Methanol – Wochenthema: Wie hoch sollte der optimale Reaktionsdruck bei der Methanolherstellung sein? Warum? 2015.12.21--12.27

Bei der Synthese bei niedrigem Druck ist in der Regel eine Menge von 50 Kilogramm am besten. Sowohl aus Sicht des chemischen Gleichgewichts als auch aus dynamischer Sicht beschleunigt ein höherer Druck den Ablauf der Reaktion. Doch der erhöhte Druck begünstigt auch das Auftreten von Nebenreaktionen. Bei diesen Nebenreaktionen ist die Volumenverkleinerung des Gases vor und nach der Reaktion deutlicher als bei der Methanol-Synthese. Es kommt zu mehr Nebenreaktionen; es können Paraffine sowie Etherverbindungen entstehen, die die Oberfläche des Katalysators bedecken und seine Mikroporen sowie Zwischenräume verstopfen. Dadurch nimmt die Aktivität des Katalysators ab. Maßnahmen ergreifen: Den Druck konstant halten und Schwankungen des Betriebsdrucks so weit wie möglich reduzieren. Bei einer konstanten Produktionsbelastung können im Synthesesystem Faktoren wie die Temperatur der Synthesekatalysatorschicht (durch Steuerung des Dampfdrucks), die Gaskomposition (durch die Menge an Entgasung), die Strömungsgeschwindigkeit sowie die Kondensierungstemperatur zu Veränderungen des Systemdrucks führen. Bei der Bedienung ist es daher notwendig, diese Faktoren genau zu beurteilen und rechtzeitig anzupassen, um sicherzustellen, dass die Prozessbedingungen innerhalb der vorgegebenen Grenzen bleiben. Wenn sich die Synthesebedingungen ändern und der Systemdruck ansteigt, kann die Produktionslast entsprechend verringert werden ； Der Druck im Synthesesystem muss kontrolliert werden, damit keine Überdrückung entsteht und die normale Produktion aufrechterhalten werden kann. Bei einer Systemreduzierung muss die Durchflussmenge rechtzeitig angepasst werden, um sicherzustellen, dass alle Steuerungstemperaturen im Synthesissystem innerhalb der vorgegebenen Grenzen liegen. Die Druckanpassung muss langsam erfolgen, um eine normale Temperatur der Schicht im Syntheseturm zu gewährleisten. Die Geschwindigkeit der Druckänderung kann in der Regel auf ≤0,4 MPa/min begrenzt werden. Allerdings hängt der Synthesedruck von dem Druck im Vorlaufsystem sowie vom Druck des Nebendampfs ab; er muss nicht unbedingt bei 50 Kilogramm gehalten werden. Zudem hängt er vom Einsatzzyklus des Katalysators sowie von der Menge an inertem Gas ab. Daher sollte er umfassend berücksichtigt werden.

Wir sind 5 MPA – hoher Druck begünstigt die positive Reaktion

Die Methanol-Reaktion ist eine Reaktion mit abnehmender Molekülzahl; ein erhöhter Druck begünstigt die Vorwärtsreaktion. Wenn der Druck ansteigt, erhöht sich auch der Partialdruck der Komponenten. Dadurch steigt ebenfalls die Produktionsrate des Katalysators. Bei der Bedienung des Syntheseturms wird der Druck entsprechend der unterschiedlichen Katalysatoraktivitäten in den verschiedenen Phasen angepasst. Zu Beginn der Nutzung des Katalysators ist seine Aktivität hoch, wodurch ein niedrigerer Betriebsdruck ausreicht ； Im späten Betriebsstadium des Katalysators nimmt seine Aktivität ab; daher wird oft ein höherer Betriebsdruck verwendet, um eine bestimmte Produktionsleistung aufrechtzuerhalten. Kurz gesagt, die Wahl des Betriebsdrucks hängt von den konkreten Bedingungen ab, wie z. B. die Aktivität des Katalysators, die Zusammensetzung der Gase, das thermische Gleichgewicht im Reaktor sowie der Energieverbrauch des Systems.

Im Allgemeinen gilt, dass Drücke zwischen 3,5 und 10 Megapascal ausreichen. Wenn man sich die Gleichgewichtskonstanten ansieht, so muss diese groß sein – dadurch muss auch der effektive Gasdruck hoch sein. Das bedeutet, dass bei niedrigen Drücken eine hohe Reinheit des Gases gewährleistet werden muss. Bei hohen Drücken hingegen ist es möglich, dass bestimmte Verunreinigungen im Gas vorhanden sind. Bei der Synthese bei niedrigem Druck wird meist ein Druck von 5 bis 6 Megapascal gewählt – dies hängt von den Eigenschaften des Kompressors sowie von den Anforderungen des Herstellungsprozesses ab. Die große Synthese mit mehreren Optionen – bei einem Druck von etwa 8,5 Megapascal – wird in erster Linie aufgrund der wirtschaftlichen Aspekte bezüglich Investitionen und Betriebskosten gewählt.

Im Allgemeinen gilt, dass Drücke zwischen 3,5 und 10 Megapascal ausreichen. Wenn man sich die Gleichgewichtskonstanten ansieht, so muss diese groß sein – dadurch muss auch der effektive Gasdruck hoch sein. Das bedeutet, dass bei niedrigen Drücken eine hohe Reinheit des Gases gewährleistet werden muss. Bei hohen Drücken hingegen ist es möglich, dass bestimmte Verunreinigungen im Gas vorhanden sind. Bei der Synthese bei niedrigem Druck wird meist ein Druck von 5 bis 6 Megapascal gewählt – dies hängt von den Eigenschaften des Kompressors sowie von den Anforderungen des Herstellungsprozesses ab. Die große Synthese mit mehreren Optionen – bei einem Druck von etwa 8,5 Megapascal – wird in erster Linie aufgrund der wirtschaftlichen Aspekte bezüglich Investitionen und Betriebskosten gewählt.

Je höher der Druck innerhalb des Designdruckbereichs des Gaserhitzers im Oberstrombereich ist, desto besser.

5 Mpa wird von normalen Nutzern häufig verwendet, da dies wirtschaftlich vorteilhaft ist. Höherer Druck fördert positive Reaktionen, doch es ist eine negative Bewertung notwendig, um bessere Ergebnisse zu erzielen.

Die Steuerung dieses Drucks erfolgt im Allgemeinen auf der Grundlage der von den Katalysatorenherstellern bereitgestellten Daten sowie der für den Prozess festgelegten Parameter. Im Laufe des Betriebs wird dabei stets nach dem optimalen Wert gesucht. In unserer Fabrik befindet sich der Katalysator derzeit in einem Endzustand – die Syntheselast liegt bei etwas über 60 %. Obwohl der für den Prozess vorgesehene Druck 8,3 Mpa beträgt, ist bei unseren Bedingungen ein Druck von 6,1 Mpa am geeignetsten. Dadurch entstehen relativ wenige Nebenprodukte und die Produktionsmenge bleibt hoch. Bei höherem oder niedrigerem Druck sinkt die Produktionsmenge.