CC BY
609Ж опыт
Современные технологии производства метанола в разработках фирмы «Метанол Казале»
А.А. Орлов, А.С. Хорьков, Метанол Казале
Процесс синтеза метанола при давлении 250-350 бар методом, разработанным фирмой «Аммония Казале» в 20-х годах прошлого столетия, оставался преобладающей технологией на протяжении более 45 лет. Однако применение синтез-газа, не содержащего следов серы и хлора, сделало возможным использование более активных катализаторов, что благоприятно сказалось на параметрах работы колонны синтеза, которые в настоящее время составляют 45-100 бар и 200-300°С.
Из-за широкого внедрения больших агрегатов, работающих при низком давлении, на фирме «Аммония Казале» работы в области метанола практически не велись с конца
60-х годов и до недавнего времени, когда фирма возобновила свою деятельность.
В середине 90-х годов работами по метанолу стала заниматься вновь созданная фирма «Метанол Казале», которая входит в состав Группы Казале. Вначале деятельность «Метанол Казале» была сконцентрирована на реконструкции реакторов синтеза. Однако вскоре, успешно применяя ноу-хау, она заняла ведущее положение в проектировании новых реакторов синтеза метанола. Примером последних разработок Метанол Казале является реконструкция агрегатов аммиака в агрегаты для совместного производства аммиака и метанола.
На территории России в настоящее время более 80% производимого метанола осуществляется на агрегатах, в реконструкции которых в той или иной степени принимала участие фирма «Метанол Казале», а производство метанола на ОАО «Щекиноазот», запроектированное фирмой «Снам Проджетти» (Италия) по методу Аммония Казале, работает с середины 60-х годов прошлого века по настоящее время.
После возвращения фирмы «Аммония Казале» к проектированию процессов метанола первым контрактом на территории бывшего СССР был подписанный в 1993 г. и успешно реализованный в 1994 г.
18 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
■ НАШ САЙТ В ИНТЕРНЕТЕ: WWW.GAZOHIMIYA.RU
опыт Ж
при участии Института катализа им. ГК. Борескова СО РАН (Новосибирск) контракт на реконструкцию распределительных устройств в реакторах синтеза метанола на ОАО «Метафракс» в Губахе, где эксплуатируются два реактора синтеза метанола конструкции фирмы ICI (Ай-Си-Ай, Англия).
Запатентованная аксиально-радиальная конструкция (ARC), предложенная фирмой «Метанол Казале», включает типичный периферийный смеситель, горячий газ, прошедший через катализатор, собирается и затем направляется в радиальном направлении к стенке сосуда. В этой точке калиброванный кольцевой зазор позволяет газу идти вертикально вниз в зону перемешивания, где он встречает сильную струю холодного байпаса, идущую от тороидального распределителя.
Зазор предназначен для получения перепада давления, чтобы выровнять неоднородность потока поступающего газа. Коническая перегородка перенаправляет газовую смесь к центру колонны для перераспределения на следующую полку. Особенностью данной конструкции является то, что нет необходимости в смесителе как в отдельном приспособлении. Тщательное перемешивание достигается только при турбулентности, создаваемой струей холодного байпаса, давление которого выше, чем давление газа в колонне.
Вышеуказанные особенности дают следующие преимущества по сравнению с предыдущей конфигурацией:
■ перепад давления, создаваемый перемешиванием, незначительный и не вызывает потери энергии компрессии;
■ нет необходимости в сложной системе газового уплотнения между стенкой сосуда и внутренней насадкой, поскольку допускается проход газа в эту зону;
■ конструкция внутренней насадки значительно упрощена;
■ пространство, предназначенное для катализатора, доведено до максимума;
■ внутренние устройства рассчитаны на подачу их через люк и просто устанавливаются плотной посадкой или крепятся болтами, в то время как сварка сведена к минимуму. Установка реактора синтеза представляет собой очень простую операцию. Перед отгрузкой оборудования в цехе производится пред-
варительная сборка всех частей для контроля собираемости;
В то же время достигается такое же распределение температур, как и при центральном смесителе.
