ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние различных факторов на процесс синтеза метанола из "Производство метанола" Активность катализатора и, как следствие, его производительность в значительной степени определяется технологическими условиями процесса температурой, давлением, объемной скоростью газа и его составом, а также размером зерен катализатора, методом его восстановления и т. д. Кроме того, схемы получения метанола различаются не только условиями синтеза, но и аппаратурным оформлением. В связи с этим полезно рассмотреть, как меняется производительность используемых в промышленности катализаторов в зависимости от различных технологических параметров. [c.47] Исследования процесса синтеза метанола на цинк-хромовом катализаторе проводились в основном в условия , отличных от промышленных. На лабораторных установках обеспечивался режим, близкий к изотермическому, исходную газовую смесь тщательно очищали от посторонних примесей и каталитических ядов. Поэтому, хотя приводимые ниже данные и отражают все закономерности изменений производительности катализатора, в количественном отношении она всегда несколько выше, чем наблюдается в промышленной практике. Большие исследования влияния параметров процесса на производительность цинк-хромового катализатора проведены сотрудниками Государственного института азотной промышленности (ГИАП) Д. Б. Казарновской, В. Д. Лившиц, П. П. Андреи-чевым, И. П. Сидоровым, а также в Институте физической химии АН УССР (М. Т. Русов, В. М. Власенко, М. Г. Розенфельд и др.). [c.47] При изучении процессов переноса вещества в порах катализатора установлено, что с повышением давления влияние макрокине-тических факторов на скорость образования метанола уменьшается— при 500 ат переход в кинетическую область наблюдается уже при 380 °С. Изменение температуры перехода в кинетическую область в зависимости от давления на цинк-хромовом катализаторе (рис. 8, размер зерна 4—5 мм) определено по данным . Влияние размера зерна на производительность катализатора может быть оценено по данным , полученным на проточно-циркуляционной установке при 250 ат (табл. 24). [c.48] Отношение Нг 00=2,2—2,3 объемная скорость 40 000 ч- размер зерна 0,5 —1 мм. [c.50] Влияние давления на производительность катализатора весьма значительно, но выражено менее резко, чем влияние температуры. С повышением давления более четко определяется интервал оптимальных температур (табл. 25, см. рис. 9). [c.50] В соответствии с кинетикой процесса состав газовой смеси существенно влияет на производительность катализатора при всех температурах, давлениях и объемных скоростях газа (табл. 26). [c.51] При увеличении отношения Нг СО производительность катализатора снижается при любых технологических параметрах. Максимальная производительность наблюдается примерно при отношении Нг С0=4. Увеличение производительности с ростом парциального давления окиси углерода больше в интервале оптимальных температур 360—380 °С (рис. 12). [c.51] Зависимость производительности катализатора при 380 °С, 310 ат и объемной скорости 40000 ч от парциального давления окиси углерода. [c.53] Начальное парциальное давление СО2 соответственно 1—2 ат 2—4 ат 3—6 ат 4—8 ат 5—10 ат 6—12 ат. [c.53] Из рис. 13 видно, что при изменении парциального давления окиси углерода от 20 до 40—50 ат производительность катализатора увеличивалась в любом из исследованных интервалов концентраций двуокиси углерода. При дальнейшем повышении парциального давления от 40—50 до 70 ат производительность катализатора проходит через максимум, положение которого с увеличением концентрации СОз смещается в сторону меньших парциальных давлений СО (кривая АВ). [c.53] Температура 260 °С. объемная скорость 25 200 ч-, отношение Нз 00=6. [c.54] Действительно, как было замечено при изучении низкотемпературных катализаторов, на их поверхности меняется содержание кислорода, что, в свою очередь, вызывает изменение активности катализатора. Если принять эту точку зрения, можно предположить, что введение в газ окислительного агента приведет к качественному изменению поверхностно-активных комплексов, включающих кислород, что и увеличивает активность катализатора. В последующий период между газом, содержащим окислитель, и поверхностью катализатора устанавливается равновесие, и в конечном итоге