ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2289566

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

Имя изобретателя: Сосна Михаил Хаймович (RU); Соколинский Юрий Абрамович (RU); Шилкина Марина Петровна 
Имя патентообладателя: Сосна Михаил Хаймович
Адрес для переписки: 127018, Москва, ул. Октябрьская, 35, кв.129, М.Х. Сосне 
Дата начала действия патента: 2005.09.28 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к усовершенствованному способу получения метанола из синтез-газа, и может быть использовано на заводах, выпускающих метанол. Способ включает смешение синтез-газа с циркуляционным газом, нагревание полученной газовой смеси до начальной температуры синтеза, пропускание нагретого газа через дополнительно установленный предварительный адиабатический реактор, в котором происходит частичный синтез метанола с повышением температуры. Затем поток проходит дополнительно установленный утилизационный теплообменник, в котором происходит охлаждение полученной реакционной смеси до температуры начала реакции в первом слое катализатора основного реактора синтеза метанола, состоящего из нескольких адиабатических слоев катализатора. Затем происходит охлаждение прореагировавшего газа, выделение сконденсированного метанола-сырца и разделение несконденсированного газового потока на два: возвратный и продувочный. Далее производят сжатие возвратного несконденсированного потока в циркуляционном компрессоре, который затем поступает на смешение с синтез-газом. Соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора находится в пределах от 35 до 150%. Технический результат - дополнительно установленные адиабатический реактор и теплообменник приводят к увеличению выхода метанола и к снижению энергоемкости производства.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано на заводах, выпускающих метанол.

Известен способ производства метанола, описанный в книге Караваева М. «Технология синтетического метанола», М.: Химия, 1984 и предлагающий осуществление процесса синтеза метанола, в котором в качестве исходного газа используется синтез-газ, полученный методом конверсии природного газа, состоящий в основном из водорода, оксидов и диоксидов углерода.

Образование метанола протекает по следующим реакциям:

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, описанный в патенте SU 1799865 А1, предлагающий осуществление процесса синтеза метанола в две ступени, где первую стадию осуществляют в проточном реакторе, а вторую - в реакторе с рециклом с последующим выделением метанола после каждой стадии, и реализованный по технологической схеме, включающей: реактор синтеза, циркуляционный компрессор, рекуперативный теплообменник и узел конденсации.

К недостаткам указанного способа следует отнести:

1. Сложность реактора первой стадии, связанная с необходимостью отвода большого количества тепла.

2. Необходимость установки дополнительного оборудования для выделения метанола после первой ступени, такого как: холодильник-конденсатор, сепаратор.

3. Необходимость двукратного нагрева синтез-газа до температуры начала реакции.

Технической задачей данного изобретения является повышение производительности действующей установки синтеза метанола без изменения основного оборудования: реактора синтеза, циркуляционного компрессора, рекуперативного теплообменника и узла конденсации.

Поставленная задача достигается за счет установки:

1. предварительного адиабатического реактора синтеза метанола

на циркуляционном газе перед основным реактором синтеза;

2. утилизационного теплообменника, в котором синтез-газ после предварительного адиабатического реактора охлаждается до температуры начала реакции в основном реакторе.

Сущность изобретения в способе получения метанола, который включает:

- смешение синтез-газа с циркуляционным газом, которое осуществляется до или после циркуляционного компрессора;

- нагревание полученной газовой смеси до начальной температуры синтеза,

- пропускание нагретого газа через реактор синтеза метанола, состоящий из нескольких адиабатических слоев катализатора,

- охлаждение прореагировавшего газа,

- выделение сконденсированного метанола-сырца,

- разделение несконденсированного газового потока на два: возвратный и продувочный

- сжатие возвратного несконденсированного потока в циркуляционном компрессоре, -

заключается в том, что в существующую схему производства метанола включены:

а. предварительный адиабатический реактор синтеза метанола на циркуляционном газе перед основным реактором синтеза;

б. утилизационный теплообменник, в котором синтез-газ после предварительного адиабатического реактора охлаждается до температуры начала реакции в основном реакторе.

При этом соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора находится в пределах от 35 до 143%.

Тепло, снятое в утилизационном теплообменнике, используется в производстве метанола либо для:

- нагрева питательной деаэрированной воды;

- получения пара низкого или среднего давления;

- перегрева пара низкого или среднего давления;

- нагрева циркуляционного конденсата.

Утилизация тепла в синтезе способствует снижению энергоемкости производства метанола.

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

Технологическая схема (см. чертеж) предлагаемого способа заключается в следующем: синтез-газ (поток 1) под давлением 10.0-5.0 МПа подается на смешение с циркуляционным газом (поток 2). Часть полученной газовой смеси (поток 7) поступает в реактор синтеза (поз.4) в качестве холодных байпасов. Большая часть газовой смеси (поток 3) направляется в рекуперативный теплообменник (поз.), где нагревается до температуры начала реакции и далее (поток 4) поступает в предварительный адиабатический реактор синтеза метанола (поз.2). Прореагировавший газ (поток 5) поступает в утилизационный теплообменник (поз.3). для подогрева одного из технологических потоков (поток 14), перечисленных выше. Охлажденный газ (поток 6) направляется в основной реактор синтеза (поз.4).

