Usines de méthanol

Hydrogénation et désulfuration

Aujourd'hui, c'est le gaz naturel qui est principalement utilisé comme matière première pour la production de méthanol, plutôt que le charbon, le naphta et le pétrole. Les composants indésirables du gaz naturel, comme le soufre, sont liés sous forme de sulfure d'hydrogène (H₂S) par une hydrogénation ciblée, puis éliminés dans le réacteur de désulfuration.

Afin de surveiller en permanence l'activité du catalyseur dans le réacteur d'hydrogénation sur l'ensemble du lit, des thermomètres multipoints spécialement adaptés sont utilisés pour surveiller plusieurs points. Le bon fonctionnement doit être garanti en permanence, car tout composant soufré qui passerait au travers empoisonnerait les étapes du process en aval. Le débit correct du gaz est détecté en utilisant des plaques à orifice compactes et des tubes Venturi avec des transmetteurs de pression différentielle installés.

Pré-réformateur

En fonction de la charge d'alimentation et de la conception de l'installation choisie, un, deux ou trois types de reformeurs sont installés en série pour le reformage du méthane à la vapeur :

• 1. Pré-réformateur
• 2. Reformeur primaire : Reformeur de méthane à la vapeur (SMR)
• 3. Reformeur secondaire : reformeur autothermique (ATR)

Cette combinaison est responsable de la récupération optimale de l'hydrogène et du gaz de synthèse. Dans le pré-reformeur cylindrique du catalyseur, la première étape de pré-reformage a lieu sous l'apport de vapeur chaude à environ 500 °C et 30 bar.

Afin de surveiller en permanence l'activité et le vieillissement sur l'ensemble du lit catalyseur, des thermomètres multipoints spécialement adaptés sont utilisés pour enregistrer plusieurs points. Le rapport entre le gaz et la vapeur doit être contrôlé avec précision pour éviter la cokéfaction et l'endommagement du catalyseur. Les plaques à orifice compactes et les tubes Venturi avec transmetteurs de pression différentielle montés remplissent cette tâche de manière fiable et durable.

Réformateur Primaire

Dans le reformeur primaire (connu internationalement sous le nom de reformeur de méthane à vapeur - SMR), les tubes du reformeur sont montés verticalement en plusieurs rangées, alimentées en continu par des brûleurs depuis l'extérieur. La conversion du mélange gaz-vapeur en hydrogène, monoxyde de carbone et dioxyde de carbone a lieu à l'intérieur du tube, rempli de catalyseur. Les parois des tubes du reformeur, qui sont généralement alliées, sont en permanence soumises à des contraintes particulières en raison des températures élevées. Il n'est pas rare qu'une fissure se produise lors d'un fonctionnement régulier en raison d'une surchauffe. Cela peut rendre nécessaire l'arrêt de la production ou même endommager l'ensemble de l'usine. Le fonctionnement alternatif du process - tel qu'il est souvent pratiqué - avec une flamme réduite entraîne une réduction du débit, l'exploitant de l'installation doit accepter des pertes permanentes d'efficacité.

Grâce à l'analyse ciblée de l'installation individuelle et au positionnement parfait des thermomètres de surface (XTRACTO-PAD®) adaptés aux matériaux des tuyaux, nous offrons la solution parfaite. La température exacte de la surface du tuyaux, qui est indépendante de la frappe de la flamme, est enregistrée 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 grâce à la conception spéciale du blindage. Le SMR peut maintenant être réellement contrôlé pour sa longévité avec le plus haut débit. De plus, outre les surfaces des tuyaux, les températures des gaz de combustion produits par la cuisson sont également surveillées dans la chambre. Des solutions de capteurs adaptées à cet effet, avec des doigts de gant fabriqués dans des matériaux résistants à long terme, sont développées spécifiquement pour votre application.

Reformeur Secondaire

En fonction de la charge d'alimentation et de la conception de l'installation choisie, un, deux ou trois types de reformeurs sont installés en série pour le reformage du méthane à la vapeur :

• 1. Pré-réformateur
• 2. Reformeur primaire : Reformeur de méthane à la vapeur (SMR)
• 3. Reformeur secondaire : reformeur autothermique (ATR)

Cette combinaison est responsable de la récupération optimale de l'hydrogène et du gaz de synthèse. Après la conversion initiale d'environ un tiers du gaz passé dans le reformeur primaire, l'étape suivante " s'enflamme " dans le reformeur secondaire à des températures de plus de 1 000 °C et des pressions de plus de 30 bar pour atteindre une conversion proche de cent pour cent. L'ATR possède un revêtement réfractaire à l'intérieur. Le mélange vapeur-gaz et, via un grand brûleur, l'air de traitement préchauffé (composants oxygène et azote) sont introduits par le haut. Tout d'abord, une combustion partielle - oxydation partielle - a lieu. Le mélange traverse ensuite le lit catalytique, situé dans la partie centrale du reformeur, et les composants restants du méthane sont finalement convertis.

