RU2202531C1 - Method of production of methanol - Google Patents

Method of production of methanol Download PDF

Info

Publication number
RU2202531C1
RU2202531C1 RU2001122362A RU2001122362A RU2202531C1 RU 2202531 C1 RU2202531 C1 RU 2202531C1 RU 2001122362 A RU2001122362 A RU 2001122362A RU 2001122362 A RU2001122362 A RU 2001122362A RU 2202531 C1 RU2202531 C1 RU 2202531C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
methanol
synthesis gas
gas
reactor
hydrogen
Prior art date
Application number
RU2001122362A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Писаренко
Д.А. Абаскулиев
А.Г. Бан
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "ДитГаз"
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 Закрытое акционерное общество "ДитГаз" filed Critical Закрытое акционерное общество "ДитГаз"
Priority to RU2001122362A priority Critical patent/RU2202531C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2202531C1 publication Critical patent/RU2202531C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: production of methanol from natural gas and hydrocarbon-containing tail gases of chemical and petrochemical processes. SUBSTANCE: proposed method includes stages of production of synthesis gas, catalytic conversion of obtained synthesis gas into methanol in several reaction at high temperatures and pressures , cooling of reaction products, separation of methanol and utilization of tail gases. Synthesis gas containing more than 20 vol-% of nitrogen at molar ratio of hydrogen to carbon oxide ranging from 1.2 : 1 to 4 : 1 is fed to inlet zones of reactors. Synthesis gas containing additionally oxygen in the amount not exceeding 0.9 vol-% is supplied periodically. As a rule, process is performed at temperature ranging from 160 to 300 C, pressure of 4.0 to 10.0 Mpa and volumetric flow rates of 500-10000 h-1. As a rule, starting synthesis gas is divided into two flows: on flow is enriched with hydrogen in diaphragm-type mass- exchange unit and is fed to first catalytic reactor and second flow which is hydrogen deficient flow is mixed with gas flow escaping from last catalytic reactor after separation of methanol; mixture is fed to power plant as gas fuel. Proposed method ensures saving of energy at high productivity. EFFECT: increased productivity; improved quality of target product. 3 cl, 2 dwg, 4 ex

Description

Изобретение относится к технологиям синтеза метанола из синтез-газа, полученного парциальным окислением природного газа воздухом, обогащенным кислородом воздухом или в потоках кислородсодержащего газа со значительным содержанием азота. The invention relates to technologies for the synthesis of methanol from synthesis gas obtained by the partial oxidation of natural gas with air, oxygen-enriched air or in streams of oxygen-containing gas with a significant nitrogen content.

Более конкретно, изобретение относится к области химико-технологических, энергосберегающих процессов получения метанола из природного газа или "хвостовых" углеводородсодержащих газов химических, нефтехимических, газоперерабатывающих и металлургических производств. More specifically, the invention relates to the field of chemical-technological, energy-saving processes for the production of methanol from natural gas or "tail" hydrocarbon-containing gases from chemical, petrochemical, gas processing and metallurgical industries.

В традиционных промышленных технологиях получения метанола обычно на первой стадии процесса осуществляется получение синтез-газа паровой конверсией углеводородов природного газа. На этой стадии не достигается полного превращения газообразных углеводородов в синтез-газ и поэтому проводится их дополнительная конверсия на последующей стадии - парокислородной конверсии. Для ее осуществления обычно используется чистый кислород, получение которого связано со значительными энергетическими затратами. Для увеличения содержания водорода в синтез-газе проводится реакция паровой конверсии оксида углерода, а для снижения содержания диоксида углерода в нем дополнительно организуются процессы хемосорбции СО2, в частности, растворами этаноламина или карбонатов калия.In traditional industrial methanol production technologies, usually at the first stage of the process, synthesis gas is produced by steam conversion of natural gas hydrocarbons. At this stage, the complete conversion of gaseous hydrocarbons into synthesis gas is not achieved, and therefore, their additional conversion is carried out at the next stage - vapor-oxygen conversion. For its implementation, pure oxygen is usually used, the production of which is associated with significant energy costs. To increase the hydrogen content in the syngas, a steam reforming reaction of carbon monoxide is carried out, and in order to reduce the carbon dioxide content, it additionally organizes the processes of chemisorption of CO 2 , in particular, solutions of ethanolamine or potassium carbonates.

Себестоимость получаемого синтез-газа, содержащего небольшие количества азота, достаточно высока, чтобы производимый синтез-газ мог быть с высокой рентабельностью использован кроме производства метанола еще и в производствах получения олефинов, моторных топлив, диметилового эфира. Последнее обстоятельство имеет место вследствие того, что реакция паровой конверсии легких углеводородов является сильно эндотермичной и она, также как и реакция парокислородной конверсии легких углеводородов, реализуется в дорогостоящем оборудовании при значительных энергетических и эксплуатационных затратах. The cost of the resulting synthesis gas containing small amounts of nitrogen is high enough so that the produced synthesis gas can be used with high profitability in addition to the production of methanol in the production of olefins, motor fuels, dimethyl ether. The latter circumstance is due to the fact that the steam reforming reaction of light hydrocarbons is highly endothermic and, like the steam-oxygen reforming reaction of light hydrocarbons, it is implemented in expensive equipment with significant energy and operating costs.

