Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования «Южно-Уральский государственный  университет»

Факультет «Химический»

Кафедра «Химическая технология» 
 
 
 

Технология  производства метанола-сырца в трехфазной системе 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии» 
 

ЮУрГУ–Хим–302.04.04.00 ПЗ КП 
 
 
 
 

Нормоконтролер, к.х.н., доц. кафедры          Руководитель, к.х.н., доц. кафедры

________________  К.Р. Смолякова           _________________К.Р.Смолякова

________________   2011 г.    _________________ 2011 г. 

                                       Автор проекта

      студент группы Х-302

_________________Я. А. Верменко _________________ 2011 г. 
 

                                                Проект защищен

                                                с оценкой 

                                                            _________________________

      __________________2011 г.

 
 
 
 
 

Челябинск 2011

   АННОТАЦИЯ 

    Верменко Я. А.Технология производства метилового спирта в трёхфазной системе. – Челябинск: ЮУрГУ, Х-302, 39 с., с 3 илл., 4 лист чертежа ф А3; библтогр. сисок – 3 наим. 

   В курсовом проекте изучена технология производства метанола-сырца в трехфазной системе.

   Для этого рассмотрены сырье для  получения метанола-сырца, принцип работы аппаратов в производстве метанола-сырца в трехфазной системе, проанализирована экологическая составляющая метанола-сырца и выявлены перспективы развития технологии данной отрасли.

   Рассмотрена технологическая схема производства метанола-сырца, изучен принцип работы основного аппарата, рассчитан материальный и тепловой баланс для колонны основной ректификации. 
 
 
 
 
 
 

   

   

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

   ВВЕДЕНИ           4

   1 СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА     7

   2 ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА. СВОЙСТВА МЕТАНОЛА И ЕГО ВОДНЫХ РАСТВОРОВ         10

   3 Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта      14

       3.1 Давление          15

       3.2 Температура          16

       3.3 Двуокись углерода         17

       3.4 Инертные компоненты        17

       3.5 Катализаторы синтеза  метанола      19

       3.6 Условия проведения процесса       24

   4 Описание химико-технологической схемы   25

   5 Расчет материального баланса ХТС     30

   6 Расчет основных технологических показателей процесса           33

   7  НОВЫЕ НАПРАВЕНИЯ В  РАЗВИТИИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА34

   8   ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ МЕТАНОЛА 35

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ          36

   БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК       37 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

   Метанол (метиловый спирт) является одним  из важнейших по значению и масштабам производства органическим продуктом, выпускаемым химической промышленностью. Впервые метанол был найден в древесном спирте в 1661 г., но лишь в 1834 г. был выделен из продуктов сухой перегонки древесины Думасом и Пелиготом. В это же время была установлена его химическая формула.

   Способы получения метилового спирта могут  быть различны: сухая перегонка древесины, термическое разложение формиатов, гидрирование метилформиата, омыление метилхлорида, каталитическое неполное окисление метана, каталитическое гидрирование окиси и двуокиси углерода.

   До  промышленного освоения каталитического  способа метанол получали в основном сухой перегонкой древесины. «Лесохимический метиловый спирт» загрязнен ацетоном и другими трудноотделимыми примесями. В настоящее время этот метод получения метанола практически не имеет промышленного значения. По причинам технического и главным образом экономического характера промышленное развитие получил метод синтеза метанола из окиси углерода и водорода.

   В 1913 г. был разработан синтетический способ получения метанола из окиси углерода и водорода на цинк-хромовом катализаторе при давлении 250…350 кгс/см². Позднее, в 1923 г. этот процесс был осуществлен в Германии в промышленном масштабе и в дальнейшем интенсивно развивался и совершенствовался.

   История развития отечественного промышленного синтеза метанола началась в 1934 г. выпуском ~30 т/сут. метанола на двух небольших агрегатах Новомосковского химического комбината. Сырьем для производства метанола служил водяной газ, полученный газификацией кокса. В настоящее время основное количество метанола вырабатывается на базе природного газа. Процесс синтеза осуществляется при 250…300 кгс/см² и 380 °С.

   В соответствии с Директивами XXIV съезда КПСС об ускоренном развитии химической промышленности и расширении ассортимента химической продукции производство метанола, являющееся в настоящее время крупнотоннажным производством, растет бурными темпами.

   Выпуск  метанола за указанный период значительно  превышал темпы роста производства многих продуктов химической промышленности. Увеличение выпуска метанола проводилось путем интенсификации процесса, расширения существующих и строительства новых производств. В дальнейшем выпуск будет расти в результате строительства крупных однолинейных установок с использованием турбоциркуляционных компрессоров вместо поршневых машин и применения новых катализаторов, позволяющих проводить процесс при относительно низком давлении (50…150 кгс/см²). Бурный рост производства метанола обусловлен постоянно возрастающим многообразием сфер его применения. Метанол является сырьем для получения таких продуктов как формальдегид (около 50% от всего выпускаемого метанола), синтетический каучук (~11%), метиламин (~9%), а также диметилтерефталат, метилметакрилат, пентаэритрит, уротропин. Его используют в производстве фотопленки, аминов, поливинилхлоридных, карбамидных и ионообменных смол, красителей и полупродуктов, в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности. В большом количестве метанол потребляют для получения различных химикатов, например хлорофоса, карбофоса, хлористого и бромистого метила и различных ацеталей.

   Предприятия по выпуску метанола размещены в различных экономических районах страны, поэтому и виды используемого сырья различны. Наиболее дешевый метанол получают при использования в качестве сырья природного газа. Это и стимулирует перевод предприятий метанола на природный газ.

   

   Несмотря  на достигнутые успехи, производство метанола продолжает совершенствоваться. Разрабатываются более активные и селективные катализаторы, а также совершенствуются цинк-хромовые катализаторы, методы получения и подготовки исходного технологического газа, аппаратурное оформление процесса. Более полно используется тепло, выделяющееся при синтезе метанола. Разрабатываются технологические схемы на основе прогрессивной техники. Новые мощные агрегаты синтеза метанола производительностью до 30 тыс. т/г в энергетическом отношении будут автономны — для ведения процесса практически не потребуется подводить извне энергию и пар. Одновременно с созданием крупных одноагрегатных установок с использованием низкотемпературных катализаторов в мировой практике имеются примеры создания крупных агрегатов, работающих при высоком давлении (250…350 кгс/см²). Однако в мировой и отечественной практике ввиду технико-экономических преимуществ намечается развитие схем производства метанола при низком давлении 50…150 кгс/см².  

 

1 СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

 

   Технологический исходный газ для синтеза метанола получается в результате конверсии (превращения) углеводородного сырья: природного газа, синтез-газа после производства ацетилена, коксового газа, жидких углеводородов (нефти, мазута, легкого каталитического крекинга) и твердого топлива (угля, сланцев).

   Исходный  газ для синтеза метанола можно получить почти из всех видов сырья, которые используют при получении водорода, например в процессах синтеза аммиака и гидрирования жиров. Поэтому производство метанола может базироваться на тех же сырьевых ресурсах, что и производство аммиака. Использование ого или иного вида сырья для синтеза метанола определяется ядом факторов, но прежде всего его запасами и себестоимостью в выбранной точке строительства. В соответствии с реакцией образования метанола 

   СО + 2Н₂↔ CH₃OH. 

   В исходном газе отношение водорода к окиси углерода должно составлять 2:1, то есть теоретически необходимо, чтобы газ содержал 66,66 объемного % H₂ и 33,34 объемного % СО. В производственных условиях синтез метанола осуществляют по циркуляционной схеме при отношении H₂:СО в цикле выше стехиометрического. Поэтому необходимо иметь избыток водорода в исходном газе, т. е. отношение H₂ : CO в нем обычно поддерживают в пределах 1,5…2,25.

   При содержании значительных количеств  двуокиси углерода в исходном газе отношение реагирующих компонентов целесообразно выражать соотношением (H₂—CO₂):(CO+CO₂). Это соотношение учитывает расход водорода на реакции восстановления окиси и двуокиси углерода. В исходном газе оно должно быть несколько выше стехиометрического для обеих реакций и равно 2,15…2,25. Величина соотношения (H₂—CO₂):(СО+СО₂) не определяет концентрации двуокиси углерода в исходном газе. Количество СО₂ может быть различным в зависимости от метода получения газа,  также условий синтеза (давление, температура, состав катализатора синтеза метанола) и изменяется от 1,0 до 15,0 объемного %. Природный и попутный газы представляют наибольший интерес, как с экономической точки зрения, так и с точки зрения конструктивного оформления процесса подготовки исходного газа (конверсия, очистка и компримирование). Кроме того, они содержат меньше нежелательных примесей, чем газы, полученные газификацией твердого топлива.

   Состав  природного газа в зависимости от месторождения различен. Основным компонентом природного газа является метан; наиболее значительно меняется содержание гомологов метана (этан, пропан, бутан) и инертных газов.

   Большинство крупных производств метанола базируется на использовании природного газа. Для получения исходного газа, S углеводородное сырье подвергают конверсии различными окислителями — кислородом, водяным паром, двуокисью углерода и их смесями. В зависимости от используемых видов окислителей или их смесей различают следующие способы конверсии: паро-углекислотная при атмосферном или повышенном давлениях, паро-углекислотная с применением кислорода, высокотемпературная и паро-углекислородная газификация жидких или твердых топлив. Выбор окислителя или их комбинации определяется назначением получаемого исходного газа (для синтеза метанола на цинк-хромовом или медьсодержащем катализаторах) и технико-экономическими факторами.

   В качестве сырья для производства метанола используют также синтез-газ после производства ацетилена методом окислительного пиролиза (на 1 т ацетилена обычно образуется до 10000 м³ газа). Этот газ содержит водород и окись углерода в соотношениях, близких к стехиометрическому для реакции синтеза метанола.  Остаточный, метан является нежелательной примесью, поэтому до поступления в отделение  синтеза газ проходит и каталитическую конверсию.