Introducción a los métodos de producción industrial de metanol
Existen muchos métodos para producir metanol. Los primeros métodos de retorta de madera o lignina se han vuelto obsoletos en la industria actual. La hidrólisis del cloruro de metilo también puede producir metanol, pero debido a su alto precio no se ha utilizado industrialmente. La oxidación parcial del metano puede producir metanol. Este método tiene un flujo de proceso simple y ahorra inversión en construcción, pero este proceso de oxidación no es fácil de controlar. La oxidación profunda a menudo produce óxidos de carbono y agua, lo que provoca grandes pérdidas en las materias primas y los productos. Por tanto, el método de oxidación parcial del metano para producir metanol aún no se ha industrializado. Pero tiene las ventajas mencionadas anteriormente y la investigación extranjera en esta área no se ha interrumpido. Debería ser un método de producción de metanol con grandes perspectivas industriales.
En la actualidad, casi todos los procesos industriales utilizan la hidrogenación catalítica presurizada de monóxido de carbono y dióxido de carbono para sintetizar metanol. Los procesos típicos incluyen la producción de gas de alimentación, la purificación de gas de alimentación, la síntesis de metanol y la destilación de metanol crudo.
Gas natural, nafta, petróleo pesado, carbón y sus productos elaborados (coque, gas de coquería), gas de cola de acetileno, etc. Puede utilizarse como materia prima para producir gas de síntesis de metanol. El reformado con vapor de gas natural y nafta debe realizarse en un horno de reformado con estructura compleja y alto costo. El reformador está equipado con una cámara radiante y una cámara de convección para llevar a cabo reacciones de reformado con vapor de hidrocarburos a altas temperaturas en presencia de catalizadores. La oxidación parcial del petróleo pesado debe realizarse en un gasificador de alta temperatura. Cuando se utiliza combustible sólido como materia prima, el gas agua se puede producir mediante gasificación intermitente o gasificación continua. La gasificación intermitente utiliza aire y vapor como agentes de gasificación, y las etapas de inyección y producción de gas están separadas. La gasificación continua utiliza oxígeno y vapor como agentes de gasificación y el proceso es continuo.
Muchos catalizadores utilizados para la producción de metanol, como los catalizadores de reformado con vapor de gas natural y nafta y los catalizadores de síntesis de metanol, se envenenan fácilmente con sulfuros y pierden su actividad, por lo que los sulfuros deben eliminarse. Los métodos de desulfuración de gases se pueden dividir en dos categorías, una es la desulfuración seca y la otra es la desulfuración húmeda. El equipo de desulfuración en seco es simple, pero debido a la lenta velocidad de reacción, el equipo es relativamente grande. La desulfuración húmeda se puede dividir en absorción física, absorción química y oxidación directa.
La síntesis de metanol se lleva a cabo a alta temperatura, alta presión y en presencia de catalizadores. Es un proceso típico de reacción catalítica compleja de gas-sólido. Con el desarrollo continuo de la tecnología de catalizadores de síntesis de metanol, la tendencia general es de alta presión a media y baja presión.
El metanol bruto contiene agua, alcoholes superiores, éteres, cetonas y otras impurezas, que necesitan ser refinadas. El proceso de refinación incluye destilación y tratamiento químico. El tratamiento químico utiliza principalmente álcali para destruir las impurezas que son difíciles de separar durante la destilación y ajustar el valor del pH. La destilación elimina principalmente componentes volátiles como el éter dimetílico, así como componentes no volátiles como el etanol, alcoholes superiores y agua.
El proceso general de producción de metanol es largo y complejo, dependiendo de las materias primas y los métodos de purificación, puede evolucionar hacia una variedad de procesos de producción.
2. Describa brevemente los tres métodos de alta presión, método de media presión y método de baja presión y sus diferencias.
El método de alta presión generalmente se refiere al proceso de síntesis de metanol utilizando un catalizador de zinc-cromo en condiciones de 300-400 °C y 30 MPa. Han pasado casi 50 años desde la primera síntesis exitosa de metanol utilizando este método en 1923. Este método se utiliza en la producción de metanol en todo el mundo, pero con algunas diferencias en el diseño. Por ejemplo, existen dos métodos de transferencia de calor en la torre de síntesis de metanol: el método de intercambio de calor continuo de tubo frío y el método de intercambio de calor de múltiples etapas de choque frío. El gas de reacción fluye a lo largo de la dirección axial y/o la dirección radial, y hay procesos de vapor subproducto y vapor no subproducto. En los últimos años, mi país ha desarrollado tecnología para sintetizar metanol con catalizadores a base de cobre bajo una presión de 25-27MPa. El contenido de metanol en el gas de salida es de aproximadamente 4 y la temperatura de reacción es de 230-290°C.
