EA023626B1

EA023626B1 - Способ производства заменителя природного газа

Info

Publication number: EA023626B1
Application number: EA201201442A
Authority: EA
Inventors: Филипп Хенри Дональд Истлэнд; Джонатан Джеоффри Гэвин; Дэвид Эндрю Уокер
Original assignee: Дэйви Проусесс Текнолоджи Лимитед
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2016-06-30
Also published as: AP2012006580A0; CN102959057B; ZA201208545B; MY160744A; CN102959057A; CL2012003699A1; JP5813762B2; EA201201442A1; EP2588579B1; KR20130095647A; WO2012001401A1; NZ603500A; AR082071A1; AU2011273136A1; US20130210938A1; EP2588579A1; AU2011273136B2; US8969423B2; UA110483C2; JP2013531719A

Abstract

В изобретении предлагается способ производства заменителя природного газа, который включает в себя следующие операции: подача питающего газа в первый, и/или второй, и/или последующий объемный метанатор; проведение метанации этого питающего газа в присутствии подходящего катализатора; удаление, по меньшей мере частично, прореагировавшего потока из первого объемного метанатора и подача его во второй и/или последующий объемный метанатор, где его подвергают дополнительной метанации; пропускание потока продукта из оконечного объемного метанатора в группу концевых метанаторов, где его подвергают дополнительной метанации; удаление рециклового потока ниже по течению от первого, второго или последующего объемного метанатора, и в любом порядке пропускание его через компрессор, проведение его охлаждения и затем подача в группу рецикловых метанаторов и/или в единственный рецикловый метанатор для дополнительной метанации, ранее рециркуляции в первый, и/или второй, и/или последующий метанатор.

Description

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа производства топливных газов, подходящих для использования в качестве заменителя природного газа (8ΝΟ), из синтез-газа, такого как получаемый за счет неполного окисления углеродистых видов топлива, таких как нефть или уголь.

Уже известны различные способы производства 8ΝΟ. Один такой способ описан в патенте США 4016189. Предложено производить обработку питающего газа в единственном высокотемпературном объемном метанаторе с последующей обработкой в единственном низкотемпературном концевом метанаторе. При осуществлении этого способа весь свежий питающий газ подают в объемный метанатор, в котором происходит метанация большей части оксидов углерода в метан. Так как эта реакция является высоко экзотермической, то требуется большая тепловая масса для ограничения роста температуры через объемный метанатор на приемлемом уровне. Эту тепловую массу подводят в виде рециркулирующего газа, который отбирают ниже по течению от объемного метанатора, но до концевого метанатора. Рециркулирующий поток сжимают ранее его подачи выше по течению от объемного метанатора.

Одноступенчатый концевой метанатор, который описан в патенте США 4016189, подходит для производства газа с низкой теплотворной способностью, с содержанием метана 60%. Это содержание метана лежит ниже требующегося уровня метана в соответствии с современными техническими требованиями на 8ΝΟ продукт.

В общем, следует иметь в виду, что объемный метанатор представляет собой метанатор, который получает весь богатый оксидом углерода питающий поток или его часть, то есть свежий питающий поток установки. Концевой метанатор представляет собой метанатор, который совсем не получает богатый оксидом углерода свежий питающий поток и который осуществляет концевую (подстроечную) метанацию, часто при более низкой температуре, чем объемный метанатор. В соответствии с настоящим изобретением рецикловый метанатор представляет собой метанатор, который находится внутри контура рециркуляции и который получает богатый оксидом углерода свежий питающий поток.

Альтернативный способ описан в патенте США 4205961. Задачей этого способа является оптимизация установки за счет снижения эксплуатационных расходов. Это достигнуто за счет увеличения числа объемных метанаторов. В частности, нагрузка объемной метанации разделена между двумя реакторами. Свежий питающий поток подают как в первый, так и во второй объемный метанатор. Поток, отбираемый из первого объемного метанатора, разделяют на часть, которую рециркулируют через компрессор в первый объемный метанатор, и остаток, который пропускают во второй объемный метанатор. Поток, отводимый из второго объемного метанатора, пропускают в концевой метанатор.

Разделение нагрузки между двумя объемными метанаторами, по существу, означает, что обработку меньшей полной объемной нагрузки проводят в первом объемном метанаторе. Так как рециркуляцию осуществляют только вокруг первого объемного метанатора, то расход рециркуляции должен быть только достаточен для контроля повышения температуры через этот слой. Снижение нагрузки приводит к тому, что меньшая теплота реакции должна быть отведена при помощи рециклового газа, что, в свою очередь, приводит к снижению рециклового расхода. Газ, проходящий вперед из первого объемного метанатора во второй объемный метанатор, действует как тепловая масса для охлаждения второй ступени объемной реакции. В технологической карте, описанной в патенте США 4205961, около 70% свежего питающего газа пропускают в первый объемный метанатор, а остаток пропускают во второй объемный метанатор. Второй объемный метанатор позволяет снизить рецикловый расход ориентировочно на 30%, при поддержании такого же падения давления в контуре рециркуляции. Это создает преимущество, связанное со снижением энергопотребления рециклового компрессора, но за счет реактора второго метанатора. Газовый продукт, полученный при помощи способа, описанного в патенте США 4205961, не отвечает современным техническим требованиям на 8ΝΟ продукт.

Различные альтернативные процессы описаны в патенте США 4133825. В отличие от других процессов, в которых секция сдвига введена выше по течению от блока метанации, в описанном здесь процессе используют концепцию сдвига и метанации неочищенного газа поверх катализатора метанации и внутри блока метанации. Результатом этого является избыток диоксида углерода в продукте и поэтому необходимо предусмотреть блок удаления диоксида углерода ниже по течению от блока метанации. Проведение реакции сдвига внутри блока метанации требует больших количеств пара. Поэтому предусмотрен сатуратор, расположенный выше по течению от секции метанации, чтобы одновременно сатурировать и нагревать питающий поток паром ранее проведения объемной метанации. Это не только позволяет получать необходимый пар для реакции сдвига поверх катализатора метанации, но и предотвращает образование углерода на катализаторе.

В одной схеме расположения используют два объемных метанатора, причем часть питающего газа пропускают в первый объемный метанатор, а остаток пропускают во второй объемный метанатор. Весь поток, удаленный из первого объемного метанатора, пропускают во второй объемный метанатор, а рецикловый поток отбирают после второго объемного метанатора. После пропускания через компрессор рецикловый поток пропускают в первый объемный метанатор. Часть потока, отбираемого из второго объемного метанатора, которую не используют как рецикловый поток, пропускают в концевые метанаторы. В других известных альтернативных процессах используют больше двух объемных метанаторов и исходный питающий поток разделяют между всеми имеющимися объемными метанаторами. При этом

- 1 023626 рецикловый поток отбирают после последнего объемного метанатора.

