Производства метилового спирта из синтез-газа

Метиловый спирт находится в числе самых синтезируемых в промышленности органических веществ. Изначально метиловый спирт в промышленности синтезировался путем сухой перегонки древесины. В современном мире данный способ более неактуален. На сегодняшний день спирт получают из окиси углерода и водорода. Развитие этого способа началось в 1913 г. процесс был осуществлен на цинкхромовом катализаторе при низком давлении.

В промышленности получение метанола было произведено только в 1934 г. Выход готовой продукции составляло около 30 т/сутки. Метанол производили из водяного газа, полученного путем газификации кокса. В настоящее время сырьем для синтеза служит природный газ.

Характеристика исходного сырья и целевого продукта

В состав синтез-газа входят такие вещества как CO и H 2 . В зависимости от метода получения синтез-газа соотношение CO:Н 2 в нем варьируется от 1:1 до 1:3. В прямой зависимости от применяемого сырья и метода его соотношение компонентов в синтез-газе изменяется в широких пределах.

• 1.    Угарный газ – этот газ, чуть легче воздуха. Особенная опасность – не имеет

• 2.    Водород – при обычных условиях водород – бесцветный, не имеющий запаха газ, почти не растворяется ни в каких растворителях.

• 3.    Метиловый спирт, (метанол СНзОН) – является простейшим представителем предельных одноатомных спиртов. В свободном состоянии в природе встречается редко и в очень небольших количествах.

φв-ва цвета и запаха, поэтому человек не ощущает, когда он поступает в легкие.

Расчет материального и теплового баланса

Произведен практический расчет материального баланса производства метилового спирта на основе следующих исходных данных: Состав исходной смеси, поступающей на синтез метанола,

φ, % об.:Н 2 – 75;СH 4 – 6; СО – 12; СО 2 – 7.

Расход синтез-газа в реактор первой ступени составляет V=2100 м3/ч.

Состав газа на выходе из реактора,

φ, % об.: Н 2 – 15,18; СH 4 – 45,2; СО –

• 2,11; СО 2 – 8,15; CH 3 OH-24,45;

H 2 O-4,91.

Расход синтез-газа в реакторе составляет V=920 м3/ч.

Объемный расход найдем по формуле:

V∙φ _,

100%, где φв-ва -объемный расход, в м3/ч; V -расход синтез газа, % φ -объемная доля газов, %

V = ^2100∙75 =1575 м³/ч; V H_{2      100}                     CH₄

2100∙7 = 147 м3/ч

Массовый расход компонента:

^2100∙6 =126 м³/ч; 100

V CO = ^2100∙12 =252м³/ч;   V CO₂

М = n в

-

ва ∙ М в-ва ,

Где М – массовый расход компонента, кг/ч; М кг/кмоль.

в-ва - молярная масса вещества,

М H = 70,31 ∙ 2 =140,62кг/ч; М CH = 5,63 ∙ 16 =90,08 кг/ч; М CO = 11,25 ∙ 28 =315 кг/ч; М CO = 6,56 ∙ 44 =288,64 кг/ч.

Таблица 1. Производство метилового спирта из синтез-газа

Компонент	На входе в реактор			На выходе из реактора
	% объема	Кмоль/ч	Кг/ч	% объема	Кмоль/ч	Кг/ч
H 2	75	70,31	140,62	15,18	6,23	12,46
CH 4	6	5,63	90,08	45,2	18,56	296,96
CO	12	11,25	315	2,11	0,87	24,36
CO 2	7	6,56	288,64	8,15	3,35	147,4
CH 3 OH				24,45	10,04	321,28
H 2 O				4,91	2	36
Итого	100	93,75	834,34	100	41,05	838,46

Невязка материального баланса составляет 0,49%

Превышение расхода над приходом объясняется округление цифр при расчетах.

Основные реакции:

CO 2 + 3H 2 → CH 3 OH + H 2 O + 90700 кДж/кмоль

СО + 2Н 2 → СН 3 ОН + 49500 кДж/кмоль

Основное уравнение теплового баланса

Q1 = nв-ва ∗ Ср ∗ t

Где nв-ва - количество вещества выделяющееся в час кмоль/ч; СР- значение теплоемкости; t-температура веществ при входе в процесс

Q Н = 29,15 ∙ 70,31 ∙ 200 = 409907

Q CH4 = 46,45 ∙ 5,63 ∙ 200 = 52302,7

Q CO = 30,24 ∙ 11,25 ∙ 200 = 68040

Q CO2 = 44,5 ∙ 6,56 ∙ 200 = 58384

Таблица 2. Тепловой баланс производства метилового спирта

Поток	кДж/ч	Поток	кДж/ч
Тепло с сырьем	588633,7	Тепло с продуктами	438158,6
Тепло экзотермической реакции	703804	Тепло с теплоносителем	854279,1
		Теплопотери	25848,76
Итого:	1292437,7	Итого:	1318286,46

Невязка теплового баланса составляет 1,96%

Превышение расхода над приходом объясняется округление цифр при расчетах.

Заключение

В работе изучен технологический процесс производства метилового спирта из синтез-газа. Рассчитан его материальный и тепловой балансы. Синтез-газ представляет собой смесь газов: угарный газ и водород. Метиловый спирт используют как растворитель, а также в производстве формальдегида, применяемого для получения фенолформальдегидных смол. Большие объемы метилового спирта используют при добыче и транспорте природного газа.