Известны технологии производства метанола из природного газа (US 5245110), которые предусматривают получение синтез-газа в результате каталитического окисления природного газа воздухом или обогащенным кислородом воздухом. Снижение себестоимости синтез-газа достигается за счет снижения затрат на производство обогащенного кислородом воздуха по сравнению с дорогостоящим производством чистого кислорода, использования более простого и менее дорогостоящего оборудования, снижения эксплуатационных затрат. Known technologies for the production of methanol from natural gas (US 5245110), which provide for the production of synthesis gas as a result of catalytic oxidation of natural gas by air or oxygen-enriched air. Reducing the cost of synthesis gas is achieved by reducing the cost of producing oxygen-enriched air compared with the expensive production of pure oxygen, using simpler and less expensive equipment, and reducing operating costs.

На второй стадии производства метанола синтез-газ с высоким содержанием азота конвертируют в метанол в четырех или шести последовательно соединенных реакторах с промежуточным выводом образующегося в реакторах метанола после каждого каталитического реактора. "Хвостовые" газы производства метанола имеют достаточно высокую теплоту сгорания, что позволяет использовать их в качестве топлива для газовых турбин. Азот в системе каталитических реакторов не рециркулирует и сбрасывается в атмосферу с выхлопными газами газовой турбины. In a second methanol production step, high nitrogen synthesis gas is converted to methanol in four or six reactors connected in series with an intermediate output of methanol formed in the reactors after each catalytic reactor. The tail gases of methanol production have a rather high calorific value, which allows them to be used as fuel for gas turbines. Nitrogen in the system of catalytic reactors does not recycle and is discharged into the atmosphere with the exhaust gases of a gas turbine.

Наиболее близким к заявленному способу производства метанола, выбранным в качестве прототипа, является способ, описанный в патенте RU 2152378. В способе-прототипе конвертируют синтез-газ с высоким содержанием азота в трех последовательно соединенных каталитических реакторах с промежуточным выделением образующегося в реакторах метанола после каждого каталитического реактора. За счет организации тепловых режимов эксплуатации каждого каталитического реактора достигается высокая общая конверсия синтез-газа при высоком качестве получаемого целевого продукта. Closest to the claimed method for the production of methanol, selected as a prototype, is the method described in patent RU 2152378. In the prototype method, synthesis gas with a high nitrogen content is converted in three series-connected catalytic reactors with an intermediate release of methanol formed in the reactors after each catalytic the reactor. Due to the organization of the thermal conditions of operation of each catalytic reactor, a high overall conversion of synthesis gas is achieved with high quality of the target product.

Недостатками известных способов производства метанола на основе синтез-газа со значительным содержанием азота (более 20%) являются: низкие конверсии синтез-газа при содержании водорода в синтез-газе менее 15 об.%, невысокая объемная нагрузка по сырью при содержании в синтез-газе азота более 70 об.%, значительная дезактивация катализатора при длительной эксплуатации реактора. The disadvantages of the known methods for the production of methanol based on synthesis gas with a significant nitrogen content (more than 20%) are: low conversion of synthesis gas with a hydrogen content of synthesis gas of less than 15 vol.%, Low volumetric load on raw materials when contained in synthesis gas nitrogen more than 70 vol.%, significant catalyst deactivation during prolonged operation of the reactor.

Перечисленные выше недостатки рассмотренных технологий затрудняют их непосредственное использование при организации малотоннажных производств метанола на месторождениях газа и среднетоннажных производств метанола на химических, нефтехимических и газоперерабатывающих предприятиях. The above-mentioned disadvantages of the technologies considered complicate their direct use in the organization of small-tonnage methanol production in gas fields and medium-tonnage methanol production in chemical, petrochemical and gas processing enterprises.

В настоящем изобретении ставятся следующие задачи: достижение высокой производительности процесса получения метанола на основе синтез-газа при одновременной высокой степени использования исходного сырья, снижение степени дезактивации катализаторов при длительной эксплуатации промышленной установки, получение целевого продукта метанола высокого качества. In the present invention, the following tasks are set: achieving a high productivity of the synthesis gas-based methanol production process with a simultaneous high degree of utilization of the feedstock, reducing the degree of catalyst deactivation during the long-term operation of an industrial plant, and obtaining the high-quality methanol target product.

Поставленные задачи достигаются способом получения метанола, включающим стадию получения синтез-газа, стадию регулирования содержания кислорода в нем, стадию каталитической конверсии синтез-газа в метанол в нескольких реакторах, включающих операции нагрева и конверсии синтез-газа, операцию охлаждения продуктов реакции и выделения метанола, операции утилизации "хвостовых" газов, в котором во входные зоны реакторов подается синтез-газ, содержащий более 20 об.% азота при мольном соотношении водорода и оксида углерода от 1,2:1 до 4:1 при повышенных температурах и давлениях. The objectives are achieved by a method for producing methanol, including a stage for producing synthesis gas, a stage for regulating the oxygen content in it, a stage for catalytic conversion of synthesis gas to methanol in several reactors, including heating and conversion of synthesis gas, cooling of reaction products and methanol evolution, utilization of tail gases, in which synthesis gas containing more than 20 vol.% nitrogen at a molar ratio of hydrogen and carbon monoxide from 1.2: 1 to 4: 1 at a higher GOVERNMENTAL temperatures and pressures.

Процесс синтеза метанола проводят предпочтительно в интервале температур 160-300oС, давлений 4,0-10,0 МПа, объемных скоростей потока 500-10000 час-1.The methanol synthesis process is preferably carried out in the temperature range 160-300 o C, pressure 4.0-10.0 MPa, volumetric flow rates of 500-10000 hour -1 .

По мере снижения активности катализатора в реакторы периодически подают синтез-газ, содержащий дополнительно кислород в количестве, не превышающем 0,9 об.%. As the catalyst activity decreases, synthesis gas is periodically fed to the reactors, additionally containing oxygen in an amount not exceeding 0.9% vol.

