1、反應工程實驗-合成甲醇說明書-考研試題資料系列反應工程實驗-合成甲醇說明書-考研試題資料系列反應工程實驗-合成甲醇說明書-考研試題資料系列反應工程實驗-合成甲醇說明書-考研試題資料系列合成氣制備甲醇實驗裝置使用說明書xx化工有限公司目 錄甲醇的物理及化學性質反應機理工藝條件的影響工藝流程圖分析及計算催化劑還原實驗計劃一、甲醇的物理及化學性質甲醇物理性質甲醇Menol或Methy Acool,或oodlcohol是飽和醇系列中的代表。分子式為CH3H,相對分子質量為20。在一般情況下，純甲醇是無色、易流動、易揮發的可燃液體，并帶有與乙醇相似的氣味。甲醇可以和水及許多有機液體按各種比例相混合，但不

2、能和脂肪烴類相混合。它易于吸收水蒸氣、二氧化碳氣和某些其他物質。因此，只有用特殊方法才能分離出完全無水的甲醇。同樣，也難以從甲醇中清除有機雜質，特別是沸點接近于甲醇的有機雜質,如甲乙酮、丙醛等。甲醇具有毒性，內服10L有失明的危險，3mL能致人死亡,空氣中允許最高甲醇蒸汽濃度為.mg。甲醇蒸汽與空氣在一定范圍內可形成爆炸性化合物。大部分氣體在甲醇中具有良好的可溶性。在標準狀態下,氦、氖、氫和氧在甲醇中的溶解度，比其在丙酮、苯、乙醇、環己烷及其他溶劑中要高。在工業領域，廣泛利用氣體在甲醇中的高溶解度，使用甲醇作為吸收劑,除去工藝氣體中的雜質。甲醇可以按任意比例與多種有機化合物混合，而且與其中的一

3、些有機化合物生成共沸混合物.2甲醇化學性質甲醇是最簡單的飽和醇，它由一個甲基和一個羚基組成。化學性質很活潑，化學反應主要發生在羚基上。典型的化學反應如下。氧化反應甲醇經空氣氧化生成甲醛，然后甲醛被氧化生成甲酸2氨化反應甲醇與氨反應生成甲胺一甲胺、二甲胺、三甲胺3羰基化反應 甲醇羰基化反應生成醋酸酯化反應 甲醇酯化反應生成多種酯類化合物，甲醇與甲酸反應生成甲酸甲酯甲醇與硫酸反應生成硫酸氫甲酯、硫酸二甲酯生成醚的反應甲醇脫水反應生成二甲醚甲醇與異丁烯反應生成甲基叔丁基醚甲醇與炔烴反應生成甲基乙烯基醚6鹵化反應甲醇與氯氣反應生成氯代甲烷7甲醇分解反應甲醇與水蒸氣進行催化分解，生成二氧化碳和氫氣8甲醇

4、與光氣反應 甲醇與光氣反應生成氯甲酸甲酯，然后進一步與甲醇反應生成碳酸二甲酯.二、反應機理1。甲醇合成反應步驟 甲醇合成是一個多相催化反應過程,這個復雜過程,共分五個步驟進行： 合成氣自氣相擴散到氣體-催化劑界面; 合成氣在催化劑活性表面上被化學吸附； 被吸附的合成氣在催化劑表面進行化學反應形成產物； 反應產物在催化劑表面脫附; 反應物自催化劑界面擴散到氣相中。全過程反應速度決定于較慢步驟的完成速度。其中第三步進行的較慢,因此,整個反應決定于該反應的進行速度.2合成甲醇的化學反應壓縮至8.5Ma的合成氣經過質量流量計計量后通入到固定床反應器中,在220-24。主反應: C + H2 CH3 1

5、02。5J/ol。副反應： 2CH2 3OCH+H2O +20.2Jmol CO + 3H2 C4+O +11.6KJ/mol CO82 CH33H2O 9。2KJ/mo 2 +H2 O+H2O -42.9K/mol nCO 2n2 Cn+n2O Q由O與H2反應合成甲醇，是一個氣相放熱反應.從反應方程式可以看出,由兩個體積的氫與一個體積的一氧化碳生成一個體積的甲醇,是一個體積縮小的反應,根據勒夏脫列L.Chatele原理，提高壓力、降低溫度可以使化學平衡向生成甲醇的方向移動。同時,從副反應的熱效應及反應前后的體積變化來看,降低溫度也有利于抑制副反應的進行。3。合成甲醇反應熱效應一氧化碳和氫反

