EA044653B1 - PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS AND METHANOL - Google Patents

PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS AND METHANOL Download PDF

Info

Publication number
EA044653B1
EA044653B1 EA202192236 EA044653B1 EA 044653 B1 EA044653 B1 EA 044653B1 EA 202192236 EA202192236 EA 202192236 EA 044653 B1 EA044653 B1 EA 044653B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
reactor
cpo
hydrocarbons
hydrogen
syngas
Prior art date
Application number
EA202192236
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Марван Аламро
Файсал Алахмади
Аспи Колах
Original Assignee
Эни С.П.А.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эни С.П.А. filed Critical Эни С.П.А.
Publication of EA044653B1 publication Critical patent/EA044653B1/en

Links

Description

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к системам и способам для производства синтез-газа посредством каталитического неполного окисления (CPO) и производства метанола из него; более конкретно, настоящее изобретение относится к системам и способам для производства метанола, в которых используется конверсия водяного газа (WGS) и/или отделение диоксида углерода (CO2) после CPO и до производства метанола; еще более конкретно, настоящее изобретение относится к системам и способам для производства метанола, которые обеспечивают подачу синтез-газа, имеющего желаемую композицию, в контур синтеза метанола посредством комбинирования CPO и WGS, отделения CO2 и/или тепловой интеграции.The present invention relates to systems and methods for producing synthesis gas by catalytic partial oxidation (CPO) and producing methanol therefrom; More specifically, the present invention relates to systems and methods for producing methanol that utilize water gas shifting (WGS) and/or carbon dioxide (CO2) separation after CPO and prior to methanol production; More specifically, the present invention relates to methanol production systems and methods that provide synthesis gas having a desired composition to a methanol synthesis loop through the combination of CPO and WGS, CO2 separation and/or thermal integration.

Уровень техникиState of the art

Синтез-газ (сингаз) представляет собой смесь, содержащую монооксид углерода (CO) и водород (H2), а также небольшие количества диоксида углерода (CO2), воды (H2O) и непрореагировавшего метана (CH4). Сингаз, как правило, используется в качестве промежуточного материала для получения метанола и аммиака, а также промежуточного материала для получения синтетической нефти для применения в качестве смазывающего вещества или топлива.Synthesis gas (syngas) is a mixture containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H2), as well as small amounts of carbon dioxide (CO2), water (H2O) and unreacted methane ( CH4 ). Syngas is typically used as an intermediate for the production of methanol and ammonia, and as an intermediate for the production of synthetic petroleum for use as a lubricant or fuel.

Сингаз обычно получают путем парового риформинга природного газа (паровой риформинг метана или SMR), хотя для получения сингаза могут использоваться другие источники углеводородов, такие как отходящий газ нефтеперерабатывающих предприятий, лигроиновое сырье, тяжелые углеводороды, уголь, биомасса и т.д. SMR представляет собой эндотермический процесс, и он требует значительной подачи энергии для продвижения реакции в прямом направлении. Общепринятые эндотермические технологии, такие как SMR, продуцируют сингаз с содержанием водорода, превышающем требуемое содержание для синтеза метанола. Как правило, SMR продуцирует сингаз с соотношением M в диапазоне от 2,6 до 2,98, где соотношение M представляет собой молярное соотношение, определяемое как (H2CO2)/(CO+CO2).Syngas is typically produced by steam reforming natural gas (steam methane reforming or SMR), although other hydrocarbon sources such as refinery offgas, naphtha feedstocks, heavy hydrocarbons, coal, biomass, etc. can be used to produce syngas. SMR is an endothermic process and requires a significant supply of energy to propel the reaction forward. Conventional endothermic technologies such as SMR produce syngas with a hydrogen content higher than that required for methanol synthesis. Typically, SMR produces syngas with an M ratio ranging from 2.6 to 2.98, where the M ratio is a molar ratio defined as (H 2 CO2)/(CO+CO2).

В процессе автотермического риформинга (ATR) часть природного газа сжигается в качестве топлива для обеспечения конвертирования природного газа в сингаз, что приводит к относительно низкому содержанию водорода и высоким концентрациям CO2. В традиционных предприятиях по производству метанола используется комбинированная технология риформинга (CR), которая сочетает SMR с автотермическим риформингом (ATR), уменьшая количество водорода, присутствующего в сингазе. В ходе ATR образуется сингаз с меньшим содержанием водорода, чем требуется для синтеза метанола. Как правило, в ходе ATR получают сингаз с соотношением M в диапазоне от 1,7 до 1,84. В технологии CR объемная скорость потока для подачи природного газа в SMR и ATR может быть скорректирована для достижения общего соотношения M для сингаза от 2,0 до 2,06. Кроме того, сингаз, полученный посредством CR, имеет содержание водорода, которое превышает содержание водорода, требуемое для синтеза метанола. Более того, SMR является в высокой степени эндотермическим процессом, и эндотермичность технологии SMR требует сжигания топлива для обеспечения синтеза сингаза. Следовательно, технология SMR уменьшает энергетическую эффективность процесса синтеза метанола.In the autothermal reforming (ATR) process, a portion of the natural gas is burned as fuel to convert the natural gas into syngas, resulting in relatively low hydrogen content and high CO 2 concentrations. Traditional methanol plants use combined reforming (CR) technology, which combines SMR with autothermal reforming (ATR), reducing the amount of hydrogen present in the syngas. ATR produces syngas with less hydrogen than required for methanol synthesis. Typically, ATR produces syngas with an M ratio ranging from 1.7 to 1.84. In CR technology, the volumetric flow rate for supplying natural gas to the SMR and ATR can be adjusted to achieve an overall syngas M ratio of 2.0 to 2.06. In addition, the syngas produced by CR has a hydrogen content that is higher than the hydrogen content required for methanol synthesis. Moreover, SMR is a highly endothermic process, and the endothermic nature of SMR technology requires combustion of fuel to enable syngas synthesis. Consequently, SMR technology reduces the energy efficiency of the methanol synthesis process.

Сингаз также можно получать (некоммерчески) посредством каталитического неполного окисления (CPO или CPOx) природного газа. В процессах CPO используется неполное окисление углеводородного сырья в сингаз, содержащий CO и H2. Процесс CPO является экзотермическим, таким образом, устраняя необходимость во внешней подаче тепла. Однако состав полученного сингаза не является полностью пригодным для различных последующих процессов синтеза (например, синтеза метанола) вследствие сниженного содержания водорода. Таким образом, остается постоянная потребность в разработке систем и процессов, в которых используются процессы CPO для продуцирования синтез-газа, пригодного для последующего химического синтеза (например, синтеза метанола).Syngas can also be produced (non-commercially) through the catalytic partial oxidation (CPO or CPOx) of natural gas. CPO processes involve the partial oxidation of hydrocarbon feedstocks into a syngas containing CO and H2. The CPO process is exothermic, thus eliminating the need for external heat. However, the composition of the resulting syngas is not fully suitable for various downstream synthesis processes (eg methanol synthesis) due to the reduced hydrogen content. Thus, there remains a continuing need to develop systems and processes that utilize CPO processes to produce synthesis gas suitable for downstream chemical synthesis (eg, methanol synthesis).

Краткое описание фигурBrief description of the figures

Для подробного описания предпочтительных вариантов осуществления описанных процессов приводится отсылка к прилагаемому чертежу, где:For a detailed description of preferred embodiments of the described processes, reference is made to the accompanying drawing, where:

фигура представляет собой схему системы для I для процесса синтеза синтез-газа и метанола в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.The figure is a system diagram for I for a synthesis gas and methanol synthesis process in accordance with embodiments of the present invention.

Подробное описаниеDetailed description

В настоящем описании описаны система и способ для получения сингаза и необязательно последующего синтеза метанола из него с использованием каталитического неполного окисления (CPO), например, природного газа. В описанной системе и процессе модифицируется композиция выходящего потока из реактора CPO с использованием конверсии водяного газа (WGS) и удаления диоксида углерода (CO2), и используется тепловая интеграция для энергетической эффективности.Described herein is a system and method for producing syngas and optionally subsequently synthesizing methanol from it using catalytic partial oxidation (CPO), for example, natural gas. The system and process described modify the composition of the CPO reactor effluent using water gas shift (WGS) and carbon dioxide (CO2) removal, and utilize thermal integration for energy efficiency.

В традиционных способах получения сингаза для синтеза метанола используется независимая технология парового риформинга (SMR) или технология комбинированного риформинга (CR). В обоих из этих традиционных процессов используется эндотермический паровой риформинг (SMR) для получения сингаза с требуемым составом для синтеза метанола. Реакция SMR является высокоэндотермическим типовым процессом, который также имеет высокие капитальные затратыTraditional syngas production methods for methanol synthesis use independent steam reforming (SMR) technology or combined reforming (CR) technology. Both of these traditional processes use endothermic steam reforming (SMR) to produce syngas with the desired composition for methanol synthesis. The SMR reaction is a highly endothermic typical process that also has high capital costs

- 1 044653 (CAPEX). В традиционных наилучших в своем классе предприятиях по производству метанола используется технология комбинированного риформинга (CR), которая состоит из реактора SMR и установки автотермического риформинга (ATR) для уменьшения энергопотребления при получении сингаза, и, таким образом, в процессе синтеза метанола в целом. Способ CR снижает расход топлива элементом SMR путем вовлечения ATR для риформинга части подаваемого природного газа. Подачу природного газа (например, объемная скорость потока) в SMR и ATR корректируют для достижения конечной композиции сингаза (например, сингаз с величиной M, как дополнительно описано в настоящем описании ниже, приблизительно от 2,0 до 2,06), обеспечиваемой посредством технологии CR.- 1 044653 (CAPEX). Traditional best-in-class methanol plants use combined reformer (CR) technology, which consists of an SMR reactor and an autothermal reformer (ATR) to reduce energy consumption in syngas production, and thus the overall methanol synthesis process. The CR method reduces the fuel consumption of the SMR element by engaging ATR to reform a portion of the natural gas feed. The natural gas feed (e.g., volumetric flow rate) to the SMR and ATR is adjusted to achieve the final syngas composition (e.g., syngas with an M value, as further described herein below, of approximately 2.0 to 2.06) provided by the technology CR.

Эндотермичность технологии SMR требует сожжения топлива для обеспечения реакций. Следовательно, технология SMR уменьшает энергетическую эффективность процесса синтеза метанола с использованием SMR для обеспечения исходного синтез-газа для синтеза метанола.The endothermic nature of SMR technology requires combustion of fuel to power the reactions. Therefore, SMR technology reduces the energy efficiency of the methanol synthesis process using SMR to provide feedstock synthesis gas for methanol synthesis.

В описанных в настоящем описании системе и способе используется обособленный процесс CPO совместно с WGS, удалением CO2 и/или тепловой интеграцией для производства обогащенного водородом синтез-газа с требуемым составом для последующего синтеза метанола без необходимости в эндотермическом и имеющем высокие CAPEX SMR. Описанные в настоящем описании система и способ для синтеза метанола являются энергетически эффективными и могут использоваться, в некоторых вариантах осуществления, для модернизации существующего предприятия по производству метанола. С использованием CPO вместе с WGS, удалением CO2 и/или тепловой интеграцией вместо SMR, описанные в настоящем описании система и процесс позволяют снижение использования энергии при минимальных капиталовложениях.The system and method described herein uses a stand-alone CPO process in conjunction with WGS, CO 2 removal and/or thermal integration to produce hydrogen-enriched synthesis gas of the desired composition for downstream methanol synthesis without the need for endothermic and high CAPEX SMR. The methanol synthesis system and method described herein are energy efficient and can be used, in some embodiments, to retrofit an existing methanol production facility. By using CPO together with WGS, CO2 removal and/or thermal integration instead of SMR, the system and process described herein allows for reduced energy use with minimal capital investment.

В некоторых вариантах осуществления энергопотребление существующего предприятия по производству метанола может быть снижено в соответствии с настоящим изобретением путем модернизации существующего предприятия. Альтернативно, в соответствии с настоящим изобретением может быть спроектировано новое предприятие по производству метанола, имеющее сниженное энергопотребление относительно традиционного предприятия синтеза метанола, в котором используется SMR или CR. Энергопотребление минимизируется в соответствии с настоящим изобретением посредством объединения каталитического неполного окисления с необязательным WGS, удалением CO2 и/или интеграцией технологического тепла процесса, обеспечивая сходные или более высокие уровни производства метанола при сходном качестве продукта. В некоторых вариантах осуществления энергопотребление предприятия по производству метанола (например, нового или существующего предприятия, модернизированного в соответствии с настоящим изобретением) снижается от индексной величины 100 до приблизительно 90, 80 или 70 MMBTU/тонна произведенного метанола. В некоторых вариантах осуществления энергопотребление для производства метанола снижается посредством системы и способа по изобретению по меньшей мере на 10, 30 или 50% относительно традиционного производства метанола. В некоторых вариантах осуществления энергопотребление предприятия по производству метанола (например, нового или существующего предприятия, модернизированного в соответствии с настоящим изобретением) снижается до индексной величины, меньшей или равной приблизительно 40, 50, 60, 70 или 80 MMBTU/тонна метанола, произведенного посредством системы и способа по настоящему изобретению.In some embodiments, the energy consumption of an existing methanol production plant can be reduced in accordance with the present invention by upgrading the existing plant. Alternatively, in accordance with the present invention, a new methanol production plant can be designed that has reduced energy consumption relative to a traditional methanol synthesis plant that uses SMR or CR. Energy consumption is minimized in accordance with the present invention by combining catalytic partial oxidation with optional WGS, CO2 removal and/or process heat integration, providing similar or higher levels of methanol production with similar product quality. In some embodiments, the energy consumption of a methanol production plant (eg, a new or existing plant retrofitted in accordance with the present invention) is reduced from an index value of 100 to approximately 90, 80, or 70 MMBTU/ton of methanol produced. In some embodiments, energy consumption for methanol production is reduced by the system and method of the invention by at least 10, 30, or 50% relative to conventional methanol production. In some embodiments, the energy consumption of a methanol production plant (e.g., a new or existing plant retrofitted in accordance with the present invention) is reduced to an index value of less than or equal to approximately 40, 50, 60, 70, or 80 MMBTU/ton of methanol produced by the system and the method of the present invention.

Кроме рабочих примеров или случаев, когда указано иное, подразумевается, что все числа или выражения, касающиеся количеств ингредиентов, условий реакции и т.п., используемые в настоящем описании и формуле изобретения, модифицированы во всех случаях термином приблизительно. В настоящем описании раскрыты различные числовые диапазоны. Поскольку эти диапазоны являются непрерывными, они включают каждую величину между минимальной и максимальной величинами. Конечные точки всех диапазонов, указывающих на одну и ту же характеристику или компонент, являются независимо комбинируемыми и включающими указанные конечные точки. Если явно не указано иное, различные числовые диапазоны, указанные в настоящем описании, являются приближениями. Конечные точки всех диапазонов, относящиеся к одному и тому же компоненту или свойству, включают конечные точки и независимо могут комбинироваться. Термин от более 0 до некоторого количества означает, что названный компонент присутствует в некотором количестве, превышающем 0, и вплоть до и включая более высокое названное количество.Except in working examples or where otherwise indicated, all numbers or expressions regarding amounts of ingredients, reaction conditions, and the like used in the present specification and claims are intended to be modified in all cases by the term approximately. Various numerical ranges are disclosed herein. Because these ranges are continuous, they include every value between the minimum and maximum values. The endpoints of all ranges indicating the same characteristic or component are independently combinable and include the specified endpoints. Unless otherwise expressly stated, the various numerical ranges stated herein are approximations. The endpoints of all ranges that refer to the same component or property include endpoints and can be combined independently. The term greater than 0 to some amount means that the named component is present in some amount greater than 0, up to and including the higher named amount.

Форма единственного числа предназначена не для указания на ограничение количества, а скорее для указания на присутствие по меньшей мере одного из упоминаемых объектов. Как используют в рамках изобретения форма единственного числа включает множественное число упоминаемых объектов.The singular form is not intended to indicate a limitation in quantity, but rather to indicate the presence of at least one of the entities referred to. As used within the scope of the invention, the singular form includes the plural of the entities referred to.

