СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ СЕКЦИЕЙ ДИСТИЛЛЯЦИИ
METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING METHANOL WITH IMPROVED DISTILLATION SECTION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и установке для синтеза метанола, в частности, к усовершенствованиям секции дистилляции на установке для получения метанола.
Уровень техники
Метанол получают путем каталитической реакции синтез-газа, содержащего водород и моноксид углерода, при высокой температуре и давлении, обычно 200-300°С и 40-150 бар. Продуктом реакции является поток так называемого сырого (неочищенного) метанола, который подвергают процессу дистилляции с целью получения очищенного, беспримесного метанола и отделения воды и побочных продуктов.
В общем, в секции дистилляции получают очищенный метанол и отделяют мгновенно выделяющийся газ, воду, сивушное масло и (или) другие побочные продукты. Сырой метанол обычно подают в секцию отгонки легких фракций, например, в колонну отгонки легких фракций, для отделения газа и легких (низкокипящих) компонентов, получая стабилизированный сырой метанол; затем этот стабилизированный сырой метанол подают в секцию очистки для получения метанола высокой степени чистоты.
На фиг.3 показана типичная для известного уровня техники установка, на которой сырой метанол 1 направляют в секцию Т отгонки легких фракций, получая стабилизированный сырой метанол 2 и мгновенно выделяющийся газ 3; затем вышеуказанный метанол 2 подают в секцию R очистки, получая очищенный метанол 4 и отделяя сивушное масло 5 и кубовую воду 6. Секция отгонки легких фракций и секция очистки образуют секцию дистилляции D.
Мгновенно выделяющийся газ, отделяемый в секции отгонки легких фракций (поток 3), получают с низким давлением, обычно менее 1 бара, и используют в качестве топливного газа на входе установки для получения метанола или в некоторых случаях сжигают на факельной горелке. Однако сжигание мгновенно выделяющегося газа с таким низким давлением требует применения специальных горелок, рассчитанных на низкое давление.
В настоящее время постоянно прилагаются усилия, направленные на увеличение объема производства на установках для получения метанола, т.е. количества очищенного метанола, полученного в секции очистки, являющегося полезным продуктом данного процесса. Это относится к новым установкам, а также к реконструкции или увеличению мощности действующих установок.
Что касается увеличения мощности действующих или старых установок, то по экономическим причинам желательно отказаться от соответствующих изменений на входе установки. В ряде случаев входная часть установки уже работает на полную мощность и дальнейшее увеличение ее мощности невозможно.
Краткое изложение сущности изобретения
Задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы найти эффективный способ увеличения количества очищенного метанола, получаемого на установке метанола.
Основополагающая идея, лежащая в основе изобретения, заключается в извлечении метанола, содержащегося в потоке мгновенно выделяющегося газа. Соответственно, в изобретении предлагается способ синтеза метанола, при осуществлении которого сырой метанол получают в секции синтеза и очищают в секции дистилляции, получая очищенный метанол, поток мгновенно выделяющегося газа и побочные продукты; причем этот способ отличается тем, что по меньшей мере часть вышеупомянутого потока мгновенно выделяющегося газа обрабатывают с целью выделения из мгновенно выделяющегося газа потока, содержащего метанол, и этот поток, содержащий метанол, возвращают на повторную обработку в секцию дистилляции с целью увеличения объема производства очищенного метанола.
В соответствии с первой особенностью изобретения обработанный поток мгновенно выделяющегося газа подвергают промывке, по возможности водой, полученной в самой секции дистилляции; в процессе вышеуказанной промывки получают водный раствор метанола и этот раствор возвращают в секцию дистилляции на повторную обработку.
2
2
4
Мгновенно выделяющийся газ предпочтительно промывают в противотоке и по меньшей мере в одной промывной колонне, получая в кубе колонны (колонн) водный раствор метанола, а в верхней части той же колонны - горючий топливный газ. Вышеуказанный горючий газ в основном содержит СО, Н, СО и СН и может быть использован в качестве топлива или направлен на факельную горелку.
В соответствии с другой особенностью изобретения до обработки мгновенно выделяющегося газа с целью извлечения метанола, то есть, отделения вышеуказанного потока, содержащего метанол, давление мгновенно выделяющегося газа повышают. Предпочтительно, давление мгновенно выделяющегося газа повышают в эжекторе. Движущий поток в вышеуказанном эжекторе в различных вариантах осуществления изобретения представляет собой любой поток под более высоким давлением, чем давление мгновенно выделяющегося газа; движущим потоком, предпочтительно, является продувочный газ или остаточный газ из секции синтеза, или водяной пар с низким давлением (2-20 бар) или средним давлением (20-60 бар).
