RU183172U1 - Малотоннажная установка получения метанола - Google Patents

Малотоннажная установка получения метанола Download PDF

Info

Publication number
RU183172U1
RU183172U1 RU2018116989U RU2018116989U RU183172U1 RU 183172 U1 RU183172 U1 RU 183172U1 RU 2018116989 U RU2018116989 U RU 2018116989U RU 2018116989 U RU2018116989 U RU 2018116989U RU 183172 U1 RU183172 U1 RU 183172U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
heat exchanger
outlet
methanol
synthesis
Prior art date
Application number
RU2018116989U
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Владимирович Загашвили
Василий Николаевич Ефремов
Алексей Михайлович Кузьмин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ВТР"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ВТР"
Priority to RU2018116989U priority Critical patent/RU183172U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU183172U1 publication Critical patent/RU183172U1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области органической химии, а именно к установкам малотоннажного производства метанола.Полезная модель направлена на повышение эффективности малотоннажного производства метанола с использованием технологии получения синтез-газа путем некаталитического парциального окисления природного газа преимущественно воздухом в малогабаритных газогенераторах, конструктивно схожих с жидкостными ракетными двигателями. Для оптимального синтеза метанола предложено регулирование стехиометрического значения компонентов синтез-газа путем адсорбции части диоксида углерода. Оптимизированный состав забалластированного азотом синтез-газа подают в проточный однопроходный каскад с тремя изотермическими реакторами с тепловыми трубами. Вывод метанола-сырца осуществляют после первых двух реакторов, а выход третьего реактора соединяют с турбодетандером для использования потенциальной энергии отходящего газа. Охлажденную газожидкостную смесь с выхода турбодетандера пропускают через сепаратор, отделяют метанол-сырец, а хвостовые газы используют для охлаждения технологических потоков.Предлагаемая конструкция малотоннажной установки по производству метанола способна работать в промысловых условиях, она обеспечивает уменьшение капитальных затрат на оборудование и создание инженерных сетей, простоту обслуживания, высокую ремонтопригодность, малые массогабаритные характеристики, низкие эксплуатационные расходы и сбалансированность тепловых потоков в установке.

