Комплекс и способ производства метанола

Настоящее изобретение относится к способу производства метанола и к комплексу для его осуществления. Предлагаемый способ включает следующие этапы: этап риформинга сырьевого газа, содержащего метан, посредством парциального окисления кислородом для получения конвертированного газа, этап снижения соотношения СО/СО₂, проводимый для снижения соотношения СО/СО₂ в конвертированном газе и регулирования соотношения СО/СО₂ так, чтобы оно составляло 0,5-5,0 и этап синтеза, проводимый после этапа снижения соотношения СО/СО₂ и обеспечивающий получение из конвертированного газа газообразного продукта, содержащего метанол, с использованием реактора с неподвижным слоем или изотермического реактора. Предлагаемые способ и комплекс позволяют снизить нагрузку на реактор для производства метанола. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к комплексу и способу производства метанола, а также к комплексу и способу, которые применимы для совмещенного производства аммиака и метанола.

Известный уровень техники

В настоящее время существуют разнообразные способы производства метанола из природного газа, содержащего метан. Указанные способы производства метанола включают риформинг природного газа, содержащего метан, в частности, паровой риформинг, автотермический риформинг или риформинг другого типа, для получения конвертированного газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, и используемого для синтеза метанола.

Синтез метанола, включающий риформинг с парциальным окислением посредством введения кислорода в газ, содержащий метан, является одним из известных способов производства метанола (например, патентный документ 1).

Список ссылочных документов:

Патентный документ 1: Патент Японии № 4004550

Раскрытие изобретения

Проблема, решаемая изобретением

В газе, модифицированном согласно вышеописанному риформингу с парциальным (частичным) окислением, соотношение СО к СО₂ (СО/СО₂) является большим. В связи с этим, в момент подачи конвертированного газа в установку по производству метанола может произойти резкий подъем температуры, следовательно, установка будет испытывать существенную нагрузку. Таким образом, повышение температуры газа оказывает отрицательное влияние на долговечность установки, а также и на внутренние компоненты, такие как катализатор. Точнее говоря, при применении парциального окисления в промышленных масштабах возникают проблемы.

Исходя из вышесказанного настоящее изобретение направлено на создание комплекса и способа производства метанола, которые позволят устранить существующие проблемы известного уровня техники, конкретнее, позволят снизить нагрузку на реактор для производства метанола и подобных веществ, и также повысить экономическую эффективность производства метанола из природного газа.

Способы решения проблемы

В настоящем изобретении предлагается способ производства метанола, который включает: этап риформинга сырьевого газа, содержащего метан, посредством парциального окисления кислородом для получения конвертированного газа; этап снижения соотношения СО/СО₂, проводимый для снижения соотношения СО/СО₂ в конвертированном газе; этап синтеза, проводимый после этапа снижения соотношения СО/СО₂ и обеспечивающий получение из конвертированного газа газообразного продукта, содержащего метанол.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, этап снижения соотношения CO/CO₂ включает введение в конвертированный газ части газообразного продукта, полученного на этапе синтеза.

Способ производства метанола согласно одному из вариантов осуществления изобретения может включать этап повышения давления для сжатия конвертированного газа перед этапом получения газообразного продукта, причем этап снижения соотношения CO/CO₂ включает этап регенерации СО₂, проводимый для извлечения СО₂ из отработанного газа вспомогательного оборудования, при этом для снижения соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе используют регенерированный СО₂, который вводят в конвертированный газ до проведения этапа повышения давления.

Согласно одному из вариантов осуществления изобретения, способ производства метанола может дополнительно включать этап рекуперации тепла конвертированного газа, проводимый перед этапом синтеза, причем на этапе снижения соотношения CO/CO₂ получают СО₂ в результате реакции сдвига части конвертированного газа до проведения этапа рекуперации тепла и полученный СО₂ вводят в конвертированный газ до проведения этапа рекуперации тепла с целью снижения соотношения СО/СО₂ и повышения температуры конвертированного газа.

Этап синтеза, предпочтительно, включает проведение изотермической реакции для синтеза метанола при поддержании постоянной температуры в процессе синтеза.

Другой аспект настоящего изобретения относится к комплексу по производству метанола. Комплекс по производству метанола согласно настоящему изобретению содержит установку риформинга, выполненную с возможностью получения конвертированного газа посредством проведения риформинга с парциальным окислением кислородом сырьевого газа, содержащего метан; устройство для снижения соотношения CO/CO₂, выполненное с возможностью снижения соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе; реактор, установленный ниже по ходу от устройства для снижения соотношения CO/CO₂ и выполненный с возможностью получения из конвертированного газа газообразного продукта, содержащего метанол.

Согласно настоящему изобретению, устройство для снижения соотношения СО/СО₂ в конвертированном газе может включать линию, сконфигурированную так, чтобы обеспечивать отвод части газообразного продукта с линии ниже по ходу реактора и подачу на линию выше по ходу реактора для введения в конвертированный газ.

