RU2282612C1 - Process of producing liquid oxygenates via conversion of natural gas and installation to implement the same - Google Patents
Process of producing liquid oxygenates via conversion of natural gas and installation to implement the same Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282612C1 RU2282612C1 RU2005119499/04A RU2005119499A RU2282612C1 RU 2282612 C1 RU2282612 C1 RU 2282612C1 RU 2005119499/04 A RU2005119499/04 A RU 2005119499/04A RU 2005119499 A RU2005119499 A RU 2005119499A RU 2282612 C1 RU2282612 C1 RU 2282612C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- reactor
- reaction zone
- liquid
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу производства жидких оксигенатов (кислородсодержащих органических соединений), в том числе метанола, С2-С4-спиртов, формальдегида, низших органических кислот или их смеси, прямым гомогенным окислением природного газа, и установке для его осуществления.The invention relates to a method for the production of liquid oxygenates (oxygen-containing organic compounds), including methanol, C 2 -C 4 alcohols, formaldehyde, lower organic acids or mixtures thereof, direct homogeneous oxidation of natural gas, and an apparatus for its implementation.
Истощение мировых запасов нефти заставляет пересмотреть роль газохимии в современной промышленности, сырьем для которой может являться природный газ, запасы которого достаточно велики. Основными причинами ограниченного использования природного газа в качестве сырья для химической промышленности являются: высокая устойчивость к окислению основного компонента природного газа - метана, превышающая стойкость к окислению продуктов его неполного окисления; труднодоступность газовых месторождений; высокая стоимость транспортировки газообразных углеводородов к потребителю по сравнению со стоимостью транспортировки жидких продуктов. Основные газовые месторождения нашей страны находятся в труднодоступных районах Крайнего Севера. Развитие малых ТЭК (топливно-энергетических комплексов) сдерживается отсутствием транспортных схем по доставке реагентов и ингибиторов. Доставка до отдаленных месторождений метанола - основного ингибитора гидратообразования - представляет огромные затраты, в несколько раз превышающие затраты на его покупку.The depletion of world oil reserves forces us to reconsider the role of gas chemistry in modern industry, the raw material for which may be natural gas, whose reserves are quite large. The main reasons for the limited use of natural gas as a raw material for the chemical industry are: high oxidation stability of the main component of natural gas - methane, exceeding the oxidation resistance of products of its incomplete oxidation; inaccessibility of gas fields; the high cost of transporting gaseous hydrocarbons to the consumer compared with the cost of transporting liquid products. The main gas fields of our country are located in remote areas of the Far North. The development of small fuel and energy complex (fuel and energy complexes) is hampered by the lack of transport schemes for the delivery of reagents and inhibitors. Delivery to distant deposits of methanol - the main inhibitor of hydrate formation - is a huge cost, several times higher than the cost of its purchase.
Создание малогабаритных установок получения метанола путем прямой конверсии природного газа непосредственно на месторождениях в составе установок комплексной подготовки газа (УКПГ) позволило бы решить часть вышеперечисленных проблем для газовой промышленности. С учетом того, что дальнейший прирост добычи газа будет происходить за счет месторождений, находящихся на Крайнем Севере, данный процесс приобретает приоритетное значение.The creation of small-sized plants for methanol production by direct conversion of natural gas directly to the fields as part of integrated gas treatment plants (GPP) would solve some of the above problems for the gas industry. Given that further growth in gas production will occur at the expense of fields located in the Far North, this process is gaining priority.
Известен ряд способов получения метана из природного газа. Основным промышленным способом получения метанола является каталитический процесс переработки синтез-газа (смесь СО и Н2), который, в свою очередь, получают паровой конверсией метана, используя катализаторы. (Караваев М.М., Леонов В.Е. и другие. Технология синтетического метанола. М.: Химия, 1984, с.72-125). При осуществлении этого процесса предъявляются очень высокие требования к чистоте природного газа, большие затраты энергии на получение синтез-газа и его очистку, наличие сложного и дорогостоящего оборудования, большое число промежуточных стадий. Все это приводит к тому, что производства метанола малой и средней мощностей, до 2000 тонн/день, становятся убыточны.A number of methods are known for producing methane from natural gas. The main industrial method for methanol production is the catalytic synthesis gas processing (a mixture of CO and H 2 ), which, in turn, is obtained by steam methane conversion using catalysts. (Karavaev M.M., Leonov V.E. and others. Synthetic methanol technology. M: Chemistry, 1984, pp. 72-125). When implementing this process, very high demands are made on the purity of natural gas, high energy costs for producing synthesis gas and its purification, the presence of complex and expensive equipment, a large number of intermediate stages. All this leads to the fact that the production of methanol of small and medium capacity, up to 2000 tons / day, become unprofitable.
В настоящее время наибольший интерес вызывает прямое, минуя стадию получения синтез-газа, газофазное окисление метана в метанол при высоких давлениях. Процесс проводят при давлениях до 10 МПа и температурах 400-450°С в трубчатых реакторах при относительно низких начальных концентрациях кислорода с последующим охлаждением газожидкостной смеси и отделением жидких продуктов, из которых ректификацией выделяют метанол (Арутюнов B.C., Крылов О.В. Окислительные превращения метана, М.: Наука, 1998, с.130-145). Однако низкая степень конверсии метана за проход через реактор, не превышающая 3-5%, и, соответственно, низкий выход метанола, громоздкость процесса сдерживают практическое внедрение метода получения метанола прямым окислением метана.Currently, the most interesting is the direct, bypassing the stage of synthesis gas production, gas-phase oxidation of methane to methanol at high pressures. The process is carried out at pressures of up to 10 MPa and temperatures of 400-450 ° C in tubular reactors at relatively low initial oxygen concentrations, followed by cooling of the gas-liquid mixture and separation of liquid products, from which methanol is isolated by distillation (Arutyunov BC, Krylov O.V. Oxidative transformations of methane , M .: Nauka, 1998, p.130-145). However, the low degree of methane conversion per passage through the reactor, not exceeding 3-5%, and, accordingly, the low methanol yield, and the bulkiness of the process hinder the practical implementation of the methanol production method by direct methane oxidation.
Известен способ получения метанола, включающий раздельную подачу предварительно нагретого до 200-500°С углеводородсодержащего газа под давлением 2,5-15 МПа и кислородсодержащего газа в смесительную камеру, последующие стадии неполного окисления метана при концентрации кислорода 1-4 об.% с дополнительным введением реагентов (металлооксидного катализатора, высших газообразных углеводородов или кислородсодержащих соединений, холодного окислителя) в реакционную зону реактора, охлаждение реакционной смеси в теплообменнике, выделение метанола из жидких продуктов реакции в сепараторе, подачу отходящих газообразных продуктов реакции на вход реактора (RU, А, 2049086). Однако необходимость использования катализатора или дополнительных реагентов и сильный разогрев реагирующих газов приводит к снижению выхода метанола и повышению вероятности сажеобразования.A known method of producing methanol, including the separate supply of pre-heated to 200-500 ° C hydrocarbon-containing gas under a pressure of 2.5-15 MPa and oxygen-containing gas into the mixing chamber, the subsequent stages of the partial oxidation of methane at an oxygen concentration of 1-4 vol.% With additional introduction reagents (metal oxide catalyst, higher gaseous hydrocarbons or oxygen-containing compounds, a cold oxidizer) into the reaction zone of the reactor, cooling the reaction mixture in a heat exchanger, methanol evolution of liquid reaction products in the separator, the exhaust flow of gaseous reaction products at the reactor entrance (RU, A, 2049086). However, the need to use a catalyst or additional reagents and strong heating of the reacting gases leads to a decrease in methanol yield and an increase in the likelihood of soot formation.
Известен способ производства метанола, включающий раздельную подачу в смеситель углеводородсодержащего газа (природного или метана) и кислородсодержащего газа (воздуха или кислорода), последующую подачу смеси в инертный реактор, газофазное неполное окисление углеводсодержащего газа в реакторе под давлением 1-10 МПа в течение 2-1000 секунд, при температуре 300-500°С в отсутствие катализатора, при содержании кислорода 2-20 об.%, выделение метанола в конденсаторе из продуктов реакции, возврат отходящих реакционных газов, содержащих не прореагировавший метан, на смешение с исходным углеводородсодержащим газом в первый реактор или во второй реактор, последовательно подсоединенный к первому реактору (GB, 2196335, А). Способ обеспечивает высокий выход метанола, и 5-15% метана может вступать в реакцию при каждом проходе через реактор, однако большое время реакции ограничивает производительность реактора по метанолу.A known method for the production of methanol, including the separate supply of a hydrocarbon-containing gas (natural or methane) and an oxygen-containing gas (air or oxygen) to the mixer, the subsequent supply of the mixture to an inert reactor, gas-phase incomplete oxidation of the carbohydrate-containing gas in the reactor under a pressure of 1-10 MPa for 2- 1000 seconds, at a temperature of 300-500 ° C in the absence of a catalyst, with an oxygen content of 2-20 vol.%, Methanol evolution in the condenser from the reaction products, return of off-reaction gases containing non-reactive lead methane, mixed with the original hydrocarbon-containing gas into the first reactor or into the second reactor, connected in series to the first reactor (GB, 2196335, A). The method provides a high yield of methanol, and 5-15% methane can react at each pass through the reactor, however, a large reaction time limits the methanol productivity of the reactor.
