UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD INTEGRADA DEL TRÓPICO CARRERA: ING. PETROQUIMICA
PARTE 7
METANOL INTEGRANTES : Deycy Muñoz Mendoza Agustín Mamani MATERIA : Procesos petroquimicos
PARTE 7
CAPITULO 7. 1 TECNOLOGIA LURGI MEGAMETANOL
HISTORIA Una de las principales tecnologías de procesos de Lurgi, la síntesis de metanol, un importante material químico, se ha establecido en todo el mundo, conocido como el proceso de metanol de baja presión Lurgi. Básicamente, el proceso de metanol consiste en la generación de gas de síntesis, la síntesis de metanol y la destilación de metanol. El gas puede generarse a partir de varias materias primas diferentes (como gas natural, nafta, residuos pesados y carbón). La producción de metanol a escala industrial se introdujo en 1923 cuando BASF Ludwigshafen encargó una planta de síntesis de metanol sobre la base de un cromo / zinc Catalizador. Como este tipo de catalizador no era muy activo, fue necesario aplicar presiones de funcionamiento de entre 300 y 400 bar y temperaturas de funcionamiento de entre 350 y 400 ° C. Basado en este tipo de catalizador de metanol a alta presión, Lurgi ha construido seis plantas en varios países que utilizan gas de síntesis producido a partir de gas natural o regeneración de vapor de nafta ligera o por oxidación parcial de aceite residual pesado, la capacidad total asciende a 181,000 toneladas métricas por año (MTA). Con el fin de mejorar la economía del proceso, en la década de 1960, Lurgi inició el desarrollo de un proceso que permite el procesamiento de metanol a bajas presiones y temperaturas. El trabajo de desarrollo en el centro de investigación y desarrollo (I + D) de Lurgi se centró en un catalizador adecuado. Las primeras pruebas de LP con metanol se realizaron en 1969. Dado que Lurgi no es un fabricante de catalizadores, comenzó a cooperar con Süd-Chemie AG en 1970 para la fabricación del catalizador. En el mismo año, Lurgi construyó una unidad de demostración semicomercial con un 100 reactor de metanol en tubo. El diseño y la tecnología del reactor de metanol se basaron en un reactor refrigerado por agua, ya probado en servicio en la síntesis Fisher-Tropsch de Lurgi. En la demostración, se llevaron a cabo investigaciones exhaustivas y experimentales para virtualmente todos los tipos son, independientemente independientemente de su origen, es decir, producidos por la reformación con vapor de gas natural o la oxidación parcial por nafta de aceites residuales pesados. La influencia de los componentes dañinos en el catalizador de metanol también se investigó en profundidad en la unidad de demostración.
Los resultados operativos de la unidad de demostración convencieron tanto a los clientes de Lurgi que los primeros tres con los tramos para las plantas del proceso de metanol Lurgi LP se firmaron en ese mismo año, lo que representa una capacidad total de más de 300,000 MTA. Dado que cada una de estas plantas se basó en una materia prima dif erente, un residuo pesado de una refinería, gas natural, rango de alimentación desde gas natural a nafta, Lurgi pudo probar que la nueva tecnología de LP Metanol Procesos puede hacer frente a todas esas materias primas. Gracias al conocimiento y la experiencia adquirida con la unidad de demostración, las tres plantas se pusieron en funcionamiento sin problemas a principios de 1973. Mientras tanto, el catalizador de metanol se ha mejorado significativamente en términos de selectividad, tasas de conversión y durabilidad a través de una intensa unión los esfuerzos de investigación de Lurgi y Süld-Chemie AG. Hoy en día, Lurgi tiene catalizadores altamente activos y estables disponibles para variar las condiciones del proceso a fin de suprimir en gran medida la formación de subproductos. La economía del proceso también se ha mejorado continuamente con respecto a los equipos, los requisitos de materia prima y la capacidad. Lurgi hasta ahora ha construido (o está construyendo) 41 plantas de proceso de metanol LP con una capacidad total de 20. Millones de MTA. Esto representa alrededor de un tercio de la capacidad instalada mundial. Hay grandes reservas de gas natural y gas asociado al petróleo en áreas remotas a un costo bajo y de mesa. Combinar materias primas de bajo costo con una gran tecnología de síntesis de un solo tren será la estrategia de las próximas décadas para lograr una notable reducción de costos de producción. Lurgi ha desarrollado su tecnología MegaMethanol® sobre la base de las tecnologías de Syngas disponibles en la década de 1990, es decir, reconfiguración de vapor convencional y reformado combinado junto con un nuevo concepto de síntesis. El proceso MegaMethanol de Lurgi es una tecnología avanzada para convertir gas natural en metanol a bajo costo en grandes cantidades. Permite la co nstrucción de plantas de un solo tren altamente eficientes de al menos el doble de capacidad que las construidas hasta la fecha. Esto allana el camino para nuevas industrias de transformación que pueden usar metanol como materia prima competitiva.
