Способ производства метанола

Изобретение относится к способу получения метанола. Способ включает смешение основного потока синтез-газа с циркуляционным газом, деление полученной смеси на два потока, нагревание одного из потоков газовой смеси до начальной температуры синтеза, пропускание обоих потоков через реактор синтеза метанола, состоящий из четырех или пяти адиабатических слоев катализатора, причем нагретый поток подается на вход первого слоя, а холодный поток разделяется и поступает в виде холодных байпасов между слоями катализатора, охлаждение прореагировавшего газа, выделение сконденсированного метанола-сырца и разделение несконденсированного газового потока на продувочный газ, который выводится из системы, и поток газа, который сжимают в компрессоре и направляют на циркуляцию. При этом в существующие байпасы двух последних слоев катализатора вводится дополнительный поток синтез-газа, и суммарный процент дополнительного потока синтез-газа, вводимого в существующие байпасы двух последних слоев катализатора, по отношению к основному потоку синтез-газа меняется от 36.3% при высокой активности катализатора до 3.6% при пониженной активности катализатора, и распределение дополнительного потока синтез-газа между слоями меняется от 10 до 90%. Способ позволяет наиболее полно использовать активность катализатора на последних слоях. 1 табл., 1 ил.

 

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

Известен способ производства метанола, описанный в авторском свидетельстве SU 1375311 и предполагающий осуществление процесса синтеза метанола в многополочном каталитическом реакторе, в котором для охлаждения циркуляционного газа между слоями используется хладоагент, подаваемый в теплообменник-охладитель, а затем в синтез-газ подается холодный байпас.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, описанный в книге Караваева М. Технология синтетического метанола. М.: Химия, 1984 и предполагающий осуществление процесса синтеза метанола, в котором для охлаждения циркуляционного газа между слоями катализатора используются только холодные байпасы.

К недостаткам указанного способа следует отнести:

1. неполное использование активности катализатора на последних слоях вследствие уменьшения концентрации реагентов СО, СО₂, Н₂ и повышения концентрации продуктов реакции метанола и воды на последних слоях катализатора;

2. для действующего агрегата синтеза метанола существует предел по нагрузке свежего газа, связанный с проблемами отвода тепла реакции на первых полках.

Преодоление этих недостатков возможно, если максимально использовать активность последних слоев катализатора. Поставленная задача достигается за счет дополнительной подачи синтез-газа в существующие байпасы последних слоев катализатора при неизменной подаче свежего газа. Однако это возможно при достаточно высокой активности катализатора в первых слоях. По мере работы агрегата активность катализатора падает преимущественно на первых слоях, при этом температура начала реакции на первой полке должна повышаться. Для действующего агрегата возможность повышения температуры начала реакции на первой полке ограничена поверхностью рекуперативного теплообменника. Поэтому со снижением активности катализатора возможность дополнительной подачи синтез-газа в существующие байпасы последних слоев катализатора сокращается.

Сущность изобретения в способе получения метанола, который включает:

- смешение основного потока синтез-газа с циркуляционным газом;

- деление полученной смеси на два потока;

- нагревание одного из потоков газовой смеси до начальной температуры синтеза;

- пропускание обоих потоков через реактор синтеза метанола, состоящий из четырех или пяти адиабатических слоев катализатора, причем нагретый поток подается на вход первого слоя, а холодный поток разделяется и поступает в виде холодных байпасов между слоями катализатора;

- охлаждение прореагировавшего газа;

- выделение сконденсированного метанола-сырца;

- разделение несконденсированного газового потока на два: циркуляционный и продувочный, который выводится из системы;

- сжатие циркуляционного несконденсированного потока в циркуляционном компрессоре,

заключается в том, что в существующие байпасы, начиная с предпоследнего, вводится дополнительный поток синтез-газа. При этом процент дополнительного потока синтез-газа, поступающего в существующие байпасы по отношению к основному потоку синтез-газа, меняется от 36.3% при высокой активности катализатора до 3.6% при пониженной активности катализатора. Распределение дополнительного потока синтез-газа между слоями меняется от 10 до 90%.

Технологическая схема (фиг.1) предлагаемого способа заключается в следующем: синтез-газ сжимается в компрессоре поз.6 до давления 10.0-5.0 МПа и делится на два потока 1 и 13. Поток 1 подается на смешение с циркуляционным газом (поток 2). Полученный поток 3 делится на два потока - 4 и 5. Поток 5 поступает в реактор синтеза поз.2 в качестве холодных байпасов между адиабатическими слоями катализатора. Поток 13 делится на два потока 14 и 15, которые смешиваются с последними холодными байпасами. Поток 4 направляется в рекуперативный теплообменник поз.1, где нагревается до температуры начала реакции и далее (поток 6) поступает в реактор синтеза поз.2. Прореагировавший газ после реактора синтеза (поток 7) направляется в рекуперативный теплообменник поз.1, где охлаждается, отдавая тепло газовой смеси (поток 6), поступающей в реактор поз.2. После рекуперативного теплообменника охлажденный поток 8 поступает в холодильник-конденсатор поз.3 и далее в сепаратор поз.4, в котором происходит отделение жидкого метанола-сырца (поток 9) от не сконденсированного газового потока 10. Далее из отходящего не сконденсированного газового потока 10 выводится продувочный газ (поток 11) с целью поддержания определенной концентрации инертных компонентов в цикле синтеза. Оставшийся циркуляционный газ (поток 12) направляется в циркуляционный компрессор поз.5.

