| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2288209
СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ МЕТАНОЛА З СИНТЕЗ-ГАЗУ
Ім'я винахідника: Гордєєва Лариса Геннадіївна (RU); Аристов Юрій Іванович (RU); Токарев Михайло Михайлович
Ім'я патентовласника: Інститут каталізу ім. Г.К. Борескова Сибірського відділення Російської академії наук
Адреса для листування: 630090, Новосибірськ, пр. Академіка Лаврентьєва, 5, Інститут каталізу ім. Г.К. Борескова, патентний відділ, Т.Д. Юдіної
Дата початку дії патенту: 2005.03.28
Винахід відноситься до процесу синтезу метанолу. Описано спосіб отримання метанолу з синтез-газу, що містить монооксид вуглецю і / або діоксид вуглецю і водень при тиску 1-20 МПа, температурі 175-300 ° С в присутності каталізатора синтезу метанолу, в якому для зсуву рівноваги реакції в бік продуктів реакції утворюються пари метанолу видаляють з реакційної суміші шляхом сорбції парів метанолу сорбентом парів метанолу, що містить неорганічні оксиди, пористі вугілля, природні сорбенти або їх суміші в якості матриці і активна речовина, поміщена в пори матриці і здатне до оборотних процесів сорбції / десорбції парів метанолу. Як активна речовина використовують нітрати і нітрати лужних, лужноземельних металів і металів підгрупи заліза. Технічний результат - збільшення ефективності процесу отримання метанолу.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до процесу синтезу метанолу з синтез-газу.
Синтез метанолу шляхом гідрування оксидів вуглецю СО і СО 2 є оборотним екзотермічним процесом, який контролюється рівновагою. Підвищення температури з метою збільшення швидкості реакції приводить до зрушення рівноваги в бік реагентів, тобто зменшує вихід продуктів. Видалення продуктів реакції з реакційної суміші може привести до зсуву рівноваги в бік отримання метанолу, що дозволить проводити процес при більш високій температурі і, отже, з більш високою швидкістю.
В даний час для цього пропонують використовувати конденсацію продуктів, видалення їх через мембрани і адсорбцію метанолу різними адсорбентами або абсорбентами.
У Пат. СА 2031292, З 07 С 29/151, 02.06.91 метанол, що утворюється при взаємодії СО і / або CO 2 з воднем, пропонується абсорбувати рідким органічним абсорбентом, що містить від 3 до 16 томів вуглецю, а потім метанол витягувати зі збагаченого їм абсорбенту. Масова частка абсорбенту до витягнутої метанолу складає 10/1.
У Пат. US 4968722, З 07 З 27/06, 06.11.90 пропонується проводити абсорбцію метанолу тетраетіленглікольдіметіловим ефіром в абсорбере, винесеному за межі реактора.
У Пат. US 5449696, З 07 З 27/06, 12.09.95 процес синтезу метанолу та його видалення з реакційної суміші шляхом адсорбції на твердих пористих адсорбентах, таких як оксид алюмінію, силікагель, цеоліти, активоване вугілля та ін., Проводять одночасно в одному реакційному обсязі . Витяг метанолу проводять шляхом його десорбції за допомогою двоокису вуглецю або водню.
Найбільш близьким до пропонованого способу використання сорбенту для зсуву рівноваги синтезу метанолу з синтез-газу є спосіб [Пат. US 5523326, З 07 З 27/00, 04.06.96], в якому в якості адсорбентів пропонується використовувати пористі адсорбенти, такі як силікагель, активоване вугілля, активоване оксид алюмінію, цеоліти або їх суміші, а процес проводити в режимі короткоцикловой безнагревной адсорбції ( PSA). Реакційна суміш, яка містить монооксид вуглецю і водень, проходить через механічну суміш адсорбенту метанолу і каталізатора синтезу метанолу при температурі 175-300 ° С і тиску 5-20 МПа, що утворюється метанол адсорбується на поверхні адсорбенту, тим самим сприяючи збільшенню ступеня конверсії. Регенерація адсорбенту здійснюється шляхом десорбції метанолу внаслідок зниження тиску реакційної суміші до 0,1-5 МПа.
Недоліком прототипу є низька сорбційна ємність силикагеля і інших адсорбентів по метанолу, що викликає необхідність частого переривання процесу синтезу метанолу для регенерації адсорбенту (час проведення стадії реакції / адсорбції склало 50-100 сек). Цей недолік обумовлений тим, що метанол адсорбується тільки на поверхні силікагелю або інших пористих адсорбентів.
Винахід вирішує задачу збільшення ефективності процесу отримання метанолу за рахунок застосування нових композитних сорбентів.