Согласно настоящему изобретению, комплекс по производству метанола может дополнительно содержать устройство повышения давления, сконфигурированное для обеспечения сжатия конвертированного газа с целью повышения давления конвертированного газа выше по ходу реактора, причем устройство для снижения соотношения CO/CO₂ содержит устройство регенерации СО₂, соединенное с линией выше по ходу устройства повышения давления и выполненное с возможностью регенерации (извлечения) СО₂ из отработанного газа вспомогательного оборудования, при этом соотношение CO/CO₂ в конвертированном газе снижают посредством введения СО₂ из устройства регенерации СО₂ в конвертированный газ выше по ходу от устройства повышения давления.

Комплекс по производству метанола может дополнительно содержать устройство рекуперации тепла, расположенное выше по ходу от реактора и сконфигурированное для обеспечения рекуперации тепла конвертированного газа, причем устройство снижения соотношения CO/CO₂ включает реактор сдвига, который подсоединен к линии выше по ходу от устройства рекуперации тепла и обеспечивает проведение реакции сдвига для получения СО₂ из части конвертированного газа, при этом CO₂ из реактора сдвига вводят в конвертированный газ выше по ходу устройства рекуперации тепла для снижения соотношения СО/СО₂ и повышения температуры конвертированного газа.

Реактор, предпочтительно, представляет собой изотермический реактор, обеспечивающий синтез метанола при поддержании постоянной температуры внутри реактора.

Эффекты изобретения

Предлагаемые в настоящем изобретении комплекс и способ производства метанола позволяют устранить существующие проблемы известного уровня техники, конкретнее, обеспечивают снижение нагрузки на реактор для производства метанола и подобных веществ, что способствует повышению экономической эффективности производства метанола из природного газа.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – принципиальная схема комплекса и способа производства метанола согласно первому осуществлению настоящего изобретения.

Фиг. 2 – принципиальная схема комплекса и способа производства метанола согласно второму осуществлению настоящего изобретения.

Фиг. 3 – принципиальная схема комплекса и способа производства метанола согласно третьему осуществлению настоящего изобретения.

Варианты осуществления изобретения

Комплекс и способ производства метанола согласно вариантам осуществления настоящего изобретения будут подробно описываться ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Настоящее изобретение не ограничивается описываемыми ниже вариантами осуществления изобретения. Прилагаемые чертежи служат иллюстрацией основных принципов осуществления комплекса и способа производства метанола согласно вариантам настоящего изобретения. Следует отметить, что на чертежах не показаны вспомогательные устройства и приборы, подсоединенные к комплексу.

Первое осуществление изобретения

Со ссылкой на фиг. 1 будет описываться комплекс по производству метанола согласно первому осуществлению изобретения. Как показано на фиг. 1, комплекс 100 по производству метанола согласно первому осуществлению изобретения содержит, по меньшей мере, установку 1 риформинга, кислородную установку 2, устройство 3 рекуперации тепла, устройство 4 повышения давления, реактор 5, устройство L₆ для снижения соотношения CO/CO₂ и сепарационное устройство 6.

Установка 1 риформинга представляет собой риформинг-установку для парциального окисления, сконфигурированную для получения конвертированного газа, содержащего в основном монооксид углерода (СО), диоксид углерода (СО₂) и водород (Н₂), из сырьевого газа, содержащего в основном метан (CH₄), и из кислорода (O₂), в результате проведения риформинга с парциальным (частичным) окислением (PO_x). Примеры установки риформинга с парциальным окислением включают: установка прямого каталитического парциального окисления, обеспечивающая процесс риформинга сырьевого газа с использованием катализатора, который размещен внутри установки; установка некаталитического парциального окисления, в которой отсутствует катализатор риформинга и подобные установки. Примеры катализатора риформинга включают катализаторы из благородных металлов, таких как платина (Pt) и родий (Rh). Исходным сырьем является природный газ. Используемый сырьевой газ непременно должен содержать метан. Следует уточнить, что помимо природного газа в качестве исходного сырья может использоваться угольный газ, коксовый газ и т.п. Установка 1 риформинга соединена, соответственно, с линией L₀ подачи сырьевого газа, подводящей сырьевой газ, с линией L₁ подачи кислорода, подводящей кислород из кислородной установки 2, и с линией L_2, подводящей конвертированный газ в устройство 3 рекуперации тепла, соответственно.

Кислородная установка 2 представляет собой устройство, входящее в состав технологического оборудования, и выполнена с возможностью отделять кислород при охлаждении воздуха методом криогенной сепарации. Кислородная установка 2 соединена с линией L₁ подачи сепарированного кислорода в установку 1 риформинга. Альтернативно, кислородная установка 2 может быть отдельным устройством. Например, применима кислородная установка, входящая в состав другой установки по производству метанола, либо химической установки по производству другого или подобной установки, если они имеются. Когда одна кислородная установка используется для нескольких технологических установок, можно повысить экономическую эффективность производства, требующуюся при использовании нескольких установок по производству метанола, либо нескольких установок по производству метанола и других веществ.

