فرآیند تولید متانول
فرآیند تولید متانول شامل 7 مرحله اصلی به شرح زیر می باشد.
- آماده سازی خوراک
- تولید گاز سنتز
- تراکم گاز سنتز
- سنتز متانول
- تصفیه متانول
- سیستم بخار و کندانس
- ذخیره سازی و بارگیری
واحد آماده سازی خوراک
گاز طبیعی و دی اکسید کربن در فشارهای متفاوت به مجتمع وارد شده و هر یک در کمپروسورهای گریز از مرکز جداگانه ای تا فشار مورد نظر، متراکم شده و مخلوط می گردند. این واحد شامل سیستم های متراکم کننده و تصفیه گازهای خوراک به شرح زیر می باشد.
1-1. تراکم گاز طبیعی : گاز طبیعی طی دو مرحله در کمپرسور گاز طبیعی از فشار 4/11 بار تا فشار 45 بار متراکم می گردد. سیستم تراکم گاز طبیعی شامل کمپرسور، خنک کننده میانی و مخازن آبگیری است. نیروی محرکه کمپرسور گاز طبیعی با توربین تامین می گردد.
1-2. تراکم دی اکسید کربن : دی اکسید کربن تولیدی در واحد الفین با فشار اتمسفریک به واحد وارد می شود. برای متراکم کردن این گاز تا فشار 45 بار، از یک کمپرسور 3 مرحله ای استفاده می شود. سیستم تراکم CO2 دربرگیرنده کمپرسور، خنک کننده های میانی، ظروف آبگیری و خنک کننده گاز برگشتی می باشد. نیروی محرکه کمپرسور با توربین بخار تامین می گردد.
1-3. تصفیه گاز خوراک : گاز طبیعی و دی اکسید کربن پس از فشارسازی تا 45 بار مخلوط شده و به منظور حذف ناخالصی های موجود که عمدتا شامل هیدروژن سولفوریه، ترکیبات آلی گوگردی و ترکیبات آلی کلره می باشد، پس از گرم شدن در قسمت بازیافت حرارت ریفرمر اول و رسیدن به دمای 350 درجه سانتیگراد، به ترتیب به راکتور هیدرودی سولفوریزاسیون، راکتورهای دی کلریناسیون و راکتورهای جذب H2S وارد می شوند.
در راکتور هیدرو دی سولفوریزاسیون در مجاورت کاتالیست کبالت/ مولیبدن، ترکیبات آلی گوگردی و کلره به ترتیب H2S و HCL تبدیل می شوند. HCL موجود در گازهای خروجی از این مرحله با عبور از راکتورهای دی کلریناسیون جذب کاتالیست سدیم آلومینات شده و به منظور جذب H2S به راکتورهای گوگردزدایی که حاوی کاتالیست ZnO می باشد، هدایت می گردد. گاز خروجی از راکتورهای گوگردزدایی دو شاخه شده که قسمت عمده آن به سیستم اشباع سازی و مابقی به ریفرمینگ ثانویه هدایت می شود.
واحد ریفرمینگ ( تولید گاز سنتز)
با عبور از مخلوط خوراک گاز و آب از بستر کاتالیست اکسید نیکل واکنش ریفرمینگ گاز سنتز صورت می گیرد. واحد ریفرمینگ شامل قسمت های زیر است :
2-1. اشباع سازی : بخشی از بخار آب که مورد نیاز واحد ریفرمینگ است در قسمت اشباع سازی تامین می گردد. در این قسمت بخش اعظم گاز خوراک خروجی از راکتورهای گوگردزدایی در یک برج با آب مجاور شده و در نتیجه انتقال جرم، میزان بخار آب موجود در گاز تا حد اشباع افزایش می یابد. واحد اشباع سازی و پمپ های سیرکولاسیون آب است. آب ورودی به سیستم اشباع در چرخه سنتز به دمای مورد نظر رسانده می شود. بخش عمده مورد نیاز ریفرمینگ در قسمت اشباع سازی تامین شده و مابقی به صورت جریان بخار تزریق می گردد.
