Проектирование производства по получению карбинола (метанола)

3.3. Характеристика производимой продукции

Техническое наименование продукта карбинол-сырец. Карбинол-сырец, является промежуточным продуктом, который направляется в цех ректификации для получения карбинола-ректификата.

Основной составляющей частью карбинола-сырца является метиловый спирт (карбинол) химическая формула: СН3ОН. Кроме того, в карбиноле сырце имеются примеси - продукты побочных реакций синтеза: вода, диметиловый эфир (СН3)2О, высшие спирты (С3Н7ОН), a также другие примеси [4].

Состав карбинола-сырца Массовая доля компонентов (%)

Карбинол от 84 до 95

Диметиловый эфир от 0,2 до 0,2

Н-пропанол от 0,1 до 0,2

Изобутанол от 0,05 до 0,1

Метилформиат от 0,05 до 0,2

Амиловые спирты от 0,01 до 0,05

Ацетальдегид от 0,03 до 0,2

Метилэтилкетон от 0,006 до 0,01

Вода от 4,0 до 15,0

Углеводороды С2 и выше от 0,04 до 0,3

Этанол от 0,01 до 0,5

Нормы показателей для карбинола - сырца приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Нормы показателей для карбинола-сырца

Карбинол представляет собой бесцветную, легкоподвижную, легколетучую, горючую жидкость с запахом, подобным запаху этилового спирта [5]. Физические свойства [6]:

Карбинол при нормальных условиях (0°С, 0,1013 МПа) имеет следующие характеристики:

молекулярная масса ………………………………................................32,04

плотность, кг /м3 …810,1

температура, °С

кипения ..64,65

вспышки 8

затвердевание 97,7

вязкость, МПа·с .0,793

диэлектрическая проницаемость 37,92

удельное электрическое сопротивление, Ом……………..4,5 ·104

теплота сгорания, кДж/кг .22331

3.4. Описание технологической схемы

Для процесса синтеза карбинола необходима газовая смесь - свежий газ с определённым соотношением компонентов: водорода, окиси углерода и двуокиси углерода. Она приготавливается путём смешивания синтез - газа с двуокисью углерода и азотоводо-родной смесью.

Смесь синтез - газа из цеха конверсии метана из сепаратора С1 поступает на всас дожимающего компрессора К1. Сюда же, с целью повышения соотношения Н2:СО и содержания СО2 в свежем газе, подаётся азотоводородная смесь и углекислота.

Полученная смесь - свежий газ с избыточным давлением 0,68 - 0,82 МПа поступает на всас четырёхступенчатого центробежного дожимающего компрессора К1. После каждой ступени компрессора газ охлаждается оборотной водой в холодильниках Т1 - 4 до температуры не более 400С, а сконденсировавшаяся при этом влага отделяется в сепараторах С2 - 4.

Сжатый в компрессоре до избыточного давления не более 4,51 МПа газ после концевого сепаратора С5 поступает в угольные адсорберы АД, которые предназначены для очистки свежего газа от N - метилпирролидона, поступающего с синтез - газом цеха ацетилена, до массовой концентрации N - метилпирролидона не более 1 мг/м3. Более высокая массовая доля N - метилпирролидона в газе, поступающем на синтез карбинола, приводит к ухудшению качества карбинола - сырца.

После угольных адсорберов АД сжатый газ поступает на всас центробежного циркуляционного компрессора К2.

Отделившаяся в сепараторах влага сбрасывается в ёмкость приблизительно один раз в два часа.

В компрессоре К2 свежий газ смешивается с циркуляционным газом, дожимается до избыточного давления не более 5,3 МПа и поступает в межтрубное пространство рекуперационного теплообменника Т5 - 6, где за счёт тепла газа, отходящего из реактора синтеза РК, нагревается до температуры Т=180 - 230оС.

Рекуперационный теплообменник представляет собой двухэлементный горизонтальный кожухотрубный аппарат с сегментными перегородками в межтрубном пространстве. Далее газ проходит электроподогреватель ЭП и поступает в реактор синтеза карбинола РК.