Description

Полезная модель относится к области органической химии, а именно к установкам малотоннажного производства метанола.
Создание рентабельных малотоннажных производств метанола в промысловых условиях является актуальной задачей, поскольку метанол является основным средством борьбы с гидратообразованием и свыше 15% производимого в РФ метанола расходуется на эти цели при добыче и транспортировке природного газа [1 (1. Пост-релиз конференции «Метанол 2016». URL: http://www.newchemistry.ru/ printletter.php?n_id=6615 (дата обращения: 22.05.2017).), 2 (2. Арутюнов B.C. Арутюнов B.C., Савченко В.И., Седов И.В. О перспективах промысловых газохимических технологий на основе азотсодержащего синтез-газа // НефтеГазоХимия, 2016, №4, с. 14-23.)]. Примерный расход метанола составляет 1000 тонн на 1 млрд. кубических метров газа.
Технологии промышленного производства метанола основаны на двухстадийном процессе: на первой стадии из углеводородного сырья (УВС), преимущественно природного газа, получают синтез-газ (СГ), представляющий смесь водорода Н2 и монооксида углерода СО, также содержащий диоксид углерода СO2 и балластные газы; на второй стадии осуществляют каталитическую конверсию СГ в метанол. Эффективность современных технологий в полной мере достигается при создании крупномасштабных заводов производительностью более миллиона тонн в год, строительство которых требует огромных капитальных затрат, разветвленной инфраструктуры и большого обслуживающего персонала [1-3 (1. Пост-релиз конференции «Метанол 2016». URL: http://www.newchemistry.ru/ printletter.php?n_id=6615 (дата обращения: 22.05.2017). 2. Арутюнов B.C. Арутюнов B.C., Савченко В.И., Седов И.В. О перспективах промысловых газохимических технологий на основе азотсодержащего синтез-газа // НефтеГазоХимия, 2016, №4, с. 14-23. 3. Даль П.Ю. Технология автотермического риформинга для современных крупнотоннажных метанольных установок / П.Ю. Даль, Т. С.Кристенсен и др. // Международная конференция «Азот и синтез-газ - 2014», Париж, 2014. - 14 с.)].
К малотоннажным производствам при работе в промысловых условиях предъявляются следующие требования: надежность, простота технологии, экологическая безопасность, минимальные массогабаритные характеристики, блочно-модульное исполнение для удобства транспортировки, монтажа и эксплуатации, небольшие капитальные затраты, максимальная степень интеграции с существующей инфраструктурой (источниками сырья, энергоресурсами, инженерными сетями) при сохранении возможности автономной работы. Для уменьшения массогабаритных характеристик аппаратов при создании малотоннажных установок применяют парциальное окисление УВС - горение при недостатке окислителя по доминирующей практически необратимой экзотермической реакции
Figure 00000001
поскольку не требуется дополнительных энергетических затрат на проведение парового риформинга УВС - основного способа получения СГ. Парциальное окисление УВС в зависимости от типа окислителя проводят при температурах 1100÷1600°С в широком диапазоне давлений.
Известно техническое решение по применению модифицированных дизелей для получения синтез-газа (патент РФ №2324674) в установках «ЭНЕРГОСИНТОП» по производству метанола и синтетических моторных топлив [4 (4. Лищинер И.И. Модульные энерготехнологические установки Энергосинтоп / Лищинер И.И., Малова О.В., Толчинский Л.С.// Газохимия: состояние и пути развития в XXI веке. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2014. - 140 с.)]. Недостатками таких энергоустановок являются: необходимость компримирования СГ для подачи в контур синтеза метанола, цикличность процесса, сложность регулирования состава СГ.
Известны технические решения по патентам РФ №№2191743, 2369431, 2523824, 2534991, 2535121, в которых получение синтез-газа осуществляют в реакторах парциального окисления по типу жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) - газогенераторах синтез-газа (ГСГ). Преимуществами подобных ГСГ являются: возможность проведения процесса при высоких давлениях 5,0÷10,0 МПа и выше, не требующих последующего компримирования СГ для каталитического синтеза метанола; возможность регулирования состава СГ; получение синтез-газа с мольным соотношением Н2/СО ≈ 1,8÷2,1; отсутствие необходимости использовать катализаторы; низкое соотношение пар/УВГ на уровне 0,1+0,2; возможность использования тепла экзотермической реакции (1) для нагрева сырья и выработки технологического пара; значительно меньшие расходы деминерализованной воды; возможность использования в качестве окислителя воздуха, обогащенного кислородом воздуха или кислорода; меньшие капитальные затраты на оборудование комплекса получения СГ (в 1,5÷2 раза при отсутствии воздухоразделительной установки); высокая ремонтопригодность ГСГ за счет модульности разборной конструкции; меньшее время запуска/останова реактора парциального окисления, не превышающее 30 с.
Отмеченные преимущества обусловливают значительно меньшие в 2÷5 раз массогабаритные характеристики ГСГ, примерно вдвое меньшие капитальные затраты на получение синтез-газа, возможность получения СГ с составом и параметрами, оптимальными для синтеза метанола. Поэтому в предлагаемом техническом решении на стадии получения синтез-газа использованы ГСГ по типу ЖРД.
Процесс синтеза метанола на медьсодержащих катализаторах согласно А.Я. Розовскому основан на протекании двух макроскопических стадий [5, (5. Розовский А.Я. Теоретические основы процесса синтеза метанола / А.Я. Розовский, Г.И. Лин. - М.: Химия, 1990. - 272 с) с. 241]:
- гидрировании диоксида углерода с образованием метанола
Figure 00000002
- конверсии монооксида углерода водой
Figure 00000003
