EA009247B1 - Способ и система для превращения природного газа в жидкие углеводороды - Google Patents

Abstract

Способ превращения газа в жидкость (ГВЖ) и система для превращения природного газа в жидкие углеводороды (например, дизельное топливо, лигроин, дистилляты и т.д.), где в процессе ГВЖ повторно используются подсистемы оборудования от существующих установок конверсии газ-метанол. Генератор синтез-газа от метанольной установки используется для генерирования синтез-газа в настоящем процессе. Синтез-газ затем кондиционируют, удаляя СОи Н, после чего синтез-газ пропускают через реактор Фишера-Тропша (ФТ) с целью превращения синтез-газа в жидкие углеводороды. Реактор ФТ состоит из того же оборудования, которое ранее использовалось для превращения синтез-газа в метанол за исключением соответствующих катализаторов. После этого производится повышение качества жидких углеводородов и разделение их на индивидуальные углеводородные продукты.

Description

Настоящее изобретение относится к превращению газов в жидкости и, более конкретно к способу и системе для установок превращения газов в метанол, модифицированных в установки для превращения газов в жидкости, которые, таким образом, должны превращать природный газ (преимущественно метан) в углеводородные жидкости для местного рынка (например, бензин, дизельное топливо, дистилляты и т.д.).

Уровень техники

В некоторых регионах мира существуют большие или меньшие ресурсы природного газа, которые не находят своего рынка. Это обусловлено разнообразными причинами, например низким местным спросом, относительно малым числом потенциальных потребителей, ограниченной инфрастуктурой (например, отсутствием трубопроводов, терминалов для судов и т.п.), необходимой для вывода газа к рынку и т.д. В настоящее время многие из этих регионов (например, технически неразвитые страны) для удовлетворения своих возрастающих потребностей в топливе часто бывают вынужденными импортировать экологически вредное обычное высокосернистое дизельное топливо по относительно высокой цене. По этой причине желательность превращения имеющегося в этих регионах и не имеющего сбыта природного газа в углеводородные топлива (например, дизельное топливо, бензин, дистилляты, и т.д.) является уже давно общепризнанной. Если это осуществить экономично, то это позволило бы превратить имеющийся в регионе, но при этом не имеющий сбыта природный газ в доступный продукт, который можно было бы использовать в качестве топлива в соседних регионах.

Вероятно наиболее часто предлагаемым способом проведения этого типа процесса «газ-в-жидкость» (СТЬ, или ГВЖ) является способ, в котором природный газ вначале превращают в синтез-газ (смесь оксида углерода (СО) и водорода (Н₂)). Синтез-газ после этого подают в реактор Фишера-Тропша («ФТ»), в который, в свою очередь, загружают катализатор, подходящий для конвертирования синтезгаза в желаемый углеводородный продукт (например, бензин, дизельное топливо, дистилляты и т.д.), который определяется катализатором и рабочими условиями в реакторе. Такие процессы ФТ хорошо известны в промышленности; см., например, патенты США № 1798288; 2500533; 2552308; 4579985 и 5973453.

Хотя базовый способ такого типа известен достаточно давно, промышленная реализация способа ГВЖ оказалась затрудненной по общеэкономическим причинам, обусловленным экономически зависимыми операциями, причем экономику такого рода часто называют «удельными инвестиционными затратами проекта». «Удельные инвестиционные затраты проекта» обычно выражают в полных инвестиционных затратах проекта для конверсионной установки, поделенных на число ежесуточно производимых установкой баррелей углеводородных жидкостей.

Хотя было предложено множество проектов ГВЖ, промышленное воплощение получили из них немногие из-за необходимых инвестиционных затрат, которые достигали в проектах десятков тысяч долларов в расчете на производимый за сутки баррель продукта (см. Тут, Р.1.А., Уаи АссНст. Н.М.Н. аиб 8еибеи, М.М.С. «Новые возможности для сбыта природного газа: процесс 8Не11 М1бб1е Э|5О11а1с 8уп111С515» - статья, представленная на СА8ТЕСН 93, 15'¹¹ 1и1егиа1юиа1 ΕΝΟ/ЕРС СоиГегеисе & ЕхЫЬбюи, Париж, Франция, 16-19 февраля 1993 г.). Такие затраты делают типичный способ ГВЖ коммерчески непривлекательным, если только не имеют места особые обстоятельства, например наличие больших резервов дешевого газа. Поэтому не является удивительным, что, насколько это известно, названный базовый способ ГВЖ в настоящее время реализуется только в Южной Африке (8А8ОЬ и Моккдак) и в Малайзии (8Не11).

В известных к настоящему времени современных технологических разработках делались попытки снизить инвестиционные затраты одного из проектов ГВЖ с целью сделать этот способ жизнеспособным с коммерческой точки зрения. Один из путей включает улучшение эффективности работы во всем конверсионном процессе, т.е. увеличение количества баррелей жидкого углеводородного продукта, производимого за сутки на конкретной установке. К сожалению, оптимизация типичного процесса ГВЖ с целью придания ему более высокой коммерческой приемлемости быстро приводит к «закону убывающего плодородия». Иными словами, оптимизация процесса ГВЖ обычно требует более высоких капиталовложений на баррель для того, чтобы выдавить дополнительные баррели углеводородных жидкостей из этого конкретного процесса, чем это требовалось на баррель при менее высокой производительности в том же самом «неоптимизированном» процессе.

