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

Tittel:
Metanolsyntesen
|
Emneord:
Tjeldbergodden, metanol,
HYSYS
|
Forfattet av:
Elin Tangerås
Trond Haldorsen
Kristin Vennes
|
Utført i tiden:
15.01– 06.04 – 2001
|
Veileder:
Sigurd Skogestad
|
Antall sider: 99
Hovedrapp.: 36
Bilag : 63
|
|
Sammendrag
Anlegget på Tjeldbergodden kan deles inn i tre seksjoner; reforming, syntese og separasjon. I dette prosjektet ble metanolanlegget avgrenset til kun reforming og syntese, og med hovedvekt på metanolsyntesen.
I metanolsyntesen blandes frisk føde med resirkulasjonsstrømmen. Blandingen komprimeres, varmes og fødes til reaktoren. Produktstrømmen avkjøles gjennom flere trinn, og råmetanol skilles ut i en flashtank. Gasstrømmen fra flashtanken resirkuleres, men noe tappes av for å unngå opphopning av inerter.
Det ble foretatt masse- og energibalanser for hånd basert på antagelsen om et ideelt system, hvor basistallene ble tatt fra flytskjema over anlegget. Disse håndberegningene ble brukt ved utarbeidelse av prosjektoppgave og løsningsforslag i emnet SIK 2025 Prosessteknikk. I forbindelse med håndberegningene ble det laget et regnearkprogram i Excel, hvor masse- og energistrømmene beregnes med utgangspunkt i syntesegass inn på synteseanlegget.
Ved beregningene over reaktoren ble det antatt likevekt for skiftreaksjonen ved utgangen av reaktoren og at molfraksjon metanol ut av reaktor var konstant lik 7,3 %. I flashtanken ble det antatt perfekt splitt. Det viste seg at håndberegningene stemte godt overens med flytskjemaet, dvs at antagelsen om ideelt system kunne brukes.
I HYSYS ble det utført tre simuleringer, en for reformingsanlegget og to for synteseanlegget. Det ble benyttet to reaktorer i metanolsyntesen, henholdsvis omsetnings- og likevektsreaktor. Resultatene ble sammenlignet med flytskjema og håndberegningene.
Det ble foretatt et økonomisk overslag av driften på metanolanlegget. Dette ga et driftsresultat før skatt på 383 millioner NOK. Driftsbalansen er svært følsom for svigninger i metanolprisen. For at driften skal være lønnsom må metanolprisen minst være 1710 NOK/tonn.
|
Dato og underskrifter:
Trondheim 06.04.2001
_______________ ___________________ _________________
Elin Tangerås Trond Haldorsen Kristin Vennes
|
Ved beregningene over reaktoren ble det antatt likevekt for skiftreaksjonen ved utgangen av reaktoren og at molfraksjon metanol ut av reaktor var konstant lik 7,3 %. I flashtanken ble det antatt perfekt splitt. Det viste seg at håndberegningene stemte godt overens med flytskjemaet, dvs at antagelsen om ideelt system kunne brukes.
1. Innledning 6
2. Metanolprosessen 7
2.1. Historikk 7
2.2. Termodynamikk 7
2.3. Reaksjonskinetikk 8
2.4. Reaktoren 9
2.5. Anvendelser 11
2.6. Prosessbeskrivelse 11
2.7. Miljø 15
3. Prosjektbasis 16
4. Håndberegninger 18
4.1. Massebalanse 18
4.2. Energibalanse 21
5. Simulering i HYSYS 24
5.1. Metanolsyntesen 24
5.2. Reforminganlegget 24
6. Sammenligning 26
7. Økonomiske overslag 27
7.1. Driftskostnader 27
7.2. Driftsinntekter 28
7.3. Driftsbalanse 28
7.4. Følsomhetsanalyse 29
8. Diskusjon 30
8.1. Sammenligning av massebalanser 30
8.2. Sammenligning av energibalanser 31
8.3. Økonomi 32
8.4. Vurdering av prosessen 33
9. Konklusjon 34
Symbolliste 35
Litteraturreferanser 36
Bilag 1 Kinetikkdata 37
Bilag 2 Flytskjema 38
Bilag 3 HSC – data 41
Bilag 4 Håndberegninger massebalanse 44
Massebalanse over reaktoren 44
Massebalanse over varmevekslerne 47
Bilag 5 Håndberegninger energibalanse 51
Kompressor 1 51
Kompressor 2 52
Kjølevann til reaktor 52
Varmevekslerne 53
Bilag 6 HYSYS 57
HYSYS-flytskjema, omsetningsreaktor 57
HYSYS-flytskjema, likevektsreaktor 58
HYSYS-flytskjema, reformingsanlegg 59
Bilag 7 Sammenligninger 60
9.1. Håndberegning 60
9.2. Flytskjema 60
10. Syntesegass 60
11. Inn på reaktor 60
12. Ut av reaktor 60
13. Purge 60
14. Resirkulasjon 60
15. Råmetanol 60
16. Syntesegass 61
17. Inn på reaktor 61
18. Ut av reaktor 61
19. Purge 61
20. Resirkulasjon 61
21. Råmetanol 61
22. Syntesegass 62
23. Inn på reaktor 62
24. Ut av reaktor 62
25. Purge 62
26. Resirkulasjon 62
27. Råmetanol 62
28. Syntesegass 63
29. Inn på reaktor 63
30. Ut av reaktor 63
31. Purge 63
32. Resirkulasjon 63
33. Råmetanol 63
34. Strøm: F6 64
Gass fase 64
Væske fase 64
Gass fase 64
Væske fase 64
Gass fase 64
Væske fase 64
34.2. Entalpi [kJ/s] 66
34.3. UA [kJ/K,h] 66
34.4. Temperatur [C] 66
34.5. Kompresjonsarbeid [kJ/h] 66
Bilag 8 Forbrukstall for prosessen 68
Bilag 9 Driftskostnader 70
Variable driftskostnader 70
Faste driftskostnader 71
Bilag 10 Totale driftskostnader 73
Bilag 11 Beregning av salgsinntekt og driftsbalanse 74
Salgsinntekt 74
Driftsbalanse 74
Bilag 12 Følsomhetsanalyse 75
Bilag 13 Oppgave og løsningsforslag i Prosessteknikk 77
Bilag 14 Korrespondanse 94