Способ получения метанола

 

Изобретение относится к способу получения метанола из природного газа. Способ включает предварительное сатурирование исходного сырья и его нагрев с использованием газового конденсата, смешение смеси с кислородом в смесителе при отношении пар : газ 2,3-2,54, парокислородную конверсию природного газа с использованием никельсодержащего катализатора, удаление двуокиси углерода путем одноступенчатой промывки водным раствором моноэтаноламина, осушку реакционной смеси, компрессию и подачу в полочную колонну синтеза со ступенчатым байпасированием с использованием медьсодержащего катализатора. Обычно предварительное сатурирование проводят до объемного отношения пар : газ 0,58-0,62, при этом, как правило, температуру газового конденсата, используемого при сатурировании и нагреве парогазовой смеси, поддерживают в диапазоне 160-176^oС, температуру парогазовой смеси, подаваемой в смеситель, - в диапазоне 260-354^oС, а давление - в пределах 1,5-1,83 МПа, промывку осуществляют до получения функционала f=2,01-2,34, компрессию осуществляют до поддержания давления на входе в колонну синтеза в пределах 7,35-8,57 МПа, а температуру в колонне синтеза поддерживают в диапазоне 215-280^oС. Способ позволяет увеличить срок службы катализаторов и уменьшить технологические и энергетические затраты при высокой конверсии и качестве получаемого метанола.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способу получения метанола из природного газа.

Известен способ получения метанола из природного газа, включающий предварительное сатурирование исходного сырья до объемного отношения пар : газ 0,4-0,7, смешение с кислородом, парокислородную конверсию природного газа при температуре парогазовой смеси на входе в конвертер 260-300^oС, объемном отношении пар : газ 2,2-2,8 и давлении 2,0 МПа, удаление двуокиси углерода путем одноступенчатой промывки раствором моноэтаноламина до получения функционала f=2,05-2,2, осушку реакционной смеси, представляющей собой смесь окислов углерода и водорода, компрессию реакционной смеси до давления 8,5-9,5 МПа и ее подачу на стадию синтеза в полочных колоннах со ступенчатым байпасированием при 220-270^oС с использованием медьсодержащего катализатора (патент РФ 2099320, кл. С 07 С 29/15, 31/04, 1997).

Предварительное сатурирование осуществляют нагретым газовым конденсатом, циркулирующим в системе. Парокислородную конверсию природного газа проводят в шахтном конвертере при низких объемном отношении пар : газ и температуре парогазовой смеси на входе в конвертер. Удаление двуокиси углерода из конвертированной газовой смеси осуществляют промывкой 8-12% водным раствором моноэтаноламина (МЭА) с его последующей регенерацией. Осушка газовой смеси осуществляется вымораживанием влаги, конденсированием газа и взаимодействием с алюмогелем. Синтез метанола ведут в заданном температурном режиме за счет ступенчатого байпасирования газа.

Недостатки указанного способа заключаются в том, что катализаторы конверсии и синтеза имеют недостаточный срок службы. За счет быстрого на начальном этапе эксплуатации из-за старения катализатора синтеза снижается объем выхода метанола, при этом невозможно изменение температуры синтеза в диапазоне, обеспечивающем эффективную работу катализатора на всех этапах снижения эффективности его работы. Высокое давление в колонне синтеза не дает возможности реализовать способ при реконструкции физически устаревшего оборудования, а также использовать установки, расположенные удаленно друг от друга.

Задачей изобретения является увеличение срока службы катализаторов, уменьшение технологических и энергетических затрат при высокой конверсии и качестве получаемого метанола, а также обеспечение параметров процесса, предоставляющих возможность его реализации на реконструируемом производстве.