Другой обсуждаемый в промышленности путь снижения общих инвестиционных затрат проекта включает «увеличение масштаба» определенной аппаратуры из разнообразной аппаратуры, применяемой в процессе ГВЖ. Более крупная аппаратура или большее ее количество требует строительства более крупных установок, но это обычно приводит к относительно более низким «удельным капитальным затратам». Однако научные исследования показали, что хотя увеличение масштаба аппаратуры и строительство более крупных установок могут значительно снизить относительные капитальные затраты, в большинстве случаев эти затраты все еще остаются слишком высокими для того, чтобы такие процессы ГВЖ стали коммерчески привлекательными.

Так, в то время как путь, ориентирующийся на «увеличение масштаба», может снизить капитальные

- 1 009247 затраты от приблизительно $ 50000 за суточный баррель до приблизительно $ 25000-$ 35000 за суточный баррель для установок, производящих в сутки на 100000 или более баррелей жидких углеводородов больше, простые математические расчеты показывают, что начальные капитальные вложения для таких проектов должны все еще лежать в пределах от 2,5 до 3,5 миллиардов долларов на одну установку ГВЖ. Такие затраты все еще делают такого рода установки неэкономичными, особенно в регионах, где природный газ является дорогим и/или имеется в ограниченных количествах. Следовательно, если начальные капиталовложения невозможно снизить в значительной степени, перспективы для процессов ГВЖ в регионах с относительно низкой добычей природного газа являются туманными или отсутствуют.

Процесс Фишера-Тропша (ФТ) для превращения метана в жидкие углеводороды состоит в основном из трех отдельных стадий: (а) синтез и сжатие синтез-газа, (Ь) синтез продуктов (жидких углеводородов) и (с) повышение качества продукта. Как известно из практики, относительные затраты, относящиеся к (а) генерированию и сжатию синтез-газа, (Ь) секции реактора ФТ и (с) повышению качества продукта на установке ГВЖ, составляют по оценкам, соответственно, 60, 25 и 15% от суммарных капитальных затрат. Из этих цифр можно видеть, что, если при приобретении оборудования, используемого в стадиях (а) и (Ь), можно осуществить значительную экономию, то начальные инвестиционные затраты на установку ГВЖ должны быть значительно снижены, что создало бы, таким образом, возможность превращения газа в жидкость в регионах, которые ранее не были коммерчески привлекательными.

В последние годы было построено и введено в эксплуатацию относительно большое число установок для превращения природного газа в метанол. Одним из главных направлений применения метанола является его использование в качестве сырья для производства МТБЭ (метил-трет-бутилового эфира), являющегося добавкой к бензину, которая используется примерно с 1970 года для повышения октанового числа бензина и для выполнения требований, предъявляемых к кислородсодержащему и измененному по составу бензину. Однако после того, как МТБЭ был обнаружен в водоемах и грунтовой воде, в Калифорнии был объявлен запрет на его применение, чему могут вскоре последовать и другие правительственные правовые структуры.

Из-за упомянутого выше значительного уменьшения потребности в МТБЭ некоторые установки конверсии газ-метанол в США и Канаде в настоящее время оказались закрытыми. Был сделан ряд предложений использовать некоторые из этих установок для производства уксусной кислоты (см. патенты США № 6232352 В1, 6274096 В1 и 6353133). Эти простаивающие установки составляют почти 5 миллионов тонн потенциального производства метанола. Перспективы нового пуска каких-либо из этих установок для производства метанола очень невысоки, поскольку эти установки находятся преимущественно в Северной Америке, где необходимый для производства метанола природный газ очень дорог. Изза пониженного уровня спроса на метанол большая часть, если не все маргинальное производство метанола сдвинулось к регионам, где имеются большие ресурсы природного газа по относительно низкой себестоимости, таким как Персидский залив, Тринидад и Южная Америка. Если спрос на метанол возрастет, закрытые установки останутся скорее всего бездействующими, в то время как скорее всего будут построены новые установки в тех регионах, где природный газ имеется в изобилии и относительно дешев при сравнении с его ценой в Северной Америке.

Используемый на этих установках конверсионный способ получения метанола состоит в основном из тех же трех отдельных стадий, подобных стадиям в описанном выше процессе ГВЖ, т.е. (а) синтез и сжатие синтез-газа, (Ь) синтез продукта (метанола) и (с) повышение качества продукта. Хотя могут быть использованы и другие реакторы ФТ, одним из наиболее широко используемых типов реакторов, который используется для синтеза жидкого углеводородного продукта из синтез-газа, является реактор известный как многотрубный реактор (т.е. емкость с множеством закрепленных в ней труб, заполненных катализатором). К счастью, это тот же самый тип реакционного сосуда, который может быть использован для синтеза метанола (по ФТ) на бездействующих установках.

