Производство метанолв

          Опыт работы промышленных установок  и результат исследовательских  работ показали, что при снижении  СО ниже 13 – 15% (для давления 250 атмосфер) или ниже 11 – 13% (для давления 320 атмосфер) выход метанола значительно уменьшается. В настоящее время признано  оптимальное соотношение в исходном  газе Н2 : СО = 4,5 – 5 : 1.

          Существенное влияние на выход  и качество получаемого метанола  оказывает величина объемной  скорости. При повышении объемной  скорости увеличивается выход метанола-сырца  с одновременным уменьшением в нем примесей. Однако повышение объемной скорости ограничивается активностью катализатора. В начале пробега работают при объемной скорости 40000 ч-1. По мере того как катализатор теряет активность, объемную скорость снижают до 20000 – 25000 ч-1.

          Для синтеза метанола применяют  таблетезированный цинк-хромовый  катализатор, содержащий примерно 60% ZnO и 35% Cr2O3. Производительность такого катализатора достигает 40 тонн в сутки с 1 м3 каталитической насадкой. Длительность работы катализатора 4-6 месяцев.

          После загрузки в колонну синтеза  катализатор восстанавливают в  токе водорода при температуре 300 – 400 оС. О степени восстановления судят по уменьшению количества выделяющейся воды. Процесс восстановления катализатора продолжается 3 – 5 суток.

          В работе цехов синтеза метанола  весьма важной задачей является  защита оборудования от карбонильной  коррозии, обусловленной применением  высоких давлений и СО-содержащих газов. Помимо корродирующего действия, образование карбонилов железа опасно по следующей причине. Карбонилы железа (в основном, пентакарбонил), попадая в колонну синтеза, разлагаются, насыщая катализатор активным железом, которое, в свою очередь, является катализатором в реакции метанирования. Развитие этих реакций может привести к нарушению температурного режима в зоне катализа.

          Для предотвращения карбонильной  коррозии детали активных зон  оборудования изготавливаются из  марганцовистой меди или футерируются  медными сплавами. Места неудобные  для футеровки, подвергаются оцинкованию.

          Большое внимание уделяется очистке  свежего и циркуляционного газа  от масел, попадающих в газ  из компрессоров и циркуляционных  насосов. В зоне катализа масло крекируется, что приводит к закоксовыванию катализатора и снижению его активности.

          С целью уменьшения замасливания  циркуляционного газа применяют  центробежные циркуляционные насосы взамен поршневых. При синтезе метанола по приведенной выше схеме получают продукт следующего качества (метанол-сырец):

           Переработка метанола-сырца указанного выше состава с получением метанола-ректификата является относительно простой операцией вследствие высокого содержания метанола в сырце и сравнительно легкого отделения примесей от основного продукта.

          Получаемый в цикле синтеза  метанол-сырец поступает на колонну  отделения эфиров. Освобожденный  от эфирных примесей продукт  подается на следующую ректификационную  колонну, где от него отделяется  так называемый предгон, состоящий  из олефинов и карбонилов железа.

          Очищенный от низкокипящих примесей  продукт поступает на перманганатную  очистку, где освобождается от  легкоокисляющихся и полимеризующихся  компонентов (остатки олефинов и  других непредельных соединений).

          Осветленный продукт поступает на колонну основной ректификации, где на ряду с метанолом-ректификатом получают изобутиронометанольную фракцию, перерабатываемую на изобутанол.

          Основными задачами проектных  и исследовательских работ в  частности синтеза метанола является  увеличение мощности колонн с  доведением производительности  агрегата до 100000 тонн в год  по метанолу-сырцу, увеличение механической  прочности и активности катализаторов  синтеза, усовершенствование применяемых  катализаторов, разработка новых конструкций насадок колонн синтеза, разработка методов тщательно очистки газов от масла и карбонилов железа.

          Большое значение имеет создание  новых систем синтеза метанола  сз СО-водородной смеси, в частности  проведение процесса во взвешенном  слое. Осуществление этого процесса  потребует применения катализаторов  повышенной прочности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          4. Охрана окружающей среды 

          Из-за специфики метанола, как загрязнителя (неограниченная растворимость в воде, способность образовывать растворы со льдом и снегом при отрицательных температурах, высокая летучесть), традиционные методы ликвидации последствий аварии, такие, как применение заградительных и боновых заграждений, сорбентов, сборщиков, скиммеров, становятся неэффективными. Устранить последствия аварии с загрязнением водного объекта метанолом чрезвычайно сложно. При этом размер вреда, причиненного водному объекту, может быть весьма значительным с учетом факторов, влияющих на его величину, к которым относятся водохозяйственная ситуация и значимость состояния водного объекта, природно-климатические усло­вия, длительность и интенсивность воздействия вредного (загрязняющего) вещества на водный объект, масса загрязняющего вещества.

          Транспортировка метанола, как опасного груза подкласса 6а (летучие легковоспламеняющиеся ядовитые вещества), на удаленные газовые промыслы наземным либо водным транспортом требует особых мер безопасности, исключающих аварии, разливы, утечки и возгорания. Таким образом, при его транспортировке, операциях слива и налива существует опасность возникновения аварийных ситуаций с экологическим ущербом. Анализ рисков и предварительная экологическая оценка последствий аварийных ситуаций показывают, что существенная доля ущерба окружающей среде обусловлена загрязнением водных объектов.

          Указанные экологические риски могут быть значительно снижены при размещении производств метанола в непосредственной близости от потребителей.

 

 

Талбица 1 – Сравнение производств метанола

          Видно, что удельные показатели потребления электроэнергии, а также удельного водопотребления, водоотведения и выбросов загрязняющих веществ в атмосферу значительно ниже, чем на крупных производствах метанола.