В 2004 г. по этой же технологии были реконструированы оба реактора синтеза метанола на заводе в Томске. 17 колонн с системой ромбовидного холодного байпаса были успешно преобразованы в ARC. Этот проект был применен также для строительства трех новых агрегатов метанола, работающих с максимальной производительностью одного агрегата 3000 т/сут.
Диаметр данных колонн колеблется от 3,5 до 5,9 м, в то время как количество полок — от 3 до 5. Производительность отдельного реактора составляет от 675 до более чем 3000 т/сут.
На территории России в настоящее
время более
БІУЙР
производимого
метанола
осуществляется на агрегатах, в реконструкции которых в той или иной степени
принимала участие фирма «Метанол Казале», а производство метанола на ОАО «Щекиноазот», запроектированное фирмой «Снам Проджетти» (Италия) по методу Аммония Казале, работает с середины 60-х годов прошлого века по настоящее время
Характеристики, полученные на всех модернизированных, а также на новых колоннах ARC, превзошли все ожидания. В частности, мы обнаружили:
■ высокую степень переработки углеродсодержащих соединений, благодаря максимальному использованию катализатора, поскольку устранен разброс температур;
■ равномерный температурный график на входе каждой полки с разбросом, не превышающим несколько градусов;
■ очень низкие температуры на входе полки, в некоторых случаях даже несколько ниже 200°С;
■ незначительное снижение общих рабочих характеристик (например, меньшая потеря активности катализатора с течением времени) из-за устранения горячих мест, которые вызывают быстрое разрушение катализатора.
Новые агрегаты производства метанола в ОАО «Тольяттиазот»
Во второй половине 90-х годов был разработан проект первого нового агрегата метанола производительностью 1350 т/сут для ОАО «Тольяттиазот» с применением новых технологий. При этом было максимально использовано имеющееся на стройплощадке оборудование и новое оборудование частично заказано в российским производителям. Уникальное оборудование (компрессоры, реактор синтеза метанола, насосное оборудование и ряд других позиций) было заказано в других странах.
Для проекта данного агрегата характерны три основных момента:
■ переработка проекта существующей системы риформинга аммиака в новый риформинг метанола с увеличением объема катализатора, изменяя конвективную зону и используя современные огнеупорные материалы;
■ новая горизонтальная колонна синтеза, не требующая больших затрат (включая монтаж), с выработкой пара и оптимальным распределением температур;
■ компактная планировка агрегата с низкими капитальными затратами.
Метанол Казале произвела поставку всего импортного оборудования и материалов, выполнила контроль качества оборудования, имеющегося на стройплощадке, а также оборудования, произведенного в России.
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 19
Ж опыт
Контур синтеза метанола в ОАО «Тольяттиазот»
Новый агрегат метанола в ОАО «Тольяттиазот», разработанный Казале
ОАО «Тольяттиазот» выполнило проект на строительные работы и металлические конструкции для всего агрегата на базе детального проекта, изготовило большую часть оборудования, заказанного в России, под тщательным контролем шефперсонала Казале, специалистов и инспекторов.
Тольяттиазот произвел также монтажные и пусконаладочные работы на новом агрегате метанола, при этом Метанол Казале осуществила шефмонтаж, контроль качества и обучение.
Агрегат подразделен на четыре основные технологические стадии.
1. Блок подготовки, который включает:
■ гидросероочистку, где из природного газа удаляются соединения серы;
■ отделение реформирования, где производится переработка природного газа для получения синтез-газа.
К природному газу добавляется СО2 для увеличения количества углерода. Значительное количество отработанного тепла получается как от потока газа на технологию, так и от потока дымовых газов.