Максимальная степень конверсии синтез-газа достигается на низкотемпературных медьцинкалюминиевых катализаторах Katalko-51-9 «Johnson Matthey» (ICI), Великобритания, C79-7GL «Zud-Chemie» AG, Германия, MK-121 «Haldor Topsoe», Дания, практически охватывающих весь мировой рынок синтеза метанола. Они эксплуатируются в температурном интервале 200÷280°С при давлениях не ниже 4,5 МПа.
Реакции (2), (3) являются обратимыми. Равновесный выход метанола, степень превращения окиси и двуокиси углерода меняются в зависимости от давления, температуры, отношения Н2/СО, содержания двуокиси углерода и водяного пара, инертных компонентов. Инертные компоненты - остаточный метан и азот - не оказывают прямого влияния на равновесие реакции образования метанола. Но их наличие в газе снижает парциальное (эффективное) давление реагирующих веществ, вследствие чего степень конверсии синтез-газа уменьшается [1-3]. На скорость синтеза метанола определяющее влияние оказывает концентрация воды в реакционной зоне реактора синтеза метанола [5, с. 246]. Она должна быть минимальной, поскольку пар сильно тормозит реакцию (2), интенсивность торможения зависит от концентрации С02 и не зависит от концентрации водорода [5, с. 232]. Рекомендованная концентрация С02 в синтез-газе при использовании медьсодержащих катализаторов не должна превышать 5% об. [6, (6. Караваев М.М. Технология синтетического метанола / М.М. Караваев, В.Е. Леонов, И.Г. Попов, Е.Т. Шепелев // М.: Химия, 1984. - 240 с.) с. 85]. Избыточная концентрация СO2 в реакционной зоне уменьшает скорость реакции (2), способствует увеличению содержания водяного пара в продуктах синтеза, приводит к увеличению габаритов реакторов синтеза метанола. Поэтому для увеличения эффективности синтеза метанола рекомендуют увеличивать отношение СО/СO2 [3,5,6].
Важным показателем эффективности синтеза метанола является стехиометрическое соотношение компонентов синтез-газа (модуль) М=(Н2-СO2)/(СО+СO2). Для нахождения модуля в рекомендуемом диапазоне М=2,0÷2,3 желательно регулировать содержание СO2 в синтез-газе, при этом обычно удаляют избыток диоксида углерода из цикла синтеза [5; 6, с. 86; патент РФ №2497583]. Однако при уменьшении концентрации СO2 в газе ниже 0,3% об. скорость синтеза метанола резко снижается, а в отсутствии СO2 реакция (2) не идет [5, с. 241, патент РФ №2181117]. Кроме того, для возможности регулирования и оптимизации модуля М в зависимости от концентрации СO2 отношение мольных концентраций (Н2/СО) в синтез-газе должно быть больше 2,0 [3,5,6].
Для малотоннажных установок целесообразно применять рекомендованную в работах [5, с. 232-236; патент РФ №2181117] однопроходную каскадную схему реакторов синтеза метанола без рецикла синтез-газа с конденсацией воды и метанола после каждого реактора. Такое решение позволяет существенно удешевить и упростить установку, снять термодинамическое ограничение, связанное с приближением концентрации метанола к равновесному пределу, повысить скорость синтеза. Однако оно налагает дополнительные требования на качество синтез-газа, поступающего на вход каскада, поскольку отсутствует возможность коррекции состава синтез-газа за счет рециркуляции газов, отходящих после реактора (-ов) синтеза метанола.
Известны технические решения по применению различных типов реакторов синтеза метанола: изотермических равновесных реакторов, адиабатических реакторов, комбинации из реакторов различного типа с постоянной и падающей температурой (патенты РФ №№2310642, 2324674, 2497583, 2564818). При малотоннажном производстве хорошие результаты получают при каскадном подключении трех трубчатых изотермических реакторов с рабочей температурой 210÷240°С и разбивкой катализатора в соотношении 1: 1: 1,5 [4].
Для малотоннажных установок по производству метанола при получении синтез-газа рекомендуют использовать воздух вместо кислорода, что позволяет упростить технологию, уменьшить капитальные затраты, обеспечить безопасность эксплуатации установки [2,4]. В работах [7, 8 (7. Лапидус А.Л. Получение углеводородов из синтез-газа, забалластированного азотом / Лапидус А.Л., Елисеев О.Л., Крючков М.В. // Технология нефти и газа, 2011, №5, с. 9-12. 8. Лищинер И.И., Малова О.В., Тарасов А.Л. и др. Получение метанола из забалластированного азотом синтез-газа // Катализ в промышленности, №4, 2010, с. 50-55.] показано, что и в условиях сильно забалластированного азотом синтез-газа (более 30%, об.) синтез метанола можно проводить в проточном каскаде с использованием последовательного соединения реакторов, достигая высокой степени конверсии СО за один проход без рециркуляции газов. При этом наличие инертного азота существенно снижает возможности перегрева катализатора, так как он берет на себя значительное количество теплоты реакций синтеза.
Важным фактором повышения эффективности производства метанола является утилизация «хвостовых газов», отходящих после отделения сжиженного метанола с выхода последнего по ходу газа реактора каскада. Известны различные технические решения по утилизации хвостовых газов: использование хвостовых газов в качестве топлива для газовых турбин (патенты РФ №2152378, 2188790), рециркуляция хвостовых газов в контур синтеза метанола (патенты РФ №2310642, 2324674), отделение водорода из хвостовых газов и его рециркуляции в контур синтеза метанола (патенты РФ №№2310642, 2408567), отделение водорода из хвостовых газов и рециркуляция диоксида углерода в контур синтеза метанола (патент РФ №2285660) или в реактор риформинга УВС [3,6]. Однако перечисленные решения не эффективны для малотоннажного производства вследствие незначительного объема хвостовых газов и преобладающего содержания азота в хвостовых газах при использовании воздуха в качестве окислителя. Известно также техническое решение по применению турбодетандера и механически соединенного с ним электрогенератора в контуре утилизации хвостовых газов для выработки электрической энергии (патент РФ №2519940). Оно позволяет за счет расширения газов в турбодетандере охладить хвостовые газы и использовать их для охлаждения тепловых потоков в установке.