Проведение реакции сдвига внутри блока метанации исключает необходимость наличия отдельной секции сдвига. Однако, так как расход через блок метанации становится намного больше, в результате того, что имеется большая масса диоксида углерода, которая проходит из питающего потока в продукт безо всякой реакции, то увеличивается количество требующегося катализатора, причем размер всех единиц оборудования кроме компрессора также возрастает. Это происходит потому, что диоксид углерода создает большую тепловую массу для удаления теплоты из объемной системы и поэтому большой рецикловый поток не требуется.

Еще один альтернативный способ описан в патенте США 4298694. В этом способе используют двойной катализатор, чтобы снизить эксплуатационные расходы §N0 установки за счет снижения мощности рециркуляции компрессора. Это достигнуто за счет снижения температуры на впуске объемного метанатора, так что при прежней температуре на выпуске объемного метанатора получают возрастание температуры через слой. Это означает, что больше теплоты реакции может быть использовано для повышения температуры слоя. Это позволяет снизить тепловую массу газа, необходимую для отбора теплоты, выделяющейся в реакции, и, таким образом, уменьшить рецикловый расход.

Катализатор метанации на базе никеля, использованный в патенте США 4298694, не работает стабильно ниже температур около 320°С. Поэтому, чтобы понизить входную температуру метанатора, катализатор сдвига, содержащий по меньшей мере два элемента из группы, содержащей медь, цинк и хром, устанавливают выше катализатора метанации. Это позволяет производить частичный сдвиг питающего газа при низкой температуре. Экзотермическую реакцию сдвига используют для подогрева питающего потока, поступающего в катализатор метанации, и для снижения величины сдвига, проводимого при высокой температуре катализатора метанации. Полная нагрузка реактора является одинаковой вне зависимости от присутствия катализатора сдвига. Однако его присутствие позволяет понизить температуру в реакторе.

Таким образом, загрузка катализатора сдвига сверху от катализатора метанации оказывает значительное влияние на уменьшение расхода рециркуляции и, в конечном счете, на мощность рециклового компрессора, так как допустимое повышение температуры через объединенный слой катализатора становится выше.

Несмотря на то что при первоначальном прогоне этот процесс создает различные преимущества, следует иметь в виду, что катализатор метанации нормально работает при повышенных температурах ориентировочно от 500 до 800°С, в то время как катализатор сдвига нормально работает при более низких температурах ориентировочно от 250 до 350°С. Таким образом, при высоких температурах, таких как равновесные температуры, при которых работает катализатор метанации, катализатор сдвига может стать дезактивированным. Если катализатор сдвига становится дезактивированным, то входную температуру необходимо поднять или необходимо заменить катализатор сдвига. Повышение входной температуры за счет неактивности катализатора сдвига исключает преимущество, связанное с введением катализатор сдвига, а замена дезактивированного катализатора требует дорогостоящей остановки установки и расходов на новый катализатор сдвига.

Еще один альтернативный способ обсуждается в патентной публикации США 2009/0247653. Здесь подсказывается, что на метанацию положительно влияют более низкие температуры и пониженное содержание воды. В предложенной здесь схеме расположения, которая содержит два объемных метанатора, понижена температура газового потока на выходе второго объемного метанатора, чтобы конденсировать часть воды в потоке. Частично осушенный газовый поток затем разделяют на рецикловый поток, который сжимают и рециркулируют назад на впуск первого объемного метанатора, и поток, который подают в секцию концевого метанатора.

Утверждается, что преимуществом этого способа является снижение числа концевых метанаторов, которое требуется для достижения требуемых характеристик продукта, причем снижение числа концевых метанаторов неизбежно приводит к снижению капитальных затрат установки. Это также немного снижает требования к мощности компрессора за счет понижения входной температуры рециклового компрессора и понижения степени рециркуляции за счет более низкого содержания воды.

Однако для того, чтобы предотвратить отложение углерода на катализаторе в секции объемной метанации, необходимо иметь требующееся минимальное содержание воды в потоке, выходящем из объемных метанаторов. Снижение температуры в рецикловом компрессоре приводит к понижению содержания воды в рецикловом потоке и поэтому композиция газа, выходящего из объемного метанатора, будет находиться в области образования углерода.

Чтобы предотвратить отложение углерода на катализаторе, пар добавляют в рецикловый поток выше по течению от объемного метанатора. Однако требующие большие количества добавляемого пара влияют на отвод пара из установки, что оказывает существенное влияние на экономику. Кроме того, снижение температуры потока, покидающего объемный метанатор, чтобы только конденсировать воду, а затем повышение температуры потока и добавление воды, является термически неэффективным.

Еще одно дополнительное предложение обсуждается в патентной заявке США 2009/0264542. Задачей этого предложения является создание более рентабельного процесса за счет снижения энергопотреб- 2 023626 ления рециклового компрессора. Это достигнуто за счет разделения богатого оксидом углерода питающего потока между группами объемных метанаторов и за счет рециркуляции газового продукта с выхода первого объемного метанатора назад на вход первого объемного метанатора. Увеличенное число объемных метанаторов позволяет понизить требуемую степень рециркуляции и поддерживать рециркуляцию только вокруг единственного метанатора, что снижает падение давления. Комбинированным эффектом является снижение мощности рециклового компрессора. Однако несмотря на то, что мощность рециклового компрессора снижается, следует иметь в виду, что это происходит за счет повышения капитальных затрат на установку, связанных с увеличенным числом дорогих имеющих огнеупорную футеровку реакторов метанации и связанных с ними теплообменников.

Проведенный анализ показывает, что базовая технология осталась, по существу, неизменной с семидесятых годов двадцатого века. Эта технология хорошо изучена, причем многие предложения относительно усовершенствований, сделанные в последние годы, были направлены на улучшение экономики процесса, в том, что касается капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Снижение капитальных затрат достигнуто за счет уменьшения числа метанаторов и объемов катализатора, требующихся для производства желательного продукта. Снижение эксплуатационных расходов достигнуто за счет снижения энергопотребления рециклового компрессора и повышенной рекуперации теплоты. Повышенная рекуперация теплоты позволяет повысить экспорт пара из установки и, таким образом, повышает экономику установки.

Несмотря на то что некоторые описанные здесь выше предложения и позволяют успешно снижать эксплуатационные расходы установки, это происходит за счет существенного повышения капитальных затрат. В других описанных здесь предложениях снижены капитальные затраты, однако за счет повышения эксплуатационных расходов.

В связи с изложенным, имеется необходимость в создании способа, который позволяет снизить эксплуатационные расходы, особенно в том, что касается энергопотребления компрессора, и позволяет уменьшить его размер, однако не существенно повышает количество требующегося катализатора и число реакторов, и который преимущественно также позволяет снизить капитальные затраты.

Было обнаружено, что может быть создан усовершенствованный способ, если питающий поток, поступающий в первый, и/или второй, и/или последующий объемные метанаторы, охлаждать рециркулирующим газом, который был подвергнут реакции в концевом и/или рецикловом метанаторе.

Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается способ производства заменителя природного газа, который включает в себя следующие операции:

подача питающего газа в первый, и/или второй, и/или последующий объемные метанаторы; проведение метанации этого питающего газа в присутствии подходящего катализатора; удаление, по меньшей мере частично, прореагировавшего потока из первого объемного метанатора и подача его во второй и/или последующий объемный метанатор, где его подвергают дополнительной метанации;

пропускание потока продукта из оконечного объемного метанатора в группу концевых метанаторов, где его подвергают дополнительной метанации; и удаление рециклового потока ниже по течению от первого, второго или последующего объемного метанатора, и, в любом порядке, пропускание его через компрессор, проведение его охлаждения и затем подача в концевой и/или в рецикловый метанатор для дополнительной метанации, ранее рециркуляции в первый, и/или второй, и/или последующий метанатор.

Рецикловый поток обычно добавляют в первый, и/или второй, и/или последующий объемные метанаторы за счет его ввода в общую питающую трубу. Однако он может быть добавлен непосредственно в объемный метанатор по отдельной питающей трубе.

В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, способ включает в себя следующие операции:

подача питающего газа в первый и второй объемные метанаторы;

проведение метанации этого питающего газа в присутствии подходящего катализатора; удаление, по меньшей мере частично, прореагировавшего потока из первого объемного метанатора и подача его во второй объемный метанатор, где его подвергают дополнительной метанации;

удаление газового потока из второго объемного метанатора и охлаждение указанного потока; разделение указанного охлажденного газового потока и подача одной его части в группу концевых метанаторов, где происходит дополнительная метанация, и другой его части в рецикловый поток; пропускание указанного рециклового потока в компрессор;

пропускание указанного сжатого потока из компрессора в рецикловый метанатор, который работает при более низкой выходной температуре, чем первый и второй объемные метанаторы, и проведение дополнительной метанации указанного сжатого потока;

рециркуляция указанного потока из рециклового метанатора в первый и/или второй объемный метанатор.

Способ в соответствии с этим первым вариантом осуществления позволяет снизить энергопотребление рециклового компрессора. Не желая связывать себя какой-либо конкретной теорией, все же можно

- 3 023626 полагать, что имеются два основных фактора, которые влияют на мощность рециклового компрессора. Этими факторами являются расход рециркуляции и перепад давлений через рецикловый компрессор. Способ в соответствии с этим первым вариантом осуществления позволяет снизить расход рециркуляции за счет дополнительной метанации рециклового потока, в результате чего повышается содержание метана в потоке и понижается содержание оксида углерода в потоке. Степень метанации, проведенной в рецикловом метанаторе, можно исключить из нагрузки объемных метанаторов.

Группа концевых метанаторов может содержать один или несколько концевых метанаторов. Когда имеются несколько концевых метанаторов, они обычно включены последовательно. Когда используют несколько концевых метанаторов, они могут работать при одинаковой температуре или же температура может быть ниже во втором и любом из последующих концевых метанаторов, чем в первом концевом метанаторе. Когда используют несколько концевых метанаторов, температура может снижаться в каждом последующем концевом метанаторе относительно предыдущего метанатора.

В одной схеме расположения этого варианта осуществления, второй рецикловый поток может быть удален из потока, выходящего из единственного концевого метанатора, первого концевого метанатора или последующего концевого метанатора, причем указанный концевой рецикловый поток может быть объединен с рецикловым потоком из второго и/или последующего объемного метанатора ранее его поступления в компрессор. В альтернативных вариантах осуществления, рецикловый поток может быть отобран из других концевых метанаторов в группе концевых метанаторов или может быть отобран из другого концевого метанатора, чем первый концевой метанатор.

Часть питающего газа, которую подают в первый объемный метанатор и второй и/или последующий объемный метанатор, может быть одинаковой или различной. В одной схеме расположения с двумя объемными метанаторами, около 40% свежего питающего газа подают в первый объемный метанатор, а остаток подают во второй объемный метанатор. Однако следует иметь в виду, что разделение питающего потока между метанаторами зависит от числа объемных метанаторов, режима работы и состава питающего потока.

Первый и второй объемные метанаторы могут работать при любых подходящих условиях реакции. Подходящие температуры реакции составляют ориентировочно от 250 до 700°С включительно.

Первый концевой метанатор может работать при более низкой температуре, чем объемные метанаторы.

Рецикловый метанатор может работать при более низкой температуре, чем объемные метанаторы. Подходящие температуры реакции составляют ориентировочно от 220 до 550°С включительно.

Как правило, выходная температура рециклового и концевого метанатора ниже чем выходная температура расположенного выше по течению метанатора, который подает питающий поток в рецикловый или концевой метанатор.

Так как рецикловый метанатор работает при более низкой выходной температуре, чем объемные метанаторы, это позволяет преобразовывать большую пропорцию оставшегося оксида углерода и водорода в рецикловом потоке в метан. Степень нагрузки реакции, проводимой при помощи рециклового метанатора, снижает нагрузку на секцию объемной метанации. Более низкая нагрузка объемной метанации приводит к более низкому требующемуся расходу рециркуляции.

В то время как рецикловый метанатор был описан как отдельный метанатор, следует иметь в виду, что рецикловый метанатор может быть выполнен как каскад в резервуаре, где находится первый объемный метанатор, и/или второй, и/или последующий объемные метанаторы, если туда добавляют рецикловый поток. В этой схеме расположения, питающий поток добавляют между частью реактора, в которой происходит рецикловая метанациия, и объемным метанатором. Процесс может быть устроен так, что положение впуска питающего потока изменяется, когда катализатор становится дезактивированным. В одной схеме расположения, направление потока может быть изменено на обратное, так что слой катализатора, который образует рецикловый метанатор, становится объемным метанатором, а слой катализатора, который образует объемный метанатор, становится рецикловым метанатором.

Введение рециклового метанатора в контур рециркуляции позволяет уменьшить энергопотребление рециклового компрессора на величину от 4 до 5% по сравнению с известными ранее процессами, такими как тот, который описан в патенте США 4133825, когда используют две ступени объемной метанациии, а рецикловый поток отбирают с выхода второй ступени и возвращают выше по течению от первой ступени.

В известных ранее процессах могут быть использованы два комплекта, каждый из которых содержит два параллельных объемных метанатора, с учетом ограничений, связанных с отгрузкой резервуара. Способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет уменьшить число метанаторов, которые требуются на установке, и уменьшить размер оборудования в контуре, что приводит к снижению полных капитальных затрат. Размер объемного метанатора и/или трубопроводов в контуре часто являются факторами, которые определяют число групп метанаторов, которые требуются для всего комплекса.

Введение рециклового метанатора уменьшает производительность контура и соответственно уменьшает размеры объемного метанатора и трубопроводов в контуре. Таким образом, рецикловый метанатор позволяет уменьшить число групп метанаторов, которые требуются для всего комплекса, и что

- 4 023626 еще более существенно, позволяет значительно снизить полные капитальных затраты.

Известно, что добавление рециклового метанатора, вместе с теплообменником и трубами, увеличивает падение давления в контуре рециркуляции. Однако повышение падения давления является незначительным и по сравнению с экономией расхода рециркуляции приводит к снижению мощности рециклового компрессора.

В соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ, который включает в себя следующие операции:

проведение метанации питающего газа в присутствии подходящего катализатора;

удаление, по меньшей мере частично, прореагировавшего потока из первого объемного метанатора и подача его во второй объемный метанатор, где его подвергают дополнительной метанации;

удаление газового потока из второго объемного метанатора и охлаждение указанного потока; подача указанного охлажденного газового потока в концевой метанатор, где происходит дополнительная метанация, причем указанный концевой метанатор работает при более низкой выходной температуре, чем объемные метанаторы;

разделение потока продукта из концевого метанатора и пропускание одной его части в группу последующих концевых метанаторов и другой его части в рецикловый поток;

пропускание указанного рециклового потока в компрессор;

рециркуляция указанного потока в первый и/или второй объемный метанатор.

Этот способ представляет собой вариант способа в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Вновь способ служит для снижения энергопотребления рециклового компрессора. В этом варианте осуществления расход рециркуляции снижается за счет удаления рециклового потока скорее ниже по течению от концевого метанатора, а не выше по течению от него. Выходящий из концевого метанатора поток был подвергнут дополнительной метанации и поэтому имеет повышенное содержание метана в потоке и пониженное содержание оксида углерода в потоке.

Концевой метанатор может быть выполнен как один концевой метанатор или как несколько последовательно включенных концевых метанаторов. Когда имеются несколько концевых метанаторов, рецикловый поток может быть отобран после любого концевого метанатора. Группа последующих концевых метанаторов может содержать один или несколько концевых метанаторов. Они обычно включены последовательно. Температура в последующих концевых метанаторах может быть ниже чем в первом концевом метанаторе. Когда используют множество концевых метанаторов, каждый такой метанатор может работать при температуре ниже, чем температура его предшественника.

В этом втором варианте осуществления, полная нагрузка объемной метанации снижается, так как ее часть проводят в концевом метанаторе, из которого отбирают рецикловый поток. Поэтому требуется меньший расход рециркуляции, чем в стандартных процессах, таких как тот, который описан в патенте США 4133825. В этом процессе также требуется меньше единиц оборудования, добавляемых в контур рециркуляции, что приводит к снижению перепада давлений через компрессор по сравнению с описанным здесь выше первым вариантом осуществления, при таком же расходе.

Другое преимущество этого варианта осуществления настоящего изобретения заключается в том, что, так как метанацию проводят выше по течению от компрессора, то число молей газа и, следовательно, объемный расход через компрессор значительно уменьшаются. Таким образом, снижается энергопотребление и объем всасывания, от которого зависит размер компрессора, по сравнению со стандартным способом и описанным здесь выше первым предпочтительным вариантом осуществления. Объемы катализатора обычно остаются неизменными по сравнению с другими известными системами. Эксплуатационные расходы снижаются, но не за счет капитальных затрат.

Отбор рециклового потока ниже по течению от первого концевого метанатора снижает энергопотребление рециклового компрессора на величину от 21 до 22% по сравнению с известными ранее процессами, такими как тот, который описан в патенте США 4133825, в котором работают с двумя ступенями объемной метанации и отбор рециклового потока производят с выхода второй ступени и возвращают поток выше по течению от первой ступени. Это достигнуто за счет значительного снижения объемного расхода при всасывании компрессора. Снижение нагрузки объемного метанатора позволяет уменьшить число требующихся метанаторов по сравнению с известными ранее процессами.

В одной схеме расположения этого варианта осуществления, второй рецикловый поток может быть отобран между вторым объемным метанатором и концевым метанатором.

Факультативно, рецикловый метанатор может быть введен в рецикловый поток между компрессором и вводом рециклового потока в первый, и/или второй, и/или последующий объемные метанаторы. Как уже было указано здесь выше при обсуждении первого варианта осуществления настоящего изобретения, рецикловый метанатор может быть расположен в зоне того же самого резервуара, что и первый объемный метанатор или любой объемный метанатор, в который необходимо ввести рецикловый поток.

Метанация рециклового потока в концевом метанаторе до его пропускания в компрессор существенно уменьшает число молей, которые компрессор должен сжимать, чтобы создать требующийся сток теплоты для объемной метанации, и, таким образом, уменьшает энергопотребление.

- 5 023626

Когда рецикловый метанатор присутствует в контуре рециркуляции, тогда могут присутствовать несколько рецикловых метанаторов.

В соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ, который включает в себя следующие операции:

удаление газового потока из второго объемного метанатора и охлаждение указанного потока; пропускание по меньшей мере части охлажденного потока в компрессор;

подача указанного сжатого потока в рецикловый метанатор, где происходит дополнительная метанация;

разделение потока продукта из рециклового метанатора и пропускание его части в группу концевых метанаторов, где ее подвергают дополнительной метанации;

рециркуляция остатка указанного потока продукта в первый и/или второй объемный метанатор.

Этот способ представляет собой вариант способа в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Несмотря на то что в этом варианте осуществления энергопотребление рециклового компрессора не уменьшается, он позволяет снизить общее число единиц оборудования и, таким образом, понизить полные капитальные затраты. В этом варианте осуществления, поток, выходящий из рециклового метанатора, подвергают сжатию и дополнительной метанации, как уже было указано здесь выше при описании первого варианта осуществления.

Этот третий вариант осуществления может быть использован для снижения эффективного полного падения давления блока метанации, без добавления дорогих единиц оборудования, таких как дополнительный компрессор или дополнительные ступени метанации, которые могли бы потребоваться для сжатия метанированного газа. В конфигурации этого варианта осуществления также используют преимущества, связанные с повышенным давлением работы секции концевой метанации, что создает положение равновесия, позволяющее получать больше метана при тех же самых температурных режимах.

В описанных здесь выше процессах, часть питающего газа подают в первый объемный метанатор, при этом второй объемный метанатор может быть таким же или другим. В одной схеме расположения с двумя объемными метанаторами, около 40% свежего питающего газа подают в первый объемный метанатор, а остаток подают во второй объемный метанатор. Однако следует иметь в виду, что разделение потока между метанаторами зависит от числа объемных метанаторов, режимов работы и состава питающего газа.

Признаки, описанные в связи с первым или вторым вариантами осуществления, могут быть соответствующим образом объединены в этом варианте осуществления.

В то время как описанные выше процессы обсуждались со ссылкой на использование двух объемных метанаторов, следует иметь в виду, что в некоторых обстоятельствах уместно использовать большее число объемных метанаторов. В такой схеме расположения, рецикловый поток обычно отбирают ниже по течению от последнего объемного метанатора, причем рецикловый поток, после пропускания через реактор и компрессор в любом порядке, подают соответственно в один или несколько объемных метанаторов.

Питающий поток в объемные метанаторы может быть стехиометрическим или не стехиометрическим.

В любом варианте осуществления настоящего изобретения вода может быть удалена из рециклового потока. Когда воду необходимо удалять, ее обычно удаляют ранее пропускания рециклового потока в компрессор. Обычно удаление воды требуется только при некоторых составах питающего потока и режимах работы.

