Производство метанола (стр. 5 из 5)
На рис. 2. приведена технологическая схема производства метанола по трехфазному методу на медь-цинковом катализаторе из синтез-газа, полученного газификацией каменного угля, производительностью 650 тыс. т в год.
Очищенный от соединений серы синтез-газ сжимается в компрессоре 1 до давления 3—10 МПа, подогревается в теплообменнике 5 продуктами синтеза до 200— 280°С, смешивается с циркуляционным газом и поступает в нижнюю часть реактора 4.' Образовавшаяся в реакторе парогазовая смесь, содержащая до 15% метанола, выходит из верхней части реактора, охлаждается последовательно в теплообменниках 5 и б и через холодильник-конденсатор 7 поступает в сепаратор 8, в котором от жидкости отделяется циркуляционный газ. Жидкая фаза разделяется в сепараторе на два слоя: углеводородный и метанольный. Жидкие углеводороды перекачиваются насосом 9 в реак-
Циркуляционный газ
Рис. 2. Технологическая схема производства метанола в трехфазной системе:
1 — компрессор, 2 — циркуляционный компрессор, 3,9 — насосы, 4 • реактор кипящего слоя, 5,6 — теплообменники, 7 — холодильник-конденсатор, 8 — сепаратор, 10 — котел-утилизатор.
тор, соединяясь с потоком углеводородов, проходящих через котел-утилизатор 10. Таким образом жидкая углеводородная фаза циркулирует через реактор снизу вверх, поддерживая режим кипящего слоя тонкодисперсного катализатора в нем, и одновременно обеспечивая отвод реакционного тепла. Метанол-сырец из сепаратора 8 поступает на ректификацию или используется непосредственно как топливо или добавка к топливу.
Разработанный в 70-х годах трехфазный синтез метанола используется в основном, для производства энергетического продукта. В качестве жидкой фазы в нем применяются стабильные в условиях синтеза и не смешивающиеся с метанолом углеводородные фракции нефти, минеральные масла, полиалкилбензолы. К указанным выше преимуществам трехфазного синтеза метанола следует добавить простоту конструкции реактора, возможность замены катализатора в ходе процесса, более эффективное использование теплового эффекта реакции. Вследствие этого установки трехфазного синтеза более экономичны по сравнению с традиционными двухфазными как высокого так и низкого давления. В табл. 12.2 приведены показатели работы установок трех- и двухфазного процесса одинаковой производительности 1800 т/сут.
Таблица 12.2. Показатели работы установок синтеза метанола
| Показатель | Тип установки | |
| Трехфазная | Двухфазная | |
| Давление, МПа | 7,65 | 10,3 |
| Объемная скорость газа, ч~1 | 4000 | 6000 |
| Отношение циркуляционного газа • | ||
| к исходному синтез-газу | 1:1 | 5:1 |
| Концентрация метанола на выходе, % мол. | 14,5 | 5,0 |
| Мощность, потребляемая аппаратурой, кВт | 957 | 4855 |
| Термический коэффициент полезного | ||
| действия,% | 97,9 | 86,3 |
| Относительные капитальные затратызатраты | 0,77 | 1,00 |
7. Расчет материального баланса ХТС.
Тадл. №1. Составы потоков.
| Показатель | Размерность | Значение | Обозначение |
| Содерж. СО в циркул. газе | Мольн. доли | 0,12 | |
| Содерж. Н2 в циркул. газе | Мольн. доли | 0,74 | |
| Содерж. СН4 в цирк. газе | Мольн. доли | 0,14 | |
| Содерж СН4 в свежем газе | Мольн. доли | 0,04 | |
| Общая конверсия СО: | Мольн. доли | 0,2 | |
| - доля СО, преврат. в СН3ОН | 0,95 | ||
| - доля СО, преврат. в (СН3)2О | 0,03 | ||
| - доля СО, преврат. в С4Н9ОН | 0,02 | ||
| Базис расчета | т. СН3ОН | 1500 |
1.Структурная блок – схема.
