Etanol

Dünyanın etanolünün çoğu, mahsullerin (% 93) fermentasyonuyla üretilirken, sentetik etanol (% 7) doğrudan etenin hidrasyonu ile üretilir.

Etanol kullanımları

Bitki materyalinin fermantasyonu (örneğin arpa ve pirinç), alkollü içeceklerin (örneğin bira, viski, cin ve votka) üretildiği yoldur. Ayrıca biyoyakıtlar için biyoetanolünüretilmesidir.

Biyoetanol kullanımları arasında en önemlisi otomobiller için yakıt olarak kullanılmasıdır. Bununla birlikte, artan bir tanesi, poly (ethene) ‘e giden bir yol olarak etenin üretimindedir . Etanolün kimyasal bir ara madde olarak diğer ana kullanımları:

  • glikol eterleri
  • etanolaminler / etilaminler
  • etil propenoat

Kozmetik, ilaç, deterjan, mürekkep ve kaplama imalatında çözücü olarak da kullanılır.

 

Yıllık etanol üretimi

Dünya850 000 ton
Avrupa470 000 ton

Bu rakamlar sentetik alkol ile ilgilidir (yani biyosentetik olarak üretilen alkol, biyoetanol içermez  ).

Üretilen biyoetanol miktarı 1 karşılaştırmasında muazzam . 2015 yılında 25,7 milyar galon ( yaklaşık 80 milyon ton) üretildi. Bunlardan 14.6 milyar galon ( yaklaşık44 milyon ton) Amerika Birleşik Devletleri’nde, çoğunlukla mısırdan, 7.1 milyar galon ( yaklaşık 21 milyon ton), Brezilya’da, çoğunlukla şekerden üretildi . Avrupa 1,4 milyar galon ( yaklaşık 1 milyon ton) önemli ölçüde daha az üretti . 
1. Yenilenebilir Yakıtlar Birliği, 2016

Etanol imalatı

Etanol, sabit bir yataklı reaktörde
bir katalizör olarak bir katı (silika) üzerinde adsorbe edilmiş fosforik asit kullanılarak buharın varlığında etenin doğrudan katalitik hidrasyonu ile üretilir . Reaksiyon tersinir ve ekzotermiktir:

Denge denkleminden, hammaddenin etanole dönüştürülmesinin düşük sıcaklık, yüksek basınç ve yüksek buhar konsantrasyonu tarafından tercih edildiği görülebilir.

Kabul edilebilir reaksiyon hızlarına ulaşmak için , katalizör varlığında yaklaşık 500 K bir sıcaklık kullanılır. Basıncın arttırılması, reaksiyonu ürün tarafına iter ancak aynı zamanda etenin polimerizasyonuna neden olur. Daha yüksek baskılar aynı zamanda artan sermaye ve işletme maliyetleri anlamına gelir. Uygulamada, işlem genellikle 60-70 atm’lik bir basınç altında gerçekleştirilir.

 

Aşırı su (buhar) kullanarak daha yüksek eten dönüşümü elde edilebilir. Fakat yüksek basınçlarda katalizör suyu alır, aktivitesi düşer ve seyreltilir, katalizör desteğinden uzağa akar. Bir mol su: eten yaklaşık 0.6: 1 oranında kullanılır.

Temelde etanal (asetaldehit) ve dietil eter ile üretilen az miktarda yan ürünle birlikte bitkiden etanol salınımını asgariye indirmek için büyük özen gösterilmektedir.

Katalizörün geliştirilmesi için fırın sıcaklığının düşürülebilmesi için önemli çalışmalar yapılmaktadır. Bu, fırını ısıtmak için daha az yakıtın kullanılacağı ve ürünün konumunun dengelenmesi için denge pozisyonunun ‘değiştirileceği’ anlamına gelir.

Yukarıdaki koşullarda geçiş başına yaklaşık% 5 dönüşüm elde edilir. Elde edilen% 95 verimi elde etmek için reaksiyona girmemiş eten sıvı ürünlerden ayrılır ve geri dönüştürülür.

Ürün yüksek oranda su içerir ve% 95 (a / a) etanol çözeltisi üretmek üzere damıtılır.

Saf etanol üretimi

 

(i) Damıtma

% 95 etanol çözeltisinin su içinde daha fazla damıtılması, bir azeotrop (sabit kaynama karışımı) üretilirken saflığı arttırmaz. Azeotropu ‘parçalayan’ üçüncü bir bileşik (örneğin benzen) eklenerek bunun üstesinden gelinebilir, ancak bu daha fazla damıtma ve sonuç olarak daha fazla enerji içerir.

(ii) Basınç salınımı adsorpsiyonu

Basınç yüzme adsorpsiyonu olarak bilinen bir işlemle saf etanol üretmek için suyu çıkarmak için artan bir şekilde bir zeolit ​​moleküler elek kullanılmaktadır .

Etanol ve su karışımı, 3 A’lık bir moleküler elek peletlerini içeren bir kolondan geçirilir (yani gözeneklerin çapı 3 angstrom, 3×10 -10 m veya 0.3 nm’dir).

 

Hem etanol hem de su polar olmasına rağmen, etanol moleküllerinin çapı çok büyük olduğu için (0.44 nm) yalnızca su molekülleri (çap 0.28 nm) gözeneklerden geçebilmektedir. Böylece su molekülleri gözeneklerden girer ve zeolitin kafeslerinde tutulur. Etanol kolondan geçer ve toplanır.

Genellikle kullanılan bir yöntemde, etanol-su karışımı gaz fazındaki kolondan yaklaşık 420 K’da basınç altında (4 atm) geçirilir (Şekil 3 ve 4). Su buharı gözeneklerden geçer ve kafeslerde bir sıvı olarak emilir.

 

‘İkili’ terimi paralel olarak iki sütun kullanıldığı için kullanılır. Şekil 3’te sol kolon, etanolü kurutmak için kullanılırken, diğeri, sağ kol, zeolitin yenilenmesi için kullanılmaktadır.

İkinci yöntemde, etanol ve suyun sıvı çözeltisi bir zeolit ​​kolonundan geçirilir ve saf etanol toplanır. Birkaç saat sonra, yatak boşaltılır ve bir ısıtılmış azot akımı kullanılarak 500 K’nin üzerinde ısıtılır. Su atıldı. Bu tekniğe termal (veya sıcaklık) salınım adsorpsiyonu denir .