Синтез метанола

Описание аппарата синтеза метанола из конвертированного газа на медьсодержащем катализаторе. Теоретический анализ процесса. Обоснование оптимальных технологических параметров. Описание технологической схемы синтеза, анализ экологической безопасности.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

37

Размещено на

ВВЕДЕНИЕ

синтез метанол катализатор

На российском уровне ОАО «Метафракс» - признанный лидер отечественного производства. Премия «Российский национальный Олимп» и её главный приз «Золотой Олимп», которым предприятие отмечено в ноябре 2001 года. В октябре 2002 года на конкурсе «100 лучших предприятий России - 2002» предприятие удостоено диплома и памятной медали «Лидер бизнеса Поволжья».

В последние десятилетия значительно возросла потребность в метаноле. Это объясняется развитием производства формальдегида, синтетического каучука, метиламинов, диметилтерефталата, метилметакрилата, поливинилхлоридных, карбамидных смол и других многочисленных продуктов, использующих метанол в качестве сырья.

Наметилась также тенденция использовать метанол в новых перспективных направлениях: в качестве высокооктановой добавки к моторным топливам, при получении синтетических бензинов и уксусной кислоты, для топливно-энергетических целей и очистки сточных вод и т.д., что обусловлено дефицитом углеводородного сырья (нефть, природный газ) и возможностью получения его из сырья не углеводородного происхождения (уголь, сланцы, природные карбонаты), запасы которых значительно превосходят ресурсы природного газа и нефти.

Увеличение спроса на метанол, а также разработка новых низкотемпературных, высокоэффективных и селективных катализаторов обусловило создание агрегатов крупной единичной мощности с учетом передовой технологии. Основными производителями метанола за рубежом являются США, Япония, ФРГ, Англия, Франция, Италия.

Интенсивное развитие производства метанола обуславливается постоянно расширяющимися многообразными сферами его применения.

Цель работы - изучение технологичесого процесса оделения ситеза (проточного и основного) метанола.

Для достижения цели необходимо выполнить следующии задачи:

- Классифицировать оборудование, установить неполадки и их способы устронения, описать основной аппарат.

- Обосновать оптимальные технологические параметры, расчитать материальный баланс , описать технологическую схему с КИП и А

- Ввнутрилабораторный оперативный контроль, контроль стабильности результатов с использованием карт Шухарта.

1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБСЛЖИВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

1.1 Классификация оборудования отделения по скоростной теории

Гидромеханические процессы

Процессы в жидкостных или газовых системах, скорость которых определяется законами механики и гидродинамики.

Перемещение жидкостей - Перемещение жидкостей по трубопроводам, при этом движущая сила определяется разностью давлений в начальном и конечном пунктах трубопровода.

Для осуществления процесса перегонки жидкостей применяются :

Центробежные насосы: поз. Р1001/А,В, поз. 3257/1,2,3

Мембранные насосы (эл.маг.):поз. 3270, поз3271

Перемещение газов:

Компрессора центробежные: поз.3131, поз.3132

Фильтрование - процесс разделения суспензий или аэрозолей при помощи фильтровальных перегородок (ФП), пропускающих жидкость или газ, но задерживающих твёрдые частицы.

Для осуществления процесса фильтрования применяются :

Фильтры: поз. 1138, поз. 1731/1,2, поз. 1732/1,2, поз. F1001/А,В

Хранение жидкостей:

Сборник метанола сырца: поз.1254, поз. 1135, поз.1152

Сепарация - процессы разделения смесей разнородных частиц твёрдых материалов, смесей жидкостей разной плотности, эмульсий; взвесей твёрдых частиц или капелек в газе или паре.

Для осуществления процесса сепарирования применяються:

Сепаратор: поз1114, поз. 1131, поз. 1132, поз V-1134, поз. V-2001

Тепловые процессы

Изменение макроскопического состояния термодинамической системы. Система, в которой идёт тепловой процесс, называется рабочим телом. Тепловые процессы можно разделить на равновесные и неравновесные. Движущей силой тепловых процессов является разность температур.

