Конверсия природного газа

Конверсия природного газа в настоящее время является основным методом получения водорода и синтез-газа (смеси Н₂ и СО). В зависимости от используемого окислителя и аппаратурного оформления различают высокотемпературную кислородную конверсию, каталитическую парокислородную конверсию в шахтных печах и каталитическую пароуглекислотную конверсию в трубчатых печах. Окисление метана протекает по следующим основным интегральным реакциям:

СН₄+0,5О₂=СО+2Н₂ (8.1.1)

СН₄+Н₂О=СО+3Н₂ (8.1.2)

СН₄+СО ₂=2СО+2Н₂ (8.1.3)

СО+Н₂О=СО₂+Н₂ (8.1.4)

В зависимости от последующего применения принципиальные схемы конверсии природного газа могут различаться. Независимо от этого на первом этапе природный газ подвергают компремированию до 2-4 МПа и направляют в отделение сероочистки, Природный газ содержит существенное количество серусодержащих соединений, среди которых можно выделить Н₂S, CS₂, COS, CH₃SH, C₂H₅SH и другие. Для достижения допустимого уровня содержания соединений серы (1мг/м³) применяют двухступенчатую очистку.

На первой стадии сераорганические соединения гидрируют с использованием алюмокобальтмолибденового или алюмоникельмолибденового катализатора при температуре 350-400°С и давлении 2-4МПа. Реакции гидрирования при указанных условиях практически необратимы, в результате образуются предельные и непредельные углеводороды, монооксид углерода и сероводород. На второй ступени очистку от сероводорода производят поглотителем на основе оксида цинка (ГИАП-10) при температуре 390-410°С.

Равновесный состав конвертированного газа зависит также от температуры и давления исходной смеси. Конверсия углеводородов идет с увеличением объема и с поглощением теплоты. Согласно принципу Ле-Шателье, химическое равновесие реакций (8.1.1.-8.13) смещается в сторону образования продуктов при повышении температуры и уменьшении давления.

Однако проведение каталитической конверсии метана под давлением 2-3 МПа значительно экономичнее, так как промышленный синтез аммиака и метанола, а также ряда других продуктов, в которых используют водород, смесь водорода с азотом или монооксидом углерода, осуществляется при высоком давлении. В этом случае резко снижается расход энергии на сжатие конвертированного газа, из-за возможности использования естественного давления транспортируемого природного газа, улучшаются технико-экономические показатели производства аммиака и метанола, уменьшаются капитальные затраты на строительство установок. Кроме того, повышение давления приводит к уменьшению объемов газа и, соответственно аппаратуры и газопроводов, что позволяет создавать агрегаты большой мощности при сравнительно небольших габаритах аппаратуры.

С повышением температуры степень превращения метана возрастает. Так при давлении 1 ат, отношении CH₄ : H₂O=1 : 2 и температурах 527, 627, 727 и 827 ^оС степень превращения СН₄ в случае равновесия достигает соответственно 40,9; 73,4; 95,8 и 99,6

Согласно расчетам, практически полное превращение метана происходит при 800 ^оС, если объемное соотношение пар : газ составляет не менее 2 : 1. Однако в отсутствии катализатора скорость реакции взаимодействия метана с водяным паром очень мала и поэтому термодинамическое равновесие в области температур 700-1050 ^оС не достигается.

Для достижения при температуре 800-830 ^оС практически полного превращения метана (остаточное содержание метана около 1 %(об.)) отношение СН₄:Н₂О в исходной смеси должно составлять приблизительно 1 : 2 при давлении близком к атмосферному; 1 : 4 при давлении 10 ат, 1 : 6 при 20 ат и 1 : 8 при 30 ат.

