متانول (Methanol) یا الکل چوب، ساده ترین نوع الکل با فرمول شیمیایی CH3OH است. این ماده یک مایع بی رنگ، فرار، قابل اشتعال و کاملا سمی با بویی ملایم شبیه به اتانول (الکل نوشیدنی) است که گاهی با آن اشتباه گرفته می شود. متانول را از روش گازسنتز تولید می کنند. در این روش گازسنتز مخلوطی از هیدروژن (H2)، مونواکسید کربن (CO) و کمی دی اکسید کربن (CO2) است که از طریق گاز طبیعی متان به روش ریفرمینگ بخار تهیه می شود.
گاز طبیعی با بخار آب تحت فشار و حرارت بالایی روی کاتالیزور نیکل واکنش می دهد تا در نهایت مونوکسید کربن و هیدروژن مورد نیاز برای تولید متانول تهیه شود. از این الکل به عنوان سوخت پاک و یا تولید انواع روانکار صنعتی استفاده می کنند، اما برای تولید انواع مواد شیمیایی از قبیل فرمالیدها، پلاستیک ها و چسب ها نیز کارایی دارد.
کاربرد متانول در صنعت پتروشیمی
بدون تردید متانول یکی از استراتژیک ترین فرآورده های صنعت پتروشیمی است که در عین حال می تواند خوراک اصلی در بسیاری از سنتزها و تولید انواع پلیمرها یا چسب ها باشد. چند کاربرد اصلی این الکل در صنعت پتروشیمی عبارت اند از:
- متانول به عنوان سوخت و منبع انرژی
- تولید فرمالدهید
- تولید حلال های شیمیایی
- تولید متیل متا کریلات (MMA)
- تبدیل متانول به پروپیلن
- تولید اسید استیک (Acetic Acid)
متانول به عنوان سوخت و منبع انرژی
متانول در دمای محیط کاملا مایع است و همین ویژگی کافی است تا حمل ونقل آن ساده و ذخیره سازی آن بسیار امن تر و کم هزینه تر از گازهایی مانند هیدروژن باشد. از متانول به صورت خالص و یا ترکیبی با بنزین به دلیل عدد اکتان بالا به عنوان سوخت پاک خودروها استفاده می کنند. همچنین می تواند در صنعت بیودیزل، تولید پیل های سوختی، سوخت سبک نیروگاهی و تولید هیدروژن سبز نیز کارایی داشته باشد.
متانول در تولید فرمالدهید
متانول خوراک اصلی تولید انواع فرمالدهید در ابعاد صنعتی است. این کار از طریق اکسیداسیون کاتالیستی متانول در راکتورهای خاص پتروشیمی انجام می شود. از دو نوع کاتالیزور نقره یا اکسید آهن – مولیبدن برای تولید فرمالدهید از متانول استفاده می کنند.
در اکثر فرایندها مخلوط متانول و هوا را از روی کاتالیزور نقره در دمای حدود ۶۰۰ درجه عبور می دهند تا یک واکنش گرماده اکسیداسیون انجام شده و پس از هیدروژن زدایی، فرمالدهید تهیه می شود. اما می توان همین واکنش را با حضور کاتالیزور اکسید آهن – مولیبدن در دمای بسیار پایین تر ۳۰۰ درجه سانتی گراد نیز انجام داد.
تولید حلال های شیمیایی با استفاده از متانول
متانول علاوه بر آنکه خود یک حلال پرکاربرد است، می تواند ماده اولیه اصلی برای تولید چندین نوع حلال شیمیایی مهم دیگر از قبیل استیک اسید، متیل استات، دی متیل اتر، کلرو متان و دی متیل کربنات باشد. از این حلال ها در صنایع مختلف رنگ سازی، رزین سازی، چسب، داروسازی و تولید انواع پاک کننده استفاده می کنند.
تولید متیل متا کریلات (MMA)
متانول نقش کلیدی در تولید هیدروکربن مورد نیاز صنایع دارد و متیل متا کریلات از جمله مهم ترین این محصولات است. در این فرایند ابتدا متا کریلیک اسید را از ترکیب استون با هیدروژن سیانید و سپس واکنش با سولفوریک غلیظ تهیه می کنند. سپس از ترکیب متا کریلیک اسید با متانول در حضور کاتالیزورهای اسیدی ماده ارزشمند متیل متا کریلات تهیه می شود. هرچند امروزه روش های مستقیم تری نیز توسعه پیدا کرده که کاملا بر پایه استفاده از الکل هستند.
تبدیل متانول به پروپیلن
فرآیند MTP یک فناوری بسیار مهم در صنعت پتروشیمی است که متانول را مستقیما به پروپیلن تبدیل می کند. پروپیلن به مراتب ترکیب هیدروکربنی بسیار ارزشمندتری است که در این فرآیند بدون نیاز مستقیم به نفت خام می توان از گاز طبیعی آن را تهیه کرد.
برای انجام این فرایند ابتدا متانول را در یک پیش راکتور به دیمیتل اتر (DME) تبدیل کرده و سپس با حضور بخار آب روی کاتالیزور زئولیت می توان پروپیلن را تهیه نمود. محصول نهایی ماده اولیه بسیار استراتژیک در صنعت تولید پلاستیک و انواع پلیمر است.
تولید اسید استیک (Acetic Acid)
متانول مهم ترین ماده اولیه تولید استیک اسید در جهان است. این کار از طریق فرایند کربونیلاسیون طی واکنش تحت فشار متانول با مونوکسید کربن انجام می شود. از محصول نهایی یعنی همان استیک اسید در صنایع بسیار زیادی مانند تولید انواع چسب، رنگ های امولسیونی، تولید الیاف استات سلولزی و تهیه انواع حلال های صنعتی و حتی ساخت بطری ها یا الیاف پلی استر استفاده می کنند.
متانول چگونه تولید می شود؟
متانول عمدتا از طریق تبدیل گاز طبیعی به گاز سنتز طی فرآیندی به نام اصلاح بخار (Steam Reforming) تولید می شود. این روش صنعتی، کارآمدترین راهکار برای تولید مقیاس بزرگ متانول در جهان است که پایه های شیمیایی تولید این ماده را تشکیل می دهد. در صنعت پتروشیمی تولید متانول دارای سه مرحله اصلی است:
- مرحله اول: تولید گاز سنتز
در پتروشیمی خوراک اصلی گاز طبیعی است، هرچند در برخی کشورها ممکن است از زغال سنگ، نفتا یا حتی CO₂ به همراه هیدروژن هم استفاده شود. در این بخش، متان با بخار و گاهی اکسیژن واکنش می دهد تا مخلوطی از هیدروژن، مونوکسید کربن و دی اکسید کربن تولید شود.
- مرحله دوم: سنتز متانول
گاز سنتز پس از تنظیم نسبت ترکیبات و فشرده سازی، وارد راکتور سنتز می شود و روی کاتالیست های پایه مس، متانول تشکیل می شود. این مرحله همان هسته اصلی تولید متانول در مجتمع های پتروشیمی است و راندمان آن به کیفیت گاز سنتز و شرایط بهره برداری وابسته است.
- مرحله سوم: تقطیر و خالص سازی
متانول خام خروجی هنوز دارای آب و برخی ناخالصی ها است، بنابراین در واحد تقطیر تصفیه می شود تا به خلوص مورد نیاز صنعتی یا تجاری برسد. محصول نهایی بعد از این مرحله برای ذخیره سازی، صادرات یا مصرف در واحدهای پایین دستی آماده می شود.
خطرات و ایمنی در کار با متانول
متانول اگرچه الکلی ساده است، اما ترکیبی کاملا سمی با قدرت اشتعال بالا محسوب شده که کار با آن را بسیار حساس می کند. برخی خطرات و در کل نکات ایمنی کار با این الکل به قرار زیر هستند:
- متانول حتی در مقادیر خیلی کم نیز بسیار سمی است. زیرا در بدن به فرمالید و سپس به اسید فرمیک تبدیل می شود. کوری عصب بینایی ناشی از مسمومیت متانول است.
- متانول به سرعت قادر است تا از طریق بلع، تنفس بخارات و یا تماس پوستی جذب شود. لذا در هنگام کار با آن استفاده از ماسک تنفسی، دستکش استاندارد و عینک ایمنی الزامی است.
- متانول مایعی بسیار فرار و قابل اشتعال است. همچنین شعله ای بی رنگ و بدون دود تولید میکند که ممکن است باعث آتش سوزی های ناگهانی و شدید شود.
- بخارات متانول در غلظت ۶ الی ۳۶ درصد در حجم هوا قابلیت انفجاری دارد. بنابراین باید مخازن آن را دور از گرما، جریان برق و الکتریسیته ساکن نگهداری کنید.
تفاوت متانول با اتانول در چیست؟
متانول (CH3OH) و اتانول (C2H5OH) اگرچه هر دو الکل های بی رنگ قابل اشتعال هستند، اما در سطح مولکولی تفاوت های بنیادین دارند. متانول یک کربن و اتانول دو کربن دارد که این تفاوت ساختاری منجر به خواص شیمیایی و فیزیولوژیکی کاملا متفاوتی می شود.
