загрузка...
загрузка...
На головну

Тема 3.1 Технологія виробництва метанолу

  1. CASE-технологія створення інформаційних систем
  2. I. Технологія організованого спілкування школярів.
  3. II. Технологія індивідуального виховного взаємодії з дитиною
  4. III. Технологія педагогічної взаємодії з батьками школярів
  5. III.1.2) Порядок кримінального судочинства.
  6. А. Епоха масового виробництва (1860-1930).
  7. автоматизація виробництва

Властивості метанолу та його застосування

Метанол за значенням і масштабами виробництва є одним з найважливіших багатотоннажних продуктів, що випускаються сучасною хімічною промисловістю.

Він широко застосовується для отримання пластичних мас, синтетичних волокон, синтетичного каучуку. Високу розчинність газів в метанолі широко користуються в промисловості, застосовуючи метанол і його розчини в якості поглинача для вилучення домішок з технологічних газів. Метиловий спирт - важливий вид сировини для отримання формальдегіду, інгібіторів, антидетонаційних сумішей, антифризів, лаків, фарб та інших продуктів. У чистому вигляді застосовується як високооктанові добавка до палива.

Метанол (метиловий спирт) СН3ВІН являє безбарвну легкорухливою рідиною з температурою кипіння 650С, температурою кристалізації -97.90З і щільністю 0.792 т / м3. Критична температура метанолу 239.650С. Метанол горючий. Температура спалаху 80С, межі вибуховості парів в повітрі 5.5-36.5%. Метанол змішується в усіх відношеннях з водою, спиртами, бензолом, ацетоном і ін. Органічними розчинниками. Пари сухого метанолу утворюють з повітрям вибухові суміші. Метанол токсичний, викликає отруєння через органи дихання, шкіру і при прийомі всередину, діючи на нервову і судинну систему. ГДК становить 5 мг / м3. Прийом всередину 5-10 см3 призводить до важкого отруєння, викликає сліпоту, доза 30 см3 - Смертельна. Метанол - сильна отрута кумулятивного дії, має також слабку наркотичну дію.

методи отримання.

Довгий час метанол отримували виключно сухий перегонкою деревини. Цей спосіб досить трудомісткий і дорогий, тому що з 1м3 березових дров можна отримає лише 5-6кг метанолу. Виробництво метанолу синтезом з оксиду вуглецю і водню вперше було організовано в Німеччині в 1923р.

Метанол отримують різними методами, що відрізняються вихідним сировиною, способами його переробки в технологічний газ, а також умовами проведення синтезу метанолу. В т.ч. основний спосіб отримання метанолу - синтез з оксиду вуглецю і водню (ця суміш називається синтез-газом). Суміш окису вуглецю і водню виробляють шляхом конверсії метану.

Синтез метанолу за фізико-хімічними умовами його проведення та за технологічним оформлення аналогічний синтезу аміаку. Як азото-водневу суміш, так і синтез-газ можна отримати конверсією природного газу. В обох процесах взаємодія сумішей ретельно очищених газів відбувається в присутності каталізатора. Через малого виходу кінцевих продуктів і той і інший процеси є безперервно циклічними, причому реакцію ніколи не ведуть до повного перетворення. Така аналогія дала можливість вести обидва синтезу на подібних установках, які монтують в складі одного заводу.

Початковою сировиною в процесі синтезу метанолу є газ після паро-кисневої конверсії метану, а також технічний водень, застосовуваний для регулювання співвідношення Н2: СО. До складу сировини пред'являються громад вимоги: наявність домішок - СН4 0.5%, СО2 2.2%, Н2S 2.0 мг / м3, Карбоніли заліза 3.0 мг / м3.

Процес отримання метанолу складається з наступних стадій:

1. парокіслородной конверсії природного газу в шахтному конверторі.

2. Очищенню конвертованого газу від вуглекислоти до отримання газу з функціоналом

f = (Н2 СО2) / (СО + СО2) = 2.05 -2.20

3. осушення конвертованого газу на алюмогель.

4. компримування свіжого газу до тиску не більше 9.3 МПа.

5. Синтез метанолу - сирцю.

6. Ректифікація метанолу - сирцю.