Секция дистилляции обычно включает секцию отгонки легких фракций, в которую подают сырой метанол, и секцию очистки, в которую подают стабилизированный сырой метанол, полученный в секции отгонки легких фракций; при этом в вышеуказанной секции отгонки легких фракций получают поток мгновенно выделяющегося газа. В соответствии с изобретением поток мгновенно выделяющегося газа или по меньшей мере часть этого потока обрабатывают, как указано выше, получая поток, содержащий метанол, который возвращают на повторную обработку на сторону входа (выше по направлению потока) секции отгонки легких фракций путем смешивания с входным потоком сырого метанола или путем непосредственной подачи в секцию отгонки легких фракций.
Например, в предпочтительном варианте осуществления изобретения мгновенно выделяющийся газ, отбираемый с верха колонны отгонки легких фракций, промывают в промывной колонне противоточного типа; в верхней части вышеуказанной промывной колонны получают топливный газ, в то время как в кубе (нижней части) той же колонны получают водный раствор метанола и возвращают его на повторную обработку в колонну отгонки легких фракций. В соответствии с вышеуказанными особенностями изобретения давление потока мгновенно выделяющегося газа до поступления его в промывную колонну можно повысить с помощью эжектора, а, кроме того, между эжектором и промывной колонной может быть установлен конденсатор.
Другим объектом изобретения является установка для получения метанола, приспособленная для осуществления вышеуказанного способа, включающая по меньшей мере секцию синтеза, в которой получают сырой метанол, и секцию дистилляции, в которой вышеуказанный сырой метанол обрабатывают до получения очищенного метанола, получая также поток мгновенно выделяющегося газа и побочные продукты; причем эта установка отличается тем, что она включает средства рециркуляции, предназначенные для сбора по меньшей мере части потока мгновенно выделяющегося газа и приспособленные для отделения от собранного потока мгновенно выделяющегося газа потока, содержащего метанол, и возврата этого потока, содержащего метанол, в секцию дистилляции с целью увеличения объема производства очищенного метанола.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения вышеупомянутые средства используются в виде промывной колонны, в которую предпочтительно подают воду, и более предпочтительно работают в системе противотока.
Кроме того, для реализации предпочтительных вариантов осуществления способа, предлагаемого в изобретении, предусмотрен эжектор, предназначенный для повышения давления потока мгновенно выделяющегося газа, например, при подаче мгновенно выделяющегося газа в вышеуказанную промывную колонну. Движущим потоком в вышеуказанном эжекторе может быть любой подходящий поток, например, продувочный газ, остаточный газ или водяной пар. Если используется водяной пар, то на стороне выхода эжектора и на стороне входа промывной колонны предпочтительно имеется конденсатор.
Еще одним объектом изобретения является способ модернизации установки для получения метанола, включающей по меньшей мере секцию синтеза, в которой получают сырой метанол, и секцию дистилляции, в которой вышеуказанный сырой метанол обрабатывают до получения очищенного метанола, одновременно получая поток мгновенно выделяющегося газа и побочные продукты; причем этот способ отличается тем, что в нем обеспечивают средства, приспособленные для сбора по меньшей мере части потока мгновенно выделяющегося газа, для отделения от вышеупомянутого потока мгновенно выделяющегося газа потока, содержащего метанол, и для возврата вышеуказанного потока, содержащего метанол, в секцию дистилляции, с целью увеличения объема производства очищенного метанола. В зависимости от потребностей предусмотрены также соответствующие (напорные трубопроводы).
Основное преимущество заключается в том, что объем производства очищенного метанола увеличивается при установке сравнительно простого и недорогого оборудования без необходимости в изменении так называемой входной части, а именно, секции сжатия синтез-газа и секции синтеза. Это -  важное преимущество, поскольку изменение входной части обычно является дорогостоящим.
Вышеуказанное преимущество особенно проявляется в случаях реконструкции установки для получения метанола, у которой входная часть уже работает на полную мощность и дальнейшее повышение мощности невозможно. Для этого случая в изобретении предлагается экономически выгодный и простой способ увеличения объема производства очищенного метанола.
Объем производства очищенного метанола обычно увеличивается на 1-2%; однако в зависимости от обстоятельств можно получить некоторое преимущество. В отдельных случаях можно обеспечить увеличение объема производства примерно на 3%. В основном, данное изобретение предпочтительно относится к установкам средней и большой мощности.
2
Другое преимущество заключается в снижении выбросов загрязняющих веществ и СО в окружающую среду, так как метанол, содержащийся в мгновенно выделяющемся газе, вместо сжигания на факельной горелке возвращают на повторную обработку.
