Синтез метилового спирта

Метанол по значению и масштабам произв-ва яв-ся одним из важнейших многотоннажных продуктов, выпускаемых современной химической промышленностью. Он широко применяется для получения пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука, в качестве растворителя.

Метиловый спирт – это важный вид сырья для получения формальдегида, ингибиторов, антидетонационных смесей, антифризов, лаков, красок и других продуктов.

В чистом виде метанол прим-ся, как высокооктановая добавка к топливу. Области применения все больше расшир-ся: он яв-ся перспективным продуктом для транспортировки энергии на дальние расстояния, возможным компонентом автомобильных ьензинов и сырьем для микробиологического синтеза.

Метанол представляет собой бесцветную легкоподвижную ж-ть с температурой кипения 65 градусов, температурой крисстализации -97,9 градусов. Метанол смешив-ся во всех отношениях с водой, спиртами, бензолом, ацетоном и другими орг-ми р-лями и обр-ет с некоторыми из них азеотропные смеси.

Метанол хорошо раствоярет многие газы, вследствии чего прим-ся для абсорбции примесей их технологич-их газов. Пары сухого метанола обр-ют с воздухом взрывчатые смеси. Он токсичен, вызывает отравление через органы дыхания, кожу и при приеме снутрь. При этом воздействует на нервную и сосудистую систему. Прием внутрь 5-10см³ метанола приводит к тяжелому отравлению, а доза в 30 см³ яв-ся смертельной. При обычной температуре метанол стабилен, а при температуре от 350-400 градусов и атмосферном давлении разлагается на водород и угарный газ.

Группой исследователей экспериментально был доказан механизм синтеза метанола из оксидов углерода, согласно которому на оксидных катализаторах(медь цинк-алюминивый, цинк-хромовый)

Метанол обр-ся из диоксида углерода, присутствующего в исходном газе или образующегося при конверсии оксида углерода водяным паром. Синтез метанола из водорода и угарного газа можно выразить следующей схемой:

СО+Н₂О↔СО₂+3Н₂→СН₃ОН+Н₂О

След-но прямой синтез метанола из диоксида углерода и водорода яв-ся основным путем его образования. Для увеличения скорости р-ии необходимо повышение темпераутры. При этом выбирая оптимальный температурный режим, следует учитывать образование побочных соединений, таких как метан, высшие спирты, кислоты, альдегиды, кетоны и эфиры:

СО+3Н₂↔СН₄+Н₂О

СО₂+4Н₂↔СН₄+2Н₂О

nCO+2nH₂↔C_nH_2nOH+(n-1)H₂O

2CO+4H₂↔(CH₃)₂O+H₂O

2CO↔CO₂+C

Эти р-ии обуславливают бесполезный расход синтез-газа и удоражают очистку метанола. Применяемый для синтеза метанола кат-р должен обладать высокой селективностью, т.е. максимально ускорять образование метанола при одновременном подавлении побочных р-ий. Для синтеза метанола предложено много кат-ров, однако лучшими кат-рами яв-ся те, основным компонентом которых яв-ся оксид цинка или медь.

Данные кат-ры яв-ся очень чувствительными к каталитическим ядам, поэтому первой стадией процесса яв-ся очистка газа от сернистых соединений. Сернистые соед-я отравляют цинк-хромовые кат-ры обратимо, а медь-содержащие кат-ры необратимо.

Необходимо также очистка газа от карбонила железа, который обр-ся в рез-те взаимодействия оксида углерода за железом аппаратуры. На кат-ре карбонил железа разлагается с выделением элементного железа, который способствует образованию метана. Состав газовой смеси существенно влияет на степень превращения сырья и производительность кат-ра.

В промыш-ых условиях всегда работают с некоторым избытком водорода и максимальная произв-ть наблюд-ся при молярном соотношении водорода к СО равном 4. На практике поддреживается отношение 2,15-2,25

Кол-во тех или иных побочных продуктов в реакционной смеси зависит не только от температуры и давления, но и от других параметров технологического режима, таких как состав исходной газовой смеси, селективность и состояние кат-ра. Наиболее существенной примесью яв-ся метан.

Повышение давления в соответствии с принципом Ле-Шателье способствует смещению равновесия в сторону обр-ия метанола, т.к. р-ии идут с уменьшением объема. Т.к. процесс экзотермичен, то при повышении температуры равновесие сдвигается влево и равновесная степень превращения синтез газа в метиловый спирт уменьш-ся. В то же время при недостаточно высоких температурах скорость процесса чрезвычайно мала, поэтому в промыш-ти процесс проводят в узком интервале температур.

Вследствии противоречивого влияния температуры на скорость процесса и равновесную степень превращения, выход метанола за 1 проход реакционной смеси через реактор сост-ет не более 20%, что делает необходимой организацию циркуляционной технологической схемы синтеза метанола. Температура главным образом зависит от активности применяемого кат-ра и врьируется в пределах 250-420 градусов.

В связи с тем, что в циркулирующей смеси скапливаются различные примеси и продукты побочных р-ий, то ее периодически обновляют, зажигая часть возвращаемого газа.

Технологический процесс получения метанола из оксида углерода и водорода включает ряд операций обязательных для любой технологической схемы синтеза.

СО+2Н₂=СН₃ОН

СО₂+3Н₂=СН₃ОН+Н₂О

Газ предварительно очищают от карбонила железа, сернистых соединений; подогревают до температуры начала р-ии и поступает в реактор синтеза метанола. По выходе из зоны катализа из газа выдел-ся образовавшийся метанол, что достигается охлаждением смеси, которая потом сжимается до давления синтеза и возвращается в процесс.

Газовые выбросы в произв-ве метанола подраздел-ся на 2 категории:

-постоянные

-периодические

К постоянным относятся отходящие газы и пары, выделяющиеся из метанола-сырца на стадии дистилляции, а также продувочные газы из емкостей

Основными категориями выбросов в атмосферу яв-ся периодические, которые возникают при остановках агрегатов, отдельных машин, аппаратов, узлов технологической линии.

Из остановленных систем выбрасыв-ся при продувке оставшиеся газы и пары. Основным направлением уменьшения периодических выбросов газов в окружающий воздушный бассейн яв-ся повышение надежности всех узлов системы с введения кол-ва остановок и пуска агрегата до минимума и удлинения пробега между ремонтами. Источниками загрязнения биосферы в произв-ве метанола яв-ся сточные воды. В них содерж-ся до 0,3% метанола и других кислород-содержащих соединений углерода. В основном это воды от промывки шламов и емкостей вместе с отходами со стадии очистки метанола.

Практически полная очистка сточных вод достигается только при их биологической обработке.

Биологическое окисление проводят в аэротемках с активным илом. Предельно допустимая конц-ия метанола в сточных водах, поступающих на биохим-ую очистку сост-ет до 200 мг/л. Как правило, до поступления на биологические очистные сооружения сточные воды произв-ва метанола многократно разбавл-ся сточными водами других произв-в и хозяйственно-бытовыми водами.