В одной схеме расположения любого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, питающий поток из первого объемного метанатора во второй объемный метанатор может быть пропущен через слой катализатора, расположенный выше слоя катализатора, через который происходит объемная метанация, и выше точки, в которой питающий поток добавляют в резервуар. Поток, пропускаемый из первого объемного метанатора, подвергают концевой метанации ранее его перемешивания с новым потоком и проведения объемной метанации.

Реакцию сдвига обычно проводят ранее подачи питающего потока в объемные метанаторы, однако в альтернативных вариантах осуществления реакция сдвига может быть осуществлена в объемном метанаторе.

Все предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения позволяют снизить общие эксплуатационные расходы установки за счет снижения энергопотребления рециклового компрессора.

За счет использования процессов в соответствии с настоящим изобретением можно перемещать больше катализатора в концевые метанаторы из объемных метанаторов, что является предпочтительным, так как срок службы катализатора здесь увеличивается за счет снижения отравления катализатора и уменьшения риска спекания катализатора за счет более низких температур.

- 6 023626

Вне зависимости от того, какой вариант осуществления настоящего изобретения используют, желательно добавлять небольшое количество пара в рецикловый поток выше по течению от ступеней объемной метанациии, чтобы предотвращать отложение углерода на катализаторе. Однако даже когда производят такое добавление, расход пара является небольшим по сравнению с полным объемом произведенного пара в объемных метанаторах, и типично составляет меньше чем 5% всего произведенного пара.

В одной компоновке, пар может быть введен в поток системы через питающий сатуратор, расположенный выше по течению от объемных метанаторов. Таким образом, пар может быть добавлен без использования прямого добавления пара.

Свежий питающий поток в первый, и/или второй, и/или последующий объемные метанаторы может быть стехиометрическим относительно реакции метанации или не стехиометрическим.

Далее настоящее изобретение будет описано в качестве примера со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг. 1 показана блок-схема первого варианта осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 2 показана блок-схема второго варианта осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 схематично показана схема расположения, в которой рецикловый метанатор введен в тот же самый резервуар, что и первый объемный метанатор.

На фиг. 4 показана блок-схема третьего варианта осуществления настоящего изобретения.

Специалисты в данной области легко поймут, что чертежи являются схематичными и что дополнительные единицы оборудования, такие как сырьевые барабаны, насосы, вакуумные насосы, компрессоры, газовые рецикловые компрессоры, датчики температуры, датчики давления, клапаны сброса давления, клапаны управления, регуляторы расхода, регуляторы уровня, резервуары для обработки, складские резервуары и т.п., могут потребоваться на промышленной установке. Использование такого вспомогательного оборудования не является частью настоящего изобретения, и это использование проводят в соответствии с обычной практикой химического машиностроения.

На фиг. 1 показана блок-схема первого варианта осуществления настоящего изобретения. Десульфурированный питающий газ, богатый оксидом углерода (угарным газом), подают по линии 1 в секцию объемной метанации, которая содержит два объемных метанатора, а именно первый объемный метанатор 2 и второй объемный метанатор 3. Таким образом, питающий газ разделяют на первую часть, которую подают по линии 1а в первый объемный метанатор 2, и на вторую часть, которую подают по линии 1Ь во второй объемный метанатор 3. Поток продукта из первого объемного метанатора 2 пропускают по линии 4 во второй объемный метанатор 3. Его обычно охлаждают в теплообменнике 5 ранее ввода во второй объемный метанатор 3.

Поток продукта из второго объемного метанатора 3 пропускают по линии 6 в теплообменник 7, где он охлаждается. Часть потока из теплообменника 7 пропускают по линии 8 в первый концевой метанатор 9. Остаток потока из теплообменника 7 пропускают по линии 10, через теплообменник 11 и линию 12, в компрессор 13. В теплообменнике 11 производят охлаждение рециклового потока, ранее его сжатия в компрессоре 13.

Газ из компрессора 13 пропускают по линии 14 через теплообменник 15, где он нагревается до рабочих температур рецикловой метанации, по линии 16 в рецикловый метанатор 17, где его подвергают дополнительной реакции метанации. Газ из рециклового метанатора 17 удаляют по линии 18, пропускают через теплообменник 19 и возвращают по линии 20 в первый метанатор 2. Обычно этот возврат в первый метанатор 2 производят по питающей линии 1а.

Продукт из концевого метанатора 9 удаляют по линии 21 и пропускают через теплообменник 22, где он охлаждается. Затем его пропускают по линии 23 в один или несколько последующих концевых метанаторов 24. Оттуда продукт удаляют по линии 25 и затем охлаждают и сушат в сушилке 26. Полученный заменитель природного газа (8ΝΟ) затем удаляют по линии 27.

В одном специфическом примере, объемные метанаторы могут работать при температуре питающего газа, составляющей около 320°С. После реакции и последующего теплообмена, температура питающего газа, поступающего в первый концевой метанатор 9, составляет около 280°С. Температура питающего газа, поступающего в рецикловый метанатор 17, также составляет около 280°С. Температура питающего газа, поступающего в последующие концевые метанаторы 24, обычно составляет около 250°С.

В блок-схеме, показанной на фиг. 1, часть потока, удаленную из первого концевого метанатора 9, может быть добавлена по линии 28 в рецикловый поток, подаваемый в компрессор 13 и, следовательно, в рецикловый метанатор 17.

В зависимости от состава питающего потока и режимов работы может быть необходимо или желательно удалять воду. Это обычно может быть сделано до компрессора 13 по линии 29.

Пар может быть добавлен по линии 30. Это требуется только при некоторых составах питающего потока и режимах работы.

На фиг. 2 показана блок-схема второго варианта осуществления настоящего изобретения. Десульфурированный питающий газ, богатый оксидом углерода, подают по линии 31 в секцию объемной метанации, которая содержит два объемных метанатора, а именно первый объемный метанатор 32 и второй

- 7 023626 объемный метанатор 33. Таким образом, питающий газ разделяют на первую часть, которую подают по линии 31а в первый объемный метанатор 32, и на вторую часть, которую подают по линии 31Ь во второй объемный метанатор 33. Поток продукта из первого объемного метанатора 32 пропускают по линии 34 во второй объемный метанатор 33. Его обычно охлаждают в теплообменнике 35 ранее ввода во второй объемный метанатор 33.

Поток продукта из второго метанатора 33 пропускают по линии 36 в теплообменник 37, где он охлаждается. Охлажденный поток из теплообменника 37 пропускают по линии 38 в первый концевой метанатор 39. После метанации в концевом метанаторе 39 поток удаляют по линии 40, причем часть потока пропускают по линии 41 через теплообменник 42 и линию 43 в компрессор 44. В теплообменнике 42 рецикловый поток охлаждается, чтобы достичь требуемого отношения пара к углероду в секции объемной метанации. Так как поток, отобранный из концевого метанатора 39, был метанирован дополнительно и при более низкой температуре, то он имеет более низкое содержание оксида углерода (угарного газа) и водорода и более высокое содержание метана, чем газ, покидающий второй объемный метанатор 33.