Устройство 3 рекуперации тепла представляет собой теплообменник, который расположен ниже по ходу установки 1 риформинга и сконфигурирован для теплообмена между конвертированным газом и средой (такой как вода) и, следовательно, для рекуперации тепла конвертированного газа с образованием пара. Устройство 3 рекуперации тепла соединено с линией L₃ ввода охлажденного конвертированного газа в устройство 4 повышения давления. Указанная линия L₃ соединена с устройством L₆ для снижения соотношения CO/CO₂, которое обеспечивает введение газа с низким соотношением CO/CO₂ в конвертированный газ, как будет описываться ниже.

Устройство 4 повышения давления представляет собой компрессор, установленный ниже по ходу устройства 3 рекуперации тепла. Компрессор является устройством, необходимым для повышения давления конвертированного газа. Компрессор, который может представлять собой, например, центробежный компрессор, повышает давление газа, выходящего из устройства рекуперации тепла, и подает его в реактор. Устройство 4 повышения давления соединено с линией L₄ ввода конвертированного газа под давлением в реактор 5.

Реактор 5 представляет собой изотермический реактор, который расположен ниже по ходу от устройства 4 повышения давления и сконфигурирован для получения содержащего метанол (CH₃OH) газообразного продукта из конвертированного газа, содержащего СО либо СО₂, а также водород. Реактор 5 может быть только устройством для синтеза метанола из конвертированного газа. Говоря более конкретно, примерами реактора 5 являются: реакторы с неподвижным слоем, с псевдоожиженным слоем, либо с увлекаемым слоем; микроканальный реактор; изотермический реактор и т.п. Предпочтительно, любой из перечисленных, а именно, реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с увлекаемым слоем, микроканальный реактор или изотермический реактор, применим в качестве реактора 5, и особенно предпочтительным в применении в качестве реактора 5 является изотермический реактор. Каждый из указанных реакторов способен обеспечить равномерный нагрев, препятствуя возникновению высоких локальных температур, таким образом, снижается нагрузка на сам реактор, а также на аппаратуру и/или катализатор синтеза метанола внутри реактора. Внутри реактора 5 размещен катализатор синтеза метанола из конвертированного газа, например, катализатор на основе меди. Реактор 5 соединен с линией L₅ для ввода части газообразного продукта, содержащего метанол, в сепарационное устройство 6. Указанная линия L₅ соединена с устройством L₆ для снижения соотношения CO/CO₂, обеспечивающим отвод оставшейся части газообразного продукта, имеющего низкое соотношение CO/CO₂.

В качестве вышеописанного изотермического реактора, предпочтительнее применять SPC (супер конвертер). Супер конвертер (SPC), являясь одним из типов изотермического реактора, обеспечивает предварительный нагрев подаваемого газа с образованием пара за счет теплового эффекта реакции. Таким образом, во время реакции можно обеспечить равномерность температур слоев катализатора.

Устройство L₆ для снижения соотношения CO/CO₂ является линией, обеспечивающей регулирование соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе выше по ходу от реактора 5. Один конец устройства L₆ для снижения соотношения CO/CO₂ подсоединен к линии L₅, а другой конец устройства L₆ подсоединен к линии L₃. Устройство L₆ для снижения соотношения CO/CO₂ выполнено с возможностью снижения соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе за счет отвода газообразного продукта с низким соотношением CO/CO₂ с линии ниже по ходу от реактора 5 и подачи на линию ниже по ходу от устройства 3 рекуперации тепла (другими словами, на линию выше по ходу от устройства 4 повышения давления). Соотношение CO/CO₂ выражает количество CO относительно количества CO₂ (молярное отношение) в конвертированном газе или в газообразном продукте.

Сепарационное устройство 6 представляет собой, например, ректификационную колонну, которая разделяет газообразный продукт, содержащий метанол, на метанол и побочные продукты. Побочные продукты можно условно отнести к низкокипящим и высококипящим соединениям. Сепарационное устройство 6 подсоединено к линии L₇ для подачи сепарированного и рафинированного метанола в качестве готового продукта или в качестве сырья на другую установку, кроме того, сепарационное устройство подсоединено к отводной линии (не показано) для выпуска побочных продуктов.

Комплекс по производству метанола согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения будет описываться ниже на примере комплекса 100 по производству метанола. Способ производства метанола согласно указанному варианту осуществления изобретения включает этап риформинга, этап регенерации тепла, этап снижения соотношения СО/СО₂, этап повышения давления, этап синтеза и этап очистки.

