موضوع هفتگی ۴.۱۷، شماره بیست و سوم: کاهش فعالیت کاتالیزورهای تولید متانول، خلاصه

هیدروژناسیون معمولاً به دو نوع تقسیم می‌شود: یکی از آن‌ها از گاز کوره کوک که پس از حذف دقیق گوگرد، غلظت آن کمتر از ۰.۱ ppm است، به عنوان گاز کاهنده استفاده می‌کند و نوع دیگر از هیدروژن خالص به عنوان گاز کاهنده به کار می‌برد. به طور کلی، استفاده از هیدروژن خالص به عنوان گاز کاهش‌دهنده بهتر است؛ زیرا دمای آن راحت‌تر قابل کنترل است و بر کاتالیست‌ها تأثیر مثبتی دارد. اما کاهش با استفاده از گاز کوره‌های کوک همراه با واکنش‌های سنتزی است، بنابراین هنگام تولید آب، متانول نیز وجود دارد. نکته دیگر این است که اگر مجبور به تسریع در فرآیند ساخت هستیم، استفاده از هیدروژن برای ردوکس کردن بهتر است، زیرا می‌توان گوگردزدایی را همزمان با ردوکس کاتالیست‌های سنتزی انجام داد.

آیا در شرایط واقعی از هیدروژن خالص برای کاهش استفاده می‌شود؟ منبع هیدروژن کجاست؟

پاسخ به ۱# wawjia: نکات مهم: (۱) برای بازسازی سیستم، از روش کاهش با H2 استفاده شود؛ باید از گاز خالص مناسب استفاده کرد که میزان H2 آن بین ۶۵٪ تا ۷۰٪ باشد. هرگز نباید از گاز خام کربن‌دار استفاده کرد؛ زیرا میزان CO در گاز خام بالا بوده و باعث واکنش کربن‌زایی می‌شود؛ این امر باعث می‌شود کربن روی سطح کاتالیزور تشکیل شده و فعالیت آن را کاهش دهد. (۲) کنترل دمای نقاط داغ: باید تا حد امکان دما ثابت نگه داشته شود، اما در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد نمی‌توان دما را برای مدت طولانی ثابت نگه داشت؛ زیرا این امر منجر به کاهش فعالیت کاتالیزور در کل توربین می‌شود و در نتیجه دما بیش از حد بالا رفته و کاتالیزور آسیب می‌بیند. (۳) کنترل فشار: معمولاً از مقدار ۴.۰ تا ۵.۰ MPa استفاده می‌شود و لازم است فشار سیستم نسبتاً پایدار باشد. به دلیل نشت گاز از تجهیزات و خالی شدن آب هنگام تخلیه، فشار سیستم کاهش می‌یابد؛ بنابراین لازم است فشار به طور مداوم تأمین شود. اما باید مراقب بود که فرآیند تأمین گاز به آرامی و به طور پایدار انجام شود، یعنی به صورت مداوم و کم‌کم، تا از تغییرات ناگهانی دما جلوگیری شود. (۴) انتخاب نرخ خروج آب: پس از خارج شدن کامل آب فیزیکی در مرحله افزایش دما، می‌توان به مرحله کاهش دما رفت. از آنجایی که اندازه‌گیری غلظت بخار آب دشوار است، نرخ خروجی آب به عنوان شاخص کنترل اصلی در نظر گرفته می‌شود. معمولاً آن را کمتر از ۲۰ کیلوگرم در ساعت کنترل می‌کنند؛ محاسبه میزان کل آب تولید شده نیز پس از دریافت نام مدل کاتالیست از سوی تولیدکننده امکان‌پذیر است. (۵) اصول اساسی کاهش: دما را افزایش دهید، اما فشار را نه؛ فشار را افزایش دهید، اما دما را نه؛ ترجیحاً باعث سقوط دما شوید، نه اینکه کاتالیزور سوزد؛ باید به حفظ دمای ثابت لازم توجه کرد. اجرای دقیق اصول «سه کم»، «سه پایدار» و «سه ممنوع». “«سه کم» به معنای خروجی آب با دمای پایین، کاهش دما در فرآیند ردوکس، و حفظ تولید با بار کاری پایین برای مدتی پس از ردوکس است. “«سه پایداری» عبارتند از: پایداری دما، پایداری تأمین H2 و پایداری خروجی آب. “«سه ممنوعیت» عبارتند از: افزایش دما و افزایش H2 نباید همزمان انجام شوند، رطوبت نباید وارد توربین سنتز شود، و زمان خروج آب با دمای بالا نباید طولانی باشد. (۶) باید تا حد امکان از توان کوره الکتریکی استفاده شود، سرعت جریان گاز به حداکثر برسد و تفاوت دمای محوری کاهش یابد. (۷) هنگامی که مقدار گاز خالص فراتر از حد مجاز شود، تزریق گاز متوقف می‌شود. (۸) در صورت قطع کار کوره الکتریکی، فرآیند کاهش اکسیداسیون باید متوقف شود؛ اما موتور چرخشی می‌تواند برای مدتی به کار خود ادامه دهد و رطوبت موجود در برج را به طور مناسب خارج کند. (۹) هنگام کاهش با H2 با غلظت بالا، ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد دمای شروع کاهش کاتالیزورهای مبتنی بر مس در فشار ۵ MPa است و دمه کلیدی برای خارج شدن آب فیزیکی و آب ناشی از کاهش محسوب می‌شود. در این دما، واکنش کاهش بسیار شدید است. (۱۰) کاهش H2 در دماهای بالا عمدتاً به صورت کاهش در دماهای پایین انجام می‌شود؛ معمولاً در دماهای ۸۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد، میزان آب تولید شده حدود ۵۰ درصد است و در دمای ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد این میزان به ۸۰ درصد می‌رسد. در این بازه دمایی، عملیات باید پایدار باشد و نباید دما را خیلی سریع افزایش داد. سرعت خروج آب باید آهسته باشد و نباید شدید باشد؛ همچنین باید غلظت بخار آب در محدوده استانداردها نگه داشته شود. (۱۱) دمای ۱۴۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد معمولاً اوج دوم واکنش کاهش با H2 بالا است؛ سرعت افزایش دما باید بسته به شرایط تولید آب، به‌طور مناسب کاهش یابد. (۱۳) دمای خنک‌کاری با آب را تضمین کرده، فیلتر جداساز الکل را به موقع تخلیه نموده و از ورود آب و الکل جلوگیری کنید.