 | ||
 | ||
Производство метанола основано на реакции:
СО + 2Н2« СН3ОН +Q,
Одновременно протекают побочные реакции:
СО +3Н2 « СН4 +Н2О
2СО + 4Н2« (СН3)2О +Н2О
4СО + 8Н2« С4 Н9ОН + 3Н2О
Составляем уравнения материального баланса:
Табл. №2. Соответствие переменных потокам.
| Поток | Переменная | Размерность | Значение по расчету |
| X1 | моль | 234,375 | |
| X2 | Моль | 53,267 | |
| X3 | Моль | 1509,233 | |
| X4 | Моль | 1250 | |
| X5 | Моль | 133,168 | |
| X6 | моль | 53,267 |
Производим замену переменных и записываем линейные уравнения следующим образом:
1. X1 – X2 – 0.12X3 = 0
2. X4 – X5 – 0.74X3 = 0
3. X4 – 0.4X1 – 0.74X3 – 0.74X6 = 0
4. 0.8X1 – 0.12X3 – 0.12X6 = 0
5. 0.04X2 + 0.04X5 – 0.14X6 = 0
6. 6.4X1 = 1500
Матрица коэффициентов.
| X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | X6 | Свободныечлены |
| 1 | -1 | -0,12 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | -0,74 | 1 | -1 | 0 | 0 |
| -0,4 | 0 | -0,74 | 1 | 0 | -0,74 | 0 |
| 0,8 | 0 | -0,12 | 0 | 0 | -0,12 | 0 |
| 0 | 0,04 | 0 | 0 | 0,04 | -0,14 | 0 |
| 6,4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1500 |
Табл. №3.
Материальный баланс химико-технологической системы производства метанола на 1500т метанола.
| Приход | масса | %масс. | Расход | масса | %масс. |
| СО | 1491,476 | 0,792 | СН3ОН(сырец) | 1500 | |
| Н2 | 266,336 | 0,142 | (СН3)2О | 32,347 | 0,017 |
| СН4(инерт) | 124,3 | 0,066 | С4Н9ОН | 17,344 | 0,009 |
| Н2О | 25,31 | 0,014 | |||
| СН3ОН(чист.) | 1425 | 0,759 | |||
| Отдув. газы | 377,153 | 0,201 | |||
| Всего | 1882,102 | Всего | 1877,153 | ||
| Невязка | 4,949 |
Расчет:
M=M*N
Приход:
Расход:
Отдувочные газы:
Расчёт технологических показателей (по СО):
1) Степень превращения
X = (1580,6 - 198,95)/ 1580,6 * 100% = 87,4 %
2) Селективность
s = 46,88 Ммоль * 28 г/моль / (1580,6т - 198,95т ) * 100% = 95,0 %
3) Выход целевого продукта
h = 1500 т / (56,45 Ммоль * 32 г/моль ) *100 % = 83,1 %
4) Расходный коэффициент
g = 1580,6т / 1500т = 1,05
Теоретический расходный коэффициент
g = 1380,4т / 1500 т = 0,92
Поточная диаграмма:
Используемая литература:
1. А.М.Кутёпов, Т.И.Бондарёва, М.Г.Беренгартен.
Общая химическая технология, Москва "Высшая школа", 1990г
2. И.П.Мухлёнов, Общая химическая технология.
Том 2 - Важнейшие химические производства
3. Г.Н.Кононова,В.В.Сафонов, Е.В.Егорова, "Расчет материального баланса химико-технологических систем интегральным методом".
Содержание:
1. Введение………………………………………………..…….………………2
2. Характеристика исходного сырья……………….….….………………3
3. Характеристика целевого продукта…………….….....………………5
4. Физико-химическое обоснование основных процессов производства целевого продукта……………………………….…………………………….7
а) равновесие………………………….………….……………………..7
б) кинетика…………………………………………….………………..9
в) оптимальные условия…………………….….…..……………….12
5. Описание технологической схемы процесса..….…..………………12
6. Расчёт материального баланса………………...………...…...……..15
7. Расчёт технологических показателей………...……………………19
7. Поточная диаграмма…………………………………………………….20
8. Используемая литература……………………………………………..21
