Đang tải... (xem toàn văn)
Các phương pháp tổng hợp methanol, H2, O2 và khí tổng hợp
Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh MỤC LỤC PHẦN A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 I.Giới thiệu Methanol 1.1 Sơ lược Methanol 1.2 Trạng thái không gian II Nguyên liệu tổng hợp methanol 2.1 Hidro 2.1.1 Trạng thái thiên nhiên: 2.1.2.Tính chất Vật Lý: .5 2.1.3 Tính chất Hóa Học: 2.1.4 Điều Chế Sản Xuất: III.Cacbon Oxit 3.1.1 Lịch Sử: 1.2.Tính Chất Vật Lí: 3.1.3.Tính Chất Hóa Học 3.1.4.Độc Tính: IV.Khí MeTan:(CH4) 10 4.1.Tính Chất Vật Lí: 11 4.2.Tính Chất Hóa Học: 11 4.3 Điều Chế: 11 4.4 Ứng Dụng: 13 4.5 Ảnh Hưởng Đến Sức Khỏe: .13 Trang: Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh V Khí O2 .14 5.1.Tính chất vật lý : 15 5.2 Tính chất hóa học : 15 5.3 Ứng dụng oxi : 17 VI Tính chất Methanol .18 6.1) Tính chất vật lý : 19 6.2) Tính chất hóa học : 19 6.3) Phản ứng dehydro hóa : .20 6.4) Ứng dụng : 21 PHẦN B: TỔNG HỢP H2, CO VÀ KHÍ TỔNG HỢP 23 I GIỚI THIỆU CHUNG 25 II.CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT H2, CO VÀ KHÍ TỔNG HỢP 25 2.1) Sản xuất khí hydro khí tổng hợp phương pháp reforming nước (steamreforming)……………………………………………………………….26 2.1.1) Nguyên liệu đầu phương pháp xử lý nguyên liệu đầu………………26 2.1.1.1 ) Khí tự nhiên 26 2.1.1.2 Naphta 27 III CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁCH VÀ QUẢN LÝ KHÍ SẢN PHẨM 27 3.1 Sản xuất hydro 34 3.2.Tách khí axit .38 3.3 Tách vết CO .39 3.4 Sản xuất CO .41 3.5.Sản xuất CO phương pháp hấp phụ 41 Trang: Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh 3.6.Sản xuất CO phương pháp làm lạnh sâu 42 PHẦN C: TỔNG HỢP METHANOL 42 I Tổng hợp hydro bon từ CO H2 42 1.1.Tổng hợp rượu từ CO H2: metanol 43 1.2 Thiết bị phản ứng tổng hợp hợp metanol: .43 1.3 Sơ đồ công nghệ tổng hợp metanol: 51 1.3.1 Tổng hợp metanol 53 1.3.2 Tồn q trình xử lý, tổng hợp tiêu thụ Methanol 58 II Kỹ thuật an toàn 58 III Vận chuyển bảo quản 59 3.1 Vận chuyển: 59 3.2 Bảo quản : 59 PHẦN D: KẾT LUẬN 59 Tài liệu tham khảo 61 Trang: Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh PHẦN A: CƠ SỞ LÝ THYẾT I Giới thiệu Methanol 1.1 Trạng thái không gian CH3O H Hình Dạng đặc Dạng rỗng 1.2 Sơ lược Methanol Methanol (methyl alcohol) CH3OH (viết tắt MeOH) chất lỏng loại cồn, khối lượng phân tử 32,042, hợp chất hữu cơ, không màu, dễ bay hơi, dễ cháy… nhiệt độ thường với mùi alcohol nhẹ đặc trưng Năm 1661 lần Robert Boyle thu methanol sau tinh chế gỗ giấm sữa vơi Sau vào năm 1857 Berthelot tổng hợp Methanol cách xà phịng hóa methyl chloride Trong khoảng từ 1830-1923 có nguồn quan trọng để sản xuất methanol từ giấm gỗ thu chưng gỗ khô Tới đầu năm 1913, methanol sản xuất phương pháp tổng hợp từ CO H Đến đầu năm 1920, M.Pier đồng nghiệp hãng BASF dựa phát triển hệ xúc tác ZnO Cr2O3 tiến bước đáng kể việc sản xuất methanol với quy mô lớn công nghiệp