پاسخ به شماره ۳# carrier: هیدروژن از بیرون خریداری می‌شود؛ نیاز به مقدار زیادی هیدروژن وجود ندارد، بنابراین خرید از بیرون کاملاً امکان‌پذیر است. ما همین کار را انجام می‌دهیم و بسیاری از شرکت‌های همکار نیز همین کار را انجام می‌دهند

من برای یادگیری * آمده‌ام. . . . . . . .

در فرآیند کاهش متانول توسط کاتالیزور، باید سه اصل رعایت شود: ۱. سه «کم»: خروجی آب در دمای پایین، کاهش با استفاده از هیدروژن در دمای پایین، و داشتن دوره تولید با بار کاری پایین پس از کاهش. ۲. سه پایداری: پایداری دما، پایداری تأمین هیدروژن، پایداری خروجی آب. ۳. سه ممنوعیت: افزایش دما و هیدروژن را نمی‌توان همزمان انجام داد ； نباید رطوبت وارد کوره سنتز شود ； خروج آب با دمای بالا برای مدت طولانی مجاز نیست. ۴. چهار کنترل: کنترل غلظت H2 تأمین‌شده ； کنترل غلظت CO2 (زیرا CO2+ZnO→ZnCO3 و CO2 باعث تغییر در الگوی بلوری کاتالیزور می‌شود) ； اگرچه گاز خام می‌تواند فاقد CO2 باشد، اما واکنش همزمان کاهش که CO+CuO→Cu+CO2 است، منجر به افزایش غلظت CO2 می‌شود ； هیدروژن تنها مس را کاهش می‌دهد و روی را نه، زیرا فعالیت روی بالاتر از هیدروژن است و فعالیت هیدروژن بالاتر از مس است ； کنترل سرعت خروج آب ； سرعت افزایش دما را کنترل کنید. روش کاهش، افزودن هیدروژن است تا بخش عمده‌ای از مس اکسید شده به مس خالص تبدیل شود؛ هدف از کاهش، بازگرداندن اجزای کاتالیزور به پلیمرهایی از مولکول‌های فعال است. CuO + H2 = Cu + H2O + Q (۸۰.۸ کیلوژول/مول)
CuO + CO = Cu + CO2 + Q
A. میزان H2، CO و CO2 در ورودی و خروجی برج سنتز، هر نیم ساعت یکبار اندازه‌گیری می‌شود. در طول کل فرآیند کاهش، باید تفاوت غلظت در ورودی و خروجی برج سنتز (H2+CO) (یا H2) حدود ۰٫۵٪ باشد و حداکثر نباید از ۱٫۰٪ فراتر رود تا از افزایش بیش از حد دمای موضعی کاتالیزور جلوگیری شود. ب. دمای نقاط داغ توربین سنتز، توسط میزان بخار گرم‌کننده از طریق جت‌های بخار یا فشار بخار در مخزن بخار کنترل می‌شود؛ همچنین می‌توان از شیر تخلیه مخزن بخار برای کنترل فشار استفاده کرد. در صورت افزایش سطح مایع در مخزن، می‌توان از سیستم تخلیه آلاینده‌ها برای کنترل آن استفاده کرد ； غلظت (H2+CO) در گاز ورودی به توربین نیز مستقیماً بر دمای نقاط داغ توربین تأثیر می‌گذارد. ج. کنترل میزان CO2 در گاز چرخشی به زیر ۵٪ و غلظت بخار آب به حداکثر ۵۰۰۰ ppm؛ در صورتی که میزان CO2 بالاتر از ۵٪ باشد، باید شیر تأمین N2 را باز کرد تا CO2 اضافی از طریق تخلیه خارج شود. د. دمای موجود در توربین ترکیبی را به طور مداوم زیر نظر داشت؛ در صورت بروز افزایش ناگهانی دما یا خرابی کمپرسور یا قطع برق، باید فوراً جریان گاز تازه را قطع کرد ； قطع بخار داغ ； افزایش تخلیه یا خالی کردن مخزن بخار، و ورود آب بویلر با دمای پایین ； سیستم جایگزینی با نیتروژن تکمیلی ； اقداماتی مانند کاهش فشار سیستم، برای جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای کوره سنتز و حفظ ثبات دمای آن به کار می‌روند.

