Производство метилового спирта

Рис. 1 Технологическая схема производства метанола при низком давлении: Высшие спирты1 -- турбокомпрессор, 2 -- циркуляционный компрессор, 3, 7 --холодильники, 4 -- сепаратор, 5 -- адсорбер, 6 -- реактор адиабатического действия, б -- теплообменник, 9 -- котел-утилизатор, 10 -- сепаратор, 1 1 -- дроссель, 12 -- сборник метанола-сырца, 13, 14 -- ректификационные колонны

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 насосом 9 в реак-

Циркуляционный газ

Рис. 2 Технологическая схема производства метанола в трехфазной системе: -- компрессор, 2 -- циркуляционный компрессор, 3,9 -- насосы, 4 * реактор кипящего слоя, 5,6 -- теплообменники, 7 -- холодильник-конденсатор, 8 -- сепаратор, 10 -- котел-утилизатор

Тор, 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.

Разработанный в 70-х годах трехфазный синтез метанола используется в основном, для производства энергетического продукта. В качестве жидкой фазы в нем применяются стабильные в условиях синтеза и не смешивающиеся с метанолом углеводородные фракции нефти, минеральные масла, полиалкилбензолы. К указанным выше преимуществам трехфазного синтеза метанола следует добавить простоту конструкции реактора, возможность замены катализатора в ходе процесса, более эффективное использование теплового эффекта реакции. Вследствие этого установки трехфазного синтеза более экономичны по сравнению с традиционными двухфазными как высокого так и низкого давления. В табл. 12.2 приведены показатели работы установок трех- и двухфазного процесса одинаковой производительности 1800

Таблица 1. Показатели работы установок синтеза метанола

5. Расчет материального баланса ХТС.

Таблица 2 Составы потоков

1.Структурная блок - схема.

Производство метанола основано на реакции:

СО + 2Н2 СН3ОН +Q,

Одновременно протекают побочные реакции:

СО +3Н2 СН4 +Н2О

2СО + 4Н2 (СН3)2О +Н2О

4СО + 8Н2 С4Н9ОН + 3Н2О

Составляем уравнения материального баланса:

Таблица 3 Соответствие переменных потокам.

Производим замену переменных и записываем линейные уравнения следующим образом:

Матрица коэффициентов.

Таблица 4

Таблица 5 Материальный баланс химико-технологической системы производства метанола на 1500т метанола.

M=M*N

Расход:

Расчёт технологических показателей:

Степень превращения

X = (1580,6 - 198,95)/ 1580,6 * 100% = 87,4 %

Принцип наилучшего использования сырья

Возможность использования избытка реагента для регулирования технологических параметров. В процессе синтеза метанола :

CO + 2H2 = CH3OH

Избыток водорода способствует смещению равновесия, ускорению лимитирующей стадии - хемосорбции водорода, регулированию температуры, подавлению побочных реакций, а также увеличивает срок службы катализатора в результате гидрирования продуктов уплотнения, отлагающихся на катализаторе в процессе синтеза.

Принцип интенсивности процесса

Для увеличения движущей силы процесса используются: повышение давления в процессах с участием газовой фазы, создание производств не имеющих вредные выбросы в атмосферу, схемы с рециркуляцией газов.

Принцип наилучшего использования энергии

Регулирование нагрузки реактора. Если в системе, состоящей из теплообменника и реактора, полное количество тепла, необходимое для нагревания газов до заданной температуры перед входом в реактор, поставляются газом, покидающим реакционное пространство, то такая система будет работать автотермично. Это наиболее выгодный режим работы. Его осуществляют в процессах синтеза аммиака, метанола, конверсии СО. Интенсивность потока газа на входе или нагрузка реактора позволяет регулировать температурный режим процесса.

Принцип экологической безопасности химических производств

В настоящее время применяется, в основном, термин “чистое производство” - это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды. Например, такие современные производства, как производство аммиака, азотной кислоты, серной кислоты(из серы), метанола, этанола, аммофоса и ряд других можно отнести к разряду малоотходных технологий.

Список литературы

1. А.М.Кутёпов, Т.И.Бондарёва, М.Г.Беренгартен. Общая химическая технология, Москва "Высшая школа", 1990г

2. И.П.Мухлёнов, Общая химическая технология. Том 2 - Важнейшие химические производства

3. Г.Н.Кононова,В.В.Сафонов, Е.В.Егорова, "Расчет материального баланса химико-технологических систем интегральным методом".

Размещено на Аllbеst.ru