Ближайшим аналогом, взятым в качестве прототипа, является техническое решение по патенту РФ на полезную модель №176510 «Малотоннажная установка получения метанола». Для получения синтез-газа в прототипе используют газогенератор по типу ЖРД; СГ из газогенератора подают в блок теплообменников для нагрева сырья и получения водяного пара, после чего газ подают в блок коррекции, включающий блок коррекции отношения Н2/СО и блок коррекции содержания СO2; СГ с оптимизированным составом подают в проточный трехреакторный каскад синтеза метанола с отделением метанола-сырца после каждого реактора и использованием сухих отходящих газов для синтеза метанола в последующих по ходу газового потока реакторах; с выхода сепаратора после третьего реактора хвостовые газы подают в турбодетандер для выработки электрической энергии с помощью механически соединенного с ним электрогенератора, а отходящие хвостовые газы используют для охлаждения оборотной воды, после чего их очищают и дожигают.
Недостатком прототипа является конструкция блока коррекции. Во-первых, использование блока коррекции отношения Н2/СО является избыточным при больших объемах воды, впрыскиваемой в ИК. При снижении температуры СГ на выходе ГСГ ниже 950°С отношение Н2/СО≥2,2 для любых типов окислителей, что соответствует рекомендуемым значениям. Во-вторых, недостаточно эффективно реализована коррекция содержания СO2 в СГ. Уменьшение концентрации диоксида углерода достигают охлаждением СГ оборотной водой с последующей сепарацией водяного конденсата и растворенного в нем при низких температурах и высоких давлениях диоксида углерода. Степень растворимости СO2 при указанных в прототипе температурах и давлениях низка, а уменьшение температуры СГ ниже 10°С увеличивает эксплуатационные расходы на его охлаждение и может привести к гидратообразованию. Указанный недостаток не позволяет надежно и экономично регулировать содержание СO2 в синтез-газе и обеспечить оптимальный состав СГ перед подачей в блок синтеза метанола.
Недостатком прототипа является также техническое решение по отделению метанола сырца после последнего реактора в трехреакторной каскадной схеме блока синтеза метанола. Для отделения метанола-сырца используют теплообменник, в котором газ после третьего реактора охлаждается оборотной водой, после чего сжиженный метанол-сырец отделяют в сепараторе, а хвостовые газы подают в турбодетандер. При этом безвозвратно теряется значительная часть тепловой энергии газового потока после третьего изотермического реактора и расходуется большое количество хладагента для охлаждения газа до 40°С.Кроме того, расход газового потока через турбодетандер мал, что снижает его мощность и общий КПД установки.
Результатом предлагаемого технического решения является конструкция малотоннажной установки по производству метанола, обеспечивающая повышение эффективности установки за счет изменения конструкции блока коррекции синтез-газа, улучшения управляемости процесса регулирования состава синтез-газа, повышения эффективности отделения метанола-сырца и утилизации «хвостовых газов».
Заявляемый результат обеспечивается следующими отличительными признаками: исключением блока коррекции отношения Н2/СО из блока коррекции состава СГ; изменением конструкции блока коррекции содержания диоксида углерода в синтез-газе; изменением конструкции каскадной схемы синтеза метанола после третьего изотермического реактора при отделении метанола-сырца и утилизации «хвостовых газов».
Сущность предлагаемого технического решения и работу установки, состоящей из комплексов получения СГ и комплекса синтеза метонола, поясняют фигуры 1, 2. На фиг. 1 изображена блок-схема комплекса получения синтез-газа, где обозначены: 1 - компрессор УВС, 2 - расходомер-регулятор массового расхода УВС, 3 - теплообменник, 4 - смеситель, 5 -теплообменник, 6 - смесительная головка газогенератора синтез-газа (ГСГ), 7 - система разделения воздуха, 8 - компрессор окислителя, 9 - расходомер-регулятор массового расхода окислителя, 10 - камера сгорания, 11 - испарительная камера, 12 - насос, 13 - расходомер-регулятор массового расхода воды, 14 - расходомер-регулятор массового расхода воды, 15 -насос, 16 - расходомер-регулятор массового расхода воды, 17 - котел-утилизатор, 18 -десульфуризатор, 19 - теплообменник, 20 - теплообменник-холодильник, 21 - расходомер-регулятор массового расхода воды, 22 - сепаратор, 23 - управляемый дроссель, 24 - адсорбер, 25 - смеситель, 26 - газоанализатор, 27 - теплообменник, 28 - регулятор давления.
УВС, преимущественно природный газ, через компрессор 1 и расходомер-регулятор 2 подают с требуемым массовым расходом и давлением 6,5÷7,5 МПа по трубопроводу в теплообменник 3, в котором его нагревают до расчетной температуры порядка 500÷550°С синтез-газом, поступающим в 3 с выхода теплообменника 5. Нагретое сырье подают в смеситель 4, где смешивают с водяным паром, поступающим в 4 со второго выхода теплообменника 5. Из 4 парогазовую смесь подают в смесительную головку 6.
Блок подачи окислителя включает систему разделения воздуха 7, компрессор 8 и расходомер-регулятор массового расхода окислителя 9. В случае использования в качестве окислителя воздуха систему разделения 7 исключают из технологической схемы. С выхода 9 окислитель поступает в теплообменник 19, в котором его нагревают синтез-газом с выхода 18 до температуры 170°С при работе на обогащенном кислородом воздухе или до 250-300°С при работе ГСГ на воздухе. Компоненты подачи - нагретый окислитель и нагретое и увлажненное сырье - раздельно подают в смесительную головку 6.