Поскольку бездействующие метанольные установки имеют малую экономическую ценность в тех местах, где они находятся в настоящее время, их настоящие владельцы имеют, по всей видимости, в качестве выбора либо продажу оборудования по цене лома, которая обычно примерно равна стоимости демонтажа установки, либо продажу части оборудования для производства уксусной кислоты. Однако как это будет видно из последующего описания, благодаря сходству между процессом превращения газа в метанол и процессами превращения газа в жидкие углеводороды в настоящее время существует и еще одна альтернатива. Она состоит в том, что если оборудование бездействующих метанольных установок может быть приобретено по сниженной цене и перевезено, модифицировано и вновь собрано для производства имеющих местный спрос жидких углеводородов (например, дизельного топлива) в регионах с малыми ресурсами природного газа, то в этом случае процесс ГВЖ станет экономически осуществимым.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение предлагает способ превращения газа в жидкость (ГВЖ) и систему для превращения углеводородного газа (например, природного газа) в жидкие углеводороды (например, дизельное топливо, лигроин, дистилляты и т. д.), где с использованием процесса ГВЖ осуществляется утилизация наиболее дорогих компонентов существующих установок конверсии природного газа в метанол. Это значительно снижает «инвестиционные расходы на один баррель продукта», обеспечивая при этом ра

- 2 009247 зумную эффективность конверсионного процесса и, таким образом, создавая возможность для конверсии ГВЖ в регионах, где в противном случае этот процесс не был бы коммерчески жизнеспособным.

Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу ГВЖ и системе для превращения природного газа (преимущественно метана) в синтез-газ, который, в свою очередь, после этого превращают в углеводородные жидкости. В связи с существовавшим ранее высоким спросом на добавку к бензину МТБЭ был построен ряд установок конверсии природного газа в метанол, являющийся компонентом МТБЭ. Однако недавно МТБЭ был признан экологически опасным, что привело к остановке многих из названных установок. При небольшом спросе на оборудование этих метанольных установок это оборудование имеет большие шансы быть проданным как лом. Согласно настоящему изобретению это оборудование модифицируется, перевозится и повторно используется для превращения природного газа в жидкие углеводороды. Благодаря необходимым для этого относительно низким инвестиционным затратам создается возможность осуществления способов ГВЖ в регионах с относительно небольшими и изолированными резервами природного газа, которые в противном случае могли бы игнорироваться.

Система ГВЖ настоящего изобретения состоит из (а) подсистемы синтеза синтез-газа, (Ь) подсистемы синтеза продукта, которая превращает синтез-газ в жидкие углеводороды, (с) подсистемы повышения качества продукта (например, перегонная колонна), которая повышает качество продукта и разделяет разные углеводороды, и (ά) подсистемы кондиционирования синтез-газа, которая удаляет из синтезгаза двуокись углерода (СО₂) и водород (Н₂), после чего синтез-газ будет направлен в подсистему синтеза продукта.

К счастью, оборудование, используемое в подсистемах (а) и (Ь) и иногда в подсистеме (с), в основном является тем же самым что и оборудование, используемое в соответствующих подсистемах конверсионной установки для получения метанола. В частности, генератор синтез-газа (например, проточный реформинг-реактор/реактор термического автореформинга), используемый для превращения природного газа в синтез-газ в настоящем изобретении, является таким же, как генератор получения синтез-газа конверсионной установки для получения метанола. Однако в конверсионном процессе получения метанола оборудование в подсистеме (а) используется для получения синтез-газа, обогащенного СО₂ и Н₂. К сожалению, эти компоненты отрицательно влияют на производительность процессов, в которых синтез-газ, обедненный СО2 и Н2 и обогащенный моноксидом углерода СО, является значительно более эффективным.

Таким образом, согласно настоящему изобретению синтез-газ из подсистемы синтеза синтез-газа (которая в основном та же, что и подсистема синтеза синтез-газа типичной метанольной установки) направляется в подсистему кондиционирования синтез-газа настоящего изобретения. При прохождении синтез-газа через подсистему кондиционирования как СО2, так и Н2 удаляются из синтез-газа, снижая тем самым содержание в синтез-газе СО₂ и Н₂. Далее удаленный СО₂ рециркулирует в поступающий сырьевой природный газ, прежде чем тот входит в генератор синтез-газа, что, в свою очередь, повышает количество более предпочтительного СО. Удаленный Н₂ может быть использован в качестве топлива в процессе и/или в подсистеме повышения качества продукта.

Кондиционированный синтез-газ поступает в реактор Фишера-Тропша, который состоит из той же самой емкости, которая образует реактор получения продукта (метанола) в конверсионной установке получения метанола. Обычно он представляет собой автоклав с множеством расположенных внутри вертикальных труб. Трубы заполнены катализатором, который эффективен в отношении конверсии синтезгаза в желаемый продукт. Катализатор, используемый для превращения синтез-газа в метанол, в настоящем изобретении удаляется и заменяется катализатором, который конвертирует кондиционированный синтез-газ в жидкие углеводородные продукты (например, дизельное топливо и т.п.).