1. Паро-киснева конверсія метану.

Процес отримання технологічного газу ведеться в одну стадію шляхом паро-кисневої конверсії метану в шахтному конверторі на нікелевих каталізаторах при температурі 850-12000С.

Процес протікає за таких реакцій:

СН4 + 2О2 - СО2 + 2Н2О (3.1.1)

СН4 + 0.5О2 -СО + 2Н2 (3.1.2)

СН4 + Н2Про - СО + 3Н2 (3.1.3)

СН4 + СО2 - 2СО + 2Н2 (3.1.4)

СО + 2Н2Про -СО2 + Н2 (3.1.5)

Рівноважний склад конвертованого газу залежить від температури і тиску процесу, а також складу вихідної суміші, обсягу і типу каталізатора. У вільному обсязі над шаром каталізатора протікає киснева конверсія метану по реакціях (3.1.1) і (3.1.2) -екзотерміческій процес.

За рахунок тепла, що виділився в результаті протікання даних реакцій, в шарі каталізатора йде парова і киснева конверсія метану та вуглеводнів зі збільшенням обсягу і поглинанням тепла по реакціях (3.1.3) і (3.1.4) - ендотермічний процес.

Конвертований газ з об'ємною часткою компонентів: Н2 н / м 63%, СО н / б 19.5%, СО н / м 14%, СН4 0.4-1.5% надходить в трубне простір котла-утилізатора, віддаючи тепло на отримання насиченої пари, теплообмінник, підігріваючи вихідну парогазову суміш, далі охолоджується в холодильниках і направляється на моноетаноламіновую очищення від СО2.

2. Моноетаноламіновая очищення конвертованого газу.

Очищення конвертованого газу - процес видалення СО2, Полягає в хімічній і фізичній абсорбції СО2 водним розчином моноетаноламіана МЕА для забезпечення об'ємної частки СО2 в конвертованій газі н / б 12%.

Процес очищення протікає за таких реакцій

2RNН2 + СО2 + Н2Про - (RNН3)2СО3 (3.1.6)

(RNН3)2СО3 + СО2 + Н2Про -2RNН3НСО3 (3.1.7)

де R- (НО-СН2СН3).

Конвертований газ подається в абсорбер, зрошувану розчином МЕА, який поглинає надлишок СО2. Розчин МЕА йде на регенерацію і після видалення з нього СО2 повертається в абсорбер, а конвертований газ направляється на стадію осушення.

3. Осушення конвертованого газу.

Осушення відбувається на нерухомому шарі адсорбенту - алюмогель, що володіє властивістю поглинати вологу з газу і кислі гази, в т.ч. СО2. Регенерація насиченого вологою алюмогель прояізводітся продувкою шару алюмогель гарячим азотом. Процес осушення проходить в адсорбере заповненому алюмогелем, що поглинає вологу до точки роси -500С. Осушений конвертований газ очищується від уносимой алюмогелевой пилу у фільтрах і направляється на компресію.

4. Компримування конвертованого газу.

Процес проводиться на триступеневий компресорах до тиску н / б 9.3 МПа. Потім газ подається на стадію синтезу.

5. Синтез метанолу-сирцю.

Основні реакції процесу оборотні і екзотермічні:

СО + 2Н2 - СН3ВІН + 90.7 кДж / моль (3.1.8)

СО2 + 3Н2 - СН3ВІН + Н2Про + 49.5 кДж / моль (3.1.9)

Крім цих реакцій протікає і реакція ендотермічна - взаємодія діоксиду вуглецю і водню

СО2 + 3Н2 - СО + Н2Про - 41.1 кДж / моль (3.1.10)

Одночасно з утворенням метанолу можуть йти і реакції освіти диметилового ефіру, органічних кислот, альдегідів, кетонів, складних ефірів.

Вода утворюється у всіх реакціях. Утворені побічні продукти в метанолі-сирці визначають як схему отримання метанолу-ректифікату з метанолу-сирцю, так і якість кінцевого продукту. Наявність мікродомішок і їх масова концентрація в метанолі-сирець залежать від сировини і його підготовки, від каталізатора, від технологічних параметрів процесу.