На этапе риформинга сырьевой газ, содержащий главным образом метан, вводят в установку 1 риформинга одновременно с кислородом, подаваемым из кислородной установки 2. На этапе риформинга с парциальным (частичным) окислением кислородом сырьевого газа, содержащего метан, получают конвертированный газ, содержащий СО, СО₂ и водород, согласно нижеприведенным реакциям (1) – (3):

Химические реакции 1

CH₄ + 1/2O₂ → 2H₂ + CO (1)

CO + 1/2O₂ → CO₂ (2)

H₂ + 1/2O₂ → H₂O (3)

Следует отметить, что риформинг с парциальным окислением проводится при введении кислорода в реакционную систему и подаче тепла, необходимого для риформинга посредством окисления части сырьевого газа. Примеры вышеупомянутого риформинга с парциальным окислением включают некаталитическое парциальное окисление (некаталитическое PO_x) с использованием упомянутого выше окислителя для некаталитического парциального окисления, прямое каталитическое парциальное окисление (D-CPOX) с использованием окислителя для каталитического парциального окисления и подобные методы. При проведении некаталитического парциального окисления температура реакции может быть установлена в диапазоне от 1200°С до 1550°С и давление может быть установлено, например, в диапазоне от 3,0 до 7,0 МПа. При проведении прямого каталитического парциального окисления температура реакции может быть установлена в диапазоне от 700°С до 900°С и давление может быть установлено, например, в диапазоне от 1,0 до 2,0 МПа.

После этапа риформинга следует этап рекуперации тепла, для проведения указанного этапа конвертированный газ, нагретый до высокой температуры за счет выделения тепла при реакции конверсии, вводится в устройство 3 рекуперации тепла, в котором происходит теплообмен между указанным конвертированным газом и водной средой, при этом тепло конвертированного газа рекуперируется для образования пара. Между тем, как будет описываться ниже, газ, прошедший этап снижения соотношения CO/CO₂ и имеющий пониженное соотношение CO/CO₂, вводят в конвертированный газ, прошедший этап рекуперации тепла.

После этапа рекуперации тепла проводят этап повышения давления газа, при этом газ, поступивший в устройство 4 повышения давления, сжимают до достижения давления, требуемого для синтеза метанола, такого как в диапазоне от 5,0 до 15 МПа.

После этапа повышения давления проводят этап синтеза, на котором из конвертированного газа синтезируют метанол посредством реакций (4) и (5) CO и CO₂ с водородом для получения газообразного продукта содержащего, по меньшей мере, метанол.

Химическая реакция 2

CO + 2H₂ ↔ CH₃OH (4)

CO₂ + 3H₂ ↔ CH₃OH + H₂O (5)

На этапе синтеза, проводимом с использованием реактора 5, который является изотермическим реактором, предотвращается локальное повышение температуры, в результате чего обеспечивается равномерная температура, которая поддерживается в заданном диапазоне. Таким образом, реактор, а также аппаратура и/или катализатор испытывают меньшую нагрузку, связанную с тепловым эффектом реакции синтеза. Температура реакции, требуемая для синтеза метанола, лежит в диапазоне от 100 до 300°С и, предпочтительно, устанавливается в диапазоне от 150 до 250°С. Между тем, на указанном этапе получают газообразный продукт, регулируя соотношение CO/CO₂ для увеличения соотношения CO/CO₂ до тех пор, пока не будет достигнуто достаточное содержание метанола, одновременно проводят риформинг с парциальным окислением и затем регулируют соотношение CO/CO₂, проводя этап снижения соотношения CO/CO₂. Следовательно, можно уменьшить количество реакций синтеза метанола, т.е. уменьшить количество этапов синтеза и, таким образом, дополнительно уменьшить нагрузку на реактор, а также на аппаратуру и/или катализатор, связанную с тепловым эффектом реакции синтеза.

По окончании этапа синтеза отделяют часть газообразного продукта и посредством устройства L₆ для снижения соотношения CO/CO2 вводят в конвертированный газ, прошедший этап рекуперации тепла (до проведения этапа повышения давления). В газообразном продукте, полученном на этапе синтеза, соотношение CO/CO₂ ниже, чем в конвертированном газе, прошедшем этап рекуперации тепла. Соответственно, в конвертированном газе соотношение CO/CO₂ снижается и поддерживается в пределах заданного диапазона вплоть до этапа синтеза.

Соотношение CO/CO₂ в газе регулируется на этапе снижения соотношения CO/CO₂ так, чтобы указанное соотношение находилось в диапазоне от не менее 0,5 до не более 5,0 или предпочтительно, в диапазоне от не менее 1,2 до не более 4,0 или предпочтительнее, в диапазоне от не менее 1,4 до не более 3,5. При указанном диапазоне можно достичь высокой концентрации синтезируемого метанола и, соответственно, уменьшить связанную с тепловым эффектом реакции синтеза метанола нагрузку на реактор, а также на аппаратуру и/или катализатор.

