4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как производится метанол

Как производится метанол

Метанол (метиловый спирт) – простейший элемент органической химии, и одновременно основа для производства многих бытовых и промышленных товаров, сырьевых продуктов. Процесс получения метанола основан на каталитической конверсии углеводородов природного газа с водяным паром.

Именно с метанола начинается весь ряд продуктов органической химии. Он является сырьем при производстве формалина, формальдегида, карбамидоформальдегидного концентрата и смол, полиамида. На основе метанола производятся антидетонационные присадки к бензинам. МТБЭ (метилтретбутиловый эфир) повышает качество и октановое число бензина. Метанол используется в производстве протеина, ядохимикатов и многих других важных продуктов.

Свойства продукта и технические характеристики

Метанол (CH3OH) – бесцветная ядовитая жидкость со слабым запахом этилового спирта. Температура кипения – 64,5°С, плотность 0,7924 г/см3 (20°С). С воздухом образует взрывоопасные смеси при объёмных концентрациях, равных 6,72-36,5%; температура вспышки составляет 8°С; температура самовоспламенения – 436˚C; пределы самовоспламенения – 6,7-34,7 об. долей. Метиловый спирт смешивается во всех соотношениях с водой и большинством органических растворителей, обладает всеми свойствами одноатомных спиртов.

В нижеследующей таблице кратко представлены технические требования к метанолу для марки «А» и «Б» (ГОСТ 2222-95). Приняв тот факт, что на всех производствах указанные технические требования соблюдаются, можно считать приведенные данные основными свойствами этого вещества.

Свойства метанола и технические требования

Наименование показателя

Помимо метанола этих марок, существует метанол-сырец, используемый преимущественно в газовой и нефтяной промышленности (см. пункт 1.3). Метанол-сырец, помимо метанола – СН3ОН, содержит воду и диметиловый эфир.

Массовое содержание воды в нем может достигать 11%, соответственно плотность его составляет не более 0,827 г/см3.

Области применения метанола

Метанол-сырец широко используется в газовой промышленности в целях борьбы и предупреждения гидратообразования в газопроводах при добыче и транспортировке природного и попутного газов, для испытания новых скважин и скважин после капитального ремонта и частично для осушки природного газа. В нефтедобывающей промышленности метанол широкого применения не имеет, поскольку добыча нефтяного попутного газа осуществляется в значительно меньших объемах, чем добыча природного газа. Кроме того, попутный нефтяной газ транспортируется на короткие расстояния, подземное хранение не ведется, в данном случае широко используются гликоли.

Получают развитие технологии, позволяющие наряду с метанол-ректификатом выделять диметиловый эфир из метанола-сырца.

В химической промышленности метанол-ректификат выступает в качестве полупродукта для многих промышленных синтезов. Основной расход приходится на производство формалина, уротропина, уксусной кислоты и продуктов метилирования.

В нефтехимической промышленности основное потребление приходится на производство изопрена через формальдегид и изобутилен, а также производство метилтретбутилового эфира (МТБЭ).

Экология

Благодаря Киотскому протоколу, охрана окружающей среды является одним из важнейших аспектов производства метанола, так как оно неизбежно влечет за собой выбросы диоксида углерода.

Помимо диоксида углерода в процессе производства в атмосферу отходят газы, содержащие оксиды азота.

Количество выбросов CO2 зависит от степени использования углерода. При двухступенчатом риформинге эта величина равна 80% и выбросы составляет 0,34 тонны CO2 на тонну метанола. При одноступенчатом – 0,45 тонны CO2 на тонну метанола.

В нижеследующей таблице приведены сравнительные средние показатели выбросов при производстве тонны метанола при разных типах реформинга – одностадийном, двухстадийном и автотермическом.

Сравнительные показатели выбросов метанольных производств

Источник: данные компании «Haldor Topsoe»

Данные цифры являются средними для всех типов используемой энергии.

Существует ряд разработок, направленных на снижение вредного воздействия производства метанола на окружающую среду. Считается, что обезопасить данные производства можно, разработав метод его синтеза напрямую из метана и кислорода, минуя промежуточный этап производства синтез-газа, поскольку при этом экономилось бы топливо, необходимое для процесса паропреобразования. Однако в настоящее время не известен ни один катализатор, который позволял бы провести эту реакцию при достаточно низкой температуре, чтобы избежать конкурирующей реакции горения; и даже при условии, что такой катализатор будет найден, преимущество по контролю уровня двуокиси углерода будет достигнуто только при использовании кислорода, полученного с помощью ядерной либо восстановимой энергии. В любом случае, в ближайшем будущем ожидать появления новых, более экологически чистых технологий производства метанола ожидать не следует.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка метанола можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок метанола в России».

