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        淺析甲醇合成工藝設(shè)計

        2016-09-07 07:10:55兗礦國宏化工有限責(zé)任公司山東鄒城273512
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年14期
        關(guān)鍵詞:液相反應(yīng)器介質(zhì)

        王 勇(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司,山東 鄒城 273512)

        淺析甲醇合成工藝設(shè)計

        王 勇
        (兗礦國宏化工有限責(zé)任公司,山東 鄒城 273512)

        本文簡要介紹了甲醇在化工業(yè)的地位,并分別介紹了幾種甲醇精餾工藝,詳細介紹了Lurgi低壓甲醇合成工藝。

        甲醇;合成;沸騰水

        1 甲醇在化學(xué)工業(yè)中的重要地位

        在煤基化學(xué)品深加工產(chǎn)業(yè)中主要是利用甲醇作為傳導(dǎo)體,而最近C1化工發(fā)展的重要方向也是利用甲醇為原料的煤基化學(xué)品的研究及大批量生產(chǎn)。以甲醇為傳導(dǎo)體的工藝,先進成熟的生產(chǎn)技術(shù),“甲醇的發(fā)展 - 醋酸及其衍生物;同時引進國外先進的技術(shù)MPO或MTP的成功開發(fā),發(fā)展“甲醇 - 烯烴及衍生物”兩大系列。

        甲醇燃料突出的優(yōu)點相比,非常便于運輸,又干凈,而且還可夾雜著汽油作為單獨的汽車燃料。石油儲量有限,與石油相比,甲醇是安全的,價格便宜,燃燒效率高,使用甲醇作為汽車燃料已成為能源業(yè)界一個重要的發(fā)展方向。

        首先是利用甲醇為原料可以合成多種化工品。

        其次,在生產(chǎn)農(nóng)藥,甲醇可以用作重要原料用于生產(chǎn)各種農(nóng)藥。

        最后,特別是在C1化學(xué)工業(yè)中,已經(jīng)有大量的甲醇中的開發(fā)和生產(chǎn)的原料轉(zhuǎn)化為乙醇,乙二醇,甲苯,二甲苯,乙酸乙烯酯,甲酸甲酯,氧分解性能良好的樹脂等產(chǎn)品。

        2 常用的合成工藝

        (1)氣液固三項合成甲醇工藝。氣液固三項合成甲醇工藝工藝的優(yōu)點是:首先,反應(yīng)器等設(shè)備,資金投入少的結(jié)構(gòu)簡單;第二個,將反應(yīng)器的,由于媒體的存在傳熱性能,進行了改進,因此,比較容易控制的反應(yīng)器中的熱穩(wěn)定性的溫度提高;第三,催化劑的催化劑顆粒小,易消除內(nèi)部擴散的影響;第四,甲醇合成的單程轉(zhuǎn)化率高達15%-20%,大大降低了循環(huán)比;第五,高效率能量回收;該工藝的缺點是,三相反應(yīng)器的壓力下降較大,液體的擴散系數(shù)比氣相小得多。

        兩種截然相反的觀點:一種由美國化學(xué)系統(tǒng)公司提出了一種三相流化床過程中,使用的惰性介質(zhì)良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性作為液相,使用Cu-Zn類的改進的ICI型催化劑作為催化劑。液相固化媒體不僅是催化劑,還能反應(yīng)介質(zhì)中的熱吸收,甲醇在液體介質(zhì)中的溶解度是盡可能地小,該產(chǎn)品在離開氣相反應(yīng)器的甲醇的形式是氣相形式。

        第二,BERTY,提出了與美國化學(xué)公司截然相反的意見,在液體介質(zhì)中使用的甲醇合成過程中,不僅具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,而且還必須要求在甲醇溶液越大越好,甲醇的溶解度合成離開反應(yīng)器不是氣相的形式,而是液相中形式離開反應(yīng)器,在反應(yīng)器外部分開。試驗證明,當(dāng)該液體介質(zhì)是理想的四甘醇二甲醚。 CO和H2中在汽 - 液平衡常數(shù)四甘醇二甲醚大時,使用的Cu-Zn-Al系催化劑,轉(zhuǎn)化率是氣相平衡轉(zhuǎn)化的相同的條件下的方法不止一種。

