книги / Производство метанола

С этой точки зрения всестороннее знание особенностей процесса по­ зволяет ограничить образование побочных продуктов и тем самым обеспечить получение высококачественного метанола-сырца -с мини­ мальными затратами сырья и энергии. В последние годы после пу­ ска первых относительно -крупных агрегатов производства метанола на основе накопленного опыта подобраны наиболее благоприятные режимы работы отделения синтеза, повышена эффективность очист­ ки газа и ректификации метанола-сырца, -серьезно улучшено аппа­ ратурное оформление.

Метанол-сырец представляет собой бесцветную жидкость с не­ приятным запахом, который вызывается присутствием органических примесей. Промышленный метанол-сырец, полученный на основе

* Здесь и далее под высшими спиртами подразумеваются спирты от Со до Сд.

Основные показатели метанола-сырца, полученного при 300 и 50 ат, приведены ниже:

Таким образом, вода, а при 300 ат и диметиловый эфир явля­ ются основными примесями в метаноле-сырце. Метанол-сырец, по­ лученный на медьсодержащих катализаторах, содержит меньше ор­ ганических примесей (до 99,6% метанола).

Состав примесей в метаноле-сырце очень сложен и до конца еще не расшифрован. Хроматографическими и хроматомасспектрографическими исследованиями обнаружено свыше 40 органических кислородсодержащих соединений различных классов. Это спирты С2—Се» альдегиды и кетоны, эфиры, формали, ацетали и др. Кроме того, обнаруживались в микроколичествах муравьиная и уксусная кислоты (обычно метанол-сырец имеет pH 4,5—5,5), легколетучие непредельные соединения, аммиак, ди- и триметиламины, органиче-

91

ниями компонентов), отмеченные выше закономерности характерны и для этого процесса.

Влияние объемной скорости газа более сложно. Общее содержа­ ние примесей при увеличении объемной скорости газа снижается,

Рис. 29. Зависимость перманганатного числа метанола-сырца от отношения Нг: СО для различных объемных скоростей.

Объемная скорость у/'Ю '3, ч'г

Рис. 30. Зависимость эфирного числа метанола-сырца от объемной скорости для различных отношении Нг: СО.

что «подтверждается изменением перманганатного числа (см. рис. 29). Снижается количество альдегидов, кетонов, непредельных соединений и некоторых других веществ. Содержание .кислот и эфи­ ров при увеличении объемной скорости и постоянном отношении Нг:СО проходит через максимум ( — 25 000 ч~1), который при уве­ личении Н2: СО сдвигается в сторону меньших объемных скоростей (ом. рис. 30).

Таким образом, с точки зрения качества метанола-сырца про­ цесс на цинк-хромовом катализаторе10 следует вести при возможно

95

Как указывалось, синтез .метанола на цинк-хромовом катализаторе протекает в условиях, далеких от равновесия, поэтому нет осо­ бой необходимости в создании падающего температурного режима. Однако в промышленных условиях стремятся проводить процесс, в узком диапазоне температур 355—370 °С, в котором наблюдается максимальная скорость реакции, обеспечивая лишь необходимую разницу в зоне высоких температур. Как видно из рис. 31, измене­ ние температуры по высоте колонны имеет пикообразный характер: при входе на первую полку ~320°С , при выходе с последней пол­ ки— 385—390 °С. Такой перепад (65—70 °С) обусловлен значитель­ ными потерями тепла в окружающую среду из-за наличия выносно­ го теплообменника.

Более эффективна колонна с совмещенной полочной насадкой

'('рис. 32). На крупных агрегатах синтеза /при 300 ат используют в основном колонны этого типа. Они относительно просты и надежны в эксплуатации, обеспечивают необходимый температурный режим. Преимущества таких колонн отмечались выше (стр. 82). Газ по­ догревают до температуры реакции непосредственно в одной поков­ ке с катализаторной коробкой. Температурный режим, регулируе­ мый холодным байпасом, поддерживается более устойчиво. На рис. 33 показан внешний вид колонны с совмещенной насадкой и холодильники-.конденсаторы одного из производств метанола.

Было предложено усовершенствовать полочную насадку колон­ ны путем установки дополнительного теплообменника из двойных трубок (трубки Фильда) в верхней части катализаторной коробки (рис. 34). Это позволяет усилить отвод тепла из первых слоев ка­ тализатора— зоны наиболее интенсивного образования метанола — и повысить температуру начала реакции. Основной поток газа вво­ дится сверху и |раопределяется в пространстве между корпусом и насадкой колонны, затем поступает в межтрубное пространство теп­ лообменника, расположенного в нижней ее части. По центральной трубе, в которой установлен электроподогреватель, -газ возвращает­ ся в верхнюю часть колонны и проходит трубки Фильда, размещен­ ные в слое катализатора. По выходе из трубок тазовый поток про­ ходит последовательно три слоя катализатора, внутренний тепло­ обменник и с температурой 120— 130 °С выходит из колонны. Тем­ пература газа на второй и третьей полках регулируется холодным байпасом. Возможность регулирования температуры имеется также за счет подачи газа по байпасу в нижнюю часть центральной трубы.

В комбинированной насадке сохраняются преимущества полоч­ ной конструкции и в то же время создается возможность регулиро­ вать температуру катализатора в узких пределах на каждой полке, что позволяет поддерживать высокую температуру начала реакции. Расчетная производительность 1 мъ катализатора -составляет в сред­ нем 50 т метанола-сырца в сутки (~ 4 6 ,5 т метанола-ректифи­ ката).

В связи с тем, что насадка колонны во многом определяет эф-

98