Спосіб одержання метанолу

Винахід відноситься до способів отримання метанолу з етилового спирту. Цей винахід вирішує проблему одержання метанолу, - як сировини для органічного синтезу та палива, з етилового спирту, як відновлюваної сировини рослинного походження. Етиловий спирт може бути одержаний, наприклад, з зерна, картоплі, меляси і таке інше. Відомі способи виробництва метанолу з метану, вугілля, торфу, синтез-газу (суміш монооксиду вуглецю - СО та водню - Н2) та неповним окисленням вищих насичених вуглеводнів (етану та пропану). Виробництво метанолу з метану, вугілля та торфу здійснюється в декілька стадій. На першій стадії їх термоокислюють при піролізі та отримують синтез-газ. Далі з синтез-газу, згідно екзотермічній реакції СО+Н2= СН3ОН, при температурах вище 300°С та тиску 30.0-50.0МПа на каталізаторах, які складаються з окислів хрому та цинку або металів мідь-хром-цинк, при багаторазовій рециркуляціїї в зону реакції непрореагованих газів при надлишку водню (Н2:СО=6:1, мол.), отримують метанол СН2ОН. Метанол може бути одержаний з таких газів, як СО2 та Н2 згідно реакції: СО2+3Н2=СН3ОН+Н2О з застосуванням процесів та апаратів подібних до тих, які застосовуються при синтезі метанолу, як це описано вище з синтез-газу. В промисловості метанол одержують неповним окисленням насичених вуглеводнів (етану та пропану), які містяться в попутних нафтових газах, при температурах 340-360°С, тиску 5.0-10.0МПа. з застосуванням повітря як окислювача як з застосуванням так і без застосування каталізатора при багатоступеневих схемах переробки і відгонці метанолу з продуктів реакції. Ці технології засновані на використанні природних невідновлюваних ресурсів, що значно зменшує сировинну базу таких технологій виробництва і прив'язує вартість сировинної бази до світових цін на енергоресурси. Відомий також спосіб виробництва метанолу, який взято за прототип, з деревини, як відновлюваної вуглеводневої сировини. При сухій перегонці деревини з утвореної підсмольної води відганяють метанол, якого там міститься 2-3%. Далі метанол ректифікацією очищають і отримають товарний продукт. Вищерозглянуті способи виробництва метанолу мають недоліки. У тих способах отримання метанолу, коли використовується невідновлювана вуглеводнева сировина, то це, по перше, приводить до залежності виробництв від кон'юнктури на цю сировину на світовому ринку, по друге, всі продукти реакцій при нормальних умовах - гази, що значно зменшує ефективність реакції синтезу метанолу, вимагає високого тиску, та багаторазової рециркуляції газових компонент, а це, в свою чергу, приводить до значних енергетичних затрат та до великих питомих капіталовкладень на одиницю виробничої потужності. Спосіб отримання метанолу, у випадку застосування деревини, як сировини, має дуже низьку ефективність: метанол становить тільки 0.04-0.09% від маси використаної деревини. В основу винаходу була поставлена задача: в способі одержання метанолу значно підвищити продуктивність процесу, знизити питомі капітальні затрати та знизити енерговитрати виробництва метанолу з відновлюваної сировини. Для цього в способі одержання метанолу з вуглеводневої сировини, як сировину використовують суміш етилового спирту (отриманого з відновлюваної біомаси) та води в співвідношенні 1:0.25-0.5. Нагрівають її в присутності каталізатора до температур 200-300°С під тиском 3.0-6.0МПа. Як каталізатор беруть речовини вибрані з групи, яка включає метали, їх оксиди і/або нітриди. При певних умовах, перевага може бути надана алюмосілікатам з домішками перехідних металів та нітридам деяких металів. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу полягає у використанні для одержання метилового спирту суміші відновлювальної сировини - етилового спирту і води та проведенні реакції в межах зазначених параметрів - температурі від 200 до 250°С, тиску від 3 до 5МПа, і кількості води в суміші від 0,25 до 0,5 частин (по масі). Приклад здійснення способу: Суміш етанолу та води в співвідношенні 1:0.25-0.5 з ємності насосом, нагнітається в реактор під тиском 3.0-5.0МПа. Реактор містить каталізатор та оснащений системою підтримання стабільної температури процесу 200-300°С. Продукти реакції через перепускний клапан з реактора потрапляють в теплообмінник, в якому продукти знаходяться при атмосферному тиску. В ньому продукти реакції охолоджуються до температури 75-80°С. Сконденсовані продукти - етанол та вода, які не прореагували, та продукти з температурою кипіння вище 80°С направляють в реактор повторно. А продукти з температурою кипіння, нижче 80°С, в тому числі метанол, направляються на ректифікацію. Де розділяються та очищуються. Згідно проведених дослідних робіт по одержанню метанолу з застосуванням каталізатора, який містить, наприклад, алюмосілікати, перехідні метали - нікель та хром, окисли перехідних металів - марганцю та заліза, досягнуто максимального виходу метанолу 81% з суміші етанолу та води при співвідношенні 1:0.42, при тиску 3.8МПа. і температурі 210°С. При цьому продукти, які вертаються на повторну реакцію, складають 11% від маси продуктів, які входять в реактор. Продукти з температурою кипіння нижче 80°С - складають 89%. Після ректифікації та конденсації отримано газів - 3.5%, сконденсованої фракції - 4.5% Залежність виходу метанолу - МеОН (в%) від температури - Τ (в °С), співвідношення етанолу та води 1 :Н2О, тиску - Ρ (в МПа) показані нижче. Винахід пояснюється кресленням, де на Фіг.1 наведено експериментальні дані залежності виходу метанолу від температури в реакторі, на Фіг.2 - залежність виходу кінцевого продукту від тиску при температурі реакції 210°С, а на Фіг.3 - залежність кількості одержаного метанолу від кількості води в суміші (по масі) при температурі проведення реакції 210°С, тиску 4.2МПа. З цього прикладу видно, що поставлена задача значно підвищити продуктивність, знизити питомі капітальні затрати та знизити енерговитрати виробництва метанолу з відновлюваної сировини повністю вирішується в даному способі.