Тепло утилизируется для получения пара высокого давления, подогрева реагентов и для обеспечения
теплом кипятильников отделения дистилляции.
2. Блок компрессии, где происходит компрессия синтез-газа, смешивание с рециркуляционным газом и направление его в контур синтеза.
3. Блок синтеза, где в горизонтальной колонне синтеза происходит реакция образования метанола и одновременно производится пар, который подается во второй кипятильник ректификационной колонны.
4. Блок дистилляции, где метанолсырец, полученный в контуре синтеза, подвергается двухэтапной ректификации: на первом этапе удаляются легкие фракции, в то время как на втором этапе удаляются более тяжелые фракции и вода, что дает возможность получить метанол марки А.
Новый горизонтальный конвертер метанола с внутренним образованием пара
«Метанол Казале» разработала многополочную конструкцию с промежуточным охлаждением, основанную на горизонтальном положении для ситуаций, где требуется рекуперировать тепло реакции паром при давлении, пригодном для ректификации продукта.
Важными характерными особенностями конструкции горизонтальной колонны по проекту Казале являются следующие:
■ простота механической конструкции: катализаторные корзины уже сами по себе являются пустыми контейнерами;
■ применение стандартных хорошо зарекомендовавших себя трубчатых теплообменников, в конструкции которых применяются специальные перегородки;
■ все теплообменники полностью съемные, извлекаемые из обечайки для более легкого ремонта и обслуживания;
■ низкие перепады давления благодаря схеме поперечного расположения катализатора вместо аксиального;
■ максимальное использование внутреннего объема сосуда;
■ конструкция позволяет заполнить катализатором более чем 80% объема сосуда, обеспечивая компактность и низкую стоимость установки;
■ возможность получать пар до 20 бар;
■ очень простой фундамент для установки агрегатного блока ко-
20 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
опыт Ж
лонны с теплообменниками — требуются только две опорные седловины;
■ для обвязки теплообменников нет необходимости в применении наружных трубопроводов с высокой температурой. Значительно упрощена и система трубопроводов пар/котловая питательная вода, поскольку паросборники можно размещать очень близко от колонны;
■ колонна и связанное с ней оборудование (котлы и паросборники) расположены на нулевой отметке.
Горизонтальная схема расположения, разработанная фирмой «Метанол Казале» (рис. 1), основана на принципе модульной конструкции, где можно просто изменять конфигурацию колонны в отношении как количества полок, так и в отношении средств, используемых для охлаждения газа между полками. Например, нетрудно спроектировать колонну с двумя, тремя или четырьмя катализаторными полками, где промежуточное охлаждение может производиться котлами-утилизаторами, подогревом природного газа или другими способами.
Данная гибкость технологического проекта получается благодаря простой конструкции, нацеленной на снижение затрат.
Пар высокого давления при 107 бар изб. и 480°C (полностью используется на установке).
Пар среднего давления при 41 бар изб. и 364°C (полностью используется на установке).
Пар низкого давления при 4 бар изб. и 158°C (полностью используется на установке).
Установка была введена в эксплуатацию в 2000 г. с успешным проведением гарантийных испытаний.
Новая вторая установка производства метанола в Тольяттиазот
В начале 2004 г. был подписан контракт на вторую установку производства метанола в Тольятти с увеличением мощности по метанолу-сырцу до 1600 т/сут и с отделением ректификации, способным произвести 1700 т/сут метанола-ректификата.
На второй установке были произведены следующие модификации.
Добавление предварительного подогревателя воздуха для горения
Печь риформинга второй установки была модифицирована добавле-
нием предварительного подогревателя воздуха для горения в конце секции конвекции и, разумеется, установкой новых арочных горелок с принудительной тягой и нового вентилятора принудительной тяги.
Использование предварительно подогретого воздуха для горения ведет к повышенной эффективности отделения риформинга, что позволило повысить производительность установки с той же самой радиантной камерой и количеством труб в отделении риформинга. Новые катализаторные трубы были установлены на основе максимальной температуры стенки трубы.
Благодаря этим модификациям, количество дымовых газов, образуемых за счет сгорания примерно равно количеству в первом агрегате, что уменьшает число модификаций секции конвекции до одной. Необходимо расположить новый теплообмен-
Метанол Казале
разработала
многополочную
конструкцию
с промежуточным
охлаждением,
основанную на
горизонтальном
положении для
ситуаций, где
требуется
рекуперировать
тепло реакции
паром при
давлении,
пригодном для
ректификации
продукта
ник предварительного подогрева воздуха и распределения горячего воздуха для горения в верхней части, рядом с арочными горелками.
Компрессор синтез-газа
Компрессор синтез-газа принят таким же, как и в агрегате №1. Для обеспечения повышения мощности с использованием того же оборудования, требуемого новым проектом, были проведены следующие модификации:
■ увеличение давления на входе компрессора для обеспечения повышенного расхода питающего газа;
■ перемещение точки смешивания свежего питающего газа и циркуляционного газа ниже по потоку циркуляционной ступени компрессора для обеспечения повышенного расхода циркуляционного газа.
Контур синтеза метанола
Модификации, необходимые для контура синтеза, согласно повышенным расходу циркуляции и производительности метанола сводились к перепроектировке трубопроводов и теплообменников. В частности, необходимыми модификациями являлись следующие:
■ больший теплообменник газ-газ для увеличения рекуперации тепла;
■ больший водяной конденсатор метанола для конденсации дополнительного количества продукта.
Отделение ректификации
Модификации, требуемые отделением ректификации, сводились к следующему:
■ применение высокоэффективных тарелок для ректификационных колонн (что позволило использовать те же колонны первой установки производства метанола);
■ перепроектировка ребойлеров и конденсаторов колонн на новую мощность;
■ перепроектировка насосов и трубопроводов на новую мощность.
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 21
Ж опыт
РИС. 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ И КИНЕТИЧЕСКАЯ ОБЛАСТИ ПРОТЕКАНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ РЕАКЦИИ ХАРАКТЕРИЗУЮТСЯ РАВНОВЕСИЕМ (НАПРИМЕР, СИНТЕЗ МЕТАНОЛА)
Система пара
Основное отличие системы пара второй установки производства метанола по сравнению с первой заключалось в том, что рабочее давление пара низкого давления было увеличено до 5 бар изб. для обеспечения требуемого тепла уже приобретенному ребойлеру ректификационной колонны, подогреваемой паром.
В новую систему пара была включена новая паровая турбина, приводящая в движение вентилятор принудительной тяги и маленький паровой подогреватель воздуха для работы зимой.
Установка была введена в эксплуатацию в декабре 2006 г. с успешным проведением гарантийных испытаний.
Изотермическая конструкция реакторов. Третье поколение реакторов Казале
В начале нового века Казале внедрила совершенно новую технологию для реакторов, основанную на отводе тепла из массы катализатора
РИС. 3. КРИВАЯ РАБОТЫ МНОГОСЛОЙНОГО АДИАБАТИЧЕСКОГО КОНВЕРТЕРА НА ГРАФИКЕ
КОНВЕРСИЯ-ТЕМПЕРАТУРА
теплообменными пластинами. Эта новая конструкция впервые была применена в реакторе синтеза метанола в 2002 г. на ОАО «Невинно-мысский Азот».
Для того, чтобы понять, как работает более эффективный конвертер, необходимо обратиться к основному процессу реакции синтеза и рассмотреть ее термодинамический и кинетический аспекты. Результаты приводятся на графике рис. 2.
Ось x показывает температуру, ось y показывает степень конверсии, верхняя линия представляет равновесную концентрацию, а нижняя линия представляет кривую самой высокой скорости реакции, которую можно достичь.
Самая лучшая конструкция конвертера — это конструкция, которая может использовать объем катализатора по нижней линии, т.е. каждая точка слоя катализатора должна иметь температуру и состав, соответствующие самой высокой достижимой скорости реакции.
В этом случае конвертер использует объем доступного катализатора самым лучшим образом, достигая самой высокой возможной конверсии за проход с данным объемом катализатора.
Существующие множественные адиабатические слои не позволяют достигнуть целей, указанных выше, как показано на следующем графике (рис. 3). График показывает ход реакции адиабатического многослойного быстроохлаждаемого (с холодными байпасами) конвертера. Можно увидеть, что катализатор работает по кривой максимальной скорости реакции только в одной точке каждого слоя.
Более того, последующее разбавление технологического газа, необходимое для быстрого охлаждения (как установлено в классических многослойных быстроохлаждаемых конвертерах), приводит к неэффективности использования присутствующего объема катализатора.
Для следования кривой максимальной степени реакции тепло реакции должно удаляться непосредственно в слое катализатора в соответствии с разработанным профилем, т.е. следует удалять больше тепла там, где степень реакции быстрее, в начале слоя катализатора, и меньше тепла должно удаляться там, где степень реакции ниже, т.е. в конце слоя катализатора. Таким образом, конверсия за один проход становится максимальной.
Конвертер, разработанный в соответствии с этим принципом, будет кинетически более эффективен, чем существующие, но его необходимо разработать с учетом следующих дополнительных характеристик:
■ гибкость во время работы, т.е. необходимо достижение правильного отвода тепла при различных рабочих условиях как в начале и в конце работы катализатора, так и при промежуточной работе катализатора, при более высокой и низкой нагрузке, с различным составом газа, и пр.;
■ низкий перепад давления — это значит, что конвертер должен быть радиальным;
■ доступ к внутренним частям конвертера для загрузки и разгрузки катализатора, для сокращения времени простоя для этих операции;
■ доступ к корпусу ВД конвертера для обеспечения возможности ремонта внутренних стенок и ремонта или замены частей внутренней теплообменной поверхности.
Основные технологические параметры установки № 2
Соотношение пар/углерод (в пересчете по ПГ), моль/моль 3,15
Удельный расход СО2, т/т 0,287
Температура газа на выходе из риформинга, °C 885
Нагрузка на риформинг, Гкал/ч 128,3
Остаточная концентрация СН4 (сух.), мол. % 3,22
Отношение водород/оксиды углерода в свежем газе, моль 2,24
Давление в контуре синтеза (выход конвертера), бар изб. 98,6
Объем катализатора конвертера (загр.), м3 101,9
Перепад давления конвертера (включая бойлеры и промежуточный теплообменник), бар 2,8
Соотношение циркуляции контура, моль 5,56
Эффективность контура по углероду, мол. % 96,2
Удельное энергопотребление ректификации, Гкал/т 0,909
Потребление энергии, Гкал/т 7,94
22 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
опыт Ж
Только комплексный подход может обеспечить наличие всех указанных характеристик, которые никогда не достигались стандартными конструкциями, разработанными до сегодняшнего дня (ни с трубчатым охлаждением, ни адиабатическими многослойными полками).
Основные характеристики новой конструкции Казале для достижения всех требований: аксиально-радиальный конвертер использует новый тип теплообменной поверхности погруженной в катализатор, а также новый тип контроля за температурой.
Основные внутренние компоненты нового конвертера Казале включают пластинчатые теплообменники, погруженные в слой катализатора, с охлаждающим потоком внутри пластин.
Пластинчатые теплообменники долгое время использовались в нефтехимической промышленности, и существует множество производителей, изготавливающих пластины с использованием современных и хорошо зарекомендовавших себя производственных технологий.
Пластины обычно изготавливаются на на автоматизированных линиях с незначительным использованием или без использования ручного труда.
Подход к массовому производству, при однажды заданных и проверенных производственных характеристиках, когда все элементы идентичны, минимизирует возможность дефектов и очень эффектив-
РИС. 4. КОНВЕРТЕР С ПЛАСТИНЧАТЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ: АКСИАЛЬНОРАДИАЛЬНЫЙ ПОТОК
но влияет на затраты. Геометрия пластин очень гибкая и позволяет разработку конвертеров любого размера, без трубных досок.
На рис. 4 показан обычный конвертер с пластинчатым охлаждением.
Пластины погружены в слой катализатора, где существует аксиально-радиальный поток газа. Масса катализатора размещена между двумя вертикальными стенками, перфорированными для распределения газа в катализаторе.
Новый конвертер обеспечивает распределение температур в слое катализатора, таким образом, чтобы масса катализатора могла работать как можно ближе к линии максимальной степени реакции.
Эта ситуация иллюстрируется на рис. 5.
Проблема при достижении такого распределения температур в изотермическом конвертере состоит в том, что выделение тепла реакции не одинаково; оно выше, когда больше реагентов, и разница температур во время переработки между газом в катализаторе и охлаждающим газом также не одинакова.
В целом, количество отводимого тепла от катализатора отличается в разных точках.
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 23
Ж опыт
РИС. 5. ПРОФИЛЬ ТЕМПЕРАТУР РИС. 6. ТЕМПЕРАТУРНАЯ КРИВАЯ С ОБЪЕМОМ КАТАЛИЗАТОРА В ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ
В ПСЕВДО-ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ РЕАКТОРЕ МЕТАНОЛ-КОНВЕРТЕРЕ (IMC): НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА ОХЛАДИТЕЛЯ СОВПАДАЕТ НА ГРАФИКЕ КОНВЕРСИЯ-ТЕМПЕРАТУРА (ПРЯМОТОК) С РЕАГИРУЮЩИМ ГАЗОМ
— Температура катализатора — Температура при максимальной скорости реакции
РИС. 7. ТЕМПЕРАТУРНАЯ КРИВАЯ С ОБЪЕМОМ КАТАЛИЗАТОРА В ИЗОТЕРМИЧЕСКОМ МЕТАНОЛ-КОНВЕРТЕРЕ (IMC): НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА ОХЛАДИТЕЛЯ ПРОТИВОПОЛОЖНО РЕАГИРУЮЩЕМУ ГАЗУ
----Температура катализатора ---- Температура при максимальной скорости реакции
Использование пластин делает возможным осуществление этих требований при подаче различного количества охлаждающего потока в пластинах, тем самым позволяя удалять различное количество тепла в различных частях конвертера, достигая цели использования всего слоя катализатора с распределением температур, соответствующим самой высокой возможной степени реакции.
Количество охлаждающей среды, подаваемое в различные части пластин, можно контролировать клапанами, таким образом можно изменить распределение температуры в слое катализатора, настраивая в соответствии с особыми условиями, т.е. характеристиками свежего или g_ использованного катализатора или Ё" другими требованиями, как если бы g-это был конвертер быстрого охлаж- “ дения (с холодными байпасами).
Следовательно, эта конструкция предоставляет ту же рабочую гибкость, что и конвертер быстрого охлаждения с высокой эффективностью изотермической конструкции с промежуточным охлаждением.
График на рис. 6 показывает распределение температур в слое катализатора, получаемое при конструкции Казале, где поток охлаждающей среды совпадает (прямоток) с потоком реагирующего газа.
Рис. 7 показывает тот же график для конструкции с противотоком.
Кроме производственных преимуществ, указанных выше, этот тип конструкции имеет несколько очень ценных механических характеристик.
В нем нет трубных досок. Поэтому единственным механическим ограничением является максимальный диаметр корпуса ВД.
Слой катализатора непрерывный,
поэтому его можно загружать сверху и разгружать снизу через выпускные трубы, сокращая до минимума время на замену катализатора.
