Eter dimetilic

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Eter dimetilic
Formula structurală a dimetil eterului
Model 3D al eterului dimetilic
Numele IUPAC
metoximetan
Abrevieri
DME
Denumiri alternative
eter dimetilic
eter metilic
eter de lemn
oxibismetan
Caracteristici generale
Formula moleculară sau brută C 2 H 6 O
Masa moleculară ( u ) 46.07
Aspect gaz incolor cu miros caracteristic
numar CAS 115-10-6
Numărul EINECS 204-065-8
PubChem 8254
ZÂMBETE
COC
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (kg m −3 , în cs ) 1.967
Solubilitate în apă 70 g / L (20 ° C)
Temperatură de topire −141,5 ° C (131,65 K)
Temperatura de fierbere −24,8 ° C (248,35 K)
Informații de siguranță
Punct de flacără -42,2 ° C (230,95 K)
Limite de explozie 2,7-32% V
Temperatură de autoaprindere 240 ° C (513,15 K)
Simboluri de pericol chimic
extrem de inflamabil gaz comprimat
Pericol
Fraze H 220 - 280
Sfaturi P 210 - 377 - 381 - 403 [1]
Editați datele pe Wikidata · Manual

Dimetil eter sau dimetil eter (adesea indicat prin abrevierea DME), sau chiar metoximetanul este un compus organic cu formula structurală CH 3 OCH 3 (adesea prescurtat Me 2 O) și este un izomer al alcoolului etilic . Reprezintă cel mai simplu eter alifatic , este un gaz incolor cu un miros eteric slab, extrem de inflamabil. Molecula este puțin mai polară (μ = 1,30 D ) decât dietil eter (μ = 1,15 D). Este precursorul agentului metilant util tetrafluoborat de trimetiloxoniu [2] . Este utilizat ca reactiv în sinteza organică și ca propulsor pentru aerosoli , are o volatilitate similară cu cea a GPL (dar are o putere calorică de doar aproximativ 60% din GPL [3] ) și ar putea să-l înlocuiască în diferite utilizări (de exemplu , intern), în timp ce în altele ar putea exploata rețeaua de distribuție preexistentă [4] . Interesul pentru utilizarea acestuia ca combustibil alternativ pentru diferite utilizări este foarte recent și, în prezent, este motivat în principal de ieftinimea și fezabilitatea pe o scară largă de sinteză indirectă din gaze naturale , în special acolo unde este disponibil la un cost redus [5] , dar nu există piețe suficient de apropiate pentru a justifica instalarea industriei tipice a gazelor naturale. [4] În acest caz, este avantajos să transformați chimic gazul în lichide ușor transportabile, mai degrabă decât să- l lichefiați . În ceea ce privește GPL, manipularea DME prin cilindri îl face deosebit de interesant pentru utilizare în țările în curs de dezvoltare, unde nu există o rețea de distribuție adecvată [4] . La ardere , eterul dimetilic produce cantități minime de NO x și CO , deși formarea de hidrocarburi și funingine este semnificativă. [ necesită citare ] Poate fi folosit ca combustibil curat prin arderea acestuia în motoare special optimizate.

Producție

Producția totală de DME este de aproximativ 150.000 de tone pe an [6] . Dacă până la sfârșitul anilor șaizeci ai secolului al XX-lea a fost obținut ca produs secundar al producției de metanol la temperatură înaltă ( coproducție ), în prezent se realizează cu procese de sinteză bazate pe deshidratarea metanolului, un reacție selectivă [6] :

2 CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O

Cele mai utilizate modele cinetice se bazează pe mecanismul Langmuir-Hinshelwood ; se crede că reacția dintre două molecule de metanol odată adsorbită de catalizator constituie etapa de limitare lentă. [6] Catalizatorul acestei reacții trebuie să aibă o funcție acidă: cele mai frecvente sunt cele pe bază de alumină sau silicat de aluminiu , dar pot fi utilizate și de exemplu clorură de fier [ neclar ] , sulfat de cupru , clorură de aluminiu, fosfat de aluminiu . [6] Aciditatea trebuie să fie suficientă pentru a asigura o activitate chimică ridicată, dar nu astfel încât să conducă la o formare prea rapidă de cocs care dezactivează catalizatorul. [6]

În special, sinteza indirectă este în mod clar dominantă [7] , deoarece este relativ mai simplă și costurile de pornire sunt relativ mici. Sinteza indirectă constă din aceste unități în ordine: prepararea gazului de sinteză, sinteza directă a metanolului , distilarea acestuia, deshidratarea sa chimică în DME, distilarea DME. [8]

Cu acest proces deja în 1985, aproximativ 50.000 de tone de dimetil eter au fost produse în Europa de Vest. [9] Cu toate acestea, ideea că economia și eficiența pe scară largă pot fi îmbunătățite semnificativ prin sinteza paralelă și deshidratarea metanolului, adică prin realizarea lor într-un singur reactor, câștigă progresiv teren: acest proces se numește sinteză combinată. [6] [8] [10] Deoarece metanolul este precursorul și în sinteza combinată, nu este corect să-l indicați ca sinteză directă, așa cum se face uneori și, în orice caz, tehnologia de preparare a gazelor de sinteză, de asemenea, pentru sinteza combinată a DME este identic cu cel al sintezei metanolului [6] .