Жидкие продукты из подсистемы синтеза продукта направляют далее в подсистему повышения качества продукта, где осуществляется повышение их качества и/или где они разделяются на целевые продукты (например, дизельное топливо, лигроин и т.д.). Подсистема повышения качества продукта обычно состоит из перегонной колонны, блоков гидрокрекинга и т.д.).

Краткое описание чертежей

Необходимые конструкционные работы и несомненные преимущества настоящего изобретения станут яснее при знакомстве с чертежами (необязательно масштабированными), на которых одинаковые числа относятся к одинаковым деталям, где фиг. 1 представляет упрощенную схему последовательности операций типичной установки предшествующего уровня техники для превращения природного газа в метанол и фиг. 2 представляет упрощенную схему последовательности операций установки фиг. 1, модифицированной в соответствии с настоящим изобретением для превращения природного газа в жидкие углеводороды.

Хотя изобретение далее будет описываться на основе предпочтительных воплощений, следует иметь ввиду, что настоящее изобретение ими не ограничивается. Напротив, целью изобретения является охватить все альтернативы, модификации и равнозначные варианты, которые могут соответствовать сути и объему изобретения, определенным в прилагаемой формуле изобретения.

- 3 009247

Описание предпочтительных воплощений

Согласно более детальному подходу к чертежам фиг. 1 представляет упрощенную схему последовательности операций системы 10 и процесса, используемого на типичной метанольной установке для превращения природного газа в метанол. Метанольная система 10 в основном состоит из трех базовых подсистем: подсистемы А синтеза и сжатия синтез-газа; подсистемы В синтеза продукта (метанола) и подсистемы С повышения качества продукта. Природный газ (преимущественно метан) превращается в синтез-газ и сжимается до высокого давления в подсистеме А, после чего пропускается через реактор в подсистеме В, внутри которого имеется катализатор конверсии синтез-газа, преимущественно в метанол. Продукты из реактора в подсистеме В пропускают затем через перегонную колонну или подобное ей устройство в подсистеме С, где продукты подвергаются дальнейшей переработке и повышению качества с образованием целевого продукта - метанола.

С целью лучшего представления того, каким образом процесс и оборудование фиг. 1 связаны с настоящим изобретением, представленном на фиг. 2, далее дается более детальное описание процесса получения метанола. С помощью приведенных ниже описаний могут приводиться примеры температур и давлений на соответствующих стадиях процессов, проводимых в соответствии с процессами, показанными на фиг. 1 и 2.

Однако следует уточнить, что эти температуры и давления являются лишь иллюстративными в отношении предполагаемых условий в системе для конкретной операции, в то время как реальные значения в других процессах в той или иной степени варьируют, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения. Упомянутые условия базируются на типичном процессе в соответствии с настоящим изобретением, в котором в течение суток перерабатывается 12,8 миллиона нормальных кубических футов газового сырья (т. е. природного газа) в сутки с повторным использованием на фиг. 2 некоторых компонентов оборудования от метанольной установки с производительностью 350 000 т/год (фиг. 1).

Природный газ или метан (используемые попеременно в течение всего процесса) предварительно нагревают (не показано) и подают через входную линию 11 и барабаны 12 десульфуратора в подсистему А синтеза синтез-газа системы 10. После обессеривания газ смешивают с паром из линии 13 и затем пропускают через генератор синтез-газа 14. Для реформирования природного газа в синтез-газ существуют несколько хорошо известных генераторов синтез-газа: например, установки реформинга с водяным паром (8МК), установки автотермического реформинга (АТК), частичное окисление (РО) и комбинированный реформинг (объединяет 8МК и АТК). В большинстве известных существующих конверсионных установок получения метанола для повышения количества СО2 в производимом синтез-газе, что способствует конверсии синтез-газа в метанол, используется установка реформинга газа 14, состоящая из печи установки реформинга с водяным паром (8МК) или объединенного реформинг-блока (последовательно работающие 8МК и АТК (не показано)).

Как должно быть понятно специалисту, печь 14 установки реформинга с водяным паром содержит трубы (не показаны), которые, в свою очередь, содержат катализатор реформинга (например, никельсодержащий катализатор). При нагревании природного газа, смешанного с водяным паром, и прохождении его через заполненные катализатором трубы в 8МК 14 газ превращается в водород (Н₂), оксид углерода (СО), двуокись углерода (СО₂), небольшое количество неконвертированного метана (СН₄) и инертные вещества, а также непрореагировавший водяной пар (Н₂О). Следует иметь ввиду, что в зависимости от объема конвертируемого природного газа в некоторых системах могут быть использованы параллельно более одной печей 8МК.

