II. Công nghệ sản xuất Metanol
2. Công nghệ sản xuất metanol đi từ than cám
2.4. Tổng hợp và tinh chế metanol
Các quá trình tổng hợp tinh chế cũng nh− các b−ớc công nghệ tiếp theo ở đây giống nh− công nghệ sản xuất metanol khí thiên nhiên, dầu mỏ.
Năm 1983, Công ty Eastman Chemical đã xây dựng nhà máy sản xuất metanol từ than cám.
Đến năm 1997, nhà máy này đã lắp đặt dây chuyền ứng dụng công nghệ sản xuất metanol ở pha lỏng (liquid – phase technology) thuộc bản quyền của hãng Air Products and Chemicals và đă sản xuất metanol từ than theo công nghệ đó với công suất 80000 gallon/ngày đêm.
Vì thế, ở đây xin giới thiệu công nghệ pha lỏng rất triển vọng này.
Công nghệ LPMEOHTM sản xuất metanol từ than (công nghệ pha
lỏng)
a. Nguyên lý:
Khí tổng hợp đ−ợc đ−a vào tháp phản ứng chứa huyền phù xúc tác trong dầu (gọi là tháp phản ứng huyền phù). ở đấy nó đ−ợc sục, tiếp xúc với hạt xúc tác và xảy ra phản ứng tổng hợp metanol. Hơi metanol chứa khí tổng hợp ch−a phản ứng hết đ−ợc đ−a ra ở đỉnh tháp và đ−ợc làm lạnh để ng−ng tụ metanol (tháp làm lạnh).
Hỗn hợp lỏng từ tháp làm lạnh đ−ợc đ−a tới các tháp ch−ng cất để tách metanol khỏi các r−ợu phân tử l−ợng cao hơn, khỏi n−ớc và các tạp chất khác.
b. Điều kiện phản ứng:
-Nhiệt độ phản ứng là ~ 235oC.
-Xúc tác bột dùng cho quá trình tổng hợp metanol ở áp suất thấp là CuO.ZnO.Al2O3.
-Tỷ lệ H2 : CO = 2 : 1 (mol/mol).
c. Nhận xét:
Do quá trình LPMEOHTM có thể sử dụng khí tổng hợp giàu CO nên việc tận dụng khí tuần hoàn để tạo ra hiệu suất chuyển hóa cao hơn sẽ thuận lợi hơn nhiều so với khí tổng hợp giàu hydro (đi từ khí thiên nhiên, dầu mỏ).
d. Công nghệ LPMEOHTM sản xuất metanol từ than (công nghệ pha lỏng).
Quá trình sản xuất metanol trong pha lỏng (LPMEOHTM) khác với quá trình sản xuất metanol truyền thống từ khí thiên nhiên ở chỗ sử dụng thiết bị phản ứng chứa huyền phù xúc tác có sục khí (SBCR) thay vì sử dụng thiết bị phản ứng dạng lớp cố định (xem hình 23)
Hình 23 : Thiết bị phản ứng dạng cột chứa huyền phù có sục khí.
Thiết bị phản ứng SBCR sử dụng xúc tác bột ở dạng huyền phù trong dầu trơ, không sử dụng xúc tác ép viên nạp thành lớp hoặc nhồi trong ống nh− trong thiết bị phản ứng dạng lớp cố định. Ngoài ra, dầu trơ còn là chất tải nhiệt phản ứng khỏi chất xúc tác. Nh− vậy, kiểu thiết bị phản ứng SBCR làm tăng độ chuyển hoá khí tổng hợp thành metanol và do đó, quá trình chuyển hoá một lần trong thiết bị phản ứng nhìn chung là đạt đ−ợc (các công nghệ trong pha khí đòi hỏi thiết bị dạng vòng khép kín để hồi l−u các khí ch−a phản ứng). Việc sử dụng môi tr−ờng lỏng trong quá trình tổng hợp metanol làm cho công nghệ này đ−ợc gọi là công nghệ ôpha lỏng ằ.
Vì dầu là chất tải nhiệt trực tiếp nên diều kiện đẳng nhiệt xúc tác đ−ợc đảm bảo rất tốt, nhờ đó mức độ chuyển hóa khí tổng hợp thành metanol tăng
cao, hạn chế hồi l−u –tuần hoàn khí sau phản ứng và do vậy thiết bị đơn giản và gọn hơn.
Hình 24: Sơ đồ dòng của quá trình LPMEOHTM
Công nghệ LPMEOHTM sản xuất đ−ợc metanol có chất l−ợng t−ơng đối cao (hàm l−ợng n−ớc khoảng 1% trọng l−ợng so với 4 đến 20% trọng l−ợng nếu đi từ khí thiên nhiên). Tuy nhiên, metanol thu đ−ợc vẫn cần đ−ợc ch−ng cất để đạt độ tinh khiết mong muốn. Quá trình ch−ng cất giống nh− các quá trình của I.C.I. và Lurgi. Hình 24 mô tả sơ đồ dòng của công nghệ LPMEOHTM.
Do các −u điểm trên, công nghệ LPMEOHTM hơn các công nghệ pha khí hiện hành về mặt kinh tế: Chi phí đầu t− thấp hơn 5-23% với cùng công suất và chi phí sản xuất thấp hơn 2-3% do tiêu thụ điện chỉ bằng 1/4.
Điểm đặc biệt quan trọng của công nghệ LPMEOHTM là có thể tổ hợp với quá trình khí hoá than. Công nghệ LPMEOHTM phù hợp với nguyên liệu khí tổng hợp giàu CO đ−ợc sản xuất từ quá trình khí hoá than và cho phép sản xuất metanol t−ơng đối sạch chỉ bằng một giai đoạn chuyển hoá. Hơn nữa, chất lỏng trong thiết bị phản ứng đóng vai trò chất đệm điều chỉnh sự bất ổn
định của thành phần khí tổng hợp trong khi thiết bị phản ứng pha khí không thể điều chỉnh đ−ợc. Vì vậy, công nghệ LPMEOHTM có khả năng điều chỉnh đ−ợc công suất tuỳ theo bản chất của quá trình khí hoá than.