Об авторе:
Академия Конъюнктуры Промышленных Рынков
оказывает три вида услуг, связанных с анализом рынков, технологий и проектов в промышленных отраслях — проведение маркетинговых исследований, разработка ТЭО и бизнес-планов инвестиционных проектов.
• Маркетинговые исследования
• Технико-экономическое обоснование
• Бизнес-планирование

Метанол

Метанол — один из наиболее важных по значению крупнотоннажных продуктов химической промышленности. Стремительно растут потребляемые объемы, существенно совершенствуются технологии производства.

Метанол (метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, метилгидрат, гидроксид метила) — CH3OH, бесцветная ядовитая жидкость, контаминант.
Это 1 й , простейший представитель гомологического ряда одноатомных спиртов.
Используется в качестве полупродукта в ряде промышленных синтезов.
Основные потребители — производители формальдегида, смол и других продуктов на его основе.
Важные свойства метанола — хорошая растворимость в воде и низкая температура замерзания.

Читать еще:  Зеркало без фацета что это

Перспективно использование метанола в производстве олефинов (этилена и пропилена) полимеризационной чистоты, спрос на которые во всем мире ежегодно возрастает.
Потребление метанола российским рынком также постепенно увеличивается.
Согласно данным аналитики внутренний рынок метанола в 2014 году возрастет до 2350 тыс. тонн.
Крупнейшие потребители метанола в России — Нижнекамскнефтехим, Тольяттикаучук и Газпром, применяющий метанол как вещество, препятствующее образованию гидратных пробок при добыче и транспортировке газа.

На сегодняшний день этот рынок напрямую зависит от мировой конъюнктуры, которая пока остается весьма благоприятной ввиду относительной дешевизны российского природного газа и электроэнергии.

В настоящее время РФ является одним из наиболее крупных игроков на мировом рынке метанола, занимая 4 е место по объемам его выпуска после.
Несмотря на экспортную направленность, многие российские производители метанола в последние годы стали больше внимания уделять глубине переработки продукта.
Переработка метанола в последующие продукты экономически более выгодна, чем продажа его в чистом виде.

Метанол, как и другие низшие спирты, содержащие до 3 х атомов карбона, смешивается в любых соотношениях с водой и большинством органических растворителей.
Карбинол имеет выраженный алкогольный запах, но, как сильнейшее нейротоксичное соединение, ядовит для внутреннего потребления.
Попав в желудочно-кишечный тракт, окисляется до муравьиной кислоты и муравьиного альдегида, которые поражают зрительные нервы и сетчатку глаза. Результат — слепота или летальный исход.

Технологии получения:
— сухая перегонка древесины и лигнина;
— термическое разложение солей муравьиной кислоты (восстановление альдегидов или карбоновых кислот с использованием сильных восстановителей — натрийборгидрида или литийалюминийгидрида);
— синтез из метана через метилхлорид с последующим омылением;
— неполное окисление метана и получение из синтез-газа.
Современный промышленный метод получения метанола — синтез из оксида углерода и водорода на медь-цинковом оксидном катализаторе при температуре — 250 °C, давление — 7 МПа ( 69,08 атм, 71,38 кгс/см²).

Твердое топливо сохраняет в качестве сырья определенное значение.
Синтез метанола основан на обратимых реакциях, описываемых уравнениями:
СО + 2Н2 СН3ОН; ΔH = -90,8 кДж
СО2 +3Н2 СН3ОН + Н2О; ΔH = -49,6 кДж
Реакции обратимы, экзотермичны и протекают с уменьшением объема.

Побочные реакции при производстве обуславливают бесполезный расход синтез-газа и удорожают очистку метанола.

Получение метилового спирта на кухне

Получаемая при помощи данного описания жидкость — метанол. Она известна также под названием метиловый (древесный) спирт и имеет формулу — СН3ОН.

Метанол в чистом виде применяется в качестве растворителя и как высокооктановая добавка к моторному топливу, а также непосредственно как высокооктановое топливо (октановое число => 115).

