Введение 5
1 Теоретическая часть 6
1.1 Физико-химические основы синтеза метанола 6
1.2 Влияние состава газа 8
1.3 Влияние температуры 9
1.4 Разработки механизмов синтеза метанола из CO и CO2 11
1.5 Катализаторы синтеза метанола 15
1.6 Технология производства метанола 18
1.7 Малотоннажное производство метанола 19
1.8 Способы оптимизации процесса синтеза 20
1.9 Описание технологии синтез метанола Lurgi 22
1.10 Описание технологии синтез метанола Topsoe 27
1.11 Описание технологии синтез метанола Linde 27
2 Технологическая часть 30
2.1 Гидросероочистка природного газа 30
2.2 Получение синтез - газа 31
2.3 Синтез метанола 32
3 Расчетная часть 38
3.1 Расчет материального баланса 38
3.2 Расчет теплового баланса 38
3.3 Расчет изотермического реактора 41
Заключение 47
Список используемой литературы 48
Приложение А Изотермический реактор 51
Метанол - это одноатомный спирт, который не имеет цвета и является химически опасным веществом. Метанол является одним из наиболее значимых продуктов в мировом химическом производстве. Метанол был открыт впервые в 1661 г. ученым Боулем, он получил его путем перегонки древесины, на данный момент времени способ устарел и сейчас не используется из-за низкого выхода и высокой загрязненности продукта. В 1834 г. ученые Думас и Пелигот синтезировали метанол в чистом виде и идентифицировали его именно как простейший одноатомный спирт.
Впервые в промышленных масштабах метанол начали производить на немецком заводе BASF в 1923 г. В основе лежал процесс взаимодействия оксидов углерода с водородом при повышенном давлении и температуре (35 МПа и 300 °С) на цинк-хромовом катализаторе. К концу двадцатых годов мировое производство метанола достигло производительности 150 тысяч тонн в год. В дальнейшем, компанией ICI был разработан более эффективный и производительный метод синтеза, включавший в себя гидросероочистку исходного сырья и синтез при давлениях 5 - 10 МПа и температурах 220 - 280 °С на медноцинковых катализаторах. Это послужило основой для экспоненциального роста объемов мирового производства. Сейчас уровень производственных мощностей по миру в целом составляет 50 миллионов тонн в год.
Цель работы - увеличение производительности крупнотоннажного агрегата синтез метанола.
Задачи в выпускной работе:
- изучить кинетику реакции синтез метанола;
- проанализировать конструкцию реакторов и выбрать из них оптимальную;
- провели расчет материального и теплового баланса, подбор реактора и расчет.
Совершенствование промышленного процесса синтеза метанола имеет большое значение для химической промышленности, так как он является сырьем для различных процессов. Хотя технология его производства достаточно хорошо изучена, она имеет потенциал для интенсификации на основании передовых научных исследований.
Кинетика синтез метанола сильно зависит от постоянства температуры в зоне реакции для того чтобы осуществить синтез метанола в условиях постоянных температур применяются изотермические реактора разнообразных конструкций. Наиболее рациональным будет применение кожухотрубчатого реактора
В результате анализа технологических показателей процесса синтеза метанола на крупнотоннажном агрегате, был сделан вывод о необходимости изменения принципа организации работы реакторного блока. Вместо рециркуляционной схемы с 4-хполочным адиабатическим реактором предложена проточная схема с изотермическим реактором.
Проведенные расчеты показывают:
- производительность агрегата выросла на 1 т/час;
- объем загрузки катализатора для осуществления процесса снизился на 47%;
- габаритные размеры изотермического реактора значительно ниже таковых для адиабатического реактора.
Помимо этого, проведение процесса синтеза метанола в изотермическом режиме несет следующие положительные эффекты:
- увеличение срока сохранения активности катализатора;
- уменьшение выхода побочных продуктов;
- снижение энергетических затрат на производстве на единицу продукции.