TECNOLOGÍA DE MEGAMETANOL
La tecnología MegaMethanol de Lurgi se ha desarrollado para plantas de metanol de escala mundial con capacidades mayores a 1 MMTA. Para lograr dicha capacidad en un solo tren, se necesita un diseño de proceso especial, que incorpore tecnología avanzada pero probada y confiable, eficiencia energética optimizada en función de los costos, bajo impacto ambiental y bajo costo de inversión. Las principales características del proceso para lograr estos objetivos son:
La formación o la reconversión autotérmica pura de la ruta de reacción incorrecta.
Regeneración de gas natural con oxígeno fundido, ya sea en combinación con metano de vapor o síntesis de metanol.
Dos pasos en reactores refrigerados por agua y gas que funcionan a lo largo de la optimización de la composición del gas de síntesis por reciclado de hidrógeno.
La configuración del proceso de recolocación - regeneración autotérmica o combinada- depende principalmente de la composición de la materia prima, que puede variar desde gas natural ligero (casi 100 % de contenido de metano) a gases asociados al petróleo. El objetivo es generar un gas de síntesis óptimo, caracterizado por el número estequiométrico dado a continuación:
El proceso Lurgi Mega metanol, basado en la re-formación de hidrocarburos gaseosos, especialmente gas natural, consta de los siguientes pasos esenciales del proceso:
Desulfuración.
Pre-reformación (opcional)
Saturación
Regeneración autotérmica o combinada pura.
Síntesis de metanol
Destilación de metanol
La sección de generación de syngas de una planta de MegaMetanol que usa la refundición combinada i que se muestra en la figura 7.1.1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
La sección de producción de gas de síntesis de una planta convencional de metanol representa más del 50 % del costo de capital de toda la planta. Por lo tanto, la optimización de esta sección produce un importante costo beneficio. La regeneración convencional de metano con vapor se aplica económicamente en plantas de metanol pequeñas y medianas solamente, con la capacidad máxima de un solo tren limitada a aproximadamente 3000 toneladas métricas por día (MTD). La restitución de gas natural con oxígeno soplado, ya sea en combinación con la reconfiguración con vapor o como regeneración autotérmica pura, se considera hoy en día la tecnología más adecuada para las grandes plantas de gas de síntesis. El motivo de esta evaluación es que el gas de síntesis generado a través de la tecnología de soplado de oxígeno está disponible en composición estequiométrica y bajo una presión muy alta. Por lo tanto, muy alto se puede producir en un solo tren con equipos razonablemente pequeños.