Завдання вирішується способом отримання метанолу з синтез-газу, що містить монооксид вуглецю і / або діоксид вуглецю і водень при тиску 1-20 МПа, температурі 175-300 ° С в присутності каталізатора на основі оксидів цинку і хрому, при цьому здійснюють зсув рівноваги в бік продуктів реакції шляхом видалення утворюються пари метанолу сорбентом, як сорбентів парів метанолу використовують пористу матрицю, вибрану з ряду: силікагель, оксид алюмінію, вермикуліт, пори якої містять галогенид або нітрат металів з ряду: кальцій, магній, літій, нікель або кобальт в кількості не менше 15%.
Каталізатор і сорбент використовують в суміші при їх співвідношенні від 1:10 до 10: 1. Синтез-газ спочатку подають в реактор, заповнений каталізатором, потім реакційну суміш подають в адсорбер, завантажений сорбентом і повторюють зазначені стадії не менше 2 разів.
Метанол десорбируют шляхом зниження тиску газової суміші. Композитний сорбент складається з пористої матриці і вміщеного в її пори активної речовини. Як пористої матриці використовують речовину з відкритою системою пір, а в якості активного компонента - речовина, здатна поглинати пари метанолу.
Пористі матриці можуть мати мікропори, мезопори і макропори і використовуються у вигляді сферичних частинок діаметром 0.5-6 мм, або циліндричних частинок ( «живців») діаметром 0.5-5 мм і довжиною 3-15 мм, або у вигляді частинок неправильної форми, або в вигляді кілець або блоків стільникової структури, або шару, приготованого з використанням сполучного.
Приміщення активної речовини в пористу матрицю дозволяє поєднати переваги рідинних абсорбентів, такі як висока сорбційна ємність і низька температура десорбції, а й висока селективність по відношенню до метанолу, і твердих пористих адсорбентів, такі як висока ступінь очищення газових сумішей від метанолу, висока швидкість адсорбції / десорбції і висока технологічність.
Реакцію синтезу метанолу і адсорбцію метанолу реакційної суміші проводять або одночасно, або послідовно.
У першому випадку реакційну суміш, що містить оксид вуглецю (або діоксид вуглецю) і водень при тиску 1-10 МПа і температурі 175-300 ° подають в реактор / адсорбер, завантажений механічної сумішшю каталізатора синтезу метанолу і описаного вище композитного сорбенту парів метанолу в співвідношенні від 1:10 до 10: 1.
У другому випадку реакційну суміш послідовно подають спочатку в реактор, завантажений каталізатором синтезу метанолу, потім в адсорбер, завантажений описаним вище композитним сорбентом парів метанолу, в якому відбувається сорбція метанолу з суміші. Потім реакційна суміш, очищена від метанолу, знову надходить у реактор синтезу метанолу і потім знову в адсорбер. Цикли проведення стадій реакції і адсорбції повторюють не менше 2 разів. Десорбцію метанолу з композитного сорбенту проводять шляхом зниження тиску газової суміші.
Суть винаходу ілюструється такими прикладами.
Приклади 1-14 ілюструють різні склади пропонованого сорбенту в процесах видалення метанолу з повітря і сумішей органічних і неорганічних газів.
Приклад 1. Активний оксид алюмінію у вигляді живців діаметром 2 мм і довжиною 7 мм попередньо прогрівають при температурі 200 ° С, потім охолоджують і поміщають в його пори водний розчин хлориду літію і знову прогрівають при температурі 200 ° С. Вміст активного компонента в композитному сорбенте становить 17.2 мас.%. Отриманий композитний сорбент поміщають в адсорбер об'ємом 1 л, нагрівають адсорбер до температури 30 ° С і потім подають на вхід адсорбера попередньо осушене повітря, насичене парами метанолу в барботері до парціального тиску 60 мбар. Відносне тиск парів метанолу складає Р / Р 0 = 0.3, де Р - парціальний тиск парів метанолу та Р 0 - тиск насичених парів метанолу при температурі сорбції. Витрата повітря становить 100 л / год. Процес адсорбції припиняють після досягнення адсорбентом постійної ваги. Кількість поглиненого метанолу складає 382 м Сорбционная ємність, яка визначається як кількість поглиненого метанолу до маси сухого сорбенту, - 44%.
Приклад 2. Аналогічний приклад 1, але для приготування композитного сорбенту використовують силікагель у вигляді сфер діаметром 2-4 мм, попередньо прогрітий при температурі 150 ° С. В пори охолодженого силікагелю поміщають розчин хлориду літію і прогрівають при температурі 200 ° С. Зміст хлориду літію становить 24 мас.%. Кількість поглиненого адсорбентом метанолу складає 493 м Сорбционная ємність сорбенту - 64%.
Приклад 3. Аналогічний приклад 2, але в пори силикагеля поміщають розчин хлориду нікелю. Вміст активного компонента становить 44 мас.%. Кількість поглиненого метанолу складає 417 г / г. Сорбційна ємність сорбенту - 48%.