Типичными условиями для 8МК 14 являются давление 2,95 МПа и 980°С. Выбор применяемой температуры обусловлен необходимостью достижения достаточной степени превращения природного газа в синтез-газ. Чтобы избежать разрыва реакторных труб, давление ограничивается относительно низкими значениями. Покидающий 8МК 14 синтез-газ охлаждается (например, до 38°С) в теплообменнике 15 для конденсации и удаления избытка водяного пара (не показано), после чего газ проходит через компрессор(ы) 16 (обычно трехстадийный компрессор) для повышения давления синтез-газа до значений (например, до 6,35-7,60 МПа), необходимых для требуемого образования метанола.

Синтез-газ после этого вновь нагревают (до 200°С) в теплообменнике 20 и затем подают в метанольный реактор 18 (например, известный метанольный реактор Лурджи с водяным охлаждением) в подсистеме В синтеза продукта. Как известно из практики, реактор 18 относится к такому типу реакторов, которые содержат неподвижный катализатор типа оксид меди/оксид цинка, находящийся внутри вертикальных труб, окруженных кипящей водой. Реакция протекает в почти изотермических условиях, что обеспечивает высокую конверсию и устраняет опасность повреждения катализатора из-за чрезмерной температуры.

Продукт из реактора 18 выходит по линии 19 и охлаждается от входящего синтез-газа в теплообменнике 20 и дополнительным охладителем(ями) 21, после чего продукт подают в сепаратор 22 в подсистеме С повышения качества продукта. Верхний продукт (рециркулирующий газ) из сепаратора 22 в основном возвращается в реактор 18 по линии 23, в то время как некоторое избыточное количество газа возвращается в печь 8МК 14 в качестве газообразного топлива. Нижний продукт из сепаратора 22 направляют в перегонную колонну 24 или подобное ей устройство по линии 25. Различные продукты (на

- 4 009247 пример, воду, масло и метанол), как это должно быть понятно специалистам, выводят из колонны 24 через линии 26, 27 и 28, соответственно. С другой стороны, приведенное описание конверсионной системы для получения метанола и процесса хорошо известно и было, как это должно было понятно специалистам, упрощено в целях ясности. В частности, в зависимости от объема конвертируемого природного газа может быть использовано более одного реактора 18 как параллельно, так и последовательно.

Более конкретно, приведенное выше описание является примером для типичной установки конверсии метана в метанол, относящейся к тому типу, который до настоящего времени применяется для производства сырья (метанола) для добавки к бензину МТБЭ. В настоящее время, когда спрос на МТБЭ резко упал, ряд таких установок был закрыт и в настоящее время они бездействуют. Согласно настоящему изобретению значительная часть оборудования этих бездействующих метанольных установок (в особенности наиболее дорогостоящие компоненты) модифицируется и повторно используется для создания системы, способной превращать природный газ в жидкие углеводороды (например, дизельное топливо). Это позволяет модифицировать оборудование и заново собирать его в регионах с небольшими резервами природного газа, но где жидкие углеводородные продукты являются жизненно необходимыми.

Обращаясь теперь к фиг. 2, отметим, что система превращения газа в жидкость (ГВЖ) 10а состоит из трех основных подсистем: подсистемы А₁ синтеза и сжатия синтез-газа; подсистемы В₁ синтеза продукта (жидкого углеводорода); подсистемы С₁ повышения качества продукта и подсистемы Ό кондиционирования синтез-газа. Как можно убедиться, оборудование в подсистеме А₁ в основном идентично оборудованию в подсистеме А на фиг. 1, в частности десульфурационные барабаны 12, генератор синтезгаза 14, холодильник(и) 15 и компрессор(ы) синтез-газа 16. С другой стороны, если необходимо отрегулировать производительность в какой-либо конкретной операции, могут быть использованы две или более установки реформинга с водяным паром (8МК.) 14.

Благодаря своему химическому составу выходящая из генератора 14 композиция синтез-газа является подходящим сырьем для конверсии в метанол в описанном выше способе, но значительно менее перспективна для превращения в жидкие углеводороды (например, в дизельное топливо) в процессе Фишера-Тропша (ФТ). Это обусловлено тем фактом, что выходящий из генератора 14 синтез-газ состоит из оксида углерода (СО), воды (Н₂О), двуокиси углерода (СО₂) и водорода (Н₂). Производительность конверсии в метанол повышается, когда синтез-газ в основном состоит из СО₂ и больших количеств Н₂. Однако такой состав синтез-газа не столь же эффективен в процессах ФТ, производящих жидкие углеводороды, так как для процесса ФТ подходит синтез-газ с большим содержанием СО и который значительно обеднен как в отношении СО2, так и Н2.

Вновь обращаясь к фиг. 2, отметим, что природный газ подают через барабаны десульфуратора 12 в подсистему синтеза синтез-газа А1 системы 10а. После обессеривания газ смешивают с паром из линии и СО₂ из линии 30, после чего вводят под давлением 2,95 МПа и при температуре 38°С в генератор синтез-газа (установку реформинга с водяным паром 14), где газ нагревают до 980°С, создавая тем самым условия, при которых природный газ взаимодействует с СО₂, образуя СО и Н₂. Синтез газ из 8МК.