Desulfuración La actividad del catalizador se ve seriamente afectada incluso por restos de venenos del catalizador en la materia prima del gas. Entre otros, los compuestos de azufre en particular reducen considerablemente la actividad del catalizador. Con el fin de proteger a los catalizadores de re-síntesis y de síntesis del envenenamiento por azufre, el material de al imentación debe ser desulfurado. La desulfuración opera a aproximadamente 350 a 380 ° C en el reactor de desulfuración. La materia prima se dirige a través de lechos de óxido de zinc, donde el sulfuro de hidrógeno se adsorbe de acuerdo con la siguiente ecuación:
H2O +ZnO <-> ZnS + H2O Si la materia prima contiene compuestos orgánicos de azufre como mercaptanos o tiofenos, se requiere hidrogenación antes de la desulfuración. Esto se lleva a cabo a menudo en un reactor separado, donde la materia prima, después de añadir una pequeña cantidad de gas de purga de síntesis de metanol rico en hidrógeno, se hidrogena sobre catalizadores de cobalto-molibdeno. Se puede obtener un contenido residual de azufre de menos de 0,1 ppm y puede tolerarse para los procesos posteriores.
Saturación Después de la desulfuración, el gas de alimentación de gas natural se enfría y luego ingresa en la parte superior de un satura o por saturación, y el agua suministra la mayor parte del H, O requerido para las reacciones de reformación. Después del maquillaje con el condensado del proceso y el agua de proceso de la destilación, se suministra agua de circulación caliente a la sección superior del saturador. El agua de circulación se saca del fondo del saturador mediante
una bomba de recirculación y luego se calienta mediante un calentador de agua de circulación en el tren de enfriamiento de gas reformado antes de volver a cargarlo al saturador.
FIGURA 7.1. 1 Generación De Syngas Utilizando Recombinación Combinada Para El Proceso De Megametanol Pre-reformación (opcional) Si la materia prima contiene fracciones de hidrocarburos superiores, el catalizador de regeneración de vapor puede verse afectado por depósitos de carbón debido a reacciones de craqueo cuando se opera a bajas relaciones de vapor de carbono. Esto debería evitarse prereformado la materia prima en un pre-reformador. La conversión de hidrocarburos superiores en un reactor adiabático produce un gas rico en metano e hidrógeno que es perfectamente adecuado para una nueva formación de vapor adicional. El prereformador de lecho fijo está dispuesto entre el supercalentador de alimentación de proceso y el reformador de vapor. La
materia prima desulfurada, con vapor de proceso añadido, se dirige a través del lecho del catalizador, donde casi todos los hidrocarburos superiores y un pequeño porcentaje del metano se vuelven a formar con vapor de acuerdo con las siguientes ecuaciones: Reformación de vapor de hidrocarburos superiores:
Metanización:
Reacción de cambio de agua-gas:
El gas prereformado se produce a aproximadamente 380 a 480 ° C, siendo el balance térmico general ligeramente endotérmico o exotérmico dependiendo del contenido de HC más altos en la materia prima. El gas prereformado solo contiene unas pocas partes por millón de hidrocarburos más alto que el metano y permite la reducción de la relación vapor -carbono para el formador de vapor a 1.8. Una relación baja de vapor a carbono y el sobrecalentamiento del gas prerreformado aguas arriba de la entrada del formador de vapor reduce significativamente el tamaño del formador de vapor. A demás, la cantidad de calor residual se reduce al g uardar el vaporizador de vapor por debajo del fuego cuando se usa la reconstitución combinada.
Reestructuración Autotérmica La regeneración autotérmica pura se puede aplicar para la producción de gas de síntesis en plantas de MegaMetanol siempre que el gas natural liviano esté disponible como materia prima para el proceso. La materia prima desulfurada y opcionalmente preformada se vuelve a formar con vapor de agua a gas de síntesis a aproximadamente 40 bar usando oxígeno como agente de reformación. El proceso ofrece una gran flexibilidad operativa en un amplio rango para cumplir con requisitos específicos. Las temperaturas de salida del re-conformador están típicamente en el rango de 950 a 1050 ° C. El gas de síntesis se comprime a la presión requerida para la síntesis de metanol en un compresor de gas de síntesis de una sola carcasa con etapa de reciclado integrada. Con la ayuda de un modelo patentado y comprobado de dinámica de fluidos
computacional (CFD) tridimensional (figura 7.1.2), se simulan los flujos de gas y los perfiles de temperatura con el objetivo de diseñar el quemador y el reactor como una unidad integrada. Los procesos autotérmicos producen el calor requerido para la gasificación a través de la combustión parcial del gas de alimentación a convertir en el reactor. El oxígeno generalmente se agrega para este propósito. Las materias primas adecuadas para la regeneración catalítica autotérmica son gases naturales ligeros o gases reformados al vapor con un alto contenido residual de metano. Las principales reacciones químicas involucradas en el proceso son las de la combustión completa de metano
Oxidación parcial de metano
FIGURA 7.1. 2 Silueta de reactor autotérmico, rendimiento mediante modelo 3D CFD.
