Прочие отрасли промышленности

В других отраслях химической промышленности без метилового спирта не обходится производство уксусной кислоты, карбамидных смол, синтетических каучуков (~ 11% от общего объема). В металлургии и в производстве аммиака метанол является важным, экономически эффективным сырьем для получения водорода и синтез-газа, которые необходимы в данных отраслях. Метиловый спирт широко используется для очистки от вредных соединений азота, который содержится в сточных водах. Многими предприятиями ведутся исследования в области применения метанола как источника энергии, в качестве газового топлива, моторного топлива и как составляющего компонента автомобильного бензина. Автомобильный бензин благодаря добавке метанола обладает улучшенными антидетонационными свойствами, в результате добавления метанола повышается КПД двигателя, а также происходит снижение выбросов вредных веществ выхлопных газов.

Метиловый спирт применяется на всех объектах нефте-газового комплекса в качестве ингибитора - гидратообразования. При добыче газа в районах Крайнего Севера в перекачиваемый газ необходимо добавлять метанол. Это предотвратит закупорку подземных газохранилищ и магистральных газопроводов кристаллогидратами. Образование твердых гидратов газа и связанные с этим пробки в системах газо- и нефтедобычи происходит, когда молекулы воды, образуя вокруг молекул природного газа своего рода клетки, формируют структуру, внешне напоминающую лед. Чаще всего гидратообразованию подвержены такие газы как азот, углекислый газ, сероводород и легкие углеводородные газы (от метана до гептанов). В зависимости от состава газа и давления газогидраты формируются при температуре до 30°С, при которой в газе сохраняются молекулы воды. Применение метанола в качестве ингибитора гидратообразования обусловлено оптимальным набором необходимых свойств, доступностью и дешевизной. В качестве ингибитора для этих целей практически никакое другое вещество не применяется помимо метанола. К тому же метанол тщательно исследован как ингибитор гидратообразования, и в технической литературе всегда можно найти разнообразные характеристики и необходимые данные, чтобы произвести расчет технологического процесса использования для этих целей метанола. Так как объемы добычи газа в данных районах будут увеличиваться год от года, возрастает колоссальный спрос на метанол. В связи с удорожанием поставок метанола (вдвое, а то и втрое), особенно на полуостров Ямал, где возможность его доставки практически отсутствует, появляется необходимость в создании малотоннажных легко транспортируемых установок для производства метилового спирта в районах добычи газа.

Необходимо помнить, что метанол - очень ядовитое вещество, помимо раствора, пары его также ядовиты, температуры вспышки его паров составляет 8°С, поэтому необходимо следовать инструкциям по безопасности, особенно на объектах газовой промышленности. На данных объектах метанол разрешено использовать как средство разрушения или предотвращения кристаллогидратных пробок в приборах, аппаратах, газопроводах. Метанол используют для обработки в газовых скважинах призабойных зон.

Несмотря на имеющиеся у метилового спирта недостатки (ядовитость, невысокая теплота сгорания, высокая температура вспышки, гигроскопичность), имеются неоспоримые достоинства в применении метанола (пожарная и экологическая безопасность, предсказуемость при сжигании, наличие кислорода в молекуле, энергетическая эффективность).

В перспективе использование метанола возможно в различных химических генераторах электрической энергии (как носителя кислорода). Это направление только разрабатывается, и его разработка и внедрение технологий такого рода использования метанола следует ожидать на протяжении ближайших трех десятилетий. Но в тоже время полученные на сегодня опыты, результаты, научные разработки по использованию метанола, по мнению ученых, с уверенностью дают понять, что метанол – это топливо будущего.

39) Технологический процесс получения метанола из оксида углерода и водорода включает ряд операций, обязательных для любой технологической схемы синтеза. Газ предварительно очищается от карбонила железа, сернистых соединений, подогревается до температуры начала реакции и поступает в реактор синтеза метанола. По выходе из зоны катализа из газов выделяется образовавшийся метанол, что достигается охлаждением смеси, которая затем сжимается до давления синтеза и возвращается в процесс.

Технологические схемы различаются аппаратурным оформлением главным образом стадии синтеза, включающей основной аппарат колонну синтеза и теплообменник [1].

На рисунке 1.2 представлена схема агрегата синтеза метанола под давлением 5.5 МПа

Рисунок 1.2 – Схема производства метанола при давлении 5 МПа

1, 10 – турбокомпрессоры; 2 – подогреватель природного газа; 3 – реактор гидрирования сернистых соединений; 4 – адсорбер; 5 – трубчатый конвертор; 6 – котел-утилизатор; 7, 11, 12 – теплообменники; 8, 14 – холодильники (АВО); 9, 15 – сепараторы; 13 – колонна синтеза; 16 – сборник

Природный газ сжимается турбокомпрессором 1 до давления 3 МПа, подогревается в подогревателе 2 за счет сжигания в межтрубном про­странстве природного газа и направляется на сероочистку в аппараты 3 и 4, где последовательно осуществляется каталитическое гидрирова­ние органических соединений серы и поглощение образующегося серо­водорода адсорбентом на основе оксида цинка. После этого газ смешивается с водяным паром и диоксидом углерода в соотношении СН₄: Н₂О: СО₂ = 1: 3,3: 0,24. Смесь направляют в трубчатый кон­вертор 5, где на никелевом катализаторе происходит пароуглекислотная конверсия при 850-870 °С. Теплоту, необходимую для конвер­сии, получают в результате сжигания природного газа в специальных горелках.

