El metanol sintético es una sustancia química, una de las principales materias primas de la industria química orgánica. Hay muchas formas de producir metanol en la industria, como el metanol a partir de gas natural y el metanol a partir de petróleo.
Desarrollo de Síntesis de metanol
La primera producción de metanol se obtenía por destilación seca de la madera. Tras el desarrollo del método sintético, este método fue casi eliminado. El método inicial de síntesis del metanol se producía a partir del carbón. Después de la Segunda Guerra Mundial, se desarrolló para utilizar gas natural, refino de petróleo y petróleo ligero como materias primas. El método del carbón ha decaído, y sólo se sigue utilizando el carbón barato y las zonas industriales siderúrgicas.
Síntesis de metanol Proceso
Síntesis de metanol a partir de CO2 y H
En la industria, casi todo el metanol se sintetiza por hidrogenación catalítica presurizada de CO y CO2. El proceso típico incluye la producción de gas de materia prima, la purificación de gas de materia prima, la síntesis de metanol, la rectificación de metanol crudo y otros procesos.
Materiales de síntesis del metanol
El gas natural, la nafta, el petróleo pesado, el carbón y sus productos transformados (coque, gas de coquería), el gas de cola de acetileno, etc. pueden utilizarse como materias primas para la producción de gas de síntesis de metanol. El reformado al vapor del gas natural y la nafta debe realizarse en el horno de reformado, de estructura compleja y coste elevado. El horno de reformado está equipado con una cámara de radiación y una cámara de convección, y la reacción de reformado del gas de vapor de hidrocarburos se lleva a cabo a alta temperatura y en presencia de un catalizador.
La oxidación parcial del petróleo pesado debe llevarse a cabo en un gasificador de alta temperatura. Cuando se utiliza combustible sólido como materia prima, se puede recurrir a la gasificación intermitente o a la gasificación continua para producir gas de agua. El método de gasificación intermitente utiliza aire y vapor como agente de gasificación, y separa las etapas de soplado y producción de gas, mientras que el método de gasificación continua utiliza oxígeno y vapor como agente de gasificación, y el proceso se lleva a cabo de forma continua.
Catalizador de síntesis de metanol
En la producción de metanol se utilizan diversos catalizadores, como los catalizadores de reformado al vapor de gas natural y nafta, y los catalizadores de síntesis de metanol. Son susceptibles al sulfuro y pierden su actividad, por lo que es necesario eliminarlo. Los métodos de desulfuración de gases pueden dividirse en dos categorías, una es la desulfuración en seco y la otra es la desulfuración en húmedo. El equipo de desulfuración en seco es sencillo, pero debido a la lenta velocidad de reacción, el equipo es relativamente grande. La desulfuración húmeda puede dividirse en tres categorías: método de absorción física, método de absorción química y método de oxidación directa.
¿Cuáles son los métodos de síntesis del metanol?
La síntesis de metanol se lleva a cabo a alta temperatura, alta presión y catalizador, lo que constituye un típico proceso de reacción catalítica en fase compuesta gas-sólido. Con el continuo desarrollo de la tecnología de catalizadores de síntesis de metanol, la tendencia general es de alta presión a baja y media presión.
Método de alta presión
El proceso de alta presión de síntesis de metanol utiliza generalmente catalizador de zinc-cromo a 300-400°C y 30MPa de una alta temperatura y presión. Desde la primera síntesis exitosa de metanol por este método en 1923, este método se ha continuado casi 50 años, difieren sólo en ciertos detalles de diseño. Por ejemplo, la transferencia de calor en la torre de síntesis de metanol tiene dos tipos de métodos: el tipo de intercambio de calor continuo de tubo frío y el tipo de intercambio de calor multietapa de choque frío; el modo de flujo de gas de reacción tiene un tipo axial y radial o un tipo mixto de ambos, con flujo de vapor de subproducto y no subproducto, etc. En los últimos años, nuestro país ha desarrollado la tecnología de síntesis de metanol en catalizador a base de cobre bajo una presión de 25-27MPa, el contenido de metanol en el gas de salida es de unos 4%, y la temperatura de reacción es de 230-290°C.
Método de media presión
El método de media presión se ha desarrollado a partir del método de baja presión. Debido a la baja presión de funcionamiento del método de baja presión, se despertará el volumen del equipo es bastante grande, que no es propicio para la producción a gran escala de metanol. Por lo tanto, el método de media presión para la síntesis de metanol con alrededor de 10MPa de presión se ha desarrollado, que puede reducir más eficazmente el costo de la construcción de área de la fábrica y la producción de metanol.
Método de baja presión
El método de metanol a baja presión ICl es investigado con éxito por la empresa británica ICl en 1966, rompiendo así el monopolio del método de alta presión para la síntesis de metanol, lo que supone un gran cambio en el proceso de producción de metanol. Utiliza un catalizador 51-1 a base de cobre, con la presión de síntesis de 5MPa. La torre de síntesis utilizada en el método ICl es del tipo de enfriamiento multietapa de pared caliente, con una estructura sencilla.