FIGURA 7.1.3 Reformador autotermico Así como el metano y la formación de hidrocarburos superiores y una reacción de cambio de CO, como se describe en "Reformulación de vapor". La combustión (oxidación parcial) es altamente exotérmica, siendo la reacción de reformación endotérmica. Con el fin de alcanzar la calidad deseada del gas del producto, la temperatura de salida del reactor se selecciona y controla midiendo la cantidad requerida de oxígeno para mantener el equilibrio térmico entre la exotérmica y las reacciones endotérmicas. El restaurador automático (ATR) es un recipiente a presión revestido de material refractario. Una sección transversal de un ATR se ilustra en la figura 7.1.3. La parte cilíndrica inferior del ATR contiene un catalizador que se forma. Toda la carcasa de ATR está protegida por ladrillos resistentes a altas temperaturas. Un mezclador en la sección superior de ATR proporciona una mezcla rápida y uniforme de la mezcla de gas y vapor con oxígeno precalentado. La zona de combustión y prereacción está situada encima del lecho del ca talizador. El catalizador empleado es un catalizador de formación de vapor. Debido a las condiciones de operación, el establecimiento de un contorno de llama estable es esencial para proteger las paredes del reactor y el catalizador de
las temperaturas excesivas. Incluso cuando se utiliza metano puro como materia prima para la regeneración autotérmica, es necesario acondicionar el gas de síntesis porque su número estequiométrico es inferior a 2,0. La forma más económica de lograr la composición de gas requerida es añadir hidrógeno, retirado de la corriente de purga de síntesis de metanol por una unidad de membrana o una unidad de adsorción por oscilación de presión (PSA). Comparado con sus competidores, Lurgi tiene la mayor cantidad de referencias y experiencia para esta tecnología de reconstrucción. Este proceso se ha implementado en las plantas de Lurgi desde la década de 1950.
Re-formación combinada La combinación de reformado autotérmico soplado con oxígeno y re-formación de metano con vapor convencional, el llamado proceso de recolocación combinado, tiene la ventaja de que produce gas de síntesis de composición óptima y a una presión alta. En la figura 7.1.4 se muestra una sección transversal del recuperador de vapor Lurgi. En un proceso de recirculación de vapor, los hidrocarburos y el vapor se co nvierten catalíticamente en hidrógeno y óxidos de carbono. La composición del gas producto se alcanza de acuerdo con las siguientes reacciones de equilibrio:
FIGURA 7.1.4 Sección transversal de un reformador Lurgi
La reacción general es altamente endotérmica, por lo que el calor de reacción debe proporcionarse externamente. El gas de síntesis se caracteriza por una presión relativamente baja y un exceso de hidrógeno. Al agregar dióxido de carbono, l a composición del gas de síntesis se puede ajustar para que sea más favorable para la producción de metanol. El formador de vapor tubular es el elemento más caro de una planta de metanol cuando se utiliza la regeneración combinada. En este contexto, Lurgi ha desarrollado el Lurgi ReformerTM que permite la construcción de grandes reactores de hasta 1000 tubos de catalizador en una sola celda. El Lurgi Reformador más grande implementado hasta el momento contiene 720 tubos. El Lurgi Reformador es un re-exprimidor superior, y como tal, exhibe todas las ventajas de este diseño típico:
Filas de tubos múltiples, lo que resulta en un menor número de quemadores y menor pérdida de calor.
