Технологическая схема процесса

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Nbsp;

КУРСОВАЯ РАБОТА

по теме: «Расчет материального баланса отделения синтеза метанола под давлением 5-8 МПа»

Содержание

Задание

Технологическая схема

Технологические параметры процесса

Функциональная схема

Расчетная схема

Расчеты

Рекомендации по экологии

Литература

Задание

Рассчитать материальный баланс ХТС отделения синтеза метанола при следующих условиях:

1.	Мощность по метанолу, 100% CH₃OH т/сут	1000
2.	Состав свежего газа, c_i0, % об. H₂ CO CO₂ CH₄ N₂	73.02 14.28 7.52 4.67 0.51
3.	Состав метанола сырца, % масс. CH3OH H₂O	84.0 16.0
4.	Объем рециркуляции, Vц, тыс. нм³/ч	10-2000
5.	Количество продувочных газов, Vп, тыс. нм³/ч	6-120
6.	Доля сдувки α	0.02-0.05
7.	Степень превращения в реакторе, CO₂ H₂O	0.75-0.85 0.85-0.90
8.	Коэффициенты разделения сепаратора в рециркуляционный поток, α_i H₂ CO CO₂ CH₃OH H₂O N₂ CH₄	0.999 0.999 0.997 0.250 0.200 0.999 0.999
9.	Содержание в циркуляционном газе, % об. CH₃OH H₂O	0.4-0.6 0.08-0.10
10.	Функционал в свежем газе, f	3.0

Нарисовать технологическую схему отделения синтеза метанола под давлением 5-8 МПа, дать ее функциональную, структурную, операторную и расчетную формы. Описать функционирование схемы и ее технологические параметры с учетом рассчитанного материального баланса.

Задание:

1). Оценить теоретически, а затем уточнить расчетом на компьютере количество свежего газа V_o, для обеспечения заданной мощности по метанолу с точностью 0.5 %.

2). По найденной величине V_o рассчитать материальный баланс ХТС и построить зависимости мощности по метанолу G_м, количества продувочных газов V_п и объема рециркуляции V_ц от доли сдувки α, значения которой проварьировать 0.3 0.2 0.05 0.02 0.01

3). Определить целесообразную величину сдувки и обсудить данные с преподавателем.

4). Для найденных V_о и выбранном α определить величины и составы всех потоков в любой точке ХТС.

5). Определить кратность циркуляции, расходный коэффициент по свежему газу, выбросы газа в сдувке ( м³/т CH₃OH).

Введение

Исторически известно несколько способов получения метанола:

1) сухая перегонка древесины и лигнина;

2) термическое разложение формиатов;

3) синтез из метана через хлористый метил с последующим омылением;

4) неполное окисление метана на катализаторах или без таковых под давлением. синтез газ метанол циркуляция выброс

С этапами изучения химии метанола связаны имена величайших химиков. Впервые метанол был обнаружен еще в середине XVII века Робертом Бойлем при изучении продуктов перегонки дерева, однако в чистом виде метиловый спирт, или древесный, получаемый этим способом, был выделен только через 200 лет: тогда впервые удалось очистить его от примесей сопутствующих веществ, прежде всего уксусной кислоты и ацетона. В 1857 году Марселен Бертло получил метанол омылением хлористого метила. Процесс сухой перегонки древесины долгое время оставался, пожалуй, единственным способом производства метанола. Сейчас он полностью вытеснен каталитическим синтезом из оксида углерода и водорода. Получение метанола из синтез-газа впервые было осуществлено в Германии в 1923 году фирмой BASF. Процесс проводился под давлением 100-300 атм на оксидных цинк-хромовых катализаторах (ZnO-Cr₂O₃) в интервале температур 320-400єС, производительность первой промышленной установки доходила до 20 т/сут. Интересно, что в 1927 году в США был реализован промышленный синтез метанола, основанный не только на монооксиде, но и на диоксиде углерода. В настоящее время в результате развития и усовершенствования процесса получения метанола из синтез-газа используются реакторы большой мощности с производительностью до 2000 т метанола в сутки.

В настоящее время основное количество метанола производится из синтез-газа, сырьем для которого главным образом является метан. Также известны схемы использования с этой целью отходов нефтепереработки, коксующихся углей.

Производство исходного газа для синтеза метанола. Сырьё для производства метанола

Технологический исходный газ для синтеза метанола получается в результате конверсии (превращения) углеводородного сырья: природного газа, синтез газа после производства ацетилена, коксового газа, жидких углеводородов (нефти, мазута, легкого каталитического крекинга) и твердого топлива (угля, сланцев).