Известен способ получения метанола путем раздельной подачи и окисления углеводородсодержащего газа кислородсодержащим газом при 370-450°С, давлении 5-20 МПа и времени контакта их в реакторе 0,2-0,22 с, с охлаждением разогревающейся реакционной смеси до 330-340°С введением в реактор метанола (SU, A1, 1469788) или охлаждением реакционной смеси без промежуточной конденсации и сепарации до 380-400°С в межступенчатых теплообменниках, установленных в реакторе, после чего реакционная смесь поступает на 2-3 последовательные ступени окисления (SU, A1, 1336471). В первом случае необходимость дополнительного расхода и повторного выделения метанола приводит к его неизбежным потерям, в другом случае требуется установка дополнительных охлаждающих контуров с циркуляцией в них дополнительного охлаждающего агента.A known method of producing methanol by separate supply and oxidation of a hydrocarbon-containing gas with an oxygen-containing gas at 370-450 ° C, a pressure of 5-20 MPa and a contact time of 0.2-0.222 s in the reactor, with the reaction mixture being cooled to 330-340 ° C With the introduction of methanol into the reactor (SU, A1, 1469788) or cooling the reaction mixture without intermediate condensation and separation to 380-400 ° C in the interstage heat exchangers installed in the reactor, after which the reaction mixture enters into 2-3 successive oxidation stages (SU, A1, 1336471). In the first case, the need for additional consumption and re-separation of methanol leads to its inevitable losses, in another case, the installation of additional cooling circuits with the circulation of an additional cooling agent in them is required.
Наиболее близким техническим решением является способ производства метанола (RU, А, 2162460), включающий раздельную подачу последовательно сжатого и нагретого углеводородсодержащего газа и сжатого кислородсодержащего газа в смесительные зоны последовательно расположенных реакторов, последующее газофазное окисление углеводородсодержащего газа при начальной температуре до 500°С, давлении до 10 МПа и содержании кислорода не более 8 об.%, охлаждение реакционной смеси после каждой реакционной зоны реакторов на 70-150°С через стенку потоком холодного углеводородсодержащего газа, закалку реакционной смеси после последней реакционной зоны путем снижения температуры реакционной смеси не менее 0,1 времени ее пребывания в реакционной зоне, охлаждение и сепарацию охлажденной реакционной газожидкостной смеси на отходящий газ и жидкие продукты после каждого последовательно расположенного реактора, ректификацию жидких продуктов с выделением метанола, подачу отходящих газов в исходный углеводородсодержащий газ или на сжигание.The closest technical solution is the methanol production method (RU, A, 2162460), which includes the separate supply of sequentially compressed and heated hydrocarbon-containing gas and compressed oxygen-containing gas to the mixing zones of successive reactors, subsequent gas-phase oxidation of the hydrocarbon-containing gas at an initial temperature of up to 500 ° C, pressure up to 10 MPa and an oxygen content of not more than 8 vol.%, cooling the reaction mixture after each reaction zone of the reactors by 70-150 ° C through the wall with a cold stream hydrocarbon-containing gas, quenching the reaction mixture after the last reaction zone by lowering the temperature of the reaction mixture by at least 0.1 time of its stay in the reaction zone, cooling and separating the cooled reaction gas-liquid mixture into exhaust gas and liquid products after each successive reactor, rectification of liquid products with the release of methanol, the supply of exhaust gases to the original hydrocarbon-containing gas or for combustion.
Известный способ не обеспечивает необходимую скорость съема тепла реакции, что приводит к необходимости уменьшения степени конверсии углеводородсодержащего газа. Кроме того, даже использование в качестве окислителя кислорода не позволяет эффективно рециркулировать углеводородсодержащий газ из-за быстрого повышения в нем концентрации оксидов углерода. При этом значительная часть подаваемого кислорода расходуется на окисление СО в СО2, приводя к дополнительному снижению степени конверсии исходного углеродсодержащего газа и дальнейшему перегреву реакционной смеси. Помимо этого, дополнительное количество исходного углеводородсодержащего газа необходимо сжигать для обеспечения паром стадии ректификации жидких продуктов.The known method does not provide the necessary rate of heat removal of the reaction, which leads to the need to reduce the degree of conversion of hydrocarbon-containing gas. In addition, even the use of oxygen as an oxidizing agent does not allow to efficiently recycle a hydrocarbon-containing gas due to the rapid increase in its concentration of carbon oxides. At the same time, a significant part of the oxygen supplied is spent on the oxidation of CO to CO 2 , leading to an additional decrease in the degree of conversion of the initial carbon-containing gas and further overheating of the reaction mixture. In addition, an additional amount of the initial hydrocarbon-containing gas must be burned to provide the stage of rectification of liquid products with steam.
Известна установка для производства метанола, содержащая последовательно установленные и соединенные трубопроводами смесительную камеру, подсоединенную к раздельным источникам углеводородсодержащего газа и воздуха или кислорода, реактор из инертного материала с нагревательными элементами для неполного окисления метана в смеси, подаваемой в реактор под избыточным давлением, конденсатор и сепаратор для выделения метанола из продуктов реакции, емкость для рециркулируемых газообразных продуктов реакции, с трубопроводом для их подачи в исходный углеводородсодержащий газ или смесительную камеру. (GB, 2196335, А). Однако большое время пребывания реагентов в реакторе не позволяет обеспечить высокую производительность установки, что делает процесс практически не применимым в промышленных условиях.A known installation for the production of methanol, containing a mixing chamber installed in series and connected by pipelines, connected to separate sources of hydrocarbon-containing gas and air or oxygen, an inert material reactor with heating elements for incomplete oxidation of methane in the mixture supplied to the reactor under excess pressure, a condenser and a separator for the separation of methanol from the reaction products, a container for recycled gaseous reaction products, with a pipeline for their supply into the original hydrocarbon-containing gas or mixing chamber. (GB, 2196335, A). However, the large residence time of the reagents in the reactor does not allow to ensure high productivity of the installation, which makes the process practically not applicable in industrial conditions.
Наиболее близкой к предлагаемой является установка для получения метанола, которая содержит источник углеводородсодержащего газа, компрессор и подогреватель для сжатия и нагрева газа, источник кислородсодержащего газа с компрессором, последовательно чередующимися смесительными и реакционными зонами с трубопроводами подачи углеводородсодержащего газа в первую смесительную зону реактора и кислородсодержащего газа в каждую смесительную зону, рекуперативные теплообменники для охлаждения реакционной смеси через стенку потоком холодного углеводородсодержащего газа, установленные около выходных торцов всех реакционных зон реактора с трубопроводами для последующей подачи нагретого углеводородсодержащего газа в подогреватель, холодильник-конденсатор, сепаратор для разделения отходящих газов и жидких продуктов с последующим выделением метанола и трубопровод для подачи отходящих газов в исходный углеводородсодержащий газ, и трубопроводом для подачи отходящих жидких кислородсодержащих продуктов в первую смесительную зону реактора (RU, А, 2162460).Closest to the proposed one is a plant for producing methanol, which contains a source of hydrocarbon-containing gas, a compressor and a heater for compressing and heating the gas, a source of oxygen-containing gas with a compressor, sequentially alternating mixing and reaction zones with pipelines for supplying hydrocarbon-containing gas to the first mixing zone of the reactor and oxygen-containing gas in each mixing zone, recuperative heat exchangers for cooling the reaction mixture through the wall with a stream of cold hydrocarbon-containing gas installed near the outlet ends of all reaction zones of the reactor with pipelines for the subsequent supply of heated hydrocarbon-containing gas to a heater, a refrigerator-condenser, a separator for separating exhaust gases and liquid products, followed by methanol and a pipeline for supplying exhaust gases to the source hydrocarbon-containing gas, and a pipeline for supplying waste liquid oxygen-containing products to the first mixing zone of the reactor (RU, A, 2162460).
Недостатком данного способа является то, что все реакционные зоны реакторов выполнены в виде полой трубы, что приводит к сильному разогреву реакционной смеси за счет тепла, выделяющегося в процессе реакции и, как следствие, снижению выхода целевого продукта. Возникает необходимость снижения исходной концентрации кислорода в смеси, что также приводит к понижению степени конверсии метана и уменьшению выхода метанола. Проблему низкой конверсии метана и низкого выхода целевого продукта, авторы изобретения решают за счет увеличения числа реакторов. Как следствие этого возникает необходимость введения дополнительного оборудования для охлаждения и сепарации реакционной смеси на выходе из реактора для каждой из параллельных веток реакторов, что приводит к значительному расширению габаритов установки и усложнению последней в обслуживании. Все это в совокупности значительно увеличивает капитальные вложения при строительстве установки и текущие затраты на ее обслуживание.The disadvantage of this method is that all the reaction zones of the reactors are made in the form of a hollow pipe, which leads to a strong heating of the reaction mixture due to the heat released during the reaction and, as a result, lower yield of the target product. There is a need to reduce the initial concentration of oxygen in the mixture, which also leads to a decrease in the degree of methane conversion and a decrease in the yield of methanol. The problem of low methane conversion and low yield of the target product, the inventors solve by increasing the number of reactors. As a consequence of this, the need arises to introduce additional equipment for cooling and separating the reaction mixture at the outlet of the reactor for each of the parallel branches of the reactors, which leads to a significant expansion of the dimensions of the installation and complicating the latter in maintenance. All this in aggregate significantly increases the capital investment in the construction of the installation and the current costs of its maintenance.