При виборі параметрів процесу керуються не тільки якістю метанолу-сирцю, а й економічними факторами. Виходячи з цього прийнятий процес синтезу метанолу при температурі н / б 2800С и надлишковому тиску н / б 9.0МПа, з функціоналом 2.05-2.2 (функціонал - відношення різниці об'ємних часток водню і діоксиду вуглецю до суми об'ємних часток оксиду і діоксиду вуглецю в свіжому синтез-газі) на цинк-мідь-алюмінієвому каталізаторі.

Метанол-сирець, отриманий при даних умовах, відповідає вимогам, що пред'являються до нього, як до сировини для отримання високоякісного метанолу-ректифікату.

Встановлено, що синтез метанолу з оксиду вуглецю і водню протікає лише у присутності води або кисневмісних сполук. На вихід метанолу-сирцю впливають такі технологічні чинники: тиск процесу; температура; об'ємна швидкість газу; співвідношення об'ємних часток компонентів свіжого газу, наявність домішок; активність каталізатора.

тиск процесу

Згідно з принципом Ле-Шательє підвищення тиску зрушує рівновагу вправо і збільшує вихід метанолу-сирцю, масової частки вищих спиртів і ефірів в метанолі, зменшується масова частка парафінів. Синтез метанолу по реакціях (8 і 9) протікає зі зменшенням обсягу, а відновлення діоксиду вуглецю, реакція (10) - без його зміни. У зв'язку з цим підвищення тиску сприяє більш глибокої переробки оксидів вуглецю. Для низькотемпературного синтезу найбільш ефективний діапазон надлишкових тисків 4.9-19.6 МПА. При подальшому зростанні тиску рівноважна концентрація метанолу збільшується незначно.

Температура.

Згідно з принципом Ле-Шательє підвищення температури зміщує рівновагу реакції вліво і зменшує вихід метанолу. При підвищенні температури продуктивність всіх каталізаторів проходить через максимум. Робоча температура синтезу залежить від активності каталізатора: чим активніше каталізатор, тим при більш низькій температурі утворюється метанол з прийнятною для промислових умов швидкістю.

З ростом температури рівноважна концентрація метанолу в суміші знижується (реакції 8 і 9 йдуть з виділення тепла), але швидкість досягнення рівноваги збільшується. Якщо рівновага не було досягнуто, то невелике підвищення температури збільшить вихід метанолу, в разі, якщо рівновагу було досягнуто, підвищення температури знизить вихід метанолу.

Температуру в шарі каталізатора треба підтримувати на максимально низькому рівні, за умови забезпечення продуктивності по метанолу. Оптимальними температурами синтезу метанолу при надмірному тиску 8.6-9.0 МПа є температури 205-2680С.

У відсутності каталізатора метанол практично не утворюється. Застосовувані в промисловості каталізатори проявляють активність тільки при певних температурах. Ступінь перетворення вихідної газової суміші в метанол за один прохід через каталізатор практично невелика -6-7%. Для збільшення загального виходу метанолу не прореагували газову суміш після виділення з неї утворився спирту повертають в колону синтезу, додаючи свіжий газ, тобто проводять процес по безперервної циклічної схемою.

об'ємна швидкість.

Зі збільшенням об'ємної швидкості газу маса метанолу, що отримується з одиниці об'єму каталізатора, збільшується, і, за рахунок зменшення часу контакту, зменшується масова концентрація домішок. Оптимальна об'ємна швидкість становить (18-20) * 103ч-1. При великих об'ємних швидкостях досягається більш рівномірний розподіл температури в масі каталізатора і запобігають його перегріви.

Склад свіжого газу.

Виходячи з стехиометрических коефіцієнтів реакцій (8 і 9), співвідношення об'ємних часток у вихідному газі водню до оксиду вуглецю становить (Н2: СО) = 2, а (Н2: СО2) = 3. Практикою встановлено, що газ для синтезу метанолу повинен містити компоненти в співвідношенні близькому до стехіометрії і мати функціонал f = 2.01-2.18.