Одинаковая конфигурация и распределение пластин действует как система с естественной плотностью загрузки, позволяющая достигать одинаковую и высокую плотность катализатора при укороченном времени загрузки.
Пластины соединены в модули и каждый модуль может проходить через люк.
Центральная труба имеет достаточную ширину для того, чтобы в нее прошел человек, тем самым предоставляется доступ ко всем частям реактора, позволяя осуществлять замену или ремонт любого узла, который может отказать во время работы, т.е. камера давления, пластины или внутренние трубы.
Старый конвертер на ОАО «Не-винномысский Азот» имел конструкцию с адиабатическими слоями и быстрым охлаждением. Сырье — отходящие газы от производства
24 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
опыт Ж
ацетилена и газ, обогащенный водородом, поступающий с аммиачной установки.
Размер конвертера примерно 4 метра в диаметре, 8 метров в длину, и все новые внутренние части были установлены во время обычной остановки для замены катализатора, через люк, а затем собраны внутри.
Кроме достижения хорошей производительности, конвертер показал и другие преимущества:
■ восстановление катализатора было плавным и легким, без экстремальных температур, благодаря контролируемому теплоотводу от катализатора;
■ конвертер продемонстрировал легкость в управлении и высокую гибкость, работая также в условиях, далеких от расчетных, постоянно поддерживая оптимальное распределение температур. Фактически он работал со стехиометрическим соотношением на входе конвертера в 2,1, вместо расчетного значения в 3,5, без тенденции к формированию горячих точек, позволяя адаптировать распределение температур слоя катализатора к новым условиям;
■ контроль температуры также гарантирует самое низкое образование побочных продуктов, которое было фактически значительно ниже ожидаемого объема, и длительное использование катализатора.
В 2005 г. были реконструированы два реактора аналогичной конструкции в Новомосковске.
Конвертеры в Новомосковске, в отличие от Невинномысска, установлены на заводе парового риформинга, поэтому используются с различными газами; производительность завода также различна, т.е. общая производительность составляет 1000 т/сут, что включает 500 т/сут для каждой установки.
Два конвертера работают с ноября 2005г. с хорошими результатами. Производительность в 1000 т/сут уже была выше достигаемой ранее старым конвертером в 900 т/сут, рассматривается дальнейшее увеличение производительности до 1500 т/сут.
Как в Невинномысске, так и в Новомосковске после реакторов установлены котлы-утилизаторы одинаковой конструкции с получением насыщенного пара 14 атм, идущего на стадию ректификации.
Изотермический реактор с системой парообразования был впервые внедрен в результате второго этапа
РИС. 8. СТАНДАРТНЫЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА ФИРМЫ КАЗАЛЕ
реконструкции производства метанола на ОАО «Метафракс» в 2006 г. во вновь установленном проточном изотермическом реакторе.
Технологии Казале для строительства новых агрегатов метанола
Группа Казале в лице своей компании «Метанол Казале» может предложить очень эффективные проекты для строительства новых агрегатов метанола.
Для агрегатов мощностью до 3000 т/сут Казале предлагает стандартные технологии, а для производительности выше 3000 и до 700010000 т/сут Казале проектирует агрегат по своей передовой технологии производства метанола.
Стандартное производство метанола
Стандартная технология Казале для производства метанола на при-
Изотермический реактор с системой парообразования был впервые внедрен в результате второго этапа реконструкции производства метанола на ОАО «Метафракс» в 2006 г. во вновь установленном проточном изотермическом реакторе
родном газе базируется на классическом паровом риформинге.
Основные технологические отделения, показанные на рис. 8, следующие:
■ паровой риформинг;
■ рекуперация тепла и охлаждение;
■ компрессия;
■ синтез метанола;
■ дистилляция.
