甲醇及二甲醚的生產(chǎn)

甲醇及二甲醚的生產(chǎn)第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日二甲醚的生產(chǎn)碳一化學(xué)的基本概念醋酸的生產(chǎn)知識目標(biāo)甲醇合成及其應(yīng)用其他碳一化工生產(chǎn)技術(shù)第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日掌握二甲醚的生產(chǎn)方法掌握甲醇的合成原理與生產(chǎn)方法掌握醋酸的生產(chǎn)方法能力目標(biāo)第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)概述碳一化合物的概念碳一化合物是指分子中僅含有一個碳原子的化合物，如CO、C0、CH0H、HCHO、HCOOH等，是含碳化合物中碳含量最少的物質(zhì)。這些物質(zhì)在一定條件下均能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一系列化工產(chǎn)品。因此．碳一化合物可作為化工生產(chǎn)的原料，在化工合成生產(chǎn)中占有比較重要的地位。第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日合成氣在碳一化學(xué)化工中的應(yīng)用生產(chǎn)甲醇醋酸和醋酐合成氨制備燃料醇制備烴燃料甲醇是碳一化學(xué)的支柱產(chǎn)品，是除合成氨以外，惟一可以經(jīng)過煤炭氣化大規(guī)模合成的簡單化工產(chǎn)品。用CO與甲醇進(jìn)行羰基合成制取醋酸、酸酐、酯等有機(jī)化工產(chǎn)品合成氣是生產(chǎn)合成氨原料氣的一種主要來源。以氨為原料可以制造各種氮肥，合成氨工業(yè)是氮肥工業(yè)的基礎(chǔ)。

用合成氣制燃料醇，尋找內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的替代燃料，使能源結(jié)構(gòu)向多元化結(jié)構(gòu)發(fā)展F-T合成技術(shù)的應(yīng)用，使甲醇間接合成液體烴類化合物成為現(xiàn)實(shí)。第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日化工生產(chǎn)基本概念空間速度：是指在單位時間內(nèi)，單位體積的催化劑所通過氣體體積數(shù)。其單位是m3／(m3催化劑·h)?？臻g速度越高，單位體積催化劑處理能力越大，生產(chǎn)能力就越大?？臻g時間：是指氣體與催化劑的接觸時問。常用來表示反應(yīng)器的生產(chǎn)能力?？諘r越小，反應(yīng)器的生產(chǎn)能力越大。

必須注意的是：如果反應(yīng)過程中物料的密度發(fā)生改變，體積流量也隨之變化．此時空間時間不等于物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時間。只有在反應(yīng)過程中密度不變(等密度過程，時空時才與物料停留時間相等。第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)化率是指參加反應(yīng)的原料數(shù)量與通入反應(yīng)器原料數(shù)量比值百分率，它說朋原料的轉(zhuǎn)化程度。轉(zhuǎn)化率越大，參加反應(yīng)的原料越多。選擇性是指實(shí)際所得目標(biāo)產(chǎn)物量與反應(yīng)掉原料計(jì)算應(yīng)得產(chǎn)物理論量之比。選擇性=實(shí)際所得目標(biāo)產(chǎn)物量／計(jì)算應(yīng)得產(chǎn)物理論量×100%=轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物原料量／反應(yīng)掉原料量×100%收率是指轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的原料量與通入反應(yīng)器原料量之比。收率=轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的原料量／通入反應(yīng)器原料量×100%

有循環(huán)物料時產(chǎn)物總收率和的計(jì)算如下?？偸章?轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物的原料量／新鮮原料量×100%第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用一.甲醇的性質(zhì)

無色透明、略帶醇香味、有毒、易揮發(fā)和易燃液體。熔點(diǎn)175．6K，沸點(diǎn)37.8K。甲醇是強(qiáng)極性化臺物，可以和水及乙醇、乙醚等許多有機(jī)溶液以任意比例互溶，并與多種有機(jī)物形成共沸物，但不能與脂肪烴類化合物相互溶。物理性質(zhì)第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日羰基化反應(yīng)生成芳烴第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用化學(xué)性質(zhì)脫水反應(yīng)氧化反應(yīng)酯化反應(yīng)胺化反應(yīng)生成低碳烯烴第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、甲醇合成原理第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用主反應(yīng)：副反應(yīng)：第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日影響因素及工藝條件控制空氣速度及氣體的循環(huán)

