شرح فرایند تولید متانول lurgi :قسمت اول:

شرح فرایند تصفیه خوراک گاز، و اشباع کننده (Saturator) در فرایند تولید متانول از گاز طبیعی تا ریفورمر اتوترمال:

در این فرایند، ابتدا گاز طبیعی حاوی مقدار مشخصی از سولفور با دبی ، فشار و دمای مشخصی وارد ظرف Knock out Drum که شامل Demist میباشد شده تا ذرات و مواد معلق آن کندانس و گرفته شوند.
سپس از ظرف Knock out drum، مقداری از گاز به عنوان سوخت ریفورمر از مسیر کم میشود جهت این منظور گاز ی که جهت سوخت می خواهد مورد استفاده قرار گیرد با عبور از مبدل حرارتی و تبادل دمایی تا دمای محیط( 20 درجه سانتیگراد) خنک شده و سپس به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد.
به دنبال آن، گاز خروجی با نسبتی از گاز هیدروژن که از واحد دیگر می آید با عبور از اجکتور مخلوط و هموژن میگردد. لازم به ذکر است که نسبت تزریق گاز هیدروژن به گاز طبیعی بوسیله سیستم کنترلی تنظیم میگردد.

توجه: تزریق گاز هیدروژن به خاطر این است که سولفور آلی موجود در گاز طبیعی هیدروژنه گردد. و سولفور گیری بخاطر این انجام می گیرد که کاتالیست های ریفورمینگ و سنتز متانول مسموم نشوند.

در ادامه فرایند فوق الذکر، گاز طبیعی حاوی مقدار مشخصی از سولفور ، در مبدل حرارتی با گاز هیدروژنه شده و سولفور گیری شده تبادل گرمایی نموده و پیش گرم میشود.
گاز پیش گرم شــده وارد بخــش بازیافت گرمایی گاز سوخت (Fuel gas heat recovery) شده که در آن واحد، دمای آن افزایش میابد ولی فشار آن قدری کاهش میابد.
در مرحله بعد این گاز مجدداً وارد راکتور هیدروژناسیون شده پس از هیدروژنه شدن تحت فشار و دمای بالا به شرایط دمایی 380 درجه و فشار 47.4 بار میرسد.
درراکتور هیدروژناسیون، تشکیل سولفید هیدروژن کامل میگردد، و گاز وارد راکتورهای سولفورگیری می شود. در مرحله کاتالیتیک اولیه(هیدروژناسیون)، ترکیبات سولفوره آلی روی کاتالیست CoMo هیدروژنه میشوند. به این منظور گاز طبیعی با گاز هیدروژن (گاز Purge از سنتز متانول) موجود، مخلوط می شود تا تمام سولفور آلی به H2S تبدیل گردد.
در مرحله کاتالیتیکی دوم، H2S مطابق واکنش زیر روی بستر ZnO جذب میگردد.
ZnO + H2S ←→ZnS +H2O
تشکیل سولفور در 380 درجه سانتی گراد در روی کاتالیست های واحد Desulphurization صورت می گیرد. مقدار سولفور باقی مانده در خوراک گازی کمتر از 0.2PPM میباشد.
در روش لورگــی کاتالیست داخـــل راکتور هیدروژناسیون به نام----------------------------- ( Suedchemie hydrogenation catalyst C-49) بوده و نام مربــوط به قسمت سولفور گیری ( ZnO G-72D from Suedchemie) می باشد.
معمولاً در روش لورگــی دو راکتور سولفور گیری بصورت سری کار میکنند و دو راکتور کاتالیست ZnO دیگر با آنها موازی بوده و به عنوان Stanby می باشند. که مزیت این روش این است که یک بستر حاوی ZnO مورد استفاده قرار میگیرد تا تمام ZnO به ZnS تبدیل گردد. و اگر یک شکافتی از ZnS در بستر اول رخ داد ، بستر دوم به عنوان حفاظت کننده عمل می نماید تا Sulphur adsorption (جذب سطحی سولفور) ادامه یابد.