2-2. ریفرمینگ اولیه : مخلوط گاز خوراک و بخار خارج شده از اشباع سازی، پس از گرم شدن تا دمای 500 درجه سانتیگراد در گرمکن گاز خوراک که در بخش بازیافت حرارت ریفرمر تعبیه شده، از طریق یک شبکه توزیع، به تیوب های ریفرمر اولیه که حاوی کاتالیست های اکسید نیکل است، وارد می شود. واکنش های این قسمت گرماگیر بوده که انرژی مورد نیاز خود را از طریق مشعل های تعبیه شده در سقف ریفرمر تامین می کند. فشار عملیاتی ریفرمر حدود 37 بار بوده و دمای گاز خروجی از آن حدود 800 درجه سانتی گراد است. دود حاصل از احتراق مشعل های ریفرمربه منظور بازیافت حرارت به قسمت بازیافت حرارت ریفرمر که به نوبه خود شامل فوق گرمکن بخار، پیش گرمکن های گاز خوراک، گرم کننده گاز ورودی به راکتورهای گوگردزایی و پیش گرمکن هوای احتراق می باشد، هدایت می گردد.
2-3. ریفرمینگ ثانویه : گاز خروجی از ریفرمر اول پس از مخلوط شدن با مابقی گاز خروجی، از قسمت گوگردزدایی به ریفرمر دوم هدایت می شود. اکسیژن خالص تولید شده در دستگاه تولید اکسیژن خالص، پس از گرم شدن در پیش گرمکن بخاری به ریفرمر دوم وارد می شود. در اثر مخلوط شدن اکسیژن و گاز، عمل احتراق صورت گرفته و دما در قسمت بالایی ریفرمر دوم تا 1500 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. مخلوط گرم از بستر کاتالیست اکسید نیکل عبور نموده که در این مرحله مابقی واکنش های ریفرمینگ صورت می گیرد.
دما و فشار گاز خروجی از ریفرمر دوم به ترتیب 1020 درجه سانتی گراد و 35 بار بوده که به منظور سرد کردن به سیستم حرارت گاز ریفرمر شده هدایت می گردد. سیستم بازیافت حرارت گاز ریفرمر شده شامل مولدهای بخار، پیش گرمکن آب، ریبویلرهای برج تقطیر و پیش گرمکن آب بدون املاح می باشد.
گاز سنتز نهایتا به کولر نهایی و درام آبگیر هدایت شده و دمای آن تا 50 درجه سانتی گراد کاهش می یابد. میعانات بخار تولید شده، پس از جمع آوری در درام آبگیر، جهت حذف CO2 حل شده در آن فرآوری می گردد و به منظور استفاده دوباره به سیستم تهیه آب بدون املاح هدایت می شود.
واحد تراکم گاز سنتز
گاز سنتز خروجی از درام آبگیر، جهت تراکم تا فشار 73 بار به کمپرسور گریز از مرکز گاز سنتز هدایت می شود. نیروی محرکه این کمپرسور از توربین بخار تامین می گردد.
واحد چرخه سنتز متانول
سنتز متانول در مجاورت کاتالیست مس/ روی در فشار حدود 70 بار و دمای 220 درجه سانتی گراد صورت می گیرد. واکنش های فوق تعادلی بوده و بنابراین با عبور گاز سنتز از بستر کاتالیست، تنها بخشی از ترکیبات موجود در گاز سنتز وارد واکنش شده و مابقی بدون تغییر از راکتور خارج می شود. بنابراین برای تولید به میزان حداکثر متانول، ضروری است متانول موجود در گاز خروجی از راکتور جدا شده و مابقی گاز مجددا به راکتور بازگردانده شود که به همین منظور از چرخه سنتز متانول استفاده می شود. چرخه سنتز متانول شامل راکتورهای سنتز، سیرکولاتور، کولرهای هوایی، خنک کننده های آبی، درام های جداکننده متانول خام، پیش گرمکن های آب سیستم اشباع و مبدل های گازی گرم کننده خوراک راکتور است. گاز خروجی از کمپرسور سنتز به دو بخش تقسیم شده که بخش اول پس از مخلوط شدن با گاز خروجی از درام و گرم شدن در مبدل به راکتور هدایت می شود. گاز خروجی از راکتور سنتز، در کولر هوایی و خنک کننده آبی تا دمای 45 درجه سانتی گراد خنک شده که طی آن متانول موجود در گاز، تبدیل به مایع شده و در درام جدا کننده متانول خام از گاز جدا می گردد.