Конверсию природного газа водяным паром проводят при давлении 2МПа и соотношении исходных реагентов СН₄:Н₂О=1:4. В этом случае остаточное содержание метана составляет 8-10%( объёмных). Для достижения остаточного содержания метана на уровне 0,5%(объёмных), конверсию ведут в две стадии: паровоздушная конверсия под давлением и паровоздушная конверсия с использованием кислорода воздуха. В качестве катализаторов конверсии природного газа используют никелевые катализаторы на оксиде алюминия, выпускаемые промышленностью в виде таблетированных или экструдированных колец Рашига. Эти катализаторы должны быть высокоактивными, стабильными, термостойкими и механически прочными. Срок службы лучших современных никелевых катализаторов составляет не менее 3 лет.

Применяются два основных способа приготовления катализаторов. По первому, соединения никеля и промоторов смешивают с порошкообразным носителем. Для смешивания окислов нескольких металлов используют соосаждение их в виде гидратов, окислов, карбонатов. Образующаяся при этом однородная масса формируется либо в мокром виде – экструзией, либо в полусухом и сухом состоянии – таблетированием. Катализаторы выпускают, в основном, в форме цилиндрические таблеток или колец диаметром и высотой 8-20 мм. По второму способу каталитические веществ наносят на сформованный и прокаленный инертный носитель путем пропитывания его раствором солей никеля и промоторов. Готовый катализатор, независимо от способа приготовления, прокаливают при 400-450 ^оС для перевода солей никеля и промоторов в форму оксидов и для спекания порошка. Восстановление катализаторов проводят непосредственно в реакционном аппарате. Содержание никеля в различных катализаторах составляет 4-30 масс.%

Таблица 8.1.1. Промышленные катализаторы паровой конверсии метана.

№	Фирма производи-тель	Марка катали- затора	Характеристики катализатора
	SUD-CHEMIE (Зюд-Хими), Германия	G-90 B Керами- ческий тип	Режим работы-первичный рифор-минг углеводородов. Химический состав, масс.% : никель- 11,0; оксид алюминия- 80,0; оксид кальция- 8,2; натрий- менее 0,02; оксид кремния- менее 0,02. Al2O3 представлен в форме -окись Al Форма: кольца Рашига Насыпная плотность, кг/дм3: 0,9 Прочность бокового раздавливания, кг: средняя- 80,0 Температура плавления, оС : выше 1500.
	SUD-CHEMIE (Зюд-Хими), Германия	G-90 B EW Керамичес-кий тип	Режим работы-первичный рифор-минг углеводородов Химический состав, масс. % : никель- 11,0; оксид алюминия- 80,0; оксид кальция- 8,0; натрий- менее 0,02; оксид кремния- менее 0,02. Al2O3 представлен в форме – окись Al. Форма: кольца с семью спицами Насыпная плотность, кг/дм3: 0,75 Прочность бокового раздавливания, кг: средняя- 50,0 Температура плавления, оС: выше 1500.
	A/S Haldor Tops e, Дания	R-67	Режим работы- паровой риформинг Содержание активных компонентов, масс.%: оксид никеля- 16,0-18,0; оксид кремния- <0,2; носитель (алюминат магния)- остальное Форма-цилиндры с выпуклыми основаниями и семью аксиальными сквозными отверстиями Условия: Выходная температура, оС: 790-820 Выходное давление,атм.: до 35,0 Содержание метана на выходе, в % на сухой газ: 7,2-8,5
	Россия	ГИАП-16-01 ГИАП-16-02	Режим работы- конверсия углеводородных газов с водяным паром ГИАП-16-01 ГИАП-16-02 Массовая доля активных компонентов, масс.%: оксид никеля 26,5_1,5 19,5_1,5 оксид кальция 10,0_2,0 оксид алюминия н/м 57,0 н/м 65,0 Форма: цилиндрические кольца Насыпная плотность, кг/дм3:0,9-1,2 Механическая прочность- разрушающее усилие по образующей, МПа, не менее: 60,0
	Россия	ГИАП-18	Режим работы- паровая и пароуглекислотная конверсия природного газа Массовая доля оксида никеля, масс. %: 11,0 Форма: цилиндрические кольца Насыпная плотность, кг/дм3: 1,1_0,1 Механическая прочность- разрушающее усилие при раздавливании на торец, МПа: средняя >50,0 Соотношение пар:газ=3,0-5,0
	Россия	ГИАП-19	Режим работы- конверсия газообразных углеводородов Массовая доля активных компонентов, масс.: оксид никеля- 26,5_1,5 оксид кальция-10,0_2,0 оксид алюминия- н/м 57,0 Форма: цилиндрические кольца Насыпная плотность, кг/дм3: 0,9-1,2 Механическая прочность- разрушающее усилие по образующей, МПа, не менее: 62,0