Как используют в рамках изобретения выражение их комбинации включает один или несколько из указанных элементов, необязательно вместе с элементом, который не указан, например, включая комбинацию одного или нескольких названных компонентов, необязательно с одним или несколькими другими компонентами, конкретно не названными, которые имеют по существу ту же функцию. Как используют в рамках изобретения, термин комбинация включает сочетания, смеси, сплавы, продукты реакции и т.п.As used within the scope of the invention, the expression combination thereof includes one or more of the specified elements, optionally together with an element that is not specified, for example, including a combination of one or more named components, optionally with one or more other components not specifically named, which have essentially the same function. As used herein, the term combination includes combinations, mixtures, alloys, reaction products, and the like.

Указание в настоящем описании на вариант осуществления, другой вариант осуществления, другие варианты осуществления, некоторые варианты осуществления и т.д. означает, что конкретныйReference in the present description to an embodiment, another embodiment, other embodiments, some embodiments, etc. means that a specific

- 2 044653 элемент (например, признак, структура, свойство и/или характеристика), описанный применительно к варианту осуществления, включен по меньшей мере в один вариант осуществления, описанный в настоящем описании, и может присутствовать или может не присутствовать в других вариантах осуществления. Кроме того, следует понимать, что описанный элемент(ы) может быть скомбинирован любым подходящим образом в различных вариантах осуществления.- 2044653 The element (eg, feature, structure, property and/or characteristic) described in relation to an embodiment is included in at least one embodiment described herein and may or may not be present in other embodiments. In addition, it should be understood that the described element(s) may be combined in any suitable manner in various embodiments.

Как используют в рамках изобретения, термины ингибирование, или уменьшение, или предупреждение, или избегание или любой вариант этих терминов включают любое поддающееся измерению снижение или полное ингибирование для достижения желаемого результата.As used herein, the terms inhibition or reduction or prevention or avoidance or any variant of these terms include any measurable reduction or complete inhibition to achieve a desired result.

Как используют в рамках изобретения, термин эффективный означает достаточный для достижения желаемого, ожидаемого или предполагаемого результата.As used herein, the term effective means sufficient to achieve the desired, expected or intended result.

Как используют в рамках изобретения, термины содержащий (и любая форм термина содержащий, такая как содержать и содержит), имеющий (и любая форма термина имеющий, такая как иметь и имеет), включающий (и любая форма термина включающий, такая как включать и включает) или содержащий (и любая форма термина содержащий, такая как содержать и содержит) являются инклюзивными или открытыми и не исключают дополнительных не указанных элементов или стадий процесса.As used herein, the terms containing (and any form of the term containing, such as contain and contains), having (and any form of the term having, such as have and has), including (and any form of the term including, such as include and include ) or containing (and any form of containing, such as contain and contains) are inclusive or open-ended and do not exclude additional unspecified elements or process steps.

Если не определено иначе, технические и научные термины, используемые в настоящем описании, имеют то же значение, которое обычно подразумевает специалист в данной области.Unless otherwise defined, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one skilled in the art.

Соединения описаны в настоящем описании с использованием стандартной номенклатуры. Например, подразумевают, что любое положение, не замещенное ни в одной из указанных групп, имеет его валентность, занятую связью, как указано, или атомом водорода. Черта (-), которая не находится между двумя буквами или символами, используется для указания на точку присоединения заместителя. Например, -CHO связан через атом углерода карбонильной группы.The compounds are described herein using standard nomenclature. For example, any position not substituted in any of these groups is meant to have its valency occupied by a bond as indicated or by a hydrogen atom. A bar (-) that is not between two letters or symbols is used to indicate the point of attachment of a substituent. For example, -CHO is bonded through the carbon atom of the carbonyl group.

Как используют в рамках изобретения, термины Cx углеводороды uCxs являются взаимозаменяемыми и относятся к любому углеводороду, имеющему число x атомов углерода (C). Например, оба из терминов C4-углеводороды и C4s относятся к любым углеводородам, имеющим точно 4 атома углерода, таким как н-бутан, изобутан, циклобутан, 1-бутен, 2-бутен, изобутилен, бутадиен и т.п., или к их комбинациям.As used herein, the terms C x hydrocarbons uC x s are interchangeable and refer to any hydrocarbon having x number of carbon atoms (C). For example, both the terms C4 hydrocarbons and C4s refer to any hydrocarbons having exactly 4 carbon atoms, such as n-butane, isobutane, cyclobutane, 1-butene, 2-butene, isobutylene, butadiene, and the like. or to combinations thereof.

Как используют в рамках изобретения, термин Cx+углеводороды относится к любому углеводороду, имеющему более чем или ровно x атомов углерода (C). Например, термин C2+углеводороды относится к любым углеводородам, имеющим 2 или более атомов углерода, таким как этан, этилен, C3, C4, C5 и т.д.As used herein, the term Cx+ hydrocarbons refers to any hydrocarbon having more than or exactly x carbon atoms (C). For example, the term C2 + hydrocarbons refers to any hydrocarbons having 2 or more carbon atoms, such as ethane, ethylene, C3 , C4 , C5 , etc.

Как используют в настоящем описании, контур синтеза метанола или контур метанола относится к части предприятия, в которой осуществляется синтез метанола, включающей реактор(ы) для синтеза метанола).As used herein, a methanol synthesis loop or methanol loop refers to the portion of the plant in which methanol synthesis occurs, including the methanol synthesis reactor(s).

Как используют в настоящем описании, соотношение M представляет собой молярное соотношение, определяемое как (H2-CO2)/(CO+CO2).As used herein, the ratio M is a molar ratio defined as (H 2 -CO 2 )/(CO+CO 2 ).

Ссылаясь на фигуре, раскрыта система I для производства сингаза и метанола. Система I для производства сингаза и метанола, как правило, включает реактор 10 каталитического неполного окисления (CPO или CPOx); реактор 20 конверсии водяного газа (WGS); сепаратор 25 диоксида углерода (CO2); компрессор 30 и контур 40 синтеза метанола. В некоторых вариантах осуществления система I для синтеза сингаза и метанола I, кроме того, может включать элемент 6 десульфуризации, элемент 70 сепарации водорода и элемент 60 перегонки, и один или несколько теплообменников, в качестве первого теплообменника HE1, второго теплообменника HE2, третьего теплообменника HE3, четвертого теплообменника HE4 и/или пятого теплообменника (например, электрического нагревателя) HE5. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, компоненты системы для производства сингаза и метанола, представленные на фиг., могут быть гидравлически соединены друг с другом (как указано соединительными линиями, указывающими на направление потока жидкости) посредством любых подходящих каналов (например, трубы, потоки и т.д.).Referring to the figure, a system I for producing syngas and methanol is disclosed. System I for producing syngas and methanol typically includes a catalytic partial oxidation (CPO or CPOx) reactor 10; water gas shift (WGS) reactor 20; carbon dioxide (CO2) separator 25; compressor 30 and methanol synthesis circuit 40. In some embodiments, the system I for synthesizing syngas and methanol I may further include a desulfurization element 6, a hydrogen separation element 70, and a distillation element 60, and one or more heat exchangers, as first heat exchanger HE1, second heat exchanger HE2, third heat exchanger HE3 , a fourth heat exchanger HE4 and/or a fifth heat exchanger (eg electric heater) HE5. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of the present description, the components of the syngas and methanol production system illustrated in FIG. can be hydraulically connected to each other (as indicated by connecting lines indicating the direction of fluid flow) through any suitable passages ( e.g. pipes, streams, etc.).

В некоторых вариантах осуществления способ, описанный в настоящем описании, может включать стадию (a) реакции посредством реакции каталитического неполного окисления (CPO) смеси реагентов для CPO в реакторе 10 CPO с получением выходящего потока 15 из реактора CPO, содержащего сингаз; где смесь реагентов для CPO включает углеводороды, кислород и необязательно воду; где реактор 10 CPO содержит катализатор CPO; где выходящий поток 15 из реактора CPO содержит водород (H2), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), воду и непрореагировавшие углеводороды, где выходящий поток 15 из реактора CPO характеризуется молярным соотношением водорода и монооксида углерода (H2/CO) выходящего потока 15 из реактора CPO, и где выходящий поток 15 из реактора CPO характеризуется соотношением M выходящего потока из реактора CPO, где соотношение M представляет собой молярное соотношение, определяемое как (H2-CO2)/(CO+CO2). Как дополнительно описано ниже, смесь реагентов для CPO может включать комбинацию кислорода на линии 12, пара на линии 11A и первой углеводородной части 5A углеводородного сырья 5, необязательно подвергнутой теплообмену во втором теплообменнике HE2 с получением подвергнутой теплообмену первой части 5A',In some embodiments, the method described herein may include the step of (a) reacting, through a catalytic partial oxidation (CPO) reaction, a mixture of CPO reactants in a CPO reactor 10 to produce a CPO reactor effluent stream 15 containing syngas; wherein the CPO reactant mixture includes hydrocarbons, oxygen and optionally water; wherein the CPO reactor 10 contains a CPO catalyst; wherein the CPO reactor effluent stream 15 contains hydrogen ( H2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), water and unreacted hydrocarbons, wherein the CPO reactor effluent stream 15 is characterized by a molar ratio of hydrogen to carbon monoxide (H2/CO) the CPO reactor effluent stream 15, and wherein the CPO reactor effluent stream 15 is characterized by the ratio M of the CPO reactor effluent stream, wherein the ratio M is a molar ratio defined as (H 2 -CO 2 )/(CO+CO 2 ). As further described below, the CPO reactant mixture may include a combination of oxygen in line 12, steam in line 11A, and a first hydrocarbon portion 5A of hydrocarbon feedstock 5 optionally heat exchanged in a second heat exchanger HE2 to produce a heat exchanged first portion 5A'.

- 3 044653 десульфурированной в элементе 6 десульфуризации с получением десульфирированной первой части на линии 8, и/или подвергнутой теплообмену в четвертом теплообменнике HE4 с получением подвергнутой теплообмену десульфурированной первой части 8'.- 3 044653 desulfurized in the desulfurization element 6 to obtain a desulfurized first part in line 8, and/or subjected to heat exchange in a fourth heat exchanger HE4 to obtain a heat-exchanged desulfurized first part 8'.

Как правило, реакция CPO основана на частичном сгорании топлива, такого как различные углеводороды, и, в случае метана, CPO может соответствовать уравнению (1):Typically, the CPO reaction is based on the partial combustion of fuels such as various hydrocarbons, and, in the case of methane, CPO may correspond to equation (1):

CHI 2O2>CO,2H2 (1)CHI 2O2 > CO , 2H2 (1)

Не ограничиваясь теорией, в ходе реакции CPO, представленной в уравнении (1) могут происходить побочные реакции; и в таких реакциях могут образовываться диоксид углерода (CO2) и вода (H2O), например, в результате сгорания углеводородов, которое является экзотермической реакцией. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, и не ограничиваясь теорией, реакция CPO, соответствующая уравнению (1), может приводить к сингазу с молярным соотношением водорода и монооксида углерода (H2/CO), имеющему теоретический стехиометрический предел 2,0. Не ограничиваясь теорией, теоретический стехиометрический предел 2,0 для молярного соотношения H2/CO означает, что реакция CPO, соответствующая уравнению (1), обеспечивает 2 моль Н2 на каждый 1 моль CO, т.е. молярное соотношение H2/CO (2 моль H2/1 моль CO) = 2. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, теоретический стехиометрический предел 2,0 для молярного соотношения H2/CO в реакции CPO не может быть достигнут практически, поскольку реагенты (например, углеводороды, кислород), а также продукты (например, H2, CO) претерпевают побочные реакции в условиях, используемых для реакции CPO. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, и не ограничиваясь теорией, в присутствии кислорода CO и Н2 могут окисляться до CO2 и H2O, соответственно. Относительные количества (например, композиция) CO, H2, CO2 и H2O могут быть далее изменены посредством равновесия реакции конверсии водяного газа (WGS), которая более подробно рассмотрена в настоящем описании ниже. Побочные реакции, которые могут происходить в реакторе 10 CPO, могут оказывать прямое влияние на соотношение M полученного сингаза (например, сингаз в выходящем потоке 15 из реактора CPO), где соотношение M представляет собой молярное соотношение, определяемое как (H2-CO2)/(CO+CO2). В отсутствии какой-либо побочной реакции (теоретический), реакция CPO, соответствующая уравнению (1), обеспечивает сингаз с соотношением M 2,0. Однако присутствие побочных реакций (практически) уменьшает содержание H2 и повышает содержание CO2, тем самым обеспечивая сингаз в выходящем потоке 15 из реактора CPO с соотношением M менее 2,0.Without being limited by theory, side reactions may occur during the CPO reaction shown in equation (1); and such reactions can produce carbon dioxide (CO2) and water (H2O), for example from the combustion of hydrocarbons, which is an exothermic reaction. As will be appreciated by one skilled in the art both by the present description and without being limited by theory, the CPO reaction corresponding to equation (1) can result in a syngas with a hydrogen to carbon monoxide (H2/CO) molar ratio having a theoretical stoichiometric limit of 2. 0. Without being limited by theory, the theoretical stoichiometric limit of 2.0 for the H2/CO molar ratio means that the CPO reaction corresponding to equation (1) provides 2 mol H 2 for every 1 mol CO, i.e. H2/CO molar ratio (2 mol H2/1 mol CO) = 2. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of this disclosure, the theoretical stoichiometric limit of 2.0 for the H2 /CO molar ratio in the CPO reaction cannot be achieved practically, since reactants (eg hydrocarbons, oxygen) as well as products (eg H 2 , CO) undergo side reactions under the conditions used for the CPO reaction. As will be appreciated by one of ordinary skill in the art, both by use of the present disclosure and without being limited by theory, in the presence of oxygen, CO and H 2 can be oxidized to CO 2 and H 2 O, respectively. The relative amounts (eg, composition) of CO, H2, CO2 and H2O can be further changed through the equilibrium of the water gas shift (WGS) reaction, which is discussed in more detail below herein. Side reactions that may occur in the CPO reactor 10 may have a direct effect on the M ratio of the resulting syngas (e.g., syngas in the CPO reactor effluent stream 15), where the M ratio is a molar ratio defined as (H 2 -CO 2 ) /(CO+CO 2 ). In the absence of any side reaction (theoretical), the CPO reaction corresponding to equation (1) provides syngas with an M ratio of 2.0. However, the presence of side reactions (virtually) reduces the H 2 content and increases the CO 2 content, thereby providing syngas in the CPO reactor effluent stream 15 with an M ratio of less than 2.0.

Кроме того, не ограничиваясь теорией, реакция CPO, как представлено в уравнении (1), представляет собой экзотермическую гетерогенную каталитическую реакцию (т.е. слабоэкзотермическую реакцию), она происходит в одной реакторной установке, такой как реактор 10 CPO (в противоположность более чем одной реакторной установке, как в случае общепринятых способов производства сингаза, таких как комбинации паровой риформинг метана (SMR) - автотермический риформинг (ATR)). В то время как является возможным проведение неполного окисления углеводородов в качестве гомогенной реакции в отсутствии катализатора, процесс гомогенного неполного окисления углеводородов вовлекает чрезмерные температуры, длительное время нахождения, а также чрезмерное коксообразование, что существенно снижает контролируемость реакции неполного окисления, и не может обеспечивать сингаз желаемого качества в одной реакторной установке.Moreover, without being limited by theory, the CPO reaction as presented in equation (1) is an exothermic heterogeneous catalytic reaction (i.e., a weakly exothermic reaction) and occurs in a single reactor unit such as a 10 CPO reactor (as opposed to more than one reactor plant, as is the case with conventional syngas production processes such as steam methane reforming (SMR) - autothermal reforming (ATR) combinations). While it is possible to carry out the partial oxidation of hydrocarbons as a homogeneous reaction in the absence of a catalyst, the process of homogeneous partial oxidation of hydrocarbons involves excessive temperatures, long residence times, as well as excessive coke formation, which significantly reduces the controllability of the partial oxidation reaction, and cannot provide the desired syngas quality in one reactor plant.

Более того, не ограничиваясь теорией, реакция CPO довольно устойчива к химическому отравлению и по существу позволяет использовать широкое множество углеводородного сырья, включая некоторое серосодержащее углеводородное сырье; что в некоторых случаях может увеличить время жизни и производительность катализатора. Напротив, общепринятые процессы ATR имеют более ограничивающие требования к сырью, например, с точки зрения содержания примесей в сырье (например, сырье для ATR является десульфурированным), а также с точки зрения углеводородной композиции (например, в ATR в основном используется CH4-богатое сырье).Moreover, without being limited by theory, the CPO reaction is quite resistant to chemical poisoning and as such allows the use of a wide variety of hydrocarbon feedstocks, including some sulfur-containing hydrocarbon feedstocks; which in some cases can increase the lifetime and performance of the catalyst. In contrast, conventional ATR processes have more restrictive feedstock requirements, for example in terms of feed impurity content (e.g. ATR feedstock is desulfurized) and also in terms of hydrocarbon composition (e.g. ATR primarily uses CH4-rich feedstock ).

