Часть дипломной работы на тему Литературный обзор по теме «Синтез метанола из углекислого газа»

Введение:

Метанол – один из наиболее важных по значению крупнотоннажных продуктов химической промышленности.
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 1й, 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.
Применение:
в нефтеперерабатывающей отрасли промышленности метанол используется в качестве растворителя для очистки бензина от меркаптанов, а также при выделении толуола;
в газовой промышленности — как реагент в борьбе с гидратообразованием и, частично, как реагент для осушки природного газа, в качестве ингибитора гидратов, образующихся в газопроводах;
в качестве высокооктановой добавки к топливу, которая повышает мощность двигателя, резко снижая при этом количество выхлопных газов;
для синтеза протеина (белково-витаминного концентрата);
в производстве диметилтерефталата, ядохимикатов, химических средств защиты растений, для производства уксусной и муравьиной кислот (последняя используется при коагуляции латексов, как дубитель кожи, консервант пищевых продуктов и для силосования кормов).
3/4 выпускаемого метанола потребляет химическая отрасль промышленности для производства формалина, уротропина, уксусной кислоты и продуктов метилирования;
в нефтехимической промышленности основные потребители — производства изопрена и метилтретбутилового эфира (МТБЭ).
важной областью потребления метанола в последнее время становится производство биодизельного горючего, получаемого переэтерификацией с CH3OH рапсового масла.
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 4е 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.
С воздухом в объемных концентрациях 6,98 — 35,5 % образует взрывоопасные смеси (температура вспышки 8 °C).
Плотность — 0,791 D420. Температура плавления -97,9°C, и кипения +94,5°C.
Метанол, как и другие низшие спирты, содержащие до 3х 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).
Сырьём для производства метанола является:
природный газ,
синтез-газ производства ацетилена,
газы нефтепереработки,
твердое топливо.
Твердое топливо сохраняет в качестве сырья определенное значение.

Заключение:

Метанол является одним из важнейших продуктов органического синтеза. Он находит широкое применение в качестве растворителя, полупродукта при производстве других продуктов (формальдегида, метилметакрилата, метиламина, уксусной кислоты, карбамидных смол и др.) Только на производство формальдегида расходуется 40-50% общего объема производства метанола. Кроме того, в последнее время метанол начали широко использовать в качестве сырья для микробиологического синтеза белка, в качестве источника энергии, а также для синтеза компонента моторных топлив — метилтретбутилового эфира — эффективного антидетонатора.
В настоящее время производство метанола по объему занимает 7-8-е место среди остальных производств органических продуктов
Впервые метанол был получен при сухой перегонке древесины. В 1923 г. в Германии было пущено первое производство по синтезу метанола из СО и Н2.
Синтез метанола проводили на цинк-хромовом катализаторе при температуре 400 градусов по Цельсию и давлении 10 МПа. Аналогичное производство было пущено в США в 1927 году и в СССР в 1934 году [1].
Длительное время структура потребления метанола была стабильна: 50% расходовалось на производство формальдегида, по 10% — на производство диметилтерефталата и в качестве растворителя, 30% — на синтез других продуктов. Стабильный годовой темп прироста его составлял 7-12%. В последнее время значение метанола резко возросло. Оказалось, что он может помочь в решении многих актуальных проблем энергетики, экологии, обеспечения продуктами питания и т.д., так как является универсальным энергоносителем, компонентом и сырьем для получения моторных топлив, высокооктановых добавок, источником углерода для микробиологического синтеза белков, а синтез самого метанола является рациональным путем утилизации отходов промышленности и жизнедеятельности.

Фрагмент текста работы:

1. Физико-химические основы процесса

Каталитическое гидрирование СО2 с Н2 считается наиболее простым способом получения метанола и ДМЭ из СО2, как показано в уравнении (1). Как гетерогенные, так и гомогенные системы катализаторов были изучены многими исследователями для СО2 процесс гидрирования. Однако гетерогенные катализаторы имеют много преимуществ с точки зрения разделения, стабильности, обработки, стоимости и рециркуляции катализатора. Гетерогенные и гомогенные системы катализаторов рассматриваются в следующих разделах [21, 22].

CO2 + 3H2 ↔ CH3OH + H2O ΔH298K= — 11,9 ккал\моль

Хотя гомогенный катализ также используется для получения метанола из СО2 , гетерогенный катализ является предпочтительным выбором для инженеров химической реакции из-за преимуществ гетерогенного катализа. Это включает в себя легкое отделение жидкости от твердого катализатора, удобную обработку в различных типах реакторов (т. е. с неподвижным, псевдоожиженным или подвижным слоем), а также регенерацию используемого катализатора. В последнее время проведено большое количество экспериментов по разработке стабильных и эффективных гетерогенных катализаторов для восстановления СО2 для производства метанола. Однако многие исследования показали, что катализаторы на основе Cu с различными добавками, такими как ZrO 2 и ZrO, играют важную роль в повышении стабильности и активности гетерогенного катализатора (Рис.1). Поэтому некоторые катализаторы, представленные на рис.1, уже существуют и используются в демонстрационных и опытных установках. Некоторые металлы (например, Cu и Zn) и их оксиды были разработаны для использования в качестве эффективного гетерогенного катализатора для превращения CO2 в метанол [25].

Рисунок 1. Носители и добавки, используемые для катализаторов на основе Cu

Этот тип катализатора подобен Cu / ZnO / Al 2 O 3 на основе катализаторов, которые используются для производства метанола в промышленности. Однако было доказано, что коммерческий метанольный катализатор, такой как гетерогенная смесь оксида цинка, глинозема и меди (30, 10 и 60% соответственно), производит очень небольшое количество метанола [26]. В различных обзорах обсуждались различные факторы, которые могут влиять на производство метанола из синтез-газа, такие как подготовка катализатора, конструкция катализатора, Кинетика реакции, конструкция реактора и деактивация катализатора[30]. Поэтому будущие научно-исследовательские работы должны быть сосредоточены на производстве метанола из со2 и H2, в которых количество получаемого таким образом метанола выше по сравнению с синтез-газом. Для поддержания высокой производительности установки катализатор должен оставаться активным и использоваться в течение нескольких лет. Кроме того, повышение активности и стабильности катализатора во времени очень важно в экономике любого метанольного завода [22].
В течение последних десятилетий электрохимическая конверсия CO2 широко применяется в лабораторных условиях, но еще не была успешно применена в промышленных процессах (крупномасштабных). Метод электрохимического восстановления используется для конверсии CO2 в ценные химические вещества и топлива , такие как метанол , используя электричество в качестве основного источника энергии [45]. Для восстановления CO2 на металлических электродах было проведено множество экспериментов с различными условиями и электрокатализаторами [48]. Различные восстановленные продукты могут быть сформированы электрохимически из CO2 , и некоторые из этих продуктов представлены в Таблица 1 . Выбор катализатора и условий реакции играет значительную роль по сравнению с потенциалом в управлении между различными восстановленными продуктами. Однако все перечисленные в Таблице 1 стандартные потенциалы относительно близки к стандартному потенциалу эволюции водорода [49]. Реакция выделения водорода (HER) очень важна при электрокаталитическом восстановлении CO2, в котором H2O обычно присутствует в качестве электролита (и источника протонов). По этой причине были получены металлы, которые могут быть использованы в качестве электрокатализатора для СО2 снижение имеют относительно высокие ее перенапряжения. Необходимо приложить огромные усилия для того, чтобы найти оптимальный электрод для электрохимического восстановления СО2, который позволит снизить селективность СО2 при низких перенапряжениях и высоких скоростях без одновременного уменьшения воды [44].