книги / Основные новые разработки в технологии метанола

В табл. 2 приведены характеристики основных аппаратов технологии метанола М-750.

Таблица 2

Технологические параметры и характеристики основного оборудования в технологии метанола М-750

31

После того как Губахинский химический завод в 1993 г. был переименован в АО «Метафракс» и в основном успешно преодолел сложные 90-е гг., стала очевидной большая опасность узко ориентированного на метанол производства и зависимости предприятия от экспортной продажи метанола (70 % прибыли). Программа, которую «Метафракс» начал реализовывать в 2001 г., была направлена на увеличение ассортимента выпускаемой химической продукции, более глубокую переработку метанола, модернизацию и увеличение объема его производства.

Анализируя представленную выше технологию М-750 и учитывая ее достоинства и недостатки, можно предположить, в каком направлении должна была развиваться эта технология для решения основной задачи, связанной с модернизацией технологии, увеличением объема производства метанола и улучшением техникоэкономических показателей. Такой анализ показывает следующее.

Проектная величина основных энергетических затрат на природный газ составляла 1195 м3/т, что по сравнению с действовавшими на то время производствами метанола было значительно меньше (например, 1300 м3/т в агрегатах М-200). Снижение затрат природного газа было достигнуто, в основном, за счет применения энерготехнологической схемы (утилизация тепла конвертированного газа и дымовых газов), использования тепла конвертированного газа в испарителях колонн ректификации и использования в качестве топливного газа в трубчатой печи продувочного газа цикла синтеза и горючих компонентов, выделенныхприректификацииметанола-сырца.

Основными узкими местами в технологии М-750, которые ограничивают мощность, являются печи конверсии природного газа, колонны синтеза метанола, колонны основной ректификации, компрессорное оборудование.

Основное направление увеличения производительности и эффективности работы трубчатых печей связано с увеличением диаметра реакционных труб и использованием труб, изготовленных из более жаропрочного материала. Такая модернизация позволяет увеличить количество загружаемого в трубы катализатора и повысить тепловую нагрузку. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию

32

времени контактирования и степени превращения метана, а также позволяет понизить соотношение пар/газ. Помимо этого, при модернизации трубчатых печей необходимо обратить внимание на оптимизацию утилизации тепла дымовых газов.

Недостатком используемой в технологии М-750 колонны синтеза фирмы Davy Pauer Gas является использование для оптимизации температурного режима по высоте колонны байпасного газа, который вводится между полками с катализатором. Проблемы заключаются в том, что возникают трудности со смешением горячего

ихолодного потоков и с равномерным распределением газа по диаметру колонны перед его подачей на следующую полку с катализатором. При увеличении мощности такой способ отвода тепла реакции становится малоэффективным и не позволяет решить задачи оптимизации температурного режима, а следовательно, снижает скорость процесса синтеза метанола.

При модернизации колонн синтеза метанола следовало решить проблему эффективного использования байпасного газа, а в перспективе решить вопросы с заменой существующего способа отвода тепла на более эффективный.

При реконструкции отделения ректификации нужно было обратить внимание на использование более эффективных тарелок, в частности клапанных, которые повышают скорость массопередачи

ипозволяют сохранять надежную работу колонн при изменяющейся, в том числе увеличивающейся, нагрузке.

Модернизация компрессорного оборудования должна предусматривать совершенствование оборудования привода (паровые турбины) и ротора самого компрессора.

Эффективным направлением модернизации производства М-750 является разработка технологических решений, обеспечивающих получение синтез-газа, оптимального по составу для синтеза метанола.

Каким образом проблемы модернизации производства метанола на установках М-750 решались в ОАО «Метафракс», будет рассмотрено в следующем разделе.

33

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА

НА УСТАНОВКАХ М-750 С УВЕЛИЧЕНИЕМ МОЩНОСТИ ДО 1,2 МЛН Т

В2019 г. исполнилось 35 лет со дня пуска крупнотоннажного агрегата по производству метанола М-750 на Губахинском химическом заводе, ныне ПАО «Метафракс».

Уже при проектировании М-750 были заложены определенные предпосылки для дальнейшего развития производства. В частности,

втехнологии заложено дублирование аппаратов на лимитирующих стадиях производства – стадиях конверсии природного газа и синтеза метанола, что придало ей гибкость и возможность варьирования объема производства.

На стадии синтеза метанола выбраны колонны синтеза простой и надежной конструкции, позволяющей использовать различные варианты модернизации с минимальными затратами.

Уже в 1994 г. была проведена реконструкция колонн синтеза метанола по проекту фирмы Methanol Casale SA и Института катализа Сибирского отделения АН СССР. Вместо демонтированных ромбовидных распределителей газа были смонтированы устройства, обеспечивающие размещение четырех радиальных слоев катализатора. Между слоями катализатора были установлены смесители горячего циркуляционного и холодного байпасного газа. Конструкции корзин с катализатором обеспечивали более равномерное распределение газа по слою и повысили скорость процесса синтеза при меньшем количестве загруженного катализатора. Результатом явилось повышение выхода метанолаи снижение количества побочных продуктов.

