Получение метанола из горючих ископаемых Производство метанола через синтез-газ

В настоящее время метанол получают почти целиком из синтез-газа, который является смесью водорода, угарного газа и СО2.

Превращение протекает в присутствии гетерогенного катализатора согласно следующим уравнениям:

Реакции экзотермические эндотермическая реакция

Реакция 1 и 2 протекают с уменьшением объема

Согласно принципу Ле Шателье, для сдвига реакции в сторону образования метанола необходимо увеличивать давление и уменьшать температуру.

в ходе реакции 3 образуется угарный газ, реагирующий затем с водородом с образованием метанола

156

Синтез-газ для производства метанола можно получить путем риформинга или частичного окисления любого углеродсодержащего материала, такого как уголь, кокс, природный газ, нефть, тяжелое дизельное топливо и асфальт

Промышленное получение метанола из синтез-газа при высоких давлениях (250-350 атм.) и температурах (300-400 °С) было освоено в Германии в 1920-е годы прошлого столетия

С тех пор и до конца Второй мировой войны основной объем метанола был получен из синтез-газа, выработанного из угля или из отходящих газов промышленных установок, таких как коксовые печи и сталеплавильные цеха.

Описание химико-технологической схемы производства метанола

Основным аппаратом в синтезе метанола служит реактор – контактный аппарат, конструкция которого зависит главным образом от способа отвода тепла и принципа осуществления процесса синтеза.

Всовременных технологических схемах используются реакторы трех типов:

-трубчатые реакторы, в которых катализатор загружен в трубки, через которые проходит реакционная масса, охлаждаемая водным конденсатом 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

157

Процессы синтеза метанола при высоком и низком давлении не имеют принципиальных различий по технологической схеме

Схема промышленного синтеза метанола: 1 – реактор; 2 – теплообменник;

3 – холодильник-конденсатор;

4 – сепаратор;

5 – циркуляционный насос

158

Сжатый синтез-газ поступает в реактор 1.

Выходящий из аппарата газ охлаждается сначала в газовом теплообменнике 2,

а затем в водяном холодильнике 3, где происходит конденсация метанола. Теплообменник и холодильник-конденсатор обычно представляют собой трубчатые аппараты.

За холодильником следует сепаратор 4, в котором метанол отделяют и собирают. Непрореагировавший газ циркуляционным насосом 5 возвращается на рециркуляцию, проходя теплообменник 2, и соединяется со свежим синтез-газом.

Отдувая из сепаратора часть циркуляционного газа, обогащенного инертными компонентами, регулируют содержание этих примесей в циркулирующем газе.

При синтезе при высоком давлении определенную часть синтез-газа и циркуляционного газа обычно вводят в реактор в виде так называемого холодного газа, служащего для съема выделяющегося тепла.

Сырой метанол, скапливающийся в сепараторе, направляют на разделение с целью получения чистого метанола.

159

Технологическое оформление процесса получения метанола под низким давлением

Исходный синтез-газ (CO + H2), полученный конверсией природного газа, тщательно очищают от масла, серы и карбонилов железа

Реакторы синтеза метанола изготовляют из высоколегированной стали для предотвращения водородной (взаимодействия водорода с углеродом стали) и карбонильной коррозии

Реакторы высокого давления представляют собой цельнокованые аппараты колонного типа.

Чаще всего применяются реакторы полочного типа с промежуточным вводом холодного газа и выносным или встроенным

теплообменником

Обычное число полок 5-6; при таком их числе перепад температур входа и выхода газа и на отдельных полках таков, что максимальная температура в аппарате не превышает 380-390 °С

160

Температура синтез-газа в трубном пространстве выше температуры воды на 10-12 °С в начале зоны реакции и на 3-5 °С в конце зоны реакции, не превышая 260-265 °С.

В полочных реакторах перепад температур значительно больше – 30-35 °С

1, 6— продольные сегментные каналы для газа; 2—колосниковая решетка для катализатора; 3—катализаторные слои;

4—ввод холодного газа; 5 —катализаторная коробка.

Классификации залежей газа

Предполагается что полезные ископаемые, в том числе природный газ, образовались в меловую эру.

считают, что именно с этим связано образование природного газа.

162

Классифицируются залежи в зависимости от глубины их залегания и времени образования.

•Сеноманского.

•Валанжинского.

•Туронского.

•Ачимовского

163

Сеноманский газ

Уникальными по объему и самыми легкоизвлекаемыми являются залежи сеноманского газа, которые располагаются ниже туронских. Залежи сеноманского газа располагаются на глубине 1000–1700 м, Эта разновидность свободного газа почти не содержит примесей, по большей части, включая метан (сухой газ). Добыча газа в данных условиях не требует его последующей очистки, поэтому наиболее целесообразно, с экономической точки зрения.

История развития добычи газа в России в первую очередь основана на сеноманском газе.

Туронский слой относительно недавнего происхождения, глубина его залегания около 800 м. Он характеризуется неоднородным составом с большим количеством примесей, снижающих качество сырья.

164