Способ переработки природного газа

Авторы патента:

C07C1/02 - из оксидов углерода (получение жидких углеводородных смесей неопределенного состава C10G 2/00; получение синтетического природного газа C10L 3/06)

C01B3/38 - Неметаллические элементы; их соединения

Владельцы патента RU 2783827:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина" (RU)

Изобретение относится к способом переработки природного газа и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности и в промышленности органического синтеза. Природный газ подвергают паровому риформингу при повышенных температуре и давлении с образованием влажного конвертированного газа с температурой 860-830°С и давлением 20-30 атм. Затем полученный влажный конвертированный газ подвергают охлаждению до температуры 360-450°С и разделяют на два потока газа. Первый из потоков направляют последовательно на стадию конверсии оксида углерода, стадию охлаждения и стадию короткоцикловой адсорбции с выделением целевого водорода и газовой фазы. Последнюю направляют на паровой риформинг в качестве топлива. Второй поток газа после охлаждения до температуры 30-40°С и выделения влаги направляют либо на стадию получения метанола, либо на стадию получения синтетических жидких углеводородов. В случае получения метанола второй поток газа предварительно подвергают компрессии до 50,0-90 атм. Первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом процесса получения метанола с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6. В случае получения синтетических жидких углеводородов второй поток газа подвергают синтезу Фишера-Тропша на кобальтовом катализаторе, при этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом синтеза Фишера-Тропша с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6. Разделение исходного потока конвертированного газа на два потока газа производят в объемном соотношении первый поток газа ко второму потоку газа в случае получения метанола 1:0,33-0,43, а в случае получения синтетических жидких углеводородов 1:0,21 для исключения образования твердого углерода в процессе конверсии оксида углерода. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении реструктуризации технологических потоков в процессе переработки природного газа при минимизации отходов производства. 14 табл., 4 пр.

Предлагаемое изобретение относится к способу переработки природного газа и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности и в промышленности органического синтеза.

Известны способы переработки природного газа, в том числе, метана, паровым риформингом углеводородсодержащего газа с получением водорода (US 4553981, US 6214314, 2001, RU 2357919, 2009, Установка производства водорода, https//pronpz.ru/ustanovki/steam-reformer-unit.html, US 11161738, 2021).

Известны способы переработки природного газа с получением водорода, технологии которого включают процесс получения метанола (US 6214314, 2001, DE 2904008, 1980, RU 2285660, 2006).

Наиболее близким по технической сути является способ переработки природного газа с получением метанола и водорода, включающий паровой риформинг углеводородного сырья при повышенных давлении и температуре с образованием газового потока, содержащего водород, оксиды углерода, метан и непрореагировавший пар (WO 9903807, 1999). При этом образованный конвертированный газ характеризуется величиной функционала f=(H₂-CO₂)/(CO+CO₂) ~2,8-2,94. Полученный газ охлаждают с выделением сконденсированной воды. Сухой конвертированный газ без компримирования направляют на синтез метанола и его выделение, из непрореагировавшего газа выделяют водород.

Непрореагировавший газ перед выделением водорода может предварительно подвергаться конверсии с паром. В этом случае водяной пар дозируется к части непрореагировавшего газа и подвергается конверсии СО. Соотношение пар: газ перед высокотемпературной конверсией СО из-за опасений протекания реакции Будуара с образованием и выделения твердого углерода не должно быть ниже 0,6.

Синтез метанола возможно проводить в одну или более стадий с выделением синтезированного метанола после каждой стадии, причем метанол отделяют от реакционного газа путем промывания холодной водой.

Недостатки известного способа заключаются в подаче всего объема конвертированного газа после конденсации водяного пара на синтез метанола, приводящей к ограничению ассортимента получаемых продуктов. Кроме того, проведение процесса конденсации технологического водяного пара из конвертированного газа требует подачи технологического водяного пара в водород-оксид углеродную смесь после стадии синтеза метанола для проведения высокой и низкотемпературной конверсий оксида углерода, что приводит к повышенным энергозатратам на проведение способа в целом, а использование процесса промывания реакционного газа при выделении метанола холодной водой сопровождается наличием значительного количества воды, подлежащей последующей очистке с образованием трудно утилизируемых отходов.

Таким образом, известный способ недостаточно эффективен.

Техническая проблема настоящего изобретения заключается в расширении ассортимента получаемых продуктов и сокращении энергозатрат.