В некоторых вариантах осуществления углеводороды (например, в углеводородном сырье 5), пригодные для применения в реакции CPO, как описано в настоящем описании, могут включать метан (CH4), природный газ, газоконденсатные жидкости, сжиженный нефтяной газ (LPG), попутный газ, газ газовой шапки, обогащенный газ, парафиновые углеводороды, сланцевый газ, сланцевые жидкости, отходящий газ крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC), технологический газ переработки нефти, отходящий газ переработки нефти, дымовые газы, топливный газ из коллектора топливного газа, и т.п., или их комбинации. Углеводороды могут включать любой подходящий источник углеводородов и могут включать C1-C6 углеводороды, а также некоторые более тяжелые углеводороды.In some embodiments, hydrocarbons (eg, in hydrocarbon feed 5) suitable for use in the CPO reaction as described herein may include methane (CH 4 ), natural gas, natural gas liquids, liquefied petroleum gas (LPG), associated gas , gas cap gas, enriched gas, paraffinic hydrocarbons, shale gas, shale liquids, fluid catalytic cracking (FCC) off-gas, oil refining process gas, oil refining off-gas, flue gas, fuel gas from fuel gas header, etc. etc., or combinations thereof. Hydrocarbons may include any suitable source of hydrocarbons and may include C1-C6 hydrocarbons as well as some heavier hydrocarbons.

В некоторых вариантах осуществления смесь реагентов CPO в реакторе 10 CPO может содержать углеводороды из углеводородного сырья 5, которое может содержать, по существу состоять из или состоять из природного газа. Первая часть 5A углеводородного сырья 5 может использоваться в качестве технологического газа (например, технологический природный газ PNG)), и может направляться в реактор 10 CPO, в то время как вторая часть 5B углеводородного сырья 5 может использоваться в качестве топливного газа (например, топливный природный газ (FNG)), и направляться в другие части системы 1 для использования в качестве топлива (например, для получения пара, например, дляIn some embodiments, the CPO reactant mixture in CPO reactor 10 may contain hydrocarbons from hydrocarbon feed 5, which may contain, consist essentially of, or consist of natural gas. The first portion 5A of the hydrocarbon feedstock 5 may be used as a process gas (e.g., PNG process natural gas)) and may be sent to the CPO reactor 10, while the second portion 5B of the hydrocarbon feedstock 5 may be used as a fuel gas (e.g., fuel natural gas (FNG)), and sent to other parts of the system 1 for use as fuel (e.g. to produce steam, e.g.

- 4 044653 получения пара высокого давления (HP) для запуска турбины, например, для запуска турбины компрессора 30). В некоторых вариантах осуществления вторая часть 5B углеводородов, используемая в качестве топлива, составляет менее чем приблизительно 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 или 1 мас.% от всего углеводородного сырья 5 в расчете на общую массу всех углеводородов, где общие углеводороды состоят из суммы углеводородов, поданных в реактор 10 CPO на стадии (a) через первую часть 5A, и углеводородов, направленных в качестве топлива через вторую часть 5B.- 4 044653 obtaining high pressure steam (HP) to start a turbine, for example, to start a compressor turbine 30). In some embodiments, the second portion 5B of hydrocarbons used as fuel is less than about 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, or 1 wt.% of the total hydrocarbon feedstock 5 based on the total weight all hydrocarbons, where the total hydrocarbons consist of the sum of the hydrocarbons supplied to the CPO reactor 10 in step (a) through the first part 5A, and the hydrocarbons sent as fuel through the second part 5B.

Как правило, природный газ состоит в основном из метана, но также может содержать этан, пропан и более тяжелые углеводороды (например, изобутан, н-бутан, изопентан, н-пентан, гексан и т.д.), а также очень небольшие количества азота, кислорода, диоксида углерода, соединений серы и/или воды. Природный газ может быть предоставлен из различных источников, включая, но не ограничиваясь ими, газовые месторождения, нефтяные месторождения, угольные месторождения, гидроразрыв месторождений сланцевого газа, биомассу, свалочный газ и т.п., или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления смесь реагентов для CPO может включать CH4 и O2.Typically, natural gas consists primarily of methane, but may also contain ethane, propane and heavier hydrocarbons (e.g. isobutane, n-butane, isopentane, n-pentane, hexane, etc.), as well as very small amounts nitrogen, oxygen, carbon dioxide, sulfur compounds and/or water. Natural gas can be provided from a variety of sources, including, but not limited to, gas fields, oil fields, coal fields, fracking shale gas fields, biomass, landfill gas, and the like, or combinations thereof. In some embodiments, the CPO reactant mixture may include CH4 and O2 .

Природный газ может содержать любое подходящее количество метана. В некоторых вариантах осуществления природный газ может содержать биогаз. Например, природный газ может содержать от приблизительно 45 мол.% до приблизительно 80 мол.% метана, от приблизительно 20 мол.% до приблизительно 55 мол.% диоксида углерода, и менее чем приблизительно 15 мол.% азота.Natural gas may contain any suitable amount of methane. In some embodiments, the natural gas may comprise biogas. For example, natural gas may contain from about 45 mole% to about 80 mole% methane, from about 20 mole% to about 55 mole% carbon dioxide, and less than about 15 mole% nitrogen.

В некоторых вариантах осуществления природный газ (или углеводородное сырье 5) может включать CH4 в количестве, превышающем или равном приблизительно 45 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 50 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 55 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 60 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 65 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 70 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 75 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 80 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 82 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 84 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 86 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 88 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 90 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 91 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 92 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 93 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 94 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 95 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 96 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 97 мол.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 98 мол.%, или альтернативно превышающем или равном приблизительно 99 мол.%.In some embodiments, the natural gas (or hydrocarbon feedstock 5) may include CH4 in an amount greater than or equal to about 45 mole%, alternatively greater than or equal to about 50 mole%, alternatively greater than or equal to about 55 mole%, alternatively greater than or equal to about 60 mol.%, alternatively greater than or equal to about 65 mol.%, alternatively greater than or equal to about 70 mol.%, alternatively greater than or equal to about 75 mol.%, alternatively greater than or equal to about 80 mol.%, alternatively greater than or equal to about 82 mol.%, alternatively greater than or equal to about 84 mol.%, alternatively greater than or equal to about 86 mol.%, alternatively greater than or equal to about 88 mol.%, alternatively greater than or equal to about 90 mol.%, alternatively greater than or equal to about 91 mol.%, alternatively greater than or equal to about 92 mol.%, alternatively greater than or equal to about 93 mol.%, alternatively greater than or equal to about 94 mol.%, alternatively greater than or equal to about 95 mol.%, alternatively greater than or equal to about 96 mol.%, alternatively greater than or equal to about 97 mol.%, alternatively greater than or equal to about 98 mol.%, or alternatively greater than or equal to about 99 mol.%.

В некоторых вариантах осуществления углеводороды в углеводородном сырье 5, пригодном для применения в реакции CPO, как описано в настоящем описании, могут включать C1-C6 углеводороды, азот (например, от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 15 мол.%, альтернативно от приблизительно 0,5 мол.% до приблизительно 11 мол.%, альтернативно от приблизительно 1 мол.% до приблизительно 7,5 мол.%, или альтернативно от приблизительно 1,3 мол.% до приблизительно 5,5 мол.%) и диоксид углерода (например, от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 2 мол.%, альтернативно от приблизительно 0,2 мол.% до приблизительно 1 мол.%, или альтернативно от приблизительно 0,3 мол.% до приблизительно 0,6 мол.%). Например, углеводороды, пригодные для применения в реакции CPO, как описано в настоящем описании, могут содержать C1-углеводород (от приблизительно 89 мол.% до приблизительно 92 мол.%); C2-углеводороды (от приблизительно 2,5 мол.% до приблизительно 4 мол.%); C3-углеводороды (от приблизительно 0,5 мол.% до приблизительно 1,4 мол.%); C4-углеводороды (от приблизительно 0,5 мол.% до приблизительно 0,2 мол.%); C5углеводороды (приблизительно 0,06 мол.%); и C6-углеводороды (приблизительно 0,02 мол.%); и необязательно азот (от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 15 мол.%), диоксид углерода (от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 2 мол.%), или как азот (приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 15 мол.%), так и диоксид углерода (от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 2 мол.%). Таким образом, смесь реагентов для CPO может содержать такие углеводороды, которые могут быть поданы в реактор 10 CPO посредством первой части 5A углеводородного сырья 5, или по отдельности.In some embodiments, the hydrocarbons in hydrocarbon feed 5 suitable for use in the CPO reaction as described herein may include C1-C6 hydrocarbons, nitrogen (e.g., from about 0.1 mol.% to about 15 mol.%, alternatively from about 0.5 mol.% to about 11 mol.%, alternatively from about 1 mol.% to about 7.5 mol.%, or alternatively from about 1.3 mol.% to about 5.5 mol.%) and carbon dioxide (e.g., from about 0.1 mole% to about 2 mole%, alternatively from about 0.2 mole% to about 1 mole%, or alternatively from about 0.3 mole% to about 0 .6 mol.%). For example, hydrocarbons suitable for use in the CPO reaction as described herein may comprise C 1 hydrocarbon (from about 89 mol.% to about 92 mol.%); C 2 hydrocarbons (from about 2.5 mol.% to about 4 mol.%); C 3 hydrocarbons (from about 0.5 mol.% to about 1.4 mol.%); C 4 hydrocarbons (from about 0.5 mol.% to about 0.2 mol.%); C 5 hydrocarbons (approximately 0.06 mol%); and C 6 hydrocarbons (approximately 0.02 mol%); and optionally nitrogen (from about 0.1 mol.% to about 15 mol.%), carbon dioxide (from about 0.1 mol.% to about 2 mol.%), or as nitrogen (about 0.1 mol.% to about 15 mol.%), and carbon dioxide (from about 0.1 mol.% to about 2 mol.%). Thus, the CPO reactant mixture may contain such hydrocarbons that can be supplied to the CPO reactor 10 through the first portion 5A of the hydrocarbon feedstock 5, or separately.

Кислород, используемый в смеси 10 реагентов для CPO, может включать 100% кислород (по существу чистый O2), газообразный кислород (который может быть получен посредством мембранной сепарации), технический кислород (который может содержать некоторое количество воздуха), воздух, обогащенный кислородом воздух, кислородсодержащие газообразные соединения (например, NO), кислородсодержащие смеси (например, O2/CO2, O2/H2O, O2/H2O2/H2O), генераторы оксирадикалов (например, CH3OH, CH2O), генераторы гидроксильных радикалов и т.п., или их комбинации. Кислород может подаваться в реактор 10 CPO через кислородную линию 12, в некоторых вариантах осуществления, или другим путем (например, вместе с первой частью 8 или подвергнутой теплообмену десульфурированной первой частью 8').Oxygen used in the 10-reagent mixture for CPO may include 100% oxygen (essentially pure O2), gaseous oxygen (which can be obtained through membrane separation), industrial oxygen (which may contain some air), air, oxygen-enriched air , oxygen-containing gaseous compounds (for example, NO), oxygen-containing mixtures (for example, O2/CO2, O2/H2O, O2/H2O2/H2O), hydroxy radical generators (for example, CH3OH, CH2O), hydroxyl radical generators, etc., or their combinations. Oxygen may be supplied to the CPO reactor 10 through oxygen line 12, in some embodiments, or in another way (eg, together with the first part 8 or the heat-exchanged desulphurized first part 8').

- 5 044653- 5 044653

В некоторых вариантах осуществления смесь реагентов для CPO в реакторе 10 CPO может характеризоваться молярным соотношением углерода и кислорода (C/O), меньшим или равным приблизительно 3:1; альтернативно меньшим или равным приблизительно 2,6:1, альтернативно меньшим или равным приблизительно 2,4:1, альтернативно меньшим или равным приблизительно 2,2:1, альтернативно меньшим или равным приблизительно 2:1, альтернативно меньшим или равным приблизительно 1,9:1, альтернативно меньшим или равным приблизительно 1,8:1, альтернативно меньшим или равным приблизительно 1,75:1; альтернативно превышающем или равном приблизительно 2:1, альтернативно превышающем или равном приблизительно 2,2:1, альтернативно превышающем или равном приблизительно 2,4:1, альтернативно превышающем или равном приблизительно 2,6:1, альтернативно от приблизительно 0,5:1 до приблизительно 3:1, альтернативно от приблизительно 0,7:1 до приблизительно 2,5:1, альтернативно от приблизительно 0,9:1 до приблизительно 2,2:1, альтернативно от приблизительно 1:1 до приблизительно 2:1, альтернативно от приблизительно 1,1:1 до приблизительно 1,9:1, альтернативно от приблизительно 1,5:1 до приблизительно 2,5:1, альтернативно от приблизительно 1,6:1 до приблизительно 2,5:1, альтернативно от приблизительно 2:1 до приблизительно 3:1, альтернативно от приблизительно 2,2:1 до приблизительно 3:1, альтернативно от приблизительно 2,4:1 до приблизительно 3:1, или альтернативно от приблизительно 2,6:1 до приблизительно 3:1, где молярное соотношение C/O относится к общему количеству моль углерода (C) в углеводородах в смеси реагентов, деленному на общее количество моль кислорода (O2) в смеси реагентов.In some embodiments, the CPO reactant mixture in CPO reactor 10 may have a carbon to oxygen (C/O) molar ratio of less than or equal to about 3:1; alternatively less than or equal to about 2.6:1, alternatively less than or equal to about 2.4:1, alternatively less than or equal to about 2.2:1, alternatively less than or equal to about 2:1, alternatively less than or equal to about 1.9 :1, alternatively less than or equal to about 1.8:1, alternatively less than or equal to about 1.75:1; alternatively greater than or equal to about 2:1, alternatively greater than or equal to about 2.2:1, alternatively greater than or equal to about 2.4:1, alternatively greater than or equal to about 2.6:1, alternatively from about 0.5:1 to about 3:1, alternatively from about 0.7:1 to about 2.5:1, alternatively from about 0.9:1 to about 2.2:1, alternatively from about 1:1 to about 2:1, alternatively from about 1.1:1 to about 1.9:1, alternatively from about 1.5:1 to about 2.5:1, alternatively from about 1.6:1 to about 2.5:1, alternatively from about 2:1 to about 3:1, alternatively about 2.2:1 to about 3:1, alternatively about 2.4:1 to about 3:1, or alternatively about 2.6:1 to about 3 :1, where the C/O molar ratio refers to the total moles of carbon (C) in the hydrocarbons in the reactant mixture divided by the total moles of oxygen (O 2 ) in the reactant mixture.

