Проектирование производства по получению карбинола метанола (стр. 3 из 17)

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

Наименование показателей	Норма
1. Внешний вид	Бесцветная, или слегка окрашенная жидкость без механических примесей
2. Плотность, кг/м3	818
3. Массовая доля воды %, не более	9,0
Массовая доля органической части %, не менее	91,0
5. РН (среда), не менее	7,0
6. Регистрация в Госрегистре	№ AT 000037 от 16.04.94г.

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 /м^{3................................................................... …}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 – 230^оС.

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

Наименование стадии и потоков реагентов, номер позиции	Наименование технологических показателей
	Скорость подачи реагенто, м3/ч	Температура, °С	Давление, МПа	Прочие показатели
1	2	3	4	5
1. Подача свежего газа в агрегат синтеза, поз. 5	Не более 4,5
2. Получение карбинола-сырца в реакторе синтеза, поз. 1	64000	Не более 5,3	СО2=4,0%
-газ на входе в I слой катализатора	180-250
-газ на выходе из I слоя катализатора	Не более 290
-газ в слоях катализатора	Не более 300
-стенка реактора	Не более 300
3. Циркуляционный газ после рекуперационного теплообменника, поз. 2	Не более 150
4. Циркуляционный газ после холодильника-конденсатора, поз. 3	Не более 60
5. Танковые газы в сборнике карбинола, поз. 6	Не более 0,4
6. Циркуляционный газ на нагнетании центробежного циркуляционного компрессора, поз. 5	Не более 5,3
7. Уровень в сепараторе карбинола-сырца, поз. 4	10-25% шкалы
8. Уровень в сборнике карбинола-сырца, поз. 6	30-70% шкалы

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)