Impianti per la produzione di metanolo

Idrogenazione e desolforazione

Al posto del carbone, della nafta e del petrolio, come materia prima per la produzione di metanolo oggi si utilizza principalmente il gas naturale. I componenti indesiderati del gas naturale, come lo zolfo, sono legati sotto forma di idrogeno solforato (H₂S) attraverso un'idrogenazione mirata e quindi rimossi nel reattore di desolforazione.

Per monitorare costantemente l'attività del catalizzatore nel reattore di idrogenazione sull'intero letto, vengono utilizzati sonde di temperatura multipoint appositamente adattate per monitorare più punti di misura. Occorre garantire il corretto funzionamento in modo permanente, in quanto eventuali componenti a base di zolfo che dovessero sfuggire potrebbero intossicare le fasi di processo a valle. La corretta portata di gas viene rilevata utilizzando orifizi calibrati compatti, tubi Venturi con trasmettitori di pressione differenziale montati.

Pre-reformer

A seconda della materia prima e del progetto di impianto scelto, vengono installati in serie uno, due o tre tipi di reformer per il reforming del metano:

• 1. Pre-reformer
• 2. Reformer primario: steam methane reformer (SMR)
• 3. Reformer secondario: autothermal reformer (ATR)

Questa combinazione è responsabile del recupero ottimale di idrogeno e syngas. Nel pre-reformer cilindrico a letto catalitico, il primo stadio di pre-reforming avviene sotto l'apporto di vapore caldo a circa 500 °C e 30 bar.

Per monitorare costantemente l'attività del catalizzatore nel reattore di idrogenazione sull'intero letto, vengono utilizzati sonde di temperatura multipoint appositamente adattate per monitorare più punti di misura. Occorre monitorare con precisione il rapporto tra gas e vapore per evitare il coking e il danneggiamento del catalizzatore Orifizi calibrati compatti e tubi Venturi con trasmettitori di pressione differenziale montati svolgono questo compito in modo affidabile e duraturo.

Reformer primario

Nel reformer primario (noto a livello internazionale come steam methane reformer - SMR), i tubi del reformer sono montati verticalmente in diverse file, che vengono continuamente alimentate con bruciatori dall'esterno. La conversione della miscela gas-vapore in idrogeno, monossido di carbonio e anidride carbonica avviene all'interno del tubo riempito di catalizzatore. Le pareti dei tubi del reformer, solitamente in lega speciale, sono costantemente sottoposte a particolari sollecitazioni a causa delle alte temperature. Non è raro che si verifichi una fessurazione durante il funzionamento regolare a causa della sovratemperatura. Ciò può rendere necessaria l'interruzione della produzione o addirittura danneggiare l'intero impianto. Il funzionamento alternativo del processo (come spesso viene praticato) con una fiamma ridotta comporta una riduzione della produttività e l'operatore dell'impianto deve accettare perdite permanenti di efficienza.

Grazie all'analisi mirata della configurazione individuale e al perfetto posizionamento dei sensori di temperatura della superficie del tubo (XTRACTO-PAD®) abbinati ai materiali del tubo, siamo in grado di offrire la soluzione perfetta. L'esatta temperatura superficiale del tubo, indipendente dall'intensità della fiamma, viene registrata 24 ore su 24, 7 giorni su 7, grazie allo speciale design schermato. L'SMR può ora essere controllato per garantire una lunga durata con la massima produttività. Inoltre, oltre alle superfici dei tubi, nella camera vengono monitorate anche le temperature dei gas di combustione prodotti dalla combustione. Le soluzioni di sensori adatte a questo scopo, con pozzetti termometrici realizzati con materiali resistenti a lungo termine, sono sviluppate appositamente per la vostra applicazione.

Reformer secondario

A seconda della materia prima e del progetto di impianto scelto, vengono installati in serie uno, due o tre tipi di reformer per il reforming del metano.

• 1. Pre-reformer
• 2. Reformer primario: steam methane reformer (SMR)
• 3. Reformer secondario: autothermal reformer (ATR)

Questa combinazione è responsabile del recupero ottimale di idrogeno e syngas. Dopo aver convertito inizialmente circa un terzo del gas passato attraverso il reformer primario, lo stadio successivo si \"accende\" nel reformer secondario a temperature superiori a 1.000 °C e pressioni superiori a 30 bar per ottenere una conversione vicina al cento per cento. L'ATR ha un rivestimento refrattario all'interno. La miscela di vapore e gas e, tramite un grande bruciatore, l'aria di processo preriscaldata (composta da ossigeno e azoto) vengono immessi dall'alto. In primo luogo, si verifica una combustione parziale - ossidazione parziale. Successivamente la miscela passa attraverso il letto catalitico, situato nella parte centrale del reformer, e infine vengono convertiti i restanti componenti del metano.