Конвертированный газ поступает в котел-утилизатор 6, где охлаждается до 280–290 °С. Затем теплоту газа используют в теплообменнике 7 для подогрева питательной воды, направляемой в ко­тел-утилизатор. Пройдя воздушный холодильник 8 и сепаратор 9, газ охлаждается до 35-40 °С.

Охлажденный конвертированный газ сжимают до 5 МПа в компрессоре 10, смешивают с циркуляцион­ным газом и подают в теплообменники 11, 12, где он нагревается до 220–230 °С.

Нагретая газовая смесь поступает в колонну синтеза 13, температурный режим в которой регулируют с помощью холодных бай­пасов. Теплоту реакционной смеси используют в теплообменниках 11, 12 для подогрева поступающего в колонну газа.

Далее газовая смесь охлаждается в холодильнике-конденсаторе 14, сконденсировавшийся метанол-сырец отделяется в сепараторе 15 и поступает в сборник 16. Циркуляционный газ возвращают на синтез, продувочные и танковые газы передают на сжигание в трубчатую печь.

Вследствие снижения температуры синтеза при низком давлении процесс осуществляется в условиях, близких к равновесию, что позво­ляет увеличить производительность агрегата.

Принимаем для проектирования технологическую схему синтеза метанола при низком давлении (5,5 МПа).

40) Скоростью химической реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося при реакции за единицу времени в единице объема системы.

Количество вещества выражают в МОЛЯХ, а объем в ЛИТРАХ. В этом случае мы получаем удобную для работы величину - КОНЦЕНТРАЦИЮ вещества в моль/л, которая ИЗМЕНЯЕТСЯ в ходе реакции.

Таким образом, скоростью реакции называют изменение концентрации какого-нибудь вещества, участвующего в реакции, за единицу времени (например, за секунду или за минуту). Отсюда другое определение скорости реакции:

Скоростью химической реакции называется ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ реагента или продукта в единицу времени.

Разницу между тем, что было и тем, что стало, часто обозначают буквой греческого алфавита Δ (дельта) Следовательно, только что приведенное определение математически можно выразить так:

где v - скорость реакции, ΔC - изменение концентрации (в моль/л), а Δτ - интервал времени, в течение которого это изменение произошло (сек). Следовательно, размерность у скорости реакции такая: "моль/л^.сек".

41)

42) Скорость реакции - это величина, показывающая как изменяется концентрация одного из веществ в единицу времени.
Чтобы ускорить достижение состояния равновесия, требуется увеличить скорость реакции. Основными способами увеличения скорости реакции является повышение температуры, изменение концентрации, введение катализатора.
1.Влияние температуры. Химические реакции, протекающие в гомогенных системах (смеси газов, жидкие растворы), осуществляется за счет соударения частиц. Однако, не всякое столкновение частиц реагентов ведет к образованию продуктов. Только частицы, обладающие повышенной энергией - активные частицы, способны осуществить акт химической реакции. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия частиц и число активных частиц возрастает, следовательно,

химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах

Возрастание химические реакции при высоких температурах протекают быстрее, чем при низких температурах скорости реакции при нагревании в первом приближении подчиняется следующему правилу:

при повышении температуры на 10 0С скорость химической реакции возрастает в два - четыре раза.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант - Гоффа:

Правило Вант - Гоффа является приближенным и применимо лишь для ориентировочной оценки влияния температуры на скорость реакции.
2.Влияние катализатора. Катализаторы - это вещества, которые повышают скорость химической реакции. Они вступают во взаимодействие с реагентами с образованием промежуточного химического соединения и освобождается в конце реакции.
Влияние, оказываемое катализаторами на химические реакции, называется катализом. По агрегатному состоянию, в котором находятся катализатор и реагирующие вещества, следует различать:
гомогенный катализ (катализатор образует с реагирующими веществами гомогенную систему, например, газовую смесь;
гетерогенный катализ (катализатор и реагирующие вещества находятся в разных фазах; катализ идет на поверхности раздела фаз).
3.Влияние концентрации реагирующих веществ. При повышении концентрации хотя бы одного из реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает в соответствии с кинетическим уравнением.
Рассмотрим общее уравнение реакции: aA +bB = cC + dD. Для данной реакции кинетическое уравнение принимает вид:

Из кинетического уравнения уравнения нетрудно установить смысл коэффициента пропорциональности k, называемый константой скорости реакции. Она численно равна скорости реакции, когда концентрация каждого из реагирующих веществ составляют 1 моль/л. Константа скорости зависит от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентраций.