Производство метанола

Историческая справка по технологиям производства метанола

Первоначально источником больших количеств метанола была сухая перегонка древесины, с помощью которой примерно с 1830 г. производили во все возра­стающих масштабах так называемый древесный спирт. При этом получали не чистый продукт, а жидкость (подсмольная вода), содержащую все побочные продукты, образовавшиеся при сухой перегонке. В середине 60-х годов про­шлого века метанол, получаемый этим способом, впервые удалось очистить от сопутствующих веществ, в частности от ацетона, уксусной кислоты и аллилового спирта, и таким образом дезодорировать его. До 1923 г. древесный спирт оста­вался единственным крупнотоннажным источником метанола.

После промышленной реализации синтеза метанола из оксида углерода и водорода (в 1923 г. в Германии, в 1927 г. в США) техническое значение дре­весного спирта быстро упало. В настоящее время его доля в мировом произ­водстве метанола составляет менее 0,1% [1].

Уже в 1913 г. Митташ получил кислородсодержащие соединения, в том числе метанол, синтезом из СО и Н2 на железных катализаторах. Однако эти катализаторы быстро покрывались углеродом (сажей). В 1921 г. Патар взял патент на синтез метанола из СО и Н2, причем в качестве катализаторов были названы все металлы и оксиды металлов, обладающие гидрирующей актив­ностью. На основе его работ в 1922 г. вблизи Парижа была сооружена опытная установка синтеза метанола.

Фирме BASF в Людвигсхафене удалось осуществить промышленный синтез метанола. В период 1920—23 гг. Пир провел опыты, которые показали, что при синтезе следует избегать присутствия железа, образующего с оксидом углерода пентакарбонил железа (в присутствии пентакарбонила протекает обуглерожива­ние катализатора и образование метана). Кроме того, было установлено, что оксид цинка, активированный хромовой кислотой, является превосходным ката­лизатором, который к тому же мало чувствителен к сере [2]. Первая промыш­ленная установка, сооруженная в Лейна, работала вначале при  10 МПа и 400 °С; ее производительность доходила до 20 т/сут. В 1927 г. промышленный синтез метанола был реализован в США на основе не только оксида, но и ди­оксида углерода [3].

До недавнего времени процесс синтеза метанола осуществляли при 25—35 МПа, преимущественно на оксидных цинк-хромовых ка­тализаторах. В ходе развития и усовершенствования процесса раз­рабатываются и используются реакторы повышенной единичной мощности. В настоящее время на крупных агрегатах высокого дав­ления производительность отдельного реактора достигает 2000 т метанола в сутки.

Уже в начальный период было установлено, что помимо оксид­ных цинк-хромовых катализаторов для синтеза метанола можно применять медьсодержащие катализаторы. Они позволяли рабо­тать при более низких давлениях и температурах, однако из-за вы­сокой чувствительности к сере сроки их службы были столь малы, что не было возможности применить эти катализаторы в промыш­ленности. Только с развитием способов предварительной очистки сырья, используемого в синтезе метанола (природный газ и бен­зин), с помощью оксида цинка [4] были созданы предпосылки для промышленного использования медьсодержащих катализаторов. Даже переработка в метанол высокосернистых остатков нефтепе­реработки не представляет теперь каких-либо затруднений при условии соответствующей очистки, например процессом Rectisol [5].

Современная технология позволяет получать синтез-газ с общим содержанием серы 0,1 млн-1, что экономически оправдывает ис­пользование медьсодержащих метанольных катализаторов. Совре­менный уровень техники позволяет также осуществить достаточно тонкую очистку синтез-газа, получаемого из угля. С 1958 г. нача­лись исследования медьсодержащих катализаторов на фирме ICI (Биллинхэм), а уже в 1966 г. на основе этих работ была пущена первая промышленная установка производительностью 300 т/сут, на которой были использованы медные катализаторы [6]. Сначала эта установка работала при  5 МПа, а через некоторое время была переведена на более высокое давление — до 10 МПа.

В последние годы для синтеза метанола при низком давлении разработан ряд вариантов. Процессы при низком давлении смо­гут заменить ряд процессов высокого давления, осуществляемых при высоком расходе энергии. Преимущества синтеза при низком давлении можно наиболее полно реализовать в трубчатых реакто­рах с водяным охлаждением фирмы Lurgi Mineraloltechnik (эти реакторы уже много лет эксплуатируют в промышленном синтезе Фишера — Тропша). Реакторы низкого давления в сочетании с имеющимися в настоящее время арматурой и приборами могут быть изготовлены на мощность 2500—5000 т метанола в сутки.