Поставленная задача решается тем, что осуществляют сатурирование исходного сырья до объемного отношения пар : газ 0,58-0,62, при этом температуру газового конденсата, используемого при сатурировании и нагреве парогазовой смеси, поддерживают в диапазоне 160-176^oС. После сатурирования проводят смешение парогазовой смеси с кислородом в смесителе, причем отношение пар : газ составляет 2,3-2,54. Температуру парогазовой смеси, подаваемой в смеситель, поддерживают в диапазоне 260-354^oС, а давление в смесителе в пределах 1,5-1,83 МПа. Из смесителя компоненты подаются в конвертер с никельсодержащим катализатором. После конверсии для удаления двуокиси углерода реакционная смесь подвергается одноступенчатой промывке водным раствором моноэтаноламина. Промывку осуществляют до получения функционала f=2,01-2,34. Очищенная реакционная смесь осушается, а затем компремируется для подачи в полочную колонну синтеза со ступенчатым байпасированием с использованием медьсодержащего катализатора. Компрессия осуществляется до поддержания давления на входе в колонну синтеза в пределах 7,35-8,57 МПа. Температура в колонне синтеза поддерживается в диапазоне 215-280^oС.

Уменьшение диапазона изменения отношения пар : газ на этапе сатурации и использование конденсата с температурой, лежащей в диапазоне 160-176^oС, позволяют обеспечить эффективное насыщение смеси паром на стадии сатурирования, что приводит к снижению расхода пара при его подаче в парогазовую смесь перед смешиванием с кислородом и к снижению расхода деминерализованной (речной) и химочищенной воды. Увеличение по сравнению с известным решением температуры реакционной смеси, подаваемой в конвертер, позволяет уменьшить расход кислорода, а снижение давления конверсии приводит к увеличению парциального давления водорода и оксидов углерода, что способствует увеличению равновесного выхода метанола на стадии синтеза. Расширение пределов функционала конвертированного газа позволяет в начале пробега катализатора конверсии поддерживать минимальную температуру в слое катализатора, а в конце пробега - максимальную. В результате этого увеличивается срок пробега катализатора конверсии. Расширение пределов температур при синтезе также позволяет оптимизировать работу катализатора синтеза, то есть в начале пробега катализатора синтеза поддерживать минимальную температуру, а в конце пробега - максимальную. Как и в случае с катализатором конверсии, оптимизация температурных режимов работы катализатора синтеза позволяет увеличить срок его службы. В целом уменьшение давления синтеза приводит к существенному уменьшению содержания примесей в метаноле-сырце, что приводит к повышению качества метанола, получаемого перед ректификацией. Срок службы катализаторов конверсии и синтеза при параметрах в заявленном способе увеличивается более чем на 10%.

Уменьшение давления синтеза позволяет более продолжительное время использовать оборудование, причем снижение давления реакционной смеси может достигаться за счет прохождения по длинным магистралям, что позволяет использовать реконструируемое оборудование, разбросанное на значительной территории.

Возможность осуществления изобретения может быть подтверждена следующим примером.