Указанная проблема решается способом переработки природного газа, заключающимся в том, что природный газ подвергают паровому риформингу при повышенных температуре и давлении с образованием влажного конвертированного газа с температурой 860-830°С и давлением 20-30 атм, затем полученный влажный конвертированный газ подвергают охлаждению до температуры 360-450°С и разделяют на два потока газа, первый из которых направляют последовательно на стадию конверсии оксида углерода, стадию охлаждения и стадию короткоцикловой адсорбции с выделением целевого водорода и газовой фазы, направляемой на паровой риформинг в качестве топлива, а второй поток газа после охлаждения до температуры 30-40°С и выделения влаги направляют либо на стадию получения метанола, либо на стадию получения синтетических жидких углеводородов, причем в случае получения метанола второй поток газа предварительно подвергают компрессии до 50,0-90 атм, при этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом процесса получения метанола с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6, а в случае получения синтетических жидких углеводородов второй поток газа подвергают синтезу Фишера-Тропша на кобальтовом катализаторе, при этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом синтеза Фишера-Тропша с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6, причем разделение исходного потока конвертированного газа на два потока газа производят в объемном соотношении первый поток газа ко второму потоку газа в случае получения метанола 1:0,33-0,43, а случае получения синтетических жидких углеводородов 1:0,21 для исключения образования твердого углерода в процессе конверсии оксида углерода.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении реструктуризации технологических потоков в процессе переработки природного газа при минимизации отходов производства.

Сущность описываемого способа заключается в следующем.

Природный газ - метан подвергают паровому риформингу при температуре 800-860°С и давлении 20-30 атм с использованием никелевого катализатора с образованием влажного конвертированного газа с температурой 830-860°С и давлением 20-30 атм и содержащего водород, оксиды углерода, воду, непрореагировавший газ и примеси.

Полученный конвертированный газ подвергают охлаждению до температуры 360-450°С и разделяют на два потока газа.

Первый из которых направляют последовательно на стадию конверсии оксида углерода, стадию охлаждения и стадию короткоцикловой адсорбции с выделением целевого водорода и газовой фазы, направляемой на паровой риформинг в качестве топлива.

Второй поток газа после охлаждения до температуры 30-40°С и выделения влаги направляют либо на компрессию и затем на стадию получения метанола, либо на стадию получения синтетических жидких углеводородов.

Причем, в случае получения метанола второй поток газа предварительно подвергают компрессии до 50,0-90 атм.

Процесс получения метанола возможно проводить по каскадной схеме с 1 -3 ступенями в каскаде или по циркуляционной схеме синтеза метанола.

При этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом процесса получения метанола с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6.

В случае получения синтетических жидких углеводородов второй поток газа подвергают синтезу Фишера-Тропша на кобальтовом катализаторе. Процесс проводят с использованием проточной схемы синтеза.

При этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом синтеза Фишера-Тропша с обеспечением в образованной смеси объемного соотношения водяной пар: газ, равного не менее 0,6.

Причем разделение исходного потока конвертированного газа на два потока газа производят в объемном соотношении первый поток газа: второй поток газа, равном в случае получения метанола 1:0,33-0,43, а случае получения синтетических жидких углеводородов 1:0,21.

При этом, так как степень срабатывания исходного потока меняется в зависимости от выбранной технологии, расчетным путем меняется и соотношение первого и второго потоков таким образом, чтобы соотношение пар: газ в получаемой смеси было не менее 0,6, что исключает образование твердого углерода в процессе конверсии окиси углерода по реакции Будуара.

Ниже приведены примеры описываемого способа.

Общая производительность стадии конверсии природного газа - метана в трубчатой печи - 39329 м³/час.

Ниже приведен материальный и тепловой балансы трубчатой печи.

При этом используют следующие обозначения: Т - температура, °С; Р -давление, атм; V - объемный расход, м³/час; составы технологических потоков, % влажного и сухого газа (ВЛ и СУХ); Q, ккал/час - количество переданного тепла.

Первый поток газа с температурой 360°С и давлением 30 атм направляют последовательно на стадию конверсии оксида углерода, стадию охлаждения и стадию короткоцикловой адсорбции с выделением целевого водорода и газовой фазы. Последнюю направляют на паровой риформинг в качестве топлива.

Газ на входе в трубчатый реактор характеризуется следующими показателями.

Пар /газ = 4,5000.

Температура исходной смеси на входе в трубчатую печь = 500,0°С;

Р - давление исходной смеси на входе в трубчатую печь = 30,0 атм;

V - объемный расход природного газа на входе в трубчатую печь = 9366,000 м³/час

Газ после трубчатого реактора характеризуется следующими показателями.

Q (количество переданного в трубчатой печи тепла на нагрев и проведение эндотермической реакции паровой конверсии) = 28394090,8159 ккал/час.