 

Срок службы катализаторов конверсии природного газа при правильной эксплуатации достигает трёх и более лет. Никелевые катализаторы наиболее чувствительны к воздействию сернистых соединений вследствие образования на поверхности катализатора неактивного сульфида никеля. Отравленный соединениями никеля и углеродом катализатор может быть регенерирован при подаче очищенного от соединений серы природного газа и значительного количества водяного пара.

В случае необходимости получения чистого водорода, а не синтез-газа проводят процесс каталитической конверсии монооксида углерода, которая протекает по реакции (8.1.4). В соответствии с условиями термодинамического равновесия повышение степени конверсии Со может быть достигнуто при удалении диоксида углерода из газовой смеси, увеличении содержания водяного пара и уменьшении температуры. Повышение давления не смещает равновесие, так как реакция идёт без изменения числа молей, но увеличивает скорость реакции, что приводит к уменьшению габаритов оборудования, полезно используется энергия ранее сжатого газа. Мольная доля водяного пара в исходной газовой смеси определяется количеством, подаваемым на конверсию природного газа, в результате соотношение Н2О:СО составляет порядка 2:1. Реакция конверсии СО сопровождается значительным выделением теплоты, что определяет двухстадийную организацию процесса. Температурный режим каждой стадии определяется свойствами применяемых катализаторов. На первой стадии используется среднетемпературный железохромовый катализатор. Низкотемпературные катализаторы содержат в своём составе соединения меди, цинка, алюминия и ряд других элементов, которые повышают термостабильность катализатора. Перед началом работы низкотемпературный катализатор восстанавливают водородом или СО. Срок службы низкотемпературных катализаторов обычно не превышает двух лет.

Агрегат двухступенчатой конверсии природного газа и монооксида углерода работает следующим образом. Природный газ сжимают в компрессоре до давления 4, МПа, смешивают с азотоводородной смесью в соотношении 10:1 подают в огневой подогреватель, где реакционная смесь нагревается до температуры 370-400 ^оС. Далее последовательно производится гидрирование сернистых соединений в каталитическом реакторе на алюмокобальтмолибденовом катализаторе и адсорбере, где сероводород поглощается оксидом цинка. Очищенный газ смешивается с водяным паром в соотношении 1:3,7 и направляется в конвекционную зону трубчатой печи. В радиационной камере размещены трубы, где расположен катализатор конверсии метана и горелки, в которых сжигается природный газ. Парогазовая смесь нагревается до температуры 525 ^оС и под давлением 3,7 МПа распределяется по больщому количеству параллельно включённых труб. Выходящая парогазовая смесь содержит 9-10 % (объёмных) СН₄. При температуре 850 ^оС конвертированный газ поступает в шахтный реактор, в верхнюю часть которого подаётся технологический воздух при температуре 480-500 ^оС. По окончании конверсии газ с температурой 1000 ^оС и остаточным содержанием метана 0,5 % (объёмных) направляется в котёл-утилизатор и при температуре 450 ^оС направляется на двухступенчатую конверсию монооксида углерода. Схемы аппаратурного оформления процесса конверсии можно найти в учебниках ОХТ, приведённых в списке литературы.

