Производство метанола (3)

Реферат

Метанол (метиловый спирт) является одним из важнейших по значению производства органическим продуктом, выпускаемым химической промышленностью. Впервые метанол был найден Р. Бойлем в древесном спирте в 1661 г., но лишь в 1834 г. был выделен из продуктов сухой перегонки древесины Ж. Дюма и Э. Пелиго. В это же время была установлена его химическая формула. Метанол впервые был синтезирован омылением хлористого метила М. Бертло в 1857 году.

В 1913 г. был разработан синтетический способ получения метанола из окиси углерода и водорода на цинк-хромовом катализаторе при давлении 250—350 кгс/см 2 . Позднее, в 1923 г. этот процесс был осуществлен в Германии в промышленном масштабе и в дальнейшем интенсивно развивался и совершенствовался.

История развития отечественного промышленного синтеза метанола началась в 1934 г. выпуском ~30 т/сут. метанола на двух небольших агрегатах Новомосковского химического комбината. Сырьем для производства метанола служил водяной газ, полученный газификацией кокса. В настоящее время основное количество метанола вырабатывается на базе природного газа. Процесс синтеза осуществляется при 250—300 кгс/см 2 и 380 °С.

В соответствии с Директивами XXIV съезда КПСС об ускоренном развитии химической промышленности и расширении ассортимента химической продукции производство метанола, являющееся в настоящее время крупнотоннажным производством, растет бурными темпами.

Основные характеристики метилового спирта

Метанол имеет несколько названий: «метиловый спирт», «древесный спирт», «карбинол». Это бесцветная, легкоподвижная, горючая жидкость со слабым запахом. Метанол можно смешивать с другими веществами:

Метанол вступает в реакцию с:

В природе в свободном состоянии метанол встречается редко и в малых количествах, обычно в составе эфирных масел. А вещества, из которых производят метанол, наоборот, входят в состав многих природных красителей, растительных масел, алкалоидов.

Свойства метанола относятся к опасным для жизни человека. Это сильный яд, который воздействует на организм с опьяняющим эффектом, воздействует на кровеносную и нервную систему, приводит к потере зрения, а в определенных количествах к смерти. Отравиться ментолом можно не только при внутреннем приеме, а также вдыхая ядовитые пары, которые он выделяет. Опасно проникновение метанола сквозь кожные покровы человека. Помимо этого, при присутствии в воздухе метанола определенной концентрации смесь становится взрывоопасной при температуре 15,6 °C.

6 стр., 2993 слов

Основные свойства метанола и этанола

... (сейфах). 1.1.1 Получение и свойства Метанол (метиловый спирт) является одним из важнейших по значению и масштабам производства органическим продуктом, выпускаемым химической промышленностью. Впервые метанол был найден в древесном спирте в 1661 г., ...

Обладает метанол свойствами физическими, при нормальных условиях:

При повышении температуры вязкость и плотность метанола уменьшаются. К тому же с повышением температуры наблюдается резкое увеличение давления насыщенных паров. Метанол прекрасно поглощает двуокись углерода, пары воды и другие вещества.

К свойствам метанола относится способность растворять многие известные газы и пары: неон, гелий, аргон, кислород. Растворение в метаноле данных веществ происходит лучше, чем в бензоле, ацетоне, этиловом спирте и т.д. если метанол разбавить водой, то растворимость приведенных газов уменьшится. Высокая растворимость газов востребована в промышленности, например, метанол применяется для поглощения разнообразных примесей из технологических газов.

Сырье для получения метанола

Технологический исходный газ для синтеза метанола получается в результате конверсии (превращения) углеводородного сырья: природного газа, синтез-газа после производства ацетилена, коксового газа, жидких углеводородов (нефти, мазута, легкого каталитического крекинга) и твердого топлива (угля, сланцев).

Исходный газ для синтеза метанола можно получить почти из всех видов сырья, которые используют при получении водорода, например в процессах синтеза аммиака и гидрирования жиров. Поэтому производство метанола может базироваться на тех же сырьевых ресурсах, что и производство аммиака. Использование его или иного вида сырья для синтеза метанола определяется ядом факторов, но прежде всего его запасами и себестоимостью в выбранной точке строительства. В соответствии с реакцией образования метанола

СО + 2Н 2 → CH3 OH

В исходном газе отношение водорода к окиси углерода должно составлять 2:1, то есть теоретически необходимо, чтобы газ содержал 66,66 объемн.% H 2 и 33,34 объемн.% СО. В производственных условиях синтез метанола осуществляют по циркуляционной схеме при отношении H2 : СО в цикле выше стехиометрического. Поэтому необходимо иметь избыток водорода в исходном газе, т. е. отношение H2 : CO в нем обычно поддерживают в пределах 1,5—2,25.

При содержании значительных количеств двуокиси углерода в исходном газе отношение реагирующих компонентов целесообразно выражать соотношением (H2 —CO2 ) : (CO+CO2 ).