Приклад 4. Аналогічний приклад 2, але в пори силикагеля поміщають розчин нітрату кальцію. Вміст активного компонента становить 48 мас.%. Кількість поглиненого метанолу складає 367 г / г. Сорбційна ємність сорбенту - 34%.
Приклад 5. Аналогічний приклад 2, але в пори силикагеля поміщають розчин хлориду магнію. Вміст активного компонента становить 31 мас.%. Кількість поглиненого метанолу складає 309 г / г. Сорбційна ємність сорбенту - 38%.
Приклад 6. Аналогічний приклад 2, але в пори силикагеля поміщають розчин броміду нікелю. Вміст активного компонента становить 45 мас.%. Кількість поглиненого метанолу складає 407 г / г. Сорбційна ємність сорбенту - 41%.
Приклад 7. Аналогічний приклад 2, але в пори силикагеля поміщають розчин броміду літію. Вміст активного компонента становить 35 мас.%. Кількість поглиненого метанолу складає 363 м Сорбционная ємність сорбенту - 54%.
Приклад 8. Аналогічний приклад 2, але в пори силикагеля поміщають розчин нітрату магнію. Вміст активного компонента становить 39 мас.%. Кількість поглиненого метанолу складає 298 г / г. Сорбційна ємність сорбенту - 31%.
Приклад 9. Аналогічний приклад 2, але в пори силикагеля поміщають розчин хлориду кобальту. Вміст активного компонента становить 42 мас.%. Кількість поглиненого метанолу складає 301 г / г. Сорбційна ємність сорбенту - 33%.
Приклад 10. Аналогічний приклад 1, але в якості пористої матриці використовують природну глину вермикуліт, в пори якої поміщають розчин хлориду магнію. Зміст броміду кальцію становить 37 мас.%. Кількість поглиненого метанолу складає 229 м Сорбционная ємність сорбенту - 44%.
Приклад 11. Аналогічний приклад 2, але в барботер, наповнений метанолом, подають потік еквімолярної суміші метану, етану і пропану. Потім газову суміш направляють в адсорбер. Кількість поглиненого сорбентом метанолу складає 498 м Сорбционная ємність становить 65%.
Приклад 12. Аналогічний приклад 2, але в барботер, наповнений метанолом, подають потік еквімолярної суміші оксиду вуглецю, діоксиду вуглецю і водню. Потім газову суміш направляють в адсорбер. Відносне тиск метанолу в суміші становить 0,3.
Кількість поглиненого адсорбентом метанолу складає 498 м Сорбционная ємність - 65%.
Приклад 13. Порівняльний. Аналогічно прикладу 1, але в адсорбер завантажують силікагель марки КСМ. Кількість поглиненого метанолу складає 148 м Сорбционная ємність - 17%.
Приклад 14. Порівняльний. Аналогічно прикладу 1, але в адсорбер завантажують активоване вугілля. Кількість поглиненого метанолу складає 121 м Сорбционная ємність - 19%.
Приклади 15-22 ілюструють спосіб синтезу метанолу з синтез-газу з використанням пропонованого сорбенту для сорбції парів утворюється метанолу та зсуву рівноваги реакції в бік продуктів.
Приклад 15. У реактор / адсорбер об'ємом 1 л завантажують суміш рівних кількостей каталізатора синтезу метанолу, наприклад, цінкхромово-мідного каталізатора, що містить ZnO, CrO 3 і Cu, і композитного сорбенту, що містить 20% хлориду кальцію в порах силікагелю, і подають суміш водню і оксиду вуглецю в співвідношенні 3: 1 при температурі 200 ° С і тиску 2 МПа. Ступінь конверсії СО становить 98%. Ємність композитного сорбенту - 25%.
Десорбцію метанолу проводять при тиску 0,1 МПа і температурі 200 ° С.
Приклад 16. Порівняльний. Аналогічний приклад 15, але в реактор завантажують суміш каталізатора синтезу метанолу та силікагелю. Ступінь конверсії СО - 89%. Ємність силикагеля по метанолу - 12%.
Приклад 17. Суміш водню і оксиду вуглецю в співвідношенні 2: 1 подають в реактор об'ємом 1 л, заповнений каталізатором синтезу метанолу, наприклад, цінкхромовим каталізатором, що містить ZnO і CrO 3, при тиску 5 МПа і температурі 260 ° С. Ступінь конверсії СО становить 46%. Потім реакційну суміш подають в адсорбер об'ємом 1 л, заповнений композитним сорбентом метанолу, що містить 15% броміду літію в порах оксиду алюмінію. Цикл синтезу метанолу та адсорбції повторюють 3 рази. Ступінь конверсії оксиду вуглецю після 3 циклів становить 86%. Ємність композитного сорбенту по метанолу - 38%. Після проведення 3 циклів конверсії СО і адсорбції метанолу адсорбер продувають реакційної сумішшю при тиску 0,1 МПа і температурі 260 ° С, газ після адсорбера подають в конденсатор, в якому була температура 20 ° С, де десорбувати метанол конденсировался. Ступінь десорбції метанолу з адсорбенту - 100%. Ступінь конденсації метанолу в конденсаторі - 93%.
