Способ производства метанола из продувочных газов
Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано, в частности, на заводах, выпускающих метанол и аммиак, а именно относится к усовершенствованному способу получения метанола из продувочного газа основного синтеза метанола или аммиака, включающему дозирование в продувочный газ основного синтеза сжатого диоксида углерода, нагревание полученной газовой смеси до начальной температуры синтеза, пропускание нагретого газа через катализатор синтеза метанола, охлаждение прореагировавшего газа, выделение сконденсированного метанола-сырца и разделение несконденсированного газового потока на два: возвратный и продувочный, причем возвратный поток для смешения с потоком продувочного газа основного синтеза направляют в один или два циркуляционных струйных компрессора и циркуляцию осуществляют а) либо за счет энергии давления продувочного газа основного синтеза, который подается в струйный компрессор, с последующим указанным дозированием в поток сжатого диоксида углерода, б) либо за счет энергии давления сжатого диоксида углерода, указанное дозирование которого осуществляют в струйный компрессор с последующим введением в поток продувочного газа основного синтеза, в) либо за счет энергии давления продувочного газа основного синтеза и энергии давления указанного сжатого диоксида углерода, которые подаются в один или два струйных компрессора. Продувочный газ производства аммиака или метанола эффективно используется для получения метанола без привлечения дополнительных водородосодержащих потоков. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано, в частности, на заводах, выпускающих метанол и аммиак.
Известен способ производства метанола, описанный в заявке РФ N 93054026, и предполагающий осуществление процесса синтеза метанола, в котором в качестве исходного водородсодержащего газа используется продувочный газ производства аммиака. Образование метанола протекает по следующим реакциям:
Продувочный газ состоит из водорода и инертных примесей: метан, азот, аргон и аммиак. При этом для обеспечения синтеза метанола в продувочные газы синтеза аммиака дозируется диоксид углерода в таком количестве, чтобы максимально использовать водород в продувочном газе. При этом величина факториала (f), представляющая отношение f=(Н2-CO2)/(CO2+СО), составляет 2.0-2.15. Основным недостатком указанного способа является низкая эффективность, которая обусловлена тем, что схема является проточной, а не циркуляционной. Известен также способ производства метанола, описанный в патенте US 5424335 и предполагающий осуществление процесса синтеза метанола в две ступени, одна из которых использует свежий синтез-газ, а вторая ступень осуществляет синтез метанола из продувочных газов синтеза метанола первой ступени по проточной схеме. К недостаткам указанного способа следует отнести
1. Низкое содержание оксида углерода и диоксида углерода в продувочном газе, что обуславливает низкую выработку метанола из указанных газов.
2. Проточная схема обуславливает малую степень срабатывания реагентов исходного синтез-газа и большой объем катализатора.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, описанный в патенте US 4226795. Способ, включающий нагревание продувочного газа до начальной температуры синтеза, пропускание газа через катализатор синтеза метанола, охлаждение прореагировавшего продувочного газа, выделение сконденсированного метанола, вывод из системы части несконденсированного потока продувочного газа и циркуляцию оставшейся части несконденсированного потока продувочного газа обратно в синтез метанола на продувочных газах и отличающийся
использованием в качестве исходного водородсодержащего газа продувочного газа производства аммиака, метанола и т.д.;
использованием дополнительного водородсодержащего газа с более низким давлением, чем давление продувочного газа, который является продувочным газом другого производства, повышением давления второго водородосодержащего газового потока за счет энергии продувочного газа в струйном компрессоре;
дозировкой оксидов углерода в газовую смесь для поддержания факториала в пределах от 2:1 до 12:1.
Для осуществления циркуляции несконденсированного потока продувочного газа используется циркуляционный компрессор с приводом.
К недостаткам указанного способа следует отнести.
1. Необходимость использования в качестве дополнительного сырья продувочный газ другого производства с более низким давлением, чем основной поток.
2. Дополнительные затраты энергии на привод циркуляционного компрессора.
Технической задачей данного изобретения является более эффективное использование продувочного газа производства аммиака или метанола для получения метанола без привлечения дополнительных водородосодержащих потоков.
Поставленная задача достигается за счет
1) дозировки сжатого диоксида углерода в продувочный газ;
2) осуществления процесса синтеза метанола из смеси продувочного газа производства аммиака или метанола с диоксидом углерода по циркуляционной схеме;
3) использования давления продувочного газа основного синтеза аммиака или метанола либо давления сжатого в компрессоре диоксида углерода для осуществления циркуляции с помощью струйного компрессора в установке синтеза метанола на продувочных газах.
