Postup společnosti Monsanto je průmyslová metoda výroby kyseliny octové karbonylací methanolu za přítomnosti homogenního katalyzátoru. Reakce přidává karbonylovou skupinu k methanolu za vzniku kyseliny octové podle zjednodušené rovnice:

CH3OH + CO → CH3COOH

Podmínky a katalyzátor

Proces probíhá při typickém tlaku 30–60 atm a teplotě 150–200 °C. V originální Monsanto verzi se používá homogenní rhodiový katalyzátor ve formě komplexů Rh s jodidy; jako promotér a přenašeč methylové skupiny se často používá methyljodid (CH3I) nebo kyselina jodovodíková (HI). Díky tomuto systému je dosažena selektivita vyšší než 99 % a vysoká výtěžnost produktu.

Mechanismus (zjednodušeně)

  • Nejprve vzniká methyljodid z methanolu a HI.
  • Methyljodid podléhá oxidativní adici na rhodiový střed, vzniká methyl–Rh komplex.
  • Následuje insertion CO do vazby Rh–CH3, čímž vznikne acetylový komplex.
  • Redukční eliminací se uvolní acetyljodid (CH3COI).
  • Hydrolýzou acetyljodidu se vytvoří kyselina octová a znovu se regeneruje HI, který uzavírá katalytický cyklus.

Historie a vývoj

Podobné postupy karbonylace se zkoušely již dříve; podle historických údajů byl postup v 60. letech dále vyvíjen německými chemiky pracujícími ve společnosti BASF. V roce 1966 představili chemici společnosti Monsanto nový ryzí rhodiový katalytický systém, který umožnil komerční aplikaci procesu s vysokou efektivitou.

Srovnání s procesem Cativa

Dnes se ve velkém průmyslu častěji používá proces Cativa, což je podobný postup na bázi iridia vyvinutý společností BP Chemicals Ltd. Cativa má řadu výhod oproti klasickému Monsanto procesu:

  • vyšší aktivita a stabilita katalyzátoru v přítomnosti nízkého množství vody,
  • nižší potřeba jodidů (nižší korozivita a méně spotřebního HI/CH3I),
  • lepší ekonomika při komerčním provozu a nižší provozní náklady.

Proto je Monsanto proces v mnoha nových provozech postupně nahrazován procesem Cativa, i když Monsanto metoda byla průkopnická a zůstává důležitou kapitolou v historii chemické výroby acetiky.

Výhody a nevýhody Monsanto procesu

  • Výhody: velmi vysoká selektivita, jednoduchý homogenní katalytický cyklus, možnost integrace s výrobou methanolu a s dodávkou CO.
  • Nevýhody: použití drahého rhodia, potřeba jodidových prostředků (methyljodid/HI) a s tím spojená korozivita a manipulace s toxickými látkami, vysoký tlak a požadavky na tlaková zařízení.

Průmyslové aspekty, bezpečnost a životní prostředí

Proces má vysokou atomovou účinnost a relativně malé množství vedlejších produktů, nicméně z hlediska bezpečnosti je nutné věnovat pozornost:

  • riziku oxidu uhelnatého (CO) – vysoce jedovatý plyn a vysoce hořlavý při mísení s vzduchem,
  • korozi způsobené jodidy a HI – materiály konstrukcí musí být odolné vůči korozi,
  • manipulaci s methyljodidem – toxická a těkavá organická sloučenina,
  • řízení emisí a recyklaci katalyzátoru a jodidových sloučenin – minimalizace dopadu na životní prostředí.

Závěr

Postup společnosti Monsanto představoval technologický průlom v průmyslové karbonylaci methanolu na kyselinu octovou díky svému rhodiovému katalyzátoru a vysoké selektivitě. Nicméně ekonomické a ekologické výhody iridiového procesu Cativa způsobily, že se Monsanto metoda v současných nových provozech používá méně často. Přesto její pochopení a principy zůstávají důležité pro chemické inženýrství a vývoj katalytických procesů.