Methanol, ook bekend als methylalcohol, is een eenvoudige alcohol met de chemische formule CH3OH. Het is een kleurloze, ontvlambare vloeistof met een lichtzoete geur. Methanol is de eenvoudigste alcohol en de meest geproduceerde alcohol ter wereld.
Methanol wordt gebruikt als brandstof, oplosmiddel en bouwsteen voor veel andere chemicaliën en is ook een hernieuwbare energiebron.
Inhoudsopgave
1. Gebruik van methanol voor chemische syntheses
Ongeveer 70% van de wereldwijde methanolproductie wordt gebruikt als grondstof in verschillende chemische syntheses. De belangrijkste toepassingen van methanol zijn formaldehyde, methyl-tert-butylether, azijnzuur, dimethylether, propeen, methylmethacrylaat en dimethyltereftalaat.
Methanol wordt ook steeds vaker gebruikt voor energie- en brandstofdoeleinden, hetzij direct of als precursormateriaal, met name in opkomende economieën.
Formaldehyde is het belangrijkste product dat uit methanol wordt gemaakt. In 2011 werd ongeveer 28% van de wereldwijde methanolproductie gebruikt om formaldehyde te maken. Hoewel de productie van formaldehyde de afgelopen jaren is blijven groeien, is het aandeel ervan in de methanolconsumptie afgenomen door een snellere groei in andere sectoren, zoals propeen- en brandstoftoepassingen.
Formaldehyde wordt uit methanol gemaakt door het te oxideren met atmosferische zuurstof. Het specifieke proces dat wordt gebruikt, is afhankelijk van de temperatuur en het type katalysator dat wordt gebruikt.
Methyl-tert-butylether (MTBE) wordt geproduceerd door de reactie van methanol met isobuteen met behulp van zure ionenwisselaars. Dit is een uitstekende octaanverbeteraar en heeft aan populariteit gewonnen met de introductie van loodvrije benzinesoorten en het toegenomen bewustzijn van de mogelijke schade die wordt geassocieerd met aromatische componenten met een hoog octaangehalte in de afgelopen decennia.
Vanwege veiligheidsoverwegingen, zoals MTBE-uitstoot uit opslagtanks met hoge dampdruk, heeft dit product de afgelopen jaren weerstand ondervonden, met name in westerse landen. Als gevolg hiervan is het methanolverbruik voor MTBE-productie gedaald van 27% in 1996 tot slechts 11% in 2011 en is er een verschuiving in commerciële interesse naar ethyl-tert-butylether (ETBE) als vervanging voor MTBE.
De totale productie van MTBE zal naar verwachting weer stijgen vanwege het toegenomen gebruik en de productiecapaciteit in opkomende economieën, zoals Azië en het Midden-Oosten.
Azijnzuur is goed voor 11% van het methanolgebruik, met een geschatte jaarlijkse groei van 4% tot 2013. Azijnzuur wordt gesynthetiseerd door carbonylering van methanol met koolmonoxide in de vloeibare fase met behulp van homogene katalysatoren, waaronder kobalt-jodium, rhodium-jodium of nikkel-jodium.
Het oudere BASF-proces werkt bij 65 MPa, terwijl modernere processen, zoals het Monsanto-proces, werken bij 5 MPa. Door de bedrijfsomstandigheden aan te passen, kan de synthese ook worden aangepast om azijnzuuranhydride of methylacetaat te produceren.
Methanol wordt gebruikt in verschillende processen om benzine, olefinen, propeen en aromatische verbindingen te produceren als alternatieve brandstoffen. Deze ontwikkelingen ontstonden als reactie op de oliecrisis en omvatten de omzetting van synthesegas in brandstoffen met methanol als tussenproduct.
Een opmerkelijk proces is de synthese van methanol naar benzine (MTG), waarbij de Nieuw-Zeelandse overheid en Mobil een fabriek exploiteren die 4.500 t/d methanol uit aardgas produceert en dit vervolgens omzet in 1.700 t/d benzine.