С целью снижения энергозатрат исходный синтез-газ можно разделить на два потока, один из которых обогащают водородом в массообменной установке мембранного типа и подают в первый каталитический реактор, а второй поток, обедненный водородом, смешивают с газовым потоком, покидающим, после выделения метанола, последний каталитический реактор, и смесь подают в энергетическую установку в качестве газового топлива. In order to reduce energy consumption, the initial synthesis gas can be divided into two streams, one of which is enriched with hydrogen in a membrane-type mass transfer unit and fed to the first catalytic reactor, and the second stream, depleted in hydrogen, is mixed with the gas stream leaving, after methanol evolution, the last a catalytic reactor, and the mixture is supplied to the power plant as gas fuel.

На фиг. 1 иллюстрируется сущность предлагаемого изобретения, которая предполагает использование установки, состоящей из последовательно соединенных реакторов, ориентированных, во-первых, на регулирование содержания кислорода в синтез-газе, во-вторых, на синтез метанола из синтез-газа с промежуточным выводом метанола после каждого каталитического реактора. In FIG. 1 illustrates the essence of the invention, which involves the use of a plant consisting of series-connected reactors oriented, firstly, to regulate the oxygen content in the synthesis gas, and secondly, to synthesize methanol from synthesis gas with an intermediate methanol outlet after each catalytic the reactor.

Синтез-газ, полученный в энергетических машинах в результате реакции гомогенного парциального окисления природного газа, содержит 1,2-1,5 об.% кислорода. Последний имеет концентрацию большую, чем допустимая концентрация во входных потоках реакторов синтеза метанола. Ее снижение до значений 0-0,9 об. % достигается в кислородном реакторе 1, в котором проводится окисление кислородом оксида углерода до диоксида углерода в синтез-газе, предварительно нагретом до заданной температуры в теплообменнике 5. Получение метанола осуществляется в каталитических реакторах 2, 3, 4, загруженных промотированным медно-цинковым катализатором, каждый из которых имеет входную зону 7 и основную зону проведения каталитической реакции 8. Зоны 8 соединены с теплообменниками-конденсаторами 9, 12, 15, а последние - с сепараторами 10, 13, 16. Перед входом в установку синтез-газ проходит через компрессор и поступает в теплообменник 5. The synthesis gas obtained in energy machines as a result of the reaction of homogeneous partial oxidation of natural gas contains 1.2-1.5 vol.% Oxygen. The latter has a concentration higher than the permissible concentration in the input streams of methanol synthesis reactors. Its decrease to values of 0-0.9 vol. % is achieved in an oxygen reactor 1, in which oxygen is oxidized by carbon monoxide to carbon dioxide in synthesis gas pre-heated to a predetermined temperature in a heat exchanger 5. Methanol is produced in catalytic reactors 2, 3, 4 loaded with a promoted copper-zinc catalyst, each of which has an input zone 7 and the main zone of the catalytic reaction 8. Zones 8 are connected to heat exchangers-condensers 9, 12, 15, and the latter to separators 10, 13, 16. Before entering the synthesizer -gaz passes through the compressor and enters the heat exchanger 5.

На фиг.2 схематично изображена энерготехнологическая установка получения метанола в соответствии с п.4 формулы изобретения. Установка дополнительно содержит мембранный элемент 17, паровую турбину 20, печь подогрева парогазовых потоков 19, газовую турбину 18. Figure 2 schematically shows an energy-technological installation for the production of methanol in accordance with paragraph 4 of the claims. The installation further comprises a membrane element 17, a steam turbine 20, a furnace for heating gas-vapor streams 19, a gas turbine 18.

Энергохимический способ получения метанола реализуется на установке, представленной на фиг.1, 2, следующим образом. The energy-chemical method for producing methanol is implemented on the installation shown in figure 1, 2, as follows.

Исходное сырье - синтез-газ (полученный парциальным окислением природного газа в двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах или каталитических реакторах) подается с объемной скоростью 500-10000 час-1 в компрессор 5, где компремируется до давления, например, 5,0-7,0 МПа. Затем он направляется в реактор 1, в котором осуществляется каталитический процесс окисления части оксида углерода синтез-газа остаточным кислородом выходных газов двигателя внутреннего сгорания. Далее синтез-газ с заданной концентрацией кислорода подается в теплообменник 6, где нагревается продуктовыми потоками реактора 2 до температуры, близкой к температуре начала реакции получения метанола. После теплообменника 6 синтез-газ направляется в реактор 2, во входной зоне 7 которого он нагревается до температуры реакции. Затем синтез-газ проходит зону 8, в которой происходит основная конверсия синтез-газа в метанол. В зоне 7 исходные реактанты нагреваются кипящим в рубашке каталитического реактора теплоносителем, а в зоне 8 - за счет тепловыделения вследствие протекания химических реакций. Из реактора 1 газовый поток проходит теплообменник 6, где нагревает исходное сырье до температуры, близкой к температуре начала реакции. Далее газовый поток через холодильник-конденсатор 9 направляется в сепаратор 10, где осуществляется конденсация метанола, а не конденсирующиеся газы направляются в теплообменник 11 и далее во входную зону 7 реактора 3.The feedstock is synthesis gas (obtained by partial oxidation of natural gas in internal combustion engines, gas turbines or catalytic reactors) is supplied with a space velocity of 500-10000 h -1 in compressor 5, where it is compressed to a pressure of, for example, 5.0-7, 0 MPa. Then it is sent to the reactor 1, in which the catalytic process of oxidizing part of the carbon monoxide of the synthesis gas by the residual oxygen of the exhaust gases of the internal combustion engine is carried out. Next, the synthesis gas with a given oxygen concentration is fed into the heat exchanger 6, where it is heated by the product flows of the reactor 2 to a temperature close to the temperature at which the methanol production reaction begins. After the heat exchanger 6, the synthesis gas is sent to the reactor 2, in the inlet zone 7 of which it is heated to the reaction temperature. Then, synthesis gas passes through zone 8, in which the main conversion of synthesis gas to methanol takes place. In zone 7, the initial reactants are heated by the coolant boiling in the jacket of the catalytic reactor, and in zone 8 due to heat release due to chemical reactions. From the reactor 1, a gas stream passes through a heat exchanger 6, where it heats the feedstock to a temperature close to the temperature at which the reaction began. Next, the gas stream through the refrigerator-condenser 9 is sent to the separator 10, where methanol is condensed, and non-condensing gases are sent to the heat exchanger 11 and then to the inlet zone 7 of the reactor 3.

