Производство метанола

 

Общая схема  производства метанола

Множество технологических  схем производства метанола включают три обязательных стадии:

1. Очистка синтез-газа от сернистых соединений, карбонилов железа и частиц компрессорного масла.
2. Собственно синтез.
3. Очистка и ректификация метанола-сырца.

Различие  технологических  схем состоит в аппаратурном оформлении и параметрах процесса. Все они  могут быть разделен на три группы:

1. Синтез при высоком давлении проводится в цинк-хромовых катализаторах при температуре 370-420°С и давлении 20-35МПа. В настоящее время данный процесс устарел.
2. Синтез при низком давлении проводится в цинк-медь-алюминиевых или цинк-медь-хромовых катализаторах при температуре  250-300 °С и давлении  5-10 МПа.

Использование низкотемпературных катализаторов, активных при более  низких давлениях, позволяет снизить  энергозатраты на сжатие газа и уменьшить степень рециркуляции непрореагировавшего сырья, то есть увеличить степень его конверсии. Но в этом методе требуется особо тонкая очистка исходного газа от соединений, отравляющих катализатор.

3. Синтез в трехфазной системе "газ-жидкость-твёрдый катализатор", проводимый в суспензии из тонкодисперсного катализатора  и инертной жидкости, через которую барботируется синтез-газ. В данной системе можно обеспечить более благоприятное равновесие системы, что позволяет повысить равновесную концентрацию метанола в реакционной смеси до 15% вместо 5% при использовании двухфазных систем, доведя степень конверсии оксида углерода (ӀӀ) до 35% вместо 15% и еще более уменьшить рециркуляцию газа и энергозатраты.

Основным аппаратом в  синтезе метанола служит реактор  — контактный аппарат, конструкция  которого зависит, главным образом, от способа отвода тепла и принципа осуществления процесса синтеза. В  современных технологических схемах используются реакторы трех типов:

— трубчатые реакторы, в которых катализатор размещен в трубах, через которые проходит реакционная масса, охлаждаемая водным конденсатом, кипящим в межтрубном пространстве;

— адиабатические реакторы, с несколькими слоями катализатора, в которых съем тепла и регулирование температуры обеспечивается подачей холодного газа между слоями катализатора;

—реакторы, для синтеза  в трехфазной системе, в которых  тепло отводится за счет циркуляции жидкости через котел-утилизатор или с помощью встроенных в реактор теплообменников.

 

Технологические схемы производства метанола

Вследствие большого объема производства и крупных капитальных  затрат в производстве метанола сейчас используют все три типа технологических процессов. На рис. 1  представлена схема производства метанола при низком давлении на цинк-медь-алюминиевом катализаторе из синтез-газа состава: Hg-67%, СО-22%, С02-9%-объемных, полученного конверсией метана, производительностью 400 тыс. т в год.

Очищенный от сернистых  соединений синтез-газ сжимается  в компрессоре 1 до давления 5-9 МПа, охлаждается  в холодильнике 3 и поступает в сепаратор 4 для отделения сконденсировавшейся воды. Пройдя сепаратор, синтез-газ смешивается с циркуляционным газом, который поджимается до рабочего давления в компрессоре 2.

Газовая смесь проходит через адсорбер.

Рис.1

 

Циркуляционый газ 5, где очищается от пентакарбонила железа, образовавшегося при взаимодействии оксида углерода (II) с материалом аппаратуры, и разделяется на два потока. Один поток подогревают в теплообменнике 8 и подают в верхнюю часть реактора 6, а другой поток вводят в реактор между слоями катализатора для отвода тепла и регулирования температуры процесса. Пройдя реактор, реакционная смесь при температуре около 300°С также делится на два потока. Один поток поступает в теплообменник 8, где подогревает исходный синтез-газ, другой поток проходит через котел-утилизатор 9, вырабатывающий пар высокого давления. Затем,потоки объединяются, охлаждаются в холодильнике 7 и поступают в сепаратор высокого давления 10, в котором от циркуляционного газа отделяется спиртовой конденсат. Циркуляционный газ дожимается в компрессоре 2 и возвращается на синтез. Конденсат метанола-сырца дросселируется в дросселе 11 до давления близкого к атмосферному и через сборник 12 поступает на ректификацию. В ректификационной колонне 13 от метанола отгоняются газы и. диметиловый эфир, которые также сжигаются. Полученный товарный метанол с выходом 95% имеет чистоту 99,95%.

На рис. 2.  приведена  технологическая схема производства метанола по трехфазному методу на медь-цинковом катализаторе из синтез-газа, полученного газификацией каменного угля, производительностью 650 тыс. т в год.

