http://www.phxequip.com/plant.70/methanol-plant.aspx

http://www.chemsystems.com/about/cs/news/items/PERP%200708S_2_Methanol.cfm

http://www.ogj.com/articles/print/volume-91/issue-13/in-this-issue/general-interest/methanol-plant-design-choices-affect-operations-costs-other-equipment.html

Planta de metanol opciones de diseño afectan a las operaciones, COSTOS, OTROS EQUIPOS29/03/1993

Con el aumento esperado en la demanda de metanol en todo el mundo, particularmente para el éter de metilo butilo terciario (MTBE) como materia prima, habrá un aumento en el número de nuevas plantas y modificaciones a las plantas existentes.Hay varias opciones disponibles para el diseño de la planta general y el diseño de síntesis-converter, cada una con sus ventajas y desventajas. Y para las modificaciones, hay un número de maneras para aumentar la capacidad.DISEÑO DE PLANTASProducción de metanol es el medio más rentable de agregar valor al gas natural. Existen proyectos de metanol potenciales donde existen grandes reservas de gas natural a precios competitivos. En consecuencia, las plantas de metanol futuros estarán ubicados en cada vez más variados y remotos lugares.Estos puntos de vista, expresados en un artículo de Mark Linthwaite y Mark Sutton de John Brown, Davy Process Technology, Londres, fueron presentados en la Conferencia Crocco & Associates Inc. 's 1992 Mundial metanol, 8 al 10 diciembre 1992, en Monte-Carlo . Su artículo, "planta de metanol diseños para las demandas de los años noventa", examinó los factores que influyen en el desarrollo de proyectos de metanol de grado químico Worldscale.Linthwaite y Sutton dicen que el factor más importante para garantizar la rentabilidad de una planta de metanol es los costes de fabricación, será capaz de lograr. Los factores que influyen en el coste unitario son el gasto de energía, fiabilidad, impacto ambiental, la ubicación, y el costo de capital.Pero todas estas demandas no pueden ser satisfechas con un solo diagrama de flujo. Por ejemplo, minimizar el impacto ambiental y los gastos energéticos aumentan los costos de capital. Por tanto, el compromiso adecuado debe hacerse sobre una base de caso por caso, para tener en cuenta los factores específicos de la ubicación y las preferencias del operador.EFICIENCIA ENERGÉTICAEl área de generación de gas de síntesis de la planta requiere de la mayor parte de la entrada de energía de la planta, por lo que la elección de la vía de generación de gas de síntesis es probable que tenga la mayor influencia en la eficiencia energética de la planta.Esquemas de generación disponibles incluyen:

La reforma de vapor convencional La oxidación parcial Combinado reforma Paralelo reforma Gas y calefacción reforma.

De éstos, los tres contendientes actuales para plantas de metanol a escala mundial son convencionales, combinada, y la reforma de paralelo (Figs. 1, 2, y 3). La Tabla 1 muestra los requerimientos de energía para una planta tonelada / día (mtd) métrica 2500 el uso de estas tres rutas. En cada caso, Linthwaite y Sutton diseñaron las plantas en las mismas condiciones para dar un equilibrio razonable entre el capital y el gasto energético.