Если до отделения потока, содержащего метанол, давление потока мгновенно выделяющегося газа повышают, то появляется еще одно преимущество, заключающееся в том, что топливный газ получают под более высоким давлением, чем давление мгновенно выделяющегося газа в известном способе (менее 1 бара); это означает, что специальная горелка, рассчитанная на низкое давление, не требуется.
Эти и другие преимущества данного изобретения будут более очевидными с помощью следующего ниже описания предпочтительных и не ограничивающих вариантов его осуществления со ссылкой на чертежи, на которых:
Краткое описание чертежей
на фиг.1 в упрощенном виде представлена схема осуществления способа в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения,
на фиг.2 представлен второй вариант осуществления изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Как показано на фиг.1, сырой метанол 101 получают в обычной секции синтеза метанола (не показана) и подают в секцию Т отгонки легких фракций, получая стабилизированный сырой метанол 102 и поток 103 мгновенно выделяющегося газа. Затем стабилизированный сырой метанол 102, полученный в секции Т отгонки легких фракций, подают в секцию R очистки, получая очищенный метанол 104 и отделяя сивушное масло 105 и кубовую воду 106. Секция Т отгонки легких фракций и секция R очистки являются частью секции D дистилляции на установке для получения метанола.
Поток 103 мгновенно выделяющегося газа или по меньшей мере часть этого потока через эжектор Е, приводимый в действие движущим потоком 107, подают в промывную колонну С. Из промывной колонны С выходит поток, содержащий метанол, в этом варианте - водный раствор 110 метанола, который возвращают на вход секции Т отгонки легких фракций, смешивая с потоком 101 сырого метанола. Кроме того, в верхней части колонны С получают топливный газ 109.
В частности, промывная колонна С предпочтительно представляет собой промывную колонну (абсорбер) противоточного типа, в которую подают воду 108, возможно, ту же самую воду 106 (или часть ее), которая получена из секции очистки. Раствор 110 получают в нижней части колонны С и возвращают в секцию Т отгонки легких фракций посредством насоса или, возможно, благодаря гидростатическому напору.
Движущий (эжектирующий) поток 107 в эжекторе Е представляет собой любой подходящий поток, например, поток водяного пара с низким давлением, например, 2-20 бар, или средним давлением, например, 20-60 бар. Преимущество использования водяного пара состоит в том, что сжатый поток на выходе из эжектора Е (линия 111), а затем топливный газ 109, получаемый в верхней части колонны С, не разбавляются движущим потоком.
Если поток 107 представляет собой водяной пар низкого или среднего давления, поток 111, выходящий из эжектора Е, до ввода его в колонну С предпочтительно подают в конденсатор (не показан) для конденсации водяного пара и отделения абсорбированного метанола.
Благодаря возврату метанола, содержащегося в потоке 110, объем производства очищенного метанола (поток 104) увеличивается на несколько процентов, обычно примерно на 1-2% или даже более. Для секции Т отгонки легких фракций может потребоваться небольшое увеличение нагрузки кипятильника.
Следует также отметить, что вследствие повышения давления при проходе через эжектор Е топливный газ 109 получают с более высоким давлением, чем давление потока 103. Следовательно, для топливного газа 109 не требуется специальная горелка, рассчитанная на низкое давление. Можно использовать обычную горелку, более простой конструкции и менее дорогостоящую по сравнению с той конструкцией, которая используется.
В упрощенном варианте осуществления изобретения, представленном на фиг.2, поток 103 направляют непосредственно в промывную колонну С, не повышая его давление. В представленном варианте осуществления изобретения часть кубовой воды 106, полученной в секции R очистки, образует поток 108 воды для подачи в промывную колонну С, а образовавшийся в колонне С поток 110, содержащий метанол, возвращают на повторную обработку непосредственно в секцию Т отгонки легких фракций.
Следует заметить, что возврат потока 110 для повторной обработки на вход в секцию Т отгонки легких фракций (фиг.2) или непосредственно в вышеуказанную секцию Т отгонки легких фракций (фиг.3) представляют собой разные варианты осуществления способа, предлагаемого в изобретении, в равной степени применимые как при повышении давления мгновенно выделяющегося газа до начала обработки с целью извлечения метанола в колонне С, так и без повышения давления.
В зависимости от потребности в секции Т отгонки легких фракций и секции R очистки используются, например, одна или несколько колонн отгонки легких фракций/очистки. Следует отметить, что чертежи представлены в упрощенном виде и на них не показаны вспомогательные устройства, такие как трубопроводная арматура и т.д., которые хорошо известны специалисту в данной области техники.