 

Синтез аммиака

 

1. Области применения аммиака

Аммиак широко используется в производстве удобрений (аммиачной селитры – NH₄NO₃; карбамида – (NH₂)₂CO; сульфата аммония; аммофоса-NH₄H₂PO₄; нитрофоса-смесь CaHPO₄∙2H₂O, NH₄NO₃ и гипса; нитрофоски- смесь CaHPO₄∙2H₂O, аммофоса и NH₄NO₃), полимерных материалов (полиамидов - найлона, капрона; полиакрилнитрила; полиуретанов), взрывчатых веществ (тротила, аммонита), фотографических препаратов, медикаментов и ряда других важных продуктов.

 

2. Теоретические основы синтеза аммиака

Синтез аммиака осуществляют из азота и водорода по реакции:

N₂ + 3∙H₂ « 2∙NH₃ - DH (8.2.1)

Реакция обратимая, экзотермическая, характеризующаяся большим отрицательным энтальпийным эффектом (DH₂₉₈=-91,96 кдж/моль NH₃) и протекающая с уменьшением числа молей. Поэтому, согласно принципа Ле Шателье, нагревание равновесной смеси смещает равновесие в сторону образования азота и водорода; повышение давления – в сторону образования аммиака (табл. 8.2.1). Следовательно, с точки зрения условий термодинамического равновесия максимального выхода аммиака можно достичь, проводя процесс синтеза при высоких давлениях и низких температурах. Однако, с позиций кинетики химических реакций, для увеличения скорости синтеза аммиака процесс надо проводить при высоких температурах.

 

Таблица 8.2.1 – Концентрация аммиака в равновесной смеси

 

Температура, 0С	Концентрация NH3 (моль. доля) при давлении	Температура, 0С	Концентрация NH3 (моль. доля) при давлении
30 МПа	100 МПа	30 МПа	100 МПа
	0,899	0,983		0,264	0,574
	0,709	0,925		0,137	0,.314
	0,470	0,798		0,073	0,128

 

В промышленных условиях синтез аммиака ведут при температурах не ниже 400-500 ⁰С на железном катализаторе, содержащем 3-5 промоторов: Al₂O₃, SiO₂, MgO, CaO, K₂O. Широкое распространение получил катализатор марки СА-1 (табл. 8.2.2). Невосстановленный катализатор имеет следующий состав, мас.%: Fe₂O₃ – 54-64; FeO – 29-36; Al₂O₃ -3-4; CaO – 2-3; MgO – до 0,7; SiO₂ – до 0,7.

 

Таблица 8.2.2 – Основные характеристика катализатора СА-1

 

Наименование параметра	Размерность	Значение параметра
Размер зерен: дробленых гранулированных	мм	7-10 и 10-15
3-5
Истинная плотность	г/см3	4,8
Пористость	%	10-30
Преобладающий радиус пор	нм	11-13
Удельная площадь поверхности	м2/г	10-15

 

Катализатор имеет высокую активность и стойкость к перегревам и вредным примесям, содержащимся в исходной азотоводородной смеси. Сероводород и другие серосодержащие соединения отравляют железный катализатор необратимо. Так, при содержании в катализаторе 0,1 мас.% серы активность катализатора уменьшается на 50%, а для полного отравления достаточно около 1 мас.% серы. Кислород и кислородные соединения (Н₂О, СО, СО₂) отравляют железный катализатор очень сильно, но обратимо.

Скорость процесса на промышленном железном катализаторе можно рассчитать по уравнению М.И.Темкина:

U = k₁∙P_N2∙(P_H2)^1,5/P_NH3 – k₂∙ P_NH3/(P_H2)^1,5 (8.2.2)

где k₁ и k₂ – константы скоростей образования и разложения аммиака, кмоль/(м³∙с), k_i = k_0i∙exp[-E_i/(R∙T)], k_0i–предэкспоненциальный множитель, k₀₁ =0,184 и k₀₂ = 4,56∙10¹⁰; E_i -энергии активации, кдж/кмоль, E₁ = 57000, E₂ =165000; R –газовая постоянная, кдж/(кмоль∙град), R =8,31; P_N2, P_H2, P_NH3 – парциальные давления азота, водорода и аммиака, P_i = Р_п∙z_i, Р_п – приведенное давление, равное: Р_п =Р/Р₀, Р- общее давление, МПа, Р₀- нормальное давление, Р₀ =0,1 МПа; z_i – концентрации реагентов, моль. доли.

