Производство метанола
и таких катализаторов. Срок службы катализатора при
выполнении этого условия достигает 3—4 лет.
5. Описание химико-технологической схемы.
Основным аппаратом в синтезе метанола служит реактор — контактный аппарат,
конструкция которого зависит, главным образом, от способа отвода тепла и
принципа осуществления процесса синтеза. В современных технологических
схемах используются реакторы трех типов:
— трубчатые реакторы, в которых катализатор размещен в трубах, через
которые проходит реакционная масса, охлаждаемая водным конденсатом, кипящим
в межтрубном пространстве;
— адиабатические реакторы, с несколькими слоями катализатора, в которых
съем тепла и регулирование температуры обеспечивается подачей холодного
газа между слоями катализатора;
—реакторы, для синтеза в трехфазной системе, в которых тепло отводится за
счет циркуляции жидкости через котел-утилизатор или с помощью встроенных в
реактор теплообменников.
Вследствие большого объема производства и весьма крупных капитальных затрат
в производстве метанола сейчас используют все три типа технологических
процессов. На рис. 1 представлена технологическая схема производства
метанола при низком давлении на цинк-медь-алюминиевом катализаторе из
синтез-газа состава: Hg — 67%, СО — 22%, С02 — 9% -объемных, полученного
конверсией метана, производительностью 400 тыс. т в год.
Очищенный от сернистых соединений синтез-газ сжимается
в компрессоре 1 до давления 5—9 МПа, охлаждается в холодильнике 3 и
поступает в сепаратор 4 для отделения сконденсировавшейся воды. Пройдя
сепаратор, синтез-газ смешивается с циркуляционным газом, который
поджимается до рабочего давления в компрессоре 2. Газовая смесь проходит
через адсорбер.
[pic]
Высшие
спирты
Рис. 1. Технологическая схема производства метанола
при низком давлении:
1 — турбокомпрессор, 2 — циркуляционный компрессор, 3, 7 —холодильники, 4 —
сепаратор, 5 — адсорбер, 6 — реактор адиабатического действия, б —
теплообменник, 9 — котел-утилизатор, 10 — сепаратор, 1 1 — дроссель, 12 —
сборник метанола-сырца, 13, 14 — ректификационные колонны
Циркуляционый газ 5, где очищается от пентакарбонила железа,
образовавшегося при взаимодействии оксида углерода (II) с материалом
аппаратуры, и разделяется на два потока. Один поток подогревают в
теплообменнике 8 и подают в верхнюю часть реактора 6, а другой поток вводят
в реактор между слоями катализатора для отвода тепла и регулирования
температуры процесса. Пройдя реактор, реакционная смесь при температуре
около 300°С также делится на два потока. Один поток поступает в
теплообменник 8, где подогревает исходный синтез-газ, другой поток проходит
через котел-утилизатор 9, вырабатывающий пар высокого давления.
Затем,потоки объединяются, охлаждаются в холодильнике 7 и поступают в
сепаратор высокого давления 10, в котором от циркуляционного газа
отделяется спиртовой конденсат. Циркуляционный газ дожимается в компрессоре
2 и возвращается на синтез. Конденсат метанола-сырца дросселируется в
дросселе 11 до давления близкого к атмосферному и через сборник 12
поступает на ректификацию. В ректификационной колонне 13 от метанола
отгоняются газы и. диметиловый эфир, которые также сжигаются. Полученный
товарный метанол с выходом 95% имеет чистоту 99,95%.
На рис. 2. приведена технологическая схема производства метанола по
трехфазному методу на медь-цинковом катализаторе из синтез-газа,
полученного газификацией каменного угля, производительностью 650 тыс. т в
год.
Очищенный от соединений серы синтез-газ сжимается в компрессоре 1 до
давления 3—10 МПа, подогревается в теплообменнике 5 продуктами синтеза до
200— 280°С, смешивается с циркуляционным газом и поступает в нижнюю часть
реактора 4.' Образовавшаяся в реакторе парогазовая смесь, содержащая до 15%
метанола, выходит из верхней части реактора, охлаждается последовательно в
теплообменниках 5 и б и через холодильник-конденсатор 7 поступает в
сепаратор 8, в котором от жидкости отделяется циркуляционный газ. Жидкая
фаза разделяется в сепараторе на два слоя: углеводородный и метанольный.
Жидкие углеводороды перекачиваются насосом 9 в реак-
Циркуляционный газ
[pic]
Рис. 2. Технологическая схема производства метанола в трехфазной системе:
1 — компрессор, 2 — циркуляционный компрессор, 3,9 — насосы, 4 • реактор
кипящего слоя, 5,6 — теплообменники, 7 — холодильник-конденсатор, 8 —
сепаратор, 10 — котел-утилизатор.