Vào cuối năm1923 trình thực áp suất cao (25÷35 Mpa, T=320÷450oC), chúng sử dụng công nghiệp sản xuất methanol 40 năm Tuy nhiên vào năm 1960 ICI phát triển hướng tổng hợp methanol áp suất (5÷10 Mpa, T=200÷300oC) xúc tác CuO với độ chọn lọc cao Hiện nay, Trang: Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh methanol sản xuất nhiều giới phương pháp tổng hợp áp suất thấp phương pháp chưng cất từ giấm gỗ chiếm khoảng 0,003% tổng lượng methanol sản xuất Vì methanol gọi rượu gỗ người ta thu methanol trình chưng cất khô gỗ, ngày methanol thương mại xem methanol tổng hợp sản xuất từ tổng hợp khí, hỗn hợp hydrogen carbon oxide (H2 CO) II Nguyên liệu tổng hợp methanol 2.1 Hidro Hình 2.1.1 Trạng thái thiên nhiên: Hiđrô nguyên tố phổ biến vũ trụ, chiếm 75% vật chất thông thường theo khối lượng 90% theo số lượng nguyên tử Nguyên tố tìm thấy với lượng khổng lồ ngơi hành tinh khí khổng lồ Tuy vậy, Trái Đất có khí (1 ppm theo thể tích) Nguồn chủ yếu nước, bao gồm hai phần hiđrô phần ôxy (H 2O) Các nguồn khác bao gồm phần lớn chất hữu (hiện dạng thể sống), than, nhiên liệu hóa thạch khí tự nhiên Mêtan (CH 4) nguồn quan trọng hiđrô Dưới áp suất cực cao, chẳng hạn trung tâm hành tinh khí khổng lồ (như Mộc), phân tử hiđrơ đặc tính hiđrơ trở thành kim loại (xem hiđrô kim loại) Dưới áp suất cực thấp, khoảng khơng vũ trụ, hiđrơ có xu hướng tồn dạng nguyên tử riêng biệt, đơn giản khơng có cách để chúng liên kết với Trang: Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh nhau; đám mây H2 tạo thành liên kết trình hình thành ngơi Hydro đóng vai trị sống việc cung cấp lượng vũ trụ thơng qua phản ứng prơton-prơton chu trình cacbon - nitơ (Đó phản ứng nhiệt hạch giải phóng lượng khổng lồ thơng qua việc tổ hợp hai nguyên tử hiđrô thành nguyên tử hêli.) 2.1.2.Tính chất Vật Lý: Ở nhiệt độ áp suất tiêu chuẩn hydro khí lưỡng ngun tử có công thức phân tử H2, không màu, không mùi, dễ bắt cháy, có nhiệt độ sơi 20,27 K (-252,87 C) nhiệt độ nóng chảy 14,02 K (-259,14 C) Tinh thể hydro có cấu trúc lục phương.Hydro có hóa trị phản ứng với hầu hết nguyên tố hóa học khác Nguyên tử hydro nguyên tử nguyên tố hydro Nó bao gồm electron có điện tích âm quay xung quanh prơton mang điện tích dương hạt nhân ngun tử hiđrơ Điện tử prơton liên kết với 2.1.3 Tính chất Hóa Học: Phân tử H2 với vỏ electron He,có độ bền lớn nên kho phân hủy thành nguyên tử, phân hủy nhiệt độ 2000oC Quá trình phân hủy thu nhiệt H2 = 2H ∆H = 436kj/mol Cho nên nhiệt độ thường hidro kem hoạt động mặt hóa học, đun nóng kết hợp với nhiều nguên tố khác như:kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ tạo nên hidrua kim loại 2Li + H2 = 2LiH Ca +H2 = CaH2 Ngồi hidro kết hợp với nguyên tố như:S,O,N… 2H2(K) +O2 = 2H2O Trang: ∆H = 241,82kJ/mol Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Ngoài việc kết hợp trực tiếp với oxi,hidro lấy oxi nhiêu kim loại như: Cu,Chì,Fe… CuO + H2 = Cu+ H2O 2.1.4 Điều Chế Sản Xuất: Trong phịng thí nghiệm, hiđrơ điều chế phản ứng axit với kim loại, kẽm chẳng hạn Để sản xuất cơng nghiệp có giá trị thương mại điều chế từ khí thiên nhiên Điện phân nước biện pháp đơn giản không kinh tế để sản xuất hàng loạt hiđrô Các nhà khoa học nghiên cứu để tìm phương pháp điều chế sử dụng tảo lục hay việc chuyển hóa dẫn xuất sinh học glucôda hay sorbitol nhiệt độ thấp chất xúc tác Hiđrơ điều chế theo nhiều cách khác nhau: nước qua than (cacbon) nóng đỏ, phân hủy hiđrôcacbon nhiệt, phản ứng bazơ mạnh (kiềm) dung dịch với nhôm, điện phân nước hay khử từ axít lỗng với kim loại (có khả đẩy hiđrơ từ axít) Việc sản xuất thương mại hiđrô thông thường từ khí tự nhiên xử lý nước nóng Ở nhiệt độ cao (700-1.100 °C), nước tác dụng với mêtan để sinh mơnơxít cacbon hiđrơ CH4 + H2O → CO + H2 Điện phân dung dịch có màng ngăn : 2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2 Điện phân nước: 2H2O → 2H2 + O2 Lượng hiđrơ bổ sung thu từ mơnơxít cacbon thơng qua phản ứng nướckhí sau: Trang: Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh CO + H2O → CO2 + H2 III.Cacbon Oxit 3.1.1 Lịch Sử: Mơnơxít cácbon nhà hóa học người Pháp de Lassone điều chế lần năm 1776 cách đốt nóng ơxít kẽm (ZnO) với than cốc, ông sai lầm cho khí thu hiđrơ cháy với lửa màu xanh lam Sau này, nhà hóa học người Anh William Cruikshank xác định hợp chất chứa cacbon ôxy năm 1800 Nhà sinh lý học người Pháp Claude Bernard vào khoảng năm 1846 lần nghiên cứu kỹ lưỡng thuộc tính độc hại mơnơxít cácbon Ơng cho chó hít thở khí nhận máu chúng tất mạch máu đỏ 1.2.Tính Chất Vật Lí: Mơnơxít cácbon, cơng thức hóa học CO, chất khí khơng màu, khơng mùi, bắt cháy có độc tính cao Nó sản phẩm cháy khơng hồn tồn cácbon hợp chất chứa cácbon Có nhiều nguồn sinh mơnơxít cácbon Khí thải động đốt tạo sau đốt nhiên liệu gốc cácbon (gần nguồn nhiên liệu nào, ngoại trừ hiđrơ ngun chất) có chứa mơnơxít cácbon, đặc biệt với nồng độ cao nhiệt độ thấp để thực việc ôxi hóa trọn vẹn hyđrô cácbon nhiên liệu thành nước (dạng hơi) điơxít cácbon, thời gian tồn buồng đốt ngắn khơng đủ lượng ơxy cần thiết Thông thường, việc thiết kế vận hành buồng đốt cho giảm lượng CO khó khăn nhiều so với việc thiết kế để làm giảm lượng hyđrơ cácbon chưa cháy hết Mơnơxít cácbon tồn với lượng nhỏ tính nồng độ đáng kể khói thuốc Trong gia đình, khí CO tạo nguồn nhiên liệu xăng, đốt, dầu hay gỗ không cháy hết thiết bị dùng chúng làm nhiên liệu xe máy, tơ, lị sưởi bếp Trang: Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh lị v.v Khí mơnơxít cácbon thấm qua bê tơng hàng sau xe cộ rời khỏi ga Trong khứ, số quốc gia người ta sử dụng gọi town gas để thắp sáng cung cấp nhiệt vào kỷ 19 Town gas tạo cách cho luồng nước ngang qua than cốc nóng đỏ; chất tạo thành sau phản ứng nước cácbon hỗn hợp hiđrô mơnơxít cácbon Phản ứng sau: H2O + C = CO + H2 