Задача настоящего изобретения направлена на: 1 - совершенствование установки производства оксигенатов (в том числе: метанола, формальдегида и др.) путем прямого гомогенного окисления природного газа, с целью увеличения степени конверсии метана за один проход через реактор и, как следствие, увеличение выхода целевых продуктов синтеза; 2 - упрощение производства оксигенатов за счет возможности использования непосредственно в условиях газовых и газоконденсатных месторождений в составе установки комплексной подготовки газа.The objective of the present invention is aimed at: 1 - improving the installation of the production of oxygenates (including: methanol, formaldehyde, etc.) by direct homogeneous oxidation of natural gas, in order to increase the degree of methane conversion in one pass through the reactor and, as a result, increase the yield of target synthesis products; 2 - simplification of the production of oxygenates due to the possibility of using directly in the conditions of gas and gas condensate fields as part of a complex gas treatment plant.
Поставленная задача решается способом получения оксигенатов, включающим последовательную подачу природного газа с установки комплексной подготовки газа (УКПГ) в ряд теплообменников "газ-газ" и межтрубное пространство, по меньшей мере, одной трубчатой реакционной зоны реактора, где происходит нагрев потока природного газа до температуры начала реакции, с последующей подачей подогретого газа на вход смесителя трубчатой зоны реактора, в которую также подается сжатый воздух или кислород, последующее газофазное окисление в реакционной зоне реактора, с выводом полученной реакционной смеси из реактора в ряд теплообменников "газ-жидкость" и "газ-газ", где происходит охлаждение до температуры окружающей среды, с последующей подачей в сепаратор, откуда жидкая фаза, через емкость для выделения низших карбоновых кислот, подается в систему колонн ректификации для выделения оставшихся компонентов смеси, а отходящий газ возвращается на УКПГ. При этом окисление проводят в реакторе, имеющем смесители, полую и, по меньшей мере, одну трубчатую реакционные зоны, при поддержании необходимой температуры постоянной по всей длине трубчатой реакционной зоны реактора и при подаче сжатого воздуха или кислорода в смеситель каждой трубчатой реакционной зоны и полой реакционной зоны.The problem is solved by the method of producing oxygenates, including a sequential supply of natural gas from a complex gas treatment unit (CCGT) to a series of gas-gas heat exchangers and the annular space of at least one tubular reaction zone of the reactor, where the natural gas stream is heated to a temperature the beginning of the reaction, followed by the supply of heated gas to the inlet of the mixer of the reactor tubular zone, into which compressed air or oxygen is also supplied, followed by gas-phase oxidation in the reaction zone e of the reactor, with the withdrawal of the reaction mixture from the reactor to a series of gas-liquid and gas-gas heat exchangers, where it is cooled to ambient temperature, followed by supply to the separator, where the liquid phase comes from, through a container for the separation of lower carboxylic acids is fed to the system of distillation columns to isolate the remaining components of the mixture, and the exhaust gas is returned to the gas treatment plant. In this case, the oxidation is carried out in a reactor having mixers, a hollow and at least one tubular reaction zone, while maintaining the required temperature constant along the entire length of the tubular reaction zone of the reactor and when compressed air or oxygen is supplied to the mixer of each tubular reaction zone and the hollow reaction zones.
Окисление проводят в интервале температур 250-450°С, давления 2-10 МПа, при концентрации окислителя 2-15 мас.%. Время пребывание реакционной смеси в каждой реакционной зоне может варьироваться от 2 до 6 секунд, соответственно происходит сдвиг равновесия в сторону образования тех или иных продуктов синтеза.The oxidation is carried out in the temperature range of 250-450 ° C, pressure of 2-10 MPa, with an oxidizing agent concentration of 2-15 wt.%. The residence time of the reaction mixture in each reaction zone can vary from 2 to 6 seconds, respectively, there is a shift in equilibrium in the direction of formation of certain synthesis products.
Изобретение также относится к установке для получения оксигенатов, содержащей источник природного газа (УКПГ), ряд последовательных теплообменников "газ-газ" для нагрева природного газа, реактор, содержащий смесители и реакционные зоны, включающие полую и, по меньшей мере, одну трубчатую реакционные зоны, ряд теплообменников "газ-жидкость" и "газ-газ" для охлаждения полученной реакционной смеси, сепаратор, где происходит отделение жидкости от газа, емкость для выделения низших карбоновых кислот, и ряд ректификационных колонн для выделения оставшихся получаемых продуктов.The invention also relates to an apparatus for producing oxygenates containing a source of natural gas (UKPG), a series of sequential gas-gas heat exchangers for heating natural gas, a reactor containing mixers and reaction zones including a hollow and at least one tubular reaction zone a series of gas-liquid and gas-gas heat exchangers for cooling the resulting reaction mixture, a separator where the liquid is separated from the gas, a tank for the separation of lower carboxylic acids, and a series of distillation columns for the separation remaining products received.
