Метанол (метиловый спирт) иначе справедливо носит название древесного спирта, так как впервые был обнаружен Робертом Бойлем в 1661 году в продуктах сухой перегонки древесины [3].
Современный промышленный метод получения был осуществлен впервые в 1923 году в Германии компанией BASF. Немецкий химик Франц Фишер совместно с Ганс Тропшем открыл реакцию взаимодействия оксида углерода с водородом в присутствии железных и кобальтовых катализаторов. В зависимости от условий реакции и используемого катализатора образуется широкая гамма различных газообразных и жидких продуктов. В присутствии никелевого катализатора при температуре 250 0С основным продуктом реакции является метан и другие алканы [2]:
При использовании цинк-хромового катализатора (ZnO/Cr2O3) с добавками солей щелочных металлов получили метанол с селективным выходом и высокой конверсией монооксида углерода:
Побочными продуктами реакции являются формальдегид, ацетон, бутанолы и высшие спирты:
В СССР производство метанола началось в 1934 году объемом 30 тонн в сутки на Новомосковском химическом комбинате. Сырьем для получения спирта служил водяной газ, полученный газификацией кокса.
В настоящие время действующими способами получения метанола:
- неполном окислении метана и его гомологов, при гидролизе хлористого метила, а также из смеси С02 и Н2:
- из отходов нефтепереработки, коксующихся углей:
- многостадийный процесс совместного получения метанола и аммиака, так как азото-водородная смесь содержит 1 — 5% окиси углерода:
Реагенты и продукты производства метанола - горючие вещества, и объекты данного производства представляют собой пожароопасность.
Пожароопасные свойства веществ и материалов определяются такими параметрами, как температура плавления, кипения, разложения, вспышки, воспламенения, самовоспламенения, нижний и верхний концентрационные и температурные пределы воспламенения [1].
В таблице 1 приводятся пожароопасные свойства веществ, используемых в производстве метанола.
Таблица 1 - Пожароопасные свойства веществ и материалов, используемых в производстве метанола
|
Название компонента |
Метанол |
Оксид углерода(II) |
Водород |
|
Молекулярная формула |
CH3OH |
СО |
H2 |
|
Агрегатное состояние |
Жидкость |
Газ |
Газ |
|
Температура плавления, 0С |
-97 |
-205 |
-259,2 |
|
Температура кипения, 0С |
64.7 |
-191,5 |
-253 |
|
окончание таблицы 1 |
|||
|
Температура разложение, 0С |
320-380 |
- |
- |
|
Температура вспышки, 0С |
11 |
- |
- |
|
Температура воспламенение, 0С |
467 |
630 -810 |
- |
|
Температура самовоспламенение, 0С |
436 |
- |
500-571 |
|
НКПВ, % |
6,7 |
- |
4 |
|
ВКПВ, % |
34,7 |
- |
75 |
|
НТПВ, % |
7 |
- |
- |
|
ВТПВ, % |
39 |
- |
- |
Главные сферы применения метанола: производство формальдегида (участвующего в синтезе различных пластмасс) и высокооктановой добавки к моторному топливу. Метанол используется в производстве синтетических каучуков, уксусной кислоты, метилметакрилата, пластмасс, растворителей.
Крупнейшие нетто-экспортеры метанола – Латинская Америка (основной рынок сбыта – США), Ближний Восток (основной рынок сбыта – Европа и Азия) и страны СНГ (рынок сбыта – Европа).
В 2013 году производство метанола в США не превышало 2 млн.тонн, а к 2019 году оно будет достигать 8 млн.тонн благодаря «сланцевой революции».
В структуре мирового спроса на метанол доля стран Азии имеет 50%. В странах Европы потребляется не более 20 % метанола, в Северной Америке - не более 18 %. В Африке объем потребления самый минимальный - составляет 0,3 % от совокупного.
Управляющий директор по Европе MMSA Вольфганг Зойзер в ходе конференции "Метанол 2018" сообщил, что к 2027 году прогнозируется мировой спрос на метанол 135 млн. тонн [4] .
В настоящее время основным потребителем метанола на мировом рынке является Китай, который стремится восполнить дефицит с помощью ввода новых производственных мощностей.
Крупнейшими потребителями метанола в России являются: ОАО «Нижнекамскнефтехим», ООО «Тольяттикаучук» и газодобывающие предприятия ОАО «Газпром», в частности применяющие метанол как вещество, препятствующее образованию гидратных пробок при добыче и транспортировке газа.
В нефтеперерабатывающей промышленности метанол используется в качестве растворителя для очистки бензина от меркаптанов, а также при выделении толуола.
Метанол широко применяется в газовой промышленности как реагент в борьбе с гидратообразованием и, частично, как реагент для осушки природного газа.
Важной областью потребления метанола в последнее время становится производство биодизельного горючего, получаемого переэтерификацией с CH3OH рапсового масла.
Перспективно использование метанола в производстве олефинов (этилена и пропилена) полимеризационной чистоты, спрос на которые во всем мире ежегодно возрастает.
Кроме того, метанол применяется в качестве высокооктановой добавки к топливу, которая повышает мощность двигателя, резко снижая при этом количество выхлопных газов; для синтеза протеина (белково-витаминного концентрата), в производстве диметилтерефталата, ядохимикатов, химических средств защиты растений, для производства уксусной и муравьиной кислот (последняя используется при коагуляции латексов, как дубитель кожи, консервант пищевых продуктов и для силосования кормов).
Огромную долю выпускаемого метанола (75%) потребляет химическая промышленность для производства формалина, уротропина, уксусной кислоты и продуктов метилирования. В нефтехимической промышленности основные потребители - производства изопрена и метилтретбутилового эфира (МТБЭ).
На сегодняшний день этот рынок напрямую зависит от мировой конъюнктуры, которая пока остается весьма благоприятной ввиду относительной дешевизны российского природного газа и электроэнергии.
Согласно данным аналитики внутренний рынок метанола в 2014 году составил 2106 тыс. тонн, в 2015 году возрос до 2386 тыс. тонн, а в 2016 году из-за снижения спроса со стороны газодобывающих предприятий, поставки российским потребителям снизились на 195 тыс. тонн и составили 1 млн. 490 тыс. тонн. В 2017 году внутренний рынок метанола по сравнению с 2016 годом не изменился. Однако, хотя коэффициент использования метанола по России уменьшается, мощности по производству метанола расширяются за счет ввода новых, а также реконструкции действующих установок. Темпы роста производства метанола в России в период 2008-2017 год показано на рисунке 1 [4].
В настоящее время РФ является одним из наиболее крупных игроков на мировом рынке метанола, занимая 4-е место по объемам его выпуска.
Несмотря на экспортную направленность, многие российские производители метанола в последние годы стали больше внимания уделять глубине переработки продукта.
Переработка метанола в последующие продукты экономически более выгодна, чем продажа его в чистом виде.
На внутреннем рынке РФ отраслевая структура потребления метанола характеризуется следующими данными (%): производство формальдегида - 53,6; катализаторов 20,3; других продуктов - 26,1.
Рисунок 1. Производство метанола в РФ в 2008-2017 году
Отечественные поставщики видят перспективы роста спроса как на внутреннем рынке, так и на рынках Европы и Азии в использовании метанола как добавки к топливу. Хотя Россия занимает четвертое место по объему производства метанола, по плану Минпромторга с 1 июля 2020 года будет ужесточен контроль за рынком метанола в связи с трагедией в Иркутске в 2016 году, когда более 70 человек погибли, отравившись жидкостью для ванн, содержащих метанол [5].