4. Реактор синтеза метанола и технологическая схема

Реактор синтеза метанола должен обеспечить благоприятный температурный режим с учетом большой экзотермичности процесса. В технологической схеме могут быть приняты либо изотермический реактор, охлаждение в котором осуществляется за счёт кипящей воды, либо реактор, состоящий из адиабатических слоев катализатора. Между слоями подается холодная исходная смесь (холодный байпас). Таким образом, в каждом слое температура растет от входа к выходу, а между слоями – снижается. Параметры процесса следует выбрать таким образом, чтобы температура на выходе каждого слоя не превышала предельно допустимую, а степень превращения на выходе реактора была максимальной.

Как уже указывалось выше, принята циркуляционная технологическая схема (рисунок 1). Сжатый в компрессоре 1 до давления синтеза свежий синтез-газ подается на циркуляционный компрессор 3, где смешивается с циркуляционным газом. В случае изотермического реактора весь поток смеси циркуляционного и свежего газов направляется в теплообменник предварительного нагрева 7 и далее в реактор синтеза 4. В случае изотермического реактора запуск установки осуществляется путем подачи горячего теплоносителя в межтрубное пространство реактора 4.

В случае применения адиабатического реактора от смеси циркуляционного и свежего газа отделяется меньшая часть, которая поступит в реактор в качестве холодных байпасов, а основной поток направляется для нагрева до температуры начала реакции в рекуперативные теплообменники 5, 7. Нагрев осуществляется горячим газом, покинувшим реактор 4. Нагретая реакционная смесь поступает в первый слой реактора, где происходят реакции синтеза метанола и соответственно возрастает концентрация метанола и температура. Выйдя из слоя, горячий поток смешивается с холодным байпасом, при этом снижается температура и происходит разбавление реакционной смеси. Затем поток направляется во второй слой и т.д. Покинув реактор, циркуляционный газ направляется в рекуперативный теплообменник 5, где охлаждается, отдавая свое тепло исходной смеси. Охлажденный циркуляционный газ поступает в холодильник-конденсатор 6, в котором он окончательно охлаждается до температуры 40 ^оС. При этом происходит конденсация метанола-сырца. Сырец помимо метанола содержит воду, которая образуется по реакции (3), а также растворенные газы. В сепараторе 8 происходит отделение жидкого метанола-сырца от газового потока. Далее от циркуляционного газа отделяется некоторая часть - так называемая «продувка». Это необходимо, чтобы избежать чрезмерного накопления в цикле инертов: метана, азота и аргона, а также реагентов, находящихся в избытке по отношению к стехиометрической концентрации. Обычно при функционале F=2.1÷3 таким реагентом является водород. После отделения продувки газ поступает на вход (всас) циркуляционного компрессора 3.

Метанол-сырец дросселируется до давления 4 атм, при этом выделяются «танковые» газы, содержащие метанол и десорбированные газовые компоненты, а жидкий метанол-продукт поступает в сепаратор низкого давления 9. Отметим, что название «метанол-продукт» является условным. Окончательный продукт: метанол-ректификат получают в отделении ректификации, расчет которой не входит в данную программу.