Основные преимущества совмещения производства метанола и аммиака.

 

1. Совмещение производства аммиака и метанола позволит регулировать выработку продуктов и компенсировать сезонные циклы в спросе на удобрения.

2. Технология внедрения производства метанола в действующее производство аммиака позволит использовать существующую установку подготовки газа, компрессора, заводские сооружения, поэтому капитальные затраты на создание метанольной установки будут минимальными и выпускаемый метанол должен быть конкуренто способным на любом рынке.

3. Так как создание установки не требует дорогостоящего оборудования, например, компрессоров, то ее можно быстро изготовить и ввести в действие.

Таким образом, преимущества создания совмещенной установки метанола по сравнению с традиционными заключаются в следующем:

- низкие капитальные и топливно-энергетические затраты;

- компактность и простота в эксплуатации;

- сжатые сроки строительно-монтажных работ.

 

 

Интегрированное производство метанола на агрегате аммиака АМ-76 по варианту фирмы “Haldor Topsoe”.

 

Фирмой “Н.Topsoe” разработана и успешно осваивается технологическая установка, которая при подключении к существующему агрегату дает возможность производителям аммиака переориентировать часть производственных мощностей на производство метанола с целью увеличения ассортимента продукции. Данная технология уже имеет свое применение в двух промышленных аммиачных агрегатах.

Существует три варианта совмещения метанольного производства в аммиачном агрегате:

1) на базе продувочного газа;

2) на базе стороннего потока;

3) на базе концепции “Ин-Лайн” реконструкция в схеме существующего агрегата.

Обоснованием выбора первого варианта на базе продувочного газа являются наличие водорода в продувочном газе с аммиачногo производства и наличие СО₂после узла МДЭА-очистки. Однако, смесь из водорода и СО₂ не очень активна, т.к. СО₂имеется только при низком давлении, а мощность производства метанола ограничивается количеством водорода в продувочном газе.

Обоснованием выбора второго варианта на базе бокового потока (параллельно с секцией конверсии СО в аммиачной установке) является доступ синтез-газа с приемлемым составом для производства метанола.

Однако, давление секции конверсии СОслишком низкое для обеспечения необходимой конверсии без компрессии. Из этого следует, что нужно установить новые компрессоры в обоих вышеуказанных вариантах для достижения нужной конверсии метанола, а это чрезвычайно удорожает реконструкцию.

Третий вариант отличается от двух предыдущих тем, что для получения необходимого давления используется существующий компрессор синтеза-газа. Агрегат синтеза метанола будет смонтирован между двумя корпусами компрессора свежего газа. Давление газа на входе синтеза метанола принимается равным примерно 100 кгс/см². Совмещенная установка состоит из реактора синтеза метанола, системы для конденсации и сепарации метанола и нового метанатора (рис.1.32). В секции подготовки газа в аммиачной установке высокотемпературная, низкотемпературная конверсия оксида углерода, отделение МЭА-очистки смонтированы на байпас, что позволяет регулировать содержание оксида углерода, диоксида углерода и водорода в синтез-газе, поступающем на агрегат синтеза метанола. Рабочие условия риформинга синтез-газа будут откорректированы. Существующая в настоящее время секция метанации будет исключена и заменена новым узлом метанации высокого давления. Компоновка и рабочие условия теплообменников после высокотемпературной конверсии будут соответствующим образом скорректированы.

По схеме Topsoe (рис.1.32) синтез-газ с нагнетания второй ступени компрессора синтез-газа поз.401 с давлением 10 МПа проходит теплообменник (1 и 2) и поступает в реактор синтеза метанола (3). Метанольный реактор представляет собой однопроходный реактор с кипящей водой (бойлерного типа). Катализатор находится в трубках, охлаждаемых кипящей водой. Полученный пар используется для дистилляции метанола. На выходе из реактора газ охлаждается в теплообменнике (1), в водяном холодильнике (4) и поступает в совмещенный водяной скруббер и метанольный сепаратор (5), где происходит отмывка образовавшегося метанола из синтез-газа. Из сепаратора метанол-сырец выдается в хранилище, а газ предварительно подогревается в теплообменниках (6 и 7) и поступает в новый метанатор (8). Метанатор представляет адиабатический реактор со стационарным слоем катализатора, подобен стандартному варианту с обычным катализатором метанирования. Пройдя узел метанирования газ, очищенный от СО и СО₂, охлаждается в холодильнике (9) и поступает на всас Ш ступени компрессора синтез-газа аммиачной установки.

Сырой метанол с агрегата синтеза метанола содержит примерно 30% вес. воды, а также небольшое количество таких побочных продуктов, как ацетон, альдегиды, диметилэфир и высшие спирты. Сырой метанол очищается до марки А или марки АА в секции дистилляции. Метанол марки АА должен отвечать основным требованиям:

- содержание ацетона не более 20 ррm вес;

- содержание воды не более 0,10% вес.

Производство метанола может быть увеличено посредством увеличения расхода байпаса на реакторе высокотемпературной конверсии, но при этом выработка аммиака снизится. Ориентировочная стоимость агрегата сопроизводства СН₃ОН производительностью 350 т/сутки, включая секцию дистилляции и модификации, связанные с байпасированием секции конверсии и удаления СО₂, составляет примерно 35 миллионов немецких марок. Оценка основывается на западноевропейских ценах.

Ожидаемые производственные показатели для подобного проекта сопроизводства метанола приводятся ниже:

Статьи выработки и потребления	Базовый вариант	Вариант с сопроизводством метанола
Производство аммиака, м т/сутки
Производство метанола, м т/сутки	-
Потери аммиака, м т/сутки	-
Производство СО2, м т/сутки
Потребление природного газа, %
Производство пара высокого давления, %
Расходы технологического воздуха, %
Потребность в мощности для компрессии
Компрессор синтез-газа, %
Воздушный компрессор, %
Холодильный компрессор, %

 

 

Если строить отдельно завод по производству метанола, то затраты (выраженные как стоимость оборудования и материалов) между различными секциями в производстве СН₃ОН распределяются следующим образом:

- приготовление синтез-газа, включая компрессию - 60%,

- синтез метанола - 10%,

- дистилляция метанола - 10%,

- сооружения - 20%.

Эти цифры ясно показывают какое большое влияние на экономику в производстве метанола имеют затраты на технологию подготовки синтез-газа.

Следует отметить, что при синтезе метанола потребляется водород и по этой причине будет нехватка водорода для производства аммиака. В случае отсутствия компенсации этой потери наблюдается резкое снижение соотношения между водородом и азотом в синтез-газе для производства аммиака, что затруднит эксплуатацию узла синтеза аммиака. Существует несколько вариантов такой компенсации. Компенсировать недостачу водорода в синтез-газе производства аммиака можно: 1) используя водород продувочных газов узла синтеза аммиака, 2) снижая содержание азота в исходном газе путем снижения расхода воздуха в реактор вторичного риформинга.

Фирма отмечает, что этот вариант можно применять практически на всех аммиачных заводах.

Снижение количества воздуха, поступающего на вторичный риформинг, восстанавливает равновесие между водородом и азотом в синтез-газе производства аммиака. Однако, при этом температура во вторичном риформинге снижается, что приводит к повышению остаточного содержания метана в газе на выходе из реактора и уменьшению количества вырабатываемого пара, что нежелательно.

При эксплуатации совмещенной установки уменьшается нагрузка по газу на узел синтеза аммиака и на катализатор. При этом с повышением выпуска метанола потери аммиака увеличиваются медленно. Имеют место потери аммиака и при старении катализатора синтеза метанола.

Сравнивая динамику рынка метанола и аммиака видно, что совмещенная установка имеет следующие преимущества:

- низкие капитальные вложения на тонну метанола, по сравнению с вновь строящейся, так как используется существующее оборудование и сооружения;

- утилизация неиспользованных мощностей. Если аммиачная установка работает ниже максимальной мощности, то совмещенная установка, используя разницу в мощностях, очевидно, приведет к увеличению прибыльности установки;

- увеличение ассортимента выпускаемой продукции.