《[能源化工管理]典型化工单元操》由会员分享,可在线阅读,更多相关《[能源化工管理]典型化工单元操(138页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、能源化工管理典型化工单元操519288学习情景一甲醇的工艺生产学习项目一:概述学习任务一:生产甲醇的原料 目前工业上几乎都采用一氧化碳、二氧化碳与氢气在一定温度、压力、催化剂条件下合成甲醇: CO+2H2CH3OH CO2+3H2CH3OH+H2O 其中CO和H2是甲醇合成气的基干物质。利用煤、焦炭、天然气、重油、石脑油可以制取CO和H2学习内容1:煤 煤中有机质是复杂的高分子有机化合物,主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上;煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素。碳是煤中最重要的组分,其含量随煤化程度的加深而增高。泥炭中碳含量为50%60%
2、,褐煤为60%70%,烟煤为74%92%,无烟煤为 90%98%。煤中硫是最有害的化学成分。煤燃烧时,其中硫生成SO2,腐蚀金属设备,污染环境。煤中硫的含量可分为 5 级:高硫煤,大于4%;富硫煤,为2.5%4%;中硫煤,为1.5%2.5%;低硫煤,为1.0%1.5%;特低硫煤 ,小于或等于1%。煤中硫又可分为有机硫和无机硫两大类。 分类 煤有褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤等几种。云南常用的是褐煤、烟煤、无烟煤三种。 热量称为发热量,人为规定以每公斤发热量7000千卡的煤作为标准煤。 学习内容2:焦炭 烟煤在隔绝空气的条件下,加热到950-1050,经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最
3、终制成焦炭。这一过程叫高温炼焦(高温干馏)。 由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化。炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料,又是重要的有机合成工业原料。 图1-1焦煤学习内容3:天然气 天然气,是一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。它主要存在于油田和天然气田,也有少量出于煤层。天然气燃烧后无废渣、废水产生,相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。 天然气是一种多组分的混合气体,主要成分是烷烃,其中甲烷占绝大多数,另有少量的乙烷、丙烷和丁烷,此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气,以及微量的惰性气体,如氦和氩等。在标准状况下,甲烷至丁烷以气体状态存在,戊烷以
4、下为液体。 学习内容4:重油 重油又称燃料油,呈暗黑色液体,主要是以原油加工过程中的常压油,减压渣油、裂化渣油、裂化柴油和催化柴油等为原料调合而成。 重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油,其特点是分子量大、粘度高。重油的比重一般在082095,比热在10,00011,000kcal/kg左右。其成分主要是炭水化物,另外含有部分的(约0.14%)的硫黄及微量的无机化合物。 图1-2软化重油学习内容5:石脑油 石脑油:一部分石油轻馏分的泛称。因用途不同有各种不同的馏程。我国规定馏程自初镏点至220左右。主要用作重整和化工原料。作为生产芳烃的重整原料,采用70-145馏分,称轻石脑油;当以生产高辛