Это тот самый «бензин», которым заправляют баки гоночных мотоциклов и автомобилей.

Как показывают зарубежные исследования, двигатель, работающий на метаноле, служит во много раз дольше чем при использовании привычного нам бензина, а мощность его, при неизменно рабочем объеме, повышается на 20%.

Выхлоп двигателя, работающего на этом топливе, экологически чист и при проверке его на токсичность, вредных веществ не обнаруживается.

Малогабаритный аппарат для получения этого топлива прост в изготовлении, не требует особых знаний и дефицитных деталей, безотказен в работе. Его производительность зависит от различных причин, в том числе и от габаритов.

Аппарат, схема и описание сборки которого приведены ниже, при диаметре реактора всего 75 мм, выдает три литра готового топлива в час. При этом вся конструкция имеет вес около 20 кг и приблизительно следующие габариты: 20 см в высоту, 50 см в длину и 30 см в ширину.

Химия процесса

Не будем вдаваться глубоко в варианты химических процессов и для простоты расчётов будем считать, что при нормальных условиях (20°С и 760 мм.рт.ст.) из метана получается синтез-газ по следующей формуле:

из 44,8 л метана и 22.4 л кислорода выходит 44,8 л окиси углерода и 89,6 л водорода, затем из этих газов получают метанол по формуле:

из 22.4 л окиси углерода и 44.8 л водорода получается: 12г(С)+3г(Н)+16г(О)+1г(Н) = 32 г метанола.

Значит, по законам арифметики из 22.4 л метана выходит 32 г метанола или приблизительно: из 1 м.куб метана синтезируется 1,5 кг 100%-го метанола (это

2 литра).

Реально же, из-за низкого КПД в бытовых условиях, из 1 м.куб. природного газа получится меньше 1 литра конечного продукта (для данного варианта предел — 1 л/ч!).

На 2011 год цена 1 м.куб. бытового газа в России составляет 3.6-3.8 руб и постоянно повышается. Учитывая, что по теплотворной способности метиловый спирт вдвое хуже бензина, получаем эквивалентную цену, равную 7.5 руб. и, наконец-то, округляем до 8 руб. на прочие расходы — эл. энергия, вода, катализаторы, очистка газа,— все равно выходит гораздо дешевле бензина и означает, что «овчинка стоит выделки» при любом раскладе!

Читать еще:  Где обитают дикие животные

В цену этого топлива не включена стоимость установки (при переходе на альтернативные виды топлив всегда требуются период самоокупаемости), в данном случае цена будет колебаться от 5 до 50 тыс. руб, в зависимости от производительности, автоматизации процессов и чьими силами будет изготавливаться.

При самостоятельной сборке, обойдётся минимум 2, а макс.10 т. р. В основном деньги уйдут на токарные и сварочные работы, а также на подготовку компрессоров (можно от неисправного холодильника, тогда будет дешевле) и на материалы, из которых собирается этот агрегат.

Принцип действия и работа аппарата

Функциональная схема аппарата приведена на рис. 1.

Водопроводная вода подключается ко «входу воды» (15) и, проходя далее, разделяется на два потока: один поток (очищается фильтром от вредных примесей) и через краник (14) и отверстие (С) входит в смеситель (1), а другой поток через краник (4) и отверстие (Ж) идет в холодильник (3), проходя через который вода, охлаждая синтез-газ и конденсат метанола, выходит через отверстие (Ю).

Бытовой природный газ, очищенный от примесей серы и пахучих одорантов, подключается к трубопроводу «Вход газа» (16). Далее газ входит в смеситель (1) через отверстие (Б), в котором, смешавшись с паром воды, нагревается на горелке (12) до температуры 100 — 120°С. Затем из смесителя (1) через отверстие (Д) нагретая смесь газа и водяного пара входит через отверстие (В) в реактор (2).

Реактор (2) заполнен катализатором №1, массовая доли: 25% NiO (оксид никеля) и 60% Al2O3 (окись алюминия) , остальное 15% CaO (негашеная известь) и др. примеси , активность катализатора — остаточная объемная доля метана при конверсии с водяным паром углеводородного газа (метана), полностью очищенного от сернистых соединений, содержащего метан не менее 90%, при объемном соотношении пар:газ=2:1, не более:

при 500°С — 37%
при 700°С — 5%.