тор, соединяясь с потоком углеводородов, проходящих через котел-утилизатор
10. Таким образом жидкая углеводородная фаза циркулирует через реактор
снизу вверх, поддерживая режим кипящего слоя тонкодисперсного катализатора
в нем, и одновременно обеспечивая отвод реакционного тепла. Метанол-сырец
из сепаратора 8 поступает на ректификацию или используется непосредственно
как топливо или добавка к топливу.
Разработанный в 70-х годах трехфазный синтез метанола используется в
основном, для производства энергетического продукта. В качестве жидкой фазы
в нем применяются стабильные в условиях синтеза и не смешивающиеся с
метанолом углеводородные фракции нефти, минеральные масла,
полиалкилбензолы. К указанным выше преимуществам трехфазного синтеза
метанола следует добавить простоту конструкции реактора, возможность замены
катализатора в ходе процесса, более эффективное использование теплового
эффекта реакции. Вследствие этого установки трехфазного синтеза более
экономичны по сравнению с традиционными двухфазными как высокого так и
низкого давления. В табл. 12.2 приведены показатели работы установок трех-
и двухфазного процесса одинаковой производительности 1800 т/сут.
Таблица 12.2. Показатели работы установок синтеза метанола
|Показатель |Тип установки |
| |Трехфазн|Двухфазна|
| |ая |я |
|Давление, МПа |7,65 |10,3 |
|Объемная скорость газа, ч~1 |4000 |6000 |
|Отношение циркуляционного | | |
|газа • | | |
|к исходному синтез-газу |1:1 |5:1 |
|Концентрация метанола на |14,5 |5,0 |
|выходе, % мол. | | |
|Мощность, потребляемая |957 |4855 |
|аппаратурой, кВт | | |
|Термический коэффициент | | |
|полезного | | |
|действия,% |97,9 |86,3 |
|Относительные капитальные |0,77 |1,00 |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
|затратызатраты | | |
7. Расчет материального баланса ХТС.
Тадл. №1. Составы потоков.
|Показатель |Размерность |Значение |Обозначение |
|Содерж. СО в циркул. |Мольн. доли |0,12 | |
|газе | | | |
|Содерж. Н2 в циркул. |Мольн. доли |0,74 | |
|газе | | | |
|Содерж. СН4 в цирк. |Мольн. доли |0,14 | |
|газе | | | |
|Содерж СН4 в свежем |Мольн. доли |0,04 | |
|газе | | | |
|Общая конверсия СО: |Мольн. доли |0,2 | |
|- доля СО, преврат. | |0,95 | |
|в СН3ОН | | | |
|- доля СО, преврат. | |0,03 | |
|в (СН3)2О | | | |
|- доля СО, преврат. | |0,02 | |
|в С4Н9ОН | | | |
|Базис расчета |т. СН3ОН |1500 | |
1.Структурная блок – схема.
Производство метанола основано на реакции:
СО + 2Н2 ( СН3ОН +Q,
Одновременно протекают побочные реакции:
СО +3Н2 ( СН4 +Н2О
2СО + 4Н2 ( (СН3)2О +Н2О
4СО + 8Н2 ( С4 Н9ОН + 3Н2О
Составляем уравнения материального баланса:
Табл. №2. Соответствие переменных потокам.
|Поток |Переменная |Размерность |Значение по |
| | | |расчету |
| |X1 |моль |234,375 |
| |X2 |Моль |53,267 |
| |X3 |Моль |1509,233 |
| |X4 |Моль |1250 |
| |X5 |Моль |133,168 |
| |X6 |моль |53,267 |
Производим замену переменных и записываем линейные уравнения следующим
образом:
1. X1 – X2 – 0.12X3 = 0
2. X4 – X5 – 0.74X3 = 0
3. X4 – 0.4X1 – 0.74X3 – 0.74X6 = 0
4. 0.8X1 – 0.12X3 – 0.12X6 = 0
5. 0.04X2 + 0.04X5 – 0.14X6 = 0
6. 6.4X1 = 1500
Матрица коэффициентов.
|X1 |X2 |X3 |X4 |X5 |X6 |Свободныечл|
| | | | | | |ены |
|1 |-1 |-0,12|0 |0 |0 |0 |
|0 |0 |-0,74|1 |-1 |0 |0 |
|-0,4|0 |-0,74|1 |0 |-0,74|0 |
|0,8 |0 |-0,12|0 |0 |-0,12|0 |
|0 |0,04|0 |0 |0
| |  скачать работу |
Производство метанола |