În 2017, a fost demonstrată posibilitatea producerii DME din metanol în fază lichidă supus unui câmp electric. [11]

Sinteza indirectă

După cum sa menționat deja, sinteza indirectă este grefată pe sinteza directă a metanolului: cele trei unități care vor fi descrise în acest articol sunt doar cele caracteristice sintezei indirecte a DME, deci în ordinea celor de distilare preliminară și deshidratare a metanolului și cea a distilării finale a DME, deoarece unitățile până la sinteza metanolului sunt identice cu cele ale producției directe de metanol. Pentru descrierea acestora, vă rugăm să consultați articolul metanol.

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Metanol § Producție .

Aici este suficient să ne amintim că metanolul este obținut la rândul său din gaz de sinteză cu un catalizator de obicei pe bază de cupru . Gazul de sinteză poate fi la rândul său derivat, de exemplu, din cărbune sau biomasă prin gazeificare sau din gaz natural prin reformare [ neclar ] . [12]

Distilarea metanolului

Metanolul sintetic brut trebuie de obicei distilat mai întâi pentru a elimina impuritățile grele (în special cerurile și alcoolii mai grei decât propanol [ neclar ] ), printr-un evaporator. [6] [13] Apoi poate fi trimis la reactorul de deshidratare. Orice etanol format ca produs secundar în sinteza metanolului reacționează într-un mod similar, formând în primul rând eter metilic . [13] Acesta este, de asemenea, un combustibil excelent, astfel încât formarea sa nu este considerată un dezavantaj. Pe de altă parte, propanolul și alcoolul mai greu formează preferențial olefine , al căror punct de fierbere este similar cu cel al DME, dar sunt considerate combustibili diesel mai puțin optimi. [13] De exemplu, unitatea de distilare poate cuprinde trei coloane: o coloană de desorbție a olefinelor, un separator DME / metanol și o coloană de apă uzată . În acesta din urmă, apa produsă în reactorul de deshidratare este separată de metanolul rezidual care este recirculat în interiorul acestuia din urmă pentru a realiza o conversie practic completă a metanolului. [13]

Deshidratarea metanolului

Reactorul de deshidratare poate fi de tip adiabatic cu un pat fix sau cu o carcasă și tub răcit cu ulei. Presiunea de deshidratare este de obicei între 1,5 și 2 MPa . [6] Reactorul instalației de sinteză indirectă din Piteå folosește, de exemplu, DK-500 (alumină activată) ca catalizator. [12]

Distilarea eterului

DME este separat într-o coloană de distilare, produsul de bază constând dintr-un amestec de apă format în deshidratare și metanol rezidual. Apele uzate trebuie apoi distilate într-o a doua coloană din metanol care poate fi reciclată în reactorul de distilare. [6]

Sinteza combinată

Alternativ, eterul dimetilic poate fi produs prin sinteză combinată realizând atât sinteza metanolului, cât și deshidratarea în aceeași unitate de proces, fără izolarea și distilarea metanolului. Pentru a crește conversia pe trecere, reacțiile trebuie să aibă loc la presiunea de 10 MPa și se recomandă refrigerarea soluției de efluent DME-metanol până când este posibilă recuperarea DME în faza lichidă. [6] Catalizatorii cu funcție dublă complică scenariul cinetic favorizând, pe lângă simpla sinteză a metanolului:

CO 2 + 2H 2 → CH 3 OH

și la deshidratarea sa, de asemenea, alte două reacții la echilibru [6] :

CO 2 + 3H 2 → CH 3 OH + H 2 O CO 2 + H 2 → CO + H 2 O

În principiu, există două variante ale sintezei combinate: reactorul în fază gazoasă și reactorul în pat cu suspensie. În varianta de fază gazoasă, un catalizator tradițional pentru sinteza metanolului ( Cu / Zn / Al 2 O 3 ) este combinat cu o funcție acidă, de exemplu pe bază de alumină cu promotori sau zeolit sau, de asemenea, silicoaluminofosfați (SAPO). În versiunea cu pat de suspensie, sunt adesea folosiți mai mulți catalizatori, de exemplu fosfat de alumină sau aluminiu cu un catalizator tradițional pentru metanol sub formă de pulbere, care din experimente pare a fi optim în comparație cu sitele moleculare . [6]

Alte metode

Există, de asemenea, câteva procese în două etape în faza experimentală care trec peste trecerea prin metanol prin producerea directă a dimetil eterului din gazul de sinteză, numit STD (Syngas-to-DME) [14] . Un proces direct în fază lichidă este încă în curs de dezvoltare. [8] [10]

Transport

DME poate fi transportat cu același echipament și precauții utilizate pentru GPL. Principalele modificări se referă în general la tipul de îmbinări și garnituri, având în vedere puterea diferită de solvent a celor două substanțe. Luând în considerare densitatea mai mică a energiei , ar fi mai convenabil să o transportăm în nave speciale, de aproximativ 70.000 de tone, mai degrabă decât să transformăm navele în GPL. [4]

Utilizări

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: economia metanolului .

Utilizarea majoră prevăzută pentru eterul dimetilic este ca combustibil utilizat pentru înlocuirea GPL în sectoarele interne și industriale. [3] Dimetil eterul are alte două aplicații principale: ca propulsor în cutii de pulverizare și ca precursor în sinteza dimetil sulfatului . [9] Dimetil eterul este utilizat ca solvent cu polaritate scăzută. Poate fi folosit și ca agent de răcire .

Sinteza organică

Câteva mii de tone de dimetil eter sunt consumate anual pentru producerea agentului de metilare dimetil sulfat, proces care exploatează următoarea reacție cu trioxidul de sulf :

CH 3 OCH 3 + SO 3 → (CH 3 O) 2 SO 2

Eterul dimetilic poate fi, de asemenea, convertit în acid acetic utilizând tehnologia de carbonilare legată de procesul Monsanto : [9]

(CH 3 ) 2 O + 2 CO + H 2 O → 2 CH 3 CO 2 H

Combustibil

Eterul dimetilic este un combustibil promițător [4] [15] pentru motoarele Diesel , Otto (prin diluarea GPL într-un amestec cu 30% DME) și turbine cu gaz datorită numărului ridicat de cetan , care este între 55 și 60, comparativ cu valorile de 40-53 pentru motorină . Sunt necesare doar modificări minore pentru a transforma un motor diesel într-un motor capabil să ardă dimetil eter [4] . Simplitatea structurii acestui compus organic cu lanț scurt produce combustie cu emisii foarte mici de particule, NO x și CO. Din aceste motive, precum și lipsa de sulf , dimetil eterul îndeplinește chiar și cele mai stricte reglementări privind emisiile din Europa , Statele Unite și Japonia .

Eterul dimetilic poate fi, de asemenea, produs pornind de la lichiorul fabricii de hârtie neagră sau direct din biomasa lignocelulozică : în acest context, care câștigă un interes internațional din ce în ce mai mare, mai ales după experiența suedeză a fabricii CHEMREC integrată cu fabrica de hârtie Piteå , DME reprezintă a doua generație biocombustibil (BioDME). [16]

Notă

  1. ^(EN) Foaie IFA-GESTIS Depusă la 11 noiembrie 2016 Arhiva Internet .
  2. ^ ( EN ) http://www.orgsyn.org/demo.aspx?prep=CV6P1019 , pe www.orgsyn.org . Adus pe 21 iulie 2020 .
  3. ^ a b ( EN ) Foaie informativă IDA DME / GPL Blends 2010 v1
  4. ^ a b c d e f Enciclopedia hidrocarburilor Treccani 4 .
  5. ^ de exemplu, gazul asociat care nu mai poate fi evazat
  6. ^ a b c d e f g h i j k l m Enciclopedia hidrocarburilor Treccani 10 .
  7. ^ adjectivul indirect pentru un proces de sinteză chimică indică faptul că acesta nu apare pornind de la gazul de sinteză, ci trece prin producerea unuia sau mai multor produse intermediare, obținute la rândul lor din gazul de sinteză: în acest caz precursorul este metanolul
  8. ^ A b c(RO) dimetil eter Tehnologie și piețe 07/08-S3 Raport, ChemSystems, decembrie 2008 Filed 22 noiembrie 2009 în Internet Archive .
  9. ^ a b c Manfred Müller, Ute Hübsch, „Dimethyl Ether” în Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 2005
  10. ^ a b PS Sai Prasad și colab., Fuel Processing Technology, 2008, 89, 1281
  11. ^ https://www.nature.com/articles/s41598-017-07187-8 URL accesat la 13/02/2018
  12. ^ A b(EN) Sørensen - Producția de DME din syngas Depus 26 august 2014 Internet Archive .
  13. ^ A b c d(EN) Landälv, Löwnertz - Woods to wheels, fabrica demonstrativă BioDME a lui Chemrec la fabrica Smurfit Kappa Depusă pe 5 septembrie 2014 pe Arhiva Internet .
  14. ^(EN) Arnold și colab., Producția de DME și benzină din syngas derivat din biomasă
  15. ^ Zhen Huang, și colab. , Dimetil eter ca combustibil alternativ pentru motorul și vehiculul CI , în Frontiers of Energy and Power Engineering in China , vol. 3, nr. 1, 2009, pp. 99-108, DOI : 10.1007 / s11708-009-0013-1 .
  16. ^(EN) Biocombustibili în Uniunea Europeană, 2006

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh85084420 · GND (DE) 4271192-7 · NDL (EN, JA) 01.092.538
Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei
Adus de la „https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Etere_dimethyl&oldid=122497281 ”