Спосіб виробництва метанолу з синтез-газу

Реферат: UA 79500 U UA 79500 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до способу виробництва метанолу з синтез-газу. Відомо спосіб для отримання метанолу в циклічному процесі, в якому суміш зі свіжого і частково відреагувавшого синтез-газу спочатку подається в реактор з водяним охолодженням, а потім в реактор з газовим охолодженням, в кожному з яких синтез-газ перетворюється в метанол за участі каталізатора на основі міді. Отриманий метанол відділяється від синтез-газу, який потім як теплоносій проходить в протитечії в реактор з газовим охолодженням і нагрівається до температури від 220 °C до 280 °C, перш ніж він потрапить в перший реактор синтезу, (патент ЕР 0790226, В1, МГЖ8 С07С29/152, публ. 20.08.1997) Недоліком цього способу є конденсація метанолу в другому реакторі з газовим охолодженням, яка відбувається через те, що температура стінки реактора на виході може наближатися до точки роси газу. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, є спосіб виробництва метанолу з синтез-газу, що містить водень і окисли вуглецю, який проходить через перший, з водяним охолодженням, реактор, в якому частина оксидів вуглецю каталітично перетворюється на метанол, і де в результаті суміш, яка містить синтез-газ і пари метанолу, подається в другий, з газовим охолодженням, реактор, в якому подальша частина оксидів вуглецю перетворюється на метанол. Суміш, що виводиться з першого реактора, направляється через газ/газ теплообмінник, в якому суміш охолоджується до температури нижче точки роси. Після чого, метанол відділяється від газового потоку в сепараторі метанолу та вилучається, а решта газового потоку подається на другий реактор, (патент US 2011/0178187, А1, МПК8 С07С29/152, публ. 21.07.11) Недоліком цього способу є відсутність можливості визначення ступеня виснаження каталізатора в кожен конкретний момент часу, через що каталізатор продовжує використовуватися навіть коли вихід метанолу значно знижується, це призводить до зниження продуктивності. В основу корисної моделі поставлена задача здійснення такого способу виробництва метанолу з синтез-газу, в якому забезпечується більш висока продуктивність, завдяки визначенню ступеня виснаження каталізатора, що дозволяє використовувати каталізатор більш раціонально. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі виробництва метанолу з синтез-газу, який пропускають через перший, з водяним охолодженням, реактор, суміш з першого реактора, яка містить синтез-газ і пари метанолу подають в другий, з газовим охолодженням, реактор, в якому подальша частина оксидів вуглецю перетворюється на метанол, і суміш, що виводять з першого реактора, направляють через газ/газ теплообмінник, в якому суміш охолоджують до температури нижче точки роси, після чого, метанол відділяють від газового потоку в сепараторі метанолу та вилучають, а решту газового потоку подають на другий реактор, згідно з корисною моделлю у першому реакторі постійно здійснюють вимір витрати, тиску, температури живильної води і тиску насиченої пари в водопаровому просторі, одержані дані виміру передають для обробки в електронний обчислювальний пристрій, в якому за формулою   1 45 50 55 Gв  інп  іжв   100  3600  22,4 CO  V  Qм , де Gв - поточна витрата живильної води, кг/с; інп - ентальпія насиченої пари на виході з реактора, Дж/кг; іжв - ентальпія живильної води, Дж/кг; CO - процентний вміст монооксиду вуглецю в синтез-газі, %; 3 V - об'ємна витрата синтез-газу, м /г; Qм - тепловий ефект утворення метанолу, Дж / кмоль, визначають ступінь виснаження каталізатора і, при значенні виснаження каталізатора більше 0,75, здійснюють заміну каталізатора. Заявлений спосіб реалізується наступним чином: Для виробництва метанолу з синтез-газу, що містить водень і окисли вуглецю, синтез-газ проходить через перший, з водяним охолодженням, реактор, в якому частина оксидів вуглецю каталітично перетворюється на метанол і в результаті утворюється суміш, що містить синтезгаз і пари метанолу. Постійна температура в порожнині реактора з водяним охолодженням підтримується за допомогою відповідних регулюючих органів. Пароводяна суміш, що 1 UA 79500 U 5 10 15 20 утворюється при кипінні води в міжтрубному просторі, піднімається в сепаратор, в якому відділяється і виводиться сухий насичений пар з тиском 43 атм. Поповнення маси охолоджувача реалізується за рахунок підведення свіжої живильної води з температурою 50 °C і тиском 43 атм. Витрата підживлювальної води визначається з умови підтримання заданого рівня охолоджувача в міжтрубному просторі реактора за допомогою датчика рівня. Через малу частку рідини, що випарюється, в порівнянні з її загальною масою в реакторі, верхній рівень рідини в реакторі з водяним охолодженням матиме достатньо чітку межу, що дозволяє використовувати ємнісні датчики рівня. Ентальпія живильної води визначається в залежності від її тиску і температури, а насиченої пари - в залежності від заданого рівня тиску в водопаровому просторі (43 атм.) з термодинамічних таблиць, що описують властивості води і водяної пари. Тиск у водопаровому просторі вибирається виходячи з умови забезпечення заданої температури кипіння води, що і визначає стабілізоване значення температури в реакційному просторі. Дані про витрати, тиску, температури живильної води і тиску насиченої пари в водопаровому просторі передають для обробки в електронний обчислювальний пристрій, в якому за відповідною формулою визначається ступінь виснаження каталізатора. Ступінь виснаження реакційної здатності каталізатора проводиться на підставі аналізу величини витрачання монооксиду вуглецю в реакціях синтезу, розрахованої в залежності від поточної витрати живильної води. Ступінь виснаження реакційної здатності каталізатора визначається за наступною формулою:   1 25 30 35 40 45 50 55 Gв  інп  і жв   100  3600  22,4 , CO  V  Qм де Gв - поточна витрата живильної води, кг/с; інп - ентальпія насиченої пари на виході з реактора, Дж/кг; і жв - ентальпія живильної води, Дж/кг; CO - процентний вміст монооксиду вуглецю в синтез-газі, %; 3 V - об'ємна витрата синтез-газу, м /г; Qм - тепловий ефект утворення метанолу, Дж / кмоль. При значенні виснаження каталізатора більше 0,75, здійснюють заміну каталізатора. Далі, суміш, яка містить синтез-газ і пари метанолу, подається в другий, з газовим охолодженням, реактор, в якому подальша частина оксидів вуглецю перетворюється на метанол. Суміш, що виводиться з першого реактора, направляється через газ/газ теплообмінник, в якому суміш охолоджується до температури нижче точки роси. Згодом, метанол відділяється від газового потоку в сепараторі метанолу та вилучається, а решта газового потоку подається на другий реактор. Приклад реалізації заявленого способу: 3 Синтез-газ з витратою 10000 м /г і температурою 70 °C, що містить 78,5 % водню і 21,5 % окислів вуглецю, проходить через перший, з водяним охолодженням реактор, в якому частина оксидів вуглецю каталітично перетворюється на метанол і в результаті утворюється суміш, що містить синтез-газ і пари метанолу. Постійна температура в порожнині реактора з водяним охолодженням підтримується за допомогою відповідних регулюючих органів. Пароводяна суміш, що утворюється при кипінні води в міжтрубному просторі, піднімається в сепаратор, в якому відділяється і виводиться сухий насичений пар з тиском 43 атм. Поповнення маси охолоджувача реалізується за рахунок підведення свіжої живильної води з температурою 50 °C і тиском 43 атм. Витрата підживлювальної води визначається з умови підтримання заданого рівня охолоджувача в міжтрубному просторі реактора за допомогою датчика рівня. Через малу частку рідини, що випарюється, в порівнянні з її загальною масою в реакторі, верхній рівень рідини в реакторі з водяним охолодженням матиме достатньо чітку межу, що дозволяє використовувати, ємнісні датчики рівня. Ентальпія живильної води визначається в залежності від її тиску і температури, а насиченої пари - в залежності від заданого рівня тиску в водопаровому просторі (43 атм.) з термодинамічних таблиць, що описують властивості води і водяної пари. Тиск у водопаровому просторі вибирається, виходячи з умови забезпечення заданої температури кипіння води, що і визначає стабілізоване значення температури в реакційному просторі. Дані про витрату, тиск, температуру живильної води і тиск насиченої пари в водо-паровому просторі передають для обробки в електронний обчислювальний пристрій, в якому за 2 UA 79500 U відповідною формулою визначається ступінь виснаження каталізатора. Приклад використання даної залежності представлений в наступній таблиці. 1 2 3 5 10 15 20 GB, кг/с 0,343 0,286 0,263 iнп, Дж/кг іжв, Дж/кг CO, % 2799 213 21,5 3 V, м /г Qм, Дж/кмоль 10000 110800  0,7 0,75 0,77 Продуктивність, % 30 25 23 Діагностика теплової роботи реактора з водяним охолодженням дозволяє в реальному часі отримувати інформацію про інтенсивність протікання реакції і виносити судження про виснаження реакційної здатності каталізатора, що дозволяє підібрати умови для розширення часових межі використання каталізатора, отже використовувати його більш продуктивно. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виробництва метанолу з синтез-газу, який пропускають через перший, з водяним охолодженням, реактор, суміш з першого реактора, яка містить синтез-газ і пари метанолу, подають в другий, з газовим охолодженням, реактор, в якому подальша частина оксидів вуглецю перетворюється на метанол, і суміш, що виводять з першого реактора, направляють через газ/газ теплообмінник, в якому суміш охолоджують до температури нижче точки роси, після чого метанол відділяють від газового потоку в сепараторі метанолу та вилучають, а решту газового потоку подають на другий реактор, який відрізняється тим, що у першому реакторі постійно здійснюють вимір витрати, тиску, температури живильної води і тиску насиченої пари в водопаровому просторі, одержані дані виміру передають для обробки в електронний обчислювальний пристрій, в якому за формулою G  і  і   100  3600  22,4 ,   1  в нп жв CO  V  Qм де Gв - поточна витрата живильної води, кг/с; інп - ентальпія насиченої пари на виході з реактора, Дж/кг; 25 30 і жв - ентальпія живильної води, Дж/кг; CO - процентний вміст монооксиду вуглецю в синтез-газі, %; 3 V - об'ємна витрата синтез-газу, м /г; Qм - тепловий ефект утворення метанолу, Дж/кмоль, визначають ступінь виснаження каталізатора і, при значенні виснаження каталізатора більше 0,75, здійснюють заміну каталізатора. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3