dây chuyền sản xuất methanol

Chủ đề 35:
Tìm hiểu dây chuyền
sản xuất methanol


Mở đầu
Methanol được sử dụng rộng rãi như một hóa chất hữu cơ cơ bản trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiện nay, nó là một trong các
nguyên liệu tạo ra nhiên liệu sạch-nhiên liệu sinh học của thế kỷ 21.

Nước ta hiện nay chưa có nhà máy sản xuất methanol mặc dù có sẵn nguồn nguyên liệu như dầu mỏ, than đá, sinh khối
(biomass). Nhu cầu methanol ở Việt Nam cũng ngày càng tăng. Hằng năm ta phải nhập lượng đáng kể methanol để phục vụ cho
các mục đích khác nhau, trong đó chủ yếu mới chỉ để làm dung môi. Việc nhập khẩu methanol không kinh tế so với sản xuất tại
chỗ. Do đó nghiên cứu và triển khai công nghệ sản xuất methanol ở Việt Nam là 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 về methanol

Methanol ( CH3OH) là một chất lỏng trong suốt không màu hay là một loại cồn,
là một hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, dễ cháy… ở nhiệt độ thường với mùi alcohol
nhẹ đặc trưng.



Tác dụng với kim loại kiềm, tạo muối ancolat. Tác dụng với axit vô cơ hay hữu
cơ tạo este, bị oxi hóa hoàn toàn tạo thành khí cacbonic và hơi nước, oxi hóa
không hoàn toàn tạo andehit fomic


I. Tổng quan

Tính chất vật lý









0
Điểm nóng chảy: -97,6 C
3
Mật độ: 792 kg/m
0
Áp suất hơi: 13,02 kPa (ở 20 C)
0
Điểm chớp cháy: 11-12 C
0
Điểm tự phát cháy: 385 C
0
Tính tan trong nước 20 C: vô hạn

Ứng dụng







Nguyên liệu chính 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 trong
thành phần của sơn và vecni.

I. Tổng quan

Hình 1. Tình hình sử dụng methanol trong các lĩnh vực


II. Nguyên liệu tổng hợp methanol

Hidro

Cacbon monooxit

Metan

Oxi

Methanol


II. Nguyên liệu tổng hợp methanol

1. 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 rất kém hoạt động về mặt hóa học, khi

-

Nhiệt độ sôi: -252,87 °C

đun nóng nó kết hợp với nhiều nguyên tố khác như: kim loại kiềm,

-

Nhiệt độ nóng chảy: -259,14 °C

kim loại kiềm thổ tạo nên các hidrua kim loại

-

Tinh thể hidro có cấu trúc lập phương

2Li + H2= 2LiH


II. Nguyên liệu tổng hợp methanol

2. 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
3. Metan (CH4)

Tính chất vật lý

-

Là thành phần tự nhiên của 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 có thể bị phân hủy ở nhiệt độ trên 1000 C 
CH4 → C + 2H2


II. Nguyên liệu tổng hợp methanol
4. Oxi (O2)
Tính chất vật lý

-

Là chất khí, không màu, không mùi.

-

Nhiệt độ sôi: -182,95 °C

-

Nhiệt độ nóng chảy: -218,79 °C

-

Tan nhiều trong nước

Tính chất hóa học

- Tác dụng với kim loại (trừ Au, Ag, Pt)
3Fe + 2O2   

-

-

Fe3O4 o
t

Tác dụng với phi kim:
o

S + O2

SO2t

C + O2

CO2t

o

Tác dụng với hợp chất khác:

4FeS2 + 11O2

o

2Fe2O3t+ 8SO2↑


III. Công nghệ tổng hợp methanol

Tổng hợp methanol

Đi từ khi thiên nhiên, dầu mỏ

Đi từ than cám


III. Công nghệ tổng hợp methanol

1.

Tổng hợp methanol từ khí thiên nhiên, dầu mỏ

1.1 Cơ sở của quá trình tổng hợp
Các phản ứng chủ yếu của quá trình tổng hợp methanol từ khí thiên nhiên:
a) Từ khí metan tạo ra khí tổng hợp (hỗn hợp khí CO và H2)
xt

CH4(k) + H2O(h)

CO (k) + 3H2 (k)

Đây là quá trình thu nhiệt -> cung cấp nhiệt lượng.
Nhiệt được lấy từ quá trình oxy hóa một phần khí CH4 trong lò phản ứng:
2CH4 + O2

2CO + 4H2 + Q (nhiệt tỏa ra)

Quá trình tạo ra khí tổng hợp từ metan (khí thiên nhiên) được gọi là quá trình chuyển hóa metan với hơi 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 của quá trình tổng hợp methanol
o
- Ở áp suất cao (250 – 350 atm), nhiệt độ cao (350 – 400 C): sử dụng xúc tác ZnO được hoạt hóa bằng oxit crom.



Ưu điểm: xúc tác ít bị ngộ độc lưu huỳnh (lưu huỳnh luôn có mặt trong nguyên liệu tạo ra khí tổng hợp )

o
- Ở áp suất thấp (50-100atm), nhiệt độ thấp (240 -270 C ): sử dụng xúc tác CuO cùng chất xúc tiến Zn và Cr.