Для осуществления теплообменного процесса применяются :

Теплообменники кожухотрубчатые: поз. 1531, поз. 1532, поз. 1533, поз. 1534, поз. 1535, поз. 1537, поз. Е-2001, поз. Е-2002, поз. Е-2004

Теплообменники воздушнооребренные: поз. 1631, поз. 1632, поз. 1633, поз.Е-2003

Массообменные процессы

Процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую. Движущей силой этих процессов является разность концентраций между равновесной и рабочей.

В данном технологическом процессе не используется

Химические процессы

Превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции).

Реактор основного синтеза: поз.1133/1,2

Реактор проточного синтеза : поз. R-2002

Механические процессы

Совокупность физико-химических или физико-механических превращений веществ, изменение значений параметров тел и материальных сред, целенаправленно проводимых на технологическом оборудовании или в аппарате. В данном технологическом процессе не используется

1.2 Описание основного аппарата

Назначение

Колонна основного синтеза предназначена для синтеза метанола из конвертированного газа на медьсодержащем катализаторе и выделения метанола сырца из продуктов реакции.

Устройство

Реактор синтеза представляет собой цилиндрический аппарат с внутренним диаметром 4,38 м и высотой 17,5 м. В реакторы поз.1133/1, 2 загружен катализатор марок KATALCO^TM 51-2, KATALCO^TM 51-6, KATALCO^TM 51-8.

Колонна шахтного типа

Колонна шахтного типа (колонна применяемая при синтезе метанола на ОАО «Метафракс»). Эта колонна существенно отличается от указанных выше:

1. Процесс проходит при низком давлении.

2. Процесс проходит при температуре 220-280°С, что является оптимальной температурой проведения процесса синтеза.

Для регулирования температуры в слое катализатора по высоте колонны предусмотрен ввод холодного газа, по средствам холодного байпаса. Все эти плюсы и привели к выбору именно этого типа колонн синтеза.

Колонна синтеза метанола выполнена из низколегированной стали. Так как реакции синтеза метанола экзотермичны, необходимо ограничивать повышение температуры в зоне реакции. Это достигается подачей холодного циркуляционного газа через тороидальные распределители в смесители, в которых происходит смешение горячего газа, вышедшего из слоя катализатора, и холодного газа, поступающего по байпасным линиям. После смесителей газ направляется на следующий слой катализатора. В реакторах синтеза метанола расположены три полки со смесителями, которые делят катализатор на четыре слоя. Для наиболее полного перемешивания горячего и холодного газа перед второй полкой установлен смеситель типа «тр Давление в реакторе синтеза (н/б 8,5 МПа) замеряется по месту манометром PI-4101 (PI-4106).

Перепад давления в реакторе (н/б 0,5 МПа) замеряется по месту дифманометром.

На входе и выходе каждого слоя катализатора расположено по 6 термопар. Выбор температурной точки для регулирования производится с помощью селекторных ключей . В качестве точки регулирования может быть выбрана любая из 6 температурных точек на входе каждого слоя катализатора. Кроме того, предусмотрена возможность выбора средней температуры на входе в слой по алгоритму "Средняя температура входа за вычетом минимальной и максимальной температуры слоя". Выбранная точка подключается к сигнализаторам максимума (255 C) и минимума (205 C) температуры.

Контроль температуры по точкам на выходе из слоев катализатора, а также по тем точкам на входе в слои, которые не подключены к регуляторам, производится по индикаторам температуры на ЦПУ. Расход газа, подаваемого по "холодным байпасам" (не более 210000 нм³/час), контролируется на ЦПУ.

Принцип действия

Циркуляционный газ поступает в колонну синтеза сверху через входной распределитель специальной конструкции.

Процесс получения метанола основан на взаимодействии водорода и двуокиси углерода:

CO₂ + 3H₂ CH₃OH + H₂O + Q (1)

Ввиду незначительной степени превращения реагирующих веществ за один проход газа через слой катализатора реакторов, не прореагировавший газ снова возвращается на всас циркуляционного компрессора поз.3132.

На входе и выходе каждого слоя катализатора расположено по 6 термопар. Выбор температурной точки для регулирования производится с помощью селекторных ключей.

В качестве точки регулирования может быть выбрана любая из 6 температурных точек на входе каждого слоя катализатора. Кроме того, предусмотрена возможность выбора средней температуры на входе в слой по алго...