Пар/газ (соотношение пар: конвертированный газ на выходе из трубчатой печи) = 0,7504.

Температура конвертированного газа на выходе из трубчатой печи = 860,0°С.

Р (давление конвертированного газа на выходе из трубчатой печи) = 27,6 атм.

V сг (объемный расход конвертированного газа на выходе из трубчатой печи) = 39329,313 м³/час.

Проводят процесс синтеза метанола.

Пример 1.

Используют каскадную проточную схему с одной ступенью

Расчет изотермического каскада

Т (температура синтеза метанола) = 260°С

съем метанола-сырца	1117,7 кг/ч
съем метанола-ректификата	1017,3 кг/ч
содержание метанола в сырце	91.01% масс
съем тепла реакции	0,64227 Гкал/ч
тепло конденсации	0,37619 Гкал/ч

При этом первый поток газа (~30000 нм³), содержащий водяной пар (22136 нм³), перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом процесса получения метанола (7624 нм³ с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа, равного 0.622. Разделение исходного потока конвертированного газа после трубчатой печи на два потока газа производят в объемном соотношении 1:0,33.

Пример 2.

2 ступени каскада.

Суммарные показатели по двум ступеням каскада.

съем метанола-сырца	1966,8 кг/ч
съем метанола-ректификата	1723,9 кг/ч
содержание метанола в сырце	87,65% масс
съем тепла реакции	1,0022 Гкал/ч
тепло конденсации	0,80349 Гкал/ч

Показатели 1-ой ступени каскада

съем метанола-сырца после 1- ой ступени каскада	1229,5 кг/ч
съем метанола-ректификата после 1-ой ступени каскада	1119 кг/ч
содержание метанола в сырце	91,01% масс
съем тепла реакции	0,7065 Гкал/ч
тепло конденсации	0,4138 Гкал/ч

Показатели 2- ой ступени каскада:

съем метанола-сырца	737,39 кг/ч
съем метанола-ректификата	604,95 кг/ч
содержание метанола в сырце	82,04% масс
съем тепла реакции	0,2957 Гкал/ч
тепло конденсации	0,38968 Гкал/ч

При этом первый поток газа (~29000 нм³), содержащий водяной пар (21753 нм³) перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом процесса получения метанола (6868 нм³) с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа, равного 0,606. Разделение исходного потока конвертированного газа на два потока газа производят в объемном соотношении 1:0,379.

Пример 3.

Расчет изотермического каскада в 3 ступени

Суммарные характеристики работы установки:

съем метанола-сырца	2709,3 кг/ч
съем метанола-ректификата	2298,9 кг/ч
содержание метанола в сырце	84,85% масс
съем тепла реакции	1,2782 Гкал/ч
тепло конденсации	1,0382 Гкал/ч

Характеристики первой ступени каскада

съем метанола-сырца	1341,2 кг/ч
съем метанола-ректификата	1220,7 кг/ч
содержание метанола в сырце	91,01% масс
съем тепла реакции	0,77072 Гкал/ч
тепло конденсации	0,45142 Гкал/ч

Характеристики работы 2 ступени каскада

съем метанола-сырца	804,43 кг/ч
съем метанола-ректификата	659,95 кг/ч
содержание метанола в сырце	82,04% масс
съем тепла реакции	0,32258 Гкал/ч
тепло конденсации	0,42511 Гкал/ч

Характеристики 3 ступени каскада

съем метанола-сырца	563,68 кг/ч
съем метанола-ректификата	418,22 кг/ч
содержание метанола в сырце	74,20% масс
съем тепла реакции	0,18495 Гкал/ч
тепло конденсации	0,1617 Гкал/ч

При этом первый поток газа (~28000 нм³), содержащий водяной пар (21012 нм³) перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом процесса получения метанола (6360 нм³) с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа, равного 0,612. Разделение исходного потока конвертированного газа на два потока газа производят в объемном соотношении 1:0,429.

Пример 4.

Получение синтетических жидких углеводородов.

Материальный баланс синтеза Фишера-Тропша на кобальтовом катализаторе.

Расход свежего газа 7000 нм³/час

При этом первый поток газа (~33000 нм³), содержащий водяной пар (24764 нм³), перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом синтеза Фишера-Тропша (5871 нм³) с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа, равного 0,6367. Разделение исходного потока конвертированного газа на два потока газа производят в объемном соотношении 1:0,212.