В реакторе происходит образование синтез газа под воздействием температуры около 700°С, получаемой за счет нагрева горелкой (13). Далее нагретый синтез-газ входит через отверстие (Е) в холодильник (З), где он должен охладиться до температуры 30-40°С или ниже. Затем охлажденный синтез-газ через отверстие (И) выходит из холодильника и через отверстие (М) входит в компрессор (5), в качестве которого можно использовать компрессор от любого бытового холодильника.

Далее сжатый синтез-газ с давлением 5-10 атм. через отверстие (Н) выходит из компрессора и через отверстие (О) поступает в реактор (6). Реактор (6) заполнен катализатором №2, состоящим из 80% меди и 20% цинка.

В этом реакторе, который является самым главным узлом аппарата, образуется пары метанола. Температура в реакторе не должна превышать 270°С, что можно проконтролировать градусником (7) и регулировать краником (4). Желательно поддерживать температуру в пределах 200-250°С, можно и ниже.

Затем пары метанола и не прореагировавший синтез-газ через отверстие (П) выходят из реактора (6) и через отверстие (Л) входят в холодильник (З), где пары метанола конденсируют и через отверстие (К) выходят из холодильника.

Далее конденсат и не прореагировавший синтез-газ входят через отверстие (У) в конденсатор (8), где накапливается готовый метанол, который выходит из конденсатора через отверстие (Р) и краник (9) в какую-либо емкость.

Отверстие (Т) в конденсаторе (8) служит для установки манометра (10), который необходим для контроля давления в конденсаторе. Оно поддерживается в пределах 5-10 атмосфер или больше в основном с помощью краника (11) и частично краника (9).

Отверстие (Х) и краник (11) необходимы для выхода из конденсатора не прореагировавшего синтез газа, который идет на рециркуляцию обратно в смеситель (1) через отверстие (А), но как показала практика, выходные газы надо сжигать в фитиле, а не запускать обратно в систему. Да, это снижает КПД, но зато значительно упрощает настройку.

Краник (9) регулируют так, чтобы постоянно выходил чистый жидкий метанол без газа.

Лучше будет, если уровень метанола в конденсаторе будет увеличиваться, чем уменьшаться. Но самый оптимальный случай, когда уровень метанола будет постоянным (что можно проконтролировать путем встроенного стекла или какого-либо другого способа).

Краник (14) регулируют так, чтобы в метаноле не было воды, а в смесителе образовывалось пара лучше меньше, чем больше.

Запуск аппарата

Открывают доступ газа, вода (14) пока закрыта, горелки (12), (13) работают. Краник (4) полностью открыт, компрессор (5) включен, краник (9) закрыт, краник (11) полностью открыт.

Затем приоткрывают краник (14) доступа воды, а краником (11) регулируют нужное давление в конденсаторе, контролируя его манометром (10). Но не в коем случае не закрывайте краник (11) полностью.

Далее, минут через пять, краном (14) и зажжённой горелкой (21) доводят температуру в реакторе (6) до 200-250°С. После этого горелку (21) гасят, она нужна только для предварительного подогрева, т.к. метанол синтезируется с выделением тепла. Затем чуть-чуть приоткрывают краник (9), из которого должна пойти струя метанола. Если она будет идти постоянно — приоткройте краник (9) чуть больше, если будет идти метанол в смеси с газом — приоткройте краник (14).

Читать еще:  Как узнать свой E mail

Вообще, чем на большую производительность настроите аппарат, тем лучше.

Содержание воды в метаноле вы можете проверить с помощью спиртометра. Плотность метанола = 0,793 г/см 3 .

Данный аппарат желательно изготавливать из нержавеющей стали или железа. Все детали изготовлены из труб, в качестве тонких соединительных труб можно использовать медные трубки. В холодильнике необходимо сохранить соотношение X_Y=4, то есть, например, если X+Y=300 мм, то X должно быть равно 240 мм, а Y, соответственно, 60 мм. 240/60=4. Чем больше витков уместится в холодильнике с той и с другой стороны, тем лучше.

Все краники применены от газосварочных горелок. Вместо краников (9) и (11) можно использовать редукционные клапана от бытовых газовых баллонов или капиллярные трубки от бытовых холодильников.

Смеситель (1) и реактор (2) нагреваются в горизонтальном положении (см. чертеж).