Las dos rutas de oxígeno (en paralelo y combinados) en un primer momento muestran un importante ahorro energético. Sin embargo, la producción de oxígeno es muy intensivo en energía, lo que debe tenerse en cuenta cuando se comparan flowschemes. El cuadro 1 muestra que, al comparar con su semejante, las rutas de oxígeno soplado pueden ofrecer ningún ahorro de energía en absoluto o, como mucho, un ahorro de alrededor del 1,4%.Para los dos esquemas principales de limpieza crudo metanol y dos y tres columnas de destilación, el gasto de capital adicional necesario para un sistema de tres columnas es injustificada, excepto cuando el calor de bajo grado es caro.IMPACTO AMBIENTALLa legislación ambiental en todo el mundo es el objetivo de la reducción de las emisiones de combustión de forma específica de CO2 y NOx. Y con la probabilidad de que estas restricciones de apriete en el futuro, el impacto ambiental influirán claramente en la selección de ruta y equipos de proceso.La principal fuente de dióxido de carbono de una planta de metanol es la unidad de generación de gas de síntesis.La Tabla 2 compara las emisiones de CO2 procedentes de las tres rutas de reformado. Una vez más, en el primer examen, las rutas de oxígeno soplado resultan en menores emisiones de CO2. Pero, digamos Linthwaite y Sutton, el impacto ambiental en relación con la extracción y la generación de alimentos y los servicios públicos a la planta deben ser considerados.La única diferencia importante entre los diagramas de flujo de la Tabla 2 es el requisito de potencia eléctrica para la generación de oxígeno.Adición de las emisiones de las estaciones generadoras de electricidad que muestra las rutas de oxígeno producen más CO2 que hace el reformado convencional.La Tabla 3 compara las emisiones de NOx para las tres rutas.Las emisiones del caso del reformador convencional son una unidad con alta precalentamiento del aire y no hay medidas de reducción de NOx en uso. Si la tecnología de reducción catalítica se aplica a los tres reformadores de vapor, reformado convencional vez produce los más bajos de emisiones totales de NOx.Diversos grados de reducción de NOx puede lograrse mediante:

La reducción de precalentamiento del aire de combustión Quemar gas / purga La inyección de vapor Uso de quemadores de combustión low-NOx/staged Reducir catalíticamente NOx en nitrógeno y agua.

Davy Process Technology está trabajando con Balke-Durr del Grupo Deutsche Babcock-para adaptar su tecnología de reducción catalítica para su uso en reformadores de gran escala.Confiabilidad de la plantaComo los grandes proyectos de metanol dependen más de los prestamistas comerciales para la financiación, la fiabilidad es de vital importancia para garantizar la viabilidad de la planta. Dos días adicionales de tiempo de inactividad puede resultar en una pérdida de 440.000 dólares / año para una planta de mtd 2500.Esto es equivalente a una caída de 1,5% en la eficiencia de la planta, según los autores. El ahorro derivado de la prevención de esta pérdida es mayor que los ahorros de energía que los diagramas de flujo combinados o paralelo potencialmente pueden alcanzar el reformador de vapor más fiable.Plantas de reformado con vapor convencionales están diseñados para 355 días / año de operación con 2-4 años entre paradas, según lo dictado por los requisitos changeout catalizador. Esta alta disponibilidad es alcanzable debido a la simplicidad relativa de la planta, sus requisitos de mantenimiento poco frecuentes, y una considerable experiencia operativa.Por el contrario, las plantas combinadas y paralelas contienen equipamiento adicional y por lo tanto más complejo, operan en condiciones más severas, manejar y queman oxígeno puro, que requieren una sustitución del quemador de oxígeno regular. Estos factores, además de los sistemas de protección y de control más complejo resultante, aumentan la probabilidad de interrupciones de la planta, y por lo tanto graves pérdidas de ingresos.COSTO DE CAPITALLos principales factores que afectan los costos de capital incluyen:

Factores relacionados con la ubicación, como el acceso de la construcción, sitio, y los costes laborales

Los costos de preparación del terreno Directiva de proyectos de contratación pública La legislación local sobre el medio ambiente, la salud y la seguridad

Códigos y prácticas de diseño impuestas Requerimientos de infraestructura del sitio y los costos de utilidad de acceder a Costos de la tierra.

Para lograr una producción rentable, diseño de la planta debe equilibrar el costo de capital contra el gasto de energía. Equilibrio de catalizador de síntesis de bucle y los costos del compresor en contra de la presión de bucle y la circulación es un ejemplo de ello. Y los gastos innecesarios en equipos de gran tamaño se pueden reducir mediante la limitación de una función de los márgenes de diseño.También es importante evitar que los costes de aumento durante la ejecución del proyecto. Dueño / contratista acuerdos de asociación ayudan a minimizar el crecimiento del proyecto durante la fase de ejecución.DISEÑO DE REACTORESOtra de las presentaciones en las conferencias Crocco & Associates-"Metanol Reactor Design opciones" por PEJ Abbott de ICI Katalco, Billingham, Reino Unido, comparó las cuatro opciones de diseño más importantes para la conversión de síntesis de metanol:

Convertidores Quench-refrigerados Convertidores adiabático de lecho Tubo convertidores refrigerados Convertidores de vapor de fondos.