Andere belangrijke syntheseroutes zijn methanol-naar-olefinen (MTO), methanol-naar-propeen (MTP) en methanol-naar-aromatische verbindingen (MTA) processen. De eerste twee technologieën zijn de afgelopen jaren succesvol toegepast.
De eerste DMTO (DICP methanol-naar-olefinen, Shenhua Baotou) en MTP (Lurgi) fabrieken werden in 2010/2011 in gebruik genomen en verbruikten in 2011 3 miljoen ton methanol. Deze alternatieve syntheseroute in China maakt de productie van propeen-polypropyleen op basis van steenkool als enige koolstofbron mogelijk.
Dimethylether (DME) is naar voren gekomen als een alternatief voor chloorfluorkoolwaterstoffen. Het dient als een betere drijfstof voor sprays dan propaan-butaanmengsels met zijn hogere polariteit en superieure oplossende kracht voor sprayproducten.
DME wordt gebruikt als oplosmiddel, organisch tussenproduct en in kleefstoffen. Het is goed voor ongeveer 7% van het methanolverbruik. Wanneer het wordt geïntegreerd met conventionele grootschalige methanolinstallaties, profiteert het DME-productieproces van operationele efficiëntie, wat resulteert in DME-productiecapaciteiten van meer dan 3.000 ton per dag.
Methanol is de voorloper voor verschillende andere organische verbindingen, waaronder mierenzuur, methylesters van organische zuren, methylesters van anorganische zuren, methylamine, trimethylfosfine, natriummethoxide, methylhalogeniden en ethyleen, die elk specifieke industriële doeleinden dienen, zoals oplosmiddelen, monomeren, katalysatoren en organische tussenproducten.
2. Gebruik van methanol als energiebron
Methanol is een veelbelovend alternatief voor brandstoffen op basis van aardolie, vooral nu het belang van steenkool in opkomende economieën groeit. De synthese van steenkool naar methanol en Fischer-Tropsch zijn de meest veelbelovende chemische gebruiksroutes voor steenkool.
Methanol kan, samen met downstreamproducten zoals MTBE, DME of MTG-benzine, waardevolle energie- en brandstofbronnen leveren. Sommigen zien een ‘methanoleconomie’ voor zich op basis van methanol afkomstig van diverse bronnen, waaronder steenkool, residuen, biogas, CO2 of andere koolstofbronnen, die in staat zijn om te voldoen aan het volledige spectrum van vereisten voor toekomstige transport- en energietoepassingen.
2.1. Methanol als brandstof voor ottomotoren
Methanol wordt al sinds de jaren 20 beschouwd als motorbrandstof, vooral in snelle raceauto’s en vliegtuigen. Er wordt nog steeds onderzoek gedaan naar de verbranding van methanol in viertaktmotoren. Methanol heeft verschillende voordelen als brandstof.
De hoge verdampingswarmte en relatief lage calorische waarde resulteren in aanzienlijk lagere temperaturen in de verbrandingskamer vergeleken met conventionele motorbrandstoffen. Dit draagt bij aan een lagere uitstoot van stikstofoxiden, koolwaterstoffen en koolmonoxide, hoewel het gepaard gaat met een verhoogde uitstoot van formaldehyde.
- M3 is een mengsel van 3% methanol met 2–3% oplosmiddelen in commercieel verkrijgbare motorbrandstof. Er zijn geen aanpassingen aan motorvoertuigen en brandstofdistributiesystemen nodig.
- M15 is een mengsel van 15% methanol en een oplosmiddel met motorbrandstof, wat aanpassingen aan het voertuig noodzakelijk maakt. Het oorspronkelijke voorstel om M15 te gebruiken om het octaangetal in loodvrije benzine te verhogen, werd grotendeels vervangen door de wijdverbreide acceptatie van MTBE.