Из 6 компоненты подачи поступают в проточную камеру сгорания 10, где в турбулентном режиме течения газов происходит смешивание потоков УВС и окислителя и парциальное окисление УВС с образованием на выходе 10 синтез-газа, который далее поступает в проточную испарительную камеру 11, соосно соединенную с 10, причем процесс парциального окисления проводят при давлении в камере сгорания 6,0-7,0 МПа и коэффициенте избытка окислителя в диапазоне от 0,34 до 0,39. Одновременно в 11 подают химочищенную воду (вода 1) от насоса 12 с давлением, совпадающим с давлением подачи газов в 6. Массовый расход воды для охлаждения синтез-газа на выходе 11 до требуемой температуры 850-950°С, зависящей от используемого конструкционного материала ГСГ, регулируют расходомером-регулятором 13. Поток воды от насоса 12 через расходомер-регулятор 14 подают в теплообменник 5 (вода 2), на второй вход которого поступает газ с выхода 11. На выходе 5 образуется водяной пар с температурой 360-390°С, который подают в смеситель 4.
Одновременно с реакцией парциального окисления (2) в камерах ГСГ протекает реакции паровой конверсии метана СН42О=СО+3Н2 и некаталитической паровой конверсии оксида углерода СО+Н2O=СO22.В результате на выходе 11 отношение Н2/СО будет выше 2,0. Его значение зависит в основном от объема воды, впрыскиваемого в ИК 11, а также от типов УВС и окислителя и их соотношения.
С выхода 11 синтез-газ поступает в теплообменник 5, а затем в теплообменник 3, в котором осуществляют нагрев УВС синтез-газом до температуры 500÷550°С.С выхода 3 синтез-газ с расчетной температурой порядка 750÷800°С поступает в котел-утилизатор 17, на второй вход которого подают химочищенную воду от насоса 15 через расходомер-регулятор 16 (вода 3). На выходе 17 образуется охлажденный синтез-газ с регулируемой температурой 350-380°С и водяной пар, используемый для технологических нужд установки, в том числе для нагрева синтез-газа перед его подачей в блок синтеза метанола. При достаточной производительности установки водяной пар может использоваться в компактной паровой турбине для выработки электроэнергии.
Для очистки от примесей серы синтез-газ из 17 подают в блок десульфуризации 18, состоящий из двух периодически работающих адсорберов. Блок может быть исключен в случае использования предварительно очищенного УВС.С выхода 18 синтез-газ поступает в теплообменник 19, в котором охлаждается потоком окислителя, поступающим из 9 на второй вход 19. С выхода 19 синтез-газ подают в теплообменник-холодильник 20 для охлаждения синтез-газа до регулируемой температуры 30-50°С оборотной химочищенной водой (вода 4), поступающей через расходомер-регулятор 21 от насоса 12. С выхода 20 охлажденная газожидкостная смесь поступает в сепаратор 22 для отделения сконденсированного пара, который используют в оборотном водоснабжении установки.
Отходящий с выхода сепаратора 22 сухой газ поступает в блок коррекции содержания диоксида углерода в СГ, который содержит ветвитель, одна газовая магистраль которого связана со смесителем 25 напрямую, а вторая газовая магистраль содержит последовательно включенные управляемый дроссель 23 и адсорбер диоксида углерода 24, выход которого соединяют со вторым входом смесителя 25.
Адсорбер диоксида углерода 24 состоит из параллельно соединенных адсорберов-поглотителей, загруженных цеолитом СаА. Каждый из адсорберов-поглотителей работает последовательно в одном из трех периодически переключаемых режимов: режиме адсорбции СО2 из синтез-газа при температуре 30-50°С, режиме регенерации адсорбента от СО2 потоком осушенного воздуха при температуре 170÷250°С, режиме охлаждения (после регенерации) до температуры 30-50°С потоком хвостовых газов с выхода сепаратора 42. Количество адсорберов-поглотителей зависит от объема утилизируемого диоксида углерода, исходя из адсорбционной емкости 0,2 г/г при указанной температуре синтез-газа [9 (9. Турчанович И.Е., Турчанович Н.Н. Синтетические цеолиты. Очистка биогаза от балластных примесей // Международный научно-исследовательский журнал, ISSN 2303-9868 PRINT, ISSN 2227-6017 ONLINE, 2016, №1, ч. 2, с. 71-77.]. Массогабаритные характеристики адсорберов-поглотителей, зависящие от плотности адсорбента и допустимой линейной скорости адсорбции, позволяют использовать аппараты в составе малотоннажных установок по производству метанола.
Расходы газовых потоков в магистралях второго ветвителя регулируют изменением проходного сечения управляемого дросселя 23. Это позволяет уменьшать содержание диоксида углерода в синтез-газе на выходе смесителя 25 и тем самым регулировать (увеличивать) значение модуля в рекомендованном диапазоне М=2,0÷2,3. Для обеспечения указанного диапазона изменения модуля при работе ГСГ на воздухе и Н2/СО=2,3÷2,8 расход газа через адсорбер составляет 50÷70% от совокупного расхода синтез-газа.
Из 25 синтез-газ подают в теплообменник 27 для нагрева синтез-газа до 210-220°С потоком технологического пара с выхода КУ 17. После 27 синтез-газ поступает в регулятор давления 28 для стабилизации давления подачи газа в блок синтеза метанола на уровне 5,0+5,5 МПа, а также для стабилизации рабочего давления в комплексе получения синтез-газа.
Контроль состава газа и выработку управляющих воздействий для корректировки балансового состава синтез-газа, идущего на синтез метанола, осуществляют по данным анализа сухого охлажденного синтез-газа после смесителя 25 с помощью газоанализатора 26, входящего в качестве датчика в состав автоматизированной системы контроля и управления установки (на фигурах не указана). В состав установки входит блок оборотного водоснабжения (не показан на фигурах), который обеспечивает подачу химочищенной воды в теплонагруженные узлы ГСГ - 6, 10, 11, а также в теплообменник-холодильник 20 (вода 4) и теплообменники-холодильники комплекса синтеза метанола.