QUENCH REFRIGERADOEl ICI convertidor de enfriamiento refrigerado es el diseño metanol-convertidor más común en el mundo (fig. 4). La historia operacional de estas plantas, algunas de las cuales han estado en línea por más de 20 años, ha demostrado su robustez y fiabilidad. Convertidores Quench pueden ser diseñados y operados con éxito para capacidades que van desde 50 a 3000 mtd.En el sistema de enfriamiento caliente, el enfriamiento se alimenta al convertidor a 100-150 C. Una ventaja de este sistema, de acuerdo con Abbott, es que el 75% del convertidor de efluente está disponible para la recuperación de calor a altas temperaturas (150-270 C .).En comparación con otros tipos de convertidor, el convertidor de enfriamiento rápido requiere un volumen de catalizador relativamente grande debido a que el perfil de temperatura no sigue la trayectoria de la tasa máxima. En comparación con un convertidor de tubo refrigerado, el sistema de enfriamiento tiene más variables de control y por lo tanto, es algo más complejo para optimizar.CAMA ADIABÁTICOConvertidores adiabático de lecho tienen un volumen total de catalizador más pequeño que lo hacen los sistemas de enfriamiento rápido, porque todo el gas pasa a través de todo el catalizador (fig. 5). La ruta de trayectoria máxima velocidad, sin embargo, tampoco se siguió de cerca.El vapor a 30 bara se eleva dentro del sistema de convertidor, pero no puede haber recuperación de calor aguas abajo del convertidor porque todo el convertidor de efluentes se requiere para calentar el gas de alimentación.Una ventaja de menor importancia del sistema adiabático de lecho es que los reactores y vapor de sensibilización intercambiadores de calor pueden ser todos del mismo tamaño, lo que reduce los costos de capital.El principal inconveniente de este sistema es el número mucho mayor de vasos y tuberías de conexión y la mucho mayor de la zona de bucle intercambiador. Otra desventaja es que el vapor 30-bara no puede ser introducido directamente en la sección de la reforma en una planta de tipo combinado de reformado.TUBO REFRIGERADOEl convertidor de tubo refrigerado es relativamente un nuevo diseño muy simple, (fig. 6). Hay cinco de estas unidades en línea, dos están en servicio amoníaco y otra en construcción. La primera planta de metanol de emplear este diseño ha estado funcionando con éxito desde hace más de 3 años.La principal ventaja de un convertidor de tubo refrigerado es un volumen relativamente bajo de catalizador. Esto conduce a un pequeño volumen convertidor, ya que, en este sistema, el camino de reacción sigue de cerca la trayectoria de la tasa máxima. Además, debido a volumen de catalizador y el área de intercambio de calor se combinan, hay un menor número de elementos del equipo que se necesitan para un sistema de enfriamiento del convertidor. Esto, a su vez, reduce los costos de capital.Otro de los beneficios del diseño de tubo refrigerado es que el aumento de la recuperación de calor, en comparación con un convertidor de enfriamiento rápido, es posible. El diseño mecánico del convertidor es simple y el convertidor puede ser fabricado sin una placa de