گاز خروجی از درام جدا کننده متانول خام، پس از مخلوط شدن با بخش دوم گاز خروجی از کمپرسور به سیرکولاتور هدایت شده و از آن طریق برای تبادل حرارت با گاز های گرم خروجی از راکتور سنتز و رسیدن به دمای لازم برای واکنش به مبدل وارد شده و از آنجا به راکتور سنتز هدایت می گردد. متانول خام جدا شده در درام های جداکننده متانول خام، پس از تقلیل فشار تا 7 بار به برج تقطیر هدایت می شود که به خاطر تقلیل فشار CO2 حل شده در آن آزاد می گردد.
واحد تصفیه متانول
پس از جداسازی CO2، متانول خام، گرم شده و برای جداسازی ترکیبات سبک به برج تقطیر هدایت می گردد. انرژی مورد نیاز تقطیر ریبویلر گازی و بخار تامین می شود. سیستم جریان برگشتی این برج شامل کولر هوایی، خنک کننده آبی، درام جمع آوری کندانس و پمپ جریان برگشتی می باشد. متانول عاری از ترکیبات سبک برای جداسازی آب موجود در آن و رسیدن به خلوص 9/99 درصد به برج تخلیص در فشار 5/7 بار هدایت می گردد. انرژی مورد نیاز تقطیر در این برج از طریق ریبویلر بخاری تامین می گردد. بخاری که در بالاترین سینی این برج جمع آوری می شود متانول خالص است که پس از میعان در کندانسور آبی، به قسمت ذخیره سازی هدایت می گردد. بخارات خروجی از آخرین سینی این برج پس از تامین انرژی تقطیر در ریبویلر، مایع شده و پس از جمع آوری در درام برگشتی از طریق پمپ به برج تخلیص بازگردانیده می شود. مخلوط آب و متانول خروجی از پایین برج به برج تقطیر بعدی منتقل می شود و انرژی مورد نیاز تقطیر آن از طریق ریبویلر تامین می گردد.
واحد سیستم کندانس و بخار :
بخار مورد نیاز واحد متانول در فشار 114 بار در مبدل های بازیافت حرارتی و بویلرهای کمکی تولید می شود. بخار 114 بار برای رانش توربین و توربین کمپرسور در واحد تولید اکسیژن مصرف می شود.
واحد ذخیره سازی و بارگیری :
متانول خام تولید شده پس از جدا سازی CO2 به مخزن ذخیره ای با ظرفیت تولید و نگهداری متانول تا 24 ساعت وارد شده و با کمک پمپ های متانول خام به پیش گرمکن بازگردانده می شود. متانول خالص تولید شده پس از خنک شد وارد مخازن روزانه با ظرفیت نگهداری متانول تا 24 ساعت شده و بوسیله پمپ انتقال محصول به مخازن ذخیره اصلی هدایت می گردد. بارگیری محصول ذخیره شده در مخازن اصلی در کشتی با پمپ های بارگیری متانول و بازوهای بارگیری انجام می گیرد.
پیشنهاد میکنم برای آشنایی با کابردهای مختلفی که الکل متانول در صنعت دارد مقاله کاربرد الکل متانول را هم بخوانید!