        (2)液相法合成甲醇工藝。在液相甲醇合成過程中使用的高活性過渡金屬配合物催化劑。該催化劑的優(yōu)點:首先,均勻分布在液體介質(zhì)中,要解決的內(nèi)表面異質(zhì)性和擴散等問題;二是反應(yīng)溫度不超過200℃的易于控制。八十年代中期,美國Brookhaven國家實驗室開發(fā)具有以下結(jié)構(gòu)的NaOH-羅納-M(OAC)2,其中M是一個過渡金屬是指鎳,鈀或鈷的高活性催化劑化合物中,R是低級烷基,當(dāng)M是Ni,R是叔戊最好的催化劑的性能,所述液體介質(zhì)是四氫呋喃,約2MPa的壓力時,將反應(yīng)溫度80-120℃時,每合成氣通轉(zhuǎn)換將不低于80%,甲醇選擇性可以達到96%的高位。當(dāng)與第Ⅵ金屬羰基配合物混合使用的催化劑,可以得到更好的結(jié)果,他可以激活CO和具有耐硫良好性,以及合成氣是1670×10-6H2S,其甲醇生產(chǎn)率仍為33%。

        Mahajan等人開發(fā)出了用的過渡金屬與醇或其絡(luò)鹽組成的催化劑等四羰基鎳和甲醇鉀,四氫呋喃作為液體介質(zhì),反應(yīng)溫度為125℃,大于90%的CO轉(zhuǎn)化率,選擇性高達99%。

        3 Lurgi低壓甲醇合成工藝的設(shè)計

        利用凈化的原料氣,從上到下進入Lurgi反應(yīng)器,在5 Mpa的壓力、220 ℃高溫的環(huán)境下,經(jīng)過預(yù)熱加壓,采用銅基催化劑的作用進行化學(xué)反應(yīng),出口溫度可達到250℃,甲醇只能產(chǎn)生大約7%,因此,在原料氣體必須以最大限度利用被回收。

        甲醇的合成的化學(xué)原理是可逆放熱反應(yīng),應(yīng)采用方法將反映熱及時移走,才能使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率進一步提高。

        Lurgi低壓甲醇合成工藝的設(shè)計采用的是Lurgi管殼式反應(yīng)器,管程走反應(yīng)氣,殼程走4MPa的沸騰水。

        這個過程是由德國公司魯奇甲醇合成反應(yīng)器中的管殼式使用開發(fā)的,裝在殼管式反應(yīng)器管中的催化劑,使用沸點之間的管沸騰水將反應(yīng)熱帶走,同時產(chǎn)生高壓蒸汽,利用離心式透平壓縮機產(chǎn)生在5.2 MPa的壓力環(huán)境,甲醇合成原料在其環(huán)境下進行循環(huán),混合氣體進入反應(yīng)器與第一氣體熱交換器在反應(yīng)之前,并加熱至約220℃,然后進入一個管殼式反應(yīng)器中,反應(yīng)熱被傳遞到水以產(chǎn)生蒸汽到滾筒,表面的殼氣體的250℃左右的溫度,約7%甲醇含量,通過熱交換器,將溫度冷卻至40℃,之后將粗甲醇分離器冷凝分離。

        3.1工藝的主要方法及原理

        造氣工段:使用二步法造氣

        合成工段。5 MPa下銅基催化劑作用下發(fā)生一系列反應(yīng)

        主反應(yīng):CO+2H2→CH3OH+102.37k J/kmol

        副反應(yīng):CO+3H2→ CH4+H2O+115.69kJ/kmol

        4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62kJ/kmol------------(A)

        副反應(yīng)的發(fā)生,都增大了CO的消耗量,降低了產(chǎn)率,故應(yīng)盡量減少副反應(yīng) 。

        反應(yīng)熱力學(xué)。一 氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式為

        這是一個可逆放熱反應(yīng),熱效應(yīng)ΔH(298K)=-90.8KJ/mol。

        當(dāng)合成氣中有CO2時,也可 合 成 甲 醇 。

        這也是一個可逆放熱反應(yīng),熱效應(yīng)

        合成法反應(yīng)機理

        本反應(yīng)采用銅基催化劑,5MPa ,250℃ 左右反應(yīng),清華大學(xué)高森泉,朱起明等認為其機理為吸附理論,反應(yīng)模式為:

        H2+2·→2H· -----------------------------①

        CO+H·→HCO·-------------------------②

        HCO·+H· →H2CO··

        CH3OH·→ CH3OH+·

        H2CO··+2H·→CH3OH+3·

        反應(yīng)為 ① , ②控制。即吸附控制。

        [1]楊福升等編.甲醇生產(chǎn)工藝與操作[M].石油化學(xué)工業(yè)出版社,1974.

        10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.039

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