El proceso de metanol a baja presión ICl es un método de producción de metanol investigado con éxito por la compañía británica ICl en 1966, rompiendo así el monopolio del método de síntesis de metanol a alta presión y suponiendo un cambio importante en el proceso de producción de metanol. . Utiliza un catalizador a base de cobre 51-1 y la presión de síntesis es de 5 MPa. La torre de síntesis del método ICL es una torre de síntesis de choque en frío de múltiples etapas y paredes calientes con una estructura simple. La parte superior de cada capa de catalizador está equipada con un distribuidor de gas de choque frío en forma de diamante, de modo que el gas de choque frío pueda ingresar uniformemente a la capa de catalizador para ajustar la temperatura en la torre. Los tipos de torres de síntesis de baja presión incluyen la torre de síntesis de vapor de subproductos con haz de tubos de la empresa Lurge en Alemania y el sistema de síntesis de metanol trifásico del Instituto Americano de Investigación Eléctrica.
En la década de 1970, la fábrica de Vinylon de Sichuan del Ministerio de Industria Ligera de China introdujo un dispositivo de metanol de baja presión (tecnología patentada por la británica ICI) que utilizaba gas de cola de acetileno como materia prima de la empresa francesa Speichim. En la década de 1980, Qilu Petrochemical Company.
El método de media presión se desarrolla aún más sobre la base del método de baja presión. Debido a la baja presión de funcionamiento del método de baja presión, el equipo es bastante grande y no favorece la producción de metanol a gran escala. Por lo tanto, se ha desarrollado un método de síntesis de metanol a presión media con una presión de aproximadamente 10 MPa, que puede reducir de manera más efectiva el costo de construcción de la planta y la producción de metanol. Por ejemplo, ICI ha desarrollado con éxito un catalizador a base de cobre 51-2. Su composición química y actividad son similares a las del catalizador de síntesis de baja presión 51-1, pero la estructura cristalina del catalizador es diferente y el costo de fabricación es más caro que el 51-1. Dado que este catalizador puede mantener una vida más larga a presiones más altas, ICI puede aumentar la presión de síntesis original de 5 MPa a 10 MPa, utilizando la misma torre de síntesis que el método de baja presión.
3. Describa brevemente el método de producción de metanol a partir de gas natural:
El gas natural es la principal materia prima para la producción de metanol. El componente principal del gas natural es el metano, pero también contiene pequeñas cantidades de otros alcanos, alquenos y nitrógeno. Existen métodos para producir metanol a partir de gas natural: reformado con vapor, oxidación parcial catalítica, oxidación parcial no catalítica, etc. Entre ellos, el reformado con vapor es el método más utilizado y se lleva a cabo en un horno tubular a presión normal o en condiciones normales. presión. Debido a la reacción endotérmica, se debe suministrar calor desde el exterior para mantener la temperatura de reformado requerida. Esto generalmente se logra quemando parte del gas combustible entre los tubos y el vapor utilizado para el reformado directamente dentro del dispositivo.
En el gas de síntesis producido por el reformado con vapor de gas natural, hay demasiado hidrógeno y cantidades insuficientes de monóxido de carbono y dióxido de carbono. Una de las formas de resolver este problema en la industria es utilizar el reformado con vapor de dióxido de carbono para lograr la proporción adecuada. El dióxido de carbono puede suministrarse externamente o recuperarse del gas de combustión del reformador. Otro método es el reformado en dos etapas utilizando gas natural como materia prima, es decir, el reformado con vapor de gas natural se realiza en la primera etapa. Sólo reacciona aproximadamente 1/4 del metano y en la segunda etapa se utiliza gas natural para la oxidación parcial. No sólo es apropiada la proporción del gas de síntesis obtenido, sino que también debido a que la temperatura de reacción en la segunda etapa aumenta por encima de 800°C, lo que aumenta los componentes del gas efectivos para la síntesis de metanol, se puede reducir la cantidad de metano residual.
El gas natural debe purificarse antes de ingresar al reformador de vapor para eliminar impurezas nocivas. El contenido de azufre del gas natural purificado debe ser inferior a 0,1 ml/m3. El gas convertido se comprime en la sección de síntesis para sintetizar metanol.
4. Describir brevemente el método de producción de metanol a partir de carbón y coque.
El carbón y el coque son los principales combustibles sólidos para la producción de metanol como gas de alimentación crudo. La ruta técnica para producir metanol a partir de carbón y coque incluye gasificación de combustible, desulfuración de gas, cambio, descarbonización y síntesis y refinación de metanol.
El tratamiento térmico del carbón y el coque con vapor y oxígeno (o aire o aire enriquecido con oxígeno) se denomina gasificación de combustibles sólidos. El gas combustible obtenido por gasificación se denomina generalmente gas de carbón y se utiliza como gas materia prima inicial para la producción de metanol. El principal equipo de gasificación es el generador de gas. Según el modo de movimiento del carbón en el horno, los métodos de gasificación se pueden dividir en método de gasificación en lecho fijo (lecho móvil), método de gasificación en lecho fluidizado y método de gasificación en lecho arrastrado. En China, la gasificación intermitente en lecho fijo se utiliza generalmente para producir metanol a partir de carbón y coque.
Crisol UCJ. Para la gasificación del carbón extranjero existen actualmente tres gasificadores de carbón industrializados: Corpus-Tozek, Lucci y Winkler. También existen gasificadores de carbón de segunda y tercera generación, principalmente Texaco y Shell-Corpus.