Скорость реакции синтеза аммиака зависит от температуры, давления и состава реакционной смеси: с ростом температуры и давления скорость синтеза увеличивается, а с повышением концентрации аммиака и уменьшением концентраций азота и водорода - снижается. Максимальному значению скорости будет соответствовать оптимальная температура:

Т_опт= ( E₂ - E₁)/[R∙ln(k₀₂/k₀₁∙ E₂/E₁∙ P_NH3²/P_N2∙ P_H2³)] (8.2.3)

С увеличением в продуктах синтеза концентрации аммиака (p_NH3) значение оптимальной температуры должно уменьшаться, а с ростом давления – возрастать. Следовательно, по ходу движения реакционной смеси в колонне температуру необходимо снижать.

 

3. Промышленный способ синтеза аммиака

 

Производство химических продуктов может осуществляться по открытой и циркуляционной (закрытой) технологической схеме. Открытый тип схемы применяется тогда, если одно из исходных веществ дорогое или токсичное, а второе - дешевое, например, водяной пар или кислород воздуха:

CH₄ + H₂O « CO + 3∙H₂

2∙SO₂ + O₂ « 2∙SO₃

В этом случае процесс ведут в крупногабаритных реакторах при высокой степени превращения дорогого или токсичного соединения, после чего прореагировавшую газовую смесь направляют на очистку до безопасного уровня концентраций, а затем выбрасывают в атмосферу. Если все исходные компоненты дорогие, например, водород и азот, то процесс реализуют по циркуляционной схеме при высокой скорости химической реакции, а следовательно, при низкой концентрации образующегося продукта. Убыль концентрации исходных реагентов, пошедших на образование продукта, компенсируется поступлением свежей порции исходной смеси в циркуляционный газ.

В производстве синтетического аммиака наиболее распространены циркуляционные схемы, работающие при среднем давлении (25-60 МПа), так как при этих условиях удачно решаются вопросы выделения аммиака из прореагировавшей реакционной смеси и достаточно высокой скорости процесса в колонне. Азотоводородная смесь при прохождении через слой катализатора не полностью превращается в аммиак: концентрация NH₃ составляет не более 14-20 об.%.

Азотоводородная смесь подается сверху в колонну синтеза 2 (рис. 1), где происходит образование аммиака. Прореагировавшая азотоводородно-аммиачная смесь выводится из колонны синтеза при 400⁰С в паровой котел 1, где теплота химической реакции используется для производства пара, и подается в водяной холодильник 3, где охлаждается до температуры 30-40⁰С, а затем в сепаратор 4. В водяном холодильнике конденсируется лишь часть аммиака. Далее газ турбоциркуляционным компрессором 5 подается в конденсационную колонну 6 и испаритель 7, где за счет испарения жидкого аммиака получается холод, необходимый для более полного выделения аммиака из газовой смеси. Из конденсационной колонны 6 газ вновь поступает в колонну синтеза 2. Свежая азотоводородная смесь в количестве, отвечающем массе образовавшегося в колонне аммиака, подается в нижнюю часть конденсационной колонны, где она очищается промывкой жидким аммиаком от следов влаги, масла и СО₂.

Более подробно технология синтеза аммиака изложена в специальной литературе (см. список литературы).

 

 

Рисунок 8.2.1 – Схема установки для синтеза аммиака под средним давлением:

1-паровой котел; 2-колонна синтеза; 3-холодильник; 4-сепаратор; 5-турбоциркуляционный компрессор; 6-конденсационная колонна; 7-испаритель

 

Синтез метанола.

