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Metanol

Breve descripción sobre el Metanol; aplicaciones, obtención y producción.
by

Laura Landazábal

on 28 November 2012

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Transcript of Metanol

Metanol Laura Natalia Landazábal
Juan Camilo Fabra El metanol, también conocido como alcohol metílico,
alcohol de Madera o espíritu de la Madera,
es un compuesto químico de fórmula CH₃OH (MeOH). (1) ¿Qué es? Peso Molecular (g/mol): 32,04
Punto de ebullición a 760mmHg (°C): 64,6
Punto de congelación (°C): -97,6
Gravedad específica (20°C/4°C): 0,7915
Acidez (pK): 15,5
dHf (l) (kJ/mol): -238,4 1. http://www.methanol.org/Technical-Information/Properties-of-Methanol.aspx 2. http://www.methanol.org/Technical-Information/Resources/Technical-Information/Physical-Properties-of-Pure-Methanol.aspx Luego, durante 1923, los químicos alemanes Alwin Mittash y Mathias Pier, de la empresa BASF (Badische Anilin- und Soda-Fabrik), desarrollaron un método de síntesis para convertir gas de síntesis a metanol. El proceso se patentó en 1926.

Actualmente la producción industrial a partir de gas de síntesis se realiza gracias el proceso elaborado por la compañía ICI (Imperial Chemical Industries Ltd.) en 1960. Los egipcios lo obtenían de la pirolisis de la madera y lo empleaban en el embalsamamiento.

La química del metanol comienza con el señor Robert Boyle en 1661 “Espíritu de la Madera”.

En 1834, los químicos franceses Jean Baptiste Dumas y Eugene Peligot determinaron su composición elemental.

El nombre llega en 1892, durante la Conferencia Internacional de Nomenclatura Química. Producción El metanol es uno de los diez principales productos químicos producidos en el mundo.

El consumo para el año 2008 fue de 44.763,000 toneladas métricas, y la oferta fue 45.433.000 toneladas métricas. Los mayores exportadores de metanol, en 2006, los países del Caribe como Trinidad y Tobago , con 7,541 millones de toneladas, Chile y Argentina con 3,566 millones de toneladas y los estados del Golfo Pérsico, con 5.656 millones de toneladas.  Los principales importadores fueron Estados Unidos con 7,112 millones de toneladas, Europa occidental, con 8.062 millones de toneladas, Taiwán y Corea del Sur, ambos con 2,361 millones de toneladas y Japón con 1.039 millones de toneladas.

El metanol es usado industrialmente en la producción de ácido acetico (Proceso Monsanto), para la fabricación de formaldehído, etc. Y por ello se encuentra dentro de los 20 productos químicos más empleados y producidos industrialmente. (3) (3) http://www.methanol.org/Methanol-Basics/The-Methanol-Industry.aspx Tabla 1. 20 productos químicos de mayor producción (hasta 1993). (4) (4) Duward F. Shriver,P. W. Atkins,Cooper H. Langford. Química inorgánica, Volumen 2. Pág. 756 El metanol es uno de los compuestos químicos más versátiles, tanto a nivel industrial como a nivel de laboratorio. Es el segundo compuesto más transportado mundialmente por año (5) y un componente esencial en la vida moderna. Aplicaciones Combustibles

El metanol es el alcohol más sencillo, lo que le confiere facilidades en manejo y transporte. Además, tiene un alto octanaje y su combustión es relativamente fácil de alcanzar. Es considerado un "combustible limpio".

Tratamiento de aguas, desnitrificación

Permite remover nitrógeno de aguas contaminadas (efluentes de desechos). El metanol permite biodegradar a muy bajo costo y con una alta eficiencia nitratos. Transporte de Hidrógeno en celdas de combustible

El metanol es la manera para transportar a gran escala, y económicamente más viable, el hidrógeno necesario en las celdas de combustión. Transesterificación

En la transesterificación el metanol reacciona con triglicéridos contenidos en aceites vegetales o animales para formar ácidos grasos de alquil esteres (biodisel) y glicerina.

Generación de electricidad

El metanol puede ser empleado no solo como combustible, también como gas para crear sistemas de turbinas impulsadas con vapor. Industria química

•Plásticos (PET y propileno, materia prima en la elaboración de ácido acético).
•Fibras sintéticas
•Pinturas
•Resinas
•Películas magnéticas
•Laminado de vidrio de seguridad
•Adhesivos
•Solventes
•Carpintería
•Refrigerantes
•Productos de limpieza
•Pigmentos y tinturas (5) http://www.methanol.org/Methanol-Basics/Methanol-Applications.aspx
(6) Didier Astruc. Química órgano metálica. Pág. 386 (5) (6) Figura 2. El metanol en la vida cotidiana (7) El metanol puede ser obtenido a partir de la destilación de material orgánico (madera). Este proceso consiste en destilar la madera en ausencia de aire a unos 400 °C formándose gases combustibles (CO, C₂H₄, H₂), ; un destilado acuoso que se conoce como ácido piroleñoso y que contiene un 7-9% de ácido acético, 2-3% de metanol y un 0.5% de acetona; un alquitrán de madera, base para la preparación de antisépticos y desinfectantes; y carbón vegetal que queda como residuo en las retortas. Obtención La síntesis industrial de metanol es una de las vías más eficientes y rápidas para la obtención de metanol. Esta síntesis parte de materias primas abundantes y económicas, muchas veces generadas como desechos en otras industrias.

