1. Які основні, перспективні області застосування метанолу? Які види сировини використовують для його синтезу?
Метанол широко застосовується для отримання пластичних мас, синтетичного волокна, синтетичного каучуку, як розчинник і т. Д.
Області застосування метанолу все розширюються: він є, зокрема, перспективним продуктом для транспорту енергії на далекі відстані, можливим компонентом автомобільних бензинів, сировиною для мікробіологічного синтезу і т. Д.
Основним джерелом сировини в даний час є природний газ. У той же час певне значення в якості сировини зберігає і тверде паливо. Розробка процесу газифікації вугілля з метою отримання синтез-газу, що містить Н2, С02, СО, може змінити структуру сировинної бази виробництва метанолу та таким чином незручний для транспортування вугілля буде перетворений в зручний для зберігання, транспортування та використання метанол.
Складіть функціональну схему отримання газу для синтезу метанолу. Що її відрізняє від схеми отримання технологічного газу для синтезу аміаку?
3. Складіть функціональну схему синтезу метонола, що враховує реакції утворення побічних сполук.
Основна реакція процесу
Одночасно, особливо при зменшенні тиску або збільшенні температури понад оптимальної, можуть протікати і наступні побічні реакції:
Кількість тих чи інших побічних сполук в продукционной суміші залежить не ільки від температури і тиску, а й від складу вихідної газової суміші, селективності і стану каталізатора. Найбільш суттєвою домішкою, як правило, є метан.
4. Якими властивостями повинні володіти каталізатори синтезу метанолу?
Застосовуваний для синтезу метанолу каталізатор повинен мати високу селективність, т. Е. Максимально прискорювати освіту метанолу при одночасному придушенні побічних реакцій. Кращі виявилися каталізатори, основними компонентами яких є оксид цинку або мідь.
Каталізатори синтезу метанолу дуже чутливі до каталітичним отрут, тому першою стадією процесу є очищення газу від сірчистих сполук. Сірчисті з'єднання отруюють цинк - хромові каталізатори можна зупинити, медьсодержащие каталізатори - є незворотнім. Необхідна також ретельне очищення газу від карбонила заліза, який утворюється в результаті взаємодії оксиду вуглецю з залізом апаратури. На каталізаторі карбоніл заліза розкладається з виділенням елементарного заліза, що сприяє утворенню метану.
5. Обгрунтуйте оптимальні умови синтезу метанолу. Проаналізуйте вплив температури, тиску, об'ємної швидкості газу на вихід метанолу. Чим викликано обмеження підвищення тиску?
Із зростанням об'ємної швидкості газу вихід метанолу падає. Така закономірність заснована на тому, що зі збільшенням об'ємної швидкості зменшується час контакту газу з каталізатором і, отже, концентрація метанолу в газі, що виходить з реактора.
Однак за рахунок більшого обсягу газу, що припадає в одиницю часу через однаковий обсяг каталізатора, продуктивність останнього збільшується.
У порівнянні з усіма побічними процесами отримання метилового спирту йде з максимальним зменшенням обсягу, тому відповідно до принципу Ле-Шательє підвищення тиску зміщує рівновагу в бік утворення метилового спирту. Так як процес екзотермічен, то при підвищенні температури рівновага зсувається вліво і рівноважна ступінь перетворення синтез-газу в метиловий спирт зменшується. У той же час при недостатньо високих температурах швидкість процесу надзвичайно мала. Тому в промисловості процес ведуть у вузькому інтервалі температур з коливаннями в 20-30 ° С.
6. Чим зумовлена циркуляційна схема синтезу метанолу?
При збільшенні об'ємної швидкості до 100 000 ч -1 ступінь перетворення вихідної суміші за один прохід зменшується, але при циклічної схемою з рециркуляцією газів кількість отриманого метилового спирту зростає, так як ступінь перетворення знижується повільніше, ніж збільшується об'ємна швидкість
7. Чому необхідно частину циркуляційного газу видаляти з циклу?
При циркуляції в синтез-газі накопичуються інертні домішки (метан, азот, аргон) і їх концентрацію регулюють часткової отдувкой газу.
8. Складіть функціональну схему синтезу метанолу. Намалюйте ескіз колони синтезу.
В теплообміннику 1 газ нагрівається до 330-340 о С і по центральній трубі, в якій розміщений електричний обігрівач 3, надходить у верхню частину колони і проходить послідовно п'ять шарів каталізатора 4. Після кожного шару каталізатора, крім останнього, в колону вводять певну кількість холодного циркуляційного газу 2 для підтримки необхідної температури. Після п'ятого шару каталізатора газ прямує в теплообмінник, де охолоджується з 300-385 до 130 ОС, а потім в холодильник-конденсатор типу "труба в трубі" 4. Тут газ охолоджується до 30-35 о С і продукти синтезу конденсуються.
9. У чому полягають особливості виробництва метанолу при низькому тиску?
Процес виробництва метанолу при низькому тиску включає практично ті ж стадії, але має деякі особливості.
Внаслідок зниження температури синтезу при низькому тиску процес здійснюється в умовах, близьких до рівноваги, що дозволяє збільшити продуктивність агрегату.
Концентрація і виготовлення реакторів для проведення процесу при тиску простіше завдяки більш м'яким умовам синтезу. При цьому застосовують реактори як шахтні, так і трубчасті. В реакторах для синтезу при низькому тиску особливу увагу приділяють знімання тепла, так як медьсодержащие каталізатори в порівнянні з цинк - хромовими значно більш чутливі до коливань температури. У шахтних реакторах температурний режим регулюють за допомогою байпасів, холодний газ вводять через спеціальні розподільні пристрої. У трубчастих реакторах каталізатор знаходиться в трубках, охолоджуваних киплячою водою. Температуру каталізатора підтримують постійної по всій довжині реактора за допомогою регуляторів тиску, причому перегріви каталізатора практично виключені. Вивантаження відпрацьованого каталізатора протікає шляхом зняття колосникових решіток. Діаметр реакторів досягає 6 м при довжині 8 - 16 м.
10. У яких напрямках відбувається вдосконалення виробництва метанолу?
Істотно розширюється використання метанолу для отримання оцтової кислоти, очищення стічних вод від шкідливих сполук азоту, для виробництва кормового білка. Останнім часом припускають, що метанол знайде широке застосування в якості джерела енергії, газового палива для теплових електростанцій, моторного палива і як компонент автомобільних бензинів. Завдяки добавці метанолу поліпшуються антидетонаційні властивості бензину, підвищується ККД двигуна і зменшується зі
тримання шкідливих речовин у вихлопних газах. Розширення сфери застосування метанолу вимагає енергійних заходів щодо вдосконалення його виробництва. Можна виділити кілька основних напрямків: укрупнення потужності одиничного обладнання, використання бесконверсіонной переробки синтез-газу, комбінування синтезу метанолу з виробництвом інших продуктів азотної промисловості, застосування відцентрових компресорів. Надійність роботи відцентрових компресорів, як найбільш складного і відповідального машинного обладнання технологічної лінії, є в той же час критерієм надійності і стабільності роботи агрегату синтезу в цілому.
11. Охорона навколишнього середовища у виробництві метанолу.
Друге джерело забруднення біосфери в виробництві метанолу - стічні води. У них міститься до 0,3% метанолу та інших кисневмісних сполук вуглецю. В основному це води від промивання шлаків і ємностей разом з відходами зі стадії очищення метанолу. Практично повне очищення стічних вод досягається тільки при їх біологічної обробці. Біологічне окислення проводять в аеротенках з активним мулом. Гранично допустима концентрація метанолу в стічних водах,