合成甲醇是放熱反應(yīng)。溫度升高，副反應(yīng)產(chǎn)物增多，同時，由于甲酸的生成，造成設(shè)備的氫腐蝕；從動力學(xué)考慮，溫度升高，反應(yīng)速度加快．但過高溫度也會影響催化劑使用壽命，適宜溫度在500～543K左右。合成甲醇主、副反應(yīng)均為體積減小的反應(yīng)，增加壓力對提高甲醇平衡分壓有利。同時，從反應(yīng)速度考慮，提高壓力，反應(yīng)速度加快。但加壓生產(chǎn)要消耗能量，且受設(shè)備強(qiáng)度限制，適宜壓力為10Mpa合成甲醇反應(yīng)的原料氣化學(xué)計(jì)量比為H2：CO=2：1生產(chǎn)實(shí)踐證明，當(dāng)C0含量高時，溫度不易控制，且會導(dǎo)致羰基鐵聚集在催化劑上，引起催化劑失活。故一般采用氫過量。甲醇生產(chǎn)時，氣體一次通過合成塔僅能得到3％～6％的甲醇，原料氣轉(zhuǎn)化率不高，因此原料氣必須循環(huán)使用。增加空速可增大甲醇的生產(chǎn)能力．并有利于移走反應(yīng)熱，防止催化劑過熱。但空速太高．轉(zhuǎn)化率降低，循環(huán)氣量增加，作費(fèi)用增加。空速過小，則不能滿足生產(chǎn)任務(wù)要求。第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用反應(yīng)溫度

反應(yīng)壓力

原料氣組成

第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日三、甲醇生產(chǎn)方法第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用高壓法中壓法低壓法高壓法是在壓力為30MPa，溫度為300～400℃下使用鋅鉻催化劑合成甲醇?xì)庀喾ㄒ合喾{態(tài)床工藝液相絡(luò)合催化法中壓法是在低壓法基礎(chǔ)上開發(fā)的在5～10MPa壓力下合成甲醇的方法，其工藝流程如圖8-5所示第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用典型的甲醇合成塔第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用四、聯(lián)醇生產(chǎn)簡介與合成氫聯(lián)合生產(chǎn)甲醇工藝簡稱聯(lián)醇。這是一種合成氣的凈化工藝，是為了替代我國不少合成氨生產(chǎn)用銅氨液脫除微量碳氧化物而開發(fā)的一種新工藝。

聯(lián)醇生產(chǎn)是在10.O～13.OMPa壓力下，采用銅基催化劑，串聯(lián)在合成氨工藝中，用合成原料氣中的CO、C02、H2合成甲醇。第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用聯(lián)醇生產(chǎn)工藝流程第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)甲醇合成及其應(yīng)用聯(lián)醇生產(chǎn)工藝條件反應(yīng)壓力：綜合考慮工藝和設(shè)備要求，一般中、小型氮肥廠都采用3MPa壓力。反應(yīng)溫度：對于銅基催化劑溫度應(yīng)選取在245～315℃之間。合成氣中H2與CO的體積比：氣相濃度可選用V(H2)：V(CO)=10：1。空間速度：從化學(xué)平衡來看接觸時間長，反應(yīng)越接近平衡，單程轉(zhuǎn)化率越高，但產(chǎn)率降低。聯(lián)醇生產(chǎn)時空間速度一般控制在10000～15000m3／(m3催化劑·h)。

第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)二甲醚的生產(chǎn)二甲醚性質(zhì)二甲醚分子式為C2H6O，結(jié)構(gòu)簡式為CH3-O-CH3，二甲醚在常溫下為無色并有輕微醚香的氣體，能溶于水和醇、乙醚、丙酮、氯仿等有機(jī)溶劑。無毒、無腐蝕性，在空氣中不會形成過氧化物，燃燒時火焰略帶光亮，燃燒熱(氣態(tài))為1455KJ／mol。第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日二甲醚制備工藝第三節(jié)二甲醚的生產(chǎn)甲醇液相脫水法:采用硫酸作脫水劑反應(yīng)在液相中進(jìn)行。兩分子甲醇在濃硫酸作用下脫去一分子水生成一分子二甲醚，反應(yīng)如下：合成氣直接合成二甲醚:反應(yīng)方程式如下甲醇?xì)庀噢D(zhuǎn)化法:也稱二步法,是將甲醇蒸汽通過固體酸催化劑，發(fā)生非均相催化反應(yīng)脫水生成二甲醚，反應(yīng)式為：第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)二甲醚的生產(chǎn)甲醇?xì)庀啻呋撍统啥酌压に嚵鞒痰诙?，共三十五頁?022年，8月28日第三節(jié)二甲醚的生產(chǎn)生產(chǎn)氣霧劑及制冷劑二甲醚應(yīng)用民用潔凈燃料二甲醚作化工原料用作柴油發(fā)動機(jī)燃料第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)醋酸的生產(chǎn)一、醋酸的性質(zhì)