Условия эксплуатации реакторов 3, 4 аналогичны условиям эксплуатации реактора 1. Из реактора 4 продуктовый газовый поток подается через холодильник-конденсатор 15 в сепаратор 16, где осуществляется конденсация метанола, а неконденсирующиеся газы подаются в блок утилизации "хвостовых" газов (представлен на фиг.2). Система транспортных газовых коммуникаций установки организована таким образом, что периодически синтез-газ с большей концентрацией кислорода может подаваться в каждый из реакторов 2, 3, 4. The operating conditions of the reactors 3, 4 are similar to those of the reactor 1. From the reactor 4, the product gas stream is fed through the refrigerator-condenser 15 to the separator 16, where methanol is condensed, and non-condensable gases are fed to the tail gas recovery unit (shown in Fig. 2 ) The system of gas transport communications of the installation is organized in such a way that periodically synthesis gas with a higher oxygen concentration can be supplied to each of the reactors 2, 3, 4.

Вариант способов, соответствующий п.4, осуществляется следующим образом. A variant of the methods corresponding to claim 4 is as follows.

Сырье - синтез-газ с высоким содержанием азота, превышающим 20 об.%, подается в компрессор, на всасывающую линию первой ступени которого поступает пермеатный поток из мембранного аппарата 17. В мембранный аппарат поступает меньшая часть потока синтез-газа из компрессора 5. В элементе 17 поток газа разделяется на два потока. Первый - пермеатный поток обогащается водородом, второй - ретантный поток обедняется водородом и обогащается азотом. Raw materials - synthesis gas with a high nitrogen content exceeding 20 vol.%, Is fed to the compressor, the permeate stream from the membrane apparatus 17 enters the first stage suction line. The smaller part of the synthesis gas stream from compressor 5 enters the membrane apparatus 17, the gas stream is divided into two streams. The first - the permeate stream is enriched with hydrogen, the second - the retentate stream is depleted in hydrogen and enriched in nitrogen.

Обогащенный водородом сырьевой поток, компремированный в компрессоре 5, проходит через три последовательно соединенных реактора 2, 3, 4 с образованием метанола в каждом из них. В сепараторах 10, 13, 16 произведенный метанол отделяется от газового потока, собирается в общую емкость и выводится из установки. Непрореагировавший, неконденсирующийся синтез-газ после сепаратора 16 объединяется с ретантным потоком мембранного элемента 17 и направляется в газовую турбину 18 для выработки электроэнергии. Дымовые газы турбины 18 поступают в печь 19 для перегрева пара, поступающего из реакторов 2, 3, 4. Перегретый пар поступает в паровую турбину 20 для выработки электроэнергии. The hydrogen-rich feed stream, compressed in compressor 5, passes through three series-connected reactors 2, 3, 4 with the formation of methanol in each of them. In separators 10, 13, 16, the methanol produced is separated from the gas stream, collected in a common tank and removed from the installation. The unreacted, non-condensing synthesis gas after the separator 16 is combined with the retant flow of the membrane element 17 and sent to the gas turbine 18 to generate electricity. The flue gases of the turbine 18 enter the furnace 19 to superheat the steam coming from the reactors 2, 3, 4. The superheated steam enters the steam turbine 20 to generate electricity.

Приведенными примерами не исчерпываются все возможные реализации способа получения метанола. The above examples do not exhaust all possible implementations of the methanol production process.

Следовательно, физико-химический смысл предлагаемого изобретения заключается в том, что синтез метанола в среде синтез-газа и азота (с содержанием более 20 об.%) на промотированных медно-цинковых катализаторах осуществляется в присутствии кислорода, концентрация которого определенным образом изменяется со временем, что позволяет регулировать степень восстановленности поверхности катализатора, что обеспечивает его повышенные эксплуатационные характеристики. Therefore, the physicochemical meaning of the invention lies in the fact that the synthesis of methanol in the medium of synthesis gas and nitrogen (with a content of more than 20 vol.%) On promoted copper-zinc catalysts is carried out in the presence of oxygen, the concentration of which varies in a certain way over time, which allows you to adjust the degree of reduction of the surface of the catalyst, which ensures its increased operational characteristics.

Изобретение поясняется приведенными ниже конкретными примерами воплощения способа. The invention is illustrated by the following specific examples of embodiments of the method.

