Le méthanol, également connu sous le nom d’alcool méthylique, est un alcool simple de formule chimique CH3OH. C’est un liquide incolore et inflammable avec une odeur légèrement sucrée. Le méthanol est l’alcool le plus simple et l’alcool le plus produit au monde.
Le méthanol est un produit chimique très polyvalent aux utilisations multiples. Il est utilisé comme carburant, solvant et élément de base pour de nombreux autres produits chimiques et constitue également une source d’énergie renouvelable.
Table des matières
1. Utilisation du méthanol pour les synthèses chimiques
Environ 70 % de la production mondiale de méthanol est utilisée comme matière première dans diverses synthèses chimiques. Les applications les plus importantes du méthanol sont le formaldéhyde, l’éther méthyltert-butylique (MTBE), l’acide acétique, l’éther diméthylique (DME), le propène, le méthacrylate de méthyle et le téréphtalate de diméthyle (DMT).
Le méthanol est également de plus en plus utilisé à des fins énergétiques et de carburant, soit directement, soit comme précurseur, en particulier dans les économies émergentes.
Formaldéhyde du méthanol
Le formaldéhyde est le produit le plus important fabriqué à partir du méthanol. En 2011, environ 28 % de la production mondiale de méthanol était utilisée pour fabriquer du formaldéhyde. Bien que la production de formaldéhyde ait continué de croître ces dernières années, sa part dans la consommation de méthanol a diminué en raison d’une croissance plus rapide dans d’autres secteurs, tels que le propène et les applications de carburant.
Le formaldéhyde est fabriqué à partir du méthanol en l’oxydant avec l’oxygène de l’air. Le processus spécifique utilisé dépend de la température et du type de catalyseur utilisé.
L’éther méthyltert-butylique (MTBE) est produit par la réaction du méthanol avec l’isobutène à l’aide d’échangeurs d’ions acides. Il s’agit d’un excellent exhausteur d’octane qui a pris de l’importance avec l’introduction de qualités d’essence sans plomb et une prise de conscience accrue des dommages potentiels associés aux composants aromatiques à indice d’octane élevé au cours des dernières décennies.
En raison de problèmes de sécurité, tels que la libération de MTBE par les réservoirs de stockage à haute pression de vapeur, ce produit s’est heurté à une résistance, en particulier dans les pays occidentaux, ces dernières années. En conséquence, la consommation de méthanol pour la production de MTBE a diminué de 27 % en 1996 à seulement 11 % en 2011 et l’intérêt commercial s’est déplacé vers l’éther éthyl-tert-butylique (ETBE) comme substitut au MTBE.
La production globale de MTBE devrait à nouveau augmenter en raison de l’augmentation de l’utilisation et des capacités de production dans les économies émergentes, comme l’Asie et le Moyen-Orient.
L’acide acétique représente 11 % de la consommation de méthanol, avec des taux de croissance annuels estimés à 4 % jusqu’en 2013. L’acide acétique est synthétisé par carbonylation du méthanol avec du monoxyde de carbone en phase liquide à l’aide de catalyseurs homogènes, notamment cobalt-iode, rhodium-iode, ou nickel-iode.
L’ancien procédé BASF fonctionne à 65 MPa, tandis que les procédés plus modernes, tels que le procédé Monsanto, fonctionnent à 5 MPa. En ajustant les conditions opératoires, la synthèse peut également être modifiée pour produire de l’anhydride acétique ou de l’acétate de méthyle.
Le méthanol est utilisé dans divers processus pour produire de l’essence, des oléfines, du propène et des composés aromatiques comme carburants alternatifs. Ces développements sont apparus en réponse à la crise pétrolière et impliquent la conversion du gaz de synthèse en carburants utilisant le méthanol comme intermédiaire.
Un procédé notable est la synthèse du méthanol en essence (MTG), le gouvernement néo-zélandais et Mobil exploitant une usine qui produit 4 500 t/j de méthanol à partir de gaz naturel, le convertissant ensuite en 1 700 t/j d’essence.