Исходный газ для синтеза метанола можно получить почти из всех видов сырья, которые используют при получении водорода, например в процессах синтеза аммиака и гидрирования жиров. Поэтому производство метанола может базироваться на тех же сырьевых ресурсах, что и производство аммиака. Использование ого или иного вида сырья для синтеза метанола определяется ядом факторов, но прежде всего его запасами и себестоимостью в выбранной точке строительства. - В соответствии с реакцией образования метанола

СО + 2Н₂↔ CH₃OH

В исходном газе отношение водорода к окиси углерода должно составлять 2:1, то есть теоретически необходимо, чтобы газ содержал 66,66 объемн. % H₂ и 33,34 объемн. % СО. В производственных условиях синтез метанола осуществляют по циркуляционной схеме при отношении H₂ : СО в цикле выше стехиометрического. Поэтому необходимо иметь избыток водорода в исходном газе, т. е.отношение H₂: CO в нем обычно поддерживают в пределах 1,5—2,25.

При содержании значительных количеств двуокиси углерода в исходном газе отношение реагирующих компонентов целесообразно выражать соотношением (H₂—CO₂) : (CO+CO₂). Это соотношение учитывает расход водорода на реакции восстановления окиси и двуокиси углерода. В исходном газе оно должно быть несколько выше стехиометрического для обеих реакций и равно 2,15—2,25. Величина соотношения (H₂—CO₂) : (СО+СО₂) не определяет концентрации двуокиси углерода в исходном газе. Количество СО₂ может быть различным в зависимости от метода получения газа, также условий синтеза (давление, температура, состав катализатора синтеза метанола) и изменяется от 1,0 до 15,0 объемн %. Природный и попутный газы представляют наибольший интерес как с экономической точки зрения, так и с точки зрения конструктивного оформления процесса подготовки исходного газа (конверсия, очистка и компримирование). Кроме того, они содержат меньше нежелательных примесей, чем газы, полученные газификацией твердого топлива.

Состав природного газа в зависимости от месторождения различен. Основным компонентом природного газа является метан; наиболее значительно меняется содержание гомологов метана (этан, пропан, бутан) и инертных газов.

Большинство крупных производств метанола базируется на использовании природного газа. Для получения исходного газа, S углеводородное сырье подвергают конверсии различными окислителями — кислородом, водяным паром, двуокисью углерода и их смесями. В зависимости от используемых видов окислителей или их смесей различают следующие способы конверсии: паро-углекислотная при атмосферном или повышенном давлениях, паро-углекислотная с применением кислорода, высокотемпературная и паро-углекислородная газификация жидких или твердых топлив. Выбор окислителя или их комбинации определяется назначением получаемого исходного газа (для синтеза метанола на цинк-хромовом или медьсодержащем катализаторах) и технико-экономическими факторами.

В качестве сырья для производства метанола используют также синтез-газ после производства ацетилена методом окислительного пиролиза (на 1 т ацетилена обычно образуется до 10000 м³ газа). Этот газ содержит водород и окись углерода в соотношениях, близких к стехиометрическому для реакции синтеза метанола. Остаточный, метан является нежелательной примесью, поэтому до поступления в отделение синтеза газ проходит и каталитическую конверсию.

При использовании в качестве сырья для получения исходного газа твердого топлива (кокса и полукокса) последнее подвергают с газификации водяным паром. Кроме кокса, газификации могут подвергаться антрацит, сланцы, бурые угли, мазут и нефть. Процессы газификации проводят при атмосферном или при повышенном давлении. По технологическим принципам процессы газификации разделяют на циклические и непрерывные. Получение исходного газа таким способом в настоящее время устарело. Отметим лишь, что практически при любом режиме газификации отношение Н₂: СО в конвертированном газе меньше теоретического. Поэтому часть газа после очистки от примесей направляют на конверсию окиси углерода водяным паром.

Коксовый газ, получаемый в процессе коксования каменных углей, содержит значительное количество метана (до 19—25%), У непредельных соединений и большое количество различных прим сей. От некоторых из них (смолы, аммиак, бензол, нафталин и др.) газ очищают на коксохимических заводах.

Технологическая схема процесса

Функциональная форма.