Пример 1. В энергетическую машину (дизель) подается 1002 м3/ч метана и окислитель (воздух). Коэффициент избытка окислителя 0,34. Образуется 5400 м3/ч синтез-газа состава, об.%: Н2 27, СО 14, N2 52, СO2 2,5, O2 0,9. При получении 1000 м3 чистого синтез-газа (без азота) вырабатывается более 0,35 МВт электроэнергии.Example 1. 1002 m 3 / h of methane and an oxidizing agent (air) are supplied to an energy machine (diesel). The excess ratio of the oxidizing agent is 0.34. 5400 m 3 / h of synthesis gas is formed, vol.%: H 2 27, CO 14, N 2 52, CO 2 2.5, O 2 0.9. Upon receipt of 1000 m 3 of pure synthesis gas (without nitrogen), more than 0.35 MW of electricity is generated.

Вырабатываемый синтез-газ (фиг. 2) подается в каталитический реактор 1 очистки от кислорода. В исходном сырье содержание кислорода 0,0% на выходе из реактора 1, объемная скорость сырья 2500 час-1. После каталитического реактора 1 сырье при давлении 6,0 МПа и температуре 195oС (сырье нагревается продуктовыми потоками реактора 2) подается в течение 120 часов в реактор 2, в котором образуется 495 кг/час метанола. Реакционная смесь на выходе из реактора 2 охлаждается в теплообменнике 9 и из сепаратора 10 неконденсирующиеся газы поступают в реактор 3, в котором образуется 195 кг/ч катализата. Продуктовая смесь на выходе из реактора 3 поступает в теплообменник 12 и сепаратор 13. Неконденсирующиеся газовые компоненты подаются после нагрева продуктовыми потоками реактора 4 в реактор 4, в котором образуется 97 кг/час метанола. Он после охлаждения газовой смеси в теплообменнике 15 отделяется в сепараторе 16. "Хвостовые" газы направляются в газовую турбину для выработки электроэнергии.The generated synthesis gas (Fig. 2) is supplied to the oxygen purification catalytic reactor 1. In the feedstock, the oxygen content of 0.0% at the outlet of the reactor 1, the volumetric rate of the feedstock 2500 hours -1 . After the catalytic reactor 1, the feed at a pressure of 6.0 MPa and a temperature of 195 o C (the feed is heated by the product streams of the reactor 2) is supplied for 120 hours to the reactor 2, in which 495 kg / h of methanol is formed. The reaction mixture at the outlet of the reactor 2 is cooled in the heat exchanger 9 and from the separator 10 non-condensable gases enter the reactor 3, in which 195 kg / h of catalysis is formed. The product mixture at the outlet of the reactor 3 enters the heat exchanger 12 and the separator 13. Non-condensable gas components are fed after heating by the product flows of the reactor 4 into the reactor 4, in which 97 kg / h of methanol is formed. After cooling the gas mixture in the heat exchanger 15 is separated in the separator 16. "Tail" gases are sent to a gas turbine to generate electricity.

После 300 часов эксплуатации установки по приведенной выше схеме работа реактора 1 организуется таким образом, чтобы в исходном сырье, поступающем во второй реактор, содержание кислорода было 0,2 об.%. Длительность работы установки при таком составе сырья 20 часов. Затем 150 часов установка вновь эксплуатируется при отсутствии кислорода в исходном синтез-газе. Далее цикл подачи кислорода с заданным временным интервалом повторяется. After 300 hours of operation of the installation according to the above scheme, the operation of reactor 1 is organized in such a way that the oxygen content in the feedstock entering the second reactor is 0.2 vol.%. The duration of the installation with this composition of raw materials is 20 hours. Then, for 150 hours, the installation is re-operated in the absence of oxygen in the feed synthesis gas. Further, the oxygen supply cycle is repeated with a specified time interval.

После каждых 720 часов работы установки переключается схема подачи исходного сырья в реактор. Первые 720 часов работы реакторы работают в последовательности 1-->2-->3, последующие 720 часов - в последовательности 2-->3-->1, следующие 720 часов - в последовательности 3-->1-->2 и, наконец, через 720 часов - вновь по схеме 1-->2-->3. After every 720 hours of operation of the installation, the feedstock feed circuit switches to the reactor. For the first 720 hours of operation, the reactors operate in the sequence 1 -> 2 -> 3, the next 720 hours in the sequence 2 -> 3 -> 1, the next 720 hours in the sequence 3 -> 1 -> 2 and finally, after 720 hours - again according to scheme 1 -> 2 -> 3.

Общая средняя производительность установки по приведенной выше схеме по метанолу в год составляет 787 кг/час, по схеме организации процесса согласно патенту-прототипу - менее 747 кг/час. Состав метанола, произведенного по новой технологии: метанол - 98,8 мас.%, вода - 1,2 мас.%. Содержание органических соединений (этанол, пропанол, формиаты, диметиловый эфир) в следовых количествах. The total average productivity of the installation according to the above scheme for methanol per year is 787 kg / hour, according to the process organization scheme according to the patent prototype - less than 747 kg / hour. The composition of methanol produced by the new technology: methanol - 98.8 wt.%, Water - 1.2 wt.%. The content of organic compounds (ethanol, propanol, formates, dimethyl ether) in trace amounts.

Пример 2. В энергетической машине вследствие парциального окисления 1005 м3/час природного газа получают 5400 м3/час синтез-газа состава, об.%: водород 37,2, оксид углерода 18,5, диоксид углерода 2,5, метан 1,5, остальное - азот.Example 2. In the energy machine due to the partial oxidation of 1005 m 3 / h of natural gas, 5400 m 3 / h of synthesis gas of the composition, vol.%: Hydrogen 37.2, carbon monoxide 18.5, carbon dioxide 2.5, methane 1 , 5, the rest is nitrogen.