Работу комплекса синтеза метанола поясняет блок схема, изображенная на фиг. 2, где обозначены: 29-31 - изотермические реакторы, 32-37 - теплообменники, 38, 39, 42 - сепараторы, 40 - турбодетандер, 41 - электрогенератор, 43 - накопительная емкость метанола-сырца. Синтез-газ с оптимизированными параметрами из комплекса получения синтез-газа поступает в первый изотермический реактор 29. Для поддержания изотермичности слоя катализатора осуществляют циркуляцию хладогента через размещенные в реакторе тепловые трубы (система циркуляции не показана). Температуру во всех трех реакторах поддерживают в диапазоне 210÷230°С.
Охлаждение парогазовой смеси с выхода реактора 29, содержащей оксид углерода, диоксид углерода, водород, азот, пары метанола и воду, происходит в теплообменниках 32 и 33. Сначала смесь охлаждают до 150°С сухим газом, поступающим из сепаратора 38. С выхода 32 парогазовая смесь поступает в теплообменник-холодильник 33, в котором охлаждается оборотной водой до 40°С, после чего поступает в сепаратор 38. В 38 отделяют сжиженный метанол и водяной конденсат и подают в сборник метанола-сырца 43. Сепарированная газовая смесь из 38 поступает в теплообменник 32 и далее в теплообменник 34, где ее нагревают до температуры 220°С, после чего газ поступает во второй изотермический реактор 30. Аналогичным образом в теплообменниках 35, 36 охлаждают парогазовую смесь с выхода реактора 30. Охлажденную смесь из 36 подают в сепаратор 39, где отделяют метанол-сырец, который затем направляют в сборник метанола 43. Отходящую из 39 газовую смесь нагревают в теплообменниках 35, 37 до температуры 230°С, после чего подают в третий изотермический реактор синтеза метанола 31. Парогазовую смесь с выхода реактора 31 с температурой 230°С и давлением порядка 4,5 МПа подают в турбодетандер 40, механически соединенный с электрогенератором 41, в котором парогазовую смесь охлаждают до 0-10°С. Холодную газожидкостную смесь с выхода 40 подают в сепаратор 42, в котором отделяют сжиженный метанол-сырец и отправляют в сборник метанола 43. Отходящий поток хвостовых газов из 42 подают в адсорбер 24 (фигура 1) для охлаждения адсорбера-поглотителя, работающего в режиме охлаждения. Поток хвостовых газов с выхода 24, содержащий преимущественно азот, водород и диоксид углерода, а также небольшие
количества оксида углерода и паров метанола, подают в систему очистки, дожигают и сбрасывают в атмосферу.
Объемный состав синтез-газа после парциального окисления в ГСГ, материальные балансы аппаратов установки по производству метанола иллюстрируют следующие примеры.
Пример 1. В таблице 1 приведены данные парциального окисления увлажненного природного газа в среде обогащенного воздуха с содержанием кислорода 70% об. в зависимости от соотношения компонентов подачи - коэффициента избытка окислителя а. Природный газ имеет следующий состав, об. %: СН4 - 97, 57, С2Н6 - 1,0, С3Н8 - 0,37, С4Н10 - 0,15, N2 - 0,84, СО2 - 0,07. Степень увлажнения природного газа - 15% по массе от природного газа. Давление в камере сгорания ГСГ - 6,0 МПа.
Таблица 1 - Состав синтез-газа на выходе из камеры сгорания газогенератора при парциальном окислении природного газа обогащенным воздухом
Figure 00000004
Рекомендованное значение основного параметра режима - коэффициента избытка окислителя - для указанной пары компонентов составляет α=0,34÷0,36.
Пример 2. В таблице 2 приведены результаты парциального окисления увлажненного природного газа кислородом воздуха, остальные исходные данные, как в примере 1.
Таблица 2 - Состав синтез-газа на выходе из камеры сгорания газогенератора при парциальном окислении природного газа воздухом
Figure 00000005
Рекомендованное значение коэффициента избытка окислителя для указанной пары компонентов составляет α=0,37÷0,39.
Пример 3. В таблице 3 приведен состав синтез-газа в основных аппаратах комплекса получения синтез-газа. В качестве УВС используется природный газ с параметрами, как в примерах 1,2. В качестве окислителя применяется воздух. Коэффициент избытка окислителя а -0,38. Давление в камере сгорания ГСГ - 6,0 МПа.
Таблица 3 - Состав газа в аппаратах комплекса получения синтез-газа
Figure 00000006
Из данных таблицы 3 следует, что до блока коррекции (после сепаратора 22) значение модуля СГ составляет М≈1,32. Увеличение модуля достигают пропусканием 60% расхода синтез-газа с выхода сепаратора 22 через адсорбер 24. После смесителя 25 М≈2,06.
Пример 4. Каталитический синтез метанола проводят на катализаторе C 79-7 GL «Zud-Chemie», Германия с объемной скоростью 10000 ч-1 при температуре синтеза 210°С и давлении 5,0 МПа. Синтез проводят для двух вариантов состава СГ на входе в реактор 29, а именно: состава после сепаратора 22, т.е. без коррекции состава СГ, и состава после смесителя 25, т.е. с коррекцией состава СГ.
Выход метанола-сырца на 1000 нм3/ч синтез-газа составляет: для состава СГ без коррекции содержания диоксида углерода - 54 кг/ч метанола, содержащего 77,9 об. % метанола и 22,1 об. % воды, для состава СГ с коррекцией содержания диоксида углерода - 52 кг/ч метанола, содержащего 89,5 об. % метанола и 10,5 об. % воды. Таким образом, коррекция состава СГ позволяет более чем на 10% увеличить выход чистого метанола.
С увеличением концентрации кислорода в окислителе содержание балластного азота в синтез-газе уменьшается, при этом увеличивается выход метанола-сырца с одновременным уменьшением концентрации воды. Например, при уменьшении концентрации азота в СГ до 40% об. выход метанола-сырца на 1000 нм3 /ч СГ составляет примерно 120 кг/ч с содержанием метанола более 93% об.

