Anvendelser - Ntnu fakultet for kjemi og biologi Norges teknisk-naturvitenskapelige Institutt for kjemisk prosessteknologi...

Anvendelser
Metanol blir først og fremst anvendt i den kjemiske industrien, som løsningsmiddel eller som et intermediat. Den blir også brukt i energisektoren i økende grad.
Formaldehyd står for 25% av metanolforbruket, og kan dannes ved dehydrogenering eller partiell oksidasjon.
Ca 30% av metanolen blir brukt til å lage MTBE. Metyl tert-butyl eter dannes ved forestring av metanol med isobuten. Tilsats av MTBE øker oktantallet i bensin.
Noe metanol blir også brukt i produksjonen av edikksyre.
I energisammenheng omdanner MTO og MTG-prosesser metanol til lette olefiner, bensin og diesel. Metanol kan også brukes i brenselceller i biler. (SIK 2057)
Prosessbeskrivelse
Prosessen i metanolanlegget på Tjeldbergodden kan grovt deles inn i tre seksjoner; reformering, metanolsyntesen og separasjonsdelen. I dette prosjektet blir metanolanlegget avgrenset til kun reformering og synteseanlegget, men med hovedvekt på metanolsyntesen.
I figur 2.5 er hele metanolprosessen satt opp som blokkdiagram. Her er de viktigste stømmene og blokkenhetene vist. Den største og meste komplekse delen av anlegget er reformeringsdelen.
Figur 2.5: Blokkskjema av metanolprosessen på Tjeldbergodden (Kjemi nr.7, 1997)
Reforminganlegget
Reforminganlegget på Tjeldbergodden består i hovedsak av tre reaktorer, en prereformer, primærreformer og sekundærreformer. Denne delen av metanolprosessen ble levert av det danske firmaet Haldor Topsøe. Flytskjema med driftsbetingelser er vist i bilag 2.
I reforminganlegget blir naturgassen først renset for svovel før den blir ført inn på prereformeren. Dette fordi svovelet vil deaktivere metanolkatalysatoren og senke dens levetiden. Etter svovelfjerning blir gassen tilsatt damp før den føres inn på prereformeren. Forholdet damp/karbon er ifølge Lurgi 1,4. Prereformeren opererer med en temperatur på ca. 480 C og under tilnærmet adiabatiske betingelser. Deretter føres gassen videre til primærreformeren med en temperatur på ca. 630 C og 40 barg. Dette er den største enheten i anlegget, og består av to rom. Gjennom hvert rom går det 105 rør (210 totalt), med en diameter på ca.10 cm og en høyde på 15 m. Hvert rom varmes opp ved hjelp av 180 brennere. Rørene er fylt med en NiO/ MgAl2O4 basert katalysator som gassen bruker ca. 4 sekunder gjennom. Etter primærreformeren blir gassen ført inn på sekundærreformeren ved 770 C og 36 barg. I reaktoren blir gassen blandet med oksygen, hvor forholdet oksygen/karbon er 0.3552 (Hansen,R.).
Når gassen forlater sekundærreformeren har den en utløpstemperatur på ca. 1000 C, og blir sendt videre til en energi-gjenvinningsseksjon. Her blir det produsert høytrykksdamp, som blant annet brukes til å drive kompresjonsanlegget. Vanndamp i syntesegassen kondenserer og fjernes før den føres til kompresjonsanlegget ved 30 C, og 32 barg.
Prereformer
Prereformerens hovedoppgave er å omdanne høyere hydrokarboner til en blanding av karbonoksider og hydrogen (2.6). Denne endoterme reaksjonen blir fulgt av en eksoterm metanisering (2.7) og shift-reaksjonen (2.3).
H < 0 (2.6)
H = -206 kJ/mol (2.7)
H = -41 kJ/mol (2.3)
Fordelen ved å innstallere en prereformer er at primærreformeren kan bygges mindre. Dette fører til mindre investeringsutgifter, lavere behov for fyring og tilsvarende mindre utlipp av CO2 og NOx til luft. Størrelsen på primærreformeren må økes med 10-215 % dersom prereformeren utelates (Kjemi nr.7, 1997). Katalysatoren i prereformeren absorberer svovelrester og gir en helt sovelfri føde til primærreformeren. I tillegg gjør den at anlegget som helhet blir mer fleksibelt, da den kan håntere varierende sammensetninger av hydrokarboner som føde.
Primærreformer
I primærreformeren absorbers ca. 60 prosent av varmen fra brennerene, resten går med til forvarming og dampproduksjon. Reaksjonene i reaktoren følger dampreformeringsreaksjonen (2.8) etterfulgt av shiftreaksjonen (2.3)
H = 206 kJ/mol (2.8)
Figur 2.6: Skisse av prereformer og pimærreformer (Kjemi nr.7, 1997)
Sekundærreformer
Sekundærreformeren er en autotermreformer, som består av en brenner, et forbrenningskammer og en katalysatorseng, se figur 2.7.
Figur 2.7: Skisse av sekundærreformer (Kjemi nr.7, 1997)
Ved å føde oksygen inn i selve reaktoren vil energi føres direkte inn i systemet, ved at de eksoterme forbrenningsreaksjonene (2.9 og 2.10) skaffer energi for å drive de endoterme damp reformingsreaksjonene (2.8).
H = -242 kJ/mol (2.9)
H = -519 kJ/mol (2.10)
Ved autotermisk reforming blir energitapet mindre i forhold til dampreforming på grunn av at varmetapet ved varmeoverføring fra brennkammeret til prosessgassen er stort.
Metanolsyntesen
Den friske syntesegassen blir komprimert i til driftstrykk trykk i to steg. Etter komprimeringen holder gassen et trykk på ca. 85 barg, avhengig av prosessbetingelsene, se vedlegg xx.. Den friske syntesegassen blandes med den resirkulerte gassen i en stor interchanger før den føres inn i reaktoren. Reaktoren som brukes på Tjeldbergodden er konstruert og utviklet av Lurgi. Den inneholder 5500 rør, som har en diameter på 2,5’’ og er 7 m lang. Rørene er fylt med en Cu/ZnO/Al2O3 katalysator. På utsiden av rørene sirkulerer kokende vann ved 245 C og 36 barg. Figur 2.8 viser en skisse av reaktoren med kjølesystemet. (Hansen, R.)
Figur 2.8: Lurgi metanol reaktor (Cheng, 1994)
Gassen ut fra reaktoren varmeveksles i interchangeren med føden til reaktoren, og blir videre avkjølt gjennom to varmevekslere mot henholdsvis demineralisert vann og kjølevann. Temperaturen på strømmen er nå avkjølt til 35 C, og føres videre til en separator hvor metanol og vann skilles ut som væske sammen med mindre mengder av andre komponenter fra prosessen. Denne strømmen av råmetanol går til destillasjonsanlegget for videre separasjon.
Gassfasen fra separatoren inneholder for det meste ureagerte reaktanter samt små mengder inerter. Denne strømmen blir resirkulert, men noe tappes av for å hindre akkumulering av inerter i resirkulasjonssløyfen. Den blir så komprimert til driftstrykk for reaktoren og blandet med den friske syntesegassen.
|