پاسخ به ۷# TH373637: زیرا CO2+ZnO→ZnCO3 و همچنین CO2 باعث تغییر در الگوی بلوری کاتالیزور می‌شود； اگرچه گاز خام می‌تواند فاقد CO2 باشد، اما واکنش همزمان کاهش که CO+CuO→Cu+CO2 است، منجر به افزایش غلظت CO2 می‌شود. در شرایط تولید عادی، فشار جزئی CO2 اینقدر بالا و دما نیز بیشتر است؛ چرا واکنشی رخ نمی‌دهد؟ بنابراین این واکنش غیرممکن است؛ از متخصصان تولیدکنندگان خارجی، یعنی شرکت وانفنگ، سؤال کرده‌ام. آن‌ها هیچ الزامی نسبت به CO2 ندارند؛ تنها به این دلیل که تجزیه کربنات‌ها باعث افزایش فشار سیستم می‌شود، در این صورت لازم است بخشی از گازها خارج شوند. اما میزان CO2 در سیستم تا پایان همواره حدود ۱۵٪ بود.

پاسخ به شماره ۸#: نگهداری در مراحل پایانی، بستگی به این دارد که منظور از مراحل پایانی چیست. در حال حاضر صحبت از کنترل کاتالیزور در واکنش‌های کاهش است؛ CO2 در اثر واکنش CO تولید نمی‌شود، بلکه از تجزیه مواد کربناتی موجود در افزودنی‌های کاتالیزور به وجود می‌آید. دقیقاً به دلیل فشار بالای CO2 و همچنین اثر سمی آن بر کاهش کاتالیزور، لازم است که CO2 کنترل شود. در مورد کاتالیزورهای شرکت جوانگشین وانفنگ، من هرگز از آن‌ها استفاده نکرده‌ام؛ به نظر می‌رسد مدیر فروش آن‌ها نام خانوادگی «ژو» داشته باشد

در مورد واکنش تولید CO2 از CO و CuO، من نظر محتاطانه‌ای دارم؛ زیرا هنگام استفاده از هیدروژن و نیتروژن برای کاهش واکنش، مقدار زیادی CO2 نیز در سیستم تولید می‌شود. کنترل میزان CO2 در حین استفاده از کاتالیزور، بسته به شرایط واقعی، معمولاً بین ۳٪ تا ۵٪ است.

یک دستگاه بازیابی هیدروژن کافی است؛ هیدروژن از گاز سنتز شده استخراج می‌شود و با استفاده از فناوری پیشرفته جداسازی با فیلتر، پس از فشرده‌سازی توسط کمپرسور، به مخزن سنتز ارسال می‌شود و در نتیجه این کار انجام می‌گیرد