Полученный синтез-газ с содержанием кислорода 0,0 об.% из реактора 1 подается после нагрева продуктовыми газами реактора 2 в реактор 2, в котором при давлении 7,0 МПа, температуре 210oС, объемной скорости потока 4000 час-1 осуществляется синтез метанола. После охлаждения в теплообменнике 9 и конденсации в сепараторе 10 из газа метанола-сырца и воды неконденсирующиеся газовые компоненты подаются после предварительного нагрева продуктовыми потоками реактора 3 в реактор 3. Давление в реакторе 3 7,0 МПа, температура 220oС. После охлаждения в теплообменнике 12 и конденсации в сепараторе 13 метанола-сырца неконденсирующиеся газовые компоненты нагреваются продуктовыми газами реактора 4 и поступают в реактор 4, в котором при давлении 6,9 МПа и температуре 220oС проводится синтез метанола. На выходе из реактора 4 после охлаждения продуктовой смеси в теплообменнике 15 и конденсации метанола-сырца в сепараторе 16 неконденсирующиеся газы направляются в газовую турбину для выработки электроэнергии.The resulting synthesis gas with an oxygen content of 0.0 vol.% From the reactor 1 is fed after heating with the product gases of the reactor 2 to the reactor 2, in which at a pressure of 7.0 MPa, a temperature of 210 o C, a volumetric flow rate of 4000 h -1 the synthesis methanol. After cooling in the heat exchanger 9 and condensation in the separator 10 from raw methanol gas and water, non-condensable gas components are fed after pre-heating with the product flows of the reactor 3 to the reactor 3. The pressure in the reactor 3 is 7.0 MPa, the temperature is 220 o C. After cooling in the heat exchanger 12 and condensation in the raw methanol separator 13, non-condensable gas components are heated by the product gases of reactor 4 and enter reactor 4, in which methanol is synthesized at a pressure of 6.9 MPa and a temperature of 220 ° C. At the outlet of the reactor 4 after cooling the product mixture in the heat exchanger 15 and condensation of the crude methanol in the separator 16, non-condensable gases are sent to the gas turbine to generate electricity.

При проведении процесса при отсутствии кислорода в синтез-газе и без переключения входного потока синтез-газа на реакторы 3 и 4 средняя производительность каждого реактора за 1600 часов его работы составляет: 2 - 749,4 кг/час, 3 - 336,5 кг/час, 4 - 137,3 кг/час. Общая средняя производительность установки 1223,2 кг/час. When carrying out the process in the absence of oxygen in the synthesis gas and without switching the input stream of the synthesis gas to reactors 3 and 4, the average productivity of each reactor for 1600 hours of its operation is: 2 - 749.4 kg / h, 3 - 336.5 kg / hour, 4 - 137.3 kg / hour. The total average productivity of the installation is 1223.2 kg / h.

При реализации режимов эксплуатации работы установки (при концентрации кислорода 0,4 об.% и длительности обработки катализатора 10 часов) при периодической схеме подачи кислорода средняя производительность первого реактора в трехреакторном узле синтеза метанола составляет 810,0 кг/час, второго - 362,2 кг/час, третьего - 163,3 кг/час. Общая средняя производительность установки 1335,5 кг/час. После 8000 час эксплуатации реакторного узла его общая средняя производительность при периодической схеме подачи кислорода составила 1175,24 кг/час (88%). При этом средняя производительность реактора 2 - 696,6 кг/час (86%), реактора 3 - 332,4 кг/час (89%), реактора 4 - 146,24 кг/час (89,5%). When operating modes of the unit operation are implemented (at an oxygen concentration of 0.4 vol% and a catalyst treatment time of 10 hours) with a periodic oxygen supply scheme, the average productivity of the first reactor in the three-reactor methanol synthesis unit is 810.0 kg / h, and the second 362.2 kg / hour, the third - 163.3 kg / hour. The total average productivity of the installation is 1335.5 kg / h. After 8000 hours of operation of the reactor unit, its total average productivity with a periodic oxygen supply scheme was 1175.24 kg / h (88%). The average productivity of reactor 2 is 696.6 kg / hr (86%), reactor 3 is 332.4 kg / hr (89%), and reactor 4 is 146.24 kg / hr (89.5%).

Пример 3. В энергетической машине проводится парциальное окисление 1020 м3/час природного газа. Состав полученного синтез-газа, об.%: водород 29, оксид углерода 16, диоксид углерода 3, остальное - инертные компоненты (азот и метан). Поток синтез-газа направляется на мембранный элемент, в котором он делится на два потока - пермеатный (4640 м3/час) и ретантный (760 м3/час). Пермеатный поток, обогащенный водородом до концентрации 33 об.%, направляется через реактор 1 в реактор 2, в котором при давлении 7,0 МПа, температуре 205oС и объемной скорости потока 3200 час-1 при концентрации кислорода 0,0 об. % образуется 489 кг/час метанола. В реакторе 3 при 7,0 МПа и 205oС получено 158,5 кг/час метанола, в реакторе 4 при 7,0 МПа и 210oС - 83,4 кг/час метанола. Средняя производительность установки за 1500 часов работы 730,9 кг/час метанола.Example 3. In an energy machine, a partial oxidation of 1020 m 3 / h of natural gas is carried out. The composition of the obtained synthesis gas, vol.%: Hydrogen 29, carbon monoxide 16, carbon dioxide 3, the rest are inert components (nitrogen and methane). The flow of synthesis gas is directed to the membrane element, in which it is divided into two streams - permeate (4640 m 3 / h) and retant (760 m 3 / h). The permeate stream, enriched in hydrogen to a concentration of 33 vol.%, Is sent through reactor 1 to reactor 2, in which at a pressure of 7.0 MPa, a temperature of 205 o C and a volumetric flow rate of 3200 h -1 at an oxygen concentration of 0.0 vol. % formed 489 kg / h of methanol. In reactor 3 at 7.0 MPa and 205 ° C, 158.5 kg / h of methanol was obtained, in reactor 4 at 7.0 MPa and 210 ° C, 83.4 kg / h of methanol. The average productivity of the plant for 1500 hours of operation is 730.9 kg / h of methanol.