Per monitorare correttamente e continuamente questo processo impegnativo, la temperatura corretta viene registrata in molti letti di catalizzatori mediante sonde di temperatura multipoint WIKA appositamente progettate. Grazie alla robusta struttura e alla protezione degli elementi del sensore contro l'avvelenamento da idrogeno, questi sensori offrono misure ridondanti e stabili a lungo termine.

Compressore del syngas

Il syngas appena riformato viene combinato con quello riciclato e compresso a circa 80 bar per mezzo di un compressore multistadio azionato da turbine a vapore. Prima e durante la compressione, il fluido passa nello stadio di intercooler e la condensa risultante viene separata in separatori. Il loro livello deve essere monitorato costantemente per evitare qualsiasi potenziale traboccamento. I compressori e le aree dell'impianto a valle sono così protetti da un'eccessiva umidità.

A questo scopo si consigliano gli strumenti di misura di livello modulari bypass, che trasmettono con precisione il valore di livello misurato e, tramite una funzione di commutazione opzionale, attivano tempestivamente un allarme. In punti particolarmente critici, le versioni con doppia camera consentono una misura ridondante. Oltre all'indicatore di bypass, è possibile integrare altri sistemi di misura, come ad esempio i sensori magnetostrittivi a catena reed, indicatori con radar a onda guidata e a forcella vibrante. Per un funzionamento regolare dei compressori, è necessario monitorare la temperatura nei loro cuscinetti fortemente sollecitati. I sensori di temperatura altamente resistenti alle vibrazioni garantiscono la necessaria precisione.

Reattore a sintesi di metanolo

Nel reattore a metanolo, la sintesi di idrogeno, monossido di carbonio e anidride carbonica in metanolo (CH₃OH) e il sottoprodotto acqua, avviene in un processo a bassa pressione a pressioni di 50 ... 100 bar e temperature di 200 ... 300 °C. A seconda del concetto di impianto, vengono utilizzati diversi reattori raffreddati a gas o ad acqua, collegati in serie con tubi riempiti di catalizzatore.

Per garantire che la pressione necessaria per la sintesi desiderata sia costantemente disponibile, le misure (precise, anche a temperature elevate) vengono effettuate all'ingresso e all'uscita del reattore mediante un sistema di trasmettitori di processo/sistemi con separatore a membrana compensato in temperatura. Durante la reazione a più stadi si genera molto calore, che viene eliminato mediante stadi di intercooling. La distribuzione della temperatura critica lungo i letti di catalizzatore è monitorata da diversi sonde di temperatura multipoint a risposta rapida con rapida convezione termica.

Separatore del metanolo

Dopo la sintesi del metanolo, occorre raffreddare i fluidi e i componenti liquidi del metanolo e dell'acqua vengono separati dai componenti del syngas non reagito nel separatore del metanolo. I gas vengono reimmessi nel circuito di sintesi attraverso l'unità di adsorbimento ad oscillazione di pressione. I liquidi passano al serbatoio di espansione come metanolo grezzo.

Per il monitoraggio del livello nel separatore si utilizzano spesso sensori diversi e ridondanti. Con ii trasmettitori di pressione differenziale con separatori a membrana completamente saldati e privi di guarnizioni si ottiene una colonna di livello idrostatica. Gli indicatori di livello collaudati, con trasmettitore a catena reed o magnetostrittivo e sistema opzionale a due camere per il montaggio di un sensore con radar a onda guidata, garantiscono una misura costante con un segnale stabile.

Colonne di frazionamento del metanolo

Alla fine, il metanolo grezzo risultante viene trattato in due fasi nelle colonne di frazionamento del metanolo per lo stoccaggio e la rivendita. Nella colonna a basso punto di ebollizione (colonna topping), i sottoprodotti altamente volatili, come i gas disciolti, vengono prima separati mediante distillazione. La separazione finale del metanolo puro dall'acqua e dagli alcoli avviene nelle colonne ad alto punto di ebollizione.

La corretta separazione, la distillazione e il successivo trasferimento dei fluidi sono monitorati per mezzo di diversi sensori di livello ridondanti. Con ii trasmettitori di pressione differenziale con separatori a membrana completamente saldati e privi di guarnizioni si ottiene una colonna di livello idrostatica. Gli indicatori di livello collaudati, con trasmettitore a catena reed o magnetostrittivo e sistema opzionale a due camere per il montaggio di un sensore con radar a onda guidata, garantiscono una misura costante con un segnale stabile.

serbatoi di stoccaggio

Il metanolo viene stoccato temporaneamente in grandi serbatoi fino al suo successivo utilizzo. Per monitorare la temperatura nei serbatoi, che in genere funzionano senza pressione, si utilizzano spesso sonde di temperatura multipoint sospese. Grazie alle dimensioni compatte e al concetto di trasporto e installazione intelligente, le sonde, alcune dei quali lunghi oltre 20 metri, possono essere comodamente movimentate e installate nell'impianto senza l'uso di una gru aggiuntiva.

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