甲醇合成反映是在催化剂上进行的复杂的、可逆的化学反映。
主反映有:
CO+2H2→CH3OH+102.5kj/mol
CO2+3H2→CH3OH+H2O+59.6kj/mol
副反映
2CO+4H2→CH3OCH3+H2O+200.2kj/mol
CO+3H2→CH4+H2O+115.6kj/mol
4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62kj/mol
CO2+H2→CO+H2O-42.9kj/mol
nCO+2nH2→(CH2)n+nH2O+Q
以氧化铜为基础的三元低温催化剂能有效地抑造副反映的进行,同时加快主反映的进行。甲醇合成反映是按下面五个过程进行的。
(一)扩散——气体自气机扩散到气体和催化剂的界面。
(二)吸附——各类气体在催化剂的活性表表进行化学吸附。
(三)表表反映——化学吸附的反映物在活性表表上进行反映,天生产品。
(四)解吸——反映产品脱附。
(五)扩散——反映产品气体自催化剂界面扩散到气相去。
以上五个过程,(一)、(五)进行得最快;(二)、(四)进行的速度比(三)快得多,因而整个反映过程取决于第三个过程,即反映物分子在催化剂的活性表表的反映速度。
对于甲醇合成反映,从化学平衡看,分子比H2/CO=2/1,但由于CO在催化剂的活性中心的吸附速度比H2要快得多。所要以达到吸附相中H2/CO=2/1,就要使气相中的H2过量一些。通常以为在合成塔入口的H2/CO=4~5较为相宜,并且过量的氢能够削减副反映以及降低催化剂的中毒水平。
由于CO2天生甲醇较CO天生甲醇的热效应幼,并且在合成甲醇过程中,变换反映处于平衡状态,温度升高时将推进吸热的逆变换反映,温度降低将有利于放热的变换反映。因而CO2的存在,在肯定水平上起到了;ご呋恋淖饔。但若是CO2含量过高,就会因其强吸附性而占据催化剂的活性中心,因而阻反映的进行。并且由于存在大量的CO2,使粗甲醇中的水含量增长,在精馏过程中增长能耗。通常以为CO2在3%左右为宜。
惰性气体(如CH4、N2、Ar)存在于合成气体中,降低了有效组分的分压,使反映速度降低,天生单元产品的能耗增大。所以惰性气体的含量越低越好。
从甲醇合成的化学平衡来看,温度对低对提高甲醇的产率是有利的。但是,从反映速度来看,提高反映温度能提高反映速度。所以必须两全两个前提,温度过低达不到催化剂的活性温度,则反映不能进行。温度太高不仅增长了副反映,亏损了原料气,并且反映过快,温度难以节造,容易使催化剂衰老失活。随着温度逐步增长,平衡常数逐步降低,当温度达到肯定数值,反映速度达到最大,再持续增长温度,反映速度降落。所以对于肯定组成的反映物,拥有最大反映速度的温度。称为相应这个组成的最佳温度。最佳温杜纂组成有关,当甲醇含量低时,由于平衡影响较幼,最佳温度就高。随着反映的进行,甲醇含量升高,平衡影响增大,最佳温度就低。
甲醇合成反映为分子数削减的反映,因而增长压力有利于反映向甲醇天生方向移动,使反映速度提高,对甲醇合成反映有利。
当甲醇合成反映选取较低的空速时,气体接触催化剂的功夫长,反映靠近平衡,反映物的单程转化率高。由于单元功夫通过的气量幼,总的产量依然是低的。由于反映物的转化率高,单元甲醇合成所必要的循环量较少,所以气体循环的动力亏损幼。若是选取大空速时与上面的情况刚好相反,并且若是空速过大催化剂床层温度不易维持,对于催化剂XNC-98空速为7000~20000h-1较为有利。
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