و پس از سولفور گیری جهت مصرف بهینه از دما محصول خروجی وارد مبدل حرارتی پیش گرم کننده گازهای ورودی گشته و با گاز خروجی از Knock out Drum تبادل دما نموده و دمای آن را از 37 درجه به حدود 330 درجه سانتی گراد افزایش میدهد.
گاز خروجی از واحد سولفــور زدایی در مبدل حرارتی فوق الذکر(Natural Gas Interchanger) تا حدود دمای 95 درجه سانتیگراد سرد شده وارد برج شستشو و اشباع کننده یا Saturator شده و با آب در گردش و نیز کندانس جدید در دمای 240 درجه و فشار 46.7 بار شسته شده و بصورت اشباع از بخار آب (Saturated) در می آید. در Gas saturator بخش عمده آب مورد نیاز برای فرایند ریفورمینگ تامین میشود. که بوسیله پمپ های موازی به داخل برج اشباع کننده به گردش در آمده و Recycle میشود.
مزیت سیستم Saturator تامین هر دو گرما و مقدار عمده بخار فرایندی برای خوراک گاز طبیعی در سطح دمایی نسبتاً کم می باشد.
سیستم Saturator در توازن جرم و انرژی می باشد. علاوه بر انرژی مورد نیاز ، قاعده به صورت زیر می باشد:
*در فشار معین، دمای بالاتر ی جهت تولید بخار بیشتر در گاز طبیعی مورد نیاز است (تا اشباع صورت گیرد)
*در دمای معین، فشار پایین تری برای تولید بخار بیشتر در گاز طبیعی مورد نیاز است (تا اشباع صورت گیرد)

اشباع شدن گاز طبیعی با بخار تابعی از فشار / دما می باشد. مقدار قابل توجهی از آب داغ (240 درجه سانتیگراد) به بخش بالایی Saturator در دو محل متفاوت تغذیه می شود.
-مقدار بیشتر آن از طریق نازل خوراک دهنده نصب شده در بالای ستون اصلی پکینگها وارد آن میشود و از یک لوپ آب در گردشی که از آب فرایندی حاصل از تقطیر درست شده اند نشات میگیرند.
خوراک گاز طبیعی اشباع شده ، Saturator را در دمایی حدود 208 درجه سانتی گراد و محتوای رطوبتی حدود 44% مولی آب ترک می کند. و در مرحله بعد در پری هیتر2 ، در بخش خنک کننده گاز ری فورم شده، تا 400 درجه سانتی گراد گرم می شود.
جریان پایین دستی پری هیتر 2 خود به دو جریان تفکیک میشود. حدود 58% از آن در دو مبدل حرارتی 3 و 4 تا 640 درجه سانتی گراد گرم شده (در پیش گــرم کن خوراک ری فــورمر اتوتــرمال، Auto thermal Reformer Feed Preheater) ، و به ســمت Autothermal Reformer به حرکت در می آید.
باقیمانده در (Preformer feed Preheater) گرم شده و با بخار فرایندی 490 درجه سانتی گرادی مخلوط شده و به سمت پری فورمر به جریان در می آید.

تکنولوژی تولید متانول:

فناوري GTL:
تبديل گاز به فرآورده هاي نفتي (GTL) با استفاده از فرآيند فيشر–تروپس (FT)، در سال 1923 توسط فرانس فيشر و هانس تروپش ابداع گشت. اين فرايند از همان زمان مورد توجه بسيار بوده است، ولي به دليل اقتصادي نبودن آن، تاكنون براي بهره برداري بيشتر از منابع گازي به كار گرفته نشده است . در سال هاي اخير، پيشرفت هاي قابل توجهي در تكنولوژي GTL بدست آمده است ، به طوريكه اين فناوري را به عنوان يك گزينه مناسب و اقتصادي براي بهره برداري از ذخاير گازي مطرح ساخته است.