Например, когда единственным источником углерода в смеси реагентов для CPO в реакторе 10 CPO является CH4 (например, подаваемый через первую часть 5A углеводородного потока 5), молярное соотношение CH4/O2 является таким же, как и молярное соотношение C/O. В качестве другого примера, когда смесь реагентов для CPO содержит, помимо CH4, другие источники углерода, такие как этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10), и т.д., молярное соотношение C/O учитывает количество моль углерода в каждом соединении (например, 2 моль C в 1 моль C2H6, 3 моль C в 1 моль C3H8, 4 моль C в 1 моль C4H10, и т.д.). Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, молярное соотношение C/O в смеси реагентов для CPO может быть скорректировано, также как и другие технологические параметры реактора (например, температура, давление, скорость потока и т.д.) для обеспечения сингаза с желаемым составом (например, сингаз с желаемым молярным соотношением H2/CO; сингаз с желаемым содержанием CO2; и т.д.). Молярное соотношение C/O в смеси реагентов для CPO может быть скорректировано для обеспечения желаемого количества неконвертированных углеводородов в сингазе. Молярное соотношение C/O в смеси реагентов для CPO может быть скорректировано на основе выходной температуры CPO для снижения (например, минимизации) содержания неконвертированных углеводородов в сингазе в выходящем потоке 15 из реактора CPO. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, когда сингаз далее используется в процессе производства метанола, неконвертированные углеводороды, присутствующие в сингазе, могут нежелательным образом накапливаться в реакционном контуре для синтеза метанола, тем самым снижая эффективность процесса производства метанола.For example, when the only source of carbon in the CPO reactant mixture in the CPO reactor 10 is CH 4 (eg, supplied through the first portion 5A of the hydrocarbon stream 5), the CH4/O2 molar ratio is the same as the C/O molar ratio. As another example, when the CPO reactant mixture contains, in addition to CH4 , other carbon sources such as ethane ( C2H6 ), propane (C3H8), butane ( C4H10 ), etc., the molar the C/O ratio takes into account the number of moles of carbon in each compound (for example, 2 mol C in 1 mol C2H6, 3 mol C in 1 mol C3H8, 4 mol C in 1 mol C4H10 , etc.). As one skilled in the art will appreciate and with the benefit of this disclosure, the C/O molar ratio of the CPO reactant mixture can be adjusted, as well as other reactor process parameters (e.g., temperature, pressure, flow rate, etc.) to providing syngas with the desired composition (eg, syngas with the desired H2/CO molar ratio; syngas with the desired CO2 content; etc.). The C/O molar ratio of the CPO reactant mixture can be adjusted to provide the desired amount of unconverted hydrocarbons in the syngas. The C/O molar ratio of the CPO reactant mixture may be adjusted based on the CPO outlet temperature to reduce (eg, minimize) the unconverted hydrocarbon content of the syngas in the CPO reactor effluent stream 15. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of the present disclosure, when syngas is further used in a methanol production process, unconverted hydrocarbons present in the syngas may undesirably accumulate in the methanol synthesis reaction loop, thereby reducing the efficiency of the methanol production process.

В некоторых вариантах осуществления углеводородное сырье 5, кроме того, содержит одно или несколько серосодержащих соединений и по меньшей мере часть серосодержащих соединений удаляется из первой части 5A углеводородного сырья 5 перед подачей углеводородов в реактор 10 CPO в качестве компонента смеси реагентов CPO. В таких вариантах осуществления первая часть 5A (необязательно после теплообмена с ней выходящего потока 15 из реактора CPO с получением подвергнутой теплообмену первой части углеводородов 5A', которая дополнительно описана ниже) углеводородного сырья 5, может подаваться в элемент 6 десульфуризации для удаления одного или нескольких содержащих серу соединений из него. Может использоваться любой подходящий элемент 6 десульфуризации, известный специалистам в данной области. Например, в некоторых вариантах осуществления элемент 6 десульфуризации включает элемент 6 гидродесульфуризации (FIDS), и водород подается в элемент 6 десульфуризации через линию 7 водорода. Десульфурированная первая часть 8 углеводородов может быть удалена из элемента 6 десульфуризации. Десульфурированная первая часть 8 углеводородов может быть подана в реактор CPO (необязательно после теплообмена с ней для обеспечения подвергнутой теплообмену десульфурированной первой части 8' углеводородов, которая дополнительно описана ниже).In some embodiments, the hydrocarbon feedstock 5 further contains one or more sulfur-containing compounds, and at least a portion of the sulfur-containing compounds is removed from the first portion 5A of the hydrocarbon feedstock 5 before feeding the hydrocarbons into the CPO reactor 10 as a component of the CPO reactant mixture. In such embodiments, the first portion 5A (optionally after heat exchange of the CPO reactor effluent stream 15 therewith to produce a heat-exchanged first hydrocarbon portion 5A', which is further described below) of the hydrocarbon feedstock 5 may be supplied to the desulfurization element 6 to remove one or more containing sulfur compounds from it. Any suitable desulfurization element 6 known to those skilled in the art may be used. For example, in some embodiments, the desulfurization element 6 includes a hydrodesulfurization element (FIDS) 6, and hydrogen is supplied to the desulfurization element 6 through a hydrogen line 7. The desulfurized first hydrocarbon portion 8 can be removed from the desulfurization element 6. The desulfurized first hydrocarbon portion 8 may be fed to the CPO reactor (optionally after being heat exchanged therewith to provide a heat exchanged desulfurized first hydrocarbon portion 8', which is further described below).

В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO, пригодный для применения в рамках настоящего изобретения, может включать трубчатый реактор, реактор непрерывного потока, реактор с неподвижным слоем, реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с подвижным слоем, реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем (например, реактор по типу лифт-реактора), реактор с пенным слоем, реактор с кипящим слоем, реактор с ротационной сушильной печью и т.п., или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO может включать реактор с циркулирующим псевдоожиженным слоем, такой как реактор по типу лифт-реактора.In some embodiments, a CPO reactor 10 suitable for use with the present invention may include a tubular reactor, a continuous flow reactor, a fixed bed reactor, a fluidized bed reactor, a moving bed reactor, a circulating fluidized bed reactor (e.g., a lift reactor type), foam bed reactor, fluidized bed reactor, rotary drying oven reactor, etc., or combinations thereof. In some embodiments, the CPO reactor 10 may include a circulating fluidized bed reactor, such as a riser reactor.

В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO может характеризоваться по меньшей мере одним эксплуатационным параметром CPO, выбранным из группы, состоящей из температуры реактора CPO (например, температура слоя катализатора CPO); температуры сырья для CPO (например,In some embodiments, the CPO reactor 10 may be characterized by at least one CPO operating parameter selected from the group consisting of CPO reactor temperature (eg, CPO catalyst bed temperature); feed temperatures for CPO (e.g.

- 6 044653 температура смеси реагентов для CPO); целевой температуры выходящего потока из CPO; давления в CPO (например, давление в реакторе для CPO); времени контакта при CPO (например, время контакта в реакторе для CPO); молярного соотношения C/O в смеси реагентов для CPO; молярного соотношения пара и углерода (S/C) в смеси реагентов для CPO, где молярное соотношение S/C относится к общему количеству моль воды (H2O) в смеси реагентов, деленному на общее количество моль углерода (C) в углеводородах в реакционной смеси; и их комбинации. Для целей настоящего изобретения температура выходящего потока из CPO представляет собой температуру сингаза (например, выходящего потока сингаза; выходящего потока 15 из реактора CPO), измеренную в точке, где сингаз выходит из реактора CPO (реактор 10 CPO), например, температуру сингаза, измеренную на выпускном отверстии реактора CPO, температуру выходящего потока сингаза, температуру выходящего потока сингаза на выходе. Для целей настоящего изобретения температура выходящего потока из CPO (например, целевая температура выходящего потока из CPO) считается эксплуатационным параметром. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, выбор технологических параметров для реактора CPO, таких как температура сырья для CPO; давление в CPO; время контакта при CPO; молярное соотношение C/O в смеси реагентов для CPO; молярное соотношение S/C в смеси реагентов для CPO и т.д. определяет температуру выходящего потока сингаза (например, выходящего потока сингаза 15 из реактора CPO), а также состав выходящего потока сингаза (например, сингаза в выходящем потоке 15 из реактора CPO). Кроме того, и как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, мониторинг температуры выходящего потока из CPO может обеспечивать обратную связь для изменения других эксплуатационных параметров (например, температура сырья для CPO; давление в CPO; время контакта при CPO; молярное соотношение C/O в смеси реагентов для CPO; молярное соотношение S/C в смеси реагентов для CPO и т.д.) при необходимости для соответствия температуры выходящего потока из CPO целевой температуре выходящего потока из CPO. Более того, и как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, целевая температура выходящего потока из CPO представляет собой желаемую температуру выходящего потока из CPO, и температура выходящего потока из CPO (например, измеренная температура выходящего потока из CPO, фактическая температура выходящего потока из CPO) может совпадать или может не совпадать с целевой температурой выходящего потока из CPO. В вариантах осуществления, где температура выходящего потока из CPO отличается от целевой температуры выходящего потока из CPO, один или несколько эксплуатационных параметров CPO (например, температура сырья для CPO; давление в CPO; время контакта при CPO; молярное соотношение C/O в смеси реагентов для CPO; молярное соотношение S/C в смеси реагентов для CPO; и т.д.) можно корректировать (например, модифицировать), чтобы температура выходящего потока из CPO соответствовала (например, была такой же как, совпадала с) целевой температуре выходящего потока из CPO. Реактор 10 CPO может работать при любых подходящих эксплуатационных параметрах, которые могут обеспечивать сингаз с желаемым составом (например, сингаз с желаемым молярным соотношением H2/CO; сингаз с желаемым содержанием CO2; и т.д.).- 6 044653 temperature of the reagent mixture for CPO); target CPO effluent temperature; CPO pressure (eg CPO reactor pressure); CPO contact time (eg reactor contact time for CPO); C/O molar ratio in the reagent mixture for CPO; the molar ratio of steam to carbon (S/C) in the reactant mixture for CPO, where the molar ratio S/C refers to the total moles of water (H2O) in the reactant mixture divided by the total moles of carbon (C) in the hydrocarbons in the reaction mixture; and their combinations. For purposes of the present invention, the temperature of the CPO effluent stream is the temperature of the syngas (e.g., the effluent stream of the syngas; the effluent stream 15 from the CPO reactor) measured at the point where the syngas exits the CPO reactor (CPO reactor 10), e.g., the temperature of the syngas measured at the outlet of the CPO reactor, the temperature of the effluent syngas stream, the temperature of the effluent syngas stream at the outlet. For purposes of the present invention, the CPO effluent temperature (eg, the target CPO effluent temperature) is considered an operating parameter. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of the present disclosure, the selection of process parameters for the CPO reactor, such as CPO feed temperature; CPO pressure; CPO contact time; C/O molar ratio in the reagent mixture for CPO; molar ratio of S/C in a mixture of reagents for CPO, etc. determines the temperature of the syngas effluent stream (eg, the syngas effluent stream 15 from the CPO reactor), as well as the composition of the syngas effluent stream (eg, the syngas in the CPO reactor effluent stream 15). Additionally, and as will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of this disclosure, monitoring the CPO effluent temperature can provide feedback to change other operating parameters (e.g., CPO feed temperature; CPO pressure; CPO contact time; molar C/O ratio of the CPO reactant mixture, S/C molar ratio of the CPO reactant mixture, etc.) as necessary to match the CPO effluent temperature to the target CPO effluent temperature. Moreover, and as will be appreciated by one skilled in the art and with the aid of the present disclosure, the target CPO effluent temperature is the desired CPO effluent temperature, and the CPO effluent temperature (e.g., measured CPO effluent temperature, actual temperature CPO effluent) may or may not be the same as the target CPO effluent temperature. In embodiments where the CPO effluent temperature differs from the target CPO effluent temperature, one or more CPO operating parameters (e.g., CPO feed temperature; CPO pressure; CPO contact time; C/O molar ratio of reactant mixture for CPO; the S/C molar ratio of the CPO reactant mixture; etc.) can be adjusted (e.g., modified) so that the CPO effluent temperature matches (e.g., is the same as, the same as) the target effluent temperature from CPO. The CPO reactor 10 may be operated at any suitable operating parameters that can provide syngas with a desired composition (eg, syngas with a desired H2/CO molar ratio; syngas with a desired CO2 content; etc.).

Реактор 10 CPO может характеризоваться температурой сырья для CPO от приблизительно 25°C до приблизительно 600°C, альтернативно от приблизительно 25°C до приблизительно 500°C, альтернативно от приблизительно 25°C до приблизительно 400°C, альтернативно от приблизительно 50°C до приблизительно 400°C, альтернативно от приблизительно 100°C до приблизительно 400°C, или альтернативно менее чем или ровно приблизительно 600, 500 или 400°C.The CPO reactor 10 may have a CPO feed temperature of from about 25°C to about 600°C, alternatively from about 25°C to about 500°C, alternatively from about 25°C to about 400°C, alternatively from about 50°C up to about 400°C, alternatively from about 100°C to about 400°C, or alternatively less than or exactly about 600, 500 or 400°C.

Реактор 10 CPO может характеризоваться температурой выходящего потока из CPO (например, целевая температура выходящего потока 15 из реактора CPO), превышающей или равной приблизительно 300°C, превышающей или равной приблизительно 600°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 700°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 750°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 800°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 850°C, альтернативно от приблизительно 300°C до приблизительно 1600°C, альтернативно от приблизительно 600°C до приблизительно 1400°C, альтернативно от приблизительно 600°C до приблизительно 1300°C, альтернативно от приблизительно 700°C до приблизительно 1200°C, альтернативно от приблизительно 750°C до приблизительно 1150°C, альтернативно от приблизительно 800°C до приблизительно 1125°C, или альтернативно от приблизительно 850°C до приблизительно 1100°C.The CPO reactor 10 may have a temperature of the CPO effluent stream (e.g., the target temperature of the CPO reactor effluent stream 15) greater than or equal to about 300°C, greater than or equal to about 600°C, alternatively greater than or equal to about 700°C, alternatively greater than or equal to about 750°C, alternatively greater than or equal to about 800°C, alternatively greater than or equal to about 850°C, alternatively from about 300°C to about 1600°C, alternatively from about 600°C to about 1400°C, alternatively from about 600°C to about 1300°C, alternatively from about 700°C to about 1200°C, alternatively from about 750°C to about 1150°C, alternatively from about 800°C to about 1125°C, or alternatively from approximately 850°C to approximately 1100°C.

В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO может характеризоваться любой подходящей температурой реактора и/или температурой слоя катализатора. Например, реактор 10 CPO может характеризоваться температурой реактора и/или температурой слоя катализатора, превышающей или равной приблизительно 300°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 600°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 700°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 750°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 800°C, альтернативно превышающей или равной приблизительно 850°C, альтернативно от приблизительно 300°C до приблизительно 1600°C, альтернативно от приблизительно 600°C до приблизительно 1400°C, альтернативно от приблизительно 600°C до приблизительно 1300°C, альтернативно от приблизительно 700°C до приблизительно 1200°C, альтернативно от приблизительно 750°C до приблизительно 1150°C,In some embodiments, the CPO reactor 10 may be characterized by any suitable reactor temperature and/or catalyst bed temperature. For example, CPO reactor 10 may have a reactor temperature and/or catalyst bed temperature greater than or equal to about 300°C, alternatively greater than or equal to about 600°C, alternatively greater than or equal to about 700°C, alternatively greater than or equal to about 750°C , alternatively greater than or equal to about 800°C, alternatively greater than or equal to about 850°C, alternatively from about 300°C to about 1600°C, alternatively from about 600°C to about 1400°C, alternatively from about 600°C to about about 1300°C, alternatively from about 700°C to about 1200°C, alternatively from about 750°C to about 1150°C,

- 7 044653 альтернативно от приблизительно 800°C до приблизительно 1125°C, или альтернативно от приблизительно 850°C до приблизительно 1100°C.- 7 044653 alternatively from about 800°C to about 1125°C, or alternatively from about 850°C to about 1100°C.

Реактор 10 CPO может работать при любом подходящем температурном профиле, который может обеспечивать сингаз с желаемым составом (например, сингаз с желаемым молярным соотношением H2/CO; сингаз с желаемым содержанием CO2; и т.д.). Реактор 10 CPO может работать в адиабатических условиях, неадиабатических условиях, изотермических условиях, близких к изотермическим условиях и т.д. Для целей настоящего изобретения термин неадиабатические условия относится к технологическим условиям, где реактор подвергается внешнему теплообмену или теплопереносу (например, реактор нагревается; или реактор охлаждается), который может представлять собой прямой теплоообмен и/или непрямой теплообмен. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, термины прямой теплообмен и непрямой теплообмен известны специалисту в данной области. Напротив, термин адиабатические условия относится к условиям процесса, где реактор не подвергается внешнему теплообмену (например, реактор не нагревается; или реактор не охлаждается). Главным образом, внешний теплообмен подразумевает систему внешнего теплообмена (например, система охлаждения; система нагревания), которая требует подвода и/или отведения энергии. Внешний перенос тепла также может быть результатом потери тепла из слоя катализатора (или реактора) вследствие радиационного излучения, проводимости или конвекции. Например, этот теплообмен из слоя катализатора может осуществляться во внешнюю среду или в зоны реактора до и после слоя катализатора.The CPO reactor 10 can be operated at any suitable temperature profile that can provide syngas with a desired composition (eg, syngas with a desired H2/CO molar ratio; syngas with a desired CO2 content; etc.). The CPO reactor 10 can be operated under adiabatic conditions, non-adiabatic conditions, isothermal conditions, near-isothermal conditions, etc. For purposes of the present invention, the term non-adiabatic conditions refers to process conditions where the reactor is subject to external heat exchange or heat transfer (eg, the reactor is heated; or the reactor is cooled), which may be direct heat exchange and/or indirect heat transfer. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of the present description, the terms direct heat transfer and indirect heat transfer are known to one skilled in the art. In contrast, the term adiabatic conditions refers to process conditions where the reactor is not subject to external heat exchange (eg, the reactor is not heated; or the reactor is not cooled). Generally, external heat exchange refers to an external heat exchange system (eg, cooling system; heating system) that requires the input and/or removal of energy. External heat transfer can also result from heat loss from the catalyst bed (or reactor) due to radiation, conduction, or convection. For example, this heat exchange from the catalyst bed can be carried out to the external environment or to the reactor zones before and after the catalyst bed.

