книги / Производство метанола
..pdfКачество метанола-ректификата и |
затраты на его получение |
в значительной мере определяются |
качеством метанола-сырца. |
С этой точки зрения всестороннее знание особенностей процесса по зволяет ограничить образование побочных продуктов и тем самым обеспечить получение высококачественного метанола-сырца -с мини мальными затратами сырья и энергии. В последние годы после пу ска первых относительно -крупных агрегатов производства метанола на основе накопленного опыта подобраны наиболее благоприятные режимы работы отделения синтеза, повышена эффективность очист ки газа и ректификации метанола-сырца, -серьезно улучшено аппа ратурное оформление.
Метанол-сырец представляет собой бесцветную жидкость с не приятным запахом, который вызывается присутствием органических примесей. Промышленный метанол-сырец, полученный на основе
природного газа, имеет обычно следующий состав |
(в %)• |
|||
Метанол |
. |
80—91 |
Диметиловый эфир |
0,2—4,0 |
Вода . . . . |
|
6—20 |
Высшие спирты* |
0,1—0,8 |
* Здесь и далее под высшими спиртами подразумеваются спирты от Со до Сд.
Основные показатели метанола-сырца, полученного при 300 и 50 ат, приведены ниже:
|
|
При 300 am |
При ЕО am |
Плотность, г(слР |
|
0,809-0,822 |
0,810-0,846 |
Состав, % |
|
6-13 |
9-20 |
вода.......................................... |
|
||
метанол (в органической части) . |
94-97 |
99,0—99,6 |
|
диметиловый эфир |
|
2—4 |
0,2 -0 ,4 |
высшие спирты.............................. |
(в пересчете |
0 ,3 -0 ,8 |
До 0,1 |
альдегиды и кетоны |
До 0,1 |
0,02—0,03 |
|
на ацетон) ............... |
|
||
карбонилы железа, мг/л............... |
До 1,0 |
До 0,5 |
|
азотистые соединения |
(в пересчете |
0,2 -1 ,0 |
До 0,7 |
на NH3), мг/л |
|
||
Кислотное число, мг КОН/г |
0,02-0,04 |
0,17-0,25 |
|
Эфирное число, мг КОН/г |
|
0,3 -0 ,6 |
0,1 -0 ,5 |
Перманганатное число, мин . |
0 ,5 -5,0 |
10—40 |
Таким образом, вода, а при 300 ат и диметиловый эфир явля ются основными примесями в метаноле-сырце. Метанол-сырец, по лученный на медьсодержащих катализаторах, содержит меньше ор ганических примесей (до 99,6% метанола).
Состав примесей в метаноле-сырце очень сложен и до конца еще не расшифрован. Хроматографическими и хроматомасспектрографическими исследованиями обнаружено свыше 40 органических кислородсодержащих соединений различных классов. Это спирты С2—Се» альдегиды и кетоны, эфиры, формали, ацетали и др. Кроме того, обнаруживались в микроколичествах муравьиная и уксусная кислоты (обычно метанол-сырец имеет pH 4,5—5,5), легколетучие непредельные соединения, аммиак, ди- и триметиламины, органиче-
91
ниями компонентов), отмеченные выше закономерности характерны и для этого процесса.
Влияние объемной скорости газа более сложно. Общее содержа ние примесей при увеличении объемной скорости газа снижается,
Рис. 29. Зависимость перманганатного числа метанола-сырца от отношения Нг: СО для различных объемных скоростей.
.80,30 ---------- ---- |
Н^СО=3 |
|
||
Я? |
|
у г |
1 |
|
и |
|
i |
|
|
I0J0 |
|
Н2:СО-/0 |
|
|
/ и |
|
О |
||
|
"— |
|||
|
|
|
|
|
§ |
|
Н2:СО=/4 |
|
|
оз |
|
|
|
|
§ |
|
СО-И |
|
|
*.т к' |
|
|
||
|
1 |
: |
40 |
|
ю |
|
20 |
30 |
Объемная скорость у/'Ю '3, ч'г
Рис. 30. Зависимость эфирного числа метанола-сырца от объемной скорости для различных отношении Нг: СО.
что «подтверждается изменением перманганатного числа (см. рис. 29). Снижается количество альдегидов, кетонов, непредельных соединений и некоторых других веществ. Содержание .кислот и эфи ров при увеличении объемной скорости и постоянном отношении Нг:СО проходит через максимум ( — 25 000 ч~1), который при уве личении Н2: СО сдвигается в сторону меньших объемных скоростей (ом. рис. 30).
Таким образом, с точки зрения качества метанола-сырца про цесс на цинк-хромовом катализаторе10 следует вести при возможно
95
Как указывалось, синтез .метанола на цинк-хромовом катализаторе протекает в условиях, далеких от равновесия, поэтому нет осо бой необходимости в создании падающего температурного режима. Однако в промышленных условиях стремятся проводить процесс, в узком диапазоне температур 355—370 °С, в котором наблюдается максимальная скорость реакции, обеспечивая лишь необходимую разницу в зоне высоких температур. Как видно из рис. 31, измене ние температуры по высоте колонны имеет пикообразный характер: при входе на первую полку ~320°С , при выходе с последней пол ки— 385—390 °С. Такой перепад (65—70 °С) обусловлен значитель ными потерями тепла в окружающую среду из-за наличия выносно го теплообменника.
Более эффективна колонна с совмещенной полочной насадкой
'('рис. 32). На крупных агрегатах синтеза /при 300 ат используют в основном колонны этого типа. Они относительно просты и надежны в эксплуатации, обеспечивают необходимый температурный режим. Преимущества таких колонн отмечались выше (стр. 82). Газ по догревают до температуры реакции непосредственно в одной поков ке с катализаторной коробкой. Температурный режим, регулируе мый холодным байпасом, поддерживается более устойчиво. На рис. 33 показан внешний вид колонны с совмещенной насадкой и холодильники-.конденсаторы одного из производств метанола.
Было предложено усовершенствовать полочную насадку колон ны путем установки дополнительного теплообменника из двойных трубок (трубки Фильда) в верхней части катализаторной коробки (рис. 34). Это позволяет усилить отвод тепла из первых слоев ка тализатора— зоны наиболее интенсивного образования метанола — и повысить температуру начала реакции. Основной поток газа вво дится сверху и |раопределяется в пространстве между корпусом и насадкой колонны, затем поступает в межтрубное пространство теп лообменника, расположенного в нижней ее части. По центральной трубе, в которой установлен электроподогреватель, -газ возвращает ся в верхнюю часть колонны и проходит трубки Фильда, размещен ные в слое катализатора. По выходе из трубок тазовый поток про ходит последовательно три слоя катализатора, внутренний тепло обменник и с температурой 120— 130 °С выходит из колонны. Тем пература газа на второй и третьей полках регулируется холодным байпасом. Возможность регулирования температуры имеется также за счет подачи газа по байпасу в нижнюю часть центральной трубы.
В комбинированной насадке сохраняются преимущества полоч ной конструкции и в то же время создается возможность регулиро вать температуру катализатора в узких пределах на каждой полке, что позволяет поддерживать высокую температуру начала реакции. Расчетная производительность 1 мъ катализатора -составляет в сред нем 50 т метанола-сырца в сутки (~ 4 6 ,5 т метанола-ректифи ката).
В связи с тем, что насадка колонны во многом определяет эф-
98
Холодные |
газна |
байпасы |
|
|
синтез |
Рис. 31. Колонна синтеза метанола с несовмещен |
Рис. 32. Колонна синтеза |
метанола с совмещенной |
|
ной полочной насадкой. |
полочной насадкой. |