Газ из компрессора 44 пропускают по линии 45 через теплообменник 46, в котором он нагревается, ранее пропускания по линии 47 в объемный метанатор 32. Обычно этот возврат в первый метанатор 32 происходит по питающей линии 31а.

Часть потока из концевого метанатора 39, которую не пропускают в компрессор 44, удаляют по линии 48 и пропускают через теплообменник 49, где она охлаждается. Затем эту часть пропускают по линии 50 в один или несколько последующих концевых метанаторов 51. Продукт извлекают по линии 52 и затем охлаждают и сушат в сушилке 53. Полученный 3ΝΟ затем удаляют по линии 54.

В одном специфическом примере объемные метанаторы могут работать при температуре питающего газа, составляющей около 320°С. После реакции и последующего теплообмена, температура питающего газа, поступающего в первый концевый метанатор 39, составляет около 280°С. Температура питающего газа, поступающего в последующие концевые метанаторы 51, обычно составляет около 250°С.

В блок-схеме, показанной на фиг. 2, часть потока, удаленная из теплообменника 37, может огибать первый концевой метанатор 39 и может быть добавлена по линии 55 в рецикловый поток, подаваемый в компрессор 44 и, таким образом, в объемный метанатор 32.

В зависимости от состава питающего потока и режимов работы, может быть необходимо или желательно удалять воду. Это обычно может быть сделано до компрессора 44 по линии 56.

Пар может быть добавлен по линии 57. Однако это требуется только при некоторых составах питающего потока и режимах работы.

Факультативно, рецикловый метанатор 58 и последующий теплообменник 59 могут быть расположены в контуре рециркуляции после компрессора 44.

В одном специфическом примере этого варианта осуществления, объемные метанаторы могут работать при температуре питающего газа, составляющей около 320°С.

После реакции и последующего теплообмена, температура питающего газа, поступающего в первый концевой метанатор 39, составляет около 280°С. Температура питающего газа, поступающего в рецикловый метанатор 58, если он есть, также составляет около 280°С. Температура питающего газа, поступающего в последующие концевые метанаторы 51, обычно составляет около 250°С.

Факультативно, рецикловый метанатор, если он есть, может быть введен в тот же самый резервуар, что и объемный метанатор, и в него вводят рецикловый поток. Это схематично показано на фиг. 3. В схеме расположения, показанной на фиг. 3, второй объемный метанатор также может иметь предварительный реактор для метанации охлажденного газа, расположенный в верхней части резервуара. Однако следует иметь в виду, что эти две схемы расположения могут быть использованы изолированно или в комбинации.

Как это показано на фиг. 3, свежий питающий поток подают по линии 100. Этот поток разделяется и поступает в резервуары 101 и 102 по линиям 103 и 104 соответственно. Резервуар 101 содержит две зоны 105 и 106 реакции и питающий поток вводят между этими двумя зонами. Так как течение направлено вниз, то поток, добавляемый по линии 103, будет протекать через зону 106 реакции, где он контактирует с катализатором метанации при температуре, которая требуется для объемной метанации.

Рецикловый поток из компрессора (не показан на фиг. 3) добавляют в резервуар 101 по линии 107. Он протекает вниз через зону 105 реакции, которая действует как рецикловый метанатор, и подвергается метанации ранее перемешивания с газовым питающим потоком, добавляемым по линии 103.

Продукт из зоны объемной метанации удаляют по линии 108 и пропускают в теплообменник 109, где он охлаждается ранее пропускания во второй объемный метанатор. Этим метанатором может быть обычный объемный метанатор или может быть резервуар 102, показанный на фиг. 3. В последнем случае, поток из первого объемного метанатора добавляют по линии 110 в верхнюю часть резервуара 102, где его пропускают через слой 111 катализатора и где он подвергается метанации ранее перемешивания со свежим питающим потоком, добавляемым по линии 104, ранее пропускания в слой 112 катализатора, где происходит объемная метанация. Продукт затем удаляют по линии 113, после проведения обработки в соответствии с настоящим изобретением.

Альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения показан на фиг. 4. Десульфури- 8 023626 рованный питающий газ, богатый оксидом углерода, подают по линии 201 в секцию объемной метанации, которая содержит два объемных метанатора, а именно первый объемный метанатор 202 и второй объемный метанатор 203. Таким образом, питающий газ разделяют на первую часть, которую подают по линии 201а в первый объемный метанатор 202, и на вторую часть, которую подают по линии 201Ь во второй объемный метанатор 203. Как это описано далее более подробно, поток не подают непосредственно на второй метанатор 203, а сначала перемешивают с потоком продукта из первого метанатора 202.

Поток продукта из первого объемного метанатора 202 пропускают по линии 204 в теплообменник 205, где он охлаждается. Затем его пропускают по линии 206 во второй метанатор 203. Ранее добавления в метанатор 203, поток перемешивают с потоком, добавляемым по линии 201Ь.

Поток продукта из второго метанатора 203 пропускают по линии 207 в теплообменник 208, где он охлаждается. Охлажденный поток из теплообменника пропускают по линии 209 в компрессор 210, где он сжимается. Газ из компрессора пропускают по линии 211 в нагреватель 212, где он нагревается до рабочих температур рецикловой метанации, ранее пропускания по линии 213 в рецикловый метанатор 214, где его подвергают дополнительной реакции метанации.

Поток продукта из рециклового метанатора 214 подают по линии 215 в охладитель 216. Охлажденный поток удаляют по линии 217 и разделяют по линиям 218 и 219. Одну часть охлажденного потока по линии 218 рециркулируют в первый метанатор 202. Другую часть охлажденного потока по линии 219 пропускают в первый концевой метанатор 220. Продукт из первого концевого метанатора 220 пропускают по линии 221 в охладитель 222. Охлажденный поток затем пропускают по линии 223 во второй концевой метанатор 224, ранее пропускания по линии 225 в сушилку 226. Полученный §N0 затем удаляют по линии 227.

Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на примеры.

Сравнительный пример А.

В этом базовом варианте схема организации производства содержит два объемных метанатора внутри контура рециркуляции, с последующими двумя ступенями концевой метанации, которые не включены в контур рециркуляции. В технологическом процессе используют почти стехиометрическое питание, и он предназначен для получения продукта, содержащего 96% метана. В табл. 1 сведены основные рабочие параметры технологической карты и приведены детали относительно расхода потока рециркуляции, падения давления в контуре рециркуляции и расчетного энергопотребления компрессора в этом случае.

Таблица 1

Входная температура объемных метанаторов	°С	320
Входное давление объемного метанатора 1	бар А	29.85
Входная температура концевого метанатора 1	°С	280
Входная температура концевого метанатора 2	°С	250
Расход контура рециркуляции	кг/час	115,000
	Лм7'1ас	10,358
Падение давления в контуре рециркуляции	бар	3.58
Расчетное энергопотребление компрессора	МВт	1.34
Давление готового продукта	бар А	23.2
Состав готового метана (сухого)	моль. %	96.0

Пример А1.