Сущность изобретения в способе получения метанола из продувочного газа основного синтеза аммиака или метанола, который включает
- дозирование в продувочный газ основного синтеза сжатого диоксида углерода,
- нагревание полученной газовой смеси до начальной температуры синтеза,
- пропускание нагретого газа через катализатор синтеза метанола,
- охлаждение прореагировавшего газа, выделение сконденсированного метанола-сырца,
- разделение несконденсированного газового потока на два: возвратный и продувочный,
и заключается в следующем: возвратный несконденсированный поток для смешения с потоком продувочного газа основного синтеза направляют в один или два циркуляционных струйных компрессора и циркуляцию осуществляют
а) либо за счет энергии давления продувочного газа основного синтеза, которые подаются в струйный компрессор, с последующим указанным дозированием в поток сжатого диоксида углерода,
б) либо за счет энергии давления сжатого в компрессоре диоксида углерода, указанное дозирование которого осуществляют в струйный компрессор с последующим введением в поток продувочного газа основного синтеза,
в) либо за счет энергии давления продувочного газа основного синтеза и энергии давления указанного сжатого в компрессоре диоксида углерода. При условии равенства давления указанных потоков смесь указанных потоков подается в один струйный компрессор, а при условии неравенства давления указанных потоков каждый поток подается в индивидуальный струйный компрессор.
Кратность циркуляции изменяют в пределах от 1.1 до 5.0 в зависимости от давления технологических газов: продувочного газа основного синтеза и диоксида углерода. При этом, чем выше давление технологических газов, тем выше кратность циркуляции.
Проведение предлагаемого способа поясняется прилагаемыми упрощенными технологическими схемами (фиг.1, 2, 3, 4, 5) в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения.
Вариант 1 (фиг.1)
Продувочный газ основного синтеза аммиака или метанола (поток 1) под давлением 32-40 МПа подается в струйный компрессор, поз.9, туда же подается циркуляционный газ синтеза метанола на продувочных газах (поток 2). При этом давление смешанного газа на выходе из струйного компрессора (поток 3) достигает 8-9 МПа.
Далее к потоку 3 дозируется диоксид углерода, сжатый в компрессоре поз. 10 до того же давления 8-9 МПа (поток 6). Полученный поток 4 направляется в отделение синтеза метанола, поз.11. Из отделения синтеза метанола выводится метанол-сырец (поток 8) и отходящий газ (поток 5). Далее из отходящего потока выводится поток 7 как продувочный газ с целью поддержания определенной концентрации инертных компонентов в цикле синтеза. Оставшийся поток 2 возвращается в струйный циркуляционный компрессор.
Вариант 2 (фиг.2)
Диоксид углерода (поток 6), сжатый в компрессоре, поз. 10, до давления 32-40 МПа подается в струйный компрессор, поз.9. В струйный компрессор также подается циркуляционный газ синтеза метанола на продувочных газах (поток 2). При этом давление смешанного газа на выходе из струйного компрессора (поток 3) достигает 4.5-9.0 МПа. Далее поток 3 смешивается с продувочным газом основного синтеза (поток 1) под давлением 4.5-9.0 МПа. Полученный поток 4 направляется в отделение синтеза метанола, поз.11.
Из отделения синтеза метанола выводится метанол-сырец (поток 8) и отходящий газ (поток 5). Далее из отходящего потока выводится поток 7 как продувочный газ с целью поддержания определенной концентрации инертных компонентов в цикле синтеза. Оставшийся поток 2 возвращается в струйный циркуляционный компрессор.
Вариант 3 (фиг.3)
Диоксид углерода (поток 6), сжатый в компрессоре, поз.10, до давления 30-35 МПа, смешивается с потоком 1 продувочного газа производства аммиака или метанола под тем же давлением и смесь газов подается в струйный компрессор, поз.9. В струйный компрессор также подается циркуляционный газ синтеза метанола на продувочных газах (поток 2).
При этом давление смешанного газа на выходе из струйного компрессора (поток 3) достигает 4.5-9.0 МПа. Далее поток 3 направляется в отделение синтеза метанола, поз.11.
Из отделения синтеза метанола выводится метанол-сырец (поток 8) и отходящий газ (поток 5). Далее из отходящего потока выводится поток 7 как продувочный газ с целью поддержания определенной концентрации инертных компонентов в цикле синтеза. Оставшийся поток 2 возвращается в струйный циркуляционный компрессор.
