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Le procédé méthanol-en-hydrocarbures (MTH) réfère à un ensemble de réactions catalytiques permettant l'obtention d'hydrocarbures à partir du méthanol, incluant la réaction méthanol-en-oléfines (MTO), la réaction méthanol-en-propylène (MTP), la réaction méthanol-en-gazoline (MTG) et autres réactions d'alkylation.

Historique

Le procédé MTH fut officiellement proposé par la Mobil Corporation en 1977. Sa découverte accidentelle est le fruit de travaux effectués par deux équipes de scientifiques travaillant pour la corporation. Les équipes Mobile Chemical et Mobile Oil's Central Research Laboratory, toutes deux situées au New-Jersey, travaillaient sur deux différentes réactions impliquant le du méthanol: la conversion du méthanol en oxyde d'éthylène et la méthylation de l'isobutène en présence de zéolite acides. Aucune des réactions ne générait les produits escomptés, mais plutôt des espèces aromatiques. Une étude approfondie du phénomène combinant la conversion du méthanol pur avec l'utilisation de zéolites acides révéla l'existence d'un complexe réseau de réactions menant à la formation d'eau, de diéthyl éther, d'oléfines, de paraffines, d'aromatiques et de naphtalènes. Il fut découvert que la sélectivité envers un produit particulier pouvait être augmenter en ajustant les paramètres du procédé, en interrompant la réaction ou en changeant la nature de catalyseur acide. Ceci permit le développement de sous-catégories de procédés visant la production sélective d'oléfines, de propylène ou d'essence. Ce n'est suite qu'avec la crise pétrolière de 1979 que le procédé voit une commercialisation à grande échelle. Dans le contexte économique d'une pénurie de pétrole, la Mobile Corporation fut chargée par le gouvernement de Nouvelle-Zélande de démontrer la viabilité de la conversion du gaz naturel en essence. Dans ce procédé, le procédé MTH joue un rôle crucial, car le méthanol est l'espèce intermédiaire entre le gaz de synthèse dérivé du gaz naturel et le produit final désiré. La preuve du concept fut démontrée en 1986 avec la mise en marche d'une usine capable de produire 570 000 tonnes d'essence par année. Toutefois, la chute du prix du pétrole dans les années 80 mis fin à la commercialisation du procédé. Présentement, la production d'hydrocarbures à partir du méthanol n'est pas économiquement viable.

Malgré tout, la recherche portant sur le procédé MTH se poursuit jusqu'à maintenant, comme le témoigne les articles scientifiques et brevets portant sur le sujet. Celle-ci porte largement sur une compréhension fondamentale du mécanisme réactionnel ainsi que sur la conception et l'optimisation de catalyseurs.

Mécanisme

Au fils des décennies, le mécanisme chimique du procédé MTH a été le sujet de nombreux débats. À présent, la théorie prévalente est que deux cycles catalytiques opèrent simultanément lors de la conversion du méthanol: le cycle oléfinique et le cycle aromatique. Tous deux s’amorcent par une conversion initiale du méthanol en espèces organiques intermédiaires catalysée par les sites acides du catalyseur employé, tel que les zéolites acides. Une quantité initiale d'espèces organiques ainsi produites s’accumulent au sein du lit catalytique, formant le soit-disant « bassin d'hydrocarbures » qui réagissent t avec le méthanol pour former les produits désirés. La réaction MTH est donc considérée comme autocatalytique nécessitant une période d’amorçage. De ce « bassin d'hydrocarbures », les deux voies catalytiques sont possibles

Lors du cycle oléfinique, des oléfines émanant du « bassin d'hydrocarbures » subissent répétitivement des réactions d'alkylation avec le méthanol pour former de plus grandes molécules organiques qui sont subséquemment libérées ou bien craquées par les sites acides du catalyseur en de petites oléfines. Ces dernières peuvent ainsi poursuivre le cycle catalytique ou être libérée. Le cycle aromatique implique la participation d'espèces aromatiques formées par la cyclisation de molécules organiques provenant du « bassin d'hydrocarbures »: les polyméthyl benzènes (PMB). Ces dernières agissent comme co-catalyseurs pour la production d'oléfines légères. Lors de cette voie réactionnelle, les espèces aromatiques sont répétitivement alkylées par le méthanol jusqu'à la formation de courtes chaines d'alkyles. Ces dernières sont subséquemment libérées sous la forme d'oléfines, régénérant l'espèce aromatique . Les sites d'acide de Brønsted sont essentiel au fonctionnement de ce cycle.