6、應生成甲醇是一個放熱反應，在5時,反應熱為HT0=4.18-179214T1。4210-2T229906T3式中HT0-常壓下合成甲醇的反應熱，/molT開氏溫度,K4.合成甲醇反應的化學平衡一氧化碳加氫合成甲醇反應是氣相可逆反應，壓力對反應有著重要的影響,用氣體分壓表示的平衡常數公式如下。式中k-甲醇的平衡常數，PCH0H、PCO、P分別為CH3OH、CO、2的平衡分壓三、工藝條件的影響1。 反應壓力的要求 甲醇合成反應是一個氣相有體積變化的可逆反應，反應向著體積縮小的方向進行，提高壓力無疑是對合成反應平衡向正方向進行有利的。在主反應進行的同時伴隨著一些副反應，產生雜質,雖然副反應也大部分向

7、著體積縮小的方向進行，但其縮小的比例大多不如生成甲醇的反應大,所以提高壓力也對抑制副反應，提高粗甲醇質量有利。但是提高壓力不是無限度的,過高的反應壓力不僅提高了設備受壓等級要求，而且增加了能量消耗。一氧化碳轉化率在壓力達到80Ma以上，反應溫度在3002.反應溫度的要求： 從甲醇合成的平衡來看，溫度低對于提高甲醇的產率是有利的。但是，從反應速度來看，提高反應溫度能提高反應速度。所以必須兼顧這兩個條件，選擇最適宜的操作溫度,這樣就決定于選用的催化劑的性能.同一種反應在不同催化劑上要求反應分子的活化能是不同的.溫度過低達不到催化劑的活性溫度，則反應不能進行;溫度太高不僅增加了副反應，消耗了原料氣，

8、而且反應過分劇烈，溫度難以控制,容易使催化劑衰老、失活。同時,操作溫度還決定于合成壓力、氣體組分、空速、催化劑性能及設備選用情況等因素. 本實驗溫度控制在220-70 原料氣配比的要求 從化學平衡來看，氫氣和一氧化碳合成甲醇時的理想分子配比為2/CO21.但是,在實際生產中以2/1組成的合成氣，合成甲醇時的轉化率是相當低的.尤其在高空速下,為達到吸附相中2/C的化學計算量，H2/CO的配比要高一些,更有利于轉化率的提高。四、工藝流程圖合成氣制備甲醇工藝流程圖實驗采用加壓連續流動固定床反應裝置考察催化劑合成甲醇的反應性能.催化劑粉碎至460目，裝填量為3-5ml，反應器尺寸為8.5m。反應采用的

9、原料氣是由甲醇裂解制備的。其體積組成為:H2： 6139；CO: 30.8；CH4： 0。3;C2: 0。8；CH： 0.4；DE: 4。89; C8： 001；C4：0028，原料氣經質量流量計北京建中機器廠生產計量后，然后進入反應器.反應器出口物料經冷卻，氣液分離,尾氣經計量放空，液相產物定時放樣分析。五、分析及計算氣體和液體產物采用70氣相色譜儀分析。熱導檢測器TCD檢測尾氣中的CO、C2、H2、C的體積含量及液體產物中的H2O、CH3OH的重量百分比,其色譜柱分別使用m的TD01和GDX401填充柱，柱溫為30.氣體中的碳氫化合物和液體中的甲醇和高級醇則由氫火焰離子檢測器檢測,其色譜柱

10、均為的Poaak Q填充柱,柱溫為10氣體通過甲烷氣為中間物進行關聯歸一計算，液體通過甲醇為中間物關聯歸一計算。六、催化劑的還原催化劑主要是由銅、鋅、鋁等一些氧化物組成,是一種多組分催化劑，催化劑使用前須進行還原處理。還原氣為高氮配入一定濃度的氫氣混合氣。還原前首先對系統進行置換,使系統含氧量低于.,然后在通入高氫80-20的條件下升溫脫除催化劑的物理水,繼續升溫，催化劑還原分為四階段：還原初期130-160升溫小時,恒溫1小時;還原主期0180升溫2小時,恒溫小時；還原后期180-10升溫2小時,恒溫1小時;還原末期10-230升溫2小時，恒溫1小時四個階段。催化劑還原操作準則為:提氫不提溫

11、,提溫不提氫.工業化還原程序見下表僅供參考，采用高比例的高氮，主要是為了控溫催化劑裝填量大，溫升顯著:還原條件:壓力4-Kgc氣體流速：1-2m3小時,氣體空速0002000h氣體起始溫度終結溫度升溫速率升溫時間恒溫時間度度度小時度/分小時小時N5705。42 701030050 1013 2N2%H230607.50。13 4 1610.08 18210508 210230017 2 30230 22+50230230 2N2+0%H230230 檢測尾氣中H2還原結束2降溫到10度以下合成氣緩慢升壓到P升溫到210度，開始反應七、實驗計劃在實驗過程中，對定型C30催化劑進行工藝條件和穩定性實驗，確定最佳的反應工藝參數,并在此條件下進行穩定性