Стандартный процесс производства метанола фирмы «Казале» — характеризующие элементы
Основным характеризующим элементом технологии Казале является конвертер синтеза. Конвертер синтеза действительно играет очень важную роль в процессе производства метанола, т.к. контур синтеза является важной частью всего агрегата, и эффективность конвертера имеет большое влияние на размер контура.
Конвертер синтеза в технологии Казале спроектирован в соответствии с самой передовой конструкцией конвертера метанола — изотермический метанольный конвертор (ИМК), который был описан выше.
Охлаждающей средой внутри пластин может быть свежий питающий газ конвертера, вода или другая среда, переносящая тепло. Также возможна комбинация различных сред.
Другим преимуществом конструкции является то, что с конструкцией ИМК возможно строительство конвертеров, которые имеют очень большую мощность в одном единичном сосуде
Благодаря характеризующим элементам, описанным в предыдущих разделах, стандартная технология производства метанола фирмы «Казале» имеет очень хорошие характеристики, которые позволяют снизить для данной производи-
НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009 ГАЗОХИМИЯ 25
ОПЫТ
Благодаря новой конструкции и специфическим особенностям технология производства метанола имеет очень высокую эффективность, а именно — очень низкое потребление энергии
тельности размер оборудования и построить агрегат с более низкими капиталовложениями, чем при других технологиях:
■ соотношение пар/углерод (относится только к потоку природного газа) от 2,5 до 3,0;
■ давление в контуре метанола 80 бар;
■ конверсия метанола около 7%;
■ потребление энергии: около 6,9 Гкал/т произведенного метанола.
Передовые технологии Казале для агрегатов производства метанола большой мощности
Передовая технология производства метанола была разработана Казале для конструкции с природным газом, базирующейся на агрегатах производства метанола с одной линией и очень высокой производительностью до 7000 т/сут и выше.
Основной концепцией передовой технологии производства метанола Казале является использование схемы комбинированного ри-
форминга для производства синтез-газа в большом количестве и использование конвертера Казале ИМК, что приводит к очень высокой мощности с конструкцией с одним аппаратом.
Как показано на рис. 9, передовая технология производства метанола фирмы «Казале» включает следующие основные этапы:
■ разделение воздуха (ASU);
■ паровой риформинг;
■ автотермический риформинг (ATR);
■ рекуперация тепла и охлаждение;
■ компрессия;
■ синтез метанола;
■ дистилляция.
Предлагаемая схема агрегата базируется на производстве синтез-газа из природного газа по хорошо известной схеме комбинированного риформинга, которая является комбинацией парового риформинга с автотермическим риформингом (ATR) с кислородом.
По этой схеме подача природного газа делится на два потока: первый поток направляется к паровому риформингу, в то время как второй байпасирует паровой риформинг и направляется напрямую к конвертеру автотермического риформинга ATR вместе с выходящим потоком из парового риформинга. В отделении ATR он реагирует с кислородом, полученным в установке разделения воздуха, для получения синтез-газа с составом, пригодным для производства метанола.
Произведенный синтез-газ из секции комбинированного риформинга направляется после рекуперации тепла, охлаждения и компрессии к секции синтеза.
Секция синтеза метанола базируется на конструкции ИМК: на одной полке используется свежий газ, питающий конвертер в качестве охлаждающей среды, а на другой — кипящая вода.
Произведенный метанол очищается в стандартной системе дистилляции с тремя колоннами.
Благодаря новой передовой конструкции и специфическим особенностям, описаным в предыдущих разделах, передовая технология производства метанола имеет очень высокую эффективность, а именно — очень низкое общее потребление энергии: около 6,7
Гкал/т произведенного метанола.
Эти высокие характеристики делают возможным построить агрегаты с очень большой производительностью — 7000 т/сут и выше в одну линию. ГХ
РИС. 9. ПЕРЕДОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА ФИРМЫ «КАЗАЛЕ»
26 ГАЗОХИМИЯ НОЯБРЬ-ДЕКАБРЬ 2009