Bị ngộ độc nhanh bởi lưu huỳnh.



o
Sử dụng oxit đồng đòi hỏi phải khống chế nhiệt độ phản ứng thật tốt, không được > 270 C để Cu không bị kết tinh lại làm mất xúc

tác.


III. Công nghệ tổng hợp methanol

1.3 Sơ đồ công nghệ tổng hợp methanol từ khí tổng hợp

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý công nghệ sản xuất methanol

1. Lò phản ứng; 2. Thiết bị trao đổi nhiệt; 3. Thiết bị làm lạnh ngưng tụ; 4. Tháp tách; 5. Bơm tuần hoàn


Nguyên lý:



Khí tổng hợp đã làm sạch,được nén qua hệ thống máy nén đa cấp,đưa vào lò phản ứng.Hỗn hợp khí sau phản ứng được làm nguội lần
lượt ở thiết bị trao đổi nhiệt 2(bằng khí) rồi thiết bị làm lạnh ngưng tụ 3(bằng nước).Nhờ đó ,metanol được ngưng tụ .Cả hai thiết bị này
thường là dạng ống lồng ống. Tùy theo cự ly và không gian bố trí, ở thiết bị 3 có thể dùng không khí thay vì dùng nước để làm lạnh. Sau
đó,metanol được đưa tới tháp tách 4 để hóa lỏng hoàn toàn,rồi đưa đi tinh chế tiếp.



Khí ra khỏi tháp tách 4 được tuần hoàn trở lại bằng hệ bơm 5,sau đó đi qua thiết bị trao đổi nhiệt để hòa với khí tổng hợp mới.Một phần
khí từ tháp 4 giàu khí trơ được thổi ra để điều chỉnh thành phần khí tuần hoàn.



Trong công nghệ tổng hợp ở áp suất cao,một phần khí tổng hợp mới và khí tuần hoàn được đưa vào lò phản ứng ở dạng khí lạnh nhằm
lấy nhanh nhiệt tỏa ra từ phản ứng tổng hợp metanol.



Metanol thô lắng tách ở phía dưới tháp 4 được đưa đi tinh chế để thụ được metanol tinh khiết .


III. Công nghệ tổng hợp methanol

2.

Tổng hợp methanol từ than cám

. Công nghệ sản xuất metanol từ than bao gồm quá trình khí hóa than tạo ra khí tổng hợp ( hỗn hợp khí hidro và oxit cacbon
như đã trình bày ở phần tổng hợp metanol từ khí thiên nhiên và dầu mỏ) tiếp theo là quá trình tổng hợp và tinh chế.

. Các phản ứng chính của quá 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 hơn khí tổng hợp từ khí thiên nhiên, dầu mỏ.

III. Công nghệ tổng hợp methanol

Hình 3 : Các quá trình công nghệ
sản xuất metanol từ than.


III. Công nghệ tổng hợp methanol

2.

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.

-

vì hàm lượng tro lớn và do phải khí hóa ở nhiệt độ

-

Không tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn.

cao hơn nên hiệu suất lò giảm nhiều hơn so với khí
hóa than cục bằng phương pháp lò tĩnh


III. Công nghệ tổng hợp methanol

Hiện nay, phương pháp lò động sử dụng than cám có ưu thế nhất là phương pháp Kopper – Totzek (gọi tắt là phương pháp K-T)

Hình 4. Lò khí hóa Kopper –
Totzek

1,3. Bunke nạp liệu

2.

Lò khí hóa

4. Hệ thống tháo bỏ xỉ ra khỏi lò


III. Công nghệ tổng hợp methanol

o

Đặc điểm của quá trình khí hóa K-T là phần lớn tro được tháo ra khỏi lò ở dạng lỏng. Nhiệt độ khí hóa 1500-1600 C. Khí thành
phẩm chứa hàm lượng rất 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 ở áp suất thấp: CuO.ZnO.Al 2O3
-Tỷ lệ H2 : CO = 2 : 1
b) Nguyên lý:

. Khi tổng hợp được đưa vào tháp phản ứng chứa huyền phù xúc tac trong dầu .Ở đấy nó được sục tiếp xúc với hạt xúc tác và xảy ra phản
ứng tổng hợp metanol.Hơi metanol chứa khí tổng hợp chưa phản ứng hết được đưa ra ở đỉnh tháp và được làm lạnh đê ngưng tụ metanol
(tháp làm lạnh).

. Hỗn hợp lỏng từ tháp làm lạnh được đưa tới các tháp chưng cất để tách metanol khỏi các rượu phân tử lượng cao hơn khỏi nước và các tạp
chất khác

III. Công nghệ tổng hợp methanol
c) Công nghệ LPMEOH

TM

Quá trình sản xuất methanol trong pha lỏng khác với quá trình sản xuất methanol truyền thống từ khí thiên nhiên, dầu
mỏ ở chỗ sử dụng thiết bị phản ứng chứa huyền phù có xúc tác sục khí (SBCR) thay vì sử dụng thiết bị phản ứng ở
dạng lớp cố định.

Hình 5. 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

3. Vận chuyển và bảo quản
- Vận chuyển: Sản phẩm được vận chuyển bằng mọi phương tiện thông thường, có che nắng, che mưa, khi vận chuyển lên xuống
phải nhẹ nhàng, tránh va đập mạnh ảnh hưởng tới bao bì đựng sản phẩm và chất lượng sản phẩm
- Bảo quản : sản phẩm được bảo quản trong khô, mát