5、烷值汽油为目的时,采用70-180馏分,称重石脑油。用作溶剂时,则称溶剂石脑油,来自煤焦油的芳香族溶剂也称重石脑油或溶剂石脑油。 石脑油又称粗汽油:一般含烷烃55.4%、单环烷烃30.3%、双环烷烃2.4%、烷基苯11.7%、 苯0.1%、茚满和萘满0.1%。平均分子量为114,密度为0.76g/cm3,爆炸极限1.2%6.0%。 石脑油在常温、常压下为无色透明或微黄色液体,有特殊气味,不溶于水。密度在650-750kg/m3、。硫含量不大于0.08%,烷烃含量不超过60%,芳烃含量不超有12%,烯烃含量不大于1.0%。 图1-3石脑油学习任务二: 产品甲醇学习内容1、甲醇的性质一、甲醇的物理
6、性质甲醇是最简单的饱和脂肪酸,分子式CH3OH,相对分子质量32.04。常温常压下,纯甲醇是无色透明,易挥发、可燃,略带醇香味的有毒液体。甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等许多有机液体无限互溶,但不能与脂肪烃类化合物相互溶。甲醇蒸气和空气混合能形成爆炸性混合物,爆炸极限为6.036.5 (体积)。甲醇的一般性质见表2-1。表1-1 甲醇的一般物理性质性质 数据性质 数据密度(0)(g/mL) 0.8100相对密度(d 20 ) 0.7913沸点/ 64.564.7熔点/ -97.8闪点/开口 16闭口 12蒸气压(20)/Pa 1.2879104液体热容(2050) 2.512.53/J/(g粘度(
7、20)/PaS 5.94510-4自燃点/ 空气 473氧气 461临界温度/ 240临界压力/Pa 79.54105临界体积 /(mL/mol) 117.8 临界压缩系数 0.224燃烧热/(kJ/mol)25液体 727.03825气体 742.738生成热/(kJ/mol) 二、甲醇的化学性质 甲醇具有脂肪醇的化学性质,即可进行氧化、酯化、羰基化,氨化、脱水等反应。甲醇裂解产生CO和H2,是制备CO和H2的重要化学方法(1)氧化反应 甲醇在电解银催化剂上可被空气氧化成甲醛,是重要的工业制备甲醛的方法。CH3OH+ 0.5 O2HCHO + H2O甲醇完全燃烧时氧化成CO和H2O,放出大量
8、的热: CH3OH + OCO2+ H2O + 726.55 kJ/mol(2)酯化反应 甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯CH3OH +HNO3CH3 NO3+ H2O(3) 羰基化反应 甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯,进一步反应生成碳酸二甲酯:CH3OH + COCl2CH3O COCl + HClCH3O COCl + CH3OH(CH3O)2CO(4) 胺化反应 在压力520Mpa,温度370420下,以活化氧化铝或分子筛催化剂,甲醇和氨发生反应生成一甲胺,二甲胺和三甲胺的混合物,经精馏分离可得一甲胺,二甲胺和三甲胺一甲胺,二甲胺和三甲胺产品。CH3OH + NH3CH3NH2 + H
9、2O2CH3OH + NH3(CH3)2 NH + 2H2O3CH3OH + NH3(CH3)3 + 3H2O(5)脱水反应 甲醇在高温和酸性催化剂如ZSM-5,r-Al2O3 作用下分子间脱水生成二甲醚:2CH3OH(CH3)2O+ H2O(6)裂解反应 在铜催化剂上,甲醇可裂解成CO和H2:CH3OHCO + H2 (7 ) 氯化反应 甲醇和氯化氢在Zn/ZrO催化剂上发生氯化反应生成一氯甲烷:CH3OH + HClCH3Cl + H2O氯甲烷和氯化氢在CuCl2/ ZrO2催化剂作用下进一步发生氧氯化反应生成二氯甲烷和三氯甲烷。CH3OH + HCl + 0.5O 2CH2Cl 2 +
10、H2OCH3Cl2 + HCl + 0.5O 2CHCl3 + H2O (8 ) 其他反应 甲醇和苯在3.5MPa,350380反应条件下,在催化剂的作用下可生成甲苯:CH3OH + C6H6C6H5 CH3 + H2O三、甲醇的毒性 甲醇吸收至体内后,可迅速分布在机体各组织内,其中,以脑脊液、血、胆和尿中的含量最高,眼房水和玻璃体液中的含量也较高,骨髓和脂肪组织中最低。甲醇在肝内代谢,经醇脱氢酶作用氧化成甲醛,进而氧化成甲酸。本品在体内氧化缓慢,仅为乙醇的 1/7 ,排泄也慢,有明显蓄积作用。未被氧化的甲醇经呼吸道和肾脏排出体外,部分经胃肠道缓慢排出。推测人吸入空气中甲醇浓度 39.365.
