Възможно е превръщането на метан в метанол

 

О.Н.Новиков,  В. Великов

 

 

В газовата промишленост остро стои за разрешаване задачата за преработване на съпътстващите продукти при добива на нефт и природен газ. Съществуващите за сега способи за переработка на метана са достатъчно сложни. За втечняването му е необходима много скъпа и капризна апаратура и специални машини. Използването на тръбопроводен транспорт е неизгодно, поради малките обеми, а преработването в энергия е неизгодно поради отсъствието на потребители. Преработването на метан в бензин по метода на Фишер - Тропш е сложно, изисква високи налягания и култура на производството. Задачата не е решена и до сега. Интереса към биодизеловото гориво в Германия особено актуален. При производството му се използва метанол, така че, може да се получава метанол от газа?

Химици от Германия [1] са разработили нов твърд катализатор, чрез който метанът се превръща в метанол. Системата може да стане алтернатива на существуващите промишлени способи за получаване на метанол от природен газ.

Реакцията се ускорява от твърдият катализатор, изготвен на основата на триазин и платина и се координира от наличните бипиридинови фрагменти. Катализатора притежава голяма активност, лесно се отделя от реакционната смес и повторно се използова без намаляване на активността му.

Един от известните способи за преработване на метана в метанол, прилаган не така масово е основан на използването на платинов хомогенен катализатора. Той е синтезиран от Периан (Periana) и колегите му. В него платиновият металоцентър е координиран с бипиримидинови смеси. За получаване на метанол, полученият комплекс се разтваря в олеуме – пиросярна киселина Н2S2O4, а при пропускането му през системата олеум/платиносъдържащ комплекс, метана се окислява до метанол. Недостатък е, че се използва много скъпата платина, която практически е невъзможно след реакцията да се отдели от разтвора.

Изследователската група Ферди Шут (Ferdi Schuth) е получила твърд хетерогенен катализатор, притежаващ эфективността на катализатора на Периани, който вече може да бъде лесно извлечен от разтвора, практически без загуба на платина. Процеса на получаване на катализатора, както смятат авторите е достаточно елементарен. Първоначално се получава полимерния носител – за това тримеризират 2,6-дицианопиридин в разтопен цинков хлорид. Полученият тример го нагряват и полимеризират, в резултат на което се получава аморфен високопорист полимер. Въвеждането на   съдържащия  платина прекурсор и полимера в олеум способства образуването на катализатора на място. При задържане на метана, заедно с катализатора в автоклава , метана се превръща в метанол със скорост на превръщане, сравнима с производителноста на системата на Периани. След протичане на реакцията обаче, твърдият катализатор лесно се отделя от реакционната смес .

В химизма на каталитическите процеси винаги в началото се използва платина, която в последствие се заменя от по-евтини катализатори. По принцип някъде може да се мине и без катализатори, което често се случва.

Нужно ли е да се произвежда метанол за моторно гориво? Има определено мнение на експерти.

В работите на Владимир Сергеевич АРУТЮНОВ и Алберт Лвович ЛАПИДУС  се обсъждат въпросите по създаване на алтернативни горива на основата на използването на метанола.

Потенциално, световният пазар на метанол е способен 20 пъти да превиши съществуващия объем на неговото производство (табл. 3) [17], Около 600 млн. тона метанол годишно е нужно за удовлетворяване само на 10% от световните нужди на вторична енергия. В транспортния сектор са необходими около 150 млн. тона годишно за привеждане на 25% от автомобилния парк на планетата на горивни элементи, захранвани от водород, получаван от метанол, непосредственно на автомобила. Примерно 55 млн. тона метанол годишно ще е нужно, ако към 25% от дизелното гориво се добави 15% - добавка от диметилов етер. В този случай, използването на метанол само за генериране на енергия и олефини (МТО-процес) е способно да го превърне в едно от водещите видове горива и химическа суровина. Оценявайки успехите по създаване на горивни елементи, работещи само на метанол, известният специалист в тази област, лауреата на Нобелова премия Дж. Ола, смята, че е «разумно да се разглежда "метанолната икономика" като алтернатива на ''водородната икономика"» [26].  Но, токсичността на метанола и разслоението на метаноловите смеси са реални недостатъци.

Друг един продукт, създаден на основата на химическата конверсия на природния газ може да стане диметиловия етер (ДМЕ). По някой свойства ДМЕ може да се смята като синтетичен аналог на втечненият нефтен газ (ВНГ - пропан-бутан), имащ голямо цетаново число и лесно конвертируем във водород. Достигнатото от фирми Amoco и Haldor Topsoe в началото на 90-те години, предизвика интерес към този продукт, по създаване на технологии за неговото производство и исползване като дизелово гориво, заменящо ВНГ и други енергийни горива. За сега в тази област лидира Япония, която в периода 2002-2005 год. осъществи национална програма "Japanese National DME Initiative" , на стойност от 200 милиона долара.
По финансови параметри, разходите за получаването на ДМЕ и метанол са близки, тъй като процеса на получаване на ДМЕ от метанол е евтин и с голяма производителност. При определени условия даже, совместното производство на метанол и ДМЭ от синтез-газ може да се окаже по - рентабилно, от получаването на чист метанол. Това стимулира разработката на каталитични системи за синтез на различни продукти.

Отрицателното при ДМЕ е ниската му температура на кипене, която при съхраняване способства за образуването на взривоопасни прекиси. Привлекателните качества на ДМЕ , като високо цетаново число и ниска емисия на вредни продукти, в частност, изгаряне без образоване на сажди, тушират такива сериозни недостатъци, като газообразното му състояние. Поради повишеното налягане на парите му, той не се исползва като добавка към дизеловото гориво и това е съществен недостатък.

Друго направление е, производството на по –тежки от ДМЕ алкени. Във връзка с това се изучава возможноста да се исползват в качество на такива добавки по-тежки аналози на ДМЕ – полиоксиметилени (ДММ) с обща формула СН3-(ОСН2)x-ОСНз. Тези продукти могат да се получат от метанол , ДМЕ и формалдехид при температури под 100°С, чрез каталитическа дистилация на киселинен катализатор. Установено е, че смес от такива вещества , със значение на величината х от 3 до 8, наричана ДММ3-8, има подходяща температура на кипене, за смесване с дизелово гориво и не изисква модификация на двигателя. Сместа се получава с исключително високо цетаново число — 76 и добра температура на избухване - 65°С. Добавянето на 15% ДММ в дизеловото гориво , намалява на 50% емисиите на твърди частици. Това гориво вече е достатъчно интересно и перспективно. Но има и на него алтернатива, за което ние пишем в своите публикации.

 

Литература

 

1. Angew. Chem. Int. Ed., 2009, DOI: 10.1002/anie.200902009

2. Новиков О.Н. Метановая альтернатива. http://ecolcom.wix.com/ecolgroup#!methan/c582