متانول به شدت سمی است و در بدن باعث تولید اسید فرمیک شده که مصرف مقدار کم آن می تواند باعث کوری و حتی مرگ شود. این در حالی است که اتانول همان الکل نوشیدنی است که بدن انسان توانایی تجزیه آن را دارد. از نظر سوختی نیز اتانول چگالی انرژی بالاتری تولید کرده و به عنوان افزودنی زیستی در بنزین کارایی دارد. در مقابل عدد اکتان متانول بالاتر است و به علت سمیت یا خورندگی کمتر به عنوان سوخت استفاده می شود.
خواص فیزیکی و شیمیایی متانول
متانول یک مایع بی رنگ، فرار و قابل اشتعال با بوی نسبتا شیرین است که با آب کاملا مخلوط می شود و نقطه جوش پایینی دارد. از نظر شیمیایی یک الکل ساده با فرمول CH₃OH است که به راحتی می سوزد و در واکنش های اکسیداسیون می تواند به فرمالدهید و سپس اسید فرمیک تبدیل شود و در عین حال برای انسان بسیار سمی است.
خواص فیزیکی متانول
نقطه جوش متانول حدود ۶۴.۷ درجه سانتی گراد است که منجر به تبخیر سریع آن می شود و نقطه ذوب آن در حدود ۹۷.۶- درجه سانتی گراد قرار دارد که باعث می شود این ترکیب حتی در شرایط سرمای بسیار شدید نیز به حالت مایع باقی بماند.
این ماده از نظر چگالی سبک تر از آب است و به طور کامل در آب، الکل ها و بسیاری از حلال های آلی دیگر حل می شود. به دلیل ویسکوزیته بسیار پایین و فشار بخار قابل توجه، متانول به راحتی جریان می یابد و به دلیل سمیت شدید و تشکیل مخلوط های انفجاری با هوا، همواره باید با رعایت کامل پروتکل های ایمنی در فرآیندهای انبارداری و تولیدی استفاده شود.
خواص شیمیایی متانول
متانول ساده ترین نوع الکل اشباع با یک گروه هیدرواکسیل متصل به کربن است که واکنش پذیری بالایی دارد. این ماده می تواند با اسیدهای هالوژنه واکنش شیمیایی قوی ایجاد کرده و یا به راحتی اکسید شود. تا جای که به سرعت قادر است در مواجهه با اکسیژن ابتدا به فرمالدهید و سپس به اسید فرمیک تبدیل گردد.
یکی از مهم ترین واکنش های شیمیایی متانول، قابلیت ترکیب آن در فرایند کربونیلاسیون با مونوکسید کربن و تولید اسید استیک است. متانول در اثر سوختن، شعله تقریبا نامرئی در نور روز تولید می کند و در عین حال قدرت اشتعال بسیار بالایی دارد. اما به سختی و در دمای بسیار بالای ۴۷۰ درجه سانتی گراد خود به خود در هوا مشتعل می شود. لذا با ضریب ایمنی بالا می توان آن را در مخازن مناسب و دور از عوامل محرک مانند الکتریسیته تا مدت ها ذخیره سازی کرد.
جمع بندی
متانول به عنوان یکی از اصلی ترین تولیدات صنعت پتروشیمی در جهان ارزش صنعتی بسیار زیادی دارد. از تولید انواع پلاستیک ها و رزین ها گرفته تا به عنوان سوخت و پایه انرژی های پاک استفاده می شود. اهمیت استراتژیک متانول در دو نکته کلیدی است.
اول آن که متانول می تواند ماده اولیه و حیاتی برای تولید ترکیبات مفیدی مانند فرمالدهید، اسید استیک و… باشد و هم به عنوان سوخت و حامل انرژی برای ذخیره سازی هیدروژن سبز یا کربن زدایی از صنعت حمل و نقل استفاده شود. اما در نظر داشته باشید که این ماده سمیت و قدرت اشتعال بالایی دارد و بهتر است جز در کارهای حرفه ای و با در اختیار داشتن ابزارهای ایمنی از این الکل استفاده نکنید که نیرونماد در این زمینه به شما کمک می کند.
سوالات متداول
چگالی متانول چقدر است؟
چگالی این الکل در دمای 20 درجه سانتی گراد حدود 0.79 گرم بر سانتی متر مکعب است.
متانول چگونه نگهداری می شود؟
این الکل را در مخازن فولادی یا پلی اتیلن با چگالی بالا و کاملا بسته در محیط خنک و دارای تهویه قوی به دور از نور مستقیم خورشید، منبع حرارت و جرقه نگهداری می کنند. همچنین مخزن باید از سیستم ارت برای اتصال به زمین برخوردار باشد.
من متخصص مهندسی مکانیک هستم و چندین سال در حوزه تصفیه روغن و تجهیزات صنعتی تجربه دارم. هدف من از نوشتن مقالات در «نیرو نماد» این است که دانش فنی را به شکل کاربردی و قابل استفاده برای حرفهایها و علاقهمندان به اشتراک بگذارم.