- M85 is methanol met 15% C4-C5-koolwaterstoffen om de koudstarteigenschappen te verbeteren. Aangepaste voertuigen en brandstofdistributiesystemen zijn essentieel.
- M100 is pure methanol. Voertuigen moeten substantiële aanpassingen ondergaan en volledig worden aangepast aan de werking op methanol.
2.2. Methanol als dieselbrandstof
Exclusieve werking met methanol in dieselmotoren is niet haalbaar vanwege het lage cetaangetal van methanol, wat resulteert in onbetrouwbare ontsteking. Bijgevolg moet methanol worden omgezet in downstreamproducten zoals DME, wat dient als een uitstekend dieselalternatief. Wanneer methanol wordt gecombineerd met geschikte vetten en oliën, levert het vetzuurmethylesters (FAME’s) op, algemeen bekend als biodiesel.
2.3. Andere energietoepassingen van methanol
Methanol is besproken en geïmplementeerd in pilotprojecten voor het stoken van piekbelastinggasturbines in elektriciteitscentrales, ook bekend als “peak shaving”. Deze aanpak is voordelig vanwege de eenvoudige opslag van methanol en de milieuvriendelijke verbranding ervan in gasturbines.
Methanol, evenals DME, heeft potentieel aangetoond als toekomstige brandstof voor stationaire turbinemotoren. Bovendien kan het gebruik van methanol als brandstof in conventioneel gestookte boilers de noodzaak van dure rookgasbehandelingsinstallaties wegnemen, hoewel de economische haalbaarheid ervan een uitdaging blijft.
Vergassing van methanol om synthesegas of brandstofgas te produceren is voorgesteld, maar is vaak gehinderd door economische zorgen.
De chemische omzetting van CO2 in methanol met behulp van waterstof gegenereerd via waterelektrolyse krijgt echter erkenning als een veelbelovende methode voor het produceren van hernieuwbare brandstoffen of het gebruiken van methanol als vloeibare energiedrager. Hoewel het concept niet nieuw is en eerder is besproken, krijgt het nu meer aandacht en wordt het actief onderzocht.
3. Andere toepassingen van methanol
De unieke eigenschappen van methanol, zoals het lage vriespunt en het vermogen om met water te mengen, maken het bruikbaar in een verscheidenheid aan toepassingen:
-
Koelmiddelen: Methanol wordt gebruikt in koelsystemen, zowel puur (bijv. in ethyleenfabrieken) als gemengd met water en glycolen. Het wordt ook gebruikt als antivries in verwarmings- en koelcircuits. Vergeleken met andere veelvoorkomende antivriesmiddelen zoals ethyleenglycol, propyleenglycol en glycerol, heeft methanol een lagere viscositeit bij lage temperaturen. Het wordt echter niet langer gebruikt als antivries voor motoren, maar vervangen door producten op basis van glycol.
-
Bescherming van aardgasleidingen: Grote hoeveelheden methanol worden gebruikt om aardgasleidingen te beschermen tegen de vorming van gashydraat bij lage temperaturen. Methanol wordt bij pompstations in aardgas geïnjecteerd, als vloeistof in de leiding getransporteerd en vervolgens aan het einde van de leiding teruggewonnen. Het kan worden gerecycled nadat het water dat door destillatie uit aardgas is geabsorbeerd, is verwijderd.
-
Gaswassers: Methanol wordt gebruikt als absorptiemiddel in gaswassers om CO2 en H2S bij lage temperaturen te verwijderen (bijv. het Rectisol-proces van Linde en Lurgi). Een voordeel van dit proces is dat zelfs sporen methanol die in het gezuiverde gas achterblijven, de daaropvolgende verwerking doorgaans niet verstoren.
-
Oplosmiddeltoepassingen: Hoewel zuivere methanol niet veel wordt gebruikt als oplosmiddel, wordt het vaak toegevoegd aan oplosmiddelmengsels om hun eigenschappen te verbeteren en hun toepassingen uit te breiden.
Referentie
- Methanol; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a16_465.pub3