Прореагировавший газ после основного реактора синтеза (поток 8) направляется в рекуперативный теплообменник (поз.1), где охлаждается, отдавая тепло газовой смеси, поступающей в предварительный адиабатический реактор (поток 4). После рекуперативного теплообменника (поток 9) поступает в холодильник-конденсатор (поз.5), и далее в сепаратор (поз.6), в котором происходит отделение жидкого метанола-сырца (поток 10) от не сконденсированного газового потока (поток 11).

Далее из отходящего не сконденсированного газового потока (поток 11) выводится продувочный газ (поток 12) с целью поддержания определенной концентрации инертных компонентов в цикле синтеза. Оставшийся газ (поток 13) возвращается в циркуляционный компрессор.

Возможность реализации изобретения может быть осуществлена следующими примерами.

Для всех расчетов примеров были приняты следующие постоянные величины:

1. Состав свежего синтез-газа, % об.:

СО - 13.6

СО2 - 13.7

Н 2 - 70.9

СН4 - 0.6

N2 - 0.7

Ar - 0.5

2. Давление синтез-газа - 90 ати.

3. Нагрузка по свежему синтез-газу - 17000 нм3/час.

4. Нагрузка на циркуляционный компрессор - 53000 нм3 /час.

5. Объем катализатора основного реактора - 8 м 3, число слоев - 4, объем катализатора в первом слое - 1.4 м3.

6. Температура конденсации метанола - 40°C.

Расчеты примеров выполнены с помощью программы, разработанной фирмой «НВФ Техногаз-ГИАП». Методика расчета основывается на уравнениях материального и теплового баланса, термодинамики и кинетики процесса синтеза метанола.

Пример 1

Расчет базового варианта без предварительного адиабатического реактора.

В качестве базового варианта принята схема, в которой отсутствует дополнительный предварительный адиабатический реактор. Производительность агрегата при этих условиях составляет 4.881 т/час метанола-ректификата.

Пример 2

Расчет варианта с предварительным адиабатическим реактором с объемом катализатора 0.5 м3. Соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора составляет 35%.

Производительность агрегата при этих условиях составляет 5.415 т/час метанола-ректификата.

Пример 3

Расчет варианта с предварительным адиабатическим реактором с объемом катализатора 1 м3.

Производительность агрегата при этих условиях составляет 5.585 т/час метанола-ректификата. Соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора составляет 71%.

Пример 4

Расчет варианта с предварительным адиабатическим реактором с объемом катализатора 2 м3.

Производительность агрегата при этих условиях составляет 5.749 т/час метанола-ректификата. Соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора составляет 143%.

Пример 5

Расчет варианта с предварительным адиабатическим реактором с объемом катализатора 3 м3.

Производительность агрегата при этих условиях составляет 5.787 т/час метанола-ректификата. Соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора составляет 214%.

Пример 6

Расчет варианта с предварительным адиабатическим реактором с объемом катализатора 4 м3.

Производительность агрегата при этих условиях составляет 5.823 т/час метанола-ректификата. Соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора составляет 286%.

Пример 7

Расчет варианта с предварительным адиабатическим реактором с объемом катализатора 5 м3.

Производительность агрегата при этих условиях составляет 5.836 т/час метанола-ректификата. Соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора составляет 357%.

Таблица
  Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5 Пример 6 Пример 7
Производительность, т/час 4.881 5.415 5.585 5.749 5.787 5.823 5.836
Объем катализатора дополнительного реактора, м 3 0 0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
% увеличения производительности 0 10.9 14.4 17.8 18.6 19.3 19.6
Отношение объемов предварительного реактора и первого слоя, % 0 35 71 143 214 286 357

Как видно из примеров 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, сведенных в таблицу:

- с ростом объема предварительного адиабатического реактора катализатора с 35 до 357% по отношению к первому слою производительность по метанолу возрастает от 10.9 до 19.6%;

- увеличение объема катализатора свыше 150% по отношению к первому слою не приводит к существенному увеличению производительности.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ производства метанола, включающий:

смешение синтез-газа с циркуляционным газом, нагревание полученной газовой смеси до начальной температуры синтеза, пропускание нагретого газа через реактор синтеза метанола, состоящий из нескольких адиабатических слоев катализатора, охлаждение прореагировавшего газа, выделение сконденсированного метанола-сырца и разделение несконденсированного газового потока на два: возвратный и продувочный, сжатие возвратного несконденсированного потока в циркуляционном компрессоре, отличающийся тем, что перед реактором синтеза метанола дополнительно устанавливают предварительный адиабатический реактор и утилизационный теплообменник и основной поток смеси циркуляционного и свежего газа проходит адиабатический реактор, в котором происходит частичный синтез метанола с повышением температуры, затем проходит утилизационный теплообменник, в котором происходит охлаждение полученной реакционной смеси до температуры начала реакции в первом слое основного реактора синтеза метанола.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение объемов катализатора предварительного адиабатического реактора и первого слоя основного реактора находится в пределах от 35 до 143%.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в утилизационном теплообменнике осуществляется либо нагрев питательной деаэрированной воды, либо получение пара низкого или среднего давления, либо перегрев пара низкого или среднего давления, либо нагрев циркуляционного конденсата.

Версия для печати
Дата публикации 07.04.2007гг


вверх