Данное изобретение относится также к способу реконструкции известной установки для получения метанола. В первом варианте, при установке по меньшей мере промывной колонны С, эжектора Е для повышения давления мгновенно выделяющегося газа и трубопровода 110 для возврата раствора из куба колонны С на вход секции Т отгонки легких фракций можно изменить компоновку на установке, работающей в соответствии с фиг.3, получив новую схему расположения оборудования, представленную на фиг.1. При установке по меньшей мере колонны С и трубопровода 110 для возврата раствора метанола из колонны С в секцию Т отгонки легких фракций можно изменить компоновку той же самой установки, получив схему расположения оборудования, представленную на фиг.2.
Ниже приведены примеры.
Пример 1
Представленная ниже таблица 1 относится к известному способу, показанному на фиг.3. Таблица 2 относится к тому же способу, осуществляемому при новой схеме расположения оборудования, показанной на фиг.1, в котором мгновенно выделяющийся газ 103 сжимают в эжекторе Е, используя в качестве движущего потока 107 остаточный газ с мембранной установки извлечения водорода, и сжатый газ 111 промывают водой в колонне С, получая поток 110, содержащий метанол, который возвращают на повторную обработку, смешивая с вводимым сырым метанолом 101.
Молярный расход потока 104 очищенного метанола составляет 7903,9 в сравнении с молярным расходом 7809 потока 4 на известной установке при вводе того же количества сырого метанола. Таким образом, увеличение объема производства составляет 1,2%.
Пример 2
Известная установка, показанная на фиг.3, модифицирована в соответствии со схемой расположения оборудования, представленной на фиг.2, где предлагается промывка мгновенно выделяющегося газа 103 водой 108, полученной из куба колонны очистки. Объем производства очищенного метанола увеличивается с 7809 до 7895,9 кг/с, на 1,1%.
Таблица 1
Поток
1
2
3
4
5
6
Паровая фракция (мол)
0,00
0,00
1,00
0,00
0,00
0,00
Температура (°С)
49,5
86,3
45,0
45,0
90,4
118,8
Давление (бар абс)
6,21
1,91
1,26
1,52
1,84
1,91
Массовый расход (кг/ч)
320504,3
309949,8
10553,2
250214,7
1014,9
58676,9
Молярный расход (кмол/ч)
11368,3
11102,0
266,2
7809,0
35,0
3256,4
Состав (мол % влажн.)
СО
-
-
0,020%
-
-
-
СO<sub>2</sub>
1,458%
-
62,241%
-
-
-
Н<sub>2</sub>
0,008%
-
0,357%
-
-
-
Н<sub>2</sub>O
28,771%
29,460%
0,021%
-
41,283%
99,975%
Поток
1
2
3
4
5
6
СН<sub>4</sub>
0,003%
-
0,118%
-
-
-
Аr
0,001%
-
0,052%
-
-
-
N<sub>2</sub>
0,006%
-
0,239%
-
-
-
СН<sub>3</sub>ОН
69,676%
70,492%
35,657%
99,999%
44,008%
0,022%
Ацетон
0,001%
-
0,022%
-
-
-
Диметиловый эфир
0,013%
-
0,548%
-
-
-
Этанол
0,032
0,032%
-
0,001%
9,955%
0,003%
1-пропанол
0,015%
0,015%
-
-
4,754%
-
Метилформиат
0,017%
-
0,724%
-
-
-
Таблица 2
Поток
101
102
103
104
105
106
Паровая фракция (мол)
0,00
0,00
1,00
0,00
0,00
0,00
Температура (°С)
49,5
86,8
45,0
45,0
91,2
118,8
Давление (бар абс)
6,21
1,91
1,26
1,52
1,84
1,91
Массовый расход (кг/ч)
320504,3
321621,7
10617,6
253255,4
996,9
67424,0
Молярный расход (кмол/ч)
11368,3
11679,3
267,6
7903,9
35,0
3742,6
Состав (мол % влажн.)
СО
-
-
0,027%
-
-
-
СO<sub>2</sub>
1,458%
-
62,008%
-
-
-
Н<sub>2</sub>
0,008%
-
0,358%
-
-
-
Н<sub>2</sub>О
28,771%
32,170%
0,023%
-
44,996%
99,999%
СН<sub>4</sub>
0,003%
-
0,118%
-
-
-
Аr
0,001%
-
0,052%
-
-
-
N<sub>2</sub>
0,006%
-
0,238%
-
-
-
СН<sub>3</sub>ОН
69,676%
67,785%
35,632%
99,999%
40,093%
0,001%
Ацетон
0,001%
-
0,029%
-
-
-
Диметиловый эфир
0,013%
-
0,581%
-
-
-
Этанол
0,032%
0,031%
-
0,001%
10,140%
-
1-пропанол
0,015%
0,014%
-
-
4,771%
-
Метилформиат
0,017%
-
0,932%
-
-
-