Temperatura de la pared casi uniforme en toda la longitud del tubo calefactado.
Mayor facilidad de ajuste del quemador y menor mantenimiento del quemador debido al menor número de quemadores.
Menos NO, formación por combustible más preciso y la equipartición del aire de combustión de los quemadores.
Reducción de ruido más fácil
Las características de este diseño re-formado son:
El diseño avanzado de digital de entrada
Aislamiento interno en la parte superior del tubo de catalizador re-formado
Sistema de soporte de tubo contrapeso
Sistema de salida Flexitube
Re-formando La ventaja principal del proceso combinado sobre alternativas de proceso similares es el bypass de gas de alimentación patentado del reelaborador de vapor. La composición óptima del gas de síntesis estequiométrica se puede lograr eligiendo la relación de derivación apropiada. Como menos de la mitad del gas de alimentación se en ruta a través del reformador de vapor, los requisitos de vapor del proceso en general también se reducen aproximadamente a la mitad en comparación con otros procesos que utilizan un regenerador automático aguas abajo del reformador de vapor sin dicho bypass. El menor consumo del equipo de proceso se traduce en una reducción de las necesidades energéticas y en unos costes de c apital más bajos La generación de gas de síntesis de metanol mediante la refundición combinada es una tecnología bien probada. Para gases naturales o gases asociados al petróleo con un contenido de metano superior al 80 por ciento y para síntesis de metanol con capacidades superiores a 1500 MTD de metanol, esta ruta ofrece ahorros potenciales de inversión de capital en comparación con el proceso convencional de reconfiguración del equipo. La composición del gas de síntesis generado se caracteriza por el número estequiométrico:
En el proceso de reformado de metano de vapor, la relación C: H dada del gas natural e hidrógeno agregado por descomposición de vapor conduce a un número estequiométrico que es más que óptimo para la producción de metanol. El excedente de hidrógeno tendría que ser comprimido y se comporta como un gas inerte en el ciclo de síntesis. Aumenta el tamaño del equipo y debe ser descargado con el gas de purga. Por lo tanto, solo se puede usar para disparar. En la regeneración autotérmica, el calor requerido para la regeneración se clasifica genéticamente mediante la combustión parcial del gas de alimentación. Como el ATR es un recipiente a presión con una entrada interior, sus limitaciones con respecto a la presión y la temperatura son mucho menos estrictas que las de un tubo de vaporización. La temperatura solo está limitada por la capacidad térmica del catalizador y del revestimiento interior. Por otro lado, si el reordenamiento autotérmico se aplicara solo, el calor requerido para la re-formación en gran parte sería alimentado por oxígeno libre, y el gas de síntesis resultante exhibiría una relación subtocíclica. Por lo tanto, Lurgi combinó los dos procesos en de tal manera que so lo la cantidad de gas natural se en ruta a través del formador de vapor que se requiere para generar una síntesis final como
con el número estequiométrico deseado de aproximadamente 2,05. Por lo tanto, la demanda de gas de síntesis de tonelada de metanol se reduce en aproximadamente un 25 por ciento en comparación con la formación de e-metano de vapor. Dependiendo de la composición del gas natural, solo alrededor del 30 por ciento de los hidrocarbonos se convierten en el renovador de metano de vapor y, por lo tanto, el reformador de metano de vapor en la regeneración combinada es solo una cuarta parte del tamaño de un re-formador n el proceso convencional de reconformación de metano de vapor. Esto significa ahorros y energía considerables. Debido a la presión más alta en la sección de reformación, la energía de compresión se reduce, y la compresión a presión de síntesis es posible en una etapa única. El costo ahorrado en comparación con la regeneración convencional de metano con vapor es mayor que la inversión para la unidad de separación de aire. Se logran ahorros de energía adicionales de alrededor del 8 por ciento mediante la regeneración combinada. Un efecto secundario importante es que el aire del instrumento, el aire de la planta y el nitrógeno requeridos en la planta se obtienen como subproductos de la unidad de separación de aire, de modo que no se deben considerar unidades de utilidad separadas.
