KÖMÜRÜN GAZLAŞTIRILMASI YOLUYLA ELDE EDİLEN SENTEZ GAZINDAN METANOL ÜRETİMİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "KÖMÜRÜN GAZLAŞTIRILMASI YOLUYLA ELDE EDİLEN SENTEZ GAZINDAN METANOL ÜRETİMİ"

Duygu Tarcan
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Ek 2 ULUSAL ÖĞRENCİ TASARIM YARIŞMASI PROBLEM TANIMI KÖMÜRÜN GAZLAŞTIRILMASI YOLUYLA ELDE EDİLEN SENTEZ GAZINDAN METANOL ÜRETİMİ 1. Giriş Türk kömür rezervlerinden metanol üretimi Kömürden metanol üretimi, kömürün gazlaştırma yoluyla sentez gazına, sonra da kimyasal sentez yoluyla metanole dönüştürülmesine yönelik bir süreçtir. Süreç, kömürün hazırlanması, kömürün gazlaştırılması, sentez gazının koşullandırılması, metanol sentezi, metanolün damıtılması ile hava ayrıştırma ünitesi ve kükürt geri kazanma ünitesi gibi yardımcı sistemler ve servisleri içermektedir. Türkiye nin zengin ve ekonomik kömür rezervleri mevcuttur. Bunun yanı sıra, metanol kimyasal üretim zinciri açısından ve detürkiye gibi hızla büyüyen bir ülke için en önemli ürünlerden biridir. Tesisin tümündeki karmaşıklık, çalışmaların çeşitlendirilmesi ve değişik seviyelerde ayrıntılara girilmesine olanak tanıyacaktır. Bu da, en cazip değerlendirme yolunu seçme imkanı sağlayacaktır. Kömürden Metanol Üretim Kompleksi Kömürden metanol üretim tesisi, seri halinde çalışan kimyasal ünitelerin oluşturduğu büyük bir komplekstir. Bu kompleks, şematik olarak üç ana bölüme ayrılabilir: 1. Gazlaştırma Adası (Hava Ayırma Ünitesi dahil), 2. Sentez Gazı Koşullandırması ve Saflaştırılması (Kükürt Geri Kazanma Ünitesi dahil), 3. Metanol Sentezi ve Saflaştırılması (Distilasyon). Üç ana üniteyle ilgili olarak yardımcı üniteler ve altyapı tesisleri mevcuttur. Yardımcı üniteler, kompleksin çalışması için gerekli servis akışkanlarının üretimini içerir. Altyapı tesisleri, metanol kompleksinin dış birimlerle arayüzünü teşkil eden genel hizmet üniteleridir. 1

2 METANOL ÜRETİM KOMPLEKSİ Gazlaştırma Adası Sentez Gazı Koşullandırma ve Saflaştırma Metanol Sentezi ve Saflaştırması Yardımcı Servisler ve Ünite Dışı Tesisler Altyapı Tesisleri PROBLEM TANIMI, tesisin üçüncü kısmına, yani koşullandırılmış sentez gazından başlayarak Metanol Sentez ve Saflaştırma (Distilasyon) kısmına odaklanacaktır. Takibeden paragraflar, yukarıda belirtilen üç ana kısmı kısaca anlatmaktadır. 2

3 Gazlaştırma Adası Tesise getirilerek tesis önüne yığılan kömür, besleme sisteminin gereklerine göre gazlaştırma reaktörü için uygun boyuta öğütülür. Besleme sistemi, bulamaç veya kuru tip olabilir. Gazlaştırma ünitesi, oksijen ve reaksiyon moderatörü olarak su buharının bulunduğu ortamda kömürün yüksek sıcaklıkta kısmen oksitlenme prosesini öngörmektedir. Gazlaştırma reaksiyonu, yüksek sıcaklıkta ve temel özellikleri seçilen teknolojiye bağlı olarak sentez gazını ortaya çıkarır. Kül toplama, baştaki toz toplama kısmı ile birlikte prosesin bir parçasıdır. Bir hava ayırma ünitesi (kriyojenik), gazlaştırma reaksiyonu için gerekli olan oksijenin teminini sağlar. Ayrılan azot ise genel olarak gaz sürükleme / temizleme (purging) işlemlerinde kullanılır. GAZLAŞTIRMA ADASI Hava Ayrıştırma KÖMÜR Kömür Stoklama ve Hazırlama Gazlaştırma Su ile Sıyırma SENTEZ GAZI Kül Toplama Su Arıtımı 3

4 Sentez Gazı Koşullandırma ve Saflaştırma Metanol sentez bölümüne girmeden önce, sentez gazının saflaştırılması ve metanol sentez reaksiyonunun gerektirdiği bileşime ayarlanması şarttır. Sentez gazının kesin bileşimi, gazın kısmi kayma (Shift) reaksiyonuyla ve takibinde CO 2 nın kısmen ve safsızlıkların tamamen ayrılması ile sağlanmaktadır. Safsızlıklar, ağırlıklı olarak kükürt bileşikleridir ve Claus reaksiyonu ile geri kazanılarak saf kükürt üretmek üzere kükürt ünitesine gönderilir. SENTEZ GAZI KOŞULLANDIRMASI VE SAFLAŞTIRMASI SENTEZ GAZI Isı Geri kazanım ve Shifting Asidik Gaz Uzaklaştırma TEMİZ SENTEZ GAZI Çözücü Rejenerasyonu Kükürt Tesisi KÜKÜRT 4

