Tổng hợp methanol

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC VÀ MƠI TRƯỜNG - - BÁO CÁO TIỂU LUẬN MƠN: TỔNG HỢP HỮU CƠ VÀ HĨA DẦU ĐỀ TÀI: TỔNG HỢP METHANOL GVHD: NGUYỄN KIM TRUNG SVTH: LÊ THỊ BÍCH NGUYỄN THỊ BÍCH VÂN Biên Hịa, Ngày 25 tháng năm 2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU I TỔNG QUAN VỀ METHANOL Sơ lược methanol Trạng thái không gian methanol Tính chất vật lý Tính chất hóa học Phản ứng hydro hóa 5.1 Phản ứng tách nước 5.2 Phản ứng oxy hóa 5.3 Phản ứng dehydro hóa Tình hình sử dụng ứng dụng methanol giới 6.1 Tình hình sử dụng methanol giới 6.2 Ứng dụng: II NGUYÊN LIỆU TỔNG HỢP METHANOL Hydro 1.1 Trạng thái tự nhiên 1.2 Tính chất vật lý 1.3 Tính chất hóa học 1.4 Điều chế sản xuất Cacbon Oxyt 2.1 Lịch sử 2.2 Tính chất vật lý 2.3 Tính chất hóa học 2.4 Độc tính Khí metan 3.1 Tính chất vật lý 3.2 Tính chất hóa học 3.3 Điều chế 3.4 Ứng dụng 3.5 Ảnh hưởng đến sức khỏe Oxi 4.1 Tính chất vật lý 4.2 Tính chất hóa học 4.3 Ứng dụng oxi III TỔNG HỢP METHANOL Cơ sở khoa học trình Tổng hợp hydro cacbon từ CO H2 Tổng hợp rượu từ CO H2 Thiết bị phản ứng tổng hợp methanol Sơ đồ công nghệ tổng hợp methanol Tổng hợp methanol IV KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Methanol sử dụng rộng rãi hoá chất hữu cơ nhiều lĩnh vực khác Hiện nay, nguyên liệu tạo nhiên liệu sạch, nhiên liệu sinh học kỷ 21 Trong cơng nghiệp hóa chất, methanol ngun liệu để sản xuất formandehyde, axit axêtic, sản xuất sơn tổng hợp, chất dẻo, làm dung môi v.v Khoảng hai chục năm trở lại đây, ngành công nghiệp hóa dầu cịn phát triển sản phẩm metyl ter - butyl ete (MTBE) từ metanol làm phụ gia thay cho hợp chất chì độc hại để sản xuất xăng động chất lượng cao (Mogas 95, Mogas 98) phát triển sử dụng nhiên liệu dieden sinh học (biodieden) từ metyl este dầu mỡ động thực vật Vì thế, nhu cầu sử dụng methanol ngày tăng Riêng Cộng Hoà Liên Bang Đức Pháp nhu cầu methanol cho dieden sinh học lên tới triệu tấn/năm Nhìn chung, nhu cầu sử dụng methanol hàng năm toàn giới khoảng 32 triệu Nhịp độ tăng hàng năm 5-10% Công nghệ sản xuất methanol ln hồn thiện hợp lý hóa Nguồn nguyên liệu mở rộng tới việc sử dụng nguồn khí cacbonic thiên nhiên, phế liệu nông lâm sản (biomass) Nước ta chưa có nhà máy sản xuất methanol có sẵn nguồn nguyên liệu dầu mỏ, than đá, sinh khối (biomass) Nhu cầu methanol Việt Nam ngày tăng Hằng năm, ta phải nhập lượng đáng kể methanol để phục vụ mục đích khác nhau, chủ yếu để làm dung môi Việc nhập methanol không kinh tế so với sản xuất chỗ Do đó, nghiên cứu triển khai cơng nghệ sản xuất methanol việt nam cấp thiết phù hợp vời nhiệm vụ phát triển cơng nghệ hóa chất – hóa dầu I TỔNG QUAN VỀ METHANOL Sơ lược methanol Methanol (methyl alcohol) CH3OH (viết tắt MeOH) chất lỏng loại cồn, khối lượng phân tử 32.042, hợp chất hữu cơ, không màu, dễ bay hơi, dễ cháy… nhiệt độ thường với mùi alcohol nhẹ đặc trưng Năm 1661, lần Robert Boyle thu methanol sau tinh chế gỗ giấm sữa vơi Sau vào năm 1857, Berthelot tổng hợp Methanol cách xà phịng hóa methyl chloride Trong khoảng từ 1830-1923 có nguồn quan trọng để sản xuất methanol từ giấm gỗ thu chưng gỗ khô Tới đầu năm 1913, methanol sản xuất phương pháp tổng hợp từ CO H2 Đến đầu năm 1920, M.Pier đồng nghiệp hãng BASF dựa phát triển hệ xúc tác ZnO – Cr 2O3 tiến bước đáng kể việc sản xuất methanol với quy mô lớn công nghiệp Vào cuối năm 1923, trình thực áp suất cao (25÷35 Mpa, T= 320÷4500C), chúng sử dụng cơng nghiệp sản xuất methanol 40 năm Tuy nhiên vào năm 1960, ICI phát triển hướng tổng hợp methanol áp suất (5÷10 Mpa, T=200÷3000C) xúc tác CuO với độ chọn lọc cao Hiện nay, methanol sản xuất nhiều giới phương pháp tổng hợp áp suất thấp phương pháp chưng cất từ giấm gỗ chiếm khoảng 0,003% tổng lượng methanol sản xuất Vì vậy, methanol gọi rượu gỗ người ta thu methanol q trình chưng cất khơ gỗ, ngày methanol thương mại xem methanol tổng hợp sản xuất từ tổng hợp khí, hỗn hợp hydrogen carbon oxide (H2 CO) Trạng thái khơng gian methanol Hình 1: Cấu trúc khơng gian methanol Tính chất vật lý Methanol chất lỏng khơng màu, trung tính, có tính phân cực, tan nước, benzene, rượu, este hầu hết dung mơi hữu Methanol có khả hịa tan nhiều loại nhựa, tan loại chất béo, dầu có tính phân cực nên tan số chất hữu Methanol dễ tạo hỗn hợp cháy nổ với khơng khí (7-34 %), đọc cho sức khỏe người, với lượng 10 ml trở lên gây tử vong Bảng 1: Một số số vật lý quan trọng methanol Tên Hằngsố Nhiệt độ sơi (101,3KPa) 64,70C Nhiệt độ đóng rắn -97,680C Tỷ trọng chất lỏng (00C, 101,3KPa) 0,81000 g/cm2 Tỷ trọng chất khí (250C, 101,3KPa) 0,78664 g/cm2 Nhiệt độ bốc cháy 4700C Áp suất tới hạn 8,097 Mpa Nhiệt độ tới hạn 239,490C Tỷ trọng tới hạn 0,2715 g/cm3 Thể tích tới hạn 117,9 cm3/mol Hệ số nén tới hạn 0,224 Nhiệt độ nóng chảy 100,3 KJ/kg Nhiệt độ hóa 1128,8 KJ/kg Nhiệt dung riêng khí (250C, 101,3KPa) 44,06 J.mol-1.K-1 Nhiệt dung riêng lỏng (250C, 101,13KPa) 84,08 J mol-1.K-1 Độ nhớt lỏng (250C) 0,5513 m Pas Độ nhớt khí (250C) 9,6.10-3 m Pas Hệ số dẫn điện (250C) (2÷7).10-9Ω-1.Cm-1 Sức căng bề mặt khơng khí (250C) 22,10 m N/m Entanpi tiêu chuẩn (khí 250C ,101,3KPa) -200,94 KJ/mol Entanpi tiêu chuẩn (lỏng 250C ,101,3KPa) 239,88 J.mol-1.k-1 Entopi tiêu chuẩn (khí 250C, 101,3KPa) 127,27 J.mol-1.K-1 Hệ số dẫn nhiệt lỏng (250C) 190,16 m Wm-1.K-1 Hệ số dẫn nhiệt khí (250C) 14,97 m Wm-1.K-1 Giới hạn nổ khơng khí 5,5÷44 % V Tính chất hóa học Methanol hợp chất đơn giản dãy đồng đẳng rượu no đơn chức, hóa tính định nhóm –OH Các trình phản ứng methanol theo hướng cắt đứt liên kết C-O nhóm OH đặc trưng thay nguyên tử H hay nhóm OH phân tử Một số phản ứng đặc trưng: IV.1 Phản ứng hydro hóa CH3OH + H2  CH4 + H2 IV.2 Phản ứng tách nước CH3OH + H2  CH4 + H2O IV.3 Phản ứng oxy hóa Khi oxy hóa methanol xúc tác kim loại (Ag, Pt, Cu, O 2) hay xúc tác oxide hỗn hợp oxide (Fe-Mo, Ti-Mo) điều kiện thích hợp thu fomandehyde sản phẩm phụ: CH3OH + O2  HCHO + H2O, H = -159 KJ/mol Nếu oxy hóa lâu tạo acid fomic: CH3OH + O2  HCHO + H2O Nếu oxy hóa hồn toàn thu CO, CO2 H2O: CH3OH + O2  CO + H2O CH3OH + O2  CO2 + H2O 4.2 Phản ứng dehydro hóa Khi tham gia phản ứng dehydro hóa tạo thành sản phẩm HCHO CH3OH CH2O + H2 Bảng 2: Một số tiêu quan trọng methanol: Quy định Thành phần Hàm lượng methanol >99,5 % Tỷ trọng d Hàm lượng aceton 0,7928 g/cm3 < 0,003 W/t acetandehyt Hàm lượng etanol Hàm lượng hợp chất bay < 0,001 % < 2×10-6 g/l sắt (tính theo sắt) Hàm lượng lưu huỳnh Hàm lượng Clo Ph < 0,0001 % < 0,0001 % 0,7 Bảng 3: Chỉ tiêu kỹ thuật methanol thương phẩm Tên chất Methanol Etanol Axeton Acit Acetic Amoniac Nước Giới hạn cho phép (% khối lượng) Min 99,88% Max 0,002 % Max 0,001 % Max 0,003 % Max 0,003 % Max 0,1 % Tình hình sử dụng ứng dụng methanol giới 5.1 Tình hình sử dụng methanol giới Hình1: Tình hình sử dụng methanol giới 5.2 Ứng dụng: Methanol thường dùng làm dung môi làm nguyên liệu cho sản xuất hóa chất hữu khác với lượng lớn (như formaldehyde) Tuy nhiên, sau năm 1990, nhu cầu methanol làm nguyên liệu sản xuất methyl tert-butyl ether (MTBE) tăng cao MTBE trở thành thành phần thiết yếu nhiên liệu động Methanol loại thực phẩm Vì vậy, việc sử dụng loại rượu có nồng độ methanol vượt mức quy định (ngưỡng cho phép