Малотоннажная установка производства метанола с получением синтез-газа парциальным окислением природного газа кислородом с коррекцией состава для оптимального синтеза метанола

Abstract

Актуальность. Предложена концепция создания малотоннажных установок получения метанола. В них входят два основных узла: комплекс получения синтез-газа путем некаталитического парциального окисления природного газа кислородом и комплекс синтеза метанола с использованием прямоточного многореакторного каскада с выделением конденсированного метанола после каждого реактора. Установка может входить в химический кластер и перерабатывать метанол в полезные продукты. Цель. Описание технологии и конструкции установки, определение ее основных показателей. Методы. Проектирование установки, математическое и численное моделирование химико-технологических процессов. Результаты и выводы. Изложен новый технологический процесс малотоннажного производства метанола. Основным аппаратом установки является оригинальный малогабаритный газогенератор синтез-газа, который обеспечивает: высокую безопасность, надежность и ремонтопригодность; отсутствие необходимости применения катализатора при некаталитическом парциальном окислении и возможность проведения процесса при высоких давлениях до 8,0 МПа, не требующих компримирования газа при последующем каталитическом синтезе метанола; транспортабельность и модульность установки. Приведены результаты численного моделирования некаталитического парциального окисления природного газа кислородом, определены рациональные режимы процесса в газогенераторе синтез-газа. Основные задаваемые параметры некаталитического парциального окисления: коэффициент избытка окислителя, который должен находиться в диапазоне 0,34-0,36, и давление подач компонентов в диапазоне 6,0-7,0 МПа. Проведено численное моделирования процесса синтеза метанола без коррекции и с предварительной коррекцией состава синтез-газа. Полученные данные позволили: рассчитать степень превращения углерода из оксидов углерода в метанол; при использовании трехреакторного каскада с оптимальным составом газовой смеси степень превращения достигает 95 %; оценить максимальную удельную производительность установки до 1250 кг/час метанола на 1000 м3/ч природного газа и максимальную мощность установки до 20000 т метанола в год

Relevance. The concept of creating low-tonnage methanol production plants is proposed. They include two main nodes: a synthesis gas production complex by non-catalytic partial oxidation of natural gas with oxygen and a methanol synthesis complex using a direct-flow multi-reactor cascade with the release of condensed methanol after each reactor. The plant can enter a chemical cluster and process methanol into useful products. Aim. Describe the technology and design the installation, determine its main indicators. Methods. Design of the plant, mathematical and numerical modeling of chemical and technological processes. Results and conclusions. The paper describes a new technological process of low-tonnage production for methanols. The main apparatus of the installation is an original small-sized syngas gas generator, which provides: high safety, reliability and maintainability; no need to use a catalyst for partial oxidation and the possibility of carrying out the process at high pressures up to 8.0 MPa, which do not require gas compression during subsequent catalytic synthesis of methanol; transportability and modularity of the installation. The paper introduces the results of numerical simulation of natural gas partial oxidation by oxygen. The authors have determined the rational modes of the process in syngas gas generator. The main parameters of the partial oxidation are: the coefficient of excess oxidizer, which should be in the range of 0.34-0.36, and the supply pressure of the components in the range of 6.0-7.0 MPa. The authors carried out the numerical simulation of the methanol synthesis without correction and with preliminary correction of the syngas composition. The data obtained allowed: calculating the degree of conversion of carbon from carbon oxides to methanol; when using a three-reactor cascade with an optimal composition of the gas mixture, the degree of conversion reaches 95%; estimating the maximum specific capacity of the installation up to 1250 kg/hour of methanol per 1000 m3/hour of natural gas and the maximum capacity of the installation up to 20000 tons of methanol per year