Это соотношение учитывает расход водорода на реакции восстановления окиси и двуокиси углерода. В исходном газе оно должно быть несколько выше стехиометрического для обеих реакций и равно 2,15—2,25. Величина соотношения (H2 —CO2 ) : (СО+СО2 ) не определяет концентрации двуокиси углерода в исходном газе. Количество СО2 может быть различным в зависимости от метода получения газа, также условий синтеза (давление, температура, состав катализатора синтеза метанола) и изменяется от 1,0 до 15,0 объемн.%. Природный и попутный газы представляют наибольший интерес как с экономической точки зрения, так и с точки зрения конструктивного оформления процесса подготовки исходного газа. Кроме того, они содержат меньше нежелательных примесей, чем газы, полученные газификацией твердого топлива.

17 стр., 8192 слов

Производство метанола

... м* газа). Этот газ содержит водород и окись углерода в соотношениях, близких к стехиометрическому для реакции синтеза метанола. Остаточный, метан является нежелательной примесью, поэтому до поступления в отделение синтеза газ проходит ...

Большинство крупных производств метанола базируется на использовании природного газа. Для получения исходного газа, углеводородное сырье подвергают конверсии различными окислителями —кислородом, водяным паром, двуокисью углерода и их смесями. В зависимости от используемых видов окислителей или их смесей различают следующие способы конверсии: паро-углекислотная при атмосферном или повышенном давлениях, паро-углекислотная с применением кислорода, высокотемпературная и паро-углекислородная газификация жидких или твердых топлив. Выбор окислителя или их комбинации определяется назначением получаемого исходного газа (для синтеза метанола на цинк-хромовом или медьсодержащем катализаторах) и технико-экономическими факторами.

В качестве сырья для производства метанола используют также синтез-газ после производства ацетилена методом окислительного пиролиза (на 1 т ацетилена обычно образуется до 10000 м* газа).

Этот газ содержит водород и окись углерода в соотношениях, близких к стехиометрическому для реакции синтеза метанола. Остаточный, метан является нежелательной примесью, поэтому до поступления в отделение синтеза газ проходит и каталитическую конверсию.

Синтезы на основе синтез-газа или оксида углерода (ӀӀ)

Современное производство метанола представляет один из примеров промышленного органического синтеза на основе синтез-газа (СО+Н2) или оксида углерода (ӀӀ).

Из многочисленных каталитических превращений этого типа можно выделить наиболее важные направления:

nCO + (2n+1)H 2 → Cn H2n+2 + nH2 О

СН 2 =СН2 + СО + Н2 → СH3 –CH2 –CHO

СH 3 –CH2 –CHO + H2 → СH3 –CH2 –CH2 OH

СH 3 –CH2 –CHO +O2 → СH3 –CH2 –COOH

СН 2 =СН2 + CO + H2 O → СH3 –CH2 –COOH

CH ≡ CH + CO +ROH → СН 2 =СН–COOR

ROH + CO → RCOOH

nCO + (n+1) H 2 → Cn H2n+1 OH

Синтез метанола получил наибольшее промышленное значение. Сырьем для этого синтеза служит синтез-газ, получаемый конверсией природного газа, газификацией углей, переработкой нефти и нефтепродуктов, а так же образующийся как отход других производств

Физико-химические основы синтеза метанола

Реакция синтеза метанола из синтез-газа представляет гетерогенно-каталитическую обратимую экзотермическую реакцию, протекающую по уравнению:

, где ΔН 1 =90,7 кДж

Тепловой эффект реакции возрастает с повышением температуры и давления и для условий синтеза составляет 110,8 кДж.

Параллельно основной протекают и побочные реакции:

, где ΔН 2 =209 кДж

, где ΔН 3 =252 кДж

, где ΔН 4 =8,4 кДж

а также продукционная реакция образования метанола из содержащегося в синтез-газе диоксида углерода:

, где ΔН 5 =49,5 кДж

Кроме этого, образовавшийся метанол может подвергаться вторичным превращениям по реакциям:

Температура процесса зависит главным образом от активности применяемого катализатора и варьируется в пределах от 250 до 420°С. В соответствии с температурным режимом работы катализаторы синтеза метанола подразделяются на высокотемпературные и низкотемпературные. Высокотемпературные катализаторы, получаемые методом соосаждения оксидов цинка и хрома, например, катализатор СМС-4 состава 2,5 ZnOZnCr 2 O4 , термостойки, малочувствительны к каталитическим ядам, причем отравляются обратимо, имеют высокую селективность, но активны только при высоких температурах (370—420°С) и давлениях (20—35 МПа).

16 стр., 7616 слов

Технология переработки нефти и газа

... ХАРАКТЕРИСТТИКА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА И ГАЗОКОНДЕНСАТА Месторождения природного газа в зависимости ... углерода (от С 18 Н28 ), расположенных в одну цепочку, при атмосферных условиях находятся в твердом состоянии. Природные газы ... сырье для производства метанола, аммиака и т.д. ... синтеза. Основной компонент природных и нефтяных газов - метан. В составе природных и особенно нефтяных газов ...

Низкотемпературные катализаторы, например, цинк-медь-алюминиевый состава ZnOCuOAl2 O3 или цинк-медь-хромовый состава ZnО-СиО Сг2 О3 , менее термостойки, необратимо отравляются каталитическими ядами, но проявляют высокую активность при относительно низких температурах (250—300°С) и давлениях (5—10 МПа), что более экономично.

Оба типа катализаторов проявляют свою активность и селективность в узком интервале температур 20—30°С. Исходя из температурного режима работы катализаторов выбирается давление синтеза, которое тем больше, чем выше температура синтеза.