Рецикловый метанатор был введен в контур ниже по течению от рециклового компрессора. Два дополнительных теплообменника также добавлены в контур рециркуляции, первый для нагрева потока, поступающего в рецикловый метанатор, чтобы скорректировать температуру, и второй для охлаждения продукта рециклового метанатора. В этом случае технологический процесс также предусматривает производство продукта, содержащего 96% метана. В табл. 2 сведены основные рабочие параметры технологической карты и приведены детали относительно расхода потока рециркуляции, падения давления в контуре рециркуляции и расчетного энергопотребления компрессора в этом случае.

- 9 023626

Таблица 2

Входная температура объемных метанаторов	°С	320
Входное давление объемного метанатора 1	бар А	29,85
Входная температура рециклового метанатора	°С	280
Входная температура концевого метанатора 1	°С	280
Входная температура концевого метанатора 2	°с	250
Расход контура рециркуляции	кг/час	85,000
	Лм'.'час	7,552
Падение давления в контуре рециркуляции	бар	4.58
Расчетное энергопотребление компрессора	МВт	1 28

Этот пример показывает, что, несмотря на добавку рециклового метанатора и связанных с ним теплообменников в контур рециркуляции, полное энергопотребление компрессора в этом случае ниже чем в базовом случае схемы организации производства ориентировочно на 5%. Так как некоторая часть нагрузки метанации, которая обычно приложена к объемным метанаторам, переведена на рецикловый метанатор, то степень рециркуляции, которая требуется для регулировки температуры на выходе объемных метанаторов, существенно снижается, что приводит к снижению энергопотребления компрессора.

Пример А2.

В этом примере нет дополнительных метанаторов или других единиц оборудования, введенных в технологический процесс, однако точка, в которой удаляют рецикловый продукт, перемещена от выхода объемного метанатора 2 на выход концевого метанатора 1, так что концевой метанатор 1 теперь введен в контур рециркуляции. Введен дополнительный концевой метанатор (концевой метанатор 2), который находится вне контура рециркуляции, чтобы получить такое же полное число объемных и концевых метанаторов, как в сравнительном примере. Технологический процесс предназначен для получения продукта, содержащего 96% метана. В табл. 3 сведены основные рабочие параметры технологической карты и приведены детали относительно расхода потока рециркуляции, падения давления в контуре рециркуляции и расчетного энергопотребления компрессора в этом случае.

Таблица 3

Входная температура объемных метанаторов	°С	320
Входное давление объемного метанатора 1	бар А	29.85
Входная температура концевого метанатора 1	°С	280
Входная температура концевого метанатора 2	°С	250
Расход контура рециркуляции	кг/час	86,813
	Ам7час	7,346
Падение давления в контуре рециркуляции	бар	3.97
Расчетное энергопотребление компрессора	МВт	1.05

Этот пример показывает, что, несмотря на добавку концевого метанатора в контур рециркуляции, полное энергопотребление компрессора в этом случае ниже чем в базовом случае схемы организации производства более чем на 20%. Этот пример также показывает существенное улучшение по сравнению с примером А1. Как и в схеме организации производства с рецикловым метанатором примера А1, полная нагрузка объемной метанации была снижена (в этот раз ее часть была переведена в концевой метанатор 1). Поэтому в секции объемной метанации требуется меньший расход потока рециркуляции, чем в технологическом процессе в соответствии со сравнительным примером А. Кроме того, преимуществом по сравнению с примером А1 является то, что меньшее число единиц оборудования введено в контур, что приводит к меньшему падению давления через рецикловый компрессор. Другим существенным преимуществом этого варианта осуществления является то, что метанацию в концевом метанаторе 1 осуществляют выше по течению от компрессора, так что число молей газа и, следовательно, объемный расход в компрессоре существенно уменьшаются (3Н₂ + СО СН₄ + Н₂О). Таким образом, энергопотребление компрессора и объем всасывания (который определяет размер компрессора) в этом варианте осуществления будут ниже чем в сравнительном примере А и в примере А1.

Сравнительный пример В.

В этом базовом варианте, схема организации производства содержит два объемных метанатора внутри контура рециркуляции, с последующими двумя ступенями концевой метанации, которые не включены в контур рециркуляции. В технологическом процессе используют не стехиометрическое питание, обогащенное углеродом, и он предназначен для получения продукта, содержащего 97.5% метана ниже по течению от О8ВЬ для удаления СО₂. В табл. 4 сведены основные рабочие параметры технологической карты и приведены детали относительно расхода потока рециркуляции, падения давления в контуре рециркуляции и расчетного энергопотребления компрессора в этом случае.

- 10 023626

Таблица 4

Входная температура объемных метанаторов	°С	320
Входное давление объемного метанатора 1	бар А	29.85
Входная температура концевого метанатора 1	°С	280
Входная температура концевого метанатора 2	°С	250
Расход контура рециркуляции	кг/час	285,445
	ЛмУчас	10,360
Падение давления в контуре рециркуляции	бар	4.35
Расчетное энергопотребление компрессора	МВт	1.60
Давление готового продукта	бар А	23.2

Пример В1.

Рецикловый метанатор был добавлен в контур ниже по течению от рециклового компрессора. Один дополнительный теплообменник был также добавлен в контур рециркуляции, для охлаждения продукта рециклового метанатора. Однако добавление этого блока позволяет исключить теплообменник, расположенный выше по течению в контуре, так что контур и продукт будут иметь более высокое давление. И в этом случае технологический процесс предназначен для получения продукта, содержащего 97.5% метана. В табл. 5 сведены основные рабочие параметры технологической карты и приведены детали относительно расхода потока рециркуляции, падения давления в контуре рециркуляции и расчетного энергопотребления компрессора в этом случае.

Таблица 5

Входная температура объемных метанаторов	°С	320
Входное давление объемного метанатора 1	бар А	46.61
Входная температура концевого метанатора 1	°С	280
Входная температура концевого метанатора 2	°С	250
Расход контура рециркуляции	кг/час	221,054
	Ам’/час	7,928
Падение давления в контуре рециркуляции	бар	5.30
Расчетное энергопотребление компрессора	МВт	1.49

Этот пример показывает, что, несмотря на добавку рециклового метанатора и связанных с ним теплообменников в контур рециркуляции, полное энергопотребление компрессора в этом случае ниже чем в базовом случае схемы организации производства ориентировочно на 7%. Как и в примере А1, часть нагрузки метанации, нормально приложенной к объемным метанаторам, переведена на рецикловый метанатор, при этом значительно уменьшается степень рециркуляции, которая требуется для регулировки температуры на выпуске объемных метанаторов, что приводит к снижению мощности компрессора.

Пример В2.