Способ позволяет также изменять количество получаемого метанола и формальдегида. Так при окислении при температуре 400-450°С и давлении 8-10 МПа преимущественно получают метанол. При окислении при температуре 450°С, давлении 2-5 МПа преимущественно получают метанол с содержанием формальдегида до 25 мас.%.The method also allows you to change the amount of methanol and formaldehyde. So when oxidized at a temperature of 400-450 ° C and a pressure of 8-10 MPa, methanol is predominantly obtained. When oxidized at a temperature of 450 ° C, a pressure of 2-5 MPa, methanol is predominantly obtained with a formaldehyde content of up to 25 wt.%.
Реактор (фиг.1), состоит из последовательно расположенных смесителей природного газа и окислителя и реакционных зон и снабжен устройствами для ввода реакционной смеси и подачи окислителя. Количество реакционных зон реактора зависит от содержания примесей С2-С4 углеводородов в исходном газе и габаритов строительной площади. Конструкция реактора предусматривает до трех точек ввода окислителя, что позволяет проводить процесс окисления в условиях оптимальных для преобладания в продуктах реакции того или иного соединения. Реакционные зоны реактора выполнены по принципу теплообменника "газ-газ", а последняя реакционная зона изготовлена в виде полой трубы, для максимального использования тепла, выделяющегося в ходе реакции, на теплообменнике "газ-жидкость", расположенном непосредственно на выходе реакционной смеси из реактора).The reactor (figure 1), consists of sequentially located mixers of natural gas and an oxidizing agent and reaction zones and is equipped with devices for introducing a reaction mixture and feeding an oxidizing agent. The number of reaction zones of the reactor depends on the content of C 2 -C 4 hydrocarbon impurities in the feed gas and the dimensions of the construction area. The reactor design provides for up to three oxidizer entry points, which allows the oxidation process to be carried out under optimal conditions for the predominance of a particular compound in the reaction products. The reaction zones of the reactor are made according to the principle of a gas-gas heat exchanger, and the last reaction zone is made in the form of a hollow pipe, to maximize the use of heat generated during the reaction, on a gas-liquid heat exchanger located directly at the outlet of the reaction mixture from the reactor) .
Данная конструкция реактора позволяет использовать углеводородное сырье, обогащенное С2-С4 углеводородами (до 15 мас.%), которые окисляются в первую очередь и в зависимости от условий дают соответствующие спирты и альдегид, либо оксигенаты с меньшим числом углерода в цепи. Поддержание заданной температуры процесса осуществляется подачей в межтрубное пространство реакционной зоны реактора исходного углеводородного сырья, которое предварительно, пройдя ряд теплообменников, нагревается до температуры, необходимой для начала реакции. Окислитель подается в смесители реактора холодным, благодаря чему реакционная смесь поступает в реакционную зону с температурой, оптимальной для начала реакции.This reactor design allows the use of hydrocarbon feeds enriched in C 2 -C 4 hydrocarbons (up to 15 wt.%), Which are oxidized primarily and, depending on the conditions, give the corresponding alcohols and aldehyde, or oxygenates with a lower carbon number in the chain. Maintaining a predetermined process temperature is carried out by feeding into the annular space of the reaction zone of the reactor a hydrocarbon feedstock, which previously, having passed a series of heat exchangers, is heated to the temperature necessary to start the reaction. The oxidizing agent is supplied to the reactor mixers cold, so that the reaction mixture enters the reaction zone with a temperature optimal for the start of the reaction.
Внутренние стенки реакторного узла могут быть футерованы инертным в данном процессе материалом. Каждая камера реактора снабжена набором термопар для контроля за температурой процесса. Регулирование температуры процесса можно осуществить двумя способами - это варьирование концентрации окислителя либо варьирование потока хладагента в межтрубное пространство реакционных зон.The inner walls of the reactor unit can be lined with an inert material in this process. Each reactor chamber is equipped with a set of thermocouples for monitoring the process temperature. The process temperature can be controlled in two ways: by varying the concentration of the oxidizing agent or by varying the flow of refrigerant into the annulus of the reaction zones.
Конструкция реакторного узла также позволяет использовать газ без дополнительной очистки от примесей других углеводородов, легко варьировать концентрацию окислителя, подаваемого на реакцию в широких пределах, при этом температура процесса контролируется по всей длине реакционной зоны и не превышает пороговых значений, за которыми начинается разрушение целевых продуктов. Кроме того, данная конструкция реактора позволяет сдвинуть процесс окисления в сторону тех или иных продуктов.The design of the reactor assembly also allows the use of gas without additional purification from impurities of other hydrocarbons, it is easy to vary the concentration of the oxidizing agent supplied to the reaction over a wide range, while the process temperature is monitored along the entire length of the reaction zone and does not exceed threshold values beyond which the destruction of the target products begins. In addition, this reactor design allows you to shift the oxidation process in the direction of certain products.
