Технологическое оформление процесса синтеза метанола

На рис. 6.21 показана схема синтеза метилового спирта из СО и H₂. Газовая смесь в соотношении H₂:СО = 4:1 (применяют и другие соотношения) сжимается в компрессоре до 25 МПа, смешивается в смесителе 2 с непрореагировавшим циркуляционным газом, нагреваемым компрессором 9, и поступает в фильтр 3, где очищается от масла; затем в теплообменнике 4 смесь нагревается до 200°С и направляется в колонну синтеза метанола 5. На выходе из нее смесь поступает в межтрубное пространство теплообменника 4, охлаждается, нагревая смесь, поступающую на синтез. Такая организация процесса позволяет вести процесс автотермично.

Рис. 6.21. Схема синтеза метилового спирта:

1 – компрессор; 2 – смеситель; 3 – фильтр; 4 – теплообменник; 5 – колонна синтеза; 6 – холодильник-конденсатор; 7 – сепаратор; 8 – сборник;

9 – циркуляционный компрессор.

Из теплообменника 4 газовая смесь, содержащая пары метанола, поступает в водяной холодильник 6, а затем в сепаратор 7, где жидкий метанол отделяется от непрореагировавшего газа; последний направляется циркуляционным компрессором 9 в смеситель 2. Метиловый спирт – сырец из сепаратора сливается в сборник 8 и направляется на ректификацию для очистки от различных органических веществ. После ректификации спирта-сырца выход чистого метанола составляет 84-87%. Чистый метанол используется для получения формальдегида (около 50%), метилметакрилата, и в качестве растворителя и экстрагента.

Формальдегид – альдегид муравьиной кислоты, бесцветный газ с резким раздражающим запахом, имеет температуру конденсации - 19°С при атмосферном давлении. Он хорошо растворим в воде, 33-40%-ный водный раствор формальдегида называется формалином. Водный раствор формальдегида при хранении может полимеризоваться, во избежание этого в его состав вводят в качестве стабилизатора 7-12%(масс.) метилового спирта.

Формальдегид широко используется для получения фенол-, карбамидо- и меламино-формальдегидных смол, полиформальдегида, изопрена и уротропина.

Наиболее распространенным способом получения формальдегида является окислительное дегидрирование метанола в течение 0,01-0,03 сек. в присутствии катализатора при 500-600°С.

Наряду с основной реакцией протекают побочные процессы окисления, дегидрирования и гидрирования до образования окиси и двуокиси углерода и других продуктов.

В качестве катализатора применяется медь или серебро в виде сеток, либо осажденных на пористом носителе, например, на пемзе.

Схема получения формальдегида изображена на рис. 6.22. Метанол, содержащий 10-12% воды, из сборника 1 непрерывно поступает в испаритель-подогреватель 2.

Суда же воздуходувкой 10 подается очищенный в фильтре воздух, который барботирует через слой метанола и насыщается его парами. Для нормальной работы в испарительной системе поддерживается постоянные уровень жидкости и температура (48-50°С). Образовавшаяся паровоздушная смесь нагревается до 110°С в верхней части аппарата 2 и поступает в контактный аппарат 3 с катализатором 4. Проходя через катализатор, метиловый спирт окисляется, с образованием формальдегида 80-85% при степени конверсии метанола 85%.

Выходящие из контактного аппарата газы содержат 20-22% НСНО, 36-38% N₂, CH₃OH, H₂, CO, CO₂, CH₄ и др. В холодильнике 5 и 8 они охлаждаются и поступают в поглотительную башню 6, орошаемую водой и снабженную трубчатым холодильником 7. Из поглотительной башни 6 выводится водный 33-40%-ный раствор формальдегида, содержащий 10-12% CH₃OH; газы, состоящие в основном из азота и водорода, выбрасываются в атмосферу.

Рис. 6.22. Схема производства формальдегида:

1 – сборник; 2 – испаритель-подогреватель; 3 – контактный аппарат; 4 – катализатор; 5, 8 – холодильник; 6 – абсорбер; 7 – трубчатый холодильник; 9 – фильтр; 10 – воздуходувка.

Формальдегид получают так же частичным окислением метана. Этот процесс проводят в присутствии катализатора (смесь фосфата алюминия и окиси меди) при температуре 460°С. При окислении метана образуются помимо формальдегида и другие продукты реакции, например, HCOOH, CO₂, CO, H₂, поэтому из реакционной смеси формальдегид выделяют конденсацией или поглощением водой с последующим его выделением.