Khí ngày thay đốt tự nhiên (mêtan) nhằm tránh tác động độc hại tiềm ẩn Khí gỗ, sản phẩm cháy khơng hồn tồn gỗ chứa mơnơxít cácbon thành phần 3.1.3.Tính Chất Hóa Học Cấu trúc phân tử CO mô tả tốt dựa theo thuyết quỹ đạo phân tử Độ dài liên kết hóa học (0,111 nm) có đặc trưng liên kết ba phần Phân tử có mơmen lưỡng cực nhỏ (0,112 Debye hay 3,74x10 -31 C.m) thông thường biểu diễn cấu trúc cộng hưởng: Lưu ý quy tắc octet (quy tắc tám) bị vi phạm nguyên tử cacbon hai cấu trúc thể bên phải Nó thể tính khử số phản ứng với ơxít kim loại có độ hoạt động hóa học yếu nhiệt độ cao, chẳng hạn ơxít đồng (II), theo phản ứng sau: CO + CuO = CO2 + Cu Kim loại niken tạo hợp chất dễ bay với CO, biết đến với tên gọi niken cacbonyl Cacbonyl bị phân hủy nhanh ngược trở lại thành kim loại khí CO, sử dụng làm tảng cho việc làm tinh khiết niken Trang: Đề tài: Quy trình sản xuất Methanol GVHD: Nguyễn Thị Hồng Anh Nhiều kim loại khác tạo phức chất cacbonyl chứa liên kết cộng hóa trị với mơnơxít cácbon, chất tạo loạt phương pháp khác nhau, ví dụ đun sôi rutheni triclorua với triphênyl phốtphin mêthôxyêtanol (hay DMF) thu phức chất [RuHCl(CO)(PPh 3)3] Niken cacbonyl đặc biệt tạo tổ hợp trực tiếp mơnơxít cácbon niken kim loại nhiệt độ phòng Trong niken cacbonyl cacbonyl khác, cặp điện tử nguyên tử cacbon liên kết với kim loại Trong trường hợp mơnơxít cácbon nói đến nhóm cacbonyl Mơnơxít cácbon mêtanol có phản ứng với có chất xúc tác gốc rơđi để tạo axít axêtic quy trình Monsanto, phương pháp sử dụng nhiều để sản xuất axít axêtic cơng nghiệp 3.1.4.Độc Tính: Mơnơxít cácbon nguy hiểm, việc hít thở phải lượng lớn CO dẫn tới thương tổn giảm ôxy máu hay tổn thương hệ thần kinh gây tử vong Nồng độ khoảng 0,1% mơnơxít cácbon khơng khí nguy hiểm đến tính mạng CO chất khí khơng màu, khơng mùi khơng gây kích ứng nên nguy hiểm người ta không cảm nhận diện CO khơng khí CO có lực với hemoglobin (Hb) hồng cầu mạnh gấp 230-270 lần so với ôxy nên hít vào phổi CO gắn chặt với Hb thành HbCO máu khơng thể chun chở ôxy đến tế bào CO gây tổn thương tim gắn kết với myoglobin tim Triệu chứng ngộ độc CO thường bắt đầu cảm giác bần thần, nhức đầu, buồn nơn, khó thở từ từ vào hôn mê Nếu ngộ độc CO xảy ngủ say uống rượu say người bị ngộ độc hôn mê từ từ, ngưng thở tử vong Trang: 10 ... 21 PHẦN B: TỔNG HỢP H2, CO VÀ KHÍ TỔNG HỢP 23 I GIỚI THIỆU CHUNG 25 II.CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT H2, CO VÀ KHÍ TỔNG HỢP 25 2.1) Sản xuất khí hydro khí tổng hợp phương pháp reforming... hóa trị: S +O2 = SO2 4P +5 O2 = P2O5 2H2 + O2 = H2O C + O2 = CO2 N2 + O2 = NO c)Tác dụng với hợp chất : Nhiều hợp chất cháy khí oxi dư tạo nên oxit nguyên tố có hợp chất Như khí H2S, khí CH4, rượu... CO phương pháp làm lạnh sâu 42 PHẦN C: TỔNG HỢP METHANOL 42 I Tổng hợp hydro bon từ CO H2 42 1.1 .Tổng hợp rượu từ CO H2: metanol 43 1.2 Thiết bị phản ứng tổng hợp hợp
