ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОЦЕССА - Производство метилового спирта

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: H2-- 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.

технологическая схема производства метанола

Рис. 1. Технологическая схема производства метанола

Высшие спирты 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, 11 -- 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

технологическая схема производства метанола в трехфазной системе

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.

РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ХТС "Производство метилового спирта"

    1. Структурная блок - схема. 1-подготовка (блок смешения сырья) 2-хим. превращения (блок синтеза) 3-разделение (блок конденсации и сепарации)

Производство метанола основано на реакции:

СО + 2Н2 СН3ОН

Побочные реакции:

2СО + 4Н2 (СН3)2О +Н2О

CO+3H2-CH4+H2O

Таблица № 1 Исходные данные из расчета

№

Показатель

Условное обозначение

Единица измерения

Принятое значение

1

Содержание инертных примесей в свежем газе

01CH4

Мольные доли

0,02

2

Содержание CO в циркуляционном газе

302CO

Мольные доли

0,12

3

Содержание Н2 в циркуляционном газе

302H2

Мольные доли

0,72

4

Содержание инертных примесей в циркуляционном газе

302CH4

Мольные доли

0,16

5

Конверсия СО

    - Селективность образования метанола на СО -доля СО, превратившегося в эфир -доля СО, превратившегося в метан

K

H1

H2

Доли

Доли

Доли

Доли
    0,2 0,95 0,03 0,02

6

Базис расчета СН3ОН - сырца

П

Кг

1000

Узел 1:

    1) N01CO + N31 31CO = N12CO 2) N01H2 + N31 31H2 = N12H2 (N01CO + N01H2 ) - 1-01CH4

N01 CH4 - 01CH4

3) N01CH4=01CH4

Узел 2:

4) N23CH3OH=N12COk

    5) N23(CH3)2O=N12COk0.5h1 6) N23CH4=N12COkh2 7) N23H2O=N12COkh10.05+N12COkh2 8) N12COk(32+46h10.5+18h10.5+18h2)=1000

Узел 3:

9) N0101CH4+N12k-h2=N302302CH4

    10) N01CO=N12COk+N302302 11) N012H2=2N12COk+3N12COkh2+2N12COkh10.5+N302302H2 12) N01CH4+N23CH4=N302302CH4

Узел 4

    13) N0101CH4+N12k-h2=N302302CH4 14) N01CO=N12COk+N302302 15) N012H2=2N12COk+3N12COkh2+2N12COkh10.5+N302302H2 16) N01CH4+N23CH4=N302302CH4

Таблица №2 Соответствие переменных потокам.

Поток

Переменная

Значения

N01CO

X1

33,6

N23СН4

X2

0,63

N12CO

X3

157,6

N01H2

X4

75,5

N01СН4

X5

2,84

N302

X6

17,8

N402

X7

Таблица №3 Материальный баланс химико-технологической системы производства метанола на 1000кг метанола.

Приход

Масса

%масс.

Расход

Масса

%масс.

Синтез-газ:

СН3ОН(сырец)

1000

СО

941

82,76

(СН3)2О

20

1,8

Н2

151

13,28

Н2О

20

1,8

СН4(инерт)

45

3,96

СН3ОН(чист.)

958

84,7

Отдув. газы

132

11,7

Невязка

7

0,6

Всего

1137

100

Всего

1130

100

Расчеты:

X3k(32*0,95+46*0,03*0,5+18*0,03*0,5+18*0,02)=1000

X3k=31,5

X3=157,6

X5=((X3*0,2+0,12X6)+(2X3k+3X3kh2+2X3kh2*0,5+X6302H2)* 0,02/0,98

X5=

X5=1,92+0,017X6

X2=31,5*0,02=0,63

X5+X2=0,16X6

    0,63+1,92+0,017X6=0,16X6 2,55=0,143X6

X6=17,8

X1=31,5+17,8*0,12=33,6

X4=62,68+17,8*0,72=75,5

X5=17,8*0,16=2,84

G01=33,6*28+75,5*2+2,84*16=1137 кг

G302=17,8*0,12*28+17,8*0,72*2+17,8*0,16*16=131 кг

Приход:

MCO=N01CO MCO=941 кг

MH2=N01H2MH2=151 кг

MCH4=N01CH4MCH4=45 кг

Расход:

M(CH3)2O=0,5N12COkh1M(CH3)2O= 20 кг

MCH3OH=N12CO kMCH3OH= 958 кг

MH2O=N12COk(0,5h1MH2O+h2MH2O)=20 кг

Отдувочные газы:

M= mCO+mH2+mCH4

MCO=N302302COMCO=60 кг

MH2=N302302H2MH2=25 кг

MCH4=N302302CH4MCH4=46 кг

M=60+26+46=132 кг

Похожие статьи




ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОЦЕССА - Производство метилового спирта

Предыдущая | Следующая