На этапе очистки, проводимом после этапа синтеза и/или этапа снижения соотношения CO/CO₂, газообразный продукт, содержащий метанол, вводят в сепарационное устройство 6 по линии L₅, где методом дистилляционной сепарации отделяют высокочистый метанол от побочных продуктов, а именно, от низкокипящих и высококипящих соединений. Высокочистый метанол выпускается по линии L₇, а побочные продукты выводятся из реактора в виде жидких отходов. Отделенный и выпускаемый таким образом метанол может использоваться как готовый продукт, либо может использоваться в качестве исходного сырья в установке для производства аммиака, или в установке для производства уксусной кислоты и в подобных установках, подсоединенных к указанному реактору. Когда метанол, полученный согласно указанному варианту осуществления изобретения, используется в качестве исходного сырья для производства аммиака, уксусной кислоты и подобных продуктов, экономическая эффективность производства метанола положительно влияет на эффективность производства аммиака, уксусной кислоты и подобных продуктов.

Получение метанола из сырьевого газа осуществляют, как описано выше. Согласно указанному варианту осуществления изобретения, регулируя соотношение CO/CO₂ в конвертированном газе, полученном риформингом с парциальным окислением, можно в момент подачи конвертированного газа в реактор 5 затормозить развитие реакции синтеза метанола, так как она является экзотермической реакцией. Таким образом, можно избежать связанной со значительным повышением температуры тепловой нагрузки на реактор, а также на аппаратуру и/или катализатор, размещенный в реакторе. Кроме того, поскольку проводится риформинг с парциальным окислением, на этапе риформинга может быть достигнута достаточная реакционная активность. Следовательно, можно повысить экономическую эффективность производства метанола, получая требуемое количество метанола при меньшем количестве этапов синтеза.

Второй вариант осуществления изобретения

Комплекс и способ изготовления метанола согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения будут подробно описываться ниже со ссылкой на фиг. 2. Компоненты, аналогичные компонентам первого варианта осуществления изобретения, обозначены теми же ссылочными позициями и их описание опущено. Как показано на фиг. 2, комплекс 200 по производству метанола согласно указанному варианту осуществления изобретения отличается от комплекса согласно первому варианту главным образом тем, что вышеописанное устройство L6 для снижения соотношения CO/CO₂ заменено на устройство L₈ для снижения соотношения CO/CO₂.

Устройство L₈ для снижения соотношения CO/CO₂ представляет собой линию, обеспечивающую регулирование соотношения CO/CO₂ конвертированного газа на выходе из устройства 4 повышения давления. Один конец устройства L₈ для снижения соотношения CO/CO соединен с линией L₃, а другой конец указанного устройства соединен с устройством регенерации СО₂ (не показано). Устройство регенерации СО₂ предназначено для регенерации СО₂ из отработанных газов вспомогательного оборудования. Таким образом, можно уменьшить соотношение CO/CO₂ в конвертированном газе на линии L₃ между устройством 3 рекуперации тепла и устройством 4 повышения давления и повысить экономическую эффективность производства за счет рационального использования CO₂ из отработанных газов вспомогательного оборудования, в результате чего сокращаются выбросы CO₂. Вспомогательное оборудование не ограничивается конкретным оборудованием при условии, что при его работе выделяется газ, содержащий CO₂. Примерами вспомогательного оборудования являются: вспомогательный котел, установленный в паровой системе, GTG (газотурбинный генератор) для подачи электроэнергии, огневой подогреватель для запуска установки и т.п. Вспомогательное оборудование не ограничивается оборудованием, смонтированным на основной установке. Например, вспомогательное оборудование может быть связано со вспомогательным оборудованием, установленным на другой установке для производства метанола, установке производства аммиака или подобной установке, подсоединенной к основной установке. Кроме того, вместо вспомогательного оборудования может использоваться установка парового риформинга, выделяющая газ, содержащий CO₂, которая расположена внутри или вне основной установки. Таким образом, можно повысить экономическую эффективность производства и сократить выбросы CO₂ за счет рационального использования CO₂, который требуется для совмещенного производства метанола, аммиака и подобных продуктов на разных установках.

Устройство для регенерации СО₂ не ограничивается конкретным устройством при условии, что устройство может регенерировать СО₂ из отработанного газа. Точнее, устройство для регенерации СО₂ может представлять собой разделительную колонну для СО₂, содержащую любой аминовый жидкий абсорбент, поглощающий СО₂, а также содержащую неорганическую разделительную мембрану из цеолита типа DDR, типа CHA и т.п. Устройство для регенерации СО₂ не ограничивается оборудованием или устройством, установленным на основной установке. Например, можно воспользоваться другим устройством для регенерации СО₂, которое установлено на другой установке по производству метанола, установке по производству аммиака или подобной установке, подсоединенной к основной установке. Таким образом, можно повысить экономическую эффективность производства метанола, аммиака и т.п. за счет одновременного использования разных установок.