Вариант 4 (фиг.5)
Диоксид углерода (поток 6), сжатый в компрессоре, поз.10, до давления 30-35 МПа, поступает в струйный компрессор, поз.12. В струйный компрессор, поз. 12, также подается часть циркуляционного газа синтеза метанола на продувочных газах (поток 2а). Из струйного компрессора, поз. 12, выходит поток 3. Продувочные газы производства аммиака или метанола (поток 1) под давлением, отличным от давления диоксида углерода, подаются в струйный компрессор, поз. 13. Туда же подается оставшаяся часть циркуляционного газа синтеза метанола на продувочных газах (поток 26). Из струйного компрессора, поз. 13, выходит поток 4. Потоки 3 и 4 смешиваются и образуют поток 9, который направляется в отделение синтеза метанола, поз. 11. Давление газовых потоков на выходе из струйных компрессоров должно быть одинаковым, что обусловлено соответствующим делением потока 2 на потоки 2а и 2б. Из отделения синтеза метанола выводится метанол-сырец (поток 8) и отходящий газ (поток 5). Далее из отходящего потока выводится поток 7 как продувочный газ с целью поддержания определенной концентрации инертных компонентов в цикле синтеза. Оставшийся поток 2 делится на два потока 2а и 2б, которые возвращаются в струйные компрессоры, поз.12 и 13.
Результаты, полученные при инженерных расчетах описанных выше вариантов процесса, приведены ниже в таблице 1. Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1 (иллюстрирует циркуляцию с электроприводом) (фиг.4)
Продувочный газ (поток 1) основного производства метанола имеет следующий состав: СО - 9.97%, СН4 - 8.95%, Н2 - 68.71%, CO2 - 0.58%, Ar - 2.6% N2 - 9.19%, расход 5140 нм3/час и давление 5.0 МПа. Продувочный газ смешивается с сжатым до 5.0 МПа диоксидом углерода (поток 6) в количестве 770 нм3/час. Смесь газов (поток 3) поступает на всас циркуляционного компрессора, поз.9, предварительно смешавшись с циркуляционным газом (поток 2). Сжатый циркуляционный газ (поток 4) поступает в отделение синтеза, поз.11. Циркуляционный компрессор с электроприводом обеспечивает кратность циркуляции 4.5. Из отделения синтеза метанола выводится метанол-сырец (поток 8) в количестве 1.043 т/час и остаточный газ (поток 5). Далее из остаточного газа отделяется продувочный газ (поток 7), оставшийся газ (поток 2) возвращается на всас циркуляционного компрессора. Расход электроэнергии на сжатие диоксида углерода и осуществление циркуляции составляет 336 кВт·ч на тонну метанола сырца.
Пример 2 (фиг.1)
Продувочный газ (поток 1) основного производства метанола имеющий следующий состав: СО - 9.97%, СН4 - 8.95%, Н2 - 68.71%, CO2 - 0.58%, Ar - 2.6%, N2 - 9.19%, расход 5140 нм3/час и давление 40.0 МПа, подается в струйный компрессор, поз.9, туда же подается циркуляционный газ синтеза метанола на продувочных газах (поток 2) в количестве 14991 нм3/час, что соответствует кратности циркуляции 2.54. При этом давление смешанного газа на выходе из струйного компрессора (поток 3) достигает 9.0 МПа. Далее к потоку 3 дозируется диоксид углерода (поток 6) в количестве 770 нм3/час и сжатый до давления 9.0 МПа. Полученный поток 4 направляется в отделение синтеза метанола, поз.11, где происходит образование метанола. Из отделения синтеза метанола выводится метанол-сырец (поток 8) в количестве 1.578 т/час и при этом расход электроэнергии на сжатие диоксида углерода составляет 101 кВт·ч на тонну метанола сырца.
Пример 3 (фиг.2)
Диоксид углерода в количестве 770 нм3/час (поток 6) сжимается в компрессоре, поз.10, до 35.0 МПа подается в струйный компрессор, поз.9, туда же подается циркуляционный газ синтеза метанола на продувочных газах (поток 2) в количестве 23130 нм3/час, что соответствует кратности циркуляции 4.5. При этом давление смешанного газа на выходе из струйного компрессора (поток 3) достигает 5.0 МПа. Продувочный газ (поток 1) основного производства метанола, имеющий следующий состав: СО - 9.97%, СН4 - 8.95%, Н2 - 68.71%, CO2 - 0.58%, Ar - 2.6%, N2 - 9.19%, расход 5140 нм3/час и давление 5.0 МПа, подается в смесь газа после струйного компрессора, поз.9. Полученный поток 4 направляется в отделение синтеза метанола, поз.11, где происходит образование метанола. Из отделения синтеза метанола выводится метанол-сырец (поток 8) в количестве 1.043 т/час и при этом расход электроэнергии на сжатие диоксида углерода составляет 290 кВт·ч на тонну метанола сырца.