охлаждают до 38°С в теплообменнике(ах) 15 и направляют после этого по линии 31 в подсистему Ό кондиционирования синтез-газа.

Подсистема Ό кондиционирования синтез-газа состоит из установки удаления двуокиси углерода (СО₂) 33 и установки удаления водорода (Н₂) 34. Установка удаления СО₂ 33 состоит из аминного скруббера(ов) 35 (относящегося, например, к типу, поставляемому 811е11 Ре!то1еит, процесс ΑΌΙΡ или Ьитд1, процесс КЕСТ1§ОЬ и т.д.), который, как хорошо известно, удаляет СО₂ из потоков в других процессах (например, при очистке природного газа, в производстве карбамидных удобрений и т.д.). Установка удаления водорода 34 включает любое известное средство для удаления Н₂ типа тех, которые применяют для удаления водорода из потока газа в операциях на нефтеперерабатывающих заводах (например, установка мембранного удаления водорода или установка очистки водорода РК48М типа тех, которые поставляет ΑΙΚ. РВОЭиСТЗ ΑΝΏ СНЕМ1САЬ8, ΙΝΕ или установки ргеббите 8\νίπ§ (переменного давления) типа поставляемых фирмой ИОР. Предпочтительной для удаления водорода является система разделения и очистки РК18М благодаря относительным уровням давления в потоке очищаемого водорода и в продувочном газе.

Установки 33 и 34 проектируются и эксплуатируются таким образом, что стехиометрическое отношение Н₂/СО₂ в кондиционированном синтез-газе равно 2, что считается идеальным для конверсии по ФТ. Отделенная СО₂ с установки 33 подается по линии 30 в поступающий поток природного газа 11 для смешения с последним, после чего смешанный поток поступает в БМК. 14 для активирования производства СО в 8МК. 14. Отделенный Н₂ с установки 34 возвращается по линии 36 в 8МК. 14 для использования в качестве топлива. Выводимый Н₂ характеризуется высокой чистотой и благодаря этому может быть также использован в последующей переработке жидких углеводородов с помощью гидрокрекингагидроизомеризации в соответствии с известной практикой.

Кондиционированный синтез-газ выходит из подсистемы Ό кондиционирования синтез-газа и направляется по линии 37 в подсекцию В₁ синтеза продукта, где он смешивается с рециркулирующим синтез-газом из линии 23 и рециркулирующими углеводородными жидкостями из линии 38, после чего кондиционированный синтез-газ поступает в реактор(ы) ФТ 18а (в целях ясности показан только один). Ре

- 5 009247 цикл в линии 23 представляет большую часть неконвертированного синтез-газа, выходящего из реактора(ов) ФТ 18а. При этом реактор ФТ 18а является тем же самым, что и реакторы в описанном выше конверсионном процессе получения метанола, хотя нельзя исключить и другие типы реакторов, применимых для заявленного в настоящем патенте процесса. Иными словами, реактор ФТ 18а является таким же многотрубным реактором, как и реактор 18 на фиг. 1, за тем исключением, что трубы в реакторе 18а заполнены катализатором (например, кобальтсодержащим катализатором, см. патенты США № 4579985 и 4579986), который отличен от катализатора, используемого для превращения синтез-газа в метанол в системе, показанной на фиг. 1.

Конвертированные жидкие углеводороды выходят из реактора ФТ 18а через выход 39, охлаждают за счет теплообмена с 21 и вводят в сепаратор 22. Верхний продукт из сепаратора 22 охлаждают в теплообменнике 21а и направляют во второй сепаратор 22а. Таким образом, поток из реактора разделяется на жидкие продукты, которыми могут быть как легкие, так и тяжелые жидкие углеводороды, и неконвертированный синтез-газ, который можно (частично) направить на рециркуляцию, поставляя молекулы газа, у которых появляется повторный шанс превратиться в жидкие углеводороды.

С целью балансирования объема рециркулирующего газа, отводимый поток (верхний продукт из сепаратора 22а) пропускают по линии 40 для использования в качестве топлива на 8МК 14. Донный продукт (т.е. жидкие углеводороды) из обоих сепараторов (22 и 22а) смешивают с потоком в линии 45, выходящим из секции гидрокрекинга-гидроизомеризации 44 с образованием сырья для перегонной секции или колонны 24а, где углеводородный поток фракционируется на продукты, например газ/сжиженный газ 46, лигроин 47, дизельное топливо 48 и парафин 49. Парафин в линии 49 может быть отобран в качестве продукта или, в случае производства дистиллятов, предпочтительно направлен в качестве сырья в секцию гидрокрекинга-гидроизомеризации 44.