Aplicación de la síntesis de metanol
El hidrógeno puede utilizarse para sintetizar metanol. El metanol sintético es una de las principales materias primas de la industria química orgánica y un importante producto petroquímico por su bajo coste de producción y su amplia gama de usos. Puede utilizarse para obtener ftalato de dimetilo (DMT), metacrilato de metilo (MMA), metilamina, alcohol polivinílico, cloruro de metilo, ácido acético, etc. Además, el metanol puede utilizarse como disolvente y combustible, y en caso necesario puede producirse hidrógeno.
¿Cuáles son las materias primas para la producción de metanol?
Síntesis de metanol a partir de gas natural
El gas natural es la principal materia prima para la producción de metanol. El principal componente del gas natural es el metano, y también contiene pequeñas cantidades de otros alcanos, alquenos y nitrógeno.
Existen métodos de reformado con vapor, oxidación parcial catalítica, oxidación parcial no catalítica y otros para producir metanol gas de alimentación a partir de gas natural, entre los cuales el método de reformado con vapor es el más utilizado, y se lleva a cabo en un horno tubular a presión normal o bajo presión. Dado que el calor de reacción debe suministrarse desde el exterior para mantener la temperatura de conversión requerida, generalmente se realiza quemando algún tipo de gas combustible entre los tubos, y el vapor para la conversión se produce directamente en el dispositivo mediante el calor de los gases de combustión y el gas de conversión.
Dado que el gas de síntesis producido por el reformado al vapor del gas natural tiene exceso de hidrógeno e insuficiencia de monóxido de carbono y dióxido de carbono, la solución industrial a este problema consiste en utilizar el método de reformado al vapor con dióxido de carbono para conseguir una proporción adecuada. El dióxido de carbono puede suministrarse externamente o mediante la recuperación de los gases de combustión del reformador. Otro método es el método de reformado de segunda etapa utilizando gas natural como materia prima, es decir, el reformado con vapor del gas natural se lleva a cabo en el reformado de primera etapa, y sólo reacciona aproximadamente 1/4 del metano. La oxidación parcial del gas natural se lleva a cabo en la segunda etapa, y no sólo la proporción del gas de síntesis obtenido es adecuada, sino que también la temperatura de reacción en la segunda etapa se aumenta por encima de 800°C. Se puede reducir la cantidad de metano residual y aumentar los componentes efectivos del gas para sintetizar metanol.
El gas natural debe purificarse antes de entrar en el reformador de vapor para eliminar las impurezas nocivas. El contenido de azufre del gas purificado debe ser inferior a 0,1 mL/m3, y el gas convertido se comprime para sintetizar metanol en la sección de síntesis.
Síntesis de metanol a partir de carbón y coque
El carbón y el coque son los principales combustibles sólidos para la producción de gas crudo para metanol. El proceso de producción de metanol a partir de carbón y coque incluye la gasificación del combustible, la desulfuración del gas, el desplazamiento, la descarbonización, la síntesis de metanol y el refinado.
El tratamiento térmico del carbón y el coque con vapor y oxígeno (o aire, aire enriquecido con oxígeno) se denomina gasificación de combustibles sólidos.
El gas inflamable obtenido de la gasificación se denomina generalmente gas de hulla, que es el gas inicial de materia prima para la producción de metanol. El principal equipo para la gasificación es el generador de gas de hulla.
La proporción de hidrógeno y carbono en el gas de materia prima producido a partir de carbón y coque es demasiado baja, por lo que, tras la desulfuración del gas, es necesario someterlo a un proceso de cambio para convertir el exceso de CO en hidrógeno y CO2, y después eliminar el exceso de CO2 mediante el proceso de descarburización. El gas de alimentación se comprime, se sintetiza metanol y se rectifica para producir metanol.
Síntesis de metanol a partir de petróleo pesado
Industrialmente, hay dos tipos principales de derivados del petróleo utilizados para producir metanol: uno es la nafta y el otro el petróleo pesado. La fracción inferior a 220°C obtenida por destilación de petróleo crudo se denomina petróleo ligero, también conocido como nafta. Los métodos de producción de gas de síntesis a partir de nafta incluyen el reformado con vapor a presión, la oxidación parcial catalítica y la oxidación parcial no catalítica a presión, el método de conversión catalítica por lotes, etc.
El principal método para producir metanol gas bruto a partir de nafta es el reformado con vapor a presión. Debe llevarse a cabo en un reformador con una estructura compleja. El reformador está equipado con una cámara de radiación y otra de convección, y la reacción de reformado con vapor de hidrocarburos se lleva a cabo a alta temperatura y con catalizador.
Después de reformar la nafta con vapor, su composición puede satisfacer las necesidades de la síntesis de metanol. No es necesario añadir dióxido de carbono antes y después de la conversión ni establecer una segunda etapa de conversión, y tampoco es necesario ajustar su composición a través de la conversión y la descarbonización.
