Как влияет контроль соотношения водорода и углерода на синтез метанола?

Синтетический метан образуется при соотношении молей водорода и угарного газа 2:1. Однако из-за адсорбции реакционных газов на поверхности катализатора и других факторов требуется, чтобы содержание водорода в реакционных газах превышало теоретическое значение, что способствует ускорению реакции. В случае использования различных исходных материалов, состав газа, получаемого в результате процесса синтеза, может не соответствовать этому соотношению. В таких случаях для корректировки соотношения водорода и углерода необходимо добавлять углекислый газ до или после процесса преобразования. В жидком газе, получаемом из тяжелого нефтяного или угольного сырья, соотношение водорода к углероду слишком низкое; поэтому необходимо использовать установки для преобразования монооксида углерода с целью корректировки его соотношения с водородом, а затем удалить диоксид углерода. Согласно балансу веществ в химической реакции, состав газа, поступающего в аппарат для синтеза метанола, должен соответствовать требованиям процесса синтеза и теоретическому соотношению исходных газов, а именно: (H₂–CO₂)/(CO + CO₂) = 2,15. В процессе эксплуатации следует поддерживать довольно высокое содержание водорода. Избыток водорода способствует ускорению реакции; кроме того, он способствует снижению образования карбонильного железа и высших спиртов, а также способствует увеличению срока службы катализатора. Поэтому разумный контроль соотношения углерода и водорода оказывает значительное влияние как на эффективность использования сырья, так и на чистоту продукта.

Практика показывает, что состав при максимальной скорости реакции — это не химически стехиометрический состав, а оптимальное соотношение водорода и углерода, определяемое динамическим уравнением. Соотношение водорода и углерода в свежем газе определяется на основе баланса масс во всей синтетической системе. Для удовлетворения требований химических реакций с целью поддержания стабильного производства в системе. H2-CO2/CO+CO2=2,0–2,2