Monsanto protsess on tööstuslik meetod äädikhappe (etaanhappe) valmistamiseks, kus metanoolile lisatakse karbonüülrühm (CO) katalüütilise metanooli karbonüülimise teel. Lihtsustatud summavõrrand on:
CH3OH + CO → CH3COOH
Protsessi põhimõte ja katalüütiline tsükkel
Protsess on homogeense katalüüsi reaktsioon, mida viib läbi rühma rühma rhodiumipõhine katalüsaator koos iodiidipromotoriga. Tüüpilised tingimused on rõhu juures 30–60 atm ja temperatuuri juures 150–200 °C, saavutades selektiivsuse üle 99%.
Peamised sammud on:
- metanooli ja vesinikjodiidhappe (HI) vahel toimub võimalik esimene samm, mille käigus tekib metüüli-jodiid (CH3I): CH3OH + HI → CH3I + H2O;
- metüüli-jodiid reageerib katalüsaatori (Rh) abil ja CO-ga, moodustades atsetüül-(akar)intermediäri (näiteks atsetüüljodiid, CH3COI) või rühma Rh–CO–CH3 kompleksi;
- atsetüüljodiid hüdrolüüsib vette, andes äädikhappe ja regenerides HI: CH3COI + H2O → CH3COOH + HI;
- kõik need sammud on katalüütilises tsüklis seotud rheniummiidi ja iodiidi spetsiifiliste redoks- ning ligandimuudatustega; katalüsaator ringub peamiselt [Rh(CO)2I2]– tüüpi komplekside kaudu.
Ajalugu ja tööstuslik asendamine
Monsanto protsessi nime all tuntud rhodiumipõhist metanooli karbonüülimist arendati ja kasutusele võeti 1960. aastatel; Monsanto ettevõte tõi 1960ndate lõpus/uue katalüsaatorisüsteemi komertsiaalselt kasutusele (mõned allikad viitavad muutustele ja edusammudele ka 1966. aastal). Hiljem töötati välja alternatiivne iriidiumipõhine meetod (tuntud kui Cativa protsess), mille arendas BP Chemicals Ltd.. Cativa on paljudes rakendustes eelistatum, kuna see on sageli ökonoomsem, vajab vähem iodiidipromotorit ja talub paremini veesisaldust, mis teeb protsessi keskkonnasõbralikumaks ja kuluefektiivsemaks. Seetõttu on klassikalist Monsanto protsessi tänapäeval tööstuses vähem laialdaselt kasutusel.
Tööstuslikud ja ohutusalased aspektid
Monsanto protsess on väga efektiivne ja selektiivne, mistõttu sobib suure mahu äädikhappe tootmiseks. Samas tuleb arvestada järgnevaga:
- reaktsiooni käigus kasutatakse ja tekitatakse korrosiivseid aineid (näiteks HI, metüüli-jodiid), mis nõuavad sobivaid materjale ja tihedat protsessi kontrolli;
- katalüsaator on homogeense faasi puhul lahuses ja seda tuleb ringlusse võtta ning regenerida, mis mõjutab protsessi majanduslikkust;
- kuigi kõrvalsaadusi tekib vähe, tuleb jälgida iodiidide ja orgaaniliste lenduvate ühendite käitlemist ja heitmeid;
- tänapäevased parendused (nt Cativa) vähendavad iodiidi vajadust ja teevad protsessi energiatõhusamaks ning keskkonnasõbralikumaks.
Kokkuvõttes on Monsanto protsess oluline samm metanooli karbonüülimise ajaloos ja on andnud aluse kaasaegsetele, paremini optimeeritud menetlustele äädikhappe tootmisel. Protsessi põhialused — metanooli ja süsihappegaasi (CO) kasutamine rühma katalüütilisel töötlemisel — jäävad aga ka uuemate tehnoloogiate aluseks.