Изобретение позволяет применять способ непосредственно в условиях газовых и газоконденсатных месторождениях для получения метанола, используемого в качестве ингибитора гидратообразованияThe invention allows the method to be used directly in the conditions of gas and gas condensate fields to produce methanol used as a hydrate inhibitor
Гибкая система варьирования основных параметров процесса - рабочей температуры, давления, исходной концентрации окислителя и времени пребывания - позволяет сдвинуть процесс окисления в сторону образования необходимых продуктов. Так при окислении углеводородного сырья, содержащего до 15% С2-С4 углеводородов, варьирование параметров позволяет изменять в жидких продуктах концентрацию метанола в рамках 25-45%, формальдегида 1-25%, этилового спирта 0-15%, органических кислот 0,5-1,5%.A flexible system for varying the basic parameters of the process — operating temperature, pressure, initial oxidizing agent concentration, and residence time — allows the oxidation process to shift toward the formation of the necessary products. So when oxidizing hydrocarbon feed containing up to 15% C 2 -C 4 hydrocarbons, varying the parameters allows you to change the concentration of methanol in the liquid products within 25-45%, formaldehyde 1-25%, ethyl alcohol 0-15%, organic acids 0, 5-1.5%.
Процесс окисления происходит в изотермическом режиме, позволяя значительно улучшить технико-экономические показатели процесса.The oxidation process takes place in isothermal mode, allowing to significantly improve the technical and economic indicators of the process.
Оригинальная конструкция реактора и подачи окислителя в несколько точек по длине реакторного узла позволяет увеличить количество подаваемого окислителя и, соответственно, конверсию углеводородного сырья и выход продуктов окисления.The original design of the reactor and the supply of the oxidizing agent at several points along the length of the reactor unit allows increasing the amount of the supplied oxidizing agent and, accordingly, the conversion of hydrocarbon feed and the yield of oxidation products.
Отходящие газы возвращаются обратно в технологический процесс установки комплексной подготовки газа, так как производительность УГПК много больше производительности установки получения оксигенатов, то увеличение содержания азота в товарном газе составит не более 0,3%, что соответствует ОСТ 51.40-93. При размещении установки на газовых электростанциях возвращаемый газ рактически не теряет свою калорийность.The exhaust gases are returned back to the technological process of the integrated gas treatment unit, since the capacity of the gas treatment plant is much higher than the capacity of the oxygenate production unit, the increase in nitrogen content in the commercial gas will not exceed 0.3%, which corresponds to OST 51.40-93. When the installation is located in gas power plants, the returned gas does not practically lose its calorie content.
Данная установка характеризуется экологически чистым производством, где отсутствуют вредные выбросы.This installation is characterized by environmentally friendly production, where there are no harmful emissions.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых приведены:In the future, the invention is illustrated by examples of its implementation and the accompanying drawings, which show:
- фиг.1 - схема реактора;- figure 1 - diagram of the reactor;
- фиг.2 - технологическая схема установки.- figure 2 is a flow chart of the installation.
Установка (фиг.2) для получения оксигенатов прямым гомогенным окислением природного газа содержит УКПГ, реактор 1 для окисления природного газа (фиг.1), состоящий из смесителей 2, реакционных зон 3 и 4, выполненных в виде теплообменника и полой трубы, соответственно, устройство ввода подогретого природного газа 5 и окислителя 6. По длине реактора расположены термокарманы 7 для контроля температурного режима процесса.The installation (figure 2) for the production of oxygenates by direct homogeneous oxidation of natural gas contains a gas treatment unit, a
Установка также содержит последовательно расположенные теплообменники «газ-жидкость» 8 и «газ-газ» 9 и 10, сепаратор 11, насосы 12, 13, 15, 17, ректификационные колонны 14, 16 и емкость 18, для выделения карбоновых кислот. Установка может комплектоваться дополнительной ректификационной колонной для разделения C2-C4 спиртов.The installation also contains sequentially located heat exchangers "gas-liquid" 8 and "gas-gas" 9 and 10, a
Природный газ компрессором 12 подается с УКПГ в межтрубное пространство теплообменника 10, где нагревается до температуры 150°С и далее подается в межтрубное пространство теплообменника 9, где нагревается до температуры 300°С и далее поступает в межтрубное пространство трубчатой зоны реактора 1, где нагревается до температуры 450°С и поступает в смеситель трубчатой зоны реактора. Воздух (кислород), предварительно сжатый компрессором 13 до необходимого давления, подается в смесители реакционных зон реактора 1. После перемешивания реакционная смесь поступает в трубчатую реакционную зону реактора, где происходит процесс окисления при постоянной температуре. Далее реакционная смесь с температурой 450°С поступает во вторую смесительную камеру реактора, перемешивается с воздухом и поступает во вторую полую реакционную зону. На выходе из реактора реакционная смесь поступает в трубное пространство теплообменника 8, где охлаждается до температуры 450-470°С. Далее реакционная смесь проходит последовательно трубное пространство теплообменников 9 и 10, охлаждаясь до температуры окружающей среды, и подается в сепаратор 11, где происходит разделение газовой и жидкой фазы. Газовая фаза отправляется обратно на УКПГ, жидкая фаза, проходя через емкость 18, содержащую реагенты для выделения карбоновых кислот, насосом 17 подается в ректификационную колонну 16, где отделяется метанол-сырец, а кубовый остаток колонны 16 насосом 15 подается в ректификационную колонну 14 для выделения формалина и С2-С4-спиртов.