Таким образом, описываемый способ позволяет за счет сохранения влаги конвертированного газа и отказа от дозировки водяного пара в водород-оксид углеродную смесь после стадии синтеза органического соединения для проведения конверсии оксида углерода снизить энергетические затраты на проведение процесса в целом в среднем на 15-20% отн., а также расширить ассортимент получаемых продуктов при минимизации отходов производства.

Способ переработки природного газа, заключающийся в том, что природный газ подвергают паровому риформингу при повышенных температуре и давлении с образованием влажного конвертированного газа с температурой 860-830°С и давлением 20-30 атм, затем полученный влажный конвертированный газ подвергают охлаждению до температуры 360-450°С и разделяют на два потока газа, первый из которых направляют последовательно на стадию конверсии оксида углерода, стадию охлаждения и стадию короткоцикловой адсорбции с выделением целевого водорода и газовой фазы, направляемой на паровой риформинг в качестве топлива, а второй поток газа после охлаждения до температуры 30-40°С и выделения влаги направляют либо на стадию получения метанола, либо на стадию получения синтетических жидких углеводородов, причем в случае получения метанола второй поток газа предварительно подвергают компрессии до 50,0-90 атм, при этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом процесса получения метанола с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6, а в случае получения синтетических жидких углеводородов второй поток газа подвергают синтезу Фишера-Тропша на кобальтовом катализаторе, при этом первый поток газа перед направлением на стадию конверсии оксида углерода смешивают с отбросным газом синтеза Фишера-Тропша с обеспечением объемного соотношения в образованной смеси водяного пара и газа не менее 0,6, причем разделение исходного потока конвертированного газа на два потока газа производят в объемном соотношении первый поток газа ко второму потоку газа в случае получения метанола 1:0,33-0,43, а в случае получения синтетических жидких углеводородов 1:0,21 для исключения образования твердого углерода в процессе конверсии оксида углерода.

Изобретение относится к способу синтеза метанола (1), в котором поток (11) углеродсодержащего энергоносителя подают в реакторную установку (13) получения синтез-газа для получения потока (2) синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода. При этом поток (2) синтез-газа подают в устройство (10) рекуперации тепла для отведения тепла потока (2) синтез-газа, а затем в компрессор (3) синтез-газа для повышения давления.

Способ получения метанола и аммиака // 2782258

Настоящее изобретение относится к способу совместного получения метанола и аммиака и к системе для совместного получения метанола и аммиака в соответствии с данным способом. Предлагаемый способ включает следующие стадии: (a) формирование первого потока синтез-газа путем взаимодействия первой части углеводородного сырья и пара в установке парового риформинга, (b) формирование второго потока синтез-газа параллельно первому потоку синтез-газа путем взаимодействия второй части углеводородного сырья с кислородсодержащим газом и паром в установке автотермического риформинга, (c) синтез метанола в контуре синтеза из первого технологического газа, содержащего первый поток синтез-газа, и (d) синтез аммиака из второго технологического газа, полученного из второго потока синтез-газа.

Способ получения метанола // 2780881

Изобретение относится к области газопереработки, а именно к способу получения метанола из природного газа. Предложенный способ включает в себя следующие стадии: получение синтез-газа парциальным окислением природного газа в матричном конверторе при давлении 1-5 атм.

Способ получения метанола из сточных вод и установка для получения метанола из сточных вод // 2778395

Настоящее изобретение относится к области утилизации промышленных отходов, а именно к способу и установке для получения метанола из сточных вод. Предлагаемый способ включает предварительный нагрев водно-метанольного раствора, испарение из него паров метанола, получение метанола в ректификационной колонне и сжигание в аппарате погружного горения загрязненных остатков после получения метанола.

Способ производства метанола // 2774658

Настоящее изобретение относится к способу совместного синтеза метанола, аммиака и монооксида углерода, а также к установке для его осуществления. Предлагаемый способ включает следующие стадии: а) синтез метанола посредством каталитической конверсии первого синтез-газа (12), содержащего водород и оксиды углерода, б) синтез аммиака посредством каталитической конверсии второго синтез-газа (25), представляющего собой аммиачный подпиточный газ, содержащий водород и азот, и в) синтез монооксида углерода посредством окисления содержащего метан потока.

Использование технологии разделительной стенки для производства высокочистого метанола // 2773663

Изобретение относится к вариантам способа совместного производства изобутилена и высокочистого метанола и к системе для производства изобутилена. Один из вариантов способ совместного производства изобутилена и высокочистого метанола включает следующие стадии: а.

