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

Innledning
På Tjeldbergodden i Aure kommune på Nordmøre ligger en av Europas største metanol fabrikker. Anlegget startet opp i mai 1997, og eies av Statoil og Conoco med henholdsvis 81,875 og 18,125 prosent. Gjennom Haltenpipe leverer Heidrunfeltet årlig ca. 700 millioner kubikkmeter gass til Tjeldbergodden, og dette gir en årlig produksjon på ca. 830.000 tonn metanol. Produksjonen utgjør ca.13 prosent av det europeiske forbruket.
Hensikten med prosjektet var å sette opp masse- og energibalanser for metanolsyntesen, basert på et flytskjema over anlegget. Håndberegningene skulle lede til en prosjektoppgave med løsningsforslag i emnet SIK 2025 Prosessteknikk. Ved hjelp av regneark skulle det lages et program som beregnet masse-og energibalanser. Her skulle det være mulig å endre enkelte parametre som frisk føde, purge etc.
Anlegget skulle også simuleres i HYSYS, og resultatene skulle sammenlignes med håndberegningene og flytskjemaet.
Metanolproduksjonen på Tjeldbergodden gikk med overskudd for første gang i fjor. I prosjektet vil en foreta et økonomisk overslag for å finne lønnsomheten ved driften og bestemme følsomheten for råvare- og produktpris.
Metanolprosessen
Historikk
Det sies at metanol for første gang ble isolert i 1661 av Sir Robert Boyle ved rektifisering av råeddik over sitronmelk. Den første kommersielle metanolprosessen (1830) foregikk ved destruktiv destillasjon av tre, derav navnet tresprit. I 1905 ble synteserute via syntesegass (CO+H2) foreslått av den franske kjemikeren Paul Sabatier. Tyske BASF kommersialiserte metanolsyntesen i 1923 som en høytrykksprosess (250-350 bar) ved høye temperaturer (350-400 oC). 10 år tidligere hadde det samme selskapet kommersialisert ammoniakkprosessen.
Fra å være et spesialkjemikalie ble metanol etterhvert svært ettertraktet som mellomprodukt, og produksjonen økte. Før 1940 var kull hovedråstoff, men etter 1950 overtok naturgass. I 1966 ble lavtrykksprosessen utviklet (50-100 bar ved 220-280 oC) av britiske ICI. På 1990-tallet nådde metanolproduksjoenen på verdensbasis 25 mill. tonn/år, og i 1997 åpnet metanolfabrikken på Tjeldbergodden (SIK 2057).
Termodynamikk
Hovedreaksjonene for dannelsen av metanol fra syntesegass er
CO + 2H2 CH3OH H o(298K) = -90,8 kJ/mol (2.1)
CO2 + 3H2 CH3OH + H2O H o(298K) = -49,6 kJ/mol (2.2)
Disse reaksjonene er koblet til vann-gass-skift reaksjonen:
CO + H2O CO2 + H2 H o(298K) = -41 kJ/mol (2.3)
Siden dannelsen av metanol skjer ved eksoterme reaksjoner, bør temperaturen være lav. Merk at CO2 omsetningen øker med økende temperatur som et resultat av den reverse vann-gass-skift reaksjonen (Le Chateliers prinsipp).
Ved metanolsyntese er katalysatoren svært viktig, både med hensyn på aktivitet og selektivitet. Sistnevnte er særdeles viktig med tanke på at metanol er mye mindre termodynamisk stabil, og dermed har mindre sannsynlighet for å bli dannet, enn høyere alkoholer og hydrokarboner, bl a metan. Se G som funksjon av temperatur i figur 2.1.
(Moulijn et.al, 2001)
Figur 2.1: Produkter fra CO og H2; standard Gibbs dannelsesenergi (Go) (Moulijn et al, 2001)
|