Производство метанола

| Категория реферата: Рефераты по химии
| Теги реферата: налоги и налогообложение, курсовая работа 2011
| Добавил(а) на сайт: Молчанов.

Предыдущая страница реферата | 1 2 3 | Следующая страница реферата

Влияние различных параметров на процесс синтеза метанола.

В процессе синтеза метанола с течением времени активность катализатора снижается. Чтобы обеспечить нормальные условия синтеза метанола и достичь оптимальных технико-экономических показателей производства, корректируются технологические параметры процесса—температура, давление, отношение На: СО, объемная скорость и содержание инертных компонентов в газе. Производительность катализатора является показателем, который может быть применен для оценки активности катализатора и эффективности его работы. Производительность катализатора— это количество продукта (метанола), получаемого с единицы объема катализатора за единицу времени, например т СНзОН/м3 с катализатора в сутки. Кроме температуры, давления, объемной скорости и состава исходного газа на производительность влияет также и размер зерна катализатора.

Условия проведения процесса. Исходя из термодинамики и кинетики процесса выбирают условия его проведения на соответствующих катализаторах.
Так, в промышленных условиях на цинк-хромовых катализаторах процесс ведут под давлением 25—70 мПа, при температуре 370—420 °С, объемной скорости подачи газовой смеси-lOOOO—35000-i и мольном соотношении Н2:СО=(1,5—2,5):1.
Обычно исходный газ содержит 10—15% инертных примесей. В связи с этим требуется непрерывный вывод части рецикла газовой смеси (»10%) из системы.
В этих условиях конверсия СО за один проход составляет 5—20% при выходе 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.
При работе на низкотемпературных медьсодержащих катализаторах давление поддерживается в пределах 3—5 мПа, температура—230—280 °С, объемная скорость 8000—12000 ч-', 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.

5. Описание химико-технологической схемы.

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.

Вследствие большого объема производства и весьма крупных капитальных затрат в производстве метанола сейчас используют все три типа технологических процессов. На рис. 1 представлена технологическая 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.
[pic]

Высшие спирты
Рис. 1. Технологическая схема производства метанола при низком давлении:

1 — 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
[pic]
Рис. 2. Технологическая схема производства метанола в трехфазной системе:
1 — 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 т/сут.
Таблица 12.2. Показатели работы установок синтеза метанола
|Показатель |Тип установки |
| |Трехфазн|Двухфазна|
| |ая |я |
|Давление, МПа |7,65 |10,3 |
|Объемная скорость газа, ч~1 |4000 |6000 |
|Отношение циркуляционного | | |
|газа • | | |
|к исходному синтез-газу |1:1 |5:1 |
|Концентрация метанола на |14,5 |5,0 |
|выходе, % мол. | | |
|Мощность, потребляемая |957 |4855 |
|аппаратурой, кВт | | |
|Термический коэффициент | | |
|полезного | | |
|действия,% |97,9 |86,3 |
|Относительные капитальные |0,77 |1,00 |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
|затратызатраты | | |

7. Расчет материального баланса ХТС.

Тадл. №1. 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 ( С4 Н9ОН + 3Н2О

Составляем уравнения материального баланса:

Табл. №2. Соответствие переменных потокам.

|Поток |Переменная |Размерность |Значение по |
| | | |расчету |
| |X1 |моль |234,375 |
| |X2 |Моль |53,267 |
| |X3 |Моль |1509,233 |
| |X4 |Моль |1250 |
| |X5 |Моль |133,168 |
| |X6 |моль |53,267 |

Производим замену переменных и записываем линейные уравнения следующим образом:
1. X1 – X2 – 0.12X3 = 0
2. X4 – X5 – 0.74X3 = 0
3. X4 – 0.4X1 – 0.74X3 – 0.74X6 = 0
4. 0.8X1 – 0.12X3 – 0.12X6 = 0
5. 0.04X2 + 0.04X5 – 0.14X6 = 0
6. 6.4X1 = 1500

Матрица коэффициентов.

|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |Свободныечл|
| | | | | | |ены |
|1 |-1 |-0,12|0 |0 |0 |0 |
|0 |0 |-0,74|1 |-1 |0 |0 |
|-0,4|0 |-0,74|1 |0 |-0,74|0 |
|0,8 |0 |-0,12|0 |0 |-0,12|0 |
|0 |0,04|0 |0 |0,04 |-0,14|0 |
|6,4 |0 |0 |0 |0 |0 |1500 |

[pic]
Табл. №3.
Материальный баланс химико-технологической системы производства метанола на
1500т метанола.

|Приход |масса |%масс. |Расход |масса |%масс. |
|СО |1491,476|0,792 |СН3ОН(сырец) |1500 | |
|Н2 |266,336 |0,142 |(СН3)2О |32,347 |0,017 |
|СН4(инерт) |124,3 |0,066 |С4Н9ОН |17,344 |0,009 |
| | | |Н2О |25,31 |0,014 |
| | | |СН3ОН(чист.) |1425 |0,759 |
| | | |Отдув. газы |377,153 |0,201 |
|Всего |1882,102| |Всего |1877,153| |
| | | |Невязка |4,949 | |

Расчет:
M=M*N
Приход:

Расход:

Отдувочные газы:

Расчёт технологических показателей (по СО):
1) Степень превращения
X = (1580,6 - 198,95)/ 1580,6 * 100% = 87,4 %
2) Селективность
( = 46,88 Ммоль * 28 г/моль / (1580,6т - 198,95т ) * 100% = 95,0 %
3) Выход целевого продукта
( = 1500 т / (56,45 Ммоль * 32 г/моль ) *100 % = 83,1 %
4) Расходный коэффициент
( = 1580,6т / 1500т = 1,05
Теоретический расходный коэффициент
( = 1380,4т / 1500 т = 0,92

Поточная диаграмма:

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: решебник 8, реферат способы, сжатое изложение.

Claw.ru | Рефераты по химии | Производство метанола

Производство метанола

Категории:

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки

Рефераты от А до Я

Полезные заметки