Способ и установка для получения чистого метанола // 2769515

Изобретение относится к способу получения чистого метанола из синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода в качестве составляющих синтез-газа, предусматривающему следующие стадии: (a) по меньшей мере частичное превращение синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, в условиях синтеза метанола в блоке синтеза метанола, содержащем по меньшей мере один реактор для синтеза метанола, (b) выпуск жидкого потока неочищенного метанола, содержащего метанол, воду, растворенные составляющие синтез-газа и низкокипящие побочные продукты, из блока синтеза метанола, (c) введение жидкого потока неочищенного метанола в декомпрессионную емкость, выпуск жидкого подвергнутого декомпрессии потока неочищенного метанола, обедненного по составляющим синтез-газа, в виде кубовых продуктов и потока газообразных верхних продуктов, содержащего составляющие синтез-газа, из декомпрессионной емкости, (d) введение жидкого подвергнутого декомпрессии потока неочищенного метанола, обедненного по составляющим синтез-газа, в колонну для предварительной обработки, дистилляционное разделение указанного потока, выпуск жидкого стабилизированного потока метанола, обедненного по низкокипящим побочным продуктам, в виде потока кубовых продуктов и потока газообразных верхних продуктов, содержащего низкокипящие побочные продукты и пары метанола, из колонны для предварительной обработки, (e) введение потока кубовых продуктов из колонны для предварительной обработки в одно- или многоступенчатое устройство для очистки метанола, выпуск потока продукта в виде чистого метанола из устройства для очистки метанола, (f) отправка потока верхних продуктов из колонны для предварительной обработки в устройство для удаления отходящих газов.

Совместное получение метанола, аммиака и мочевины // 2766961

Настоящее изобретение относится к способу совместного получения метанола, аммиака и мочевины из углеводородного сырья. При этом способ включает следующие стадии: a) получение из первого прямоточного метанольного процесса, включающего первую стадию реформинга и первую стадию синтеза метанола, первого выходящего потока, содержащего метанол, и первого отходящего газа, содержащего водород, азот и непревращенные оксиды углерода, и получение из второго прямоточного метанольного процесса, включающего вторую стадию реформинга и вторую стадию синтеза метанола, второго выходящего потока, содержащего метанол, и второго отходящего газа, содержащего водород, азот и непревращенные оксиды углерода; причем первую стадию синтеза метанола осуществляют параллельно со второй стадией синтеза метанола; b) получение синтез-газа аммиака из первого и/или второго отходящего газа на общей стадии каталитического метанирования и извлечение указанного синтез-газа аммиака, предпочтительно имеющего молярное соотношение H2:N2, равное около 3:1; c) каталитическое превращение азота и водорода синтез-газа аммиака на общей стадии синтеза аммиака и извлечение выходящего потока, содержащего аммиак и поток продувочного газа, содержащий водород, азот и/или метан; и d) взаимодействие по меньшей мере части выходящего потока, содержащего аммиак, с по меньшей мере частью отработавшего газа, содержащего CO2, из по меньшей мере одной из первой и второй стадий реформинга с получением мочевины.

Система и способ синтеза газа для ректификации этиленгликоля при производстве этиленгликоля // 2762566

Настоящее изобретение относится к способу ректификации этиленгликоля при производстве этиленгликоля из синтез-газа, осуществляемому с использованием системы, включающей последовательно соединенные колонну для извлечения метанола А, колонну для извлечения метанола Б, колонну для очистки легких фракций, колонну деалкоголизации и колонну для получения этиленгликоля.

Установка синтеза метанола (варианты) // 2758769

Настоящее изобретение относится к вариантам установки синтеза метанола. Один из вариантов установки включает блок получения синтез-газа с устройством для его осушки, линиями подачи сырьевой смеси, топлива и части отходящего газа в качестве топлива, блок получения метанола с каталитическим реактором, оснащенным линией ввода хладагента и устройством для выделения метанола, оснащенным линиями вывода сырого метанола и вывода отходящего газа.

Растворитель на основе тяжелых углеводородов // 2714310

Предложен растворитель на основе тяжелых углеводородов, являющихся отходами производства сжиженного природного газа, полученный в процессе переработки природного газа в сжиженный природный газ, состоящий из компонентов исходного природного газа, при этом растворитель имеет следующем состав, мас. %: пропан - от 0 до 0,5; бутаны - от 2 до 5; пентаны - от 8 до 12; гексаны - от 14 до 18; гептаны - от 12 до 14; октаны - от 4 до 7; нонаны - от 0 до 4; деканы - от 0 до 2; алкил-циклопентаны - от 10 до 15; алкил-циклогексаны - от 23 до 28; ароматические углеводороды - от 2 до 4; бициклические углеводороды - от 2 до 4; эфиры - от 0,5 до 2; адамантаны - от 0,5 до 2.