tubos. Y, por último, un convertidor de tubo refrigerado es muy fácil de controlar debido a todas las temperaturas dentro del convertidor son establecidos por la temperatura de entrada.El único inconveniente, de acuerdo con Abbott, es que el convertidor es relativamente pesado, como son todos los convertidores tubulares. Para una planta de escala mundial, esto puede producir problemas de transporte.VAPOR DE RECAUDACIONUna variedad de convertidores de vapor tubulares de fondos están disponibles, cada uno de los cuales tiene características únicas. Por ejemplo, los convertidores pueden ser ya sea de flujo axial o de flujo radial, que tendrá una caída de presión mucho más baja. Los diseños pueden ofrecer catalizador ya sea en el lado de la carcasa o el lado del tubo.Fundamentalmente, la elección del diseño del convertidor de vapor de fondos no altera el diagrama de flujo (Fig. 7).La diferencia entre el vapor de fondos y convertidores de tubo enfriados es que el intercambiador de bucle será más grande para el diseño de vapor de sensibilización porque todo el gas debe ser calentado a 225-240 º C, en comparación con 150 º C. El convertidor de vapor de fondos También puede requerir más de una concha.La principal ventaja de un convertidor de vapor de fondos es el pequeño volumen de catalizador requerido como resultado de la buena estabilidad del catalizador. Esto es cierto porque el convertidor opera casi isotérmicamente, dice Abbott, y a temperaturas máximas bajas de catalizador (250-260 º C).Una ventaja adicional de estas bajas temperaturas es que el subproducto marca es baja. Debido a que el vapor puede ser producido a 40 bara-una presión mucho mayor que para un sistema adiabático-que puede ser inyectado directamente en la sección de reforma para su uso como vapor de proceso.Un inconveniente de tener catalizador del lado del tubo es el gran número de tubos necesarios para acomodar el catalizador. Esto es costoso. Por otra parte, un rendimiento casi isotérmica similar puede lograrse con una superficie inferior de transferencia de calor usando el catalizador en el lado de la carcasa del convertidor.COMPARACIÓN DE BASEICI comparación teórica 2000 mtd, plantas 80-bara que emplean los cuatro tipos de convertidor tratados (Tabla 4).Las plantas tenían recuperaciones de calor similares y tasas de circulación.La Tabla 4 muestra que el convertidor de vapor de fondos tiene el volumen de catalizador relativo más pequeño de los cuatro tipos, y en general, el convertidor de enfriamiento tiene el recipiente más grande.Los diseños de enfriamiento rápido y el tubo refrigerado requieren de mucho menor tamaño de bucle-intercambiador. Esto ilustra la ventaja en no tener que calentar todo el gas de proceso hasta la temperatura de entrada del convertidor. En términos de área total de intercambio de calor, el convertidor adiabático de lecho requiere mucho más que los otros tres tipos.Una estimación simplificada de la adquisición de equipo y gastos de instalación sólo incluye las configuraciones de convertidor, bucle y equipos de recuperación de calor asociado (sistemas de agua Humidificadores de vapor de fondos o).El gran número de tubos en los reactores de vapor de fondos y los costes de fabricación asociados que sea la opción más cara. Por el contrario, la simplicidad y la facilidad de construcción de los reactores, adiabática-cama esféricas ellos la configuración más barata hacen, especialmente si los vasos son idénticos.Los costos totales de equipos de vapor de fondos y adiabáticos de lecho diseños son mayores debido a la gran contribución del intercambiador de bucle. Y, por último, los costos de instalación son mayores para los convertidores adiabáticas serie porque el gran número de elementos, se requiere más tuberías de interconexión y área de trazado. (Costos de instalación incluyen obra civil, estructuras, tuberías, etc)A medida que aumenta el tamaño de la planta, hay un punto en el que se convierte en más barato para construir dos reactores en paralelo, dice Abbott. El límite exacto depende de los detalles del proceso, tales como la caída de presión permisible, la composición del gas en el bucle de síntesis, y las consideraciones prácticas de transporte de grandes vasos, pesados.La Tabla 4 muestra la producción máxima de un solo convertidor para tres de los cuatro diseños. Cabe señalar que una tasa de producción de más de 3.000 mtd ya se ha conseguido en un convertidor de enfriamiento rápido.En capacidades aún mayores de 3.500 mtd, el mandato de muchos de los principales elementos de proceso de la planta tendrían que dividirse. Síntesis de metanol sola corriente sólo sería posible con la serie de vasos adiabáticas o un buque de flujo radial, como el reactor MRF-Z Toyo.En el reactor de Toyo, el gas de síntesis atraviesa alternativo, adiabática concéntrica y camas vapor de fondos. El diseño permite un volumen de catalizador grande para ser contenida