В этой подсистеме парафин, преимущественно смешанный с водородом из линии 36, подается в печь (не показана), где он нагревается до приблизительно 425°С. Выходящий из печи поток через реактор с неподвижным слоем катализатора, включающего металл, выбранный из группы, состоящей из кобальта, молибдена, никеля и вольфрама, нанесенный на материал носителя типа окиси алюминия, оксида кремния/окиси алюминия или цеолита. Этот катализатор осуществляет мягкий крекинг и гидроизомеризацию углеводородов с образованием углеводородной смеси с преимущественным содержанием дизельного топлива, которая затем поступает на вход перегонной колонны 24а для разделения продуктов.

Как было пояснено выше, реакция ФТ является в высшей степени экзотермической, т. е. рассеивает большие количества тепла, в результате чего перенос тепла в реакторе ФТ 18а очень важен. Неожиданным образом было обнаружено, что этому переносу тепла в огромной степени способствуют производимые в реакторе жидкие углеводороды, рециркулирующие по линии 41. Как известно специалистам, эта жидкость автоматически присутствует на дне реактора. Однако в верхней части реактора происходит газофазный процесс, по причине чего в отсутствие рецикла жидких углеводородов там имеет место намного более высокое сопротивление теплопереносу.

Дополнительным преимуществом жидкого рецикла является продление долговечности и времени использования катализатора. Благодаря орошению жидким рециклом наблюдается меньший перегрев поверхности катализатора и, соответственно, меньшее отложение кокса. В результате этого в процессе принимает участие большее количество катализатора и в течение более длительного периода по сравнению с тем, что имело бы место без жидкого рецикла. Поскольку наиболее важный вклад жидкого рецикла обусловлен его физическими свойствами как жидкости, место, в котором жидкий продукт забирается на рециркуляцию, не является очень существенным. Таким образом, продукт может быть забран из неочищенных светлых продуктов процесса ФТ, из перегнанных продуктов процесса ФТ или из потока, выходящего из реактора гидрокрекинга-гидроизомеризации. Однако поскольку в процессе ФТ образуется некоторое количество олефинов, рецикл жидкости с наиболее высоким содержанием олефинов является выгодным для операции в реакторной системе ФТ (см. (1) Кшрегк, Е.^. е! а1., Νοη-ΆδΕ ртобис! б1к1пЬиΐΐοηδ бие 1о кесопбагу теасИопк битшд Икйег-Тторксй купШекщ, 1. Са!а1., 1996, рр 228-256; и (2) 1д1с51а. Е. е! а1 Ттапкрой-епйапсеб а1рйа-о1еДп теабкотрйоп раБщаук Еи-са1а1ухеб ЬубтосатЬоп куп(Не818, 1. Са!а1., 1991, рр 1129, 238-256).

В целях лучшего понимания преимуществ настоящего изобретения, касающегося превращения существующих известных метанольных установок в установки для конверсии природного газа в жидкие углеводороды (ГВЖ), приведены следующие примеры

Пример 1. Пример 1 является моделированием превращения известной конверсионной установки получения метанола такого типа, который показан на фиг. 1, в установку ГВЖ, не имеющую преимуществ настоящего изобретения. В основу этого примера предлагается процесс, в котором 14,0 миллионов нормальных кубических футов газового сырья (т.е. природного газа) ежесуточно превращается в синтезгаз. После сжатия синтез-газа, в котором содержание двуокиси углерода и водорода превышает их стехиометрически необходимое количество, его направляют в модифицированный реактор ФТ (т.е. модифицированный метанольный реактор). Генерируемый синтез-газ объединяют с рециркулирующим газом из потока, выходящего из реактора ФТ. В реакторе ФТ синтез-газ взаимодействует с жидкими углеводородами над катализатором ФТ на основе кобальта на носителе (см. патент США № 4579985). Моделиро

- 6 009247 вание показало, что возможно ежесуточное производство 1100 баррелей жидких углеводородов на установке при начальных инвестиционных затратах 40 миллионов долларов США или 36 000 долларов США на ежесуточный баррель жидких углеводородов.

Пример 2. Пример 2 является моделированием превращения известной конверсионной установки получения метанола такого типа, который показан на фиг. 1, в установку ГВЖ такого типа, который показан на фиг. 2, причем эта установка обладает преимуществами настоящего изобретения. В основу этого примера предлагается процесс, в котором 12,8 миллионов нормальных кубических футов газового сырья (т.е. природного газа) ежесуточно превращается в синтез-газ. После сжатия синтез-газа, в котором содержание водорода превышает его стехиометрически необходимое количество, направляют в подсекцию Ό кондиционирования синтез-газа для удаления СО₂ и Н₂. Удаленный СО₂ рециркулирует к входу в генератор синтез-газа с целью повышения КПД по углероду. Часть удаленного Н₂ используется в качестве топливного газа, а другая часть используется на установке 44 мягкого гидрокрекинга-гидроизомеризации. Кондиционированный синтез-газ направляют в реактор ФТ (бывший до этого метанольным реактором). Кондиционированный синтез-газ объединяют с газовым рециклом из выходящего потока реактора ФТ. В реакторе ФТ синтез-газ вступает в реакцию с образованием жидких углеводородов над катализатором ФТ на основе кобальта на носителе того же типа, который использован в примере 1. Результаты моделирования показали, что возможно ежесуточное производство 1600 баррелей жидких углеводородов на установке при начальных инвестиционных затратах 48 миллионов долларов США или 30000 долларов США на ежесуточный баррель жидких углеводородов.