Основное различие между способами производства метанола согласно указанному варианту и первому варианту осуществления изобретения заключается в упомянутом выше этапе снижения соотношения CO/CO₂. На этапе снижения соотношения CO/CO₂ в конвертированный газ после этапа рекуперации тепла и до этапа повышения давления вводится СО₂, регенерированный на этапе регенерации СО₂ из отработанного газа, образующегося при работе вспомогательного оборудования, благодаря чему в конвертированном газе снижается соотношение CO/CO_2. На этапе регенерации СО₂ осуществляется регенерация СО₂ из обработанных газов, образующихся при работе вспомогательного оборудовании, в результате чего получают газ, обогащенный СО₂, т.е. в основном содержащий СО₂. Среди возможных методов регенерации, на этапе регенерации СО₂ можно применить метод химической абсорбции, мембранной сепарации и им подобные методы. Химическая абсорбция СО₂ из выработанных газов осуществляется посредством аминового жидкого абсорбента с последующим нагревом жидкости для отделения и регенерации из нее СО₂. Мембранная абсорбция осуществляется посредством неорганической разделительной мембраны, через которую транспортируется выработанный газ для избирательного отделения и регенерации СО₂. Этап регенерации СО₂ обеспечивает получение газа, обогащенного СО₂, который имеет низкое соотношение CO/CO₂, то есть содержит СО₂ высокой степени чистоты, благодаря чему облегчается регулирование соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе.

Третье осуществление изобретения

Комплекс и способ производства метанола согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения будут подробно описываться ниже со ссылкой на фиг. 3. Компоненты, аналогичные компонентам первого и второго вариантов, обозначены теми же ссылочными позициями и их описание опущено. Как показано на фиг. 3, комплекс 300 по производству метанола согласно указанному варианту осуществления настоящего изобретения отличается от комплекса согласно первому варианту, главным образом тем, что вышеописанное устройство L₆ для снижения соотношения CO/CO₂ заменено на устройство 9 для снижения соотношения CO/CO₂.

Устройство 9 для снижения соотношения CO/CO₂ оснащено реактором 10 сдвига и сконфигурировано для превращения части конвертированного газа в газ, обогащенный CO₂ посредством реакции сдвига, и подачи газа, обогащенного CO₂, на линию ниже по ходу установки 1 риформинга, а именно, выше по ходу устройства 3 рекуперации тепла. Таким образом, обеспечивается снижение соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе. Устройство 9 для снижения соотношения CO/CO₂ содержит линию L₉ отвода конвертированного газа с линии L₂ в реактор 10 сдвига, и линию L₁₀ подачи газа, выработанного реактором 10 сдвига, на линию L₂.

Кроме того, отличие способа получения метанола согласно указанному варианту осуществления изобретения от первого варианта заключается главным образом в вышеописанном этапе снижения соотношения CO/CO₂. На этапе снижения соотношения CO/CO₂, проводимом после этапа риформинга, конвертированный газ вводится в устройство 9 для снижения соотношения CO/CO₂, при этом в реакторе 10 происходит приведенная ниже реакция (6) сдвига, в которой образуется водород и СО₂ в результате взаимодействия пара (Н₂О) с СО. Поскольку реакция сдвига проходит с выделением тепла, полученный газ, обогащенный СО₂, нагревается до высокой температуры и затем подается в конвертированный газ, таким образом, указанный этап наряду со снижением соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе, полученном на этапе риформинга, увеличивает количество тепла, подлежащего рекуперации на этапе рекуперации тепла. Для проведения представленной ниже реакции сдвига необходимо обеспечить температуру в диапазоне от 200 до 400°С и давление должно быть установлено в диапазоне от 2,0 до 4,0 МПа.

Химическая реакция 3

H₂O + CO → H₂ + СО₂ (6)

Пар, получаемый в результате побочной реакции на этапе риформинга, присутствует в конвертированном газе и может быть использован при проведении реакции сдвига. При недостаточном количестве пара его можно добавить из устройства 3 для рекуперации тепла, из устройства 4 повышения давления, где имеется избыток пара, и/или из устройства, расположенного вне основной установки. Примером устройства, расположенного вне основной установки, может служить вспомогательный котел, установленный на установке производства аммиака, подсоединенной к основной установке, и т.п. Таким образом, пар, полученный вне основной установки, может быть рационально использован в комплексе. Между тем, водород, полученный в процессе реакции сдвига, можно вводить в конвертированный газ после проведения этапа регенерации тепла и использовать для синтеза метанола на этапе синтеза. Если на этапе синтеза наблюдается избыток водорода, тогда избыточный водород может быть отделен от конвертированного газа при помощи разделительной мембраны (не показано), и отведен, например, в устройство 1 риформинга для использования на этапе риформинга. Таким образом, можно уменьшить подачу кислорода с кислородной установки 2, и эффективно использовать водород внутри и вне основной установки в производстве метанола.