Ретантный поток, объединенный с продуктовым газовым потоком реактора 4, направляется на газовую турбину для выработки электроэнергии. The retant stream combined with the product gas stream of the reactor 4 is directed to a gas turbine to generate electricity.

При дополнительном дозировании в синтез-газ кислорода до концентрации 0,6 об. % и длительности активации катализаторов в каждом реакторе 10 часов средняя производительность установки за 1500 часов работы составляет 752,0 кг/час (при условиях проведения процесса, определяемых в примере 3). With additional dosing of oxygen into the synthesis gas to a concentration of 0.6 vol. % and the duration of activation of the catalysts in each reactor for 10 hours, the average productivity of the installation for 1500 hours of operation is 752.0 kg / hour (under the process conditions defined in example 3).

При дозировании в синтез-газ кислорода до концентрации 0,8 об.% и длительности активации катализаторов в каждом реакторе 10 часов средняя производительность установки за 1500 часов работы составляет 732,0 кг/час (при условиях проведения процесса, определяемых в примере 3). При дозировании в синтез-газ кислорода качество целевого продукта - метанола не ухудшается. When dosing oxygen to synthesis gas to a concentration of 0.8 vol% and a catalyst activation time of 10 hours in each reactor, the average plant productivity for 1500 hours of operation is 732.0 kg / hour (under the process conditions defined in Example 3). When dosing oxygen into synthesis gas, the quality of the target product, methanol, does not deteriorate.

Пример 4. В энергетической машине проводится парциальное окисление 1234 нм3/час природного газа. Получают 4100 нм3/час синтез-газа состава, об.%: водород 47,2, оксид углерода 25,1, диоксид углерода 5,0, азот 22,0, остальное - метан.Example 4. In an energy machine, a partial oxidation of 1234 nm 3 / h of natural gas is carried out. Get 4100 nm 3 / hour of synthesis gas composition, vol.%: Hydrogen 47.2, carbon monoxide 25.1, carbon dioxide 5.0, nitrogen 22.0, the rest is methane.

Полученный синтез-газ с содержанием кислорода 0,0 об.% из реактора 1 подают после нагрева продуктовыми газами реактора 2 в реактор 2, в котором при давлении 10,0 МПа, температуре 240oС, объемной скорости потока 10000 час-1 осуществляется синтез метанола. После охлаждения в теплообменнике 9 и конденсации из газа метанола-сырца и воды неконденсирующиеся газовые компоненты подают после предварительного нагрева продуктовыми потоками реактора 3 в реактор 3. Давление в реакторе 3 9,9 МПа, температура 230oС. После охлаждения в теплообменнике 12 и конденсации в сепараторе 13 метанола-сырца неконденсирующиеся газовые компоненты нагревают продуктовыми газами реактора 4 и подают в реактор 4, в котором при давлении 9,9 МПа и температуре 220oС проводят синтез метанола. На выходе из реактора 4 после охлаждения продуктовой смеси в теплообменнике 15 и конденсации метанола-сырца в сепараторе 16 неконденсирующиеся газы направляют в газовую турбину для выработки электроэнергии.The resulting synthesis gas with an oxygen content of 0.0 vol.% From the reactor 1 is fed after heating with the product gases of the reactor 2 to the reactor 2, in which at a pressure of 10.0 MPa, a temperature of 240 o C, a volumetric flow rate of 10,000 h -1 synthesis methanol. After cooling in the heat exchanger 9 and condensation from raw methanol gas and water, non-condensable gas components are fed after pre-heating with the product flows of the reactor 3 to the reactor 3. The pressure in the reactor 3 is 9.9 MPa, a temperature of 230 o C. After cooling in the heat exchanger 12 and condensation in the raw methanol separator 13, non-condensable gas components are heated with the product gases of reactor 4 and fed to reactor 4, in which methanol synthesis is carried out at a pressure of 9.9 MPa and a temperature of 220 ° C. At the outlet of the reactor 4 after cooling the product mixture in the heat exchanger 15 and condensation of the crude methanol in the separator 16, non-condensable gases are sent to a gas turbine to generate electricity.

При проведении процесса при отсутствии кислорода в синтез-газе средняя производительность каждого реактора за 200 часов его работы составляет: 2 - 630,0 кг/час, 3 - 270,2 кг/час, 4 - 92,4 кг/час. Общая средняя производительность установки 992,6 кг/час. When carrying out the process in the absence of oxygen in the synthesis gas, the average productivity of each reactor for 200 hours of its operation is: 2 - 630.0 kg / h, 3 - 270.2 kg / h, 4 - 92.4 kg / h. The total average productivity of the installation is 992.6 kg / h.

При реализации режимов эксплуатации установки (при концентрации кислорода 0,6 об. % и длительности обработки катализатора 10 часов) при периодической схеме подачи кислорода средняя производительность первого реактора в трехреакторном узле синтеза метанола составляет 676,2 кг/час, второго - 301,8 кг/час, третьего - 137,9 кг/час. Общая производительность установки 1115,9 кг/час. При дозировании в синтез-газ кислорода качество целевого продукта - метанола не ухудшается. When implementing plant operation modes (at an oxygen concentration of 0.6 vol.% And a catalyst treatment time of 10 hours) with a periodic oxygen supply scheme, the average productivity of the first reactor in the three-reactor methanol synthesis unit is 676.2 kg / hour, and the second - 301.8 kg / hour, of the third - 137.9 kg / hour. The total productivity of the installation is 1115.9 kg / h. When dosing oxygen into synthesis gas, the quality of the target product, methanol, does not deteriorate.