Actualmente, casi todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un proceso catalítico a partir de monóxido de carbono e hidrógeno (gas de síntesis). Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y se necesitan reactores industriales grandes y complejos.

CO + CO₂ + H₂ --> CH₃OH Ec. 1 El gas de síntesis (CO + H₂) se puede obtener de distintas formas. Los distintos procesos productivos se diferencian entre sí precisamente por este hecho. Actualmente el proceso más usado para la obtención del gas de síntesis es a partir de la combustión parcial del gas natural en presencia de vapor de agua.

Gas Natural + Vapor de Agua --> CO + CO₂ + H₂ Ec. 2

Sin embargo el gas de síntesis también se puede obtener a partir de la combustión parcial de mezclas de hidrocarburos líquidos o carbón, en presencia de agua.

Mezcla de Hidrocarburos Líquidos + Agua --> CO + CO₂ + H₂ Ec. 3
Carbón + Agua --> CO + CO₂ + H₂ Ec. 4 Síntesis En el caso de que la materia prima sea el carbón, el gas de síntesis se puede obtener directamente bajo tierra. Se fracturan los pozos de carbón mediante explosivos, que luego se encienden para generar la combustión mientras se introducen bajo presión aire comprimido y agua. (8) Hans Beyer,Wolfgang Walter. Manual de química orgánica. Pag 125-126 (8) (8) Hans Beyer, Wolfgang Walter. Manual de química orgánica. Pag 125-126
(9) Klaus Weissermel, Hans-Jürgen Arpe. Química orgánica industrial. Pag 30-37 Hacia 1913, los investigadores Mittasch, Pier y Winkler de la empresa BASF se encontraban desarrollando investigaciones orientadas a la síntesis de amoniaco.

CO + 2H₂ + ZnO/Cr₂O₃ + CH₃OH + ZnO/Cr₂O₃ (ΔH= -119kJ/mol) (8) Ec. 5
CO₂ + 3H₂ ZnO/Cr₂O₃ + CH₃OH +H₂O + ZnO/Cr₂O₃ (ΔH= -50kJ/mol) Ec. 6

La reacción elaborada por Mittasch y colaboradores (Ec. 5) se ve mejorada por el uso de CO2 en vez de CO. Dado que la materia prima es gas de síntesis, en la industria se emplea la reacción de interconversión de agua-gas, o por sus siglas en inglés WGS.

la síntesis es mediada por catálisis heterogénea a 340 bars y 320 a 380°C. Como catalizador se utiliza ZnO-Cr₂O₃ y alcanza la mayor actividad a 70:30.

La reacción del proceso BASF da lugar a productos secundarios como dimetileter, formiato de metilo o alcoholes superiores, pues el catalizador no es un catalizador selectivo. Los subproductos son separados por destilación Proceso BASF o a altas presiones (8) (9) Proceso ICI o a bajas presiones La reducción de las presiones de reacción se logra a través de catalizadores más activos, como aquellos a base de cobre, aunque son extremadamente sensibles al azufre.
Estos catalizadores fueron desarrollados a gran escala para lo que hoy se conoce como el proceso ICI (Imperial Chemical Industries Ltd).
La reacción de carbonilación para formar metanol se lleva a cabo a presiones entre los 50-100bars y entre 240 y 260°C. El catalizador, una mezcla de óxidos de Cobre, Cinc y Aluminio necesita de gas de síntesis puro, ya que trazas de aproximadamente 1ppm de azufre o cloro pueden desactivarlo. (8) Hans Beyer, Wolfgang Walter. Manual de química orgánica. Pag 125-126 (8) Tabla 2. Algunas empresas desarrolladoras de procesos industriales para la síntesis de metanol y las condiciones de los mismos. (8) (8) Hans Beyer, Wolfgang Walter. Manual de química orgánica. Pag 125-126 Mecanismos Esta reacción es importante para producción a nivel industrial de hidrógeno y dióxido de carbono.

CO(g) + H₂O(v) CO₂(g) + H₂(g) Ec. 7

Importante debido a la producción de hidrógeno puro para la síntesis industrial de amoniaco. Descubierta por el físico italiano Felice Fontana en 1780, la reacción es ligeramente exotérmica (41.1 kJ/mol) La reacción WGS es un equilibrio sensible a la temperatura y tiende a desplazarse hacia los reactivos a medida que la temperature aumente (Principio de Le Chatelier).