Recuperación de calor residual Sección de enfriamiento de gases de combustión . Cuando se utiliza la reconfiguración combinada para la producción de gas de síntesis, los gases de combustión que salen de los tubos de regeneración de vapor se conducen a través de un conducto a la sección de recuperación de calor de los gases de combustión. Para utilizar el calor sensible del gas de combustión, varias intercambiadores de calor los bancos de tubos están dispuestos en serie. El precalentado de alimentación, que sirve apropiadamente para calentar la mezcla de vapor de agua / proceso natural, está dispuesto a la salida del reformador. Posteriormente, se logra un sobrecalentamiento del vapor a alta y media presión. Antes de que se agoten los gases de combustión, se obtiene un enfriamiento adicional al precalentar simultáneamente el aire de combustión. El tiro necesario para la retro excavación y el transporte de los gases de combustión a través de la sección de calor residual es proporcionado por un ventilador de gases de combustión que suministra el gas de combustión a la chimenea de refrigeración.
Sección de enfriamiento de gas reconfigurada. El gas reformado que sale de la base del ATR a aproximadamente 950 a 1050 ° C representa una fuente considerable de calor con un potencial de recuperación de energía. Directamente a la salida del ATR, el gas ingresa a la caldera de calor residual para generar vapor saturado de alta presión. La caldera de calor residual es un enfriador dispuesto horizontalmente con una placa de tubo fija. Está conectado al tambor del equipo de
alta presión por elevadores y bajantes usando un sistema de circulación natural. El gas reformado que sale de la caldera de calor residual se enfría en el precalentado de gas natural mientras se precalienta simultáneamente el gas natural. El gas reformado que sale del precalentado de gas natural se dirige al calentador de agua de circulación, donde se precalienta el agua circulante para el saturador. Se realiza un enfriamiento adicional en la sección de destilación donde el calor de gas reformado se utiliza para tareas de rehervidor. Enfriamiento final a syngas la temperatura de succión del compresor se alcanza en el enfr iador final. Durante el proceso de enfriamiento, la temperatura del gas cae por debajo del punto de rocío del agua. La separación de los condensados del proceso se logra posteriormente y el gas saturado reformado se dirige a la unidad de síntesis de metanol.
Síntesis de metanol En el proceso Lurgi Megametanol, el metanol se sintetiza a partir de hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono en presencia de un catalizador altamente selectivo con cobre Las reacciones principales de síntesis son las siguientes:
Estas reacciones son altamente exotérmicas, y el calor de reacción debe eliminarse rápidamente de su origen. Esto se logra de manera más efectiva en los reactores de metanol L urgi descritos a continuación. La conversión eficiente en la unidad de síntesis de metanol es esencial para la producción de metanol de bajo costo. Además, el uso óptimo del calor de reacción ofrece ventajas de costo y ahorro de energía para la planta. En general 2 tipos de reactores catalíticos de lecho fijo se utilizan en la industria: reactores de vapor y reactores refrigerados por gas. Desde el comienzo de la era de la tecnología de baja presión, Lurgi ha estado equipando sus plantas de metanol con un reactor tubular en el cual el calor de reacción se transfiere al agua de bodega. El Reactor de metanol refrigerado por agua Lurgi (WCR) es básicamente una carcasa vertical. y un intercambiador de calor tubular con l áminas de tubo fijo. El catalizador se acomoda en tubos y descansa sobre un lecho de material inerte. La mezcla de agua y vapor generada por el calor de reacción se extrae por debajo de la lámina superior del tubo. El control de presión de vapor
permite un control exacto de la temperatura de reacción. El reactor cuasi-isotérmico logra rendimientos muy altos en relaciones de reciclaje y minimiza la producción de subproductos. Se ha logrado una mejora significativa en la tecnología de síntesis al combinar el WCR con un Reactor refrigerado por gas aguas abajo (GCR). La llamada síntesis de convertidor combinada se muestra en la figura 7.1.5. La excelente transferencia de calor en la WCR permite que este reactor funcione con una alta concentración de componentes de reacción en el gas de entrada. Este gas altamente concentrado resulta de una tasa de reciclaje drásticamente reducida. Bajo estas condiciones, se logra un rendimiento de metanol muy alto en la RGC. La salida de la WCR que contiene metanol se alimenta al GCR aguas abajo. En el GCR, la reacción se lleva a cabo a temperaturas continuamente reducidas a lo largo de la ruta de reacción óptima. El perfil de temperatura óptimo se consigue mediante precalentamiento en contracorriente en el gas de entrada a la WCR. La última generación de catalizadores de metanol permite seleccionar una temperatura de salida del GCR de aproximadamente 220 ° C.