Для целей настоящего изобретения, термин изотермические условия относится к условиям процесса (например, технологическим параметрам CPO), которые обеспечивают по существу постоянную температуру реактора и/или слоя катализатора (например, изотермическую температуру), которая может быть определена как температура, которая варьируется менее чем приблизительно на +10°C, альтернативно менее чем приблизительно +9°C, альтернативно менее чем приблизительно на +8°C, альтернативно менее чем приблизительно на +7°C, альтернативно менее чем приблизительно на +6°C, альтернативно менее чем приблизительно на +5°C, альтернативно менее чем приблизительно на +4°C, альтернативно менее чем приблизительно на +3°C, альтернативно менее чем приблизительно на +2°C, или альтернативно менее чем приблизительно на +1°C в реакторе и/или слое катализатора, соответственно.For purposes of the present invention, the term isothermal conditions refers to process conditions (eg, CPO process parameters) that provide a substantially constant temperature of the reactor and/or catalyst bed (eg, isothermal temperature), which can be defined as a temperature that varies less than by about +10°C, alternatively by less than about +9°C, alternatively by less than about +8°C, alternatively by less than about +7°C, alternatively by less than about +6°C, alternatively by less than about at +5°C, alternatively less than about +4°C, alternatively less than about +3°C, alternatively less than about +2°C, or alternatively less than about +1°C in the reactor and/ or a catalyst layer, respectively.

Кроме того, для целей настоящего изобретения термин изотермические условия относится к условиям процесса (например, технологические параметры CPO), эффективным для обеспечения сингаза с желаемым составом (например, желаемое молярное соотношение H2/CO; желаемое содержание CO2; и т.д.), где изотермические условия включают варьирование температуры менее чем приблизительно на +10°C в реакторе и/или слое катализатора. В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO может работать при любых подходящих технологических параметрах, которые могут обеспечить изотермические условия.Additionally, for purposes of the present invention, the term isothermal conditions refers to process conditions (e.g., CPO process parameters) effective to provide syngas with the desired composition (e.g., desired H2/CO molar ratio; desired CO2 content; etc.) where isothermal conditions include a temperature variation of less than about +10°C in the reactor and/or catalyst bed. In some embodiments, the CPO reactor 10 may be operated at any suitable process parameters that can provide isothermal conditions.

Для целей настоящего изобретения, термин практически изотермические условия относится к условиям процесса (например, технологические параметры CPO), которые обеспечивают довольно постоянную температуру реактора и/или слоя катализатора (например, практически изотермическая температура), которая может быть определена как температура, которая варьируется менее чем приблизительно на +100°C, альтернативно менее чем приблизительно на +90°C, альтернативно менее чем приблизительно на +80°C, альтернативно менее чем приблизительно на +70°C, альтернативно менее чем приблизительно на +60°C, альтернативно менее чем приблизительно на +50°C, альтернативно менее чем приблизительно на +40°C, альтернативно менее чем приблизительно на +30°C, альтернативно менее чем приблизительно на +20°C, альтернативно менее чем приблизительно на +10°C, альтернативно менее чем приблизительно на +9°C, альтернативно менее чем приблизительно на +8°C, альтернативно менее чем приблизительно на +7°C, альтернативно менее чем приблизительно на +6°C, альтернативно менее чем приблизительно на +5°C, альтернативно менее чем приблизительно на +4°C, альтернативно менее чем приблизительно на +3°C, альтернативно менее чем приблизительно на +2°C, или альтернативно менее чем приблизительно на +1°C в реакторе и/или слое катализатора, соответственно. В некоторых вариантах осуществления практически изотермические условия обеспечивают варьирование температуры менее чем приблизительно на +50°C, альтернативно менее чем приблизительно на +25°C, или альтернативно менее чем приблизительно на +10°C в реакторе и/или слое катализатора. Кроме того, для целей настоящего изобретения подразумевается, что термин практически изотермические условия включает изотермические условия.For purposes of the present invention, the term substantially isothermal conditions refers to process conditions (eg, CPO process parameters) that provide a fairly constant temperature of the reactor and/or catalyst bed (eg, substantially isothermal temperature), which can be defined as a temperature that varies less than alternatively less than about +100°C, alternatively less than about +90°C, alternatively less than about +80°C, alternatively less than about +70°C, alternatively less than about +60°C, alternatively less alternatively less than about +50°C, alternatively less than about +40°C, alternatively less than about +30°C, alternatively less than about +20°C, alternatively less than about +10°C, alternatively less alternatively less than about +9°C, alternatively less than about +8°C, alternatively less than about +7°C, alternatively less than about +6°C, alternatively less than about +5°C, alternatively less alternatively less than about +4°C, alternatively less than about +3°C, alternatively less than about +2°C, or alternatively less than about +1°C in the reactor and/or catalyst bed, respectively. In some embodiments, substantially isothermal conditions provide a temperature variation of less than about +50°C, alternatively less than about +25°C, or alternatively less than about +10°C in the reactor and/or catalyst bed. Additionally, for purposes of the present invention, the term substantially isothermal conditions is intended to include isothermal conditions.

Более того, для целей настоящего изобретения, термин близкие к изотермическим условия относится к условиям процесса (например, эксплуатационные параметры для CPO), эффективным для обеспечения сингаза с желаемой композицией (например, желаемое молярное соотношение H2/CO; желаемое содержание CO2; и т.д.), где близкие к изотермическим условия включат варьирование температуры менее чем приблизительно на +100°C в реакторе и/или слое катализатора.Moreover, for purposes of the present invention, the term near-isothermal conditions refers to process conditions (e.g., operating parameters for CPO) effective to provide syngas with the desired composition (e.g., desired H2/CO molar ratio; desired CO2 content; etc.) where near isothermal conditions would include a temperature variation of less than about +100°C in the reactor and/or catalyst bed.

В некоторых вариантах осуществления способ, как описано в настоящем описании, может включать проведение реакции CPO в близких к изотермическим условиях для получения сингаза, где близкие к изотермическим условия включают варьирование температуры менее чем приблизительно на +100°C вIn some embodiments, the method as described herein may include conducting the CPO reaction under near-isothermal conditions to produce syngas, wherein the near-isothermal conditions include varying the temperature by less than about +100°C at

- 8 044653 реакторе и/или слое катализатора. В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO может работать при любых подходящих параметрах, которые могут обеспечивать близкие к изотермическим условия.- 8 044653 reactor and/or catalyst layer. In some embodiments, the CPO reactor 10 may be operated at any suitable parameters that can provide near isothermal conditions.

Близкие к изотермическим условия могут обеспечиваться различными переменными процесса и катализатора, такими как температура (например, теплообмен или теплоперенос), давление, скорость потока газа, конфигурация реактора, конфигурация слоя катализатора, композиция слоя катализатора, площадь поперечного сечения реактора, ступенчатая подача подаваемого газа, нагнетание подаваемого газа, композиция подаваемого газа и т.п., или их комбинации. Как правило, и не ограничиваясь теорией, термины теплоперенос или теплообмен относятся к термической энергии, обмениваемой или переносимой между двумя системами (например, два реактора, таких как реактор для CPO и крекингреактор), и термины теплоперенос или теплообмен используются взаимозаменяемо для целей настоящего описания.Near-isothermal conditions can be achieved by various process and catalyst variables, such as temperature (e.g., heat exchange or heat transfer), pressure, gas flow rate, reactor configuration, catalyst bed configuration, catalyst bed composition, reactor cross-sectional area, feed gas staging, supply gas injection, supply gas composition, etc., or combinations thereof. Generally, and without being limited by theory, the terms heat transfer or heat exchange refer to thermal energy exchanged or transferred between two systems (eg, two reactors such as a CPO reactor and a cracker), and the terms heat transfer or heat exchange are used interchangeably for purposes of this description.

В некоторых вариантах осуществления достижение целевой температуры выходящего потока из CPO и/или близких к изотермическим условий может быть обеспечено посредством теплообмена или теплопереноса. Теплообмен может включать нагрев реактора или охлаждение реактора. В некоторых вариантах осуществления достижение целевой температуры выходящего потока из CPO и/или близких к изотермическим условий может быть обеспечено посредством охлаждения реактора. В другом варианте осуществления достижение целевой температуры выходящего потока из CPO и/или близкие к изотермическим условия могут быть обеспечены посредством нагрева реактора.In some embodiments, achieving a target CPO effluent temperature and/or near isothermal conditions may be achieved through heat exchange or heat transfer. Heat exchange may include heating the reactor or cooling the reactor. In some embodiments, achieving a target CPO effluent temperature and/or near isothermal conditions can be achieved by cooling the reactor. In another embodiment, achieving a target CPO effluent temperature and/or near isothermal conditions can be achieved by heating the reactor.

В некоторых вариантах осуществления достижение целевой температуры выходящего потока из CPO и/или близких к изотермическим условий может быть обеспечено посредством прямого теплообмена и/или непрямого теплообмена. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, термины прямой теплообмен и непрямой теплообмен известны специалисту в данной области.In some embodiments, achieving a target CPO effluent temperature and/or near isothermal conditions may be achieved through direct heat exchange and/or indirect heat exchange. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of the present description, the terms direct heat transfer and indirect heat transfer are known to one skilled in the art.

Теплообмен может включать внешний теплообмен, внешнее охлаждение охлаждающей жидкостью, реактивное охлаждение, охлаждение жидким азотом, криогенное охлаждение, электрическое нагревание, нагревание посредством электрической дуги, микроволновое нагревание, радиационное нагревание, сжигание природного газа, нагревание с использованием солнечной энергии, нагревание инфракрасными лучами, использование разбавителя в смеси реагентов для CPO, и т.п., или их комбинации. Например, реактивное охлаждение может быть достигнуто посредством проведения эндотермической реакции в холодильном змеевике/кожухе, ассоциированных с (например, находящихся в) реактором.Heat exchange may include external heat exchange, external coolant cooling, jet cooling, liquid nitrogen cooling, cryogenic cooling, electrical heating, electric arc heating, microwave heating, radiation heating, natural gas combustion, solar heating, infrared heating, use diluent in a mixture of CPO reagents, etc., or a combination thereof. For example, reactive cooling can be achieved by conducting an endothermic reaction in a refrigeration coil/shell associated with (eg, located in) the reactor.

В некоторых вариантах осуществления достижение целевой температуры выходящего потока из CPO и/или близких к изотермическим условий может быть обеспечено посредством технологического тепла из реактора CPO. В других вариантах осуществления достижение целевой температуры выходящего потока из CPO и/или близких к изотермическим условий может быть обеспечено путем подачи тепла к реактору CPO. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, реактор для CPO может быть необходимо нагревать и охлаждать для достижения целевой температуры выходящего потока из CPO и/или близких к изотермическим условий.In some embodiments, achieving a target CPO effluent temperature and/or near isothermal conditions may be achieved through process heat from the CPO reactor. In other embodiments, achieving a target CPO effluent temperature and/or near isothermal conditions can be achieved by applying heat to the CPO reactor. As one skilled in the art will appreciate and with the benefit of this disclosure, the CPO reactor may need to be heated and cooled to achieve a target CPO effluent temperature and/or near isothermal conditions.

В некоторых вариантах осуществления теплообмен или теплоперенос могут включать подачу охлаждающего агента, такого как разбавитель, в реактор (например, реактор 10 CPO), для снижения температуры реактора и/или температуры слоя катализатора, при повышении температуры охлаждающего агента и/или изменении фазы охлаждающего агента. Охлаждающий агент может быть реактивным или нереактивным. Охлаждающий агент может находиться в жидком состоянии и/или в парообразном состоянии. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, охлаждающий агент может выступать в качестве ингибитора воспламеняемости; например, путем снижения температуры внутри реактора, путем изменения композиции газовой смеси, путем уменьшения сгорания углеводородов до диоксида углерода и т.д.In some embodiments, heat exchange or heat transfer may include introducing a cooling agent, such as a diluent, into a reactor (eg, CPO reactor 10) to reduce the reactor temperature and/or catalyst bed temperature while increasing the temperature of the cooling agent and/or changing the phase of the cooling agent . The coolant may be reactive or non-reactive. The coolant may be in a liquid and/or vapor state. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of the present disclosure, the coolant can act as a flammability inhibitor; for example, by reducing the temperature inside the reactor, by changing the composition of the gas mixture, by reducing the combustion of hydrocarbons to carbon dioxide, etc.

В некоторых вариантах осуществления смесь реагентов CPO в реакторе 10 CPO может дополнительно содержать разбавитель, где разбавитель участвует в достижении целевой температуры выходящего потока из CPO и/или близких к изотермическим условий посредством теплообмена, как описано в настоящем описании. Разбавитель может включать воду, пар, инертные газы (например, аргон), азот, диоксид углерода и т.п., или их комбинации. Как правило, разбавитель является инертным в отношении реакции CPO, например, разбавитель не участвует в реакции CPO. Однако, и как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, некоторые разбавители (например, вода, пар, диоксид углерода и т.д.) могут претерпевать химические реакции, отличные от реакции CPO в реакторе, и могут изменять состав конечного сингаза, как более подробно описано ниже в настоящем описании; в то время как другие разбавители (например, азот (N2), аргон (Ar)) могут не участвовать в реакциях, которые изменяют композицию конечного сингаза. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, разбавитель может использоваться для варьирования состава конечного сингаза (например, сингаза в выходящем потоке 15 из CPO). Разбавитель может присутствовать в смеси реагентов для CPO в любом подходящем количестве.In some embodiments, the CPO reactant mixture in CPO reactor 10 may further comprise a diluent, wherein the diluent is involved in achieving a target CPO effluent temperature and/or near isothermal conditions through heat exchange, as described herein. The diluent may include water, steam, inert gases (eg, argon), nitrogen, carbon dioxide, etc., or combinations thereof. Typically, the diluent is inert to the CPO reaction, eg, the diluent does not participate in the CPO reaction. However, and as will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of this disclosure, some diluents (e.g., water, steam, carbon dioxide, etc.) may undergo chemical reactions different from the CPO reaction in the reactor and may change the composition of the final product. syngas, as described in more detail below herein; while other diluents (eg nitrogen (N2), argon (Ar)) may not participate in reactions that change the composition of the final syngas. As one skilled in the art will appreciate and with the benefit of this disclosure, a diluent can be used to vary the composition of the final syngas (eg, the syngas in CPO effluent stream 15). The diluent may be present in the CPO reagent mixture in any suitable amount.

