Как получить спирт из природного газа

С новым катализатором превращение метана, этана и пропана в спирты технологически сильно упростится, а это сделает газ важным источником сырья для промышленного органического синтеза.

Несмотря на нашу исключительную зависимость от природного газа, с технической точки зрения мы используем его исключительно однообразно. То есть попросту сжигаем — для обогрева ли жилья, приготовления пищи или для того, чтобы крутить турбины электрогенераторов. Можно задаться вопросом: неужели за всё это время, что мы активно добываем и используем природный газ, не предпринимались попытки превратить его во что-то иное?

Нет, попытки такие предпринимались, и существуют технологии, позволяющие превратить метан, этан и пропан — обычные компоненты природного газа — в спирт. Спирты можно использовать как сырьё при производстве пластмасс, горючего и пр., и технологии эти были бы весьма многообещающими, не будь столь сложны и дороги (в некоторых случаях процесс требует нагрева до 800 ˚C), а потому в промышленных целях спирты проще получать каким-нибудь менее затейливым и более привычным способом. А вообще, источником сырья для промышленного органического синтеза служит нефть — ещё одно, не побоимся этого слова, сакральное полезное ископаемое.

Атом таллия (в центре) в комплексе с молекулами углеводородов, превращение которых он катализирует
(иллюстрация The Scripps Energy and Materials Center).

Однако с технологией, предлагаемой исследователями из Института Скриппса (США), от природного газа, возможно, всё же удастся добиться большего.

Два десятилетия назад Рой Периана (Roy Periana) и его коллеги начали поиск катализаторов, которые позволили бы снизить температуру технологического процесса (те самые 800 ˚C) при получении спирта из газовых углеводородов. По сути, им требовалось такое вещество или соединение, которое облегчало бы разрыв связей между атомом углерода и атомами водорода в молекулах метана, этана и пропана и помогало бы ввести в их молекулы атом кислорода при значительно меньшей температуре. Частыми катализаторами в органическом синтезе служат металлы, которые как раз облегчают разрывы химических связей, но в данном случае в роли более или менее эффективных катализаторов оказывались платина, родий и иридий — весьма дорогие металлы, стоимость которых исключала промышленную рентабельность процесса.

Но неожиданно учёные обнаружили, что катализатором тут может служить более дешёвый металл, причём даже более эффективным. Им оказался таллий, с помощью которого можно было проводить реакцию при 180 ˚C, причём сразу с разными видами газообразных алканов, то есть со смесью метана, этана и пр., не отделяя их друг от друга, как это требуется обычно. В результате получались эфиры спиртов этанола, метанола, изопропанола и другие кислородные модификации алканов.

Химики объясняют это тем, что электронная структура таллия упрощает взаимодействие между ним, молекулой газа и растворителем, в котором происходит реакция, и в результате последняя требует даже меньше энергии, чем, к примеру, при использовании иридия.

Очевидно, использование таллия может сильно упростить технологический процесс превращения углеводородов газа в другие органические соединения, поэтому, возможно, в скором времени газ начнут использовать в промышленном органическом синтезе наряду с традиционной нефтью.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
По материалам Института Скриппса.
Источник: compulenta.computerra.ru