Описание
химико-технологической схемы производства метанола
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.
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
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. 1 приведены
показатели работы установок трех- и двухфазного процесса одинаковой
производительности 1800 т/сут.
Таблица 1. Показатели работы установок синтеза метанола
Показатель
Тип установки
Трехфазная
Двухфазная
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 выходе, % мол.
14,5
5,0
Мощность, потребляемая аппаратурой, кВт
957
4855
Термический коэффициент полезного
действия,%
97,9
86,3
Относительные капитальные
затратызатраты
0,77
1,00
При подготовке данной работы были использованы материалы с
сайта http://www.studentu.ru