В этом примере нет дополнительных метанаторов или других единиц оборудования, введенных в технологический процесс или удаленных из него. Однако точка, в которой удаляют рецикловый продукт, перемещена от выхода объемного метанатора 2 на выход концевого метанатора 1, так что концевой метанатор 1 теперь введен в контур рециркуляции. Концевой метанатор 2 находится вне контура рециркуляции, что позволяет получить такое же полное число объемных и концевых метанаторов, как в сравнительном примере. Технологический процесс предназначен для получения продукта, содержащего 97.5% метана. В табл. 6 сведены основные рабочие параметры технологической карты и приведены детали относительно расхода потока рециркуляции, падения давления в контуре рециркуляции и расчетного энергопотребления компрессора в этом случае.

- 11 023626

Таблица 6

Входная температура объемных метанаторов	°С	320
Входное давление объемного метанатора 1	бар А	46.16
Входная температура концевого метанатора 1	°С	280
Входная температура концевого метанатора 2	°С	250
Расход контура рециркуляции	кг/час	211,548
	Ам³/час	7,145
Падение давления в контуре рециркуляции	бар	5.65
Расчетное энергопотребление компрессора	МВт	1.43

Этот пример показывает, что, несмотря на добавку концевого метанатора 1 в контур рециркуляции, полная мощность компрессора в этом случае ниже чем в базовом случае схемы организации производства более чем на 10%. Этот пример также имеет преимущества по сравнению с примером В1. Вновь, как и в примере А2, где используют рецикловый метанатор, полная нагрузка объемной метанации была снижена (в этот раз ее часть была перенесена на концевой метанатор 1). Таким образом, в секции объемной метанации требуется меньший рецикловый расход, чем в технологическом процессе в соответствии со сравнительным примером В.

Как и в примере А2, другим главным преимуществом этой схемы расположения является то, что метанацию в концевом метанаторе 1 осуществляют выше по течению от компрессора, так что число молей газа и, следовательно, объемный расход через компрессор значительно уменьшаются (3Н₂ + СО СН₄ + Н₂О). Таким образом, в этой конструкции снижается мощность и объем всасывания (от которых зависит размер компрессора), по сравнению как со сравнительным примером В, так и с примером В1.

Сравнительный пример С.

В технологическом процессе используют почти стехиометрическое течение, причем этот процесс предназначен для получения продукта, содержащего 96% метана, как и в примере А1. Технологический процесс был изменен так, что в него был включен полный рецикловый поток через рецикловый метанатор. В табл. 7 сведены основные рабочие параметры технологической карты и приведены детали относительно расхода потока рециркуляции, падения давления в контуре рециркуляции и расчетного энергопотребления компрессора в этом случае.

Таблица 7

Входная температура объемных метанаторов	°С	320
Входное давление объемного метанатора 1	бар А	29.85
Входная температура концевого метанатора 1	°С	280
Входная температура концевого метанатора 2	°с	250
Расход контура рециркуляции	кг/час	236197
	АмУ'час	12352
Падение давления в контуре рециркуляции	бар	4.7
Расчетное энергопотребление компрессора	МВт	3.49
Давление готового продукта	бар А	26.4
Состав готового метана (сухого)	моль. %	96.2

Этот пример показывает, что за счет добавки рециклового метанатора и связанных с ним теплообменников в контур рециркуляции, при полном рецикловом потоке, входящем в компрессор, полная мощность компрессора будет больше чем в базовом случае. Однако этот пример позволяет повысить давление продукта и содержание метана без добавки каких-либо дополнительных единиц оборудования.

Claims

1. Способ производства заменителя природного газа, который включает в себя следующие операции, на которых:

подают питающий газ в первый, и/или второй, и/или последующий объемные метанаторы;

проводят метанацию этого питающего газа в присутствии подходящего катализатора;

удаляют, по меньшей мере частично, прореагировавший поток из первого объемного метанатора и подают его во второй и/или последующий объемный метанатор, где его подвергают дополнительной метанации;

пропускают поток продукта из оконечного объемного метанатора в группу концевых метанаторов, где его подвергают дополнительной метанации;

- 12 023626 удаляют рецикловый поток ниже по течению от первого, второго или последующего объемного метанатора, в любом порядке пропускают его через компрессор и проводят его охлаждение, затем подают в рецикловый метанатор для дополнительной метанации с образованием метанизированного рециклового потока, при этом метанизированный рецикловый поток рециркулируют в первый, и/или второй, и/или последующий метанатор, причем в первый объемный метанатор подают по меньшей мере один поток, выбранный из потока питающего газа или метанизированного рециклового потока.

2. Способ по п.1, который включает в себя следующие операции, на которых: подают питающий газ в первый и второй объемные метанаторы;

удаляют, по меньшей мере частично, прореагировавший поток из первого объемного метанатора и подают его во второй объемный метанатор, где его подвергают дополнительной метанации; удаляют газовый поток из второго объемного метанатора и охлаждают указанный поток; разделяют указанный охлажденный газовый поток и подают одну его часть в группу концевых метанаторов, где происходит дополнительная метанация, и другую его часть в рецикловый поток; пропускают указанный рецикловый поток в компрессор;

пропускают сжатый поток из компрессора в рецикловый метанатор, который работает при более низкой выходной температуре, чем первый и второй объемные метанаторы, и проводят дополнительную метанацию сжатого потока;

рециркулируют указанный поток из рециклового метанатора в первый и/или второй объемный метанатор.

3. Способ по п.2, в котором второй рецикловый поток удаляют из потока единственного концевого метанатора, или первого концевого метанатора, или последующего метанатора.

4. Способ по п.2 или 3, в котором рецикловый метанатор располагают в зоне резервуара, где находится первый объемный метанатор и/или второй объемный метанатор.

5. Способ по п.1, который включает в себя следующие операции, на которых: подают питающий газ в первый и второй объемные метанаторы;

проводят метанацию питающего газа в присутствии подходящего катализатора;

удаляют, по меньшей мере частично, прореагировавший поток из первого объемного метанатора и подают его во второй объемный метанатор, где он подвергается дополнительной метанации;

удаляют газовый поток из второго объемного метанатора и охлаждают указанный поток; пропускают по меньшей мере часть охлажденного потока в компрессор;

подают указанный сжатый поток в рецикловый метанатор, где происходит дополнительная метанация;

разделяют поток продукта из рециклового метанатора и пропускают его часть в группу концевых метанаторов, где он подвергается дополнительной метанации;

рециркулируют остаток указанного потока продукта в первый и/или второй объемный метанатор.

6. Способ по одному из пп.1-5, в котором воду удаляют из рециклового потока.

7. Способ по одному из пп.1-6, в котором питающий поток из первого объемного метанатора во второй и/или последующий объемный метанатор пропускают через слой катализатора, расположенный выше слоя катализатора, в котором происходит объемная метанациия, и выше точки, в которой свежий питающий поток добавляют в резервуар.

8. Способ по одному из пп.1-7, в котором свежий питающий поток в первый, и/или второй, и/или последующие объемные метанаторы является стехиометрическим относительно реакции метанации или нестехиометрическим.

Фиг. 1

- 13 023626

Фиг. 2

Фиг. 3

Фиг. 4