Download miễn phí Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất Metanol



- Xúc tác phải có hoạt tính cao ( vì hiệu suất cao thì năng suất phản ứng cao và thể tích vùng phản ứng yêu cầu không cần lớn lắm vẫn đảm bảo năng suất).
- Độ chọn lọc xúc tác cao (vì độ chọn lọc cao thì chất lượng sản phẩm cao và hiệu xuất lớn).
- Độ ổn định phải lớn (Để giữ được hai đặc tính trên lâu dài)
- Xúc tác phải đảm độ bền cơ, bền nhiệt, trong quá trình làm việc, xúc tác cọ xát với thành thiết bị nên dễ bị vỡ làm tổn thất áp suất qua lớp xúc tác tăng lên, làm mất mát xúc tác, vì vậy cần đảm bảo độ bền cơ. Trong quá trình làm việc nhiệt độ có thể thay đổi, khi nhiệt độ cao nếu xúc tác không bền dẫn đến biến đổi xúc tác, làm giảm các tính chất của xúc tác
- xúc tác phải đảm bảo độ thuần khiết cao nhất: cần đồng nhất thành phần, về cấu trúc, về hình dáng, về kích thước, khi kích thước không đồng đều dẫn đến tạo những vùng phân lớp và có trở lực khác nhau nên dễ phá vở chế độ làm việc bình thường của thiết bị. Mặt khác khi kích thước không đồng đều thì tăng khả năng vỡ vụn làm mất xúc tác. Cấu trúc lỗ xốp không đồng đều làm giảm bề mặt tiếp xúc nên giảm hoạt tính.
 


http://s1.liketly.com/flash/edoc/web-viewer.html?file=jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-demo-2016-02-05-do_an_thiet_ke_phan_xuong_san_xuat_metanol_gkeZIkGa4D.png /tai-lieu/do-an-thiet-ke-phan-xuong-san-xuat-metanol-87539/


Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.

Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn


Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

n, vì thế sản phẩm chính nhận được là Metanol theo phản ứng (3) chiếm ưu thế.
Phương pháp tổng hợp Metanol bằng cách oxy hoá trực tiếp Metan bằng oxy không khí có mặt xúc tác được đưa ra sản xuất công nghiệp ở Đức từ năm 1925. Nhà máy đầu tiên được xây dựng vào 1926 tại Tallant-okla. Các nhà máy khác cũng được xây dựng tại Seminole và oklahoma City nhưng đều ngừng hoạt động từ trước năm 1926.
Các sản phẩm chủ yếu tạo thành từ quá trình oxi hóa trực tiếp Hydro cacbon parafin khí từ: Metanol, formandehyt, axetandehyt axetan và một lượng nhỏ các axit, rượu cao hơn,các andehyt và xeton khác. Tỷ lệ các sản phẩm nhận được phụ thuộc vào điều kiện áp suất, nhiệt độ và thành phần nguyên liệu.
Các phản ứng xảy ra đều toả nhiệt, do đó cần giữ ở nhiệt độ thấp. Nói chung hiệu suất sản phẩm Metanol tăng khi áp suất tăng. Thời gian phản ứng tuỳ từng trường hợp vào các điều kiện tiến hành khác nhưng nói chung được giữ tương đối ngắn để hạn chế quá trình oxi hóa sâu thành CO2 và H2O.
Sơ đồ công nghệ quá trình oxy hóa trực tiếp Metan để sản xuất Metanol được đưa ra trên hình vẽ dưới đây. hỗn hợp khí Hydro cacbon được nén tới áp suất 30atm, đun nóng sơ bộ tới 4500C đến 4700C rồi trộn với không khí nén hay oxi với một tỷ lệ xác định. Hỗn hợp phản ứng đi qua lò oxi hóa có thể có hay không chứa xúc tác. Thời gian phản ứng trong khoảng từ 0,25 đến 4 giây.
Các sản phẩm được hấp thụ trong tháp rửa bằng nước, tại đó các khí chưa phản ứng có thể được tuần hoàn về thiết bị xử lý để đưa sang hệ thống phân phối nhiên liệu. Các thành phần khác của dung dịch nước được tách và tinh chế thành các sản phẩm riêng biệt bằng những phương pháp khác nhau như: Trích ly lỏng-lỏng, chưng phân đoạn, chưng đẳng phí, chưng trích ly.
Sơ đồ công nghệ tổng hợp Metanol bằng phương pháp oxi hóa trực tiếp Hydro cacbon .
1- axeton. 2- Metanol 3- rượu isopropylic
4- rượu n-propylic 5- rượu bentylic.
III.2. Tổng hợp Metanol bằng phương pháp thuỷ phân metylclorua:
Phản ứng thuỷ phân có mặt xúc tác NaOH
CH3Cl + H2O đ CH3OH + HCl
Nếu dùng vôi tôi, thì tiến hành ở 300 đến 3500C. metylclorua bị thuỷ phân thành metanol và đồng thời dimetyl ete được tạo thành
CH3Cl + H2O đ CH3OH + HCl
2CH3Cl + Ca(OH)2 đ 2CH3OH + CaCl2
CH3Cl + CH3OH đ CH3OCH3 + HCl
CH3OCH3 + H2O đ 2CH3OH
Mức độ chuyển hóa của clorua metyl là 98%. Rượu metylic chiếm 67% dimety ete chiếm 33%, phương pháp này rất ít dùng trong công nghiệp vì hao tốn Clo để Clo hóa Metan
III.3. Tổng hợp Metanol từ CO2 và H2O:
Phản ứng :
CO2 + 3H2 đ CH3OH + H2O
Tiến hành trong điều kiện giống như quá trình tổng hợp metanol từ CO và H2 nhưng lượng H2 cần dùng nhiều hơn lượng H2 theo phản ứng CO và H2 là 1/3. Ta thu được Metanol có lẫn nước .
Ngoài ra Metanol còn có thể điều chế từ những cacbua Hydro cao như: propan, etan, bentan bằng cách oxi hóa chúng dưới áp suất thấp: Một lượng nhỏ Metanol điều chế từ gỗ.
Hiện nay trong công nghiệp dùng phổ biến phương pháp điều chế Metanol từ khí tổng hợp.
III.4. Phương pháp sản xuất Metanol từ khí tổng hợp:
Sự tạo thành Metanol đi từ khí tổng hợp được tiến hành theo phản ứng sau:
CO + 2H2 đ CH3OH , DH300K=-90,77KJ/mol. (1)
CO2 + 3H2 đ CH3OH + H2O , DH=-49,16KJ/mol. (2)
Cả hai phản ứng trên đều tỏa nhiệt. Vì vậy để sản xuất Metanol một cách thuận lợi ta cần tăng áp suất và giảm nhiệt độ . Ngoài hai phản ứng tạo thành Metanol trên còn có phản ứng phụ thu nhiệt của CO2 và H2 ở phương trình (3).
CO2 + H2 đ CO + H2O , DH300K=41,21KJ/mol. (3 ).
Để đơn giản các phản ứng (1) và (3) có thể coi là phản ứng độc lập, sự chuyển hóa của đi oxit cacbon đến Metanol ở phương trình(2) là kết quả của phương trìng (1) và (3) và hằng số cân bằng K2 có thể được biểu diễn như sau :
K2 = K1.K3 ;
Khi cần tính toán cụ thể các hằng số cân bằng được xác định bằng các phương trình dưới đây:
K1 = (4)
K3 = (5)
Trong đó:
ji- là hệ số hoạt độ
Ưi- là hoạt độ
cấu tử thứ i.
Hiện nay Metanol được sản xuất trong công nghiệp chủ yếu bằng phương pháp chuyển hóa từ khí tổng hợp. Người ta phân loại theo áp suất tiến hành quá trình tổng hợp như sau:
+ Quá trình ở áp suất cao 25 đến 30 MPa.
+ Quá trình ở áp suất trung bình 10 đến 25 MPa.
+ Quá trình ở áp suất thấp 5 đến 10 MPa.
Độ chuyển hóa của CO2 và CO khi đạt tới trạng thái cân bằng phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ được trong bảng sau:
Nhiệt độ
0C
Độ chuyển hoá CO
Độ chuyển hoá CO2
5MPa
10MPa
30MPa
5MPa
10MPa
30MPa
200
96,3
99,0
99,9
28,6