醋酸(CH3COOH)是最重要的低級脂肪族一元羧酸。因其是食用醋的主要成分而又稱醋酸。純醋酸是無色透明液體、有刺激性氣味與酸味，并具有強(qiáng)腐蝕性。醋酸能與水及一般常用有機(jī)溶劑互溶·而且是許多樹脂的溶劑，在水和非水溶性的酯和醚混合物中，更易溶于非水相。因此可用酯或醚作萃取劑將醋酸從水溶液中分離。第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日二、羰基合成法生產(chǎn)醋酸工藝第四節(jié)醋酸的生產(chǎn)主反應(yīng)：副反應(yīng)：第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)醋酸的生產(chǎn)高壓羰基和成法制醋酸工藝流程第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)醋酸的生產(chǎn)注意：（1）醋酸反應(yīng)工段,(2)精制工段,

(3)輕組分回收工段

Monsanto低壓法羰基合成醋酸工藝流程第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)醋酸的生產(chǎn)三、醋酐制備制備方法羰基合成法：是用醋酸甲酯與CO反應(yīng)所進(jìn)行的羰基合成過程，其反應(yīng)方程式如下：醋酸裂解法：也叫乙烯酮法。該方法分兩階段進(jìn)行，反應(yīng)方程式如下：第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日乙烯酮制醋酐工藝過程羰基合成醋酐工段羰基合成制醋酐工藝流程工藝流程第四節(jié)醋酸的生產(chǎn)圖8-14乙烯酮法制取醋酐工藝流程第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日一、甲醛生產(chǎn)

第五節(jié)其他碳一化工生產(chǎn)技術(shù)

甲醛(HCHO)是最重要的基本有機(jī)化工原料，是脂肪族醛系列中最簡單的醛。常溫下是無色具有強(qiáng)烈刺激性的窒息性氣體，易溶于水，可燃燒，能與空氣形成爆炸性混合物。含甲醛如40％、甲醇8％的水溶液叫福爾馬林，是常用的殺菌劑和防腐劑。甲醛用途十分廣泛，主要用作生產(chǎn)脲醛、酚醛、聚甲醛和三聚氰胺等樹脂和多元醇、異戊二烯、烏洛托品等化工產(chǎn)品。也用于醫(yī)藥、農(nóng)藥和染料生產(chǎn)。第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日

第五節(jié)其他碳一化工生產(chǎn)技術(shù)

甲烷氧化甲醇脫氫氧化乙烯氧化鐵鉬法銀法當(dāng)甲醇、空氣和水蒸氣的原料混合氣按一定的配比進(jìn)入反應(yīng)器時，在銀催化劑上發(fā)生氧化和脫氫反應(yīng)，使甲醇在一定條件下轉(zhuǎn)化成甲醛。主要化學(xué)反應(yīng)方程如下：制備方法第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日影響因素

第五節(jié)其他碳一化工生產(chǎn)技術(shù)

反應(yīng)溫度：是決定化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)率和產(chǎn)量的重要因素。從化學(xué)反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率來看，甲醇氧化在各種溫度范圍內(nèi)幾乎100％轉(zhuǎn)化成甲醛，而甲醇脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度關(guān)系較大。原料氣的氧醇分子比：氧醇比越大，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率越高，但當(dāng)氧醇比大到一定值時，反應(yīng)產(chǎn)率反而稍有下降，且隨著氧醇比的增大，尾氣中碳化物所消耗的甲醇量也會增多。第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日

第五節(jié)其他碳一化工生產(chǎn)技術(shù)

原料氣中甲醛與水蒸氣的配料濃度：配料濃度=甲醇的質(zhì)量／（甲醇的質(zhì)量+水的質(zhì)量）×100％一般控制在59％～62％范圍內(nèi)接觸時間：是原料氣通過催化劑的停留時間。接觸時間的長短，直接影響反應(yīng)的產(chǎn)率。接觸時間短．反應(yīng)不完全，而接觸時間太長則副產(chǎn)物增多，該反應(yīng)催化劑的接觸時間一般可控制在0.03～0.1s．這時產(chǎn)率可達(dá)到80％以上。第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)其他碳一化工生產(chǎn)技術(shù)

甲醇氧化生產(chǎn)甲醛工藝流程第三十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日

第五節(jié)其他碳一化工生產(chǎn)技術(shù)

二、甲基叔丁基醚

甲基叔丁基醚(MTBE)是發(fā)動機(jī)汽油的高辛烷值添加劑，不會引起空氣污染，且無毒性，與汽油的互溶性好，辛烷值高，并可通過甲醇與來源豐富的異丁烯或異戊烯