Monsanto-processen er en industriel metode til at fremstille eddikesyre ved karbonylering af methanol. Den foregår ved højt tryk (typisk 30–60 atm) og moderate temperaturer (ca. 150–200 °C) og giver en meget høj selektivitet (>99 %). Processen benytter et homogent katalysatorsystem baseret på rhodium med iodid som promoter og blev udviklet i 1960 (med tidlige bidrag fra tyske kemikere hos BASF); en videreudviklet rhodium-baseret version blev indført af kemikere hos Monsanto i 1966. I dag er den ofte erstattet af den lignende, men mere økonomiske og miljøvenlige Cativa-proces (et iridiumbaseret system udviklet af BP Chemicals Ltd), men Monsanto-processen var afgørende for kommercialiseringen af methanolkarbonylering.

Mekanisme (oversigt)

Den kemiske omdannelse kan forenklet beskrives ved den samlede reaktion:

CH3OH + CO → CH3COOH

I praksis sker omdannelsen via methyliodid (CH3I) som reaktiv mellemprodukt og en rhodium-katalyseret katalytisk cyklus. Hovedtrinene er:

  • Dannelsen af methyliodid fra methanol og iodid/HI.
  • Oxidativ additon af CH3I til den aktive rhodium(I)-art, hvilket danner en methylrhodium(III)-kompleks.
  • CO-migratorisk insertion i Rh–C-bindingen, hvilket danner en acylrhodium-kompleks.
  • Reduktiv elimination eller reaktion med iodid, der frigiver acetyliodid (CH3COI).
  • Acetyliodid hydrolyserer eller reagerer med methanol til eddikesyre, samtidig med at CH3I regenereres og katalysatoren genindføres i cyklussen.

Betingelser og katalysator

Kernen i Monsanto-processen er et homogent rhodiumkompleks sammen med iodid (ofte som methyliodid/HI som promoter). Katalysatoren er effektiv og giver høje omdannelser ved de nævnte tryk og temperaturer. Fordi rhodium er en ædelmetallelement og forholdsvis dyrt, genbrug og tilbagevinding af katalysatoren er væsentligt i industrien.

Fordele og ulemper

  • Fordele: Meget høj selektivitet til eddikesyre, velbeskrevet katalytisk cyklus og pålidelig teknologi ved stor skala.
  • Ulemper: Kræver ædelmetal (rhodium), anvender iodid/methyliodid som promoter (korrosivt og toksisk), og medfører dermed krav om korrosionsbestandigt udstyr og håndteringsforanstaltninger. Desuden er driftsomkostninger relateret til katalysator og iodid betydelige.

Historie og Cativa-erstatning

Efter den oprindelige udvikling var Monsanto-processen i vid udstrækning anvendt kommercielt. Senere udviklede BP Chemicals Ltd den såkaldte Cativa-proces, et iridiumbaseret katalysatorsystem, som gav flere fordele: lavere behov for vand og methyliodid, mindre korrosion og ofte lavere omkostninger ved storskala produktion. Af den grund er Cativa i dag foretrukket i mange nye anlæg, og Monsanto-processen anvendes i mindre omfang.

Sikkerhed og miljø

Processen kræver håndtering af giftige og korroderende stoffer (fx methyliodid og hydriodsyre) samt brug af ædle metaller. Disse faktorer stiller krav til sikker drift, tæt udstyr og effektiv tilbagevinding af katalysatoren og iodid for at minimere miljøpåvirkning og omkostninger.

Sammenfattende var Monsanto-processen et vigtigt gennembrud for industriel fremstilling af eddikesyre, men er i mange tilfælde blevet afløst af den mere effektive og miljøvenlige Cativa-proces.