فرآيند فيشر–تروپس (Tropsch-Fischer) به طور خلاصه شامل سه مرحله است :
1-توليد گاز سنتز(Syngas) :
در اين مرحله با استفاده از رو ش هاي موجود توليد گاز سنتز، همچون تغيير مولكولي با بخار (Steam Reforming)، تغيير مولكولي خودگرمايي (Auto Thermal Reforming)، يا اكسيداسيون جزئي (POX) ، متان و اكسيژن تركيب شده و گاز سنتز درست مي شود. در واقع گاز سنتز آميزه اي است از هيدروژن و اكسيد كربن كه معمولاً حاوي مقادير كمي از بخار آب و دي اكسيدكربن نيز می باشد.
فناوري تهيه گاز سنتز(Syngas)، فناوري شناخته شده اي مي باشد و شركتهاي متعددي در فهرست دارندگان دانش فني آن قرار دارند جدول زیر برخي از صاحبان شناخته شده اين فناوري را در جهان نشان ميدهد.

2-تولید هيدروكربن هاي خطي :

در اين مرحله ، گاز سنتز تحت فشار اتمسفر و در درجه حرارت 100 الي 300 درجه سانتيگراد، در مجاورت كاتاليست هاي فلزي همچون آهن، كبالت، نيكل، رتينوم و يا روديم به صورت هيدروكربن هاي خطي در مي آيد. البته در اين مرحله مقادير متنابهي بخار آب و اكسيد كربن نيز توليد مي شود.
علي رغم پيچيدگي نسبتاً زياد اين مرحله ، در اين، فرآيند نيز شركت هاي متعددي به عنوان صاحبان دانش فني به شمار مي روند. جدول زیر برخي صاحبان شناخته شده فناوري FT را نشان ميدهد.

3-مرحله پالايش و بهبود كيفيت هيدروكربن هاي خطي:

در اين مرحله، با استفاده از فرآيند هاي شناخته شده پالايشگاهي همچون هيدروكراكينگ، ايزومراسيون، كاتاليك رفورمينگ و الكيليشن، محصولاتي چون گازوئيل، نفتا، نفت سفيد و حتي بنزين يا فرآورده هاي ويژه اي همچون روغنهاي روانساز و پارافين حاصل ميشود. لازم به ذكر است ، فرآورده هاي نهايي بدست آمده از اين فرآيند ، اكثراً معادل فرآورده هاي نفتي حاصل از برج تقطير پالايشگا ه هاي نفت خام است كه در دامنه C10 تا C20 قرار دارند و اصطلاحاً به آنها فرآورده هاي ميان تقطيري گفته مي شود؛ از همين روي بعضاً واژه Gas To Liquid با استفاده از روش FT را، تبديل گاز به فرآورده هاي ميان تقطيري مي گويند.

یک پلنت متانول با خوراک گاز طبیعی میتواند به سه بخش اصلی تفکیک شود:
---الف-در بخش اول پلنت گاز طبیعی به synthesis gas تبدیل میشود.
---ب-در بخش دوم synthesis gas واکنش میدهد تا متانول را تولید نماید.
---ج-نهایتاً متانول بخش انتهایی پلنت تا خلوص مورد نظر تخلیص میشود.

الف-تکنولوژی های تولیدگاز سنتزی:

(Syngas(Syngas generation technologies

1-ریفورمرهای بخار آب-متان
(Steam methane reformers (SMRs :
2-ریفورمر های فشرده(Compact Reformers ):
3- ریفورمر اتوترمال (Auto thermal reformers (ATR:
4- ریفورمینگ ترکیبی (Combined ATR&Steam reforming ):
5- ریفورمینگ ترکیبی با ریفورمینگ گاز گرم شده
(Combined reforming with Gas Heated Reforming (GHR:

ب-تکنولوژی سنتز متانول (Methanol synthesis technologies):
1-کانورتور های با تیوب خنک کننده(Tube cooled converter):
2- کنورتور طرح رادیال بخار بالا رونده (Radial design steam raising converter):
3- کنورتور طرح محوری بخار بالا رونده (Axial design steam raising converter):

ج-تکنولوژی های تقطیر (Distillation technologies):
GTL: مخفف Gas To Liquid میباشد.
Syngas : مخفف عبارت Synthesis Gas میباشد.
FT: مخفف فیشر تروپس میباشد.