Приклад 18. Порівняльний. Аналогічний приклад 17, але в адсорбер завантажують активоване вугілля. Ступінь конверсії СО - 68%. Ємність вугілля по метанолу - 14%. Ступінь десорбції метанолу з адсорбенту - 100%, ступінь конденсації в конденсаторі - 82%.
Приклад 19. У реактор / адсорбер об'ємом 1 л завантажують суміш рівних кількостей каталізатора синтезу метанолу, наприклад, цінкхромового каталізатора, що містить ZnO, CrO 3 і композитного сорбенту, що містить 43% броміду нікелю в порах вермикуліту, і подають суміш водню і діоксиду вуглецю в співвідношенні 5: 1 при температурі 300 ° С і тиску 10 МПа. Ступінь конверсії СО 2 становить 83%. Ємність композитного сорбенту - 44%.
Десорбцію метанолу проводять, пропускаючи через реактор / адсорбер водень при тиску 0,1 МПа і температурі 300 ° С. Газову суміш, що виходить з реактора / адсорбера, подають в конденсатор при температурі 20 ° С і проводять конденсацію метанолу.
Ступінь вилучення отриманого метанолу з газової суміші - 91%.
Приклад 20. Порівняльний. Аналогічний приклад 19, але в адсорбер завантажують цеоліт. Ступінь конверсії CO 2 склала 58%. Ємність цеоліту по метанолу - 9%.
Ступінь вилучення метанолу з газової суміші склала 86%.
Приклад 21, В реактор / адсорбер об'ємом 1 л завантажують суміш рівних кількостей каталізатора синтезу метанолу, наприклад, цінкхромового каталізатора, що містить ZnO, CrO 3 і композитного сорбенту, що містить 24% нітрату кальцію в порах силікагелю, і подають реакційну суміш наступного складу: водень, оксид вуглецю і діоксид вуглецю в співвідношенні 12: 3: 1 при температурі 240 ° С і тиску 5 МПа. Ступеня конверсії CO 2 і СО становлять 79 і 92% відповідно. Ємність композитного сорбенту - 28%.
Десорбцію метанолу проводять, пропускаючи через реактор / адсорбер водень при тиску 0,1 МПа і температурі 240 ° С. Газову суміш, що виходить з реактора / адсорбера, подають в конденсатор при температурі 20 ° С і проводять конденсацію метанолу.
Ступінь вилучення отриманого метанолу з газової суміші - 93%.
Приклад 22. Порівняльний. Аналогічний приклад 21, але в адсорбер завантажують силікагель КСМ. Ступеня конверсії СО 2 і СО - 53 і 76% відповідно Ємність силикагеля по метанолу - 11%.
Ступінь вилучення метанолу з газової суміші - 84%.
Як випливає з прикладів, пропоновані композитні сорбенти парів метанолу мають більш високу сорбційною ємністю до парам метанолу (до 0.64 г / г), ніж стандартні адсорбенти метанолу. Наведені приклади демонструють переваги пропонованих композитних сорбентів в порівнянні з традиційними сорбентами і показують можливість використання їх в процесі отримання метанолу з синтез-газу для зсуву рівноваги хімічної реакції в сторону продуктів реакції.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб отримання метанолу з синтез-газу, що містить монооксид вуглецю і / або діоксид вуглецю і водень при тиску 1-20 МПа, температурі 175-300 ° С в присутності каталізатора на основі оксидів цинку і хрому, при цьому здійснюють зсув рівноваги в бік продуктів реакції шляхом видалення утворюються пари метанолу сорбентом, який відрізняється тим, що в якості сорбентів парів метанолу використовують пористу матрицю, вибрану з ряду силікагель, оксид алюмінію, вермикуліт, пори якої містять галогенид або нітрат металів з ряду кальцій, магній, літій, нікель або кобальт в кількості не менше 15 мас.%.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що каталізатор і сорбент використовують в суміші при їх співвідношенні від 1:10 до 10: 1.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що синтез-газ спочатку подають в реактор, заповнений каталізатором, а потім реакційну суміш подають в адсорбер, завантажений сорбентом, і повторюють зазначені стадії не менше 2 разів.
4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що метанол десорбируют шляхом зниження тиску газової суміші.
Версія для друку
Дата публікації 07.04.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.