- 9 044653- 9 044653

Реактор 10 CPO может характеризоваться давлением CPO (например, давление реактора, измеренное на выходе из реактора CPO или в его выпускном отверстии), превышающим или равным приблизительно 1 бар и.д., альтернативно превышающим или равным приблизительно 10 бар и.д., альтернативно превышающим или равным приблизительно 20 бар и.д., альтернативно превышающим или равным приблизительно 25 бар и.д., альтернативно превышающим или равным приблизительно 30 бар и.д., альтернативно превышающим или равным приблизительно 35 бар и.д., альтернативно превышающим или равным приблизительно 40 бар и.д., альтернативно превышающим или равным приблизительно 50 бар и.д., альтернативно менее чем приблизительно 30 бар и.д., альтернативно менее чем приблизительно 25 бар и.д., альтернативно менее чем приблизительно 20 бар и.д., альтернативно менее чем приблизительно 10 бар и.д., альтернативно от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 90 бар и.д., альтернативно от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 70 бар и.д., альтернативно от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 40 бар и.д., альтернативно от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 30 бар и.д., альтернативно от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 25 бар и.д., альтернативно от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 20 бар и.д., альтернативно от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 10 бар и.д., альтернативно от приблизительно 20 бар и.д. до приблизительно 90 бар и.д., альтернативно от приблизительно 25 бар и.д. до приблизительно 85 бар и.д., или альтернативно от приблизительно 30 бар и.д. до приблизительно 80 бар и.д.The CPO reactor 10 may have a CPO pressure (e.g., the reactor pressure measured at the outlet of the CPO reactor or at its outlet) greater than or equal to about 1 barg, alternatively greater than or equal to about 10 barg, alternatively greater than or equal to about 20 barg, alternatively greater than or equal to about 25 barg, alternatively greater than or equal to about 30 barg, alternatively greater than or equal to about 35 barg, alternatively greater than or equal to about 40 barg, alternatively greater than or equal to about 50 barg, alternatively less than about 30 barg, alternatively less than about 25 barg, alternatively less than about 20 barg, and .d., alternatively less than about 10 bar id., alternatively from about 1 bar id. up to approximately 90 bar i.d., alternatively from approximately 1 bar i.d. up to approximately 70 bar i.d., alternatively from approximately 1 bar i.d. up to approximately 40 bar i.d., alternatively from approximately 1 bar i.d. up to approximately 30 bar i.d., alternatively from approximately 1 bar i.d. up to approximately 25 bar i.d., alternatively from approximately 1 bar i.d. up to approximately 20 bar i.d., alternatively from approximately 1 bar i.d. up to approximately 10 bar i.d., alternatively from approximately 20 bar i.d. up to approximately 90 bar i.d., alternatively from approximately 25 bar i.d. to approximately 85 bar i.d., or alternatively from approximately 30 bar i.d. up to approximately 80 bar i.d.

Реактор 10 CPO может характеризоваться временем контакта в CPO от приблизительно 0,001 миллисекунды (мс) до приблизительно 5 секунд (с), альтернативно от приблизительно 0,001 мс до приблизительно 1 с, альтернативно от приблизительно 0,001 мс до приблизительно 100 мс, альтернативно от приблизительно 0,001 мс до приблизительно 10 мс, альтернативно от приблизительно 0,001 мс до приблизительно 5 мс, или альтернативно от приблизительно 0,01 мс до приблизительно 1,2 мс. Как правило, время контакта реактора, содержащего катализатор, относится к среднему количеству времени, которое соединение (например, молекула этого соединения) проводит в контакте с катализатором (например, в слое катализатора), например, к среднему количеству времени, которое занимает прохождение соединения (например, молекулы этого соединения) через слой катализатора. В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO может характеризоваться временем контакта от приблизительно 0,001 мс до приблизительно 5 мс, или альтернативно от приблизительно 0,01 мс до приблизительно 1,2 мс.The CPO reactor 10 may have a CPO contact time of from about 0.001 milliseconds (ms) to about 5 seconds (s), alternatively from about 0.001 ms to about 1 s, alternatively from about 0.001 ms to about 100 ms, alternatively from about 0.001 ms to about 100 ms. about 10 ms, alternatively from about 0.001 ms to about 5 ms, or alternatively from about 0.01 ms to about 1.2 ms. Typically, the contact time of a reactor containing a catalyst refers to the average amount of time that a compound (e.g., a molecule of that compound) spends in contact with the catalyst (e.g., in a catalyst bed), e.g., the average amount of time it takes for the compound to pass through ( for example, molecules of this compound) through a catalyst layer. In some embodiments, the CPO reactor 10 may have a contact time of from about 0.001 ms to about 5 ms, or alternatively from about 0.01 ms to about 1.2 ms.

Все эксплуатационные параметры CPO, описанные в настоящем описании, являются применимыми для всех из вариантов осуществления, описанных в настоящем описании, если нет иных указаний. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, каждый эксплуатационный параметр CPO может быть скорректирован для обеспечения желаемого качества сингаза (например, выходящий поток 15 из реактора CPO), такого как сингаз с желаемым составом (например, сингаз с желаемым молярным соотношением H/CO; сингаз с желаемым содержанием CO; и т.д.). Например, эксплуатационные параметры CPO можно корректировать для обеспечения повышенного содержания H2 в сингазе. В качестве другого примера, эксплуатационные параметры CPO можно корректировать для обеспечения сниженного содержания CO2 в сингазе. В качестве другого примера, эксплуатационные параметры CPO могут быть скорректированы для обеспечения снижения содержания непрореагировавших углеводородов (например, непрореагировавшего CH4) сингаза.All CPO performance parameters described herein are applicable to all of the embodiments described herein unless otherwise noted. As one skilled in the art will appreciate and with the benefit of the present disclosure, each CPO operating parameter can be adjusted to provide a desired quality of syngas (e.g., CPO reactor effluent stream 15), such as a syngas of a desired composition (e.g., syngas with a desired molar ratio H/CO; syngas with desired CO content; etc.). For example, CPO operating parameters can be adjusted to provide increased H 2 content in the syngas. As another example, CPO operating parameters can be adjusted to provide reduced CO 2 content in the syngas. As another example, CPO operating parameters may be adjusted to ensure a reduction in unreacted hydrocarbons (eg, unreacted CH 4 ) in the syngas.

В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO характеризуется по меньшей мере одним эксплуатационным параметром CPO, выбранным из группы, состоящей из входной температуры CPO от приблизительно 200°C до приблизительно 550°C; температуры на выходе из CPO от приблизительно 600°C до приблизительно 1400°C; давления в CPO от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 90 бар и.д.; времени контакта в CPO от приблизительно 0,001 миллисекунды (мс) до приблизительно 5 секунд (c); молярного соотношения углерода и кислорода (C/O) в смеси реагентов для CPO от приблизительно 1,5:1 до приблизительно 2,5:1, где молярное соотношение C/O относится к общему количеству моль углерода (C) углеводородов в смеси реагентов, деленному на общее количество моль кислорода (O2) в смеси реагентов; молярного соотношения пара и углерода (S/C) в смеси реагентов для CPO от приблизительно 0 до приблизительно 2:1, где молярное соотношение S/C относится к общему количеству моль воды (H2O) в смеси реагентов, деленному на общее количеств моль углерода (C) углеводородов в смеси реагентов; и их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления реактор 10 CPO характеризуется молярным соотношением пара и углерода (S/C) в смеси реагентов для CPO от приблизительно 0,05:1 до приблизительно 1:1, от приблизительно 0,1:1 до приблизительно 2:1, от приблизительно 0,1:1 до приблизительно 2:1, или равным приблизительно 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9 или 1,0.In some embodiments, the CPO reactor 10 is characterized by at least one CPO operating parameter selected from the group consisting of a CPO inlet temperature of about 200°C to about 550°C; CPO outlet temperatures from approximately 600°C to approximately 1400°C; pressure in CPO from approximately 1 bar i.d. up to approximately 90 bar i.d.; contact time in CPO from approximately 0.001 milliseconds (ms) to approximately 5 seconds (s); a molar ratio of carbon to oxygen (C/O) in the CPO reactant mixture of from about 1.5:1 to about 2.5:1, where the molar ratio C/O refers to the total moles of carbon (C) hydrocarbons in the reactant mixture, divided by the total number of moles of oxygen (O2) in the mixture of reagents; molar ratio of steam to carbon (S/C) in the reactant mixture for CPO from about 0 to about 2:1, where the molar ratio S/C refers to the total moles of water (H 2 O) in the reactant mixture divided by the total moles carbon (C) hydrocarbons in a mixture of reagents; and their combinations. In some embodiments, the CPO reactor 10 has a steam to carbon (S/C) molar ratio of the CPO reactant mixture of from about 0.05:1 to about 1:1, from about 0.1:1 to about 2:1, from about 0.1:1 to about 2:1, or equal to about 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9 or 1.0.

Реакция CPO является экзотермической реакцией (например, гетерогенная каталитическая реакция; экзотермическая гетерогенная каталитическая реакция), которую обычно проводят в присутствии катализатора CPO, содержащего каталитически активный металл, т.е. металл, активный для катализа реакции CPO. Каталитически активный металл может включать благородный металл (например, Pt, Rh, Ir, Pd, Ru, Ag и т.п., или их комбинации); неблагородный металл (например, Ni, Co, V, Mo, P, Fe, Cu и т.п., или их комбинации); редкоземельные элементы (например, La, Ce, Nd, Eu и т.п., или их комбинации); их оксиды; и т.п.; или их комбинации. Как правило, благородный металл представляетThe CPO reaction is an exothermic reaction (eg, heterogeneous catalytic reaction; exothermic heterogeneous catalytic reaction) which is typically carried out in the presence of a CPO catalyst containing a catalytically active metal, i.e. a metal active in catalyzing the CPO reaction. The catalytically active metal may include a noble metal (eg, Pt, Rh, Ir, Pd, Ru, Ag, etc., or combinations thereof); base metal (eg Ni, Co, V, Mo, P, Fe, Cu, etc., or combinations thereof); rare earth elements (eg La, Ce, Nd, Eu, etc., or combinations thereof); their oxides; and so on.; or combinations thereof. Typically, a noble metal is

- 10 044653 собой металл, который устойчив к коррозии и окислению в содержащей воду среде. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, компоненты катализатора CPO (например, металлы, такие как благородные металлы, неблагородные металлы, редкоземельные металлы) могут быть либо разделены на фазы, либо комбинированы в одной фазе.- 10 044653 is a metal that is resistant to corrosion and oxidation in a water-containing environment. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of the present disclosure, the components of a CPO catalyst (eg, metals such as noble metals, base metals, rare earth metals) can either be separated into phases or combined in a single phase.

В некоторых вариантах осуществления катализаторы CPO, пригодные для применения в рамках настоящего изобретения, могут представлять собой катализаторы на подложке и/или катализаторы без подложки. В некоторых вариантах осуществления катализаторы на подложке могут включать подложку, где подложка может быть каталитически активной (например, подложка может катализировать реакцию CPO). Например, каталитически активная подложка может включать металлическую сетку или проволочное сито (например, сетку или проволочное сито из Pt); монолитный катализатор на основе каталитически активного металла и т.д. В других вариантах осуществления катализаторы на подложке могут содержать подложку, где подложка может представлять собой каталитически неактивную подложку (например, подложка не может катализировать реакцию CPO), такую как из SiO2; карбида кремния (SiC); оксида алюминия; каталитически неактивную монолитную подложку и т.д. В других вариантах осуществления катализаторы на подложке могут включать каталитически активную подложку и каталитически неактивную подложку.In some embodiments, CPO catalysts suitable for use in the present invention may be supported catalysts and/or unsupported catalysts. In some embodiments, supported catalysts may include a support, where the support may be catalytically active (eg, the support may catalyze a CPO reaction). For example, the catalytically active support may include a metal mesh or wire screen (eg, Pt mesh or wire screen); monolithic catalyst based on a catalytically active metal, etc. In other embodiments, supported catalysts may comprise a support, where the support may be a catalytically inactive support (eg, the support cannot catalyze a CPO reaction), such as SiO2; silicon carbide (SiC); aluminum oxide; catalytically inactive monolithic substrate, etc. In other embodiments, supported catalysts may include a catalytically active support and a catalytically inactive support.

В некоторых вариантах осуществления катализатор CPO может быть нанесен в виде тонкого покрытия на подложку, где подложка может быть каталитически активной или неактивной, и где подложка может представлять собой монолит, пену, частицу катализатора со сложной конфигурацией и т.д.In some embodiments, the CPO catalyst may be applied as a thin coating to a support, where the support may be catalytically active or inactive, and where the support may be a monolith, a foam, a complex catalyst particle, etc.

В некоторых вариантах осуществления катализатор CPO может представлять собой монолит, пену, порошок, частицу и т.д. Неограничивающие примеры форм частиц катализатора CPO, пригодных для применения в рамках настоящего изобретения, включают цилиндрическую, дисковидную, сферическую, листообразную, эллипсоидную, изометрическую, неправильную, кубическую, игольчатую и т.п., или их комбинации.In some embodiments, the CPO catalyst may be a monolith, foam, powder, particle, etc. Non-limiting examples of CPO catalyst particle shapes suitable for use with the present invention include cylindrical, disk-shaped, spherical, sheet-shaped, ellipsoidal, isometric, irregular, cubic, acicular, and the like, or combinations thereof.

В некоторых вариантах осуществления подложка включает неорганический оксид, альфа-, бетаили тета-оксид алюминия (Al2O3), активированный Al2O, диоксид кремния (SiO2), диоксид титана (TiO2), оксид магния (MgO), оксид циркония (ZrO2), оксид лантана (III) (La2O3), оксид иттрия (III) (Y2O3), оксид церия (IV) (CeO2), цеолиты, ZSM-5, оксиды перовскита, оксиды гидротальцита, и т.п., или их комбинации.In some embodiments, the support includes inorganic oxide, alpha, beta , or theta aluminum oxide ( Al2O3 ), activated Al2O, silicon dioxide (SiO2), titanium dioxide (TiO2), magnesium oxide (MgO), zirconium oxide (ZrO2) , lanthanum (III) oxide (La 2 O 3 ), yttrium (III) oxide (Y 2 O 3 ), cerium (IV) oxide (CeO 2 ), zeolites, ZSM-5, perovskite oxides, hydrotalcite oxides, etc. etc., or combinations thereof.

Не ограничиваясь этим, процессы CPO, реакторы CPO, катализаторы CPO и конфигурации слоев катализаторов CPO, пригодные для применения в рамках настоящего изобретения, более подробно описаны в предварительной патентной заявке США № 62/522910, поданной 21 июня 2017 года (международная заявка № PCT/IB2018/054475, поданная 18 июня 2018 года) и имеющей название Improved Reactor Designs for Heterogeneous Catalytic Reactions; и предварительной патентной заявке № 62/521831, поданной 19 июня 2017 года (международная заявка № PCT/IB2018/054470, поданная 18 июня 2018 года) и имеющей название An Improved Process for Syngas Production for Petrochemical Applications; каждая из которых включена в настоящее описание в качестве ссылки в полном объеме для целей, не противоречащих настоящему описанию.Without limitation, CPO processes, CPO reactors, CPO catalysts, and CPO catalyst bed configurations suitable for use with the present invention are described in more detail in U.S. Provisional Patent Application No. 62/522,910, filed June 21, 2017 (International Application No. PCT/ IB2018/054475, filed June 18, 2018) and entitled Improved Reactor Designs for Heterogeneous Catalytic Reactions; and Provisional Patent Application No. 62/521831, filed June 19, 2017 (International Application No. PCT/IB2018/054470, filed June 18, 2018) entitled An Improved Process for Syngas Production for Petrochemical Applications; each of which is incorporated herein by reference in its entirety for purposes not inconsistent with this specification.

В соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, выходящий поток 15 из реактора CPO извлекают из реактора 10 CPO, выходящий поток 15 из реактора CPO включает водород, монооксид углерода, воду, диоксид углерода и непрореагировавшие углеводороды. В некоторых вариантах осуществления выходящий поток 15 из реактора CPO может характеризоваться соотношением M, превышающим или равным приблизительно 1,5, альтернативно превышающим или равным приблизительно 1,6, альтернативно превышающим или равным приблизительно 1,7, альтернативно превышающим или равным приблизительно 1,8, альтернативно превышающим или равным приблизительно 1,84, альтернативно превышающим или равным приблизительно 1,9, альтернативно от приблизительно 1,5 до приблизительно 1,95, альтернативно от приблизительно 1,7 до приблизительно 2,3, альтернативно от приблизительно 1,8 до приблизительно 2,2, или альтернативно от приблизительно 1,9 до приблизительно 2,2.In accordance with embodiments of the present invention, the CPO reactor effluent stream 15 is recovered from the CPO reactor 10, the CPO reactor effluent stream 15 including hydrogen, carbon monoxide, water, carbon dioxide and unreacted hydrocarbons. In some embodiments, the CPO reactor effluent stream 15 may have a M ratio greater than or equal to about 1.5, alternatively greater than or equal to about 1.6, alternatively greater than or equal to about 1.7, alternatively greater than or equal to about 1.8, alternatively greater than or equal to about 1.84, alternatively greater than or equal to about 1.9, alternatively from about 1.5 to about 1.95, alternatively from about 1.7 to about 2.3, alternatively from about 1.8 to about 2.2, or alternatively from about 1.9 to about 2.2.

