Процесът на Монсанто е начин за производство на оцетна киселина. При него се използва катализатор за добавяне на карбонилна група към метанола. Процесът се извършва при налягане 30-60 атм и температура 150-200 °C. Той дава селективност над 99 %. Разработен е през 1960 г. от германски химици, работещи в BASF. През 1966 г. химици от Монсанто въвеждат нова каталитична система. Днес химиците произвеждат оцетна киселина чрез процеса Cativa - подобен процес на базата на иридий, разработен от BP Chemicals Ltd., който е по-икономичен и по-екологичен. Така че процесът на Monsanto не се използва много в промишлеността.

Кратко описание

Процесът на Монсанто представлява каталитично карбонилиране на метанол с въглероден оксид (CO) до оцетна киселина (CH3COOH). Общото стехиометрично уравнение е:

  • CH3OH + CO → CH3COOH

Реакцията се осъществява във флуидна фаза с малко количество катализатор и йодиден прекурсор (обикновено йодидна киселина/йодидни соли), които подпомагат образуването на междинни йодирани продукти.

Механизъм (опростен)

  • Формация на метил йодид: Метанол реагира с йодни или HI източници и образува метил йодид (MeI), който е активното метилиращо средство.
  • Окислително присъединяване: MeI се присъединява към каталитичния център (Rh), образувайки метиленов/метилов комплекс (честван като Rh–Me вида Rh(III)).
  • Инсерция на CO: Вкарване на CO в Rh–Me връзката води до образуване на ацилен комплекс (Rh–C(O)Me).
  • Редуктивно елиминиране: От ацилния комплекс се отделя ацетил йодид (CH3COI) и каталитичният център се възстановява до по-ниско степенно окисление.
  • Хидролиза на ацетил йодид: CH3COI реагира с вода, образувайки оцетна киселина и HI; образувалият се HI превръща отново метанола в MeI, затваряйки каталитичния цикъл.

Активният каталитичен вид в класическия Monsanto процес е на база родий, често представян като [Rh(CO)2I2]− или сродни йодно-карбонилни комплекси. Каталитичният цикъл преминава между Rh(I) и Rh(III) състояния.

Катализатор и работни условия

  • Катализатор: родиеви комплекси с йодидни лигандни среди; изисква се малко количество родий (части на милион до части на хиляда в работната смес).
  • Промоции/субстрати: йодиди (например HI или алкални йодиди) за образуване на MeI; понякога добавки за стабилност на катализа.
  • Условия: обикновено 30–60 atm CO и 150–200 °C, течна фаза при присъствие на вода/метанол.
  • Селективност: над 99% към оцетна киселина; минимално образуване на странични продукти.

Предимства и недостатъци

  • Предимства: изключително висока селективност и ефективност при преобразуване на метанол в оцетна киселина; ниски разходи за отделяне поради малък брой странични продукти.
  • Недостатъци: използване на скъп благороден метал (родий) и йодидни среди, които кородират оборудването; нужда от контрол на HI/йодните концентрации за предотвратяване на корозия и разпад на катализатора.

Сравнение с процеса Cativa

Процесът Cativa е аналогична технология, базирана на иридий, разработена от BP Chemicals Ltd.. Основните предимства на Cativa пред класическия Monsanto процес са:

  • По-ниска нужда от йодид (по-малка корозия и по-малки експлоатационни проблеми).
  • По-добра икономичност при големи промишлени инсталации и по-малък разход за благороден метал в дългосрочен план.
  • По-ниски емисии и по-добър екологичен профил в практическа експлоатация.

Поради тези причини, процесът на Монсанто постепенно е бил заместен в много съвременни заводи от Cativa или други усъвършенствани карбонилни технологии.

История и приложение

  • Идеята за карбонилиране на метанол за производство на оцетна киселина е предмет на интензивни изследвания през 1960-те години. В текста по-горе е посочено, че някои ранни разработки са свързани с екипи на BASF, а по-късно Monsanto въвежда своя каталитичен вариант, който става търговски известен като "Процес на Монсанто".
  • В днешно време основните промишлени инсталации предпочитат технологии с по-добър икономически и екологичен баланс (напр. Cativa).
  • Оцетната киселина, произведена по тези методи, се използва широко в производството на уксус, целулозни ацетати, винил ацетат мономер (VAM) и други химически междинни продукти.

Безопасност и екологични аспекти

Процесът работи при високо налягане и високи температури, както и с токсичен газ CO и корозивни йодни среди. Промишлените инсталации изискват стриктни мерки за безопасност, контрол на емисиите и предпазване от корозията на оборудването. Подмяната с по-добри катализаторни системи (например на база иридий) намалява някои от тези рискове и разходи.

Бележка: Тази статия дава опростен преглед на процеса; за детайлни механистични, кинетични или проектни данни е необходимо да се консултират специализирани литературни източници и технически ръководства.