В вышеупомянутых вариантах осуществления изобретения были описаны, соответственно, в качестве альтернативы устройства для снижения соотношения CO/CO₂ и этапы снижения соотношения CO/CO₂. Однако настоящее изобретение не ограничивается указанными вариантами. Например, можно установить любые два из описанных устройств для снижения соотношения CO/CO₂: устройство L₆, устройство L₈ и устройство 9, и проводить этап снижения соотношения CO/CO₂ с использованием указанных устройств. Как альтернатива, могут быть установлены все устройства L₆, L₈ и 9 для снижения соотношения CO/CO₂, и этап снижения соотношения CO/CO₂ может быть проведен с использованием всех указанных устройств.

Примеры

Полезные эффекты настоящего изобретения будут раскрываться посредством примеров осуществления изобретения. Представленные примеры не являются ограничительными при осуществлении комплекса и способа производства метанола согласно настоящему изобретению.

Тестовый пример 1

Максимальную локальную температуру, возникающую в реакторе при синтезе метанола, измеряли на установке, в которой в качестве установки риформинга применяется окислительная колонна некаталитического парциального окисления, а в качестве реакционного аппарата применяется реактор с неподвижным слоем, при этом отсутствует установка по производству метанола согласно первому варианту осуществления изобретения и устройство для снижения соотношения CO/CO₂. Внутри установки риформинга была задана температура реакции 1300°С, а давление внутри установки риформинга было задано 4,0 МПа. Внутри реакционного аппарата устанавливали температуру реакции 250°С, а давление внутри реакционного аппарата устанавливали 10 МПа.

Тестовый пример 2

Максимальную локальную температуру, возникающую в реакторе при синтезе метанола, измеряли на установке, в которой в качестве установки риформинга применяется окислительная колонна некаталитического парциального окисления, а в качестве реакционного аппарата применяется реактор с неподвижным слоем, при этом имеется установка по производству метанола согласно первому варианту осуществления изобретения и устройство для снижения соотношения CO/CO₂. Температура реакции и давление внутри установки риформинга соответствовали значениям тестового примера 1, тогда как температура реакции внутри реакционного аппарата была установлена 250°С, а давление внутри реакционного аппарата было установлено 10 МПа. Посредством устройства снижения соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе выше по ходу реакционного аппарата было установление соотношение CO/CO₂, которое составляет 4,0.

[Тестовый пример 3]

Максимальную локальную температуру, возникающую в реакторе при синтезе метанола, измеряли на установке, в которой в качестве установки риформинга применяется окислительная колонна некаталитического парциального окисления, а в качестве реакционного аппарата применяется супер конвертер (SPC), при этом имеется установка по производству метанола согласно первому варианту осуществления изобретения и устройство для снижения соотношения CO/CO₂. Температура реакции и давление внутри установки риформинга соответствовали значениям тестового примера 1, тогда как температура реакции внутри реакционного аппарата была установлена 250°С, а давление внутри реакционного аппарата было установлено 10 МПа. Посредством устройства снижения соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе выше по ходу реакционного аппарата было установление соотношение CO/CO₂, которое составляет 4,0.

При использовании для синтеза метанола реакционного аппарата согласно тестовому примеру 1 максимальная локальная температура, возникающая в процессе синтеза метанола, составляла 500°С. При использовании для синтеза метанола реакционного аппарата согласно тестовому примеру 2 максимальная локальная температура, возникающая в процессе синтеза метанола, составляла 350°С. При использовании для синтеза метанола реакционного аппарата согласно тестовому примеру 3 максимальная локальная температура, возникающая в процессе синтеза метанола, составляла 270°С.

Полученные результаты показали, что по сравнению с тестовым примером 1 в тестовом примере 2 температура, возникающая внутри реактора, может быть снижена и, следовательно, уменьшена нагрузка на реактор, поскольку выполняется этап снижения соотношения CO/CO₂ посредством устройства для снижения CO/CO₂. Кроме того, полученные результаты показали, что по сравнению с тестовым примером 2 в тестовом примере 3 температура, возникающая внутри реактора, может быть снижена и, следовательно, уменьшена нагрузка на реактор, поскольку выполняется этап снижения соотношения CO/CO₂ и реактор с неподвижным слоем, применяемый в тестовом примере 2, заменен на супер конвертер (SPC).

Промышленная применимость

Комплекс и способ производства метанола согласно настоящему изобретению позволяют снизить нагрузку на реактор для производства метанола, и повысить экономическую эффективность производства метанола из природного газа.

Перечень ссылочных позиций

1 – установка риформинга

2 – кислородная установка

3 – устройство рекуперации тепла

4 – устройство повышения давления

5 – реактор

6 – сепарационное устройство

L₆, L₈, 9 – устройства для снижения соотношения CO/CO₂

10 – реактор сдвига

100, 200, 300 – комплекс по производству метанола.