La proporción de hidrógeno a carbono en el gas crudo elaborado a partir de carbón y coque es demasiado baja, por lo que después de la desulfuración del gas, el exceso de monóxido de carbono debe convertirse en hidrógeno y dióxido de carbono mediante un proceso de transformación. y luego mediante un proceso de descarbonización eliminar el exceso de dióxido de carbono.
El gas crudo se comprime, se sintetiza metanol y se destila para producir metanol.
5. Describe brevemente el método de producción de metanol a partir de petróleo.
Existen dos tipos principales de petróleo utilizados en la industria para producir metanol: la nafta y el petróleo pesado.
La fracción por debajo de 220°C obtenida por destilación del petróleo crudo se denomina petróleo ligero, también conocido como nafta. Los métodos para producir gas de síntesis a partir de nafta incluyen reformado con vapor presurizado, oxidación parcial catalítica, oxidación parcial no catalítica presurizada, reformado catalítico intermitente, etc.
Actualmente, el método principal para producir gas de alimentación de metanol a partir de nafta es el reformado con vapor a presión. El reformado de nafta con vapor a presión debe realizarse en un horno de reformado con estructura compleja. El reformador está equipado con una cámara de radiación y una cámara de convección. La reacción de reformado con vapor de hidrocarburos se lleva a cabo a altas temperaturas en presencia de catalizadores. Después del reformado con vapor, la composición de la nafta puede satisfacer las necesidades de la síntesis de metanol. No es necesario agregar dióxido de carbono antes y después del reformado ni establecer dos etapas de reformado, y no es necesario ajustar su composición mediante transformación y descarbonización.
El petróleo pesado es un producto del proceso de refinado del petróleo. Según los diferentes métodos de refinación, se puede dividir en petróleo pesado a presión normal, petróleo pesado al vacío, petróleo pesado craqueado y sus mezclas. Existen dos métodos para producir gas de alimentación de metanol a partir de petróleo pesado: método de oxidación parcial y método de craqueo a alta temperatura. El método de craqueo requiere craquear petróleo pesado en un horno regenerativo a altas temperaturas superiores a 1.400°C. Aunque no se requiere oxígeno, el equipo es complicado, el funcionamiento problemático y se produce una gran cantidad de negro de humo.
La oxidación parcial de petróleo pesado se refiere a la reacción de combustión de hidrocarburos pesados con oxígeno, liberando calor, craqueo térmico de algunos hidrocarburos y posterior oxidación y reformado de los productos craqueados, obteniendo finalmente principalmente H2 y CO, con una pequeña cantidad de gas de síntesis CO2 y CH4 para la síntesis de metanol. El gas de síntesis producido por la oxidación parcial del petróleo pesado tiene una alta proporción de carbono a hidrógeno, y el contenido de monóxido de carbono y dióxido de carbono en el gas de síntesis excede el estándar. Parte del gas de síntesis debe convertirse para que el monóxido de carbono reaccione. con vapor de agua para generar hidrógeno y dióxido de carbono.
El metanol crudo sintetizado necesita ser refinado para eliminar impurezas y agua para obtener metanol refinado.
6. Describa brevemente el método de producción de metanol.
La coproducción de metanol con amoníaco sintético, denominado metanol, es un proceso de purificación de gas de síntesis. Es un nuevo proceso desarrollado para reemplazar las diversas soluciones de cobre y amoníaco utilizadas en la producción nacional de amoníaco sintético para eliminar trazas de carbono. óxidos.
Las condiciones del proceso para la producción conjunta de alcohol son agregar un dispositivo de síntesis de metanol entre la salida del compresor de quinta etapa y la entrada del proceso de lavado de cobre, que incluye una torre de síntesis de metanol, una máquina de ciclo, un enfriador de agua, un separador y un tanque de crudo. Tanques de almacenamiento de metanol, etc. El flujo del proceso consiste en enviar el gas desde la salida del compresor de quinta etapa a la torre de síntesis de metanol. La mayor parte del monóxido de carbono y el dióxido de carbono que se eliminarán durante el proceso de lavado de cobre reaccionan con el hidrógeno en la torre de síntesis de metanol para generar metanol. . Después de coproducir metanol, el contenido de monóxido de carbono en el gas que ingresa al proceso de lavado de cobre se reduce significativamente, lo que reduce la carga de lavado de cobre. Al mismo tiempo, el índice de monóxido de carbono durante el proceso de conversión puede reducirse adecuadamente, reduciendo el consumo de vapor de la conversión. Además, el monóxido de carbono liberado por los cilindros en las primeras partes del compresor se convierte en un gas eficaz, lo que reduce el consumo de energía del compresor.
Después de coproducir metanol, el consumo de energía se reduce significativamente. Cada tonelada de amoníaco puede ahorrar 50 kw.h de electricidad y 0,4 t de vapor, lo que equivale a 2 millones de kJ de consumo de energía. El proceso de coproducción de metanol debe prestar atención a la desulfuración fina y la destilación del gas crudo para garantizar la vida útil del catalizador de metanol y la calidad del producto de metanol.