Chủ đề 35: Tìm hiểu dây chuyền sản xuất methanol Mở đầu Methanol sử dụng rộng rãi hóa chất hữu cơ nhiều lĩnh vực khác Hiện nay, nguyên liệu tạo nhiên liệu sạch-nhiên liệu sinh học kỷ 21 Nước ta chưa có nhà máy sản xuất methanol có sẵn nguồn nguyên liệu dầu mỏ, than đá, sinh khối (biomass) Nhu cầu methanol Việt Nam ngày tăng Hằng năm ta phải nhập lượng đáng kể methanol để phục vụ cho mục đích khác nhau, chủ yếu để làm dung môi Việc nhập methanol không kinh tế so với sản xuất chỗ Do nghiên cứu triển khai công nghệ sản xuất methanol Việt Nam cấp thiết Nội dung I II Tổng quan III Công nghệ tổng hợp methanol Nguyên liệu tổng hợp methanol IV Tổng kết I Tổng quan   Sơ lược methanol Methanol ( CH3OH) chất lỏng suốt không màu loại cồn, hợp chất hữu dễ bay hơi, dễ cháy… nhiệt độ thường với mùi alcohol nhẹ đặc trưng  Tác dụng với kim loại kiềm, tạo muối ancolat Tác dụng với axit vô hay hữu tạo este, bị oxi hóa hoàn toàn tạo thành khí cacbonic nước, oxi hóa không hoàn toàn tạo andehit fomic I Tổng quan Tính chất vật lý       Điểm nóng chảy: -97,6 C Mật độ: 792 kg/m Áp suất hơi: 13,02 kPa (ở 20 C) Điểm chớp cháy: 11-12 C Điểm tự phát cháy: 385 C Tính tan nước 20 C: vô hạn Ứng dụng      Nguyên liệu để sản xuất formanđêhyt, axit axetic Nguyên liệu sản xuất phụ gia cho xăng MTBE Sản xuất metylmetacrylat (MMA) Sản xuất dimethyl terephtalat (DMT) làm chất dẻo polyeste Làm dung môi, chất tải lạnh, chất chống đông, có thành phần sơn vecni I Tổng quan Hình Tình hình sử dụng methanol lĩnh vực II Nguyên liệu tổng hợp methanol Hidro Cacbon monooxit Metan Oxi Methanol II Nguyên liệu tổng hợp methanol Hidro ( H2) Tính chất vật lý Tính chất hóa học - Là chất khí, không màu, không mùi, dễ bắt cháy - Ở điều kiện thường hidro hoạt động mặt hóa học, - Nhiệt độ sôi: -252,87 °C đun nóng kết hợp với nhiều nguyên tố khác như: kim loại kiềm, - Nhiệt độ nóng chảy: -259,14 °C kim loại kiềm thổ tạo nên hidrua kim loại - Tinh thể hidro có cấu trúc lập phương 2Li + H2= 2LiH II Nguyên liệu tổng hợp methanol Cacbon monooxit (CO) Tính chất vật lý - Là chất khí, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có độc tính cao - Nhiệt độ sôi: -192°C - Nhiệt độ nóng chảy: -205°C Tính chất hóa học - Tính khử: CO + CuO → CO2 + Cu II Nguyên liệu tổng hợp methanol Metan (CH4) Tính chất vật lý - Là thành phần tự nhiên khí thiên nhiên, khí dầu mỏ, đầm lầy - Là chất khí độc, không màu, không mùi, dễ cháy - Nhiệt độ sôi: -161,6°C - Nhiệt độ nóng chảy: -182,5°C Tính chất hóa học - Phản ứng cháy: CH4 + O2 → CO + H2O - Tác dụng với Halogen CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl - Phản ứng phân hủy: o Metan bị phân hủy nhiệt độ 1000 C  CH4 → C + 2H2 III Công nghệ tổng hợp methanol Tổng hợp methanol Đi từ thiên nhiên, dầu mỏ Đi từ than cám III Công nghệ tổng hợp methanol Tổng hợp methanol từ khí thiên nhiên, dầu mỏ 1.1 Cơ sở trình tổng hợp Các phản ứng chủ yếu trình tổng hợp methanol từ khí thiên nhiên: a) Từ khí metan tạo khí tổng hợp (hỗn hợp khí CO H2) xt CH4(k) + H2O(h) CO (k) + 3H2 (k) Đây trình thu nhiệt -> cung cấp nhiệt lượng Nhiệt lấy từ trình oxy hóa phần khí CH4 lò phản ứng: 2CH4 + O2 2CO + 4H2 + Q (nhiệt tỏa ra) Quá trình tạo khí tổng hợp từ metan (khí thiên nhiên) gọi trình chuyển hóa metan với nước (steam metan reforming) b) Tổng hợp methanol từ khí tổng hợp: P cao, xt CO + 2H2 CH3OH III Công nghệ tổng hợp methanol 1.2 Xúc tác trình tổng hợp methanol o - Ở áp suất cao (250 – 350 atm), nhiệt độ cao (350 – 400 C): sử dụng xúc tác ZnO hoạt hóa oxit crom  Ưu điểm: xúc tác bị ngộ độc lưu huỳnh (lưu huỳnh có mặt nguyên liệu tạo khí tổng hợp ) o - Ở áp suất thấp (50-100atm), nhiệt độ thấp (240 -270 C ): sử dụng xúc tác CuO chất xúc tiến Zn Cr  Bị ngộ độc nhanh lưu huỳnh  o Sử dụng oxit đồng đòi hỏi phải khống chế nhiệt độ phản ứng thật tốt, không > 270 C để Cu không bị kết tinh lại làm xúc tác III Công nghệ tổng hợp methanol 1.3 Sơ đồ công nghệ tổng hợp methanol từ khí tổng hợp Hình Sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất methanol Lò phản ứng; Thiết bị trao đổi nhiệt; Thiết bị làm lạnh ngưng tụ; Tháp tách; Bơm tuần hoàn Nguyên lý:  Khí tổng hợp làm sạch,được nén qua hệ thống máy nén đa cấp,đưa vào lò phản ứng.Hỗn hợp khí sau phản ứng làm nguội thiết bị trao đổi nhiệt 2(bằng khí) thiết bị làm lạnh ngưng tụ 3(bằng nước).Nhờ ,metanol ngưng tụ Cả hai thiết bị thường dạng ống lồng ống Tùy theo cự ly không gian bố trí, thiết bị dùng không khí thay dùng nước để làm lạnh Sau đó,metanol đưa tới tháp tách để hóa lỏng hoàn toàn,rồi đưa tinh chế tiếp  Khí khỏi tháp tách tuần hoàn trở lại hệ bơm 5,sau qua thiết bị trao đổi nhiệt để hòa với khí tổng hợp mới.Một phần khí từ tháp giàu khí trơ thổi để điều chỉnh thành phần khí tuần hoàn  Trong công nghệ tổng hợp áp suất cao,một phần khí tổng hợp khí tuần hoàn đưa vào lò phản ứng dạng khí lạnh nhằm lấy nhanh nhiệt tỏa từ phản ứng tổng hợp metanol  Metanol thô lắng tách phía tháp đưa tinh chế để thụ metanol tinh khiết III Công nghệ tổng hợp methanol Tổng hợp methanol từ than cám  Công nghệ sản xuất metanol từ than bao gồm trình khí hóa than tạo khí tổng hợp ( hỗn hợp khí hidro oxit cacbon trình bày phần tổng hợp metanol từ khí thiên nhiên dầu mỏ) trình tổng hợp tinh chế  Các phản ứng trình than hóa là: C + O2 CO2 + Q (toả nhiệt) C + H2O CO + H2 - Q (thu nhiệt) C + CO2 2CO Khí tổng hợp từ than giàu CO khí tổng hợp từ khí thiên nhiên, dầu mỏ III Công nghệ tổng hợp methanol Hình : Các trình công nghệ sản xuất metanol từ than III Công nghệ tổng hợp methanol Tổng hợp methanol từ than cám Ưu điểm Nhược điểm - Giá thành rẻ - vật liệu àm lò khí hóa than phải chịu nhiệt độ cao - Có thể khí hóa nhiều loại than - hàm lượng tro lớn phải khí hóa nhiệt độ - Không tạo sản phẩm phụ không mong muốn cao nên hiệu suất lò giảm nhiều so với khí hóa than cục phương pháp lò tĩnh III Công nghệ tổng hợp methanol Hiện nay, phương pháp lò động sử dụng than cám có ưu phương pháp Kopper – Totzek (gọi tắt phương pháp K-T) Hình Lò khí hóa Kopper – Totzek 1,3 Bunke nạp liệu Lò khí hóa Hệ thống tháo bỏ xỉ khỏi lò III Công nghệ tổng hợp methanol o Đặc điểm trình khí hóa K-T phần lớn tro tháo khỏi lò dạng lỏng Nhiệt độ khí hóa 1500-1600 C Khí thành phẩm chứa hàm lượng cao chứng tỏ than phản ứng trước hết với oxy III Công nghệ tổng hợp methanol 2.1 Công nghệ LPMEOH TM sản xuất methanol từ than ( công nghệ pha lỏng)   a) Điều kiện phản ứng: -Nhiệt độ phản ứng: 235C -Xúc tác bột dùng cho tổng hợp metanol áp suất thấp: CuO.ZnO.Al 2O3 -Tỷ lệ H2 : CO = : b) Nguyên lý:  Khi tổng hợp đưa vào tháp phản ứng chứa huyền phù xúc tac dầu Ở sục tiếp xúc với hạt xúc tác xảy phản ứng tổng hợp metanol.Hơi metanol chứa khí tổng hợp chưa phản ứng hết đưa đỉnh tháp làm lạnh đê ngưng tụ metanol (tháp làm lạnh)  Hỗn hợp lỏng từ tháp làm lạnh đưa tới tháp chưng cất để tách metanol khỏi rượu phân tử lượng cao khỏi nước tạp chất khác III Công nghệ tổng hợp methanol c) Công nghệ LPMEOH TM Quá trình sản xuất methanol pha lỏng khác với trình sản xuất methanol truyền thống từ khí thiên nhiên, dầu mỏ chỗ sử dụng thiết bị phản ứng chứa huyền phù có xúc tác sục khí (SBCR) thay sử dụng thiết bị phản ứng dạng lớp cố định Hình Thiết bị phản ứng dạng cột chứa huyền phù có sục khí III Công nghệ tổng hợp methanol Sơ đồ công nghệ LPMEOH TM III Công nghệ tổng hợp methanol Vận chuyển bảo quản - Vận chuyển: Sản phẩm vận chuyển phương tiện thông thường, có che nắng, che mưa, vận chuyển lên xuống phải nhẹ nhàng, tránh va đập mạnh ảnh hưởng tới bao bì đựng sản phẩm chất lượng sản phẩm - Bảo quản : sản phẩm bảo quản khô, mát IV Tổng kết Việt Nam hoàn toàn xem xét đầu tư dự án sản xuất methanol công suất 40000 – 60000 /năm, dạng xưởng sản xuất thuộc Công ty phân đạm hóa chất Hà Bắc ( từ than cám ) Công ty đạm hóa chất Phú Mỹ ( từ khí thiên nhiên, dầu mỏ) Trong đề tài giải số vấn đề sau:  Cơ sở lý thuyết  Giới thiệu sản phẩm  Tính chất methanol  Phương pháp tổng hợp cụ thể:  Chu trình sản xuất methanol  Sơ đồ sản xuất methanol  Vận chuyển bảo quản ... vô hạn Ứng dụng      Nguyên liệu để sản xuất formanđêhyt, axit axetic Nguyên liệu sản xuất phụ gia cho xăng MTBE Sản xuất metylmetacrylat (MMA) Sản xuất dimethyl terephtalat (DMT) làm chất... đựng sản phẩm chất lượng sản phẩm - Bảo quản : sản phẩm bảo quản khô, mát IV Tổng kết Việt Nam hoàn toàn xem xét đầu tư dự án sản xuất methanol công suất 40000 – 60000 /năm, dạng xưởng sản xuất. .. vấn đề sau:  Cơ sở lý thuyết  Giới thiệu sản phẩm  Tính chất methanol  Phương pháp tổng hợp cụ thể:  Chu trình sản xuất methanol  Sơ đồ sản xuất methanol  Vận chuyển bảo quản