активность снижается до первоначального уровня. Прекращение подачи двуокиси углерода нарушает это равновесие И приводит к снижению выхода продукта. [c.54] Качество метанола-сырца в этих условиях несколько хуже (выше содержание некоторых альдегидов и эфиров), но практически это не оказывается а качестве метанола-ректификата. Авторы связывают это не с присутствием двуокиси углерода, а с наличием микропри месей в газе после конверсии. Метанол-сырец, полученный при использовании исходного газа с повышенным содержанием двуокиси углерода, содержит до 14—16% воды. [c.55] Б Советском Союзе и за рубежом существуют технологические схемы производства метанола, которые являются фактически очисткой конвертированного газа от окиси углерода, например в процессе получения водорода. В этом случае отношение Нг СО в циркуляционном газе очень высокое — до 16—25. Для таких схем присутствие двуокиси углерода в исходном газе вредно, так как увеличивается расход водорода в цехе синтеза метанола, повышается содержание воды в метаноле-сырце и одновременно снижается производительность агрегата. В данном случае необходима очистка газа от СОг лри обязательном соблюдении проектных параметров. [c.56] При использовании твердого топлива в качестве сырья для получения метанола требуемое соотношение Нг СО в технологическом газе может выдерживаться за счет конверсии окиси углерода водяным паром. В этом случае повышать содержание двуокиси углерода в газе нецелесообразно. [c.56] Необходимо подчеркнуть, что если повышение активности цинк-хромового катализатора при вводе двуокиси углерода является временным, то при введении паров воды оно носит постоянный характер— сохраняется по крайней мере в течение 6—10 ч после прекращения подачи воды. Строго обоснованного объяснения этому явлению не найдено. Оно не может быть объяснено только повышением производительности катализатора за счет снижения содержания побочных продуктов, так как даже при полном исключении побочных реакций производительность не может увеличиться более чем на 2—5%. Вероятно, это связано также с качественным изменением поверхностно-активных комплексов в цинк-хромовом катализаторе под влиянием воды как слабого окислителя. Если это верно, то положительное влияние паров воды должно наблюдаться и на других контактах. [c.58] Таким образом, для достижения максимальной производительности синтез метанола на цинк-хромовом катализаторе следует проводить при наиболее высоких давлении и объемной скорости газов,, при температуре -ЗбОХ, отношении Нг СО и наиболее мелком зерне катализатора. Однако в промышленной практике не всегда целесообразно осуществлять процесс в условиях получения максимального выхода продукта. Например, использование мелкозернистого катализатора создает высокое сопротивление в агрегатах чрезмерное повышение давления вызывает осложнения в аппаратурном оформлении и значительный рост капиталовложений пр отношении Нг СО 4 метанол-сырец загрязнен побочными продуктами, что затрудняет его очистку и т. д. Исходя из этого, при выборе технологического режима процесса синтеза метанола в промышленности руководствуются не столько условиями максимальной производительности, сколько техническими возможностями и тех-нико-экономическими данными, так как в конечном итоге именно последние имеют решающее значение. [c.59] Кроме указанных выше факторов имеется ряд причин, вследствие которых промышленные агрегаты работают в условиях, значительно отклоняющихся от оптимальных, найденных на основании изучения термодинамики и кинетики процесса и проверенных на опытных установках. Это — несовершенство конструкции насадок колонны синтеза, повышенное содержание в исходном газе каталитических ядов, наличие в нем значительного количества инертных компонентов, которые при непрерывной циклической схеме процесса накапливаются в циркуляционном газе, снижая эффективное давление реагирующих жомпонентов, и т. д. [c.59] Изменение производительности промышленных колонн синтеза метанола в зависимости от тех)нологических параметров исследовалось на агрегатах с несовмещенной насадкой колонны полочного типа (внутренний диаметр 800, 1200 и 1200 мм и высота 12, 12 и 18 м соответственно). Давление в системе менялось от 290 до 308 ат, температура по высоте колонны от 350 до 390 °С. [c.60] Вернуться к основной статье