Bucle de síntesis de metanol Dado que la conversión económica del gas de síntesis a metanol no puede lograrse en un solo pase de reactor, los gases sin reaccionar se circulan en un bucle, aumentando así la tasa de conversión. La figura 7.1.6 muestra un diagrama típico de la síntesis con sección de destilación. El gas de reciclado y el gas de síntesis se mezclan y se precalientan en el calentador de compensación enfriando el gas de salida del reactor. El gas de reciclaje precalentado y el gas de síntesis se dirigen al GCR. En el lado del GCR, el gas de entrada del reactor se calienta adicionalmente a la temperatura de entrada de la WCR (aproximadamente 240 C).
FIGURA 7.1.5 Síntesis convertida combinada El agua de la caldera del tambor de vapor entra en el lado de la carcasa del reactor en la parte inferior a través de un distribuidor y se eleva hasta la salida en la parte superior debido a un efecto de termosifón. La mezcla de agua y vapor que sale del lado de la carcasa del reactor se separa en el tambor de vapor. El vapor saturado de presión media (MP) se descarga del tambor de vapor a través de una válvula de control de presión y el agua vuelve al reactor. El control de presión en la salida del tambor de vapor controla la presión en el lado de la carcasa del reactor y por lo tanto el punto de ebullición del agua, que a su vez controla la temperatura de reacción. El gas "preconvertido" se dirige al lado de la carcasa del GCR, que es lleno de catalizador, y la conversión final a metanol se logra a temperaturas continuamente reducidas a lo largo de la
ruta de reacción óptima. El calor de reacción se usa para precalentar el gas de entrada del reactor dentro de los tubos. Aparte del metanol y el vapor de agua, el gas de salida del reactor contiene CO y CO 2 inertes no reaccionados como CH4 y N 2 y algunas partes por millón de subproductos de reacción. Este gas debe enfriarse desde la temperatura de salida del reactor hasta aproximadamente 4 ° C para así condensar y separar CH 3 OH y H2O de los gases. El gas caliente se dirige al precalentado MPBFW, donde el calor liberado se usa para precalentar el agua de alimentación de la caldera MP o el tambor de vapor. La corriente de gas se usa adicionalmente para precalentar el gas de reciclado y el gas de síntesis al reactor en el calentador de compensación. Finalmente, el gas se enfría en el enfriador de aire de síntesis y el enfriador final mediante agua de refrigeración. El metanol crudo contiene, además de metanol y agua, gases disueltos y subproductos de reacción.
FIGURA 7.1.6 Sección de síntesis de metanol con destilación
La separación del metanol crudo de los gases que no han reaccionado tiene lugar en el separador de metanol. El metanol crudo deja el recipiente en un control de nivel para la destilación, donde el metanol puro se destila del agua y otras impurezas. La mayor parte del gas se recicla a los reactores de síntesis a través de un compresor de gas de reciclaje para lograr una conversión general alta. Se extrae una pequeña porción del control de presión como gas de purga para evitar la acumulación excesiva de inertes en el circuito. La mayor parte del gas de purga se dirige a la unidad de recuperación de hidrógeno, donde se recupera el hidrógeno. El producto de hidrógeno se mezcla con el gas de síntesis, mientras que el gas restante se recicla como gas combustible. Durante el arranque y el apagado, el gas de purga se conecta a la llamarada. Se usa una pequeña cantidad de gas de purga para la hidrogenación del gas natural para la desulfuración. Las ventajas más importantes de los convertidores de síntesis combinada son:
Alta eficacia de cobertura de syngas. Con la misma eficacia de conversión, la relación de reciclado es aproximadamente la mitad de la relación en un reactor de una sola etapa enfriado por agua.
Alta eficiencia energética . En el reactor se pueden generar aproximadamente 0,8 t de vapor de 50 a 60 bares por tonelada de metanol. Además, una parte sustancial del calor sensible puede recuperarse en la salida del reactor refrigerada por gas.
Bajo costo de inversión. La reducción en el volumen de catalizador para el reactor refrigerado por agua, la omisión de un precalentado de gas de alimentación grande y los ahorros resultantes de otros equipos debido a la menor relación de reciclado se traducen en un ahorro de costes específico de aproximadamente 40% para el ciclo de síntesis.
Alta capacidad de un solo tren. El diseño de dos plantas ha confirmado que se pueden construir plantas de un solo tren con capacidades de 5000 MTD y superiores.
Destilación de metanol El metanol crudo producido en la unidad de síntesis de metanol contiene agua, gases disueltos y una cantidad de subproductos no deseados pero inevitables que tienen puntos de ebullición más bajos o más altos que el metanol. El propósito de la unidad de destilación es eliminar esas
impurezas para lograr la especificación de pureza de metanol deseada se muestra una destilación de metanol de tres columnas. En la Fig. 7.1.7 Esto se logra en los siguientes pasos del proceso:
Desgasificación
Eliminación de subproductos de bajo punto de ebullición.
Eliminación de subproductos de alto punto de ebullición.
Los gases disueltos son expulsados del metanol crudo simplemente por destellando a baja presión en el recipiente de gas de expansión. La eliminación de los extremos ligeros y los gases disueltos restantes se llevaron a cabo en una columna de extremos ligeros. Finalmente, el metanol se separa de los extremos pesados en una sección de destilación de metanol puro que consiste en una o dos columnas. La división de la columna de refinación en dos columnas permite capacidades de tren único muy altas. La pureza del metanol no se ve afectada, mientras que la capacidad de un solo tren, el consumo de vapor y el costo de inversión dependen del concepto de destilación. La primera columna de metanol puro funciona a presión elevada y la segunda columna a presión atmosférica. Los vapores superiores de la columna presurizada calientan el sumidero de la columna atmosférica. Por lo tanto, se ahorra aproximadamente el 40 por ciento del vapor de calentamiento y, a su vez, aproximadamente el 40 por ciento de la capacidad de enfriamiento. La división de la columna de refinación en dos permite capacidades de tren único muy altas.
Met anol pur o
FIGURA 7.1.7 Destilación de metanol de tres columnas
REFERENCIAS DEL PROYECTO LURGI METHANOL
Methanex, Estados Unidos, 1700 MTD, 1992
Statoil, Noruega, 2400 MTD, 1992
CINOPEC, China, 340 MTD, 1993
KMI, Indonesia, 2000 MTD, 1994
NPC, Irán, 2000 MTD, 1995
Sastech, Sudáfrica, 400 MTD, 1996
Titan, Trinidad, 2500 MTD, 1997
PIC, Kuwait, 2000 MTD, 1998
YPF, Argentina. 1200 MTD, 1999
Atlas, Trinidad, 5000 MTD, 2000
ZAGROS, Irán, 5000 MTD, 2000
Methanex, Chile, 2400 MTD, 2000
ZAGROS II, Irán, 5000 MTD, 2004
Hainan Metanol, China. 2000 MTD, 2004
QAFAC, Qatar, 6750 MTD, 2004