5 Metanol Sentezi ve Saflaştırılması (Distilasyon) Sentez gazının gereken metanol sentez basıncına ulaşması için sıkıştırılması gerekmektedir. Metanol sentez reaksiyonu (egzotermik), katalitik reaktörlerde (teknoloji ve tesis büyüklüğüne bağlı olarak seri veya paralel) gerçekleştirilir. Reaksiyon ısısı, prosesin verimini artırmak için uzaklaştırılmalıdır. Dikkate değer bir reaksiyon koşulu, reaksiyon ısısının sürekli ve homojen olarak reaksiyon ortamından uzaklaştırıldığı izotermal ortamdır. Sentez ürünü (ham metanol), saf metanol elde etmek üzere saflaştırma (distilasyon) işlemine tabi tutulur. Kolon sayısı, ihtiyaç duyulan ürün kalitesine, örneğin A/AA kalitesi, yakıt kalitesi veya MTO (metanolden olefin) üretimi kalitesine bağlıdır. METANOL SENTEZİ VE SAFLAŞTIRMASI TEMİZ SENTEZ GAZI Sentez Gazının Sıkıştırılması Metanol Sentezi Metanol Saflaştırma METANOL, A KALİTE 5

6 2. Problem Tanımı Üretim kapasitesi Tesis 5000 Ton/gün (Metrik Ton/Gün) Metanol (%100 Metanol bazında) üretecektir. Aşağıdaki iki metanol kalitesi göz önüne alınmalıdır: a. AA Kalitesi, b. MTO üretimi (kalite öğrenci tarafından tanımlanmalıdır). Sentez Gazı Kalitesi Sentez gazı aşağıdaki koşullarda mevcuttur (mol %, kuru temel): H CO 28.0 CO2 2.5 N2+Ar 2.9 CH4 0.1 Kükürt 0.1 ppm mol H2O 0 (sentez gazının kuru olduğu kabul edilebilir). Basınç 40 barg (bar gauge) Sıcaklık 40 C Metanol üretimi için gerekli sentez gazının miktarı öğrenci tarafından hesaplanacaktır. Yardımcı Servisler Yeterli miktarda yardımcı servislerin tesiste mevcut olduğu varsayılacaktır (örneğin: a) soğutma suyu (20 C sıcaklıkta), b) elektrik enerjisi, c) alçak basınç buhar (3.5 barg basınçta) Normal tesis işletiminde ihtiyaç duyulacak yardımcı servis miktarları (yukarıdaki a, b, c maddelerindeki) öğrenciler tarafından hesaplanacaktır. Problemin Analizi ve Geliştirilmesi Problem iki temel yöntemle analiz edilecek ve çözümü geliştirilecektir: a. Kaynak (teknik literatür) araştırması b. Piyasada mevcut olan simülasyon programları (Öğrencilerin kullanımına açık böyle bir imkan olduğu varsayılmaktadır). Problemin incelenmesi gereken bir takım yönleri vardır. Takibeden liste öğrenciye yol göstermek üzere hazırlanmıştır: Metanol sentez prosesi termodinamiğinin analizi Dönüşüm kısmı için literatür bilgilerinden uygun bir buhar-sıvı denge modeli seçimi ve irdelenmesi, Metanol sentez döngüsü kimyasının modellenmesi, Metanol sentez reaktörleri ve özellikle izotermal reaktörler için, literatür bilgilerinin temini, 6

7 Kimyasal dönüşüm kısmında ısıl entegrasyonun belirlenmesi, Sentez döngüsüne etkisi olan ana parametreler (basınç, sıcaklık, vb.) için duyarlılık (sensitivity) analizinin yapılması, Sentez gazı inert madde içeriğinin geri döngü (recycle) kompresörünün gücüne etkisinin değerlendirilmesi, Distilasyon kısmı için uygun bir buhar-sıvı denge modelinin seçilmesi ve literatür bilgileriyle doğrulanması, Distilasyon kısmının modellenmesi ve ısıl entegrasyonun optimizasyonu, Kolon hidroliğinin değerlendirilmesi ve ilgili Murphy verimlilikleri için model tanımlanması, Distilasyon kısmını etkileyen ana parametreler (basınç, sıcaklık, ara flaş basıncı, tepsi sayısı) için duyarlılık analizi, İstenilen metanol kaliteleri (saflıkları) ile distilasyon sistemi karmaşıklığı ve tüketimleri arasında ilişki kurulması. 7

Benzer belgeler

HİDROJEN ÜRETİMİ BUĞRA DOĞUKAN CANPOLAT

1 HİDROJEN ÜRETİMİ BUĞRA DOĞUKAN CANPOLAT 16360018 2 HİDROJEN ÜRETİMİ HİDROJEN KAYNAĞI HİDROKARBONLARIN BUHARLA İYİLEŞTİRİMESİ KISMİ OKSİDASYON DOĞAL GAZ İÇİN TERMAL KRAKİNG KÖMÜR GAZLAŞTIRMA BİYOKÜTLE