Природный газ, содержащий 99% метана, с температурой 20^oС при давлении 1,7 МПа подают в сатуратор, где насыщают парами воды путем орошения газовым конденсатом при температуре выхода парогазовой смеси из сатуратора 170^oС до отношения пар : газ 0,61. Далее парогазовую смесь подогревают в газовом теплообменнике за счет тепла конвертированного газа до 320^oС, смешивают с водяным паром и подают в смеситель конвертера. Туда же подают смесь пара и кислорода. Общее отношение пар : газ составляет 2,45, кислород : метан 0,735. В шахтном конвертере на никельсодержащем катализаторе происходит парокислородная конверсия при давлении 1,7 МПа и температуре на выходе из конвертера 890^oС. Далее горячий конгаз подают в котел-утилизатор, где охлаждают до 320^oС, используя тепло конгаза для получения насыщенного пара давлением 25 МПа. После котла-утилизатора конгаз подают в газовый теплообменник, где охлаждают до 280^oС, используя тепло конгаза для нагрева парогазовой смеси после сатуратора. Из теплообменника конгаз подают в скруббер-охладитель, где охлаждают до 130^oС, используя тепло конгаза для нагрева газового конденсата, циркулирующего по контуру сатуратор - скруббер-охладитель, при этом в скруббере-охладителе из конгаза отделяется большее количество влаги. Далее конгаз охлаждают в теплообменнике до 40^oС, и затем отделяют сконденсировавшуюся воду в сепараторе. Полученный газ в пересчете на "сухой" состав содержит 17,2 об.% СО, 15,4 об.% С0₂, 1,1 об.% СН₄, 1,2 об.% инертных газов (преимущественно аргона), 65,1 об.% Н₂. После этого конгаз подают в абсорбер моноэтаноламиновой очистки, где за счет поглощения части двуокиси углерода функционал устанавливают равным 2,2. Состав "сухого" газа: 18,5 об.% СО, 9,1 об. % СО₂, 1,2 об.% СН₄, 1,3 об.% инертные газы, 69,9 об.% Н₂. Газ подают на абсорбер осушки, заполненный силикагелем, где происходит поглощение паров воды. Далее газ сжимают в многоступенчатом компрессоре до давления 8 МПа и подают на масляноугольные фильтры, где происходит очистка газа от масла и карбонилов железа, при этом получают так называемый "свежий синтез-газ", который является сырьем для синтеза метанола. Синтез-газ смешивают с циркуляционным газом синтеза метанола в отношении 1:7,6 и полученную смесь газов подают в 5-полочную колонну синтеза с совмещенным с насадкой теплообменником, где при температуре на выходе из верхней полки 225^oС и с нижней полки 268^oС происходит процесс синтеза метанола. Выходящая из колонны реакционная смесь, проходя через совмещенный теплообменник, отдает тепло входящему в колонну синтез-газу, далее ее подают в холодильник, где происходит охлаждение реакционной смеси до 40^oС и конденсация жидких продуктов, содержащих 85 мас. % метанола, 14,95 мас.% воды и 0,05 мас.% органических примесей. Затем смесь поступает в систему сепарации, где жидкие продукты (метанол-сырец) отделяют от газообразных (циркуляционный газ). Полученный метанол-сырец подают на ректификацию. Циркуляционный газ, имеющий состав: 1,0 об.% СО, 2,0 об.% СО₂, 13,1 об.% СН₄, 14,3 об.% инертных газов, 70,0 об. % Н₂ подают на всасывание циркуляционного газового компрессора, после чего часть газа отводят на продувку, а другую часть подают на смешение со свежим синтез-газом. На ректификации метанол-сырец очищают до содержания воды 0,01 мас. %, спиртов 0,002 мас. %, летучих органических примесей 0,0003 мас.%. Полученный продукт - метанол-ректификат - является товарным.

Формула изобретения

Способ получения метанола, включающий предварительное сатурирование исходного сырья и его нагрев с использованием газового конденсата, смешение парогазовой смеси с кислородом в смесителе при отношении пар : газ 2,3-2,54, парокислородную конверсию природного газа с использованием никельсодержащего катализатора, удаление двуокиси углерода путем одноступенчатой промывки водным раствором моноэтаноламина, осушку реакционной смеси, компрессию и подачу в полочную колонну синтеза со ступенчатым байпасированием с использованием медьсодержащего катализатора, отличающийся тем, что предварительное сатурирование проводят до объемного отношения пар : газ 0,58-0,62, при этом температуру газового конденсата, используемого при сатурировании и нагреве парогазовой смеси, поддерживают в диапазоне 160-176^oС, температуру парогазовой смеси, подаваемой в смеситель - в диапазоне 260-354^oС, а давление - в пределах 1,5-1,83 МПа, промывку осуществляют до получения функционала f= 2,01-2,34, компрессию осуществляют до поддержания давления на входе в колонну синтеза в пределах 7,35-8,57 МПа, а температуру в колонне синтеза поддерживают в диапазоне 215-280^oС.