1. Способ производства метанола, включающий:

этап риформинга сырьевого газа, содержащего метан, посредством парциального окисления кислородом для получения конвертированного газа;

этап снижения соотношения СО/СО₂, проводимый для снижения соотношения СО/СО₂ в конвертированном газе и регулирования соотношения СО/СО₂ так, чтобы оно составляло 0,5-5,0; и

этап синтеза, проводимый после этапа снижения соотношения СО/СО₂ и обеспечивающий получение из конвертированного газа газообразного продукта, содержащего метанол, с использованием реактора с неподвижным слоем или изотермического реактора.

2. Способ производства метанола по п. 1, в котором этап снижения соотношения CO/CO₂ включает введение в конвертированный газ части газообразного продукта, полученного на этапе синтеза.

3. Способ производства метанола по п. 1 или. 2, дополнительно включающий:

этап повышения давления для сжатия конвертированного газа перед этапом синтеза, при этом

этап снижения соотношения CO/CO₂ включает этап регенерации СО₂, проводимый для извлечения СО₂ из отработанного газа вспомогательного оборудования, при этом

для снижения соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе используют регенерированный СО₂, который вводят в конвертированный газ до проведения этапа повышения давления.

4. Способ производства метанола по любому из пп. 1–3, дополнительно включающий:

этап рекуперации тепла конвертированного газа, проводимый перед этапом синтеза, причем

на этапе снижения соотношения CO/CO₂ получают СО₂ посредством введения части конвертированного газа в реакцию сдвига до проведения этапа рекуперации тепла, и

полученный СО₂ вводят в конвертированный газ до проведения этапа рекуперации тепла с целью снижения соотношения СО/СО₂ и повышения температуры конвертированного газа.

5. Способ производства метанола по любому из пп. 1–4, в котором этап синтеза включает проведение изотермической реакции для синтеза метанола при поддержании постоянной температуры в процессе синтеза посредством изотермического реактора.

6. Комплекс по производству метанола, содержащий:

установку риформинга, выполненную с возможностью получения конвертированного газа посредством проведения риформинга с парциальным окислением кислородом сырьевого газа, содержащего метан;

устройство для снижения соотношения CO/CO₂, выполненное с возможностью снижения соотношения CO/CO₂ в конвертированном газе и регулирования соотношения СО/СО₂ так, чтобы оно составляло 0,5-5,0;

реактор, установленный ниже по ходу от устройства для снижения соотношения CO/CO₂ и выполненный с возможностью получения из конвертированного газа газообразного продукта, содержащего метанол, причем указанный реактор представляет собой реактор с неподвижным слоем или изотермический реактор.

7. Комплекс по производству метанола по п. 6, в котором устройство для снижения соотношения CO/CO₂ включает линию, выполненную с возможностью отвода части газообразного продукта с линии ниже по ходу реактора и подачи на линию выше по ходу реактора для введения в конвертированный газ.

8. Комплекс по производству метанола по п. 6 или 7, дополнительно содержащий:

устройство повышения давления, выполненное с возможностью обеспечивать сжатие конвертированного газа с целью повышения давления конвертированного газа выше по ходу от реактора, причем

устройство для снижения соотношения CO/CO₂ содержит устройство регенерации СО₂, соединенное с линией выше по ходу от устройства повышения давления и выполненное с возможностью регенерировать СО₂ из отработанного газа вспомогательного оборудования в установке, при этом

соотношение CO/CO₂ в конвертированном газе снижают посредством введения СО₂ из устройства регенерации СО₂ в конвертированный газ выше по ходу от устройства повышения давления.

9. Комплекс по производству метанола по любому из пп. 6–8, дополнительно содержащий:

устройство рекуперации тепла, расположенное выше по ходу от реактора и выполненное с возможностью обеспечивать рекуперацию тепла конвертированного газа, причем

устройство снижения соотношения CO/CO₂ включает реактор сдвига, подсоединенный к линии выше по ходу устройства рекуперации тепла, для получения СО₂, при проведении реакции сдвига части конвертированного газа выше по ходу устройства рекуперации тепла, при этом

CO₂ из реактора сдвига вводят в конвертированный газ выше по ходу от устройства рекуперации тепла для снижения соотношения СО/СО₂ и повышения температуры конвертированного газа.

10. Комплекс по производству метанола по любому из пп. 6–9, в котором реактор представляет собой изотермический реактор, выполненный с возможностью синтеза метанола при поддержании постоянной температуры внутри реактора.

11. Способ производства метанола по п. 5, в котором метанол синтезируют в процессе изотермической реакции с применением супер конвертера (SPC) в качестве изотермического реактора.

12. Комплекс по производству метанола по п. 10, в котором изотермический реактор представляет собой супер конвертер (SPC).