Вцелом модернизация производства метанола была реализована в два этапа: первый – с 1994 по 2006 г. с доведением мощности до 1 млн т/год, второй – с 2006 по 2017 г. с увеличением мощности до 1,2 млн т/год.

Основные этапы модернизации представлены в табл. 3.

34

Таблица 3

Хронология этапов модернизации производства метанола на установках М-750 с доведением мощности до 1,2 млн т [4]

35

36

37

Анализируя данные табл. 3, можно отметить следующее. На каждом этапе модернизации производства метанола были соблюдены принципы последовательности и наибольшей эффективности принимаемых технологических решений. Эти принципы позволили сохранить нормальную работу агрегата на протяжении достаточно длительного периода модернизации и обеспечили гарантированное достижение положительных результатов по окончании каждого этапа.

Так, на начальных стадиях каждого этапа модернизации совершенствование было направлено на отделения конверсии природного газа, компрессии и ректификации. Это дало возможность в дальнейшем перейти к реконструкции отделения синтеза метанола и, следовательно, к завершению этапа модернизации.

Конечно, при модернизации всего производства пришлось так же решать вопросы реконструкции и совершенствования вспомогательных узлов и оборудования, например отделения деминерализованной воды, водооборотного цикла (градирни), системы КИПиА и АСУ ХТП, насосов и др.

Далее рассмотрим подробнее наиболее важные и крупные элементы модернизации, которые сыграли значительную роль при достижении конечных результатов, – это установка проточного синтеза метанола, колонны синтеза метанола по проекту фирмы Methanol Casale SA и установка высокотемпературного некаталитического парциального окисления углеводородов природного газа.

Проектирование и пуск установки проточного синтеза метанола

стали завершением первого этапа реконструкции производства. Предварительно были модернизированы колонны синтеза, трубчатые печи и колонны ректификации, что обеспечило создание резервов по производительности на этих стадиях. Оставалось увеличить мощность отделения синтеза метанола, так как существующие колонны синтеза не моглиобеспечить производства 1 млнтметанола вгод.

Идея использования дополнительного реактора, работающего на синтез-газе, ранее была предложена фирмой Udhe для производства аммиака. Однако применить ее для производства метанола в том же виде не представлялось возможным вследствие сложностей, связанных с проблемами образования примесей и обеспечения эффективного отвода выделяющегося при синтезе метанола тепла.

38

Специалистами ПАО «Метафракс» было принято компромиссное решение использовать дополнительный реактор синтеза с подачей в него смеси части синтез-газа и определенного количества циркуляционного газа. Состав смешанного газа был подобран так, что обеспечивал увеличение скорости синтеза в два раза по сравнению со скоростью синтеза в существующих колоннах за счет увеличения концентрации оксидов углерода и оптимизации состава и температурного режима. Одновременно это позволило выбрать конструкцию и размеры реактора, обеспечивающие при необходимой производительности эффективный отвод выделяющегося при протекании реакций тепла.

На рис. 9 представлена технологическая схема блока проточного синтеза.

Часть конвертированного газа с линии нагнетания компрессора

сдавлением не более 8,1 МПа и температурой 160 °C поступает

вблок проточного синтеза (БПС).

Циркуляционный газ, поступающий в БПС, отбирается после теплообменников, объединяется в один поток, а затем смешивается с конвертированным газом в определенном соотношении, зависящем от активности (срока службы) катализатора, загруженного в реактор 3.

Смесь конвертированного и циркуляционного газа поступает

вмежтрубную часть рекуперационного теплообменника 5 (температура газа на входе 120 °C). В теплообменнике 5 свежий газ подогревается до температуры 200–235 °C за счет тепла газа, выходящего из реактора 3 с температурой 220–280 °C.

Подогретый свежий газ поступает в реактор проточного синтеза 3. В реактор проточного синтеза загружен катализатор Katalco 51-8

вколичестве 48,89 т (39,5 м3). Часть катализатора ( 25 % от обще-

го объема) работает в адиабатическом режиме, остальная часть ( 75 % от общего объема) – в изотермических условиях. Разделения между адиабатическим и изотермическим слоями нет. Внутри слоя катализатора расположен внутренний теплообменник с плоскими теплообменными каналами для съема тепла реакции синтеза метанола.

39

40

Рис. 9. Технологическая схема установки проточного синтеза: 1 – паросборник; 2 – насосы; 3 – реактор проточного синтеза; 4 – подогреватель питательной воды; 5 – рекуперационный теплообменник; 6 – аппарат воздушного

охлаждения; 7 – подогреватель продувочных газов; 8 – сепаратор

40