 

1. Области применения метанола

Метанол по значению и масштабам производства является одним из важнейших многотоннажных продуктов современной химической промышленностью. Он широко применяется для получения пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука. Метанол – важное соединение для получения формальдегида, а также диметилсульфата, диметилтерефталата, метилацетата, диметилформамида, антидетационных смесей (тетраметилсвинец), ингибиторов, антифризов, метиламина, метилового эфира акриловой кислоты, лаков, красителей и других продуктов. В чистом виде применяется в качестве растворителя и может быть использован как моторное топливо или как высокооктановая добавка к нему. Применение метанола в двигателях внутреннего сгорания решает как энергетическую, так и экологическую проблемы, так как присгорании метанола образуются только водяной пар и СО₂, тогда как при сгорании бензина – оксиды азота, СО, высокодисперсная сажа и другие токсичные соединения.

Метанол получают различными методами, отличающиеся исходным сырьем, способами его переработки в технологический газ (синтез-газ: СО₂+СО+Н₂), а также пераметрами проведения процесса синтеза метанола.

Сведения о доле различных источников сырья, используемых при получении технологического газа для синтеза метанола, приведены в табл. 8.3.1.

 

Таблица 8.3.1-Сырье для получения технологического газа

синтеза метанола в России

 

Наименование сырья	Доля сырья
Природный газ	0,716
Синтез-газ производства ацетилена	0,157
Газы нефтепереработки	0,038
Твердое топливо (уголь)	0,089

 

 

2. Теоретические основы синтеза метанола

Синтез метанола основан на протекании двух обратимых реакций с большими энтальпийными эффектами (DH¹₂₉₈= -90,8 кдж/моль СН₃ОН; DH²₂₉₈=-49,6 кдж/моль СН₃ОН):

СО + 2∙Н₂ « СН₃ОН - DH¹ (8.3.1)

СО₂ + 3∙Н₂ « СН₃ОН + Н₂О- DH² (8.3.2)

Так как реакции экзотермические и протекают с уменьшением числа молей, то по правилу Ле Шателье для достижения максимальных равновесных значений концентрации метанола необходимо проведение процесса при низких температурах и высоких давлениях (табл. 8.3.2).

Таблица 8.3.2- Равновесные концентрации метанола в зависимости

от давления при разных температурах

Давление, МПа	Равновесные концентрации метанола (об.%) при температурах	Давление, МПа	Равновесные концентрации метанола (об.%) при температурах
3000С	3500С	3000С	3500С
	9,9	----		76,0	37,7
	26,3	8,2		86,0	53,1
	53,4	24,0		89,6	66,7

 

Как следует из табл. 8.3.2, максимально достижимая концентрация метанола ограничена условиями равновесия. Однако для увеличения скорости реакции необходимо повышение температуры. При этом, выбирая оптимальный температурный режим, следует учитывать возможное образование побочных продуктов: высших спиртов, альдегидов, кетонов, метана и других, так как они удорожают очистку метанола и увеличивают расходные коэффициенты по сырью.

Поэтому применяемый для синтеза метанола катализатор должен обладать высокой селективностью, то есть максимально ускорять образование метанола при одновременном подавлении побочных реакций. Следует отметить, что выход побочных соединений увеличивается при снижении давления и повышении температуры сверх оптимальной. Следовательно, при недостаточно высоких температурах скорость процесса чрезвычайно мала, в то же время при температурах выше оптимальной равновесная концентрация метанола низкая и возрастает концентрация побочных соединений. Поэтому в промышленности процесс ведут в узком интервале температур с колебаниями в 20-30⁰С.