Пример 4 (фиг.3)
Продувочный газ (поток 1) основного производства метанола, имеющий следующий состав: СО - 9.97%, СН4 - 8.95%, Н2 - 68.71%, CO2 - 0.58%, Ar - 2.6%, N2 - 9.19%, расход 5140 нм3/час и давление 40.0 МПа смешивается с сжатым до того же давления диоксидом углерода (поток 6) в количестве 770 нм3/час. Газовая смесь подается в струйный компрессор, поз.9, туда же подается циркуляционный газ синтеза метанола на продувочных газах (поток 2) в количестве 26558 нм3/час, что соответствует кратности циркуляции 4.5. При этом давление смешанного газа на выходе из струйного компрессора (поток 3) достигает 9.0 МПа. Поток 3 направляется в отделение синтеза метанола, поз. 11, где происходит образование метанола. Из отделения синтеза метанола выводится метанол-сырец (поток 8) в количестве 1.859 т/час и при этом расход электроэнергии на сжатие диоксида углерода составляет 183 кВт·ч на тонну метанола сырца.
Как видно из примеров 1, 2, 3, 4,
использование циркуляции, организованной за счет энергии сжатых технологических потоков в отделении синтеза метанола на продувочных газах, позволяет снизить удельный расход электроэнергии на тонну метанола-сырца в интервале от 15 до 70%,
при использовании энергии сжатого до 40.0 МПа диоксида углерода и энергии продувочных газов производства аммиака или метанола для циркуляции газа в отделении синтеза увеличивается съем метанола-сырца на 18%,
при низком давлении основного синтеза циркуляцию синтеза на продувочных газах целесообразно организовать за счет энергии сжатого в компрессоре диоксида углерода.
| Таблица 1 | ||||||||
| Наименование | Синтез на продувочных газах | Давление: продувоч. газов/диоксида углерода, МПа | Расход продув. газов на синтез нм3/ч | Расход CO2 нм3/ч | Давление синтеза, МПа | Кратность циркуляции | Расход электр.энергии кВт·ч/т метанола-сырца | Производ. по метанолу-сырцу т/час |
| Пример 1 с учетом прототипа | Циркуляция за счет компрессора с эллектроприводом | 5.0/5.0 | 5140 | 770 | 5.0 | 4.5 | 336.0 | 1.043 |
| Пример 2 Вариант 1 | Циркуляция за счет энергии продувочных газов | 40/9.0 | 5140 | 770 | 9.0 | 2.54 | 101.0 | 1.578 |
| Пример 3 Вариант 2 | Циркуляция за счет энергии сжатого в компрессоре диоксида углерода | 5.0/35.0 | 5140 | 770 | 5.0 | 4.5 | 290.0 | 1.043 |
| Пример 4 Вариант 3 | Циркуляция за счет энергии продувочных газов и диоксида углерода | 40/40 | 5140 | 770 | 9.0 | 4.5 | 183.0 | 1.859 |
1. Способ получения метанола из продувочного газа основного синтеза метанола или аммиака, включающий дозирование в продувочный газ основного синтеза сжатого диоксида углерода, нагревание полученной газовой смеси до начальной температуры синтеза, пропускание нагретого газа через катализатор синтеза метанола, охлаждение прореагировавшего газа, выделение сконденсированного метанола-сырца и разделение несконденсированного газового потока на два: возвратный и продувочный, отличающийся тем, что возвратный поток для смешения с потоком продувочного газа основного синтеза направляют в один или два циркуляционных струйных компрессора и циркуляцию осуществляют:
а) либо за счет энергии давления продувочного газа основного синтеза, который подается в струйный компрессор, с последующим указанным дозированием в поток сжатого диоксида углерода,
б) либо за счет энергии давления сжатого диоксида углерода, указанное дозирование которого осуществляют в струйный компрессор с последующим введением в поток продувочного газа основного синтеза,
в) либо за счет энергии давления продувочного газа основного синтеза и энергии давления указанного сжатого диоксида углерода, которые подаются в один или два струйных компрессора.
2. Способ по п. 1в, отличающийся тем, что при условии равенства давления продувочного газа основного производства и давления диоксида углерода смесь указанных потоков подается в один струйный компрессор.
3. Способ по п. 1в, отличающийся тем, что при условии неравенства давления продувочного газа основного производства и давления диоксида углерода каждый поток подается в индивидуальный струйный компрессор.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что кратность циркуляции находится в пределах от 1,1 до 5,0 в зависимости от давления газов - продувочного газа основного синтеза и диоксида углерода: чем выше давление газов, тем выше кратность циркуляции.