Ну вот, пожалуй, и все. В заключении хотелось бы добавить, что более прогрессивная конструкция для домашнего изготовления авто топлива была опубликована в нескольких номерах журнала «Приоритет» 1992-93 гг :
№1-2 — общие сведения о получении метанола из природного газа.
№3-4 — чертежи установки по переработке метана в метанол.
№5-6 — монтаж, меры безопасности, контроля, инструкция по включению оборудования.


Рисунок 1 — Принципиальная схема аппарата


Рисунок 2 — Смеситель


Рисунок 3 — Реактор


Рисунок 4 — Холодильник


Рисунок 5 — Конденсатор


Рисунок 6 — Реактор

Дополнения от Квасникова Игоря

Случайно в поисковой системе наткнулся на вашу публикацию и очень заинтересовался её содержимым. После краткого ознакомления сразу всплыли неточности допущенные автором.

Информация о «метанолке» публиковалась в журнале «Приоритет» за 1991, 92, 93 гг. ,но полностью готовый проект опубликован так и не был (зажали обещанные катализаторы для подписчиков).

В данных номерах были чертежи реактора с электрической схемой управления и конструкция охладителя, после чего г-н Вакс (автор статьи) вежливо извинился и сообщил, что дальнейшая публикация прекращается по просьбе силовых структур СССР и для тех, кто захочет повторить данную установку, поле творчества неограничено.

Категорически запрещается подавать воду прямо из крана в реактор т.к. она содержит хлор , который моментально отравит катализатор 2-го реактора, тоже самое относится и к газу, который содержит примеси серы и активных органических веществ.

В своей установке я применял дистиллированную воду и моноэтаноламинную очистку газа, все это даёт неплохой результат. После более детальной проработки оригинальной статьи всплыло множество неточностей которые рассмотрим чуть позже.

Перейдем к рассмотрению изменений принципиальной схемы аппарата по узлам:


Рисунок 1(a) — Изменённая схема аппарата

1-я ступень — как говорилось ранее, должна производится очистка газа и воды (бытовым фильтром, ещё лучше дистиллятором), чтобы не отравить сразу катализаторы 2 и 6 реакторов. Точнее придерживаться соотношения пар : газ, как 2 : 1. Не должно быть возврата непрореагировавших продуктов в 1-ю ступень.

2я ступень — конверсия метана начинается при t=

400°С, но при такой низкой t°С низкий процент конвертированного газа, самая оптимальная t=700°С, её желательно контролировать с помощью термопары.

Холодильник 4 — рекомендую для каждой ступени изготовить собственный ,это в дальнейшем облегчит t-регулировку и не использовать для этих целей змеевик.

После реактора и холодильника в установке стоит манометр(10) и редукционный клапан(11) настроенный на давление 25-35 атм (выбор давления зависит от степени износа катализатора). Лучше применить два компрессора от холодильника для нагнетания достаточного давления синтез-газа.

Конденсор (8) советую сделать не цилиндрической формы, а конической (это сделано с целью уменьшения площади испарения метанола) и с окошком для контроля за уровнем метанола. Подводятся прореагировавшие продукты сверху конуса с помощью трубки (у) Ø 8 мм.

Трубка опущена в конический сосуд ниже дросселирующего отвода (Р) на 10 мм.

Непрореагировавший синтез газ отводится через трубку (х) Ø 5мм которая вварена в вершину конуса, выходящий газ через эту трубку сжигается на её конце, для предотвращения ухода пламени в конусный сосуд конец трубки набит медной проволокой.

Уровень метанола поддерживается 2/3 от общей высоты сосуда, для этого лучше сделать прозрачное окошко. Для обеспечения 100%-безопасности можно снабдить выходной фитиль термопарой, по сигналу которой (по отсутствию пламени) автоматически перекрывается подача газа в установку, для этих целей подойдёт любой регулятор от современных газовых плит.

Всё выше сказанное далее представлено в виде функциональной схемы, реализованной на базе кухонного инвентаря:

Каталичический способ получения метанола (древесного спирта) из природного газа во всех подробностях описан здесь.

Источники:

http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=3365
http://neftegaz.ru/tech-library/neftekhimiya/141799-metanol/
http://electro-shema.ru/homebusiness/poluchenie-metilovogo-spirta-na-kuxne.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector