йдуть при синтезі метанолу є екзотермічними і для більшого рівноважного виходу продукту необхідні низькі температури (що ми і спостерігаємо на малюнку 2-при збільшенні температури Кр зменшується).
З погляду термодинаміки синтез метанолу доцільно проводити при низьких температурах і підвищеному тиску. А от з точки зору кінетики процес потрібно проводити при підвищеній температурі. Компромісом є застосування для процесу синтезу каталізаторів. Каталізатори синтезу метанолу поділяються на дві групи: високотемпературні і низькотемпературні. На виробництві метанолу ВАТ «Метафракс» використовуються низькотемпературні каталізатори синтезу метанолу ICI 51-2, ICI 51-6, ICI 51-8, що дозволяє досягти оптимальних параметрів процесу.
Склад каталізатора: CuO - 53%, ZnO - 26,8%, Al2O3-8,0%
Обгрунтування оптимальних технологічних параметрів
Оптимальний технологічний режим вибирають виходячи з термодинамічної, кінетичного аналізів, а також економічної доцільності.
Проведені термодинамічний і кінетичний аналізи дозволяють зробити наступні висновки про оптимальні параметри процесу синтезу метанолу.
Температура
Зіставляючи розрахункові дані по термодинамическому і кінетичного аналізам, можна зробити висновок, що збільшення температури робить позитивний вплив на кінетику процесу і негативне на термодинаміку процесу. Тому вибирають оптимальну температуру, при якій відомий обсяг каталізатора забезпечує максимальну швидкість процесу. Оптимальна температура знаходиться в межі 250-300 ° С ..
Оптимальна температура на вході в шар каталізатора становить 205 ° С. на виході з шарів каталізатора не більше 300 ° С.
Тиск
Вибір тиску при синтезі на каталізаторі ICI залежить від багатьох факторів. Підвищений тиск з погляду термодинаміки позитивно впливає на вихід продукту, а з точки зору кінетики - на швидкість процесу. На практиці межа підвищення тиску обмежується: зниженою активністю каталізатора, можливістю протікання побічних реакцій, посиленням корозії конструкційного матеріалу, конструктивними особливостями. Оптимальний тиск - в межах 4-8.5 МПа.
Об'ємна швидкість
Зі збільшенням об'ємної швидкості газу вміст метанолу в газі зменшується, а продуктивність каталізатора збільшується. Однак на практиці межа підвищення об'ємної швидкості обмежується:
Об'ємна швидкість в реальних умовах визначається як активністю каталізатора, так і складом реагує суміші, тиском, температурою і характеристикою рекупераціонного теплообмінника. Крім того, зміна об'ємної швидкості газу впливає на опір системи, а, отже, і на витрату електроенергії на циркуляцію газу. Тому об'ємна швидкість вибирається з урахуванням всіх перерахованих факторів, хоча вирішальну роль відіграє вплив її на продуктивність каталізатора.
Виходячи з наведених даних, доцільніше підтримувати об'ємну швидкість близько 8000 м 3/год, однак при цьому зменшується продуктивність колони, оскільки збільшується час контакту, тому на виробництві дотримуються оптимальної об'ємної швидкості для схеми з тиском 8МПа -12000м 3/ч.
Велике значення для проведення процесу синтезу метанолу має співвідношення Н2: СО в газовій суміші, що надходить на синтез. При підтримці стехіометричного співвідношення, рівного двом, утворюється забруднене метанол. Підвищення змісту Н2 зменшує утворення метану, надмірне зниження вмісту СО призводить до значного зменшення виходу метанолу/10 /.
Підвищенням вмісту СО до максимального значення (Н2: СО=1.9) неможливо повністю його переробити (в газі залишається 1.4% СО), тому необхідно багаторазове пропускання газу через контактний апарат.
Розмір зерна каталізатора
У промисловості використовують каталізатори з розміром зерна 5 * 5і9 * 9мм.
Дослідження впливу розміру зерна каталізатора на його продуктивність у всьому інтервалі температур показали, що на зерні 9 * 9 синтез метанолу протікає в перехідній області. На зерні 4-5 мм процес протікає в кінетичній області тільки при температурах нижче 350 ° С, при більш високих температурах швидкість реакції гальмується дифузією компонентів в порах каталізатора.
Оптимальні параметри процесу синтезу метанолу:
Т=250-300 ° С, Р=5-8,5 Мпа, Н 2: СО=5
.2 Розрахунок матеріального балансу на годинну продуктивність
Запишемо рівняння хімічної реакції процесу синтезу метанолу:
СО + 2Н 2 - gt; СН 3 ОН
Складемо матер...