Claims (3)

1. Способ получения метанола, включающий стадии получения синтез-газа, каталитической конверсии полученного синтез-газа в метанол в нескольких реакторах при повышенных температурах и давлениях, охлаждения продуктов реакции, выделения метанола и утилизации "хвостовых" газов, отличающийся тем, что во входные зоны реакторов подают синтез-газ, содержащий более 20 об. % азота, при мольном соотношении водорода к оксиду углерода в интервале от 1,2: 1 до 4:1, с периодической подачей синтез-газа, содержащего дополнительно кислород в количестве не превышающем 0,9 об.%. 1. A method for producing methanol, including the steps of producing synthesis gas, catalytically converting the resulting synthesis gas to methanol in several reactors at elevated temperatures and pressures, cooling the reaction products, recovering methanol and utilizing tail gases, characterized in that in the input zones reactors supply synthesis gas containing more than 20 vol. % nitrogen, with a molar ratio of hydrogen to carbon monoxide in the range from 1.2: 1 to 4: 1, with a periodic supply of synthesis gas containing additional oxygen in an amount not exceeding 0.9 vol.%. 2. Способ получения метанола по п. 1, отличающийся тем, что процесс синтеза метанола проводится в интервале температур 160-300oС, давлении 4,0-10,0 МПа, объемных скоростей потока 500-10000 ч-1.2. The method of producing methanol according to claim 1, characterized in that the methanol synthesis process is carried out in the temperature range 160-300 o C, a pressure of 4.0-10.0 MPa, volumetric flow rates of 500-10000 h -1 . 3. Способ получения метанола по пп.1 и 2, отличающийся тем, что исходный синтез-газ делят на два потока, один из которых обогащают водородом в массообменной установке мембранного типа и подают в первый каталитический реактор, а второй поток, обедненный водородом, смешивают с газовым потоком, покидающим последний каталитический реактор после выделения метанола, и смесь подают в энергетическую установку в качестве газового топлива. 3. A method for producing methanol according to claims 1 and 2, characterized in that the initial synthesis gas is divided into two streams, one of which is enriched with hydrogen in a membrane-type mass transfer unit and fed into the first catalytic reactor, and the second stream depleted in hydrogen is mixed with a gas stream leaving the last catalytic reactor after methanol is isolated, and the mixture is supplied to the power plant as gas fuel.
RU2001122362A 2001-08-10 2001-08-10 Method of production of methanol RU2202531C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001122362A RU2202531C1 (en) 2001-08-10 2001-08-10 Method of production of methanol

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001122362A RU2202531C1 (en) 2001-08-10 2001-08-10 Method of production of methanol

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2202531C1 true RU2202531C1 (en) 2003-04-20

Family

ID=20252538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001122362A RU2202531C1 (en) 2001-08-10 2001-08-10 Method of production of methanol

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2202531C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472765C1 (en) * 2011-04-26 2013-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Production method of methanol
RU2663432C1 (en) * 2017-08-08 2018-08-06 Юрий Владимирович Загашвили Synthesis gas production process control method for the low-tonnage methanol production

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472765C1 (en) * 2011-04-26 2013-01-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева) Production method of methanol
RU2663432C1 (en) * 2017-08-08 2018-08-06 Юрий Владимирович Загашвили Synthesis gas production process control method for the low-tonnage methanol production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4309359A (en) Energy process in methanol synthesis
Tijm et al. Methanol technology developments for the new millennium
RU2524720C2 (en) Complex installation for gas processing
US20220348461A1 (en) Process for the conversion of carbon dioxide
KR20230085907A (en) Process for producing a gas stream comprising carbon monoxide
RU2011101927A (en) DEVICE AND METHODS FOR HYDROGEN AND CARBON MONOXIDE TREATMENT
JP2009179591A (en) Method for producing methanol
CN110177772B (en) Combined production of methanol, ammonia and urea
Yang et al. Thermodynamic analysis of chemical looping coupling process for coproducing syngas and hydrogen with in situ CO2 utilization
WO2022235310A2 (en) Improved catalytic reactor system and catalyst for conversion of captured co2 and renewable h2 into low-carbon syngas
GB2139644A (en) Synthesis gas
CN109095438B (en) Biomass multistage conversion combined hydrogen production device and working method thereof
RU2202531C1 (en) Method of production of methanol
AU2018207831B2 (en) Method and device for producing organic compounds from biogas
RU2515477C2 (en) Method of obtaining hydrogen
RU2203214C1 (en) Methanol production process
RU2198838C1 (en) Method of methanol producing
JP2024509639A (en) How to control a gas fermentation platform for improved conversion of carbon dioxide to products
JPS61286203A (en) Reforming method for methanol
RU2152378C1 (en) Method of preparing methanol
RU2188790C1 (en) Method of production of methanol
RU184920U1 (en) Small-capacity hydrogen production unit
CN115504861B (en) Coupling CO 2 Process method for preparing methanol by hydrogenation
CN115784148B (en) Self-heating self-pressurizing efficient ammonia decomposition hydrogen production system and hydrogen production method thereof
CN214223794U (en) Conversion and utilization system for discharged purge gas of device for preparing low-carbon mixed alcohol from synthesis gas

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090811