf{\text{کاتالیزگر مناسب}}\mathbf{,}}{\rightarrow}\mathbf{\  C}\mathbf{H}_{\mathbf{3}}\mathbf{ OH(g)(}\mathbf{\text{اکسایش جزئی}}\mathbf{)}\]

این روش از نظر صنعتی چالش‌برانگیز است چون:

- کنترل متانول به عنوان محصول میانی سخت است; خطر اکسایش بیش از حد به \(\mathbf{CO}\mathbf{\ و\ }\mathbf{C}\mathbf{O}_{\mathbf{2}}\mathbf{}\) وجود دارد.