11、5 g/m3, 3060分钟,可致中毒。人口服 510mL,可致严重中毒;一次口服 15 mL ,或 2天内分次口服累计达124164 mL ,可致失明。有报告,一次口服 30 mL可致死。甲醇主要作用于神经系统,具有明显的麻醉作用,可引起脑水肿。甲醇的麻醉浓度与LC较接近,故危险性较大。对视神经和视网膜有特殊的选择作用,易引起视神经萎缩,导致双目失明。甲醇蒸气对呼吸道粘膜有强烈刺激作用。甲醇的毒性与其代谢产物甲醛和甲酸的蓄积有关。以前认为毒性作用主要为甲醛所致,甲醛能抑制视网膜的氧化磷酸化过程,使膜内不能合成ATP,细胞发生变性,最后引起视神经萎缩。近年研究表明,甲醛很快代谢成甲酸,急性中毒
12、引起的代谢性酸中毒和眼部损害,主要与甲酸含量相关。甲醇在体内抑制某些氧化酶系统,抑制糖的需氧分解,造成乳酸和其他有机酸积聚以及甲酸累积,而引起酸中毒。一般认为,甲醇的毒性是由其本身及其代谢产物所致的。 甲醇中毒的临床表现如下:(1)急性甲醇中毒后主要受损靶器官是中枢神经系统、视神经及视网膜。吸入中毒潜伏期一般为 172小时,也有96小时的; 口服中毒多为836小时; 如同时摄入乙醇,潜伏期较长些。刺激症状:吸入甲醇蒸气可引起眼和呼吸道粘膜刺激症状。 (2)中枢神经症状:患者常有头晕、头痛、眩晕、乏力、步态蹒跚、失眠,表情淡漠,意识混浊等。重者出现意识朦胧、昏迷及癫痫样抽搐等。严重口服中毒者可有
13、锥体外系损害的症状或帕金森综合征。头颅CT检查发现豆状核和皮质下中央白质对称性梗塞坏死。少数病例出现精神症状如多疑、恐惧、狂躁、幻觉、忧郁等。(3)眼部症状:最初表现眼前黑影、闪光感、视物模糊、眼球疼痛、畏光、复视等。严重者视力急剧下降,可造成持久性双目失明。检查可见瞳孔扩大或缩小,对光反应迟钝或消失,视乳头水肿,周围视网膜充血、出血、水肿,晚期有视神经萎缩等。 学习任务二:甲醇的用途 甲醇是一种重要的有机化工原料,应用广泛,可以用来生产甲醛,合成橡胶、甲胺、对苯二甲酸二甲酯、甲基苯烯酸甲酯、氯甲烷、醋酸、甲基叔丁基醚等一系列有机化工产品,而且还可以加入汽油掺扰或代替汽油作为动力燃料以及由用来
14、合成甲醇蛋白。随着当今世界石油资源的日益减少和甲醇单位成本的降低,用甲醇作为新的石化原料来源已经成为一种趋势。甲醛是甲醇最重要的下游产品之一,也是最重要的基本有机化工原料之一。它最大的用途是生产酚醛树脂、黏合剂及其它有机化学品。近年来,随着我国经济建设的迅速发展,甲醛产量每年以4.5%的速度增长,年需原料甲醇100万吨以上。为满足化工市场的需求,应大力开发以甲醇为原料的生产甲醛的新工艺,以满足优质工程塑料(酚醛树脂)和乌洛托品等合成的需要。由于20世纪70年代出现的两次石油危机及严格的环保要求,大大促进了甲醇车用燃料的开发,甲醇汽油是工种液态清洁燃料,在国际上早已经作为清洁汽车燃料使用。从热值上讲,甲醇含氧更高,与汽油混合燃烧充分,所以动力很足。国际上和国内目前正面临着能源日益紧张、汽车日渐增多、油价持续上涨的难题。而它优