dentro de los límites normales de los vasos de diámetro, mientras que el logro de una baja caída de presión.REFORZAMIENTO OPCIONESAbbott evaluó tres esquemas de reconversión plantas de metanol existentes para aumentar la capacidad. Se dan los aumentos de capacidad incrementales típicos, pero los beneficios para plantas específicas deben ser evaluados sobre una base caso por caso.COMPRESOR INTERETAPASEsta opción implica la instalación de convertidor de entre las etapas penúltimo y último del compresor de gas de síntesis (Fig. 8). Se permite un aumento de la tarifa si el equipo dispone de una limitación de potencia.Flujo a través de la etapa final se reduce debido a la eliminación del metanol y el agua formada. Esto permite que más gas de síntesis que se suministrarán a la succión de la máquina, para que vuelva a la potencia máxima.Es importante reducir al mínimo la caída de presión en el convertidor y otros equipos para aprovechar todo el potencial de esta reconversión, por lo tanto, un diseño del convertidor de flujo radial es adecuado.PURGA DE GASEn general, los óxidos de carbono sin reaccionar valiosos se pierden, junto con inertes, en la corriente de purga del bucle. Un convertidor de tubo refrigerado se puede instalar en esta corriente para hacer metanol adicional (fig. 9).Un rendimiento de equilibrio bueno de metanol se puede lograr porque el gas de purga tiene inicialmente una concentración baja de metanol y el reactor puede ser operado a presión bucle y con una temperatura de salida baja. Y debido a la caída de presión no es generalmente crítico en la corriente de purga, el diámetro y el convertidor de volumen de catalizador son bastante pequeñas.Por ejemplo, el convertidor de tubo refrigerado para la purga de una planta de mtd 2000 que funciona a 100 bara requiere sólo 3-4% del volumen de catalizador en el convertidor principal. El bucle puede continuar operando a 100 bares absolutos, en el que caso de salida se incrementa en un 40 MTD.Alternativamente, la presión de bucle puede ser reducido, lo que permite un aumento del flujo de gas de síntesis para ser entregado desde el compresor, y aumentar la producción hasta en un 130 MTD.Esta modernización puede ser especialmente beneficioso para los bucles que tienen baja eficiencia de carbono.Es simple y se puede instalar con una interrupción mínima para operación de la planta.Bucle paraleloPara lograr un aumento de 20% o más, la capacidad del convertidor adicional, superficie del intercambiador de calor adicional, y mayor capacidad de circulación son casi siempre necesario. Sustancial de gas de síntesis de alimentación adicional para el bucle será por lo tanto disponible.Este reforzamiento puede ser utilizado para cualquiera de los cuatro tipos de convertidor. El uso de un convertidor de vapor de fondos puede ser conveniente ya que el calor de reacción puede recuperarse en forma de vapor, que se exportarán al sistema de vapor sitio. Este sistema evita tener que integrar el nuevo circuito de saturación con agua existente o sistemas de agua de alimentación de calderas.Los operadores con dos ciclos paralelos tienen un mayor grado de flexibilidad. La proporción de gas de síntesis suministrados a cada bucle, dependiendo del rendimiento del catalizador, se puede variar para optimizar la producción.Al elegir entre los tipos de convertidor o adaptar esquemas, los operadores deben considerar las consecuencias de todas las opciones en otros equipos de bucle, y sus efectos sobre la flowplan general.Derechos de autor 1993 Oil & Gas Journal. Todos los derechos reservados.

http://www.ogj.com/articles/print/volume-91/issue-13/in-this-issue/general-interest/methanol-plant-design-choices-affect-operations-costs-other-equipment.html