           Ещё одним положительным моментом  с экологической точки зрения  является то, что при эксплуатации  установки по производству метанола  не образуется значительных количеств  постоянных промышленных твердых  отходов, за исключением отработанных  медь – и никельсодержащих катализаторов, а также ионообменных смол для водоподготовки, потерявших потребительские свойства.

          Сточные воды производства метанола относятся к разряду слабо кислых, концентрированных, основными загрязняющими веществами в которых являются метанол, муравьиная кислота, высшие спирты, механические примеси. Количество сточных вод, образующихся из кубовых остатков после промывки в вакуумных аппаратах, невелико, поэтому их собирают в накопительную емкость, из которой периодически направляют в сооружения биологической очистки.

          Сточные воды, образующиеся из кубовых остатков ректификационных колонн, перед направлением на сооружения биологической очистки подают в усреднительные емкости, а затем в смесительные камеры для смешения со сточными водами других химических производств, а также с хозяйственно-бытовыми сточными водами.

          В минеральных растворах, содержащих метиловый спирт (25—50 мг/л), происходит развитие микроорганизмов, скорость появления и качественный состав которых зависят от концентрации спирта в растворе. Наиболее благоприятна концентрация спирта 50—100 мг/л. При такой концентрации скорее всего развиваются бактерии и простейшие.

          Химическое потребление кислорода (ХПК) = 43,0 мг 02/л и при полном отсутствии специфических загрязнений может быть получена при периоде аэрации 12 ч, концентрации активного ила по сухой массе 3,0 г/л, его зольности 14 %, иловом индексе 60, приросте 119 мг/л и подаче на вход аэротенков сточных вод с биохимическим потреблением кислорода (БПКп) = 330 мг/л, ХПК = 500 мг 02/л, содержанием азота аммонийного 65 мг/л, капролактама 35 мг/л, формальдегида 40 мг/л, метанола 40 мг/л, циклогексанона 10,8 мг/л, циклогексанола 2,25 мг/л. Удельная скорость окисления по БПК (в г) на 1 г бензольного числа в час составила 0,0106, а по ХПК — 0,0147.

          Количество выбросов CO2 зависит от степени использования углерода. При двухступенчатом риформинге эта величина равна 80% и выбросы составляет 0,34 тонны CO2 на тонну метанола. При одноступенчатом – 0,45 тонны CO2 на тонну метанола.

          Существует ряд разработок, направленных на снижение вредного воздействия производства метанола на окружающую среду. Считается, что обезопасить данные производства можно, разработав метод его синтеза напрямую из метана и кислорода, минуя промежуточный этап производства синтез-газа, поскольку при этом экономилось бы топливо, необходимое для процесса паропреобразования. Однако в настоящее время не известен ни один катализатор, который позволял бы провести эту реакцию при достаточно низкой температуре, чтобы избежать конкурирующей реакции горения; и даже при условии, что такой катализатор будет найден, преимущество по контролю уровня двуокиси углерода будет достигнуто только при использовании кислорода, полученного с помощью ядерной либо восстановимой энергии. В любом случае, в ближайшем будущем ожидать появления новых, более экологически чистых технологий производства метанола ожидать не следует.

          Серьезнейшей экологической проблемой стали отходы промышленного производства метанола. В настоящее время делаются попытки уменьшить количество отходов, загрязняющих окружающую среду. С этой целью разрабатываются и устанавливаются сложнейшие фильтры, строятся дорогостоящие очистные сооружения и отстойники. Но практика показывает, что они хоть и снижают опасность загрязнения, все-таки не решают проблему. Известно, что даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные минеральные вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Воды такого качества могут стать пригодными для потребления только после многократного разбавления чистой водой.

          Очевидно, решение проблемы возможно при разработке и внедрении в производство совершенно новых, замкнутых, безотходных технологий. При их применении вода не будет сбрасываться, а будет многократно использоваться в замкнутом цикле. Все побочные продукты будут не выбрасываться в виде отходов, а подвергаться глубокой переработке. Это создаст условия для получения дополнительной нужной человеку продукции и обезопасит окружающую среду.

Так же процесс преобразования газообразного водорода в метанол может иметь нейтральное воздействие на парниковый эффект. Хранение, транспортировка и распределение метанола, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре, не нуждаются в создании абсолютно новой инфраструктуры и позволяют использовать имеющуюся для ископаемых энергоносителей. Этот факт выгодно отличает метанол от водорода, который нуждается в сосудах с высоким давлением, охладительных устройствах, контрольных системах. Большие расстояния между производителем энергии и потребителем могут быть преодолены с большей эффективностью, чем при транспортировке энергии в виде электричества. Например, солнечная энергия Сахары, или тепловая энергия из недр земли в Исландии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

 

 

         5. Заключение

          В данной работе был рассмотрен  процесс промышленного получения  метанола из синтез-газа. Выбор данного сырья основан на его дешевизне и простом получении из самого распространенного газа в России – метана. Большое внимание производству метанола уделяется из-за того что он применяется в качестве сырья для получения других не менее важных продуктов, таких как полимеры, формалин, лаки, используют для предотвращения образования гидратов, парфюмерной промышленности и в качестве добавки к моторным топливам.

          Не смотря на его ценность  метанол является очень токсичным веществом. Приём внутрь 5—10 мл метанола приводит к тяжёлому отравлению одним из последствий является слепота, а 30 граммов и более приводит к летальному исходу. «Противоядием» является этиловый спирт, который при взаимодействие с метанолом дает эфир, не оказывающий отрицательного влияния на организм человека.

Технологических схем производства метанола  очень много, выбор конкретно этой установки (Рисунок 2) обуславливается более подробным описанием всех процессов протекающих в каждой стадии производства так же указаны все химические, технологические и физико-химические показатели процессов.