83,0
99,5
250
73,0
90,6
99,0
14,4
45,1
92,4
300
25,4
60,7
92,8
14,2
22,3
71,0
350
-2,3
16,7
71,9
9,8
23,1
50,0
400
-12,8
7,3
34,1
27,7
29,3
40,0
Nguyên liệu được sử dụng là khí tổng hợp nhận được từ quá trình reforming hơi nước gồm 15% CO, 8%CO2, 74%H2, 3%CH4.
Quá trình áp suất thấp có ưu điểm cơ bản là vốn đầu tư và giá thành sản phẩm thấp, có thể linh hoạt lựa chọn quy mô của nhà máy sản xuất metanol trên thế giới sử dụng công nghệ tổng hợp Metanol ở áp suất thấp.
III.4.1. phương pháp xúc tác dị thể:
phản ứng tạo thành Metanol là một phản ứng xúc tác dị thể điển hình có thể được mô tả bằng cơ chế hấp phụ-nhã hấp phụ. Bản chất của các trung tâm hoạt động trong xúc tác Cu-ZnO-Al2O3 ở điều kiện công nghiệp vẫn đang được nghiên cứu. Các loại tâm hoạt động trong quá trình tổng hợp Metanol ở áp suất thấp có thể là sự phân tán của ion Cu+1 trong pha ZnO. Mặt khác có dấu hiệu cho thấy, Cu cũng xúc tiến cho việc tạo thành Metanol, thành phần khí nguyên liệuđặt biệt là tỷ lệ CO2 và H2O đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hoạt tính và độ chọn lọc của xúc tác trong sản xuất Metanol. Các nghiên cứu còn cho thấy có nhiều hướng tạo thành Metanol từ CO và CO2 trên các tâm hoạt động khác nhau trong xúc tác.
Al2O3 tồn tại trong xúc tác dưới dạng vô dịnh hình. Chức năng của Al2O3 trong xúc tác Cu-ZnO-Al2O3 bao gồm:
+ Chống lại sự kết dính các hạt Cu mịn.
+ ổn định sự phân tán cao của hệ xúc tác Cu-ZnO
+ Tạo thành các lỗ trống trên bề mặt bằng cách kết hợp Al2O3 vào mạng lưới của Cu.
Trong đó chức năng nào chiếm ưu thế trong quá trình tổng hợp Metanol vẫn chưa được xác định rõ ràng. Tuy nhiên Al2O3 đóng vai trò quan trọng là hoạt hóa cấu trúc cho xúc tác Cu-ZnO, bằng cách cải thiện độ bền cơ và hoạt tính lâu dài của xúc tác.
Những nghiên cứu về động học gần đây tập trung vai trò của CO2 trong tập hợp Metanol. Cho tới những năm đầu thập kỉ 80 cơ chế quá trình chủ yếu tập trung vào quá trình Hydro hoá CO thành Metanol. Khi tăng CO2 làm tăng hiệu suất quá trình do sự chuyển dịch cân bằng động. Hơn nữa CO2 được coi là có ảnh hưởng tới trạng thái oxi hoá của các tâm hoạt động trong xúc tác. ngược lại cũng có tác giả cho rằng Metanol được tạo thành CO2 theo phương trình phản ứng (2) ở trên. Các thí nghiệm mới đây sử dụng phương pháp đồng vị đánh dấu cho thấy cả hai hướng phản ứng đều có thể xảy ra. Tuy nhiên phản ứng chuyển hóa CO2 chiếm ưu thế khi tổng hợp Metanol qui mô lớn trong công nghiệp.
III.4.2. Xúc tác cho quá trình tổng hợp ở áp suất cao:
sản phẩm Metanol công nghiệp đầu tiên được tổng hợp bằng quá trình ở áp suất cao được xúc tác bởi hệ thống bao gồm: ZnO và Cr2O3. xúc tác này đực sử dụng ở 25 đến 30MPa và 300 đến 4500C có khả năng chống lại sự ăn mòn, của hợp chất lưu huỳnh và Clo có mặt trong khí tổng hợp. Sản phẩm Metanol sản xuất với xúc tác ZnO và Cr2O3 bằng quá trình áp suất cao không có giá trị kinh tế lâu dài. Một quá trình mới với xúc tác chứa đồng hiện đang được sử dụng. Dự án sản xuất Metanol cuối cùng bằng quá trình áp suất cao đã kết thúc vào những năm 1980.
III.4.3. Xúc tác cho quá trình tổng hợp Metanol ở áp suất thấp:
Xúc tác để tổng hợp Metanol ở áp suất thấp được hãng ICI sử dụng đầu tiên trong công nghiệp vào năm 1966. xúc tác có chứa đồng có hoạt tính và độ chọn lọc tốt hơn so với xúc tác kẽm oxyt crom oxyt. Xúc tác Cu-ZnO được tăng độ bền nhiệt do sự có mặt của Al2O3, được dùng cho quá trình chuyển hóa khí tổng hợp vô cùng tinh khiết thành Metanol. Vì xúc tác rất hoạt động nên quá trình tổng hợp Metanol được thực hiện ở 2200C đến 2300C và áp suất 5MPa. Do đó đã hạn chế sự lão hóa sớm dẫn tới Cu bị kết dính. Xúc tác có độ chọn lọc cao cho phép nhận được Metanol có độ tinh khiết cao 99,5%. Tất cả các xúc tác cho tổng hợp áp suất thấp có chứa đồng oxyt và kẽm oxyt hiện nay đang dùng đều được thêm vào một hay nhiều phụ gia làm tăng độ bền, trong đó Al2O3,, , Cr2O3 hay hỗn hợp là thích hợp hơn cả.
Ta có bảng đưa ra một số loại xúc tác chứa Cu điển hình cho tổng hợp Metanol ở áp suất thấp.
Hãng sản xuất
Các cấu tử
Hàm lượng % số nguyên tử
IFP
Cu
25 á 80
Zn
10 á50
Al
4 á 25
Sudchemie
Cu
65 á 75
Zn
18 á 23
Al
8 á 12
Shell
Cu
71
Zn
24
Oxyt-đất hiếm
5
ICI
Cu
61
Zn
30
Al
9
Basf
Cu
65 á 75
Zn
20 á30
Al
5 á10
Dupont
Cu
50
Zn
19
Al
31
United
Cu
62
Zn
21
Al
17
Haldor Topsoe
Cu
37
Zn
15
Cr
48
Xúc tác hiện nay được sử dụng trong các nhà máy tổng hợp Metanol ở áp suất thấp trên cơ sở Cu-ZnO-Al (hay Cr) nhận được dưới dạng cacbonac hay nitrat kim loại bằng cách đồng kết tủa dung dịch nước củ...

---