Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Конверсия синтез - газа за один проход через

реактор составляет 15—50%, что определяетсяравновесием реакции образования метанола в

выбранных условиях,продолжительностью контакта,

допустимым перепадом температуры по слою

катализатора, при адиабатическом режиме

процесса.

Для определения коэффициента рециркуляции М. М. Караваевым предложена следующая

формула:

uст = uF (1 + Ф)/[1 + Ф(1 - cа )c0] ,

где Ф — коэффициент рециркуляции; uст — суммарная конверсия СО; uF — конверсия СО за один проход; c0, cа —

11 концентрации СО во входящем газе и отходящем газе после

конденсации метанола и воды, % (мол.).

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Механизм реакции

До 1975 г. считалось, что реакция образования метанола из синтез-газа на оксидных катализаторах протекает через стадию образования поверхностного формиатного комплекса:

12

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Механизм реакции

Однако учеными Института нефтехимического синтеза РАН им. А. В. Топчиева в 1973—75 гг. был предложен и экспериментально доказан различными методами принципиально новый механизм синтеза метанола из оксидов углерода и водорода.

		k1		H2
CO H2O CO2					(1)
		k3
CO	3H	k2
		CH OH H O			(2)
2	2 k4		3	2

	13	Эта схема не является универсальной и, по-видимому, не
		реализуется на металлических (Со, Ni, Fe, Rh, Ru, Pd, Pt и

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

k1

Кинетика реакции CO H2O CO2 H2

k3

r1 k1 PCOPH2O PCO2 k3PH2O k1PCO2PH2O

Кинетика реакции	CO2	3H2	k2
			CH3OH H2O
			k4

r2 k2 PH2PCO2 PCO2 k3PH2O k4PCO2PH2O

14

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Условия проведения высокотемпературного процесса на цинкхромовых катализаторах:

•Р=25—70 МПа,

•t=370—420 °С,

•W=10000—35 000 ч-1

•мольное соотношение Н2:СО=(1,5—2,5): 1.

Обычно исходный газ содержит 10—15% инертных примесей. Требуется непрерывный вывод части рецикла газовой смеси ( 10%) из системы.

В этих условиях

•конверсия СО за один проход составляет 5—20%

•выход метанола 85—87% от стехиометрического.

Непревращенный газ возвращается в реактор после конденсации метанола и воды. Одновременно с метанолом образуется ряд побочных продуктов:

•диметиловый эфир,

•высшие спирты и др.

15

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Условия проведения низкотемпературного процесса на медь-цинк-хромовых катализаторах:

•Р= 3—5 МПа,

•t= 230—280 °С,

•W= 8000—12 000 ч-1

•мольное соотношение Н2:СО=(5—7) : 1.

Обязательным условием успешной работы низкотемпературных катализаторов является присутствие в газовой смеси 4—5% (об.) диоксида углерода. Он необходим для поддержания активности таких катализаторов. Срок службы

катализатора при выполнении этого условия достигает 3—4 лет.

16

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Для процесса синтеза метанола важнейшее значение имеет поддержание условий в реакторе близких к изотермическим.

Принципиальная структура потоков в адиабатических реакторах высокого давления

15-20%	После подогрева

На подогрев

80-85%

17

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Для процесса синтеза метанола важнейшее значение имеет поддержание условий в реакторе близких к изотермическим.

Процессы низкого давления (5 МПа и 250—280 °С):

Втрубчатом реакторе в межтрубное пространство подается паровой конденсат для отвода тепла. При этом образуется пар давлением до 4 МПа.

Втаком реакторе температура синтез - газа в трубном пространстве выше температуры конденсата на 10—12 °С в начале зоны реакции и на 3—5 °С — в конце зоны реакции.

Вполочных реакторах этот перепад составляет 30 —35 °С, т. е. наблюдается большее отклонение от изотермического режима.

18

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Технологическая схема реакторной подсистемы синтеза метанола в реакторе высокого давления с выносным холодильником

19

Химическая технология основного органического синтеза Технология производства метанола

Технологическая схема с реактором колонного типа высокого давления

20