Способ переработки природного газа с получением метанола

 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано на агрегатах производства метанола. Сущность способа переработки природного газа с получением метанола, включающего стадии компримирования природного газа, сероочистку, каталитическую паровую конверсию с утилизацией тепла конвертированного газа, компримирование конвертированного синтез-газа, синтез метанола и ректификацию, состоит в том, что синтез метанола осуществляют с периодической заменой в атмосфере азота верхнего слоя катализатора в течение 0,5-1,75 гарантийного срока его службы, при этом количество заменяемого катализатора определяют из следующей зависимости: Q_пер = Q_загр·(A - 1)·(B/C)ⁿ, где Q_пер - количество перегружаемого катализатора, м³; Q_загр - количество загруженного в реактор катализатора, м³; A - коэффициент (1,15 - 1,27), безразмерная; B - коэффициент (1,65 - 1,75), мас.%; C - коэффициент (0,9 - 1,1), мас.%; n - константа (0,89), безразмерная. Техническим результатом изобретения является повышение степени использования природного газа и экономия катализатора синтеза метанола.

Предлагаемое изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано на агрегатах производства метанола.

Известен способ переработки природного газа с получением метанола, включающий в себя следующие основные стадии: компримирование природного газа до 30 кг/см²; сероочистку; каталитическую паровую конверсию природного газа с водяным паром в двух параллельно работающих трубчатых печах с соотношением пар:газ, равным 3:1, при давлении 30 кг/см² и температуре на выходе 860^oC; утилизацию тепла конвертированного газа; компримирование конвертированного синтез-газа с 17 до 80 кг/см² двухступенчатым центробежным компрессором; синтез метанола в едином цикле с двумя параллельно работающими адиабатическими реакторами, в которых катализатор находится в четырех разделенных слоях на опорных решетках, с центральным и периферийными смесителями для смешения газов и регулирования температуры, под давлением 80 атм и температуре 210-270^oC по циркуляционной схеме; ректификацию метанола-сырца в одной предварительной и двух основных колоннах.

В качестве приводов компрессоров, вентиляторов и дымососов к трубчатым печам большинства насосов установлены паровые турбины (Постоянный технологический регламент М-750, N 128516, Губаха, 1985 г.).

Недостатком способа является то, что при работе адиабатических реакторов синтеза метанола имеется значительная неравномерность падения активности слоев катализатора в результате механического повреждения и химической дезактивации. Интенсивное снижение активности происходит в первых по ходу газа слоях катализатора, особенно в первом слое, при этом активность нижних слоев достаточно высока.

Указанный недостаток реакторов синтеза приводит к нерациональному расходу природного газа или замене всего объема катализатора при потере активности только первого слоя.

Техническим результатом изобретения является увеличение степени использования природного газа и экономия катализатора синтеза метанола.

Указанный технический результат достигается предложенным способом переработки природного газа с получением метанола, включающим компримирование исходного природного газа, его сероочистку, каталитическую паровую конверсию с утилизацией тепла конвертированного газа, компрессию последнего и синтез метанола в колоннах синтеза в присутствии катализатора с последующей его ректификацией, при этом синтез метанола осуществляют с периодической заменой в токе азота верхнего слоя катализатора колонн синтеза, количество которого определяют по формуле: Q_пер=Q_загр·(A-1)·(B/C)ⁿ, где Q_пер - количество перегружаемого катализатора на первой полке, м³;
Q_загр- - количество загруженного в реактор катализатора, м³;
A - коэффициент (1,15-1,27), безразмерный;
B - коэффициент (1,65-1,75), мас.%;
C - коэффициент (0,9-1,1), мас.%;
n - константа (0,89), безразмерная,
предпочтительно периодическую замену катализатора в верхнем слое осуществлять в течение 0,5 - 1,75 гарантийного срока его службы.