Основным аппаратом в синтезе метанола служит реактор — контактный аппарат, конструкция которого зависит, главным образом, от способа отвода тепла и принципа осуществления процесса синтеза. В современных технологических схемах используются реакторы трех типов:

- трубчатые реакторы, в которых катализатор размещен в трубах, через которые проходит реакционная масса, охлаждаемая водным конденсатом, кипящим в межтрубном пространстве;

- адиабатические реакторы, с несколькими слоями катализатора, в которых съем тепла и регулирование температуры обеспечивается подачей холодного газа между слоями катализатора;

- реакторы, для синтеза в трехфазной системе, в которых тепло отводится за счет циркуляции жидкости через котел-утилизатор или с помощью встроенных в реактор теплообменников.

Вследствие большого объема производства и весьма крупных капитальных затрат в производстве метанола сейчас используют все три типа технологических процессов.

В последние годы получают широкое распространение технологической схемы синтеза метанола на низкотемпературных катализаторах для понижения давления. Процесс проводят под давлением 5-10 МПа в основном на трехкомпонентных медьсодержащих катализаторах с циркуляцией газов турбоциркуляционными машинами. Для привода компрессора от паровой турбины используют пар, получаемый непосредственно на установке. Процесс производства метанола при низком давлении включает практически те же стадии, что и производство его при высоких давлениях. Однако имеются и некоторые особенности.

Исходный газ для синтеза метанола на низкотемпературных медьсодержащих катализаторах должен быть тщательно очищен от каталитических ядов (сера, хлор). В природном газе содержится 10- 300 мг/м3 сернистых соединений, а содержание их в газе для синтеза не должно превышать 0,5 мг/м3. Содержание серы при этом в свежем газе должно быть не более 0.15 мг/м3. В связи с этим представляет большой интерес схема синтеза метанола из синтез газа, отходящего из производства ацетилена, так как сернистые соединения природного газа адсорбируются растворителем ацетилена. Схема производства метанола из синтез газа компактна и высокоэффективна. Мощность производства определяется ресурсом газа и обычно составляет 100 -110 тыс. т. в год.

Синтез – газ сжимается турбокомпрессором 1, проходит тонкую очистку от паров растворителя ацетилена в угольном фильтре 2 и смешивается с циркуляционным газом. Для регулирования соотношения реагирующих компонентов в синтез газе добавляется газ с высоким содержанием водорода (12-16 % отн.), например продувочный газ из производства метанола под высоким давлением. Циркуляция газа обеспечивается центробежным компрессором 5. Циркуляционный газ через теплообменник 6 и электроподогреватель 8 поступает в шахтный реактор синтеза 9. Отвод тепла реакции производится подачей в слой катализатора холодного газа, который распределяется с помощью специально сконструированных камер смешения.

Температура газа на входе в реактор 205-225 °С, максимальная температура в слое катализатора 290 °С. Выходящий из реактора циркуляционный газ отдает тепло газу, поступающему в реактор в рекуперационных теплообменниках 6 и направляется в воздушные холодильники - конденсаторы 7. Сконденсировавшийся метанол, вода и другие побочные продукты определяются в сепараторе 3. Метанол- сырец из сборника 4 направляется на ректификацию. Циркуляционный газ из сепаратора возвращается на всасывающую линию циркуляционного компрессора 5.

Данную схему можно использовать для получения метанола и из природного газа, предварительно тщательно очистив газ от серы и подвергнув его конверсии метана. Недостатком схемы является применение турбокомпрессоров с электроприводами, что приводит к расходованию электроэнергии до 800- 900 кВт*ч/т.

Вследствие снижения температуры синтеза при низком давлении процесс осуществляется в условиях, близких к равновесию, что позволяет увеличить производительность агрегата.

Конструкция и изготовление реакторов для проведения процесса при низком давлении проще благодаря более мягким условиям синтеза. При этом применяют реакторы как шахтные, так и трубчатые. В реакторах для синтеза при низком давлении особое внимание уделяют теплосъему, так как медьсодержащие катализаторы по сравнению с цинк-хромовыми значительно более чувствительны к колебаниям температуры. В шахтных реакторах температурный режим регулируют с помощью байпасов, холодный газ вводят через специальные распределительные устройства. В трубчатых реакторах катализатор находится в трубках, охлаждаемых кипящей водой. Температуру катализатора поддерживают постоянной по всей длине реактора с помощью регуляторов давления, причем перегревы катализатора практически исключены. Выгрузка отработанного катализатора протекает тоже достаточно просто – путем снятия колосниковых решеток. Диаметр реакторов достигает 6 м при длине 8- 16 м.

Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 236; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!