Claims (12)

1. Малотоннажная установка получения метанола, характеризующаяся тем, что содержит узлы подготовки природного газа и окислителя, соединенные с газогенератором парциального окисления, с выхода которого синтез-газ подают в систему последовательно соединенных теплообменников, выход системы теплообменников соединяют со входом блока десульфуризации, выход которого соединяют со входом блока коррекции содержания диоксида углерода в синтез-газе, с выхода блока коррекции синтез-газ подают в регулятор давления, выход регулятора давления соединяют со входом проточного каскада, состоящего из трех изотермических реакторов синтеза метанола, газ с выхода третьего реактора проточного каскада подают в турбодетандер, соединенный с электрогенератором, выход турбодетандера подключают к сепаратору, в котором отделяют метанол, а хвостовые газы используют для охлаждения технологических потоков в установке, очищают и сбрасывают в атмосферу.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что газогенератор парциального окисления содержит смесительную головку, в которую раздельно подают природный газ и окислитель, соединенную со смесительной головкой проточную камеру сгорания, в которой осуществляют смешение компонентов подачи в турбулентном режиме течения газов и их парциальное окисление, соосно соединенную с камерой сгорания проточную испарительную камеру, в которой синтез-газ, поступающий из камеры сгорания, охлаждают до регулируемой температуры в диапазоне 850-950°С потоком впрыскиваемой химочищенной воды.
3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что процесс парциального окисления проводят при давлении в камере сгорания 6,0-7,0 МПа и коэффициенте избытка окислителя в диапазоне от 0,34 до 0,39.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система последовательно включенных теплообменников включает: первый теплообменник, соединенный с выходом испарительной камеры газогенератора и предназначенный для выработки водяного пара, идущего на увлажнение природного газа, второй теплообменник, соединенный с выходом первого теплообменника и предназначенный для нагрева природного газа потоком синтез-газа с выхода первого теплообменника, котел-утилизатор, предназначенный для выработки технологического пара потоком синтез-газа с выхода второго теплообменника.
5. Установка по п.1 или 4, отличающаяся тем, что блок десульфуризации состоит из установленных после котла-утилизатора двух периодически работающих адсорберов-поглотителей, загруженных цинкоксидным или промотированным медью цинкоксидным хемосорбентом, в которых при температуре 350-380°С осуществляют очистку синтез-газа от примесей серы.
6. Установка по п.1 или 4, отличающаяся тем, что узел подготовки природного газа включает компрессор, расходомер-регулятор массового расхода природного газа, второй теплообменник, в котором природный газ нагревают до температуры 500-550°С потоком синтез-газа с выхода первого теплообменника, первый смеситель, в котором смешивают потоки нагретого природного газа с выхода второго теплообменника и водяного пара с выхода первого теплообменника, а парогазовую смесь подают в смесительную головку газогенератора.
7. Установка по одному из пп. 1,4-6, отличающаяся тем, что блок коррекции диоксида углерода в синтез-газе содержит последовательно соединенные теплообменники, сепаратор, ветвитель и смеситель: третий теплообменник, в котором синтез-газ охлаждают потоком окислителя, подаваемым на вход третьего теплообменника; четвертый теплообменник, в котором синтез-газ с выхода третьего теплообменника охлаждают до 30-50°С потоком оборотной воды; первый сепаратор, в котором отделяют паровой конденсат из газожидкостной смеси, поступающей в первый сепаратор с выхода четвертого теплообменника; ветвитель, соединенный с выходом первого сепаратора, первый трубопровод ветвителя подключают напрямую ко второму смесителю, второй трубопровод ветвителя подключают ко второму смесителю через последовательно соединенные управляемый дроссель и адсорбер диоксида углерода; пятый теплообменник, в котором синтез-газ с выхода второго смесителя нагревают до 210-220°С технологическим паром, подаваемым на вход пятого теплообменника с выхода котла-утилизатора.
8. Установка по п.1 или 7, отличающаяся тем, что в качестве окислителя используют воздух, а узел подготовки воздуха включает компрессор, расходомер-регулятор массового расхода, третий теплообменник, в котором воздух с выхода расходомера-регулятора массового расхода окислителя нагревают до температуры 250-300°С потоком синтез-газа с выхода блока десульфуризации.
9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что регулятор давления подачи газа в проточный каскад реакторов синтеза метанола настраивают на величину 5,0-5,5 МПа.
10. Установка по одному из пп.1-8, отличающаяся тем, что проточный каскад из трех изотермических реакторов синтеза метанола включает три блока теплообменников, сепараторов и турбодетандер: (1) первый блок, включающий шестой теплообменник, в котором парогазовую смесь с выхода первого реактора охлаждают до температуры 150°С потоком отходящих газов с выхода второго сепаратора, седьмой теплообменник, в котором парогазовую смесь с выхода шестого теплообменника охлаждают до 40°С потоком оборотной воды, второго сепаратора, в котором из парогазовой смеси с выхода седьмого теплообменника отделяют метанола-сырец, а отходящую газовую смесь подают на второй вход шестого теплообменника; (2) второй блок, включающий восьмой теплообменник, в котором поток газа с выхода шестого теплообменника нагревают до температуры 220°С и подают во второй реактор, девятый теплообменник, в котором парогазовую смесь с выхода второго реактора охлаждают до температуры 150°С потоком отходящих газов с выхода третьего сепаратора, десятый теплообменник, в котором парогазовую смесь с выхода девятого теплообменника охлаждают до 40°С потоком оборотной воды, третьего сепаратора, в котором из парогазовой смеси с выхода десятого теплообменника отделяют метанол-сырец, а отходящую газовую смесь подают на второй вход девятого теплообменника; (3) третий блок, включающий одиннадцатый теплообменник, в котором поток газа с выхода девятого теплообменника нагревают до температуры 230°С и подают в третий реактор синтеза метанола, выход которого соединяют с турбодетандером, в котором парогазовую смесь охлаждают до 0-10°С и подают в четвертый сепаратор, в котором из парогазовой смеси отделяют метанол-сырец, а отходящие хвостовые газы используют для охлаждения адсорберов-поглотителей.
11. Установка по п.1 или 4, отличающаяся тем, что водяной пар, образующийся на выходе котла-утилизатора, используют в паротурбинной энергетической установке для выработки электрической энергии.
12. Установка по одному из пп. 1, 7, 10, отличающаяся тем, что блок коррекции содержания диоксида углерода в синтез-газе состоит из каскада адсорберов-поглотителей, загруженных цеолитом СаА, каждый из адсорберов последовательно работает в одном из трех периодически переключаемых режимов: адсорбции СО2 из синтез-газа при температуре 30-50°С, регенерации адсорбента от СО2 потоком осушенного воздуха при температуре 170-250°С, охлаждения после регенерации до температуры 30-50°С потоком хвостовых газов с выхода четвертого сепаратора.
RU2018116989U 2018-05-07 2018-05-07 Малотоннажная установка получения метанола RU183172U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116989U RU183172U1 (ru) 2018-05-07 2018-05-07 Малотоннажная установка получения метанола

