1598005355-8175385b9c8404424807f40ff9c50b0a (811200), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Производство метанола из оксидов углерода и водорода включает ряд операций, обязательных для любого процесса. Синтез-газ предварительно очищается от карбонилов железа, сернистых соединений и частиц масла, нагревается до температуры начала реакции и поступает в реактор. После выхода из зоны катализа метанол выделяется из газовой смеси охлаждением и очищается от воды и углеводородов, а непрореагировавший газ компримируется и возвращается в процесс. Промышленные процессы получения метанола из синтез-газа различаются типом используемых катализаторов и условиями проведения процесса, прежде всего давлением (при высоком и низком давлениях). До середины 1960-х годов в промышленности применялись только процессы высокого давления (24— 34 МПа) на оксидных цинк-хромовых катализаторах при температуре 350 — 400'С.
Высокое давление обеспечивало большую пропускную способность оборудования, а применявшиеся катализаторы отличались малой чувствительностью к сернистым и другим примесям. Эти процессы были реализованы на агрегатах единичной мощностью до 100 тыс. т в год метанола. В начале 1960-х годов был разработан синтез метанола при низком давлении, и на его долю в настоящее время приходится более 80о/о всего мирового объема производства этого продукта. 114 Таблица 3.14, Удельные расходные и зкономические показатели процессов производства метанола из различных видов сырья (в расчете иа 1 т метанола) Прирадиыя ~ аа Бензин Мазут уголь Пакааатеаь 230,0 111,0 1,27 150,0 100,0 1,34 Капитальные вложения, % Эксплуатационные расходы, % Сырье и топливо, т у.т. Электроэнергия, кВт ч Питательная котельная вода, иа Вода для охлаждения, м' Общий расход энергоресурсов, у.
т. Термический к. п, д., % 100,0 105,0 140,0 100,0 113,0 106,0 1,09 1,13 1,24 70,0 60,0 130,0 0,72 0,80 0,84 50,0 40,0 80,0 т 1,12 1,16 1,30 69 0 6? 0 60 0 59 0 Процесс проводится на медьсодержащих оксидных катализаторах, главным образом на основе оксидов меди, цинка, алюминия и хрома, при давлении 4 — 10 МПа и температуре 230— 260'С. Преимущество этого процесса заключается в более высоких активности и селективности катализаторов. Получаемый метанол содержит меньше примесей, что позволяет упростить систему его ректификации и снизить расход синтез-газа примерно на 10о/а.
Низкое давление обеспечивает меньший расход энергии на сжатие синтез-газа и его рециркуляцию. Кроме того, процесс прост и надежен в эксплуатации. В большинстве промышленных схем синтеза при низком давлении используются реакторы, в которых катализатор размещается в трубах, а межтрубное пространство омывается кипящей водой. Медьсодержащие катализаторы чувствительны к сернистым соединениям и требуют высокой степени очистки сырьевого газа. Современные установки по производству метанола достигают единичной мощности до 2 тыс.
т/сут и проектируются установки производительностью по 5 — 10 тыс. т/сут. Экономика производства метанола во многом определяется видом исходного сырья, что подтверждается данными, приведенными в табл. 3.14 169, 124, 1261. Однако ресурсы природного газа относительно ограничены, в то время как во многих странах и регионах имеются большие запасы дешевых углей.
Поэтому уголь рассматривается сегодня в качестве перспектив1юго сырья для организации крупномасштабного производства метанола и продуктов иа его основе. Одно из главных направлений использования метанола— расширение ресурсов моторных топлив за счет добавки его (до 15%) к нефтяным бензинам. Но при этом возможно расслоение фаз и создание паровых пробок в двигателе. В качестве стабилизаторов, предотвращающих эти явления, обычно используют высшие спирты. Специализированное производство 8' 115 этих спиртов традиционными нефтехимическими процессами малопроизводительно и требует высоких финансовых затрат. В связи с этим были разработаны процессы, обеспечивающие совместное получение из синтез-газа метанола и спиртов Ст — Са.
Один из таких процессов, разработанный Французским институтом нефти, осуществляется в присутствии высокоактивного катализатора. Процесс проводится при температуре 260— 320'С и давлении б — 10 МПа; оптимальное соотношение Ня. СО в сырьевом синтез-газе — 2,0 — 2,5. Из-за низкой конверсии за один проход (12 — 18е(е) применяется высокая кратность циркуляции !1271. Реакции образования спиртов Ст — Се в большинстве своем сильно экзотермичные, и важной особенностью процесса является надежный отвод и утилизация выделяющегося тепла. При больших мощностях установок для оптимального регулирования температуры катализатора предпочтительно применение адиабатического многослойного реактора с промежуточным охлаждением.
Изменяя режим процесса и состав катализатора, можно регулировать содержание спиртов Ст — Са в получаемой смеси в пределах 15 — 507о (масс.). Содержание воды в спиртовой смеси колеблется от 5 до 35е(е (масс.), ее удаление, а также очистка спиртовой фазы осуществляются с помощью экстрактивной и азеотропной перегонки. Аналогичный процесс разработан в Италии„где он реализован на крупной опытно- промышленной установке. Использование метанола или его смесей с высшими спиртами в качестве моторного топлива или добавки к бензину связано с рядом трудностей, вызываемых его низкой теплотой сгорания и токсичностью.
Этих трудностей можно избежать путем конверсии метанола в углеводородное топливо, отвечающее требованиям, предъявляемым к нефтяным бензинам. Основы превращения метанола в углеводородное топливо были разработаны специалистами фирмы «Мо)з(!> (США) в ходе реализации комплексной программы работ по синтезу и применению в катализе новых высококремнеземных цеолитов серии 25М. С середины 1970-х годов началась отработка процесса, получившего название «МоЬ(1 — МТО» (Ме1Ьапо! 1о Оазо!1- пе) на опытно-промышленных установках.
Образование углеводородов из метанола проходит в несколько стадий. Вначале протекает обратимая реакция дегидратации метанола в диметиловый эфир, который в дальнейшем дегидратируется с получением олефинов. Последние вступают в реакции полимеризации и циклизации, приводящие к образованию парафиновых, циклопарафиновых и ароматических углеводородов. Применяемый в процессе катализатор 25М-5 имеет специфическую кристаллическую структуру, обеспечивающую образование углеводородов с максимальным числом атомов углерода 11, что сравни- 116 Температура, 'С на входе 360 на выходе 416 слоя (средняя) Лавление, МПа 2,16 Кратность рециркуляции 9,0 Выход, но (масс.) на метанол: метанол+зфир 0,2 углеводороды 43,5 вода 56,0 СО+СОн 0,1 кокс и прочие 0,2 Состав углеводородов, о!с (масс.): газы С, — Сл 1,4 5,6 пропан 5,5 5,9 пропилея 0,2 5 0 изобутан 8,6 14,5 н-бутан 3,3 1,7 бутены 1,1 7,3 Са и выше 79,9 60,0 Бутены и изобутан могут служить источником получения алкилата, что позволяет повысить общий выход бензина.
Счн- 413 0,27 43,4 56,0 0,4 0,2 117 тельно точно соответствует составу и пределам выкипания бензиновых фракций нефти. Исследование влияния параметров процесса на выход и состав продуктов показало, что прн изменении температуры в интервале 310 †540 'С и давления от 0,1 до 5 МПа с ростом температуры увеличивается выход парафинов С, — С, и олефинов Ст — Сс при снижении выхода алифатических углеводородов Сз и выше, а с увеличением давления в указанном температурном интервале повышается выход бензина, в составе которого растет доля высших ароматических углеводородов !128).
Реакции гревращения метанола в углеводороды и воду протекают с выделением тепла в количестве 1,74 МДж/кг (на превращенный метанол). Поэтому при проектировании реакторного блока основной проблемой является отвод тепла. Предложено два варианта технологии процесса получения бензина из метанола: со стационарным и псевдоожиженным слоем катализатора.
В первом варианте с двумя реакторами отвод тепла реакции осуществляется за счет рециркуляции газа. Во втором варианте реактор с псевдоожнженным слоем катализатора обеспечивает хороший отвод тепла и постоянную высокую активность катализатора, который непрерывно регенерируется. Однако аппаратурное оформление этой схемы значительно сложнее. Характеристика условий проведения двух вариантов процесса производства бензина из метанола и состав получаемых в них продуктов представлены ниже 1129): Стацнонар- Псеахоожнный слой женный слав тается, что производство бензина на базе угля через метанол имеет преимущества перед процессом Фишера — Тропша вследствие большей селективности и более высокого термического к. п. д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