Приведенные примеры ясно показывают преимущества оптимального использования оборудования отвергнутого процесса в новой конфигурации процесса ГВЖ, в частности путем использования оборудования остановленной метанольной установки в процессе ФТ. Иными словами, возможно ежесуточное производство большего количества баррелей продукта из меньшего объема природного газа при меньших инвестиционных затратах на ежесуточный баррель жидких углеводородов. Примеры кроме того показывают, что при этих условиях для достижения оптимальных удельных капиталовложений, выраженных в суммарных капиталовложениях на ежесуточный баррель производимого углеводородного продукта, проект ГВЖ становится в меньшей степени зависимым от масштаба производства.

Claims (20)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ преобразования природного газа в жидкие углеводородные продукты, включающий следующие стадии:

   преобразуют природный газ в синтез-газ, состоящий из оксида углерода, двуокиси углерода, водорода и воды;

   осуществляют кондиционирование синтез-газа путем частичного удаления из него водорода и двуокиси углерода;

   преобразуют кондиционированный синтез-газ в жидкие углеводородные продукты.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение водорода к двуокиси углерода в синтез-газе регулируют до значения 2.
3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что природный газ превращают в синтез-газ с помощью реформинга с водяным паром и/или автотермического реформинга.
4. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что кондиционированный синтез-газ превращают в жидкие углеводородные продукты с помощью реакции Фишера-Тропша.
5. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что кондиционированный синтез-газ превращают в упомянутые жидкие углеводородные продукты с помощью реакции Фишера-Тропша.
6. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что смешивают по крайней мере часть удаленной двуокиси углерода с природным газом с последующим конвертированием природного газа в синтез-газ.
7. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют по крайней мере часть удаленного водорода в качестве топлива при проведении реформинга с водяным паром.
8. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что повышают качество жидких углеводородных продуктов путем их пропускания через перегонную колонну с получением разделенных углеводородных продуктов.
9. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что удаляют практически всю серу, возможно присутствующую в природном газе, с последующим превращением природного газа в синтез-газ.
10. 10. Система преобразования природного газа в жидкие углеводородные продукты, содержащая подсистему синтеза природного газа в синтез-газ, который состоит из оксида углерода, двуокиси углерода, водорода и воды;

    подсистему кондиционирования синтез-газа для частичного удаления из него двуокиси углерода;

    подсистему синтеза продукта для преобразования кондиционированного синтез-газа в жидкие углеводородные продукты.
11. 11. Система по п.10, отличающаяся тем, что подсистема синтеза и сжатия синтез-газа включает установку реформинга с водяным паром для превращения природного газа в синтез-газ.
12. 12. Система по п.11, отличающаяся тем, что подсистема синтеза продукта включает по меньшей

    - 7 009247 мере один реактор Фишера-Тропша.
13. 13. Система по п.10, отличающаяся тем, что подсистема кондиционирования синтез-газа включает средство для удаления двуокиси углерода из синтез-газа и средство для удаления водорода из синтезгаза.
14. 14. Система по п.13, отличающаяся тем, что содержит средство для смешения, по крайней мере, некоторого количества удаленной окиси углерода с природным газом с последующим поступлением природного газа в реактор реформинга с водяным паром.
15. 15. Система по п.10, отличающаяся тем, что содержит подсистему повышения качества жидких углеводородных продуктов, включающую перегонную колонну.
16. 16. Система по п.10, отличающаяся тем, что подсистема синтеза синтез-газа и подсистема синтеза продукта включают компоненты из подсистемы синтеза синтез-газа и из подсистемы синтеза продукта ранее используемой системы преобразования природного газа в метанол.
17. 17. Способ модифицирования известной системы преобразования природного газа в метанол, состоящий из подсистемы синтеза синтез-газа и подсистемы синтеза продукта, в систему преобразования природного газа в жидкие углеводородные продукты, отличающийся тем, что включает следующие стадии:

    вводят в состав известной подсистемы подсистему кондиционирования синтез-газа, в которой производят частичное удаление водорода и двуокиси углерода;

    осуществляют замену катализатора в подсистеме синтеза продукта, который конвертирует синтезгаз в метанол, на катализатор, который конвертирует кондиционированный синтез-газ в жидкие углеводородные продукты.
18. 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что содержит линию для пропускания двуокиси углерода от подсистемы кондиционирования синтез-газа к подсистеме синтеза синтез-газа с целью смешения с природным газом.
19. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что включает подсистему повышения качества продукта, адаптированную к приему жидких углеводородных продуктов от подсистемы синтеза продукта.
20. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что включает для возврата удаленного водорода к подсистеме синтеза синтез-газа с целью его использования в качестве топлива и к подсистеме повышения качества продукта, которую используют при повышении качества жидких углеводородов.