Проектирование производства по получению карбинола метанола (стр. 2 из 17)
В результате окисления сжиженных газов можно получить оксидат, представляющий сложную смесь различных кислородсодержащих продуктов. В частности, из 1 тонны сырья получается примерно 85 кг карбинола, 250 формальдегида, 110 ацетальдегида. Однако трудности в создании эффективной схемы разделения оксидата препятствует широкому распространению этого метода в нашей стране. В дальнейшем строительство установок окисления углеводородного сырья будет иметь место лишь в том случае, если затраты на выделение отдельных продуктов будут ниже, чем экономия на сырье [3].
2. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО МЕТОДА ПРОИЗВОДСТВА И РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА
Данный дипломный проект основан на производстве карбинола из "синтез-газа" при температуре 260-280 °С и давление 4,5 МПа на медьсодержащем катализаторе.
Цех по производству карбинола-сырца будет построен на территории уже существующего химического предприятия в городе Щекино Тульской области.
Сырьем будет служить конвертированный газ термического окисления метана, получаемый на этом же предприятии, что снижает затраты на транспортную доставку сырья.
Аппаратурное оформление цеха достаточно просто и не требует большого числа капиталовложений. Это связано еще и с тем, что основная часть оборудования размещена на открытых участках, не требуются затраты на строительство зданий и его коммуникационного оформления. Открытая территория снижает взрывоопасность и скопление газов на территории, естественная вентиляция.
Данный проект модно считать безотходным, так как отработанный катализатор используется как сырье для производства цветных металлов, продувочные газы используются на этом же предприятии для производства аммиака, танковые газы сбрасываются на факел, жидких отходов нет.
Район строительства выбран поодаль от населенного пункта, что исключает гибель большого числа людей в случае аварийных ситуаций. По территории завода и вокруг него проложена асфальтовая дорога, связанная с важными транспортными шоссе; железнодорожные пути, идущие в разные стороны света.
Климатические условия не являются препятствием для размещения оборудования на открытых участках, так как:
—хорошо выполнена изоляция аппаратуры и трубопроводов;
—сезонный перепад температуры и осадки не влияют на технологию процесса;
—организованна централизованная система управления процессом.
Себестоимость карбинола-сырца, получаемого этим методом, гораздо ниже по сравнению с выше изложенными способами его получения.
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1. Физико-химические основы процесса
Синтез карбинола из оксида углерода с водородом на катализатор СНМ-1 под давлением не более 5,3 МПа и температуре не более 300°С протекает по следующим реакциям [4]:
СО + 2Н2
СН3ОН + 90,73 кДж (3.1)СО2 + ЗН2
СН3ОН + Н2О + 49,53 кДж (3.2)СО2 + Н2
СО + Н2О + 41,2 кДж (3.3)Наряду с этими в реакторе синтеза карбинола протекают ряд побочных реакций, свойственных для синтеза карбинола на катализаторе [4]:
4СО + 8Н2
С4Н9ОН + ЗН2О + 568,60 кДж (3.4)2СН3ОН
(СН3)2О + Н2О - 322 кДж (3.5)СН3ОН + СО
СН3СООН + 123,2 кДж (3.6)СО + Н2О
НСООН + 10,0 кДж (3.7)СН3ОН + NH3
CH3NH2 + Н2О + 20,8 кДж (3.8)2СО + 2Н2
СН4+ СО2 + 257 кДж (3.9)Механизм реакции получения карбинола можно представить следующим образом:
К + СО
К ::: C = О (3.10)К ::: C = O + Н2
К ::: CHOH (3.11)К = С НОН + Н2
СН3ОН + К (3.12)Почти все реакции экзотермические, протекают с уменьшением объема, поэтому снижение давления и температуры процесса синтеза карбинола приводят к значительному уменьшению скорости побочных реакций [4].
Катализатор СНМ-1 работает стабильно только в присутствии определенного количества оксида углерода (IV), который участвует в формировании активной поверхности катализатора.
При отсутствии оксида углерода (IV) в газе, катализатор быстро теряет свою активность, которая затем полностью не восстанавливается даже при стабилизации СО2 в газе.
Объемное содержание оксида углерода (IV) в газе на выходе в реактор синтеза должна быть не менее 4,0% [4].
Активность катализатора СНМ-1 с течением времени снижается. Наиболее резкое снижение активности (20-30%) наблюдается в течение двух-трех недель после восстановления, что связано с формированием поверхности контакта и стабилизацией его фазового состояния.
Объемная доля инертов в циркуляционном газе после реактора в начале пробега не менее 35%, в середине пробега от 20 до 30%, а в конце пробега не менее 10-15%
Срок пробега катализатора СНМ-1 определен в один год, при средней за кампанию, производительности - 6,5т/сутки 100% карбинола с 1м3 катализатора.
При соблюдении всех правил эксплуатации (работа без перерывов с оптимальным объемным содержанием СО2 , оптимальным соотношением Н2/СО и др.) пробег катализатора может быть увеличен [4].
3.1.1. Требования, предъявляемые к свежему газу
Как и все медные катализаторы, катализатор СНМ-1 подвержен отравлению соединениями серы. Свежий газ, подаваемый на синтез карбинола, не должен содержать соединений серы более 0,2 мг/м3.
Отношение регулирующих компонентов
в свежем газе должно быть не менее 2 [4].3.1.2. Температура процесса
Минимальная температура, при которой с заметной скоростью начинает протекать реакция синтеза карбинола на катализаторе СНМ-1, равна 180 °С. По мере старения катализатора она повышается не более 250°С. Температура в слое катализатора не должна превышать 300°С. При перегреве катализатора более 300°С наблюдается частичная или полная потеря активности, в зависимости от длительности перегрева и области захвата. Поддержание температуры процесса в пределах от 260 до 270°С, наоборот, способствует более длительному сохранению активности катализатора. Следует также иметь в виду, что повышение температуры в зоне катализатора более 270°С способствует реакциям образования высших спиртов и парафиновых углеводородов [4].
3.2. Характеристика сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов
Таблица 3.1
Характеристика сырья, материалов, полупродуктов и энергоресурсов
| Наименование сырья, материалов полупродуктов | Государственный или отраслевой стандарт СТП технические условия, регламент или методика на подготовку сырья | Показатели по стандарту обязательные для проверки | Рекомендуемые показатели |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 3.1 Конвертированный газ после МЭА очистки | Из цеха конверсии метана под Давлением | Избыточное давление Состав газа: Объемная доля компонентов | Не более 1,8МПа |
СО-25,0 ±1,0% СН4- 1,6 ± 1,0% N2 - 1,7 ± 1,0% Аг - 0,7 ± 0,2% СО2-4,3±1,3% Н2-б6,7± 1,0% О2 - отсутствует H2S- 10-15 мг/м3 (0,50 ± 0.01) кг/м3  | |||
| Плотность газа | |||
| Соотношение компонента |
Продолжение таблицы 3.1
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 3.2 Водород или азото-водородная смесь | Регистрация в Росрегистре № АТ000416 от 30.03.95г | Давление в линии до дросселирующего клапана. После клапана при восстановлении цинко-медного поглотителя ГИАП-10-2 | 2,5±0,5МПа 1,3±0,5МПа |
| 3.3 Катализатор СНМ -1 | ТУ 113-05-5503-78 | Маркировка на таре. Наличие паспорта | |
| 3.4 Катализатор алюмо-никель-молибденселикатный | ТУ 381-011-92-77 | Маркировка на таре. Наличие паспорта | |
| 3.5 Азот чистый (99,98%) для отдувки СО2 в КОУ, для опрессовок и продувок от горючих блока синтеза | Регистрация в Росрегистре АТ000128от2.11.94г. | Избыточное давление | 0,3 ± 0,2 МПа |
| 3.6 Азот чистый (99.98%) для технологических операций | Регистрация в Росрегистре № АТ000128от2.11.94г. | Избыточное давление | 0,3 ± 0.2 МПа |
| 3.7 Азот чистый (99,98%) на управление шаровых кранов, для опрессовок и продувок от горячих блоков агрегата | Регистрация в Росрегистре № АТ000128от2.11.94 | Избыточное давление в линии: до дросселирующего клапана После клапана | 18 ±2 МПа 4,8 ± 0,5 МПа |
Продолжение таблицы 3.1
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 3.8 Воздух технологический | Избыточное давление | От 0,4 до 1,2 МПа | |
| 3.9МаслоКП-8иКП-8с | ТУ 38-101-543-78 ТУ 38-401-512-85 | Наличие паспорта | |
| 3.10 Вода речная | Избыточное давление Температура Объемный расход | 0,25 ± 0,05 МПа 15± 10°С 1 000 ± 200м3/ч | |
| 3.11 Конденсат очищенный | Объемный расход | 4 ±2 м3/ч | |
| 3.12 Углекислый газ сжиженный технический | ГОСТ 8050-85 | Маркировка по таре | |
| 3.13 Пар | Избыточное давление | 0,8 ±0,2 МПа | |
| 3.14 Продувочные газы из производства карбинола 1-ой очереди для восстановления катализатора СНМ-1 | Избыточное давление | 2,3 ± 0,2 МПа | |
| 3.15 Воздух КИП | ГОСТ 17433 | Избыточное давление | 0,45 ± 0,05 МПа |
3.3. Характеристика производимой продукции