Влияние давления и температуры. Между рабочими давлением и температурой существует определенная связь, причем определяющим фактором является активность катализатора.

Процессы низкого давления осуществляют в присутствии высо­коактивного медьсодержащего катализатора, поэтому оптималь­ная температура невысока —220—270 °С. В этом случае достаточ­но уже 5—10 МПа, чтобы использовать устанавливающийся при таких низких температурах относительно высокий перепад концен­траций реагентов и получать достаточно высокий выход метанола.

В процессах высокого давления применяют цинк-хромовый ка­тализатор, который из-за невысокой активности нуждается в бо­лее высоких рабочих температурах (330—400 °С). Это требует со­ответственно более высоких давлений (25—40 МПа), чтобы полу­чить экономически приемлемый выход метанола.

На выбор оптимального рабочего давления влияют и другие параметры, например состав синтез-газа. Если при синтезе метанола используют газ с низкой концентрацией СО или с высокой концентрацией инертных компонентов, для повышения производительности катализатора нужно увеличивать давление.

Рис. 150. Зависимость равновесной степени пре­вращения СО в СН₃ОН от давления при 300 °С [67].

Влияние давления на синтез метанола иллюстрируется рис. 150. В промыш­ленных синтезах высокого давления ра­бочее давление в общем-то ограничено величиной 40 МПа, хотя при дальнейшем повышении давления производительность катализатора еще растет, а содержание воды в сыром метаноле падает [66]. Од­нако при этом ускоряются побочные реакции, особенно экзотермичная реакция  метанообразования.   Кроме   того, увеличение затрат на  компрессию газа ухудшает экономические показатели производства.

В процессах низкого давления на медьсодержащих катализа­торах давление составляет 5—20 МПа. Хотя производительность и можно увеличить путем повышения давления, для этого суще­ствуют определенные границы из-за ограниченной термической стабильности медных катализаторов: с повышением тепловой на­грузки возрастает скорость рекристаллизации меди, соответствен­но сокращается срок службы катализатора, что отрицательно ска­зывается на экономичности процесса.

Температуры синтеза составляют 330—400 °С для процессов высокого давления и 220—270 °С для процессов низкого давления. Оптимальная температура на входе в катализаторный слой опре­деляется активностью катализатора. В случае адиабатического процесса при выборе этой температуры необходимо также учиты­вать [68] тепловую стабильность реакционной системы, чтобы из­бежать «внезапного прекращения образования метанола. При изо­термическом синтезе тепловая стабильность системы не имеет зна­чения; в этом случае при выборе оптимальной температуры учи­тывают исключительно возможность достижения максимального выхода метанола. В соответствии с известной для экзотермических реакций зависимостью степени превращения исходных веществ от температуры (за счет повышения активности), эта степень возра­стает с температурой до некоторого максимума, а при дальнейшем повышении температуры снова падает из-за ограничений за счет равновесия. Проведение синтеза в режиме, приближающемся к изотермическому, является предпочтительным [69].

При регулировании температуры катализаторных слоев с по­мощью поддува холодного газа нужно, чтобы перепад по слою не превышал 40 °С [70]. Соответственно, важное значение приобре­тает высота отдельных слоев катализатора, зависящая от размера зерен. При этом может также иметь значение диффузия в порах катализатора [71]. В связи с тем что по мере протекания синтеза парциальное давление СО по высоте слоя падает, целесообразно увеличивать высоту катализаторных слоев по ходу газа *.

В общем случае стремятся по всему реактору достигать более равномерного температурного профиля [27, 72]. Как уже отмеча­лось, большое значение имеют общее количество холодного («за­калочного») газа, его распределение по отдельным слоям ката­лизатора и, следовательно, регулирование их температуры. В каче­стве холодного газа используют до 40% газа, вводимого в реак­тор, благодаря чему заметно увеличивается выработка метанола на установке [73].

----------------

* При этом сохраняется постоянной объемная скорость суммарного газа на данной полке, так как за счет поддува холодного газа количество газа при переходе к последующим полкам возрастает.