Выходящий поток 15 из реактора CPO, как описано в настоящем описании, может характеризоваться молярным соотношением H/CO более чем приблизительно 1,7, альтернативно более чем приблизительно 1,8, альтернативно более чем приблизительно 1,9, альтернативно более чем приблизительно 2,0, или альтернативно более чем приблизительно 2,1. В некоторых вариантах осуществления выходящий поток 15 из реактора CPO, как описано в настоящем описании, может характеризоваться молярным соотношением H2/CO от приблизительно 1,7 до приблизительно 2,3, альтернативно от приблизительно 1,75 до приблизительно 1,81, альтернативно от приблизительно 1,8 до приблизительно 2,2, или альтернативно от приблизительно 1,9 до приблизительно 2,1.The CPO reactor effluent 15 as described herein may have an H/CO molar ratio of greater than about 1.7, alternatively greater than about 1.8, alternatively greater than about 1.9, alternatively greater than about 2.0 , or alternatively more than about 2.1. In some embodiments, the CPO reactor effluent stream 15 as described herein may have an H2/CO molar ratio of from about 1.7 to about 2.3, alternatively from about 1.75 to about 1.81, alternatively from about 1.75 to about 1.81, alternatively from about 1.75 to about 1.81, alternatively from about 1.8 to about 2.2, or alternatively from about 1.9 to about 2.1.

В некоторых вариантах осуществления выходящий поток 15 из реактора CPO может иметь содержание CO менее чем приблизительно 10 мол.%, менее чем приблизительно 9 мол.%, менее чем приблизительно 8 мол.%, менее чем приблизительно 7 мол.%, альтернативно менее чем приблизительно 6 мол.%, альтернативно менее чем приблизительно 5 мол.%, альтернативно менее чем приблизительно 4 мол.%, альтернативно менее чем приблизительно 3 мол.%, альтернативно менее чем приблизительноIn some embodiments, the CPO reactor effluent stream 15 may have a CO content of less than about 10 mole%, less than about 9 mole%, less than about 8 mole%, less than about 7 mole%, alternatively less than about 6 mole%, alternatively less than about 5 mole%, alternatively less than about 4 mole%, alternatively less than about 3 mole%, alternatively less than about

- 11 044653 мол.%, альтернативно менее чем приблизительно 1 мол.%, альтернативно более чем приблизительно 0,1 мол.%, альтернативно более чем приблизительно 0,25 мол.%, альтернативно более чем приблизительно 0,5 мол.%, альтернативно от приблизительно 0,1 мол.% до приблизительно 7 мол.%, альтернативно от приблизительно 0,25 мол.% до приблизительно 6 мол.%, или альтернативно от приблизительно 0,5 мол.% до приблизительно 5 мол.%.- 11 044653 mol.%, alternatively less than about 1 mol.%, alternatively more than about 0.1 mol.%, alternatively more than about 0.25 mol.%, alternatively more than about 0.5 mol.%, alternative from about 0.1 mol.% to about 7 mol.%, alternatively from about 0.25 mol.% to about 6 mol.%, or alternatively from about 0.5 mol.% to about 5 mol.%.

В некоторых вариантах осуществления вода может конденсироваться и отделяться от по меньшей мере части выходящего потока 15 из реактора CPO, например, в конденсаторе. В некоторых вариантах осуществления выходящий поток 15 из реактора CPO можно подвергать переработке, такой как извлечение непрореагировавших углеводородов, разбавителя, воды и т.д. В некоторых вариантах осуществления способ, как описано в настоящем описании, кроме того, может включать: (i) извлечение по меньшей мере части непрореагировавших углеводородов из выходящего потока 15 из реактора CPO с получением извлеченных углеводородов, и (ii) рециклирование по меньшей мере части извлеченных углеводородов в реактор 10 CPO. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, хотя в процессах CPO может быть достигнуто довольно высокое конвертирование (например, конвертирование, превышающее или равное приблизительно 90%), неконвертированные углеводороды могут извлекаться и рециклировать обратно в реактор 10 CPO.In some embodiments, water may be condensed and separated from at least a portion of the CPO reactor effluent 15, such as in a condenser. In some embodiments, the CPO reactor effluent stream 15 may be subjected to processing, such as recovery of unreacted hydrocarbons, diluent, water, etc. In some embodiments, the method as described herein may further include: (i) recovering at least a portion of the unreacted hydrocarbons from the CPO reactor effluent stream 15 to produce recovered hydrocarbons, and (ii) recycling at least a portion of the recovered hydrocarbons into the 10 CPO reactor. As will be appreciated by one of ordinary skill in the art and with the benefit of the present disclosure, although fairly high conversions can be achieved in CPO processes (eg, conversion greater than or equal to approximately 90%), unconverted hydrocarbons can be recovered and recycled back to the CPO reactor 10.

В некоторых вариантах осуществления способ по настоящему изобретению дополнительно включает охлаждение выходящего потока 15 из реактора CPO путем нагрева углеводородов первой части 5A при охлаждении выходящего потока 15 из реактора CPO. Охлаждение выходящего потока 15 из реактора CPO посредством нагрева углеводородов первой части 5A при охлаждении выходящего потока 15 из реактора CPO может включать теплообмен между выходящим потоком 15 из реактора CPO и жидким теплоносителем 18 (например, вода или пар низкого давления (LP)) в первом теплообменнике HE1 с получением первого охлажденного выходящего потока 15A из реактора CPO; нагрев углеводородов при дальнейшем охлаждении первого охлажденного выходящего потока 15A из реактора CPO посредством теплообмена между ними во втором теплообменнике HE2 с получением нагретых углеводородов 5A' и второго охлажденного выходящего потока 15B из реактора CPO и пара LP, пара среднего давления (MP) и/или пара высокого давления (HP). В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает необязательно предварительный нагрев углеводородов посредством электрического нагревателя или теплообменника HE5 перед вторым теплообменником HE2.In some embodiments, the method of the present invention further includes cooling the CPO reactor effluent stream 15 by heating the hydrocarbons of the first portion 5A while cooling the CPO reactor effluent stream 15. Cooling the CPO reactor effluent stream 15 by heating the hydrocarbons of the first portion 5A while cooling the CPO reactor effluent stream 15 may involve heat exchange between the CPO reactor effluent stream 15 and a heat transfer fluid 18 (e.g., water or low pressure (LP) steam) in the first heat exchanger HE1 to obtain the first cooled effluent stream 15A from the CPO reactor; heating the hydrocarbons while further cooling the first cooled CPO reactor effluent stream 15A by heat exchange therebetween in a second heat exchanger HE2 to produce heated hydrocarbons 5A' and a second cooled CPO reactor effluent stream 15B and LP steam, medium pressure (MP) steam and/or steam high pressure (HP). In some embodiments, the method further includes optionally preheating the hydrocarbons by an electrical heater or heat exchanger HE5 before the second heat exchanger HE2.

В некоторых вариантах осуществления нагретая первая часть углеводородов 5A' подается непосредственно в реактор 10 CPO. В альтернативных вариантах осуществления первая часть 5A углеводородов нагревается перед десульфуризацией. В некоторых вариантах осуществления нагретая первая часть углеводородов 5A' содержит одно или несколько серосодержащих соединений, способ включает удаление по меньшей мере части серосодержащих соединений из нагретой первой части углеводородов 5A' с получением десульфурированной первой части углеводородов 8, которая может подаваться непосредственно в реактор 10 CPO или может подаваться в реактор 10 CPO с последующим теплообменном в четвертом теплообменнике E1E4, как дополнительно описано ниже.In some embodiments, the heated first portion of hydrocarbons 5A' is fed directly to the CPO reactor 10. In alternative embodiments, the first hydrocarbon portion 5A is heated prior to desulfurization. In some embodiments, the heated first hydrocarbon portion 5A' contains one or more sulfur-containing compounds, the method includes removing at least a portion of the sulfur-containing compounds from the heated first hydrocarbon portion 5A' to produce a desulfurized first hydrocarbon portion 8, which can be fed directly to the CPO reactor 10 or may be supplied to the CPO reactor 10, followed by heat exchange in the fourth heat exchanger E1E4, as further described below.

В некоторых вариантах осуществления описанный в настоящем описании способ включает охлаждение десульфурированной первой части углеводородов 8. Например, в некоторых вариантах осуществления десульфурированная первая часть углеводородов 8 охлаждается посредством нагрева воды 9 при охлаждения десульфурированной первой части 8 углеводородов посредством теплообмена в четвертом теплообменнике E1E4 с получением пара 11 (например, пар LP) и охлажденной десульфурированной первой части 8' углеводородов. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть охлажденной десульфурированной первой части 8' углеводородов и необязательно по меньшей мере часть 11A пара 11 подается в реактор 10 CPO в качестве компонента смеси реагентов CPO на стадии (a).In some embodiments, the method described herein includes cooling the desulfurized first hydrocarbon portion 8. For example, in some embodiments, the desulfurized first hydrocarbon portion 8 is cooled by heating water 9 while cooling the desulfurized first hydrocarbon portion 8 by heat exchange in a fourth heat exchanger E1E4 to produce steam 11 (eg LP steam) and cooled desulfurized first portion of 8' hydrocarbons. In some embodiments, at least a portion of the cooled desulfurized first hydrocarbon portion 8' and optionally at least a portion 11A of steam 11 is supplied to the CPO reactor 10 as a component of the CPO reactant mixture in step (a).

В некоторых вариантах осуществления охлаждение выходящего потока 15 из реактора CPO дополнительно включают нагрев воды 16 при охлаждении второго охлажденного выходящего потока 15B из реактора CPO посредством теплообмена в третьем теплообменнике HE3 с получением потока 17 (например, включающего кипяченую воду и/или пар LP) и третьего охлажденного выходящего потока 15C из реактора CPO. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть третьего охлажденного выходящего потока 15C из реактора CPO подается в реактор 20 WGS на стадии (b), дополнительно описанный в настоящем описании ниже. Поток 17 может представлять собой пар низкого давления. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть 21 пара (17/19) используется для приведения в действия парового компрессора, такого как компрессор 30 сингаза, дополнительно описанный в настоящем описании ниже.In some embodiments, cooling the CPO reactor effluent stream 15 further includes heating water 16 while cooling a second cooled CPO reactor effluent stream 15B through heat exchange in a third heat exchanger HE3 to produce a stream 17 (e.g., including boiled water and/or LP steam) and a third cooled 15C effluent from the CPO reactor. In some embodiments, at least a portion of the third cooled CPO reactor effluent stream 15C is supplied to WGS reactor 20 in step (b), further described herein below. Stream 17 may be low pressure steam. In some embodiments, at least the steam portion 21 (17/19) is used to drive a steam compressor, such as the syngas compressor 30 further described herein below.

Как отмечалось в настоящем описании выше, в некоторых вариантах осуществления способ по настоящему изобретению дополнительно включает (b) подачу по меньшей мере части выходящего потока 15 из реактора CPO в реактор 20 конверсии водяного газа (WGS) с получением обогащенного выходящего потока 15D из реактора, где часть монооксида углерода выходящего потока 15 из реактора CPO реагирует с водой посредством реакции WGS с образованием водорода и диоксида углерода, где обогащенный водородом выходящий поток 15D из реактора характеризуется молярным соотношениемAs noted herein above, in some embodiments, the method of the present invention further includes (b) feeding at least a portion of the CPO reactor effluent stream 15 to a water gas shift (WGS) reactor 20 to produce a rich reactor effluent stream 15D, wherein a portion of the carbon monoxide of the CPO reactor effluent stream 15 reacts with water through a WGS reaction to produce hydrogen and carbon dioxide, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent stream 15D has a molar ratio

- 12 044653- 12 044653

H2/CO обогащенного водородом выходящего потока из реактора и соотношением M обогащенного водородом выходящего потока из реактора, и где молярное соотношение H2/CO обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора превышает молярное соотношение H2/CO выходящего потока 15 из реактора CPO. Как описано в настоящем описании выше, выходящий поток 15 из реактора CPO может использоваться для предварительного нагрева первой части 5A углеводородного сырья 5 с получением нагретой первой части 5A' углеводородов в первом теплообменнике HE1, и/или с получением пара (например, пар высокого давления (HP) в потоке 17 пара HP) из воды и пара 16 через третий теплообменник HE3 перед подачей в реактор 20 WGS. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления способ по настоящему изобретению включает подачу по меньшей мере части охлажденного выходящего потока из реактора CPO (например, первый охлажденный выходящий поток 15B из реактора CPO и/или второй охлажденный выходящий поток 15C из реактора CPO) в реактор 20 конверсии водяного газа (WGS) с получением обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора, где часть монооксида углерода охлажденного выходящего потока из реактора CPO реагирует с водой посредством реакции WGS с образованием водорода и диоксида углерода, где обогащенный водородом выходящий поток 15D из реактора характеризуется молярным соотношением H2/CO обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора, где обогащенный водородом выходящий поток 15D из реактора характеризуется соотношением M обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора, и где молярное соотношение H2/CO обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора превышает молярное соотношение H2/CO выходящего потока 15 из реактора CPO, первого охлажденного выходящего потока 15B из реактора CPO и/или второго охлажденного выходящего потока 15C из реактора CPO.H 2 /CO of the hydrogen-rich reactor effluent and the M ratio of the hydrogen-rich reactor effluent, and wherein the H 2 /CO molar ratio of the hydrogen-rich reactor effluent 15D is greater than the H2/CO molar ratio of the CPO reactor effluent 15. As described herein above, the effluent stream 15 from the CPO reactor may be used to preheat the first portion 5A of the hydrocarbon feedstock 5 to produce a heated first hydrocarbon portion 5A' in the first heat exchanger HE1, and/or to produce steam (e.g., high pressure steam ( HP) in the steam stream 17 HP) from water and steam 16 through the third heat exchanger HE3 before entering the WGS reactor 20. Thus, in some embodiments, the method of the present invention includes supplying at least a portion of the cooled CPO reactor effluent stream (e.g., the first cooled CPO reactor effluent stream 15B and/or the second cooled CPO reactor effluent stream 15C) to the conversion reactor 20 water gas (WGS) to produce a hydrogen-enriched reactor effluent stream 15D, wherein a portion of the carbon monoxide of the cooled CPO reactor effluent reacts with water through a WGS reaction to produce hydrogen and carbon dioxide, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent stream 15D is characterized by a molar ratio of H 2 /CO of the hydrogen-rich reactor effluent stream 15D, wherein the hydrogen-rich reactor effluent stream 15D is characterized by the M ratio of the hydrogen-rich reactor effluent stream 15D, and where the H 2 /CO molar ratio of the hydrogen-rich reactor effluent stream 15D is greater than the H 2 molar ratio /CO of the CPO reactor effluent stream 15, the first cooled CPO reactor effluent stream 15B, and/or the second cooled CPO reactor effluent stream 15C.

В реакторе 20 конверсии водяного газа (WGS) часть монооксида углерода выходящего потока 15 из реактора CPO реагирует с водой посредством реакции WGS с образованием водорода и диоксида углерода и, таким образом, обеспечивает обогащенный водородом сингаз в качестве обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора. Главным образом, реакция WGS описывает каталитическую реакцию монооксида углерода и водяного пара с образованием диоксида углерода и водород, например, как представлено в уравнении (2):In the water gas shift (WGS) reactor 20, a portion of the carbon monoxide of the CPO reactor effluent stream 15 reacts with water through the WGS reaction to produce hydrogen and carbon dioxide and thereby provides hydrogen-rich syngas as the hydrogen-rich reactor effluent stream 15D. Basically, the WGS reaction describes the catalytic reaction of carbon monoxide and water vapor to produce carbon dioxide and hydrogen, for example, as presented in equation (2):

СО + Н2О^СО2 + Н2 (2) CO + H 2 O^CO 2 + H 2 (2)

Реакция WGS может использоваться для повышения молярного соотношения H2/CO потоков газа, включающих монооксид углерода и водород. Катализаторы WGS могут включать любые подходящие катализаторы WGS, такие как коммерческие катализаторы WGS; усиленные хромом или медью катализаторы на основе железа; катализаторы на основе меди-цинка-алюминия и т.п.; или их комбинации.The WGS reaction can be used to increase the H2/CO molar ratio of gas streams including carbon monoxide and hydrogen. WGS catalysts may include any suitable WGS catalysts, such as commercial WGS catalysts; iron-based catalysts reinforced with chromium or copper; catalysts based on copper-zinc-aluminum, etc.; or combinations thereof.

