Производство метанолв

 

 

 

 

Титульник

 

 

          Содержание

Введение

1. Теоретические основы промышленного синтеза метанола

2. Химические и физические  свойства метанола

3. Технологическая схема производства метанола

4. Охрана окружающей среды

5. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Введение

          Метиловый спирт является одним из наиболее распространенных спиртов. Объем производства его в капиталистических странах превышает в настоящее время 1,6 млн. тонн а производственные мощности составляют суммарно около 2 млн. тонн в год

          До середины 20-х годов метанол в ограниченном количестве вырабатывался в лесохимической промышленности под названием «древесный спирт». Его получали при переработке жидкий продуктов сухой перегонки древесины. Следует отметить, что царская россия была одной из самых крупный экспортеров древесного спирта. Однако в связи с развитием химической промышленности и особенно промышленности пластмасс потребности в метаноле значительно выросла, во много раз повысив потенциальные ресурсы лесохимических производств. Это вызвало необходимость создания крупных предприятий по выработке синтетического метилового спирта. Первым таким предприятием был цех синтетического метанола на заводе Лейна в Германии в 1924 году. Позднее промышленное производство синтетического метанола было организовано в США и в других странах.

           Значительных объемов достигло  производство синтетического метанола  в годы второй мировой войны. В 1944 году мощность ряда предприятий, вырабатывающих метанол, составила  свыше 880 тыс. тонн в год. Это объяснялось  значительным использованием метанола  в те годы для получения  моторных топлив и в целом  ряде других производств. В технической  литературе метанол зачастую  называют «органической водой», подчеркивая тем самым дешевизну  и доступность этого продукта. В достаточно больших количествах  вырабатывается метанол в Англии  Франции, Японии и других странах. Советский союз достиг значительных  успехов в выработке метанола. Согласно плановым наметкам, выработка  метанола в 1965 году должна возрасти  по сравнению с 1961 года в 3,3 раза. после 1965 года рост производства метанола будет еще более значительным. Динамика выпуска метанола в Советском Союзе приведена ниже (в %):

1959 г.	1960 г.	1961 г.	1965 г.
100	115	147	488

          Столь быстрому росту выработки  метанола способствует наличию  в СССР больших ресурсов природного  газа. Так как природный газ  является наиболее экономически  выгодным видом сырья в производстве  метанола.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          1. Теоретические основы промышленного синтеза метанола

          Метанол применяется в производстве ряда органических веществ (формальдегида, лекарств), используется как растворитель лаков и красок, служит добавкой к топливам. В настоящее время метанол получают экономически выгодным способом из синтез-газа:

          1) Синтез-газ получают взаимодействием метана (природного газа) с водяным паром  в присутствии катализатора:

                        СН4+Н2О → СО+3Н2

          2) Из синтез-газа получают метанол:

                       СО  +  2Н2   ⇆ СН3ОН +Q

          Эта реакция обратимая, экзотермическая, чтобы сместить равновесие в сторону образования метанола, нужно воспользоваться принципом Ле-Шателье:

          1) Реакция сопровождается уменьшением объёма, поэтому повышение давления будет способствовать образованию метанола.

          2) Реакция экзотермическая, следовательно, особенно сильно нагревать вещества нельзя.

          Из-за обратимости процесса исходные вещества реагируют не полностью. Поэтому образовавшийся спирт необходимо отделять, а непрореагировавшие газы снова направлять в реактор, то есть осуществлять циркуляцию газов.

 

 

 

          2. Химические и физически свойства метанола

          Реакционная способность спиртов:

                          

1) Взаимодействие со щелочными металлами.

CH3OH + 2Na = CH3ONa + H2

2) Взаимодействие с карбоновыми кислотами.

СН3СООН + ОН-СН3 ↔ Н2О + СН3СООСН3

3) Взаимодействие с галогеноводородами.

CH3OH + HBr = CH3Br + HOH

4) Межмолекулярная дегидротация.

CH3OH + HOCH3= (CH3)2O + H2O

Образуется диметиловый эфир

5) Отщепление водорода (дегидрирование).

CH3–OH    =   HCHO + H2

Реакции идет на медном катализаторе

6) Окисление спиртов сильными окислителями. (например KMnO4 + H2SO4).

CH3–OH    =   HCHO + H2О

7) Реакции горения спиртов.

C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O

 

 

Физические характеристики метанола при нормальных условиях следующие:

Молекулярный вес г/моль ...............     32,04

Плотность, г/см3 .............       0,8100

Вязкость, мПа∙с .............      0,817

Температура кипения, °С ............     64,7

Температура плавления, °С ...........   —97,68

Теплота парообразования, ккал/моль .............       8,94

Теплота сгорания, ккал/моль

          жидкого ...............     173,65

          газообразного.............     177,40

Плотность и вязкость метанола изменяются с изменением температуры.

          Метанол при стандартных условиях имеет незначительное давление насыщенных паров. При повышении температуры давление насыщенных паров резко увеличивается".' Так, при увеличении температуры с 10 до 60 °С давление насыщенных паров повышается от 54,1 до 629,8 мм рт. ст., а при 100 °С оно составляет 2640 мм рт. ст. углеводородами. Он хорошо поглощает пары воды, двуокись углерода и некоторые другие вещества.

           Следует указать на способность метанола хорошо растворять большинство известных газов и паров. Так, растворимость гелия, неона, аргона, кислорода в метаноле при стандартных условиях выше, чем растворимость их в ацетоне, бензоле, этиловом спирте, циклогексане и т. д. Растворимость всех этих газов при разбавлении метанола водой уменьшается. Высокой растворимостью газов широко пользуются в промышленной практике, применяя метанол и его растворы в качестве поглотителя для извлечения примесей из технологических газов.