Техническая реализации изобретения подтверждается следующими примерами. Для всех расчетов примеров были приняты следующие постоянные величины:

Состав свежего синтез-газа, об.%:

СО - 18.904, CO₂ - 9.162, H₂ - 70.064, CH₄ - 1.047, N₂ - 0.574, Ar - 0.249

Давление синтез-газа - 90 ати.

Нагрузка по основному синтез-газу - 11000 нм /час, для данных условий процесса она является максимально возможной.

Нагрузка на циркуляционный компрессор - 53000 нм /час. Объем катализатора в реакторе - 8 м³, число слоев - 4 или 5.

Температура конденсации метанола - 40°С.

Дополнительный поток синтез-газа, поступающего в два последних байпаса, делится в процентном соотношении от 10 до 90% на каждый слой. Температура входа циркуляционного газа на первый слой не может превышать 225°С, что обусловлено поверхностью рекуперативного теплообменника.

Примеры 1, 2, 2а, 2б, 3, 3а, 3б, 4, 4а, 4б выполнены для одного и того же реактора с 4 слоями катализатора, а в примере 5 - с 5 слоями катализатора.

Пример 1. Расчет базового варианта без дополнительной подачи синтез-газа. Активность катализатора принята на начало кампании.

В остальных примерах активность катализатора снижается по мере увеличения его срока службы.

Пример 2, 2а, 2б. Расчет вариантов с дополнительной подачей синтез-газа в количестве 4000 нм³/час, причем в последний слой подается 90, 50, 10% от общего количества. Активность катализатора принята на начало кампании.

Пример 3, 3а, 3б. Расчет варианта с дополнительной подачей синтез-газа в количестве 2400 нм³/час, причем в последний слой подается 90, 50, 10% от общего количества. Активность катализатора в первом слое составляет 63.3% от начальной, а на остальных - осталась без изменения.

Пример 4, 4а, 4б. Расчет варианта с дополнительной подачей синтез-газа в количестве 400 нм³/час, причем в последний слой подается 90, 50, 10% от общего количества. Активность катализатора в первом слое составляет 63.3%, во втором слое 93.3% от начальной, а на остальных - осталась без изменения. Пример 5. Расчет варианта с 5-ю слоями и дополнительной подачей синтез-газа в количестве 4000 нм³/час в равных долях. Активность катализатора принята на начало кампании.

Таблица
Примеры	Дополнительный синтез-газ, нм3/ч	Распределение дополнительного синтез-газа по слоям, %	% дополнительного синтез-газа от основного	Производительность по метанолу, т/ч	Производительность по метанолу, %	Температура на входе в первый слой	Активность катализатора по слоям
1	-	-	-	4.296	100	215.6	100, 100 100, 100
2	4000	10/90	36.3	4.988	116.1	216.2	100, 100, 100, 100
2а	4000	50/50	36.3	4.923	114.6	216.4	100, 100, 100, 100
2б	4000	90/10	36.3	4.925	114.4	216.5	100, 100, 100, 100
3	2400	10/90	21.8	4.703	109.5	224.4	63.3, 100 100, 100
3а	2400	50/50	21.8	4.7	109.4	224.5	63.3, 100 100, 100
3б	2400	90/10	21.8	4.636	107.9	224.5	63.3, 100 100, 100
4	400	50/50	3.6	4.418	102.8	224.1	63.3, 93.3, 100, 100
4а	400	10/90	3.6	4.418	102.8	224.1	63.3, 93.3, 100, 100
4б	400	90/10	3.6	4.418	102.8	224.1	63.3, 93.3, 100,100
5	4000	50/50	36.3	5.448	126.8	212.9	100, 100, 100, 100. 100

Как видно из примеров 1, 2, 2а, 2б, 3, 3а, 3б, 4, 4а, 4б, 5, сведенных в таблицу ,для активного катализатора дополнительная подача синтез-газа в существующие байпасы последних слоев катализатора составляет 36.3%, при этом производительность в четырехполочном агрегате увеличивается на 16.1%, а в пятиполочном - на 26.8%. При снижении активности катализатора приходится постепенно сокращать подачу дополнительного синтез-газа вплоть до 3.6%, чтобы не превысить предельно допустимую температуру входа в первый слой.

Способ получения метанола, включающий смешение основного потока синтез-газа с циркуляционным газом, деление полученной смеси на два потока, нагревание одного из потоков газовой смеси до начальной температуры синтеза, пропускание обоих потоков через реактор синтеза метанола, состоящий из четырех или пяти адиабатических слоев катализатора, причем нагретый поток подается на вход первого слоя, а холодный поток разделяется и поступает в виде холодных байпасов между слоями катализатора, охлаждение прореагировавшего газа, выделение сконденсированного метанола-сырца и разделение несконденсированного газового потока на продувочный газ, который выводится из системы, и поток газа, который сжимают в компрессоре и направляют на циркуляцию, отличающийся тем, что в существующие байпасы двух последних слоев катализатора вводится дополнительный поток синтез-газа, при этом суммарный процент дополнительного потока синтез-газа, вводимого в существующие байпасы двух последних слоев катализатора, по отношению к основному потоку синтез-газа меняется от 36,3% при высокой активности катализатора до 3,6% при пониженной активности катализатора и распределение дополнительного потока синтез-газа между слоями меняется от 10 до 90%.