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116989U RU183172U1 (ru) 2018-05-07 2018-05-07 Малотоннажная установка получения метанола

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU183172U1 true RU183172U1 (ru) 2018-09-12

Family

ID=63580829

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018116989U RU183172U1 (ru) 2018-05-07 2018-05-07 Малотоннажная установка получения метанола

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU183172U1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2142331A (en) * 1983-06-29 1985-01-16 Toyo Engineering Corp A process for producing methanol
RU2519940C2 (ru) * 2009-03-12 2014-06-20 Метанол Касале С.А. Способ синтеза метанола
RU176510U1 (ru) * 2017-06-20 2018-01-22 Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" Малотоннажная установка получения метанола

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2142331A (en) * 1983-06-29 1985-01-16 Toyo Engineering Corp A process for producing methanol
RU2519940C2 (ru) * 2009-03-12 2014-06-20 Метанол Касале С.А. Способ синтеза метанола
RU176510U1 (ru) * 2017-06-20 2018-01-22 Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" Малотоннажная установка получения метанола

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4556175B2 (ja) 製油所水素製造装置の生成ガスからの一酸化炭素分離回収方法。
US8187568B2 (en) Method and plant for the production of synthesis gas from biogas
US20070282021A1 (en) Producing ethanol and saleable organic compounds using an environmental carbon dioxide reduction process
JP2006522588A (ja) 自給式流線型メタンおよび/または高純度水素生成システム
DK156967B (da) Kraftvaerk med et integreret kulforgasningsanlaeg
RU176510U1 (ru) Малотоннажная установка получения метанола
RU183172U1 (ru) Малотоннажная установка получения метанола
RU102537U1 (ru) Установка для получения метанола из природного газа
WO2017108629A2 (en) A method for synthesizing nitrogenous compounds from organic waste and a system for synthesizing nitrogenous compounds from organic waste
CN109095438B (zh) 一种生物质多级转换联合制氢装置及其工作方法
RU2643542C1 (ru) Способ получения водорода из углеводородного сырья
RU2203214C1 (ru) Способ получения метанола
JP2001097906A (ja) メタノールの製造方法
RU2530066C1 (ru) Способ получения водородсодержащего газа
AU2021286875B2 (en) Method for the production of hydrogen
JP4508327B2 (ja) メタノールの製造方法
RU2515477C2 (ru) Способ получения водорода
RU2453525C1 (ru) Способ получения метанола из природного газа и установка для его осуществления
KR20240021940A (ko) 암모니아 분해 프로세스로부터의 재생 가능한 수소 생성물의 회수
CN109609221B (zh) 一种兰炭炉尾气精脱硫及等温甲烷化工艺
RU183401U1 (ru) Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола
RU2685656C1 (ru) Способ управления процессом получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола
CN112752726A (zh) 蒸汽重整过程中的碳再循环
RU184920U1 (ru) Малотоннажная установка получения водорода
CN117819479B (zh) 一种天然气制氢耦合二氧化碳捕集制合成气系统

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20181001