          3. Технологическая схема производства  метанола 

          Технологический процесс получения метанола из оксида углерода и водорода включает ряд операций, обязательных для любой технологической схемы синтеза. Газ предварительно очищается от карбонила железа, сернистых соединений, подогревается до температуры начала реакции и поступает в реактор синтеза метанола. По выходе из зоны катализа из газов выделяется образовавшийся метанол, что достигается охлаждением смеси, которая затем сжимается до давления синтеза и возвращается в процесс.

Рисунок 1 – Блок-схема производства метанола

          При этом, кроме метилового спирта, в процессе образуются и другие  кислородсодержащие соединения: высшие  спирты, эфиры, альдегиды, кетоны и  др. Количество этих соединений  в продукте реакции – метаноле-сырце  – зависит от состава исходного  сырья, качества катализатора и  параметров процесса.

 

Рисунок 2 – Технологическая схема процесса синтеза метилового спирта

1 – влагоотделитель

2 – угольные фильтры

3 – маслоотделитель 

4 – теплообменник

5 – электроподогреватель

6 – реактор

7 – холодильник типа  «труба в трубе»

8 – сепаратор

9 – циркуляционный насос

10 – сборник низкого  давления

 

          Исходным сырьем для производства  синтетического метанола используют  синтез газ, содержащий не менее 95% об. Окиси углерода и водорода.

          Компримированный и очищенный  синтез-газ через влагоотдилитель 1 и угольные фильтры 2 поступает  в линию циркуляции газа, смешивается  с последним и после маслоотделителя 3 направляется в трубчатый теплообменник 4 и через электроподогреватель 5 в колонну синтеза 6. Отходящая  из колонны синтеза парогазовая  смесь, содержащая продукты реакции, охлаждается в теплообменнике 4 циркуляционным  газом, после чего проходит холодильник 7 (типа «труба в трубе»), где  конденсируются жидкие продукты  реакции. Последние отделяются в сепараторе 8 и через сборник низкого давления 10 направляются на дистилляцию. Циркуляция газа осуществляется циркуляционным насосом 9 (с паровым или электрическим приводом), обеспечивающим перепад давления 30 – 50 атмосфер.

          Отечественный и зарубежный опыты  показывают, что синтез метанола  может быть осуществлен при  давлениях от 200 до 320 атмосфер. Выбор  давления в системе синтеза  зависит главным образом от  содержания в синтез-газе инертных  газов (метана, азота, аргона). При повышении  содержания инертных газов необходимо  увеличивать рабочее давление.

          Накапливающиеся в системе инертные  газы удаляются путем отдувки  части циркуляционного газа , поступающего в заводскую сеть сбросных газов. Количество отдувочных газов зависит не только  от начального содержания инертных газов в свежем синтез-газе, но и от применяемого давления: при повышенном давлении содержание инертных газов увеличивается, и, следовательно, уменьшается количество отдувок.

          На действующий установках про  производству метанола величина  отдувки составляет 400 – 600 нм3/т метанола-сырца. В сеть сбросных газов направляются также газы, выделяющиеся из метанола в сборнике низкого давления(растворенные в метаноле газы). Количество их составляет 60 – 70 нм3/т метанола-сырца.

          При синтезе метанола оптимальной  является температура 360 – 370 оС. Однако поддержание такой температуры по всей высоте колонны затруднительно, так как температура зависит от влияния многих факторов: состава газа, состояния катализатора, оборудования и др. Поэтому обычно работают в интервале температур 360 – 370 оС.

          Важное значение имеет точное регулирование температуры в колонне синтеза. Колебания температуры приводят к развитию побочных реакций и ухудшению качества метанола-сырца. Особенно опасны реакции метанирования, сопровождающиеся скачком температуры (до 1000 оС) и приводящие к спеканию катализатора. Эти обстоятельства учитываются при конструировании аппаратуры для синтеза метанола.

          Основным аппаратом в производстве  метанола является колонна синтеза. Она представляет собой аппарат  высокого давления насадочного  или полочного типа с вмонтированным  трубчатым теплообменником, служащим  для поддержания заданной температуры  в зоне катализа. Кроме того, для этой же цели применяют холодные байпасы, количество которых колеблется от 2 до 6. Корпусом колонны служат стальные поковки диаметром 800 – 1000 мм и высотой 12 – 18 метров. Объем катализатора в зависимости конструкции колонны составляет 2 – 7,5 м3.

          В настоящее время разработаны  колонны синтеза диаметром 1000 мм  и высотой 18 метров с доведением  мощности агрегата синтеза метанола до 60000 т/год по сырцу. Отличительной особенностью этих колонн является применение каталитической насадки, совмещенной с теплообменными устройствами, что дает возможность организовать процесс теплосъема внутри колонны, позволяет отказаться от высотных теплообменников и исключить опасны в эксплуатации горячие поковки и трубопроводы.

         Обычно колонны синтеза работают  автотермично. Регулировку температуры  осуществляют с помощью включения  электроподогревателя и холодных  байпасов, по которым циркуляционный  газ поступает в зону реакции  минуя теплообменник.

          Составы свежего и циркулирующего  газа зависят в большой мере  от метода получения синтез-газа  и от параметров технологического  процесса в цикле синтеза. Ниже  приведены примерные составы  газов при использовании в  качестве сырья природного газа  и давления в цикле синтеза 320 атмосфер:

          

          Соотношение Н2 : СО в свежем и циркулирующем газе регулируется добавлением водорода, поступающего, как правило, с установок конверсии метана.