Afin de surveiller correctement et en permanence ce process exigeant, la température correcte est enregistrée dans de nombreux lits catalytiques au moyen de capteurs de température multipoints WIKA spécialement conçus pour cette application. Grâce à leur conception robuste et à la protection des éléments du capteur contre l'empoisonnement à l'hydrogène, ces capteurs offrent une mesure redondante et stable à long terme.

Compresseurs de gaz de synthèse

Le gaz de synthèse fraîchement reformé est combiné au gaz de synthèse recyclé et comprimé à environ 80 bar au moyen d'un compresseur à plusieurs étages entraîné par des turbines à vapeur. Avant et pendant la compression, le fluide est refroidi et le condensat qui en résulte est séparé dans des séparateurs. Leur niveau doit être surveillé en permanence pour éviter tout débordement potentiel. Les compresseurs et les zones de l'usine en aval sont ainsi protégés d'une humidité excessive.

Les instruments modulaires de mesure de niveau bypass sont recommandés pour cette tâche, car ils transmettent le niveau avec précision et, grâce à une fonction de commutation optionnelle, déclenchent un avertissement à temps. Aux points particulièrement critiques, les versions avec une double chambre permettent une mesure redondante. En plus de l'indicateur de dérivation, d'autres systèmes de mesure peuvent être intégrés, par exemple, une chaîne reed, des capteurs magnétostrictifs, un radar et une fourche vibrante. Pour le bon fonctionnement des compresseurs, il faut surveiller la température de leurs roulements fortement sollicités. Des capteurs de température très résistants aux vibrations garantissent la précision nécessaire à cet effet.

Réacteur de synthèse du méthanol

Dans le réacteur à méthanol, la synthèse de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone en méthanol (CH₃OH) et de l'eau comme sous-produit, a lieu dans un process à basse pression à des pressions de 50 .... 100 bar et des températures de 200 ... 300 °C. Selon le concept de l'installation, plusieurs réacteurs refroidis au gaz et à l'eau, reliés en série par des tubes remplis de catalyseur, sont utilisés.

Pour s'assurer que la pression nécessaire à la synthèse souhaitée est constamment disponible, des mesures (précises, même sous des températures élevées) sont effectuées à l'entrée et à la sortie du réacteur à l'aide d'un système de transmetteur de process/séparateur compensé en température. Au cours de la réaction en plusieurs étapes, une grande quantité de chaleur est générée, éliminée par des étapes de refroidissement intermédiaire. La distribution de la température critique le long des lits du catalyseur est surveillée par plusieurs thermomètres multipoints à réponse rapide et à transfert thermique rapide.

Séparateur de méthanol

Après la synthèse du méthanol, le flux de fluide est refroidi et les composants méthanol liquide et eau sont séparés des composants gaz de synthèse n'ayant pas réagi dans le séparateur de méthanol. Les gaz sont renvoyés dans le circuit de synthèse via l'unité d'adsorption à pression alternée. Les liquides sont acheminés vers le vase d'expansion sous forme de méthanol brut.

Des capteurs divers et redondants sont souvent utilisés pour la surveillance des niveaux dans le séparateur. Les transmetteurs de pression différentielle avec des membranes d'étanchéité sans joint entièrement soudées délivrent la colonne de niveau hydrostatique. Les indicateurs de niveau éprouvés, avec chaîne reed ou magnétostrictif et système à deux chambres en option pour le montage d'un capteur radar, assurent ainsi une mesure constante avec un signal stable.

Colonnes de fractionnement du méthanol

À la fin, le méthanol brut obtenu est traité en deux étapes dans les colonnes de fractionnement du méthanol pour être stocké et revendu. Dans la colonne à bas point d'ébullition (colonne de tête), les sous-produits très volatils tels que les gaz dissous sont d'abord séparés par distillation. Ensuite, la séparation finale du méthanol pur de l'eau et des alcools a lieu dans les colonnes à haut point d'ébullition.

La séparation, la distillation et le transfert corrects des fluides sont contrôlés à l'aide de capteurs de niveau redondants. Les transmetteurs de pression différentielle avec des membranes d'étanchéité sans joint entièrement soudées délivrent la colonne de niveau hydrostatique. Les indicateurs de niveau éprouvés, avec chaîne reed ou magnétostrictif et système à deux chambres en option pour le montage d'un capteur radar, assurent ainsi une mesure constante avec un signal stable.

Réservoirs de stockage

Le méthanol est stocké temporairement dans de grands réservoirs jusqu'à son utilisation ultérieure. Des thermomètres multipoints suspendus sont souvent utilisés pour surveiller la température dans les réservoirs, qui fonctionnent généralement sans pression. Grâce à leur conception compacte et à un concept de transport et d'installation intelligent, les capteurs, dont certains mesurent plus de 20 mètres de long, peuvent être facilement manipulés et installés dans l'usine sans avoir recours à une grue supplémentaire.

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