Заявленное техническое решение соответствует условиям патентоспособности "Новизна", "Изобретательский уровень" и "Промышленная применимость", поскольку совокупность признаков: периодическая замена в атмосфере азота первого слоя катализатора в каждой их колонн синтеза и расчетное количество заменяемого катализатора, определяемое согласно изобретению из следующей зависимости:
Q_пер. = Q_загр·(А-1)·(В/С)ⁿ,
где Q_пер - количество перегружаемого катализатора на первой полке, м³;
Q_загр - количество загруженного в реактор катализатора, м³;
А - коэффициент (1,15-1,27), безразмерная;
В - коэффициент (1,65-1,75), мас.%;
С - коэффициент (0,9-1,1), мас.%;
n - константа, безразмерная,
обеспечивают неочевидный результат - увеличение степени использования природного газа и соответственно увеличение выпуска метанола и экономию катализатора синтеза метанола.

Пример осуществления способа.

При работе агрегата по переработке природного газа с получением метанола, включающего все вышеперечисленные основные стадии: сероочистку, каталитическую паровую конверсию природного газа с водяным паром в двух параллельно работающих трубчатых печах с соотношением пар:газ, равным 3:1, при давлении 30 кг/см² и температуре на выходе 860^oC, с последующей утилизацией тепла конвертированного газа, компримирование до 80 кг/см², синтез метанола в двух колоннах, в которых катализатор находится в четырех разделенных слоях на опорных решетках, с центральным и периферийными смесителями для смешения газов и регулирования температуры, под давлением 80 атм и температуре 210-270^oC по циркуляционной схеме и ректификацию метанола-сырца в одной предварительной и двух основных колоннах, через определенный период времени (~8 лет) степень использования природного газа уменьшилась до 95,02%. Содержание СО и CO₂ стало соответствовать на входе в реакторы 3,75% и 2,65%, на выходе 1,9% и 1,65%. Малое значение разности температуры на входе в первый слой и на выходе из него указывало на дезактивацию катализатора именно в первом слое.

Расчетным путем определено количество перегружаемого катализатора в каждой из колонн:
Q_пер = Q_загр·(А-1)·(В/С)ⁿ = 131 м³ · (1,25-1) · (1,75%/1,08 %)^0,89= 50,3 м³,
где Q_загр = 131 м³ (общее количество катализатора в одном реакторе);
А = 1,25, безразмерный коэффициент;
В = 1,75% мас. коэффициент;
С = 1,08% мас. коэффициент;
n = 0,89 безразмерная (константа).

После замены части катализатора на первой верхней полке каждого реактора в токе азота степень использования природного газа составила 96,15%. Содержание СО и CO₂ соответственно на входе в реакторы 3,35% и 2,5%, на выходе 1,15% и 1, 5%. Температуры на первых полках, соответственно на входе и на выходе в первом реакторе 208^o--->260^oС, во втором реакторе 208^o--->265^oС.

После замены части катализатора на первой полке реакторов синтеза, агрегат проработал еще 2 года до полной замены катализатора.

Как следует из приведенного примера, степень использования природного газа увеличена на 1,13%. Экономия дорогостоящего катализатора синтеза метанола составила ~17%.

Формула изобретения

1. Способ переработки природного газа с получением метанола, включающий компримирование исходного природного газа, его сероочистку, каталитическую паровую конверсию с утилизацией тепла конвертированного газа, компрессию последнего и синтез метанола в колоннах синтеза в присутствии катализатора с последующей его ректификацией, отличающийся тем, что синтез метанола осуществляют с периодической заменой в токе азота верхнего слоя катализатора колонн синтеза, при этом количество заменяемого катализатора определяют по формуле:
Q_пер. = Q_загр. · (A - 1) · (B / C)ⁿ,
где Q_пер. - количество перегружаемого катализатора на первой полке, м³;
Q_загр. - количество загруженного в реактор катализатора, м³;
A - коэффициент (1,15 - 1,27), безразмерный;
B - коэффициент (1,65 - 1,75), мас.%;
C - коэффициент (0,9 - 1,1), мас.%;
n - константа (0,89), безразмерная.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодическую замену верхнего слоя катализатора осуществляют в течение 0,5 - 1,75 гарантийного срока его службы.