Электроподогреватель представляет собой вертикальный цельносварной цилиндрический аппарат с приварными эллиптическими крышками. Внутри аппарата размещены четыре электронагревательных элемента. Электроподогреватель включается в работу при потере автотермичности процесса синтеза, а также для разогрева и восстановления катализатора в пусковой период.

Реактор синтеза представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат шахтного типа с приварными эллиптическими днищами, снабжённый люками для загрузки и выгрузки катализатора. Для равномерной подачи газа основного хода реактор снабжён распределительным устройством концевого типа. Внизу реактора, над выходным штуцером расположено эллиптическое перфорированное днище, покрытое двумя слоями мелкой проволочной сетки, на которую уложен слой фарфоровых шаров диаметром 25 мм. Сверху шаров загружается катализатор, который разграничивается с шарами двумя слоями проволочной сетки. Для защиты катализатора от разрушения потоком газа, в верхнюю часть реактора загружен слой керамических колец Рашига (50х50 мм).

Из реактора газ выходит с температурой не более 3000С и объёмной долей карбинола в этом газе 2,5 - 3,0%. Далее газ поступает в трубное пространство рекуперационного теплообменника Т5-6, охлаждается до температуры не более 1500С и поступает в холодильники - конденсаторы с воздушным охлаждением АВО. Исходя из компоновки холодильников - конденсаторов с воздушным охлаждением в блоке синтеза, температуру после первых по ходу газа холодильников рекомендуется держать не ниже 700С во избежание конденсации паров карбинола и залива жидким карбинолом трубок в этих аппаратах.

Сконденсировавшийся карбинол отделяется в сепараторе С6 и поступает в сборник карбинола - сырца СБ.

Освобождённый от сконденсировавшегося карбинола - сырца циркуляционный газ поступает на всас центробежного циркуляционного компрессора К2, где смешивается со свежим газом и цикл повторяется.

Карбинол - сырец из сборника СБ поступает на базисный склад в ёмкость карбинола - сырца, оттуда направляется в отделение ректификации на переработку в карбинол - ректификат.

3.4.1. Нормы технологического режима

Таблица 3.3

Нормы технологического режима

3.5. Материальный баланс производства

При расчете материального баланса синтеза принимаем, что в колонне синтеза протекают реакции:

CO + 2H2 CH3OH (3.13)

2CO + 4H2 (CH3)2O + H2O (3.14)

CO + 3H2 CH4 + H2O (3.15)

4CO + 8H2 C4H9OH + 3H2O (3.16)

CO2 + H2 CO + H2O (3.17)

Примем условные обозначения:

х - расход исходного газа на 1 т карбинола-сырца, м3 ;

у - объем продувочных газов, м3;

с - объем метана, образовавшегося по реакции (3.15), м3;

g- объем оксида углерода (IV), восстановленного по реакции (3.17), м3;

i- объем инертных компонентов в цикле, об. дол. (m+n=i);

b- объем водорода в циркуляционном газе, об. дол.

Исходные данные:

-состав исходного газа, об. дол.: Н2-67,81; СО-29,50; СО2-1,00; СН4- 0,54; N2-l,15;

-состав циркуляционного газа, об. дол.: СО-11,0; СО2-0,90; СH4- m; N2-n;

-состав танковых газов, м3: Н2-18,70; СО-7,50; СО2-5,24; СН4- 4,30, N2-4,80; (CH3)2O-2,50;

-состав карбинола-сырца:

об. дол. (СН3)2О-3,0; СН3ОН-91,5; С4Н9ОН-1,1; Н2О-4,4;

м3 (СН3)2О-14,60; СнзОН-640,30; С4Н9ОН-3,30; Н2О-54,72.

В соответствии с исходными данными общий объемный расход воды, образовавшейся по реакциям (3.14), (3.15), (3.16) и (3.17), составляет 54,72 м3/т. Зная объем образовавшегося диметилового эфира и изобутилового спирта, находим количество воды, получаемой по реакциям (3.14), (3.16)

17,1+3,3-3=27,0 м3/т, где 17,1=2,50+14,60

Тогда объем воды, образовавшейся по реакциям (3.15) и (3.17) составит

54,72-27,0=27,72 м3/т.