Каталитическую активность для реакции синтеза метанола проявляют многие металлы. Процесс проводят при 350-400⁰С, 20-30 МПа и объемной скорости 25000-40000 ч^-1 на цинк-хромовом катализаторе(ZnO-Cr₂O₃) или при 220-300⁰С, 5-10 МПа и объемной скорости 8000-10000 ч^-1 на низкотемпературных медьсодержащих катализаторах (CuO-ZnO-Al₂O₃; CuO-ZnO-Cr₂O₃). Максимальное давление, используемое для синтеза метанола составляет 40 МПа, так как выше этого значения ускоряются побочные реакции и возрастают затраты на компрессию газа, что ухудшает экономические показатели процесса. При использовании низкотемпературных катализаторов повышение давления ограничено термической стабильностью медных составляющих Контактных масс.

Катализаторы синтеза метанола весьма чувствительны к сернистым соединениям, которые отравляют цинк-хромовом катализаторы обратимо, а медьсодержащие катализаторы – необратимо. Необходима также тщательная очистка газа от карбонила железа, образующегося в результате взаимодействия оксида углерода с железом аппаратуры, который разлагается на катализаторе с выделением элементарного железа, ускоряющего реакцию образования метана.

Скорость реакции на медь-цинк-алюминиевом катализаторе может быть описана уравнением:

U = k₁∙[P_H2∙P_CO^0,5/P_M ^0,66 – 1/Kr∙ P_M ^0,34/(P_H2∙ P_CO^0,5) (8.3.3)

где k₁ – константа скорости образования метанола, кмоль/(м³∙с), k₁ = 7.734∙ 10⁸∙exp[-94880/(R∙T)], где R –газовая постоянная, кдж/(кмоль∙град), R =8,31; P_СО, P_H2, P_М – парциальные давления оксида углерода, водорода и метанола, P_i = Р_п∙z_i, Р_п – приведенное давление, равное: Р_п =Р/Р₀, Р- общее давление, МПа, Р₀- нормальное давление, Р₀ =0,1 МПа; z_i – концентрации реагентов, моль. доли.

Для расчета константы равновесия (Kr) получено уравнение:

lg Kr = 3748,7/T – 9,28∙lgT + 3,15∙10^-3∙T – 4,26∙10^-7∙T² + 13,8 (8.3.4)

При циркуляции в синтез-газе накапливаются инертные примеси (метан, азот, аргон) и их концентрацию регулируют частичной отдувкой газа.

 

3. Промышленный способ синтеза метанола

 

Технологический процесс получения метанола из оксида углерода и водорода представлен на рис. 8.3.1.

 

 

Рисунок 8.3.1-Принципиальная схема синтеза метанола

 

Природный газ под давлением 3 МПа после подогревателя 1 и очистки от серосодержащих соединений в аппаратах 2 и 3 смешивается с паром и диоксидом углерода в соотношении СН₄:Н₂О:СО₂= 1:3,3:0,24. Смесь поступает в трубчатый конвертор 4, где на никелевом катализаторе при 850-870⁰С происходит пароуглекислотная конверсия, и конвертированный газ направляется в котел-утилизатор 5. Теплота газа используется для получения пара высоких параметров, в также теплообменнике 6 для подогрева питательной воды, направляемый в котел-утилизатор. Дальнейшее охлаждение и сепарация выделившейся воды проводится в аппарате воздушного охлаждения 7 и сепараторах 8. Свежую газовую смесь сжимают компрессором 9 до 5 МПа, смешивают с циркуляционным газом и подают в теплообменники 10 и11. Нагретая до 210-230⁰С за счет теплоты реакционных газов смесь поступает в колонну 12, где осуществляется синтез метанола. Реакционные газы, выходя из колонны и отдавая свою теплоту исходной газовой смеси, направляются через холодильник-конденстор 13 в сепаратор 14. Здесь полученный спирт-сырец отделяется от непрореагировавших газов, которые циркуляционным компрессором дожимаются до давления исходного газа и возвращаются в процесс. Метанол-сырец собирают в сборник 15, очищают от примесей и подвергают ректификации.

Более подробно технология синтеза метанола изложена в специальной литературе (см. список литературы).