Metanol'u tanıyalım

METANOL

Metanolün Tarihçesi

1923 yılında, BASF için çalışan Alman kimyacı Matthias Pier, kömürden elde edilmiş karbon monoksit ve hidrojen karışımını, sentetik amonyak üretmek üzere hidrojen kaynağı olarak kullanırken, metanol elde edilen bir proses geliştirmiştir. Bu proseste bir çinko kromat katalizör olarak kullanılmakta ve 300 ila 1000 atm arasında basınç, yaklaşık 400 ˚C sıcaklık gibi son derece zorlu koşullara ihtiyaç duyulmakta idi. Modern metanol üretimi daha düşük basınç altında çalışabilen katalizörlerin kullanılmasıyla daha verimli hale getirilmiştir.

Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri

Metil alkol; CH3OH formülü ile gösterilen, berrak, süspansiyon halinde safsızlıklar içermeyen, su ile her oranda karışabilen sıvı bir organik bileşiktir. CAS (ChemicalAbstract Service) Numarası 67-56-1 ve UN(United Nations) Numarası UN1230 olan metanol; metil alkol, karbinol, odun ruhu, odun alkolü, metilol, proksilik alkol, metil hidroksit, monohidroksimetan gibi isimlerle de anılmakta olan bir alifatik alkoldür. Kimyasal formülü CH3OH olup molekül ağırlığı 32.04 g/mol’dür. Molekülde ağırlıkça karbon (C) yüzdesi % 37.49, hidrojen (H) yüzdesi %12.58, oksijen (O) yüzdesi % 49.94dür. Metanol buharı havadan ağırdır. Kolay alevlenebilen, zehirleyici bir kimyasal madde olan metanol; su, etil alkol, eter, benzen, ketonlar ve organik çözücülerin bir çoğu ile karışabilir. Patlama limitleri, havadaki hacimce miktarı %6 – 36.5dir. Kaynama noktası 64,7˚C, erime noktası - 97˚C parlama noktası 11˚C dir. Ortam sıcaklığı 455 ˚C olduğunda kendiliğinden, herhangi bir dış etkiye ihtiyaç duymadan yanabilmektedir. Alevi hemen hemen renksizdir ve tam yanmaya uğradığında karbondioksit ve su oluşmaktadır.

CH3OH + 3/2 O2 → CO2 + 2 H2O (yanma reaksiyonu)

Metanol, etil alkol ile azeotropik karışım oluşturmaktadır. Azeotropik karışım halindeki metanolüdistilasyon, rektifikasyon teknikleriyle etil alkolden dolayısıyla alkollü içkiden tam olarak ayırmak mümkün olamamaktadır.

 Çevresel Özellikleri

Su ile her oranda karışabilen ve biyolojik olarak mikroorganizmalar tarafından karbon ve oksijen kaynağı olarak kullanılmak üzere çok çabuk indirgenebilen bir yapıda olması metanolün çevre kirliliğine neden olacak seviyelerde birikemeyeceğini göstermektedir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri’nde yapılan bir araştırma sonuçlarına göre, çevre şartlarına göre değişiklik gösterebileceği kesin olmakla birlikte metanolün tahmini yarılanma ömrünün en uzun olduğu ortam havadır ki bu süre ise 3-30 gün arasında değişmektedir. Yani havada bulunan metanol bu verilere göre en fazla iki ay içerisinde tamamen parçalanmış olacaktır.

Metanol Üretimi

Doğal gaz, metanol üretiminin en bilinen hammaddesidir. Metanol, aynı zamanda geri dönüştürülebilen odun, belediye katı atıkları, evsel atıklar gibi hammaddeler kullanılarak da üretilebilmektedir. Metanol üretmek üzere iki proses kullanılmaktadır :

1.Yüksek basınç prosesi

2.Düşük basınç prosesi.

Yüksek basınç prosesinde reaksiyon, 300 atm. basınç altında gerçekleşirken, düşük basınçlı proseste reaksiyon, 50 – 100 atm. basınçta gerçekleşmekte; yüksek seçicilikte bakır bazlı bir katalizör kullanılmaktadır.Düşük basınç altında çalışılan proses, daha düşük doğal gaz beslemesinin yeterli olması ve işletim maliyetinin daha düşük olması nedeniyle yüksek basınç prosesinin yerini almıştır. Düşük basınç altında çalışılan bir prosesle, 1 ton metanol elde etmek için, yaklaşık 33,3-36,6 milyon BTU doğal gaz kullanılması gerekmektedir.Tipik bir metanol üretim tesisinde, metanol üretimi iki aşamada gerçekleştirilmektedir: İlk aşama, hammadde olarak kullanılacak doğal gazın, karbonmonoksit (CO), karbondioksit (CO2), su (H2O) ve hidrojen (H2) ihtiva eden bir sentez gazına dönüştürülmesidir. Bu işlem genellikle buhar kullanılarak besleme gazının katalitik olarak parçalanması suretiyle yapılmaktadır. Sentez gazı elde etmenin ikinci yolu ise kısmi oksidasyondur. İkinci aşama ise, sentez gazından metanolün katalitik sentezidir. Bu aşamaların her biri, gerçekleştirilmek istenilen herhangi bir uygulama için en uygun olanakların sunulduğu birçok yol ve teknoloji kullanılarak yapılabilmektedir. Buharın geleneksel yöntemlere göre yeniden oluşumu (reformu), sentez gazı üretiminde kullanılan en basit ve en geniş kullanımı olan yöntemdir.