Величина 27,72 м3/т составит так же сумму образовавшихся метана (3.15) и оксида углерода (3.17), т.е.

c+g=27,72

В соответствии со стехиометрическими коэффициентами всех реакций составим уравнения:

1.Инертные компоненты

(3.18)

где - расход инертных компонентов, поступающих с исходным газом, м3/т;

1 Вода

c+g=27,72 (3.19)

3. Оксид углерода

(3.20)

где 695,2- объемный расход оксида углерода, расходуемого по реакциям (3.13), (3.14), (3.16) и теряемое с танковыми газами, а именно:

объемный расход СО, расходуемое на образование карбинола, равно 640,3 м3/т;

объемный расход СО, расходуемое на образование диметилового эфира, равно
2-17,1=34,2 м3/т;

- объемный расход СО, расходуемое на образование изобутилового спирта, равно
4•3,3=13,2 м3/т;

- объемный расход СО, теряемое с танковыми газами, равно 7,5 м3/т.

640,3+2•17,1+4•3,3+7,5=695,2 м3/т

4. Водород

(3.21)

где 1394,1- объемный расход водорода, расходуемое по реакциям (3.13), (3.14), (3.16) теряемое с танковыми газами.

2•640,3+4•17,1+8•3,3 + 18,7= 1394,1 м3/т

5. Оксид углерода (IV)

(3.22)

6. Исходный газ

x = y+g +3•c+2103,64 (3.23)

где 2103,64- объемный расход газа, расходуемое по реакциям (3.13), (3.14), (3.16) и теряемое танковыми газами:

1394,1 +695,2+5,24 + (4,3 +4,8) =2103,64 м3/т

Из уравнения (3.19) g=27,72 -с подставим это значение g в уравнения (3.20), (3.21), (3.22)

(3.23} преобразуя их, получим следующие уравнения:

0,0169•х+с-0,01•i•у =9,1 (3.24)

0,295•х -0,11•у -2•c =667,48 (3.25)

0,6781•х-0,01•b•у-2с= 1421,82 (3.26)

0,01•х -0,009•у - с = 32,96 (3.27)

х-у-2•с=2131,36 (3.28)

Преобразуя уравнения (3.27) и (3.28)

2• (0,01•х-0,009•у с) = 2• 32,96

+

х-у-2•с = 2131,36_______

1,02•х-1,018•у=2197,28 (3.29)

Преобразуя уравнения (3.28) и (3.25)

х-у-2•с = 2131,36

-

0,295•х-0,11•у-2•с=667,48

0,705•х-0,89•у = 1463,88 (3.30)

Решим систему уравнений:

у =288,2 м3/т

Решая соответствующие уравнения, находим (об. доли):

х =2441,6 м3/т; g =16,71 м3/т; с =11,01 м3/т; I =15,0%; b =73,1% . Содержание азота в циркуляционном газе по уравнению, равно:

тогда m =i-n =15- 8,1=6,9%

m=6,9% содержание метана

Учитывая потери исходного газа (3-5%), расход его в колонне синтеза составит:

2441,6• (1,03?1,05) =2550 м3/т

Расход и состав газовой смеси в разных точках синтеза следующий:

-исходный газ 2550 м3/т;

-газ на входе в колонну (смесь исходного и циркуляционного) 24000 м3/т;

- газ перед сепаратором (до смешения исходного с циркуляционным) 24000-2550=2450 м3/т;

- продувочный газ (до отдувки паров карбинола) 288,2+9,52=297,72 м3/т;

- газ после холодильника-конденсатора 21450+297,72=21747,72 м3/т;

- жидкий карбинол 712,92-9,52=703,4 м3/т;

- танковые газы 43,04 м3/т;

- газ после колонны синтеза 21747,72+703,4+43,04=22494,16 м3/т.

Все полученные результаты сведем в таблицу 3.4.

Таблица 3.4

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8