Для отримання зазначеного співвідношення в більшості випадків склад синтез-газу після стадії конверсії метану необхідно коригувати відмиванням від СО2. надлишок СО2, Понад необхідного для процесу мінімуму, є постачальником надлишкового кисню, який виводиться з процесу у вигляді води. Витяг надлишку СО2 з конвертованого газу призводить до збільшення об'ємної частки інертний, а це знижує вихід метанолу, тому що знижується парціальний тиск реагуючих компонентів. Збільшення співвідношення сприяє зниженню масових концентрацій домішок.

Наявність домішок у вихідному газі.

Сірка в будь-якому вигляді токсична для каталізатора синтезу метанолу. Отруєння сірої виражається в незворотної втрати активності каталізатора. Масова концентрація сірководню в конвертованій газі повинна бути н / б 0.00015 мг / дм3. Сірка в свіжий газ потрапляє з природного газу і компресорного масла, попадання масла в циркуляційний газ може призвести до отруєння каталізатора. Парафін можуть утворюватися в ході реакції при температурі менше 2050С і більше 2800С, а також при наявності пентакарбонілов заліза. Наявність парафінів в метанолі може привести до забивання арматури, трубопроводів.

Активність, селективність і інші властивості каталізатора.

Активність каталізатора зменшується зі збільшенням терміну служби каталізатора, а при наявності шкідливих домішок в газі, порушеннях технологічного режиму. Фірмою-виробником каталізатора визначаються оптимальні умови відновлення і роботи для кожного типу каталізатора, а також гарантії по вмісту домішок в метанолі-сирці при дотриманні встановлених умов.

Технологічна схема агрегатів синтезу метанолу.

Численні процеси синтезу метанолу включають три обов'язкові стадії: очищення синтез-газу від сірчистих сполук, масла, пентакарбонілов заліза; власне синтез і очищення; і ректифікація метанолу. В іншому технологічні схеми відрізняються апаратурним оформленням і параметрами процесу. Всі вони можуть бути розділені на три групи:

1 Синтез при високому тиску проводиться на цинк-хромовому каталізаторі при температурі 370-4200З повагою та тиску 20-30 МПА.

2 Синтез при низькому тиску проводиться на цинк-мідь-хромових каталізаторах при Т = 250-3000З і тиску 5-10 МПа. Використання в цій схемі низькотемпературних каталізаторів, активних при більш низькому тиску, дозволяє знизити енерговитрати на стиснення газу і зменшити ступінь рециркуляції непрореагировавшего сировини.

3 Синтез в трифазній системі «газ-рідина - твердий каталізатор», що проводиться в суспензії з тонкодисперсного каталізатора і інертною рідини, через яку барботують синтез-газ.

Отриманий метанол-сирець очищають від кислот, складних ефірів, вищих спиртів, пентакарбонила заліза, що в поєднанні з подальшою ректифікацією дозволяє отримати чистий метиловий спирт. Основним апаратом у синтезі метанолу служить реактор (колона синтезу) - контактний апарат, конструкція якого залежить від способу відводу тепла і принципу здійснення процесу синтезу.

Технологічний процес отримання метанолу з оксиду вуглецю і водню включає ряд операцій, обов'язкових для будь-якої технологічної схеми синтезу. Газ попередньо очищається від карбонила заліза, сірчистих сполук, підігрівається до температури початку реакції і надходить в реактор синтезу метанолу. Після виходу із зони каталізу з газів виділяється утворився метанол, що досягається охолодженням суміші, яка потім стискається до тиску синтезу і повертається в процес. Функціональна схема виробництва метанолу приведена на ріунке.


Мал. 3.1.1 Функціональна схема синтезу метанолу

 



Попередня   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   Наступна

Розділ 2. Технологія виробництва неорганічних речовин. | Класифікація мінеральних добрив | Властивості аміачної селітри | Нейтралізація азотної кислоти аміаком | властивості карбаміду | Сировиною для промислового виробництва карбаміду є рідкий аміак і діоксид вуглецю. | Тема 2.5 Розкладання фосфатного сировини і технологія отримання фосфорної кислоти і нітроамофоски. | Технологія виробництва фосфорної кислоти | Принципова схема виробництва екстракційної фосфорної кислоти полугідратним методом | Технологія виробництва нітроамофоски |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати