ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Режим синтеза на цинк-хромовых катализаторах из "Технология синтетического метанола" В данной главе рассматривается влияние основных технологических факторов на выход метанола-сырца. При оценке приводимых ниже данных следует иметь в виду, что исследования на лабораторных и большинстве опытных установок проводятся в режимах, отличающихся от промышленных, близких к изотермическому, а исходная газовая смесь более тщательно очищается от примесей и каталитических ядов. Поэтому, хотя полученные на этих установках данные и отражают закономерности изменений производительности катализатора, в количественном отношении они всегда несколько выше, чем наблюдаются в промышленной практике (сделанное замечание не относится к данным, полученным на опытно-промышленных п промышленных агрегатах). [c.72] Изучение процесса синтеза метанола на цинк-хромовых катализаторах проводилось многими исследователями [10, 69, 74,92, 93] и подробно рассмотрено в работе [8]. Поэтому в данном разделе приведены наиболее характерные зависимости выхода метаиола от параметров процесса. [c.72] В промышленности используют катализаторы с размером зерна 5x5 и 9X9 мм. Исследования влияния размера зерна на производительность катализатора во всем интервале температур показали, что на зерне 9X9 мм синтез метанола протекает в переходной области. На зерне 4—5 мм при 34,3 МПа процесс протекает в кинетической области только при температурах ниже 350 С при более высоких температурах скорость реакции тормозится диффузией компонентов в порах катализатора. [c.72] Зависимость температуры перехода процесса в кинетическую область от давления. [c.73] Зависимость производительности катализатора от температуры и давления. [c.73] Зависимость степени приближения к равновесию от температуры. [c.73] Зависимость производительности катализатора от температуры и объемной скорости газа. [c.73] Влияние давления на производительность катализатора весьма значительно, но выражено менее резко, чем влияние температуры. С повышением давления более четко определяется интервал оптимальных температур (см. рис. 3.2). [c.74] Зависимость производительности катализатора от парциального давления оксида углерода н температуры (-----промышленные данные). [c.75] Бремени через одинаковый объем катализатора, производительность последнего увеличивается. Наибольший эффект роста производительности наблюдается при увеличении объемной скорости газа от 10-10 до 30-10 ч (рис. 3.4, давление 30 МПа). [c.75] В соответствии с кинетикой процесса состав газовой смеси существенно влияет на производительность катализатора при всех температурах, давлениях и объемных скоростях газа, что подтверждается данными табл. 3.1. [c.75] При увеличении соотношения Нз СО производительность катализатора проходит через максимум и максимальный выход метанола наблюдается при Нг С0 4. Увеличение производительности с ростом парциального давления оксида углерода больше в интервале оптимальных температур 360—380 °С (рис. 3.5, объемная скорость газа 3,5-10 ч ). [c.75] При изменении парциального давления оксида углерода (рис. 3.6 давление 30 МПа, температура 380 °С, объемная скорость газа 40-103 ч 1) от 1,96 до 4,9 МПа производительность катализатора увеличивалась в любом из исследованных интервалов концентраций диоксида углерода. При дальнейшем повышении парциального давления до 6,86 МПа производительность катализатора проходит через максимум, положение которого с увеличением концентрации СО2 смеш,ается в сторону меньших парциальных давлений оксида углерода (линия АВ на рис. 3.6). [c.76] Хотя диоксид углерода, видимо, не влияет на скорость образования метанола, присутствие его в газе при работе на цинк-хромовом катализаторе не всегда желательно. Реакция восстановления диоксида углерода протекает с поглощением тепла, что безусловно отражается на общем тепловом режиме процесса. Границы целесообразных концентраций диоксида углерода могут быть оценены по рис. 3.6. [c.76] Опыт эксплуатации производств метанола подтверждает отсутствие заметного влияния диоксида углерода на работу цинк-хромового катализатора. Так, при содержании в исходном газе до 5% (об.) СО2 катализатор работает без заметного снижения производительности в течение 12—18 мес, а в отдельных случаях и более длительный срок. Агрегаты синтеза эксплуатируются стабильно и автотермично. С увеличением содержания диоксида углерода в исходном газе и соотношения Нг СО степень превращения диоксида углерода за один проход газовой смеси через колонну возрастает (табл. 3.2). [c.76] Многолетний опыт работы нескольких производств метанола показывает возможность проведения синтеза в присутствии диоксида углерода, но по ряду причин (излагаемых ниже) вопрос должен рассматриваться в каждом случае конкретно. [c.76] В Советском Союзе и за рубежом существуют технологические схемы производства метанола, которые фактически являются очисткой конвертированного газа от оксида углерода, например в процессе получения водорода. В этом случае соотношение Н2 СО в циркуляционном газе очень высокое и достигает 16—25. Для подобных схем присутствие диоксида углерода в исходном газе вредно, так как увеличивается расход водорода в отделении синтеза метанола, повышается содержание воды в метаноле-сырце и одновременно снижается производительность агрегата. Очистка газа от диоксида углерода в данном случае необходима. [c.77] Интересна схема производства метанола с использованием исходного газа, полученного в трубчатых печах паровой конверсией природного газа с дозированием диоксида углерода. Конвертированный газ уже содержит 4,2—5,0% (об.) СО2 и имеет /-=2,15—2,3 его можно направлять без очистки непосредственно на синтез метанола. Опыт работы по такому методу дал положительные результаты, а технико-экономический анализ подтвердил предпочтительность его перед схемами, работающими на сырье, полученном другими видами конверсии [9]. Поэтому такая схема находит все большее развитие. Максимально возможная концентрация диоксида углерода в исходном газе определяется техническим (например, автотермичностыо работы агрегата) и экономическими факторами. По оценке авторов, при соблюдении необходимого соотношения реагирующих компонентов она находится в пределах 12—14% (об.). Однако необходимо учитывать, что при значительном содержании диоксида углерода возможна коррозия оборудования, в частности — трубопроводов межступенчатой теплообменной аппаратуры, компрессоров. Коррозия усиливается, если в исходном газе присутствуют сернистые соединения. [c.78] Влияние паров воды на скорость реакции синтеза метанола связано с протеканием параллельных и последовательных побочных реакций (образование эфиров, альдегидов, спиртов) [74]. Об этом свидетельствуют следующие факты. При работе на сухом газе содержание побочных продуктов всегда возрастает при повышении температуры, парциального давления оксида углерода и снижении объемной скорости газа. Аналогичные закономерности наблюдаются и при введении паров воды. Таким образом при всех условиях, способствующих реакциям образования побочных продуктов, пары воды замедляют скорости этих реакций, что, видимо, отражается и на скорости образования метанола и в итоге повышает производительность цинк-хромового катализатора. [c.79] Из сказанного выше следует, что для достижения максимальной производительности синтез метанола на цинк-хромо-вом катализаторе необходимо проводить при наибольших давлении и объемной скорости газов, при температуре около 360 °С, соотношении Н2 СО = 4 и более мелком зерне катализатора. В промышленной же практике не всегда целесообразно осуществлять процесс в условиях получения максимального выхода продукта. Например, использование мелкозернистого катализатора создает высокое сопротивление в агрегатах чрезмерное повышение давления осложняет аппаратурное оформление и вызывает рост капитальных вложений при соотношении Н2 С0 = 4 метанол-сырец загрязнен побочными продуктами, что затрудняет его очистку, и т. п. Поэтому при выборе технологического режима в промышленности руководствуются не столько условиями максимальной производительности, сколько техникоэкономическими данными и техническими возможностями, так как в итоге именно последние имеют решающее значение. [c.79] Вернуться к основной статье