El petróleo pesado es un producto del proceso de refinado del petróleo. Según los distintos métodos de refinado, puede dividirse en petróleo pesado atmosférico, petróleo pesado al vacío, petróleo pesado craqueado y sus mezclas. Existen dos formas de producir metanol gas de alimentación a partir de petróleo pesado como materia prima: método de oxidación parcial y método de pirólisis. El método de pirólisis necesita craquear el petróleo pesado en el horno regenerativo a una temperatura alta superior a 1400°C. Aunque no se necesita oxígeno, el equipo es complicado, la operación es problemática y se produce una gran cantidad de negro de humo.
La oxidación parcial del petróleo pesado se refiere a la reacción de cmbustión de hidrocarburos pesados y oxígeno, y la reacción exotérmica provoca el craqueo térmico de algunos hidrocarburos. Los productos craqueados se someten a otras reacciones de oxidación y reformado, y finalmente obtienen H2, CO y una pequeña cantidad de CO2 , CH4 para formar gas de síntesis para la síntesis de metanol.
El gas de síntesis producido por la oxidación parcial del petróleo pesado, debido a la elevada relación carbono-hidrógeno en la materia prima petróleo pesado, y al excesivo contenido de CO y CO2 en el gas de síntesis, parte del gas de síntesis necesita ser transformado. Así, el CO y el vapor de agua reaccionan para formar H y CO2, y después se elimina el CO2 para conseguir la composición necesaria para la síntesis de metanol.
El metanol crudo sintetizado debe refinarse para eliminar las impurezas y el agua y obtener metanol refinado.
Coproducción de metanol y amoníaco
La coproducción de metanol y amoníaco es un proceso de purificación de gas de síntesis, un nuevo proceso desarrollado para sustituir el líquido de amoníaco de cobre utilizado en muchas producciones de amoníaco de síntesis en mi país para eliminar las trazas de óxidos de carbono.
La condición de coproducción consiste en añadir un conjunto de dispositivos de síntesis de metanol entre la salida de la quinta etapa del compresor y la entrada del proceso de lavado de cobre, incluyendo torre de síntesis de metanol, máquina de circulación, enfriador de agua, separador y tanque de almacenamiento de metanol crudo y otros equipos relacionados.
El flujo del proceso consiste en que el gas a la salida del compresor de cinco etapas avanza hacia la torre de síntesis de metanol. La mayor parte del CO y el CO2 que se eliminaron originalmente en el proceso de lavado del cobre reaccionan con el H en la torre de síntesis de metanol para formar metanol. Tras la coproducción de metanol, el CO que entra en el proceso de lavado de cobre se reduce significativamente, lo que reduce la carga de lavado de cobre.
Al mismo tiempo, el índice de CO en el proceso de conversión puede relajarse adecuadamente, reduciendo el consumo de vapor de la conversión, y el CO transportado por los cilindros en las primeras etapas del compresor se convierte en gas efectivo, y se reduce el consumo de energía del compresor.
La reducción del consumo de energía tras la coproducción de metanol es evidente, pudiendo ahorrar 50kW-h de electricidad por tonelada de amoníaco y 0,4t de vapor, lo que equivale a 2 millones de kJ de consumo de energía. El proceso de coproducción de metanol y amoníaco debe prestar atención a la desulfuración fina y la rectificación del gas bruto para garantizar la vida útil del catalizador de metanol y la calidad del producto de metanol.
¿Cuál es el catalizador avanzado para la producción de metanol?
Principio de funcionamiento de la síntesis de metanol
El aumento de la presión y la disminución de la temperatura favorecen la reacción principal para producir metanol. Para evitar la corrosión de los equipos, el primer método de síntesis eliminaba el CO2 antes de la reacción. Más tarde, se descubrió que el CO2 también puede utilizarse como materia prima, por lo que no es necesario eliminar primero el CO2.
La clave para sintetizar metanol reside en la presión. En el pasado, se utilizaba el método de alta presión, y la presión era superior a 300 atmósferas. En 1966 se desarrolló el método de baja presión, con una presión de unas 50 atmósferas. Más tarde, se desarrolló el método de media presión, con una presión de unas 200 atmósferas.
Diferentes catalizadores de síntesis de metanol
| Presión (atm) | temperatura(℃) | catalizador |
| Método de alta presión | 300~600 320~380 | Catalizador de cromo-zinc |
| Método de media presión | 105~300 225~270 | Catalizador de cobre-cinc-cromo-aluminio |
| Método de baja presión | 40~60 200~300 | Catalizador de cobre-zinc |
Conclusión metanol síntesis
En conclusión, la síntesis de metanol es un proceso crucial para diversas industrias, desde la producción de combustibles hasta la de productos químicos. La evolución de la síntesis de metanol ha permitido métodos de producción más eficientes y sostenibles, convirtiéndola en una opción cada vez más atractiva para las industrias que buscan reducir su huella medioambiental.
En 7Chemtech, comprendemos la importancia de la síntesis de metanol y sus aplicaciones. Nos comprometemos a proporcionar soluciones de alta calidad para satisfacer las diversas necesidades de nuestros clientes. Nuestro equipo cuenta con los conocimientos y la experiencia necesarios para ofrecer soluciones personalizadas que aborden los retos exclusivos de la síntesis de metanol, desde la producción hasta la aplicación.
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