Часть монооксида углерода в реакторе CPO может подвергаться реакции WGS (как представлено в уравнении (2)) в реакторе 10 CPO, тем самым увеличивая количество водорода в выходящем потоке 15 из реактора CPO.A portion of the carbon monoxide in the CPO reactor may undergo a WGS reaction (as represented in equation (2)) in the CPO reactor 10, thereby increasing the amount of hydrogen in the CPO reactor effluent stream 15.

В некоторых вариантах осуществления способ получения сингаза, как описано в настоящем описании, кроме того, может включать извлечение обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора 20 WGS, где обогащенный водородом выходящий поток 15D из реактора включает водород, монооксид углерода, диоксид углерода, воду и непрореагировавшие углеводороды, и где молярное соотношение H2/CO в обогащенном водородом выходящем потоке 15D из реактора WGS превышает молярное соотношение H2/CO выходящего потока 15 из реактора CPO.In some embodiments, a method for producing syngas as described herein may further include recovering a hydrogen-enriched effluent stream 15D from WGS reactor 20, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent stream 15D includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water, and unreacted hydrocarbons, and wherein the H2/CO molar ratio of the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D is greater than the H2/CO molar ratio of the CPO reactor effluent stream 15.

В некоторых вариантах осуществления обогащенный водородом выходящий поток 15D из реактора WGS может использоваться в качестве сингаза в последующем процессе без дальнейшей обработки выходящего потока из реактора WGS. В других вариантах осуществления обогащенный водородом выходящий поток 15D из реактора WGS может далее обрабатываться перед последующим химическим синтезом (например, метанола). Например, в некоторых вариантах осуществления обогащенный водородом выходящий поток 15D из реактора WGS может далее обрабатываться в сепараторе 25 диоксида углерода для уменьшения содержания в нем диоксида углерода.In some embodiments, the hydrogen-enriched WGS reactor effluent stream 15D may be used as syngas in a downstream process without further processing the WGS reactor effluent stream. In other embodiments, the hydrogen-enriched effluent stream 15D from the WGS reactor may be further processed prior to subsequent chemical synthesis (eg, methanol). For example, in some embodiments, the hydrogen-enriched WGS reactor effluent stream 15D may be further processed in carbon dioxide separator 25 to reduce its carbon dioxide content.

В некоторых вариантах осуществления способ по настоящему изобретению, кроме того, включает удаление части CO2 из обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора в сепараторе 25 CO2 с образованием сингаза 15E. Полученный сингаз 15E характеризуется соотношением M сингаза, где соотношение M сингаза 15E превышает соотношение M выходящего потока 15 из реактора CPO, и где соотношение M сингаза 15E превышает соотношение M обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора.In some embodiments, the method of the present invention further includes removing a portion of the CO 2 from the hydrogen-rich reactor effluent stream 15D in a CO 2 separator 25 to form syngas 15E. The resulting syngas 15E is characterized by a syngas ratio M where the M ratio of the syngas 15E is greater than the M ratio of the CPO reactor effluent 15, and where the M ratio of the syngas 15E is greater than the M ratio of the hydrogen-rich reactor effluent 15D.

В некоторых вариантах осуществления выходящий поток 15 из реактора CPO далее обрабатывается с образованием обогащенного водородом сингаза 15E путем удаления по меньшей мере части диоксида углерода из выходящего потока 15 из реактора CPO и/или обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS с образованием обогащенного водородом сингаза 15E. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего изобретения, и не ограничиваясь теорией, в то время как молярное соотношение H2/CO сингаза не изменяется в результате удаления диоксида углеродаIn some embodiments, the CPO reactor effluent stream 15 is further processed to form hydrogen-rich syngas 15E by removing at least a portion of the carbon dioxide from the CPO reactor effluent stream 15 and/or the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D to form hydrogen-enriched syngas 15E . As will be appreciated by one skilled in the art, both by use of the present invention and without being limited by theory, while the H 2 /CO molar ratio of syngas does not change as a result of carbon dioxide removal

- 13 044653 из сингаза, концентрация водорода возрастает в сингазе посредством удаления диоксида углерода из сингаза. Однако соотношение M сингаза изменяется при изменении содержания диоксида углерода в сингазе, где соотношение M представляет собой молярное соотношение, определяемое как (H2-CO2)/(CO+CO2). Выходящий поток 15 из реактора CPO характеризуется соотношением M выходящего потока из реактора CPO. Обогащенный водородом сингаз 15E характеризуется соотношением M обогащенного водородом сингаза. Обогащенный водородом сингаз 15E характеризуется соотношением M, которое превышает соотношение M выходящего потока 15 из реактора CPO и также превышает соотношение M обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS. Как будет понятно специалисту в данной области, и с помощью настоящего изобретения, CO2-бедный сингаз имеет более высокое соотношение M, чем CO2-богатый сингаз: чем более низким является содержание CO2 в сингазе, тем более высоким является соотношение M в сингазе.- 13 044653 from syngas, the hydrogen concentration increases in the syngas by removing carbon dioxide from the syngas. However, the M ratio of the syngas changes with the carbon dioxide content of the syngas, where the M ratio is a molar ratio defined as (H2- CO2 )/(CO+CO2). The CPO reactor effluent stream 15 is characterized by the ratio M of the CPO reactor effluent stream. Hydrogen-rich syngas 15E is characterized by the ratio M of hydrogen-rich syngas. The hydrogen-enriched syngas 15E has an M ratio that is greater than the M ratio of the CPO reactor effluent 15 and also greater than the M ratio of the hydrogen-enriched WGS reactor effluent 15D. As one skilled in the art will appreciate, and with the aid of the present invention, CO 2 -lean syngas has a higher M ratio than CO 2 -rich syngas: the lower the CO 2 content of the syngas, the higher the M ratio in the syngas.

В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть диоксида углерода может быть удалена из обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS с образованием сингаза 15E, пригодного для дальнейшего химического синтеза. Поскольку сингаз 15E является обогащенным водородом относительно выходящего потока 15 из реактора CPO, он также может упоминаться в настоящем описании как обогащенный водородом сингаз. Путем уменьшения содержания диоксида углерода в сепараторе 25 CO2 полученный сингаз 15E характеризуется соотношением M, превышающим соотношение M обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS.In some embodiments, at least a portion of the carbon dioxide may be removed from the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D to form syngas 15E suitable for further chemical synthesis. Since syngas 15E is hydrogen-rich relative to the CPO reactor effluent 15, it may also be referred to herein as hydrogen-rich syngas. By reducing the carbon dioxide content in the CO2 separator 25, the resulting syngas 15E has an M ratio greater than the M ratio of the hydrogen-rich WGS reactor effluent 15D.

В некоторых вариантах осуществления обогащенный водородом сингаз 15E может характеризоваться соотношением M, превышающим или равным приблизительно 1,7, 1,9, 2,1, 2,3 или 2,5, от приблизительно 1,9 до приблизительно 2,2, альтернативно от приблизительно 1,95 до приблизительно 2,1, или альтернативно от приблизительно 1,98 до приблизительно 2,06. В некоторых вариантах осуществления обогащенный водородом сингаз 15E может характеризоваться молярным соотношением H2/CO, превышающим или равным приблизительно 1,8, 2,0, 2,2, 2,5, 2,8 или 3 или от приблизительно 1,5 до приблизительно 3,5, альтернативно от приблизительно 2 до приблизительно 3 или альтернативно от приблизительно 2,25 до приблизительно 2,75. Молярное соотношение H2/CO обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS и обогащенного водородом сингаза 15E может быть по существу одинаковым.In some embodiments, the hydrogen enriched syngas 15E may have an M ratio greater than or equal to about 1.7, 1.9, 2.1, 2.3, or 2.5, from about 1.9 to about 2.2, alternatively from about 1.95 to about 2.1, or alternatively from about 1.98 to about 2.06. In some embodiments, the hydrogen-enriched syngas 15E may have a H2/CO molar ratio greater than or equal to about 1.8, 2.0, 2.2, 2.5, 2.8, or 3, or from about 1.5 to about 3 .5, alternatively from about 2 to about 3, or alternatively from about 2.25 to about 2.75. The H2/CO molar ratio of the hydrogen-rich WGS reactor effluent 15D and the hydrogen-rich syngas 15E may be substantially the same.

Сепаратор 25 CO2 может включать любой сепаратор CO2, известный специалистам в данной области в качестве действующего путем удаления CO2 из обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора с образованием сингаза 15E. Сепаратор 25 CO2 может включать удаление CO2 посредством аминовой абсорбции (например, моноэтаноламин) (например, аминовая очистка), адсорбции при переменном давлении (PSA), адсорбции при переменной температуре, газоотделительных мембран (например, пористые неорганические мембраны, палладиевые мембраны, полимерные мембраны, цеолиты и т.д.), криогенного разделения и т.п., или их комбинаций. В некоторых вариантах осуществления стадия удаления по меньшей мере части диоксида углерода из выходящего потока 15 из реактора CPO и/или обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS с образованием обогащенного водородом сингаза 15E может включать удаление CO2 путем аминовой абсорбции. Например, сепаратор 25 CO2 может включать поглотитель CO2, такой как аминовый элемент. В некоторых вариантах осуществления менее чем приблизительно 50, 45, 40, 35 или 30 мол.% CO2 в обогащенном водородом выходящем потоке 15D из реактора WGS удаляются в сепараторе 25 CO2 с образованием сингаза 15E.The CO2 separator 25 may include any CO2 separator known to those skilled in the art to operate by removing CO2 from the hydrogen-rich reactor effluent stream 15D to form syngas 15E. The CO 2 separator 25 may include CO 2 removal via amine absorption (eg, monoethanolamine) (eg, amine scrubbing), pressure swing adsorption (PSA), temperature swing adsorption, gas separation membranes (eg, porous inorganic membranes, palladium membranes, polymer membranes, zeolites, etc.), cryogenic separation, etc., or combinations thereof. In some embodiments, the step of removing at least a portion of carbon dioxide from the CPO reactor effluent stream 15 and/or the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D to form the hydrogen-rich syngas 15E may include removing CO 2 by amine absorption. For example, CO2 separator 25 may include a CO2 absorber such as an amine element. In some embodiments, less than about 50, 45, 40, 35, or 30 mole percent of the CO2 in the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D is removed in CO2 separator 25 to form syngas 15E.

В некоторых вариантах осуществления первая часть выходящего потока 15 из реактора CPO может подаваться в реактор 20 WGS с образованием обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS. В таких вариантах осуществления по меньшей мере часть обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS может приводиться в контакт со второй частью выходящего потока 15 из реактора CPO с образованием обогащенного водородом сингаза. В таких вариантах осуществления выходящий поток из реактора CPO (например, первая часть выходящего потока 15 из реактора CPO 15, вторая часть выходящего потока 15 из реактора CPO) и/или обогащенный водородом выходящий поток 15D из реактора WGS могут подвергаться стадии удаления диоксида углерода. Например, первая часть выходящего потока 15 из реактора CPO, которая может подаваться в реактор 20 WGS с образованием обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS, может составлять от приблизительно 0,01 об.% до приблизительно 100 об.%, альтернативно от приблизительно 0,1 об.% до приблизительно 90 об.%, альтернативно от приблизительно 1 об.% до приблизительно 80 об.%, альтернативно от приблизительно 10 об.% до приблизительно 75 об.%, альтернативно от приблизительно 20 об.% до приблизительно 60 об.%, альтернативно от приблизительно 25 об.% до приблизительно 50 об.%, альтернативно более чем или ровно приблизительно 5 об.%, альтернативно более чем или ровно приблизительно 10 об.%, альтернативно более чем или ровно приблизительно 15 об.%, альтернативно более чем или ровно приблизительно 20 об.%, или альтернативно более чем или ровно приблизительно 25 об.% в расчете на общий объем выходящего потока 15 из реактора CPO.In some embodiments, a first portion of the CPO reactor effluent stream 15 may be fed to the WGS reactor 20 to form a hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D. In such embodiments, at least a portion of the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D may be contacted with a second portion of the CPO reactor effluent stream 15 to form a hydrogen-rich syngas. In such embodiments, the CPO reactor effluent stream (eg, the first portion of the CPO reactor effluent stream 15, the second portion of the CPO reactor effluent stream 15) and/or the hydrogen-enriched WGS reactor effluent stream 15D may be subjected to a carbon dioxide removal step. For example, the first portion of the CPO reactor effluent stream 15 that may be fed to the WGS reactor 20 to form a hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D may range from about 0.01 vol.% to about 100 vol.%, alternatively from about 0.01 vol.% to about 100 vol.%, alternatively from about 0.01 vol. ,1 vol.% to about 90 vol.%, alternatively from about 1 vol.% to about 80 vol.%, alternatively from about 10 vol.% to about 75 vol.%, alternatively from about 20 vol.% to about 60 vol.%, alternatively from about 25 vol.% to about 50 vol.%, alternatively more than or exactly about 5 vol.%, alternatively more than or exactly about 10 vol.%, alternatively more than or exactly about 15 vol.% , alternatively more than or exactly about 20 vol.%, or alternatively more than or exactly about 25 vol.% based on the total volume of the CPO reactor effluent stream 15.

В некоторых вариантах осуществления вторая часть выходящего потока 15 из реактора CPO может приводиться в контакт по меньшей мере с частью обогащенного водородом выходящего потока 15D изIn some embodiments, a second portion of the CPO reactor effluent stream 15 may be brought into contact with at least a portion of the hydrogen-enriched CPO reactor effluent stream 15D.

- 14 044653 реактора WGS с образованием комбинированного выходящего потока, где комбинированный выходящий поток характеризуется соотношением M комбинированного выходящего потока; где по меньшей мере часть диоксида углерода может удаляться из комбинированного выходящего потока в сепараторе 25 CO2 с образованием сингаза 15E, и где сингаз 15E характеризуется соотношением M, которое превышает соотношение M комбинированного выходящего потока. Например, вторая часть выходящего потока 15 из реактора CPO, которая может приводиться в контакт по меньшей мере с частью обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS с образованием комбинированного выходящего потока, может составлять от приблизительно 0,01 об.% до приблизительно 99,99 об.%, альтернативно от приблизительно 10 об.% до приблизительно 99,9 об.%, альтернативно от приблизительно 20 об.% до приблизительно 99 об.%, альтернативно от приблизительно 25 об.% до приблизительно 90 об.%, альтернативно от приблизительно 40 об.% до приблизительно 80 об.%, альтернативно от приблизительно 50 об.% до приблизительно 75 об.%, альтернативно менее чем приблизительно 95 об.%, альтернативно менее чем приблизительно 90 об.%, альтернативно менее чем приблизительно 85 об.%, альтернативно менее чем приблизительно 80 об.%, или альтернативно менее чем приблизительно 75 об.% в расчете на общий объем выходящего потока 15 из реактора CPO.- 14 044653 WGS reactor with the formation of a combined effluent stream, where the combined effluent stream is characterized by the ratio M of the combined effluent stream; wherein at least a portion of the carbon dioxide may be removed from the combined effluent stream in CO 2 separator 25 to form syngas 15E, and wherein syngas 15E has an M ratio that is greater than the M ratio of the combined effluent stream. For example, the second portion of the CPO reactor effluent stream 15, which may be contacted with at least a portion of the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D to form a combined effluent stream, may be from about 0.01 vol.% to about 99.99 vol.%, alternatively from about 10 vol.% to about 99.9 vol.%, alternatively from about 20 vol.% to about 99 vol.%, alternatively from about 25 vol.% to about 90 vol.%, alternatively from about 40 vol.% to about 80 vol.%, alternatively from about 50 vol.% to about 75 vol.%, alternatively less than about 95 vol.%, alternatively less than about 90 vol.%, alternatively less than about 85 vol. .%, alternatively less than about 80 vol.%, or alternatively less than about 75 vol.% based on the total volume of the CPO reactor effluent stream 15.

В некоторых вариантах осуществления способ производства сингаза, как описано в настоящем описании, может включать стадию удаления диоксида углерода из одного или нескольких потоков; например, диоксид углерода может быть удален из по меньшей мере части выходящего потока 15 из реактора CPO, из по меньшей мере части обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS, из по меньшей мере части комбинированного выходящего потока и т.д. Например, диоксид углерода может быть удален из по меньшей мере части выходящего потока 15 из реактора CPO и/или из по меньшей мере части обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS с образованием сингаза 15E; диоксид углерода может быть удален либо из по меньшей мере части выходящего потока 15 из реактора CPO, либо из по меньшей мере части обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS, перед объединением выходящего потока 15 из реактора CPO и обогащенного водородом выходящего потока 15D из реактора WGS с образованием