книги / Метанол как топливо для транспортных двигателей

Процесс высокотемпературной конверсии метана может осущест­

ный процесс обеспечивает одинаковое давление как на стадии подго­

турный процесс взаимодействия топливе с окислителями (кислгрод, водяной пар, диоксид углерода и др. ), проводимый с целью получе­ ния горючих газов Hg,CO,CM/j..

Таким образом можно получить газ любого заданного состава, определяемого температурой, давлением, составом применяемого оки­

До 70-х годов практически полностью метанол использовался в каче­ стве химического сырья. Затем сфера его применения существенно расширилась, и в первую очередь за счет использования в качестве альтернативного топлива.

В промышленных условиях метанол получают на оксидных цинкхромовых катализаторах при температуре 630,...650 К, давлении до 40 МПа и высокой объемной скорости циркулирующего газа. С повыше­

нием температуры активность цинк-хромового катализатора возраста­ ет, но до определенного предела. В последние годы применяются медь-цинк-хромовые катализаторы, нанесенные на оксцд алюминия и восстановленные при 4Ï0...450 К. Они обладают высокой активностью

при 470*. .570К и разных давлениях.По результатам исследований опре­

делены три области давлений для осуществления* промышленного син­ теза метанола: 3,9...5,9; 8,6...14,7 и 24,5...39,2 МПа.

При синтезе на катализаторах помимо метанола образуется большое количество примесей. Это' простые и сложные эфиры, альде­ гиды, кетоны, формали, ацетали, высшие спирты, углеводороды и др. Однако содержание их в большинстве случаев незначительно и общее

микропримесей и воды в разных производствах зависит от качества сырья и его подготовки, от содержания диоксида углерода в газе,

технологического режима синтеза (24]. Основным процессом удаления

примесей является ректификация.

Технологические схемы получения метанола. Процесс получения метанола из оксидов углерода и водорода включает в себя ряд ста­ дий, обязательных для любой технологической схемы синтеза, разли­

чающихся в основном аппаратурным оформлением. Наибольший интерес представляют схемы синтеза метанола большой единичной мощности,

сырье после каталитической или абсорбционной очистки от сернистых примесей смешивается с водяным паром при 1070...И 2 0 К. Превраще­ ние сырья в исходный газ осуществляется в присутствии никелевого

катализатора. Тепло отходящих газов, используется для получения технологического пара. После охлаждения полученный газ сжимается до 5...10 МПа и направляется в реактор синтеза. Синтез ведется над медьсодержащим катализатором при температуре 470...570 К и

давлении 5.. Л О МПа. Срок службы катализатора 3...4 года. Реакци­

онная смесь охлалщается холодным исходным газом в нескольких точ­ ках по высоте реактора. Выходящие из реактора газы проходят се­ рию теплообменников и поступают в сепаратор. Конденсат метаноласырца подвергается быстрому испарению и направляется на ректифи­

кацию. Процесс характеризуется высокой эффективностью утилизации

получения товарного метанола

Рис. 1.2. Схема комбинированного процес­

са получения метанола из природного газа.

сия; 4 - автотермическая парокислородная конверсия; 5 - компрессор синтез-газа; 6 - синтез метанола; 7 - выделение и

очистка метанола

исходит превращение приблизительно половины исходной массы метана. Другая половина смешивается с газами, выходящими из первого реак­ тора паровой конверсии, и поступает во второй (автотермический)

реактор парокислородной конверсии, где превращение метана происхо­

дит в присутствии кислорода и при высоких температурах. Образую­

щийся исходный газ сжимается до необходимого давления и подается на установку синтеза метанола, откуда метанол-сырец поступает в блок ректификации и очистки. Кислород, требующийся для проведения реакций парокислородной конверсии в автотермических условиях, по­

лучают на установке разделения воздуха.

1.4. Перспективные технологии получения метанола

Получение метанола и высших спиртов. При использований ме­

танола в качестве высокооктановой добавки к бензинам необходимо

оксидом углерода е трубчатых печах под давлением; очистку конвер­ тированного газа от избытка диоксида углерода; совместный синтез метанола и спиртов; ректификацию метанола-сырца с приготовлением спиртовой смеси заданного состава.

Полученный в трубчатых печах и сжатый до 24,5 МПа исходный газ проходит через угольный фильтр, где очищается от карбонилов железа, смешивается с циркулирующим газом. Полученная газовая смесь нагревается до 470 К за счет теплообмена с газом, выходя­ щим из реактора. В реакторе процесс протекает на модифицирован­ ном катализаторе; температураб зоне катализа регулируется авто­ матически за счет ввода холодного газа между слоями катализатора. Реакционная смесь из зоны катализа с температурой 630...650 К

.поступает в теплообменник, где охлаждается до 520 К, и далее в следующий теплообменник. Затем газ проходит через выносной теп­

охлаждение газа до 300...310 К и конденсация проходят в аппарате воздушного охлаждения. Конденсат отделяется от непрореагировав­

ются низкими затратами на сырье. Термический КПД процесса синте­

Y

Рис. 1.4. Схема производства топливного метанола с использованием комбинированного процесса получения синтез-газа. Потоки: Т - природ­ ный газ; ТГ - воздух; Ж - кислород; 1 7 - углекислый газ; У - топливный метанол. Другие обозначения: Î - обычная паровая конверсия; 2 - автотермическая парокисло­ родная конверсия; 3 - разделение воздуха; 4 - синтез топливного метанола; 5 - очист­ ка от С02 ; 6 - стабилизация

нола с использованием феррогаза экономически наиболее целесооб­

2 . Методика расчета рабочего процесса

двигателя при работе на метаноле

2Л . Физико-химические свойства метанола

Метанол СНв0Ц при нормальных условиях представляет

собой бесцветную легкоиспаряющуюся горючую жидкость с характер­ ным спиртовым запахом. D природе в свободном-состоянии практичен ски не встречается, но многие его производные содержатся в ряде растительных масел, сложных эфирах, природных красителях, алка­

емкость метанола в зависимости от давления и температуры приведе­

углеводородах, хорошо поглощает пары воды, диоксид углерода, рад других веществ, поэтому хранение безводного метанола затруднено.

Высокую растворимость газов в метаноле широко используют в про­ мышленности, применяя его в качестве поглотителя. Это же свойство

способствует насыщению метанола горючими газами СНц. СгНе »

Из в бинарных топливных системах для повышения энергоплотности

газовых топлив. Метанол сочетает в себе свойства очень слабого основания и еще более слабой кислоты, что обусловлено наличием алкильной и гедроксильной групп, действует агрессивно на многие изделия из резины и других эластомеров, корродирует цветные ме­ таллы (медь, цинк, алюминий). Метанол является высокотоксичным веществом, ПДК его в рабочей зоне составляет 5 мг/м3 , а ПДК паров

Примечание. Границы перехода от жидкости к газу отмечены чертой.