El proceso consta de dos etapas principales, una inicial a alta temperatura (350 °C) y otra a baja temperatura (190–210°C). El catalizador se constituye de óxido de hierro activado con óxido de cromo para la etapa inicial y cobre metálico sobre una mezcla de óxido de cinc y óxido de aluminio. Reacción de interconversión de agua-gas (WGS) (10) "HFCIT Hydrogen Production: Natural Gas Reforming". United States Department of Energy. 2006-11-08. Retrieved 2008-01-07. (10) Figura 3. Mecanismo de la reacción WGS. Figura 4. Mecanismo de formación de metanol e interconversión de agua-gas o interconversión reversa de agua-gas entre CO y CO2 catálisis heterogenea sobre catalizador de Cu/ZnO/Al2O3. (11) (11) Qi Suna, Chong-Wei Liub, Wei Panb, Qi-Ming Zhub, Jing-Fa Denga. In situ IR studies on the mechanism of methanol synthesis over an ultrafine Cu/ZnO/Al2O3 catalyst. Applied Catalysis A: General 171 (1998) 301-308 (12) Dante L. Chiavassa, Sebastián E. Collins, Adrian L. Bonivardi, Miguel A. Baltanás. Methanol synthesis from CO2/H2 using Ga2O3–Pd/silica catalysts: Kinetic modeling. Chemical Engineering Journal 150 (2009) 204–212. Figura 5. Mecanismo de reacción de la síntesis de metanol y la reacción inversa de interconversión de agua-gas sobre catalizador de Ga2O3-Pd/Silica. (12) Figura 6. Modelo tridimensional del mecanismo de la reacción de metanol sobre catalizadores de Pd/Ga2O (13) Sebastián E. Collins Juan J. Delgado César Mira José J. Calvino Serafín Bernal Dante L. Chiavassa Miguel A. Baltanás Adrian L. Bonivardi. The role of Pd–Ga bimetallic particles in the bifunctional mechanism of selective methanol synthesis via CO2 hydrogenation on a Pd/Ga2O3 catalyst. Journal of Catalysis 292 (2012) 90–98. Figura 7. Mecanismo propuesto para la reacción de metanol con catalizadores de cobre y oxidos decinc a partir de gas de síntesis (a) a baja temperatura usando 2-propanol como promotor (b) reacción clásica a altas presiones (14) (14) Ruiqin Yang; Yi Zhang; Noritatsu Tsubak. Dual catalysis mechanism of alcohol solvent and Cu catalyst for a new methanol synthesis method. Catalysis Communications 6 (2005) 275–279. Características Historia En la década de 1970 empieza el uso de metanol como combustible de automoción, (crisis de petróleo)

A mediados de 1990 se producen 20,000 vehículos capaces de funcionar con metanol o gasolina y se vendieron en EUA.

En el 2006 astrónomos del observatorio Jodrell Bank, utilizando la matriz de radiotelescopios MERLIN, descubrieron una gran nube de metanol en el espacio, 288 mil millones millas a través de él. Gas inodoro , incoloro , inflamable y altamente tóxico. Se produce por la combustion incompleta de sustancias como gas , gasolina, keroseno, carbón , petroleo , tabaco o madera.

Estado de agregación Gas
Apariencia Incoloro
Densidad 1.145 kg/m³
Masa molar 28,0 g/mol
Punto de fusión 68 K (-205,15 °C)
Punto de ebullición 81 K (-192,15 °C) Metanol Características Monóxido de Carbono Diatómico (H2) incoloro, inodoro, insípido, no metálico.
Estado ordinario Gas
Densidad 0,089 9 kg/m³
Punto de fusión 14,025 K
Punto de ebullición 20,268 K
Punto de inflamabilidad 255 K
Entalpía de vaporización 0,44936 kJ/mol
Entalpía de fusión 0,05868 kJ/mol
Presión de vapor 209 Pa a 23 K
Temperatura crítica 23,97 K
Presión crítica 1,293·106 Pa
Volumen molar 22,42×10-³ m³/mol
Inflamable Características Hidrógeno molécular Figura 1. Esquema de exportaciones e importaciones mundiales de metanol entre 2006 y 2012 Tabla 2. Comparación energética entre varios combustibles Esquema 1. Reacción de trasnesterificación para la producción de biodisel Conversión de glicerina a metanol: Hidrogenólisis La conversión de glicerina a metanol y etilenglicol mediante la utilización de catalizadores de níquel, paladio, platino, cobre y rutenio soportados en carbono en condiciones medias de temperatura y presión (200 ºC y 200 Psi) Esquema 2. Esquema general de conversión de glicerina a metanol. Conversión de glicerina a glicoles utilizando un catalizador formado por la combinación de rutenio y carbono y/o amberlyst considerada como la combinación más efectiva en la hidrogenólisis de la glicerina a 1,2-propanodiol bajo condiciones medias de presion y temperatura como 393K y 8.0 Mpa. Esquema 3. Reacción general de conversión de glicerina a propanol mediante catalizador de Ru/C o Amberlyst Gráfico 1. Esquema de vías de aplicación en síntesis del syngas o gas de síntesis. (7) http://www.methanol.org/Methanol-Basics/Resources/Methanol-Basics/Methanol-In-Our-Lives.aspx Gracias
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