Reform; ototermal reform, buhar reformu ya da bileşik reform modelinde olabilmektedir. Metanolreformer’ları temelde şöyle sınıflanabilir:

Geleneksel Reformer

Kombine Reformer

Tek OtotermalReformer

Gaz Isıtmalı Reformer

Metanol üretiminde temel basamaklar sabit olup, verimliliğin arttırılması amacıyla sentez gazının hazırlanması aşamasında farklılıklar bulunmaktadır.

2 CH4 + 3 H2O → CO + CO2 + 7 H2 (SENTEZ GAZI)

CO + CO2 + 7 H2 → 2 CH3OH + 2 H2 + H2O

Görüldüğü üzere, bu proses ile sonuçta kaydadeğer bir miktarda hidrojen de oluşmaktadır. Karbondioksit için uygun harici bir kaynak mevcut ise, oluşan fazla hidrojen de ilave metanol elde etmek üzere kullanılabilmektedir. Fazla hidrojenin su oluşturmak üzere yakılması ve bu esnada aşağıdaki kısmi oksidasyon reaksiyonu ile açıklanabilen buharın yeniden oluşması işlemi, gaz haline dönüştürme prosesleri arasında en çok tercih edilen modeldir.

CH4 + ½ O2 → CO + 2 H2 → CH3OH

CH4 + O2 → CO2 + 2 H2

Son reaksiyon denkliğinde oluşan karbondioksit ve hidrojen baştaki hidrojen ile tepkimeye girdiğinde ilave metanol oluşabilmektedir. Ancak bu yüksek düzeydeki verimlilik daha fazla yatırım maliyetini de beraberinde getirmektedir.

Metanol üretiminde amaç; 

Hammaddede bulunan karbonun maksimum verimle metanole dönüşmesidir.

Sentez basıncı yükseldikçe,Karbon monoksitin, karbon dioksite olan molar oranı attıkça,

İnert oranı düştükçe -ki bu da daha az atık anlamına gelmektedir-,

Besleme hızı düştükçe,karbon verimi de artar.

Metanol üretiminde, ICI, Topsoe, Lurgi gibi farklı prosesler kullanılmakta bu proseslerin temel akışı aynı olmakla birlikte kullanılan ekipman ve proses şartlarında değişiklik bulunmaktadır.

İki proseste de genel akış diyagramları benzer fakat görüldüğü üzere reaktör tipleri farklıdır. Lurgi de işlem tek adımda borular içine yerleştirilmiş katalizörler üzerinde gerçekleşirken, ıcıprosesinde ise reaktör katalizör yataklarından oluşmuştur. Ara soğutmalar yapılarak dönüşüm elde edilir. Lurgi de ise dıştan çeket tipi ile soğutma yapılır.

Metanol üretim maliyetini düşürmek üzere dünya çapında çalışmalar yapılmakta olup, elde edilen ham metanolün, distile edilerek, daha stabil bir hale geçmesi sağlanmakta ve içerisinde bulunan su miktarı ekonomik olarak taşınabileceği seviyelere düşürülmektedir

Metanolün İnsan Sağlığı Üzerine Etkileri ;

Sanayide hammadde olarak kullanılan metanol, takip eden bölümlerde anlatılacağı üzere, doğal gaz, kömür, vb. veya atıkların hammadde olarak kullanıldığı prosesler yardımıyla üretilmektedir. Bununla birlikte, metanol, doğada pektininpektolitik enzimlerle (pektin esteraz) parçalanması sonucu da meydana gelmektedir. Dolayısıyla metanol içermeyen tarımsal kökenli etil alkol üretmek mümkün değildir. Bu nedenle meyve gibi fazla pektin içeren hammaddelerden üretilen içkilerde, melas ve hububattan üretilen içkilere oranla daha fazla metanol bulunmaktadır. Toksik ve narkotik etkisi –ki narkotik etkisi etil alkolden daha düşüktür.- bilinen metanolün etil alkol ile birlikte tüketilmesi sonucu görülen toksik etki, bir çok nedene bağlı olarak değişkenlik göstermekte olduğundan, metanolün öldürücü dozu için sabit bir değerden bahsetmek mümkün değildir. Öldürücü doz, 11,5 gram ile 160 gram arasında değişmektedir. 11,5 gramın öldürücü doz olarak yeterli olduğu varsayıldığında, bir kişinin alkollü içki tüketimi sonucu metanolden zehirlenerek ölmesi için, 32 şişe 70 cl’lik votka veya 11 şişe 70 cl’lik rakı tüketmesi gerekmektedir.

Metanolüntoksik etkisi parçalanma ürünleri olan formaldehit ve formik asitten ileri gelmektedir. Metanol zehirlenmesinde tedavi amacıyla hastaya düzenli aralıklarla etil alkol verilmektedir. Verilen etil alkol, metanolün vücutta parçalanmasına neden olan enzimatik ve/veya oksitatif reaksiyonlarda öncelik alarak, metanolün parçalanmadan vücuttan atılmasını sağlar. Metanol insan vücudunda birikim yapmaz.

Metanol zehirlenmesinin sonuçları olarak;

 Beyin fonksiyonlarının etkilenmesi,

 Beyindeki hücrelerin ölmesi,

 Ani körlük,

 Karaciğer yetmezliği,

 Ölüm,sayılabilir.