В таблице приведены примеры, иллюстрирующие основные показатели предложенного способа.The table shows examples illustrating the main indicators of the proposed method.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005119499/04A RU2282612C1 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Process of producing liquid oxygenates via conversion of natural gas and installation to implement the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005119499/04A RU2282612C1 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Process of producing liquid oxygenates via conversion of natural gas and installation to implement the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2282612C1 true RU2282612C1 (en) | 2006-08-27 |
Family
ID=37061277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005119499/04A RU2282612C1 (en) | 2005-06-23 | 2005-06-23 | Process of producing liquid oxygenates via conversion of natural gas and installation to implement the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2282612C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101481296A (en) * | 2008-01-11 | 2009-07-15 | 山东科技大学 | Production process for preparing sec-butyl alcohol by mixed C4 reaction distillation method |
| RU2715728C2 (en) * | 2018-06-20 | 2020-03-03 | Акционерное Общество "Газпромнефть - Московский Нпз" (Ао "Газпромнефть - Мнпз") | Method of producing oxygen-containing organic compounds c1-c4 |
-
2005
- 2005-06-23 RU RU2005119499/04A patent/RU2282612C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101481296A (en) * | 2008-01-11 | 2009-07-15 | 山东科技大学 | Production process for preparing sec-butyl alcohol by mixed C4 reaction distillation method |
| RU2715728C2 (en) * | 2018-06-20 | 2020-03-03 | Акционерное Общество "Газпромнефть - Московский Нпз" (Ао "Газпромнефть - Мнпз") | Method of producing oxygen-containing organic compounds c1-c4 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8202916B2 (en) | Method of and apparatus for producing methanol | |
| US8293186B2 (en) | Method and apparatus for producing methanol | |
| US8193254B2 (en) | Method and system for methanol production | |
| RU2447048C1 (en) | Combined method of producing ethylene and derivatives thereof and electrical energy from natural gas | |
| US10287224B2 (en) | Method and apparatus for producing methanol with hydrocarbon recycling | |
| RU2162460C1 (en) | Method of methanol production and plant for production of methanol | |
| RU2203261C1 (en) | Method of production of methanol and plant for method embodiment | |
| NO177850B (en) | Process for oxidizing ethane to acetic acid in a fluidized bed | |
| US7179843B2 (en) | Method of and apparatus for producing methanol | |
| RU2200731C1 (en) | Methanol production method and installation for implementation of the method | |
| RU2282612C1 (en) | Process of producing liquid oxygenates via conversion of natural gas and installation to implement the same | |
| RU2254322C1 (en) | Method for preparing methanol from gas in gaseous and gas-condensate deposit | |
| RU2330058C1 (en) | Method of processing associated petroleum gases | |
| RU2539656C1 (en) | Method for producing liquid hydrocarbons of hydrocarbon gas and plant for implementing it | |
| RU2233831C2 (en) | Method of production of methanol and plant for realization of this method | |
| WO2011021955A1 (en) | Plant for the homogeneous oxidation of methane-containing gas and process for the oxidation of methane-containing gas | |
| RU111133U1 (en) | PLANT FOR PRODUCING METHANOL | |
| RU2283829C1 (en) | Method for formaldehyde production | |
| RU2318795C1 (en) | Method for production of methanol solution of formaldehyde, c2-c4-alcohols and synthetic diesel fuel and device | |
| RU2740017C1 (en) | Method of producing cumene hydroperoxide | |
| RU92859U1 (en) | INSTALLATION FOR PRODUCTION OF METHANOL | |
| RU2451660C2 (en) | Method of producing methanol and plant to this end | |
| RU86590U1 (en) | PLANT FOR PRODUCING METHANOL | |
| RU2731213C1 (en) | Method of processing associated petroleum gases into liquid products | |
| RU2568113C1 (en) | Method of producing methanol and apparatus therefor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070624 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080727 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090624 |