Очищенный от соединений серы синтез-газ сжимается в компрессоре 1 до давления 3—10 МПа, подогревается в теплообменнике 5 продуктами синтеза до 200— 280°С, смешивается с циркуляционным газом и поступает в нижнюю часть реактора 4. Образовавшаяся в реакторе парогазовая смесь, содержащая до 15% метанола, выходит из верхней части реактора, охлаждается последовательно в теплообменниках 5 и б и через холодильник-конденсатор 7 поступает в сепаратор 8, в котором от жидкости отделяется циркуляционный газ. Жидкая фаза разделяется в сепараторе на два слоя: углеводородный и метанольный. Жидкие углеводороды перекачиваются

Рис. 2

насосом 9 в реактор, соединяясь с  потоком углеводородов, проходящих через

котел-утилизатор 10. Таким образом жидкая углеводородная фаза

циркулирует через реактор снизу  вверх, поддерживая режим кипящего слоя тонкодисперсного катализатора в нем, и одновременно обеспечивая отвод

реакционного тепла. Метанол-сырец  из сепаратора 8 поступает на

ректификацию или используется непосредственно как топливо или добавка к топливу.

 

Применение  метанола и перспективы развития производства

Метанол один из продуктов  многотонажной химии, широко используется для получения множества ценных химических веществ: формальдегида, сложных эфиров, аминов, растворителей, уксусной кислоты. Мировое производство метанола превышает 20 млн тонн в год, и спрос на него постоянно растет, что связано с наметившейся тенденцией использовать метанол в новых областях.

Предприятия по выпуску  метанола размещены в различных  экономических районах страны, поэтому  и виды используемого сырья различны. Наиболее дешевый метанол получают при использования в качестве сырья природного газа. Это и стимулирует перевод предприятий метанола на природный газ.

Метанол является многоцелевым полупродуктом, на базе которого могут  быть получены различные важные химические продукты, а также экологически чистым жидким топливом и растворителем. Он удобен для транспортирования и  хранения. В последние годы значение метанола резко возросло.

Несмотря на достигнутые  успехи, производство метанола продолжает совершенствоваться. Разрабатываются  более активные и селективные  катализаторы, а также совершенствуются цинк-хромовые катализаторы, методы получения  и подготовки исходного технологического газа, аппаратурное оформление процесса. Более полно используется тепло, выделяющееся при синтезе метанола. Разрабатываются технологические  схемы на основе прогрессивной техники. Новые мощные агрегаты синтеза метанола производительностью до 30 тыс. т/г  в энергетическом отношении будут автономны для ведения процесса практически не потребуется подводить извне энергию и пар. Одновременно с созданием крупных одноагрегатных установок с использованием низкотемпературных катализаторов в мировой практике имеются примеры создания крупных агрегатов, работающих при высоком давлении (250— 350 кгс/см²). Однако в мировой и отечественной практике ввиду технико-экономических преимуществ намечается развитие схем производства метанола при низком давлении 50—150 кгс/см².

Оставаясь важнейшим химическим сырьем (полупродуктом), он может помочь решить большинство острых и актуальных проблем энергетики, транспорта, экологии, поскольку метанол может служить  универсальным энергоносителем, компонентом  и сырьем для получения моторных топлив, высокооктановых добавок, водорода, источником углерода для микробиологического  синтеза белков.

Интерес к метанолу проявляется  и при формировании долгосрочных энергетических стратегий, направленных в первую очередь на решение вопросов загрязнения окружающей среды и  основанных на идее постепенного вытеснения углерода из энергетики за счет увеличения доли водорода как замещающего топлива. Применение метанола в качестве топлива  означало бы более благоразумное  использование углерода. Фактически метанол открывает новые возможности, в частности позволяет транспортировать и хранить водород в удобном  виде и максимально возможных  размерах. Поэтому метанол можно  рассматривать как промежуточный  вариант при переходе к водородной энергетике.

 

Литература

1. Библиофонд. Электронная библиотека [Электронный ресурс]/ Разработчик:  «Библиофонд». Режим доступа:  http://bibliofond.ru/, свободный.
2. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. – М.: «Высшая школа», 1990. – 512 с.
3. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. – М. Химия, 1988. – 592 с.
4. Научная электронная библиотека [Электронный ресурс]/ Разработчик: ООО Научная электронная библиотека. – Режим доступа: http://elibrary.ru/, свободный.
5. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И. П. Мухленова. – М.: Высш. шк., 1984. – 263 с.