D’autres voies de synthèse importantes comprennent les procédés de transformation du méthanol en oléfines (MTO), du méthanol en propène (MTP) et du méthanol en composés aromatiques (MTA). Les deux premières technologies ont été utilisées avec succès ces dernières années.
Les premières usines DMTO (DICP méthanol-to-oléfines, Shenhua Baotou) et MTP (Lurgi) ont été mises en service en 2010/2011, consommant 3 millions de tonnes de méthanol en 2011. Cette voie de synthèse alternative en Chine permet la production de propène-polypropylène à base de sur le charbon comme seule source de carbone.
Le diméthyléther (DME) est devenu une alternative aux chlorofluorocarbures. Il constitue un meilleur propulseur pour les pulvérisations que les mélanges propane-butane grâce à sa polarité plus élevée et son pouvoir solubilisant supérieur pour les produits en pulvérisation.
Le DME est utilisé comme solvant, intermédiaire organique et dans les adhésifs. Il représente environ 7 % de la consommation de méthanol. Lorsqu’il est intégré à des usines de méthanol conventionnelles à grande échelle, le processus de production de DME bénéficie d’une efficacité opérationnelle, ce qui se traduit par des capacités de production de DME dépassant 3 000 tonnes par jour.
Le méthanol est le précurseur de divers autres composés organiques, notamment l’acide formique, les esters méthyliques d’acides organiques, les esters méthyliques d’acides inorganiques, le méthylamine, la triméthylphosphine, le méthylate de sodium, les halogénures de méthyle et l’éthylène, chacun servant à des fins industrielles spécifiques, telles que les solvants, les monomères. , catalyseurs et intermédiaires organiques.
2. Utilisations du méthanol comme source d’énergie
Le méthanol est une alternative prometteuse aux carburants dérivés du pétrole, d’autant plus que l’importance du charbon dans les économies émergentes augmente. La synthèse du charbon en méthanol et Fischer-Tropsch sont les voies d’utilisation chimique les plus prometteuses du charbon.
Le méthanol, ainsi que les produits en aval comme le MTBE, le DME ou l’essence MTG, peuvent fournir de précieuses sources d’énergie et de carburant. Certains envisagent une « économie du méthanol » basée sur le méthanol dérivé de diverses sources, notamment le charbon, les résidus, le biogaz, le CO2 ou d’autres sources de carbone, capable de satisfaire l’ensemble des exigences des futures applications de transport et d’énergie.
2.1. Le méthanol comme carburant pour les moteurs Otto
Le méthanol est considéré comme un carburant automobile depuis les années 1920, principalement dans les voitures de course et les avions de haute performance. Des recherches sur la combustion du méthanol dans les moteurs à quatre temps sont en cours. Le méthanol présente plusieurs avantages en tant que carburant.
Sa chaleur de vaporisation élevée et son pouvoir calorifique relativement faible entraînent des températures de chambre de combustion nettement inférieures à celles des carburants conventionnels. Cela contribue à réduire les émissions d’oxydes d’azote, d’hydrocarbures et de monoxyde de carbone, même si cela s’accompagne d’une augmentation des émissions de formaldéhyde.
- Le M3 est un mélange de 3 % de méthanol et de 2 à 3 % de solubilisants dans du carburant disponible dans le commerce. Aucune modification des véhicules à moteur et des systèmes de distribution de carburant n’est requise.
- Le M15 est un mélange de 15 % de méthanol et d’un solubilisant avec du carburant, nécessitant des modifications du véhicule. La proposition initiale d’utiliser le M15 pour améliorer l’indice d’octane de l’essence sans plomb a été largement remplacée par l’adoption généralisée du MTBE.
Le M85 est du méthanol contenant 15 % d’hydrocarbures en C4-C5 pour améliorer les propriétés de démarrage à froid. Des véhicules modifiés et des systèmes de distribution de carburant sont essentiels.
Le M100 est du méthanol pur. Les véhicules doivent subir des modifications substantielles et être entièrement adaptés au fonctionnement au méthanol.
2.2. Le méthanol comme carburant diesel
Un fonctionnement exclusif avec du méthanol dans les moteurs diesel n’est pas réalisable en raison du faible indice de cétane du méthanol, ce qui entraîne un allumage peu fiable. Par conséquent, le méthanol doit être converti en produits en aval comme le DME, qui constitue une excellente alternative au diesel.
Lorsqu’il est combiné avec des graisses et des huiles appropriées, le méthanol produit des esters méthyliques d’acides gras (FAME), communément appelés biodiesel.
2.3. Autres utilisations énergétiques du méthanol
Le méthanol a été discuté et mis en œuvre dans des projets pilotes pour alimenter des turbines à gaz à charge de pointe dans les centrales électriques, également connu sous le nom de « écrêtage de pointe ». Cette approche est avantageuse en raison du stockage simple du méthanol et de sa combustion respectueuse de l’environnement dans des turbines à gaz.
Le méthanol, ainsi que le DME, ont démontré leur potentiel en tant que futur carburant pour les moteurs à turbine stationnaires. En outre, l’utilisation du méthanol comme combustible dans les chaudières à combustion conventionnelle pourrait potentiellement éviter d’avoir recours à des installations coûteuses de traitement des gaz de combustion, même si sa viabilité économique reste un défi.
La gazéification du méthanol pour produire du gaz de synthèse ou du gaz combustible a été proposée mais a souvent été entravée par des préoccupations économiques.
Cependant, la conversion chimique du CO2 en méthanol à l’aide de l’hydrogène généré par électrolyse de l’eau est de plus en plus reconnue comme une méthode prometteuse pour produire des carburants renouvelables ou utiliser le méthanol comme vecteur d’énergie liquide.
Bien que le concept ne soit pas nouveau et ait déjà été discuté, il fait désormais l’objet d’une plus grande attention et fait l’objet d’investigations actives.
3. Autres utilisations du méthanol
Les propriétés uniques du méthanol, telles que son point de congélation bas et sa capacité à se mélanger à l’eau, le rendent utile dans diverses applications :
- Réfrigérants : le méthanol est utilisé dans les systèmes de réfrigération, à la fois pur (par exemple dans les usines d’éthylène) et mélangé à de l’eau et des glycols. Il est également utilisé comme antigel dans les circuits de chauffage et de refroidissement. Comparé à d’autres antigels courants comme l’éthylène glycol, le propylène glycol et le glycérol, le méthanol a une viscosité plus faible à basse température. Il n’est cependant plus utilisé comme antigel moteur, remplacé par des produits à base de glycol.
- Protection des gazoducs : De grandes quantités de méthanol sont utilisées pour protéger les gazoducs de la formation d’hydrates de gaz à basse température. Le méthanol est injecté dans le gaz naturel dans des stations de pompage, transporté sous forme liquide dans le pipeline, puis récupéré à l’extrémité du pipeline. Il peut être recyclé après avoir éliminé l’eau absorbée du gaz naturel par distillation.
- Épurateurs de gaz : le méthanol est utilisé comme agent d’absorption dans les épurateurs de gaz pour éliminer le CO2 et le H2S à basse température (par exemple, procédé Rectisol de Linde et Lurgi). Un avantage de ce procédé est que même les traces de méthanol restant dans le gaz purifié n’interfèrent généralement pas avec le traitement ultérieur.
- Applications comme solvant : Bien que le méthanol pur ne soit pas largement utilisé comme solvant, il est souvent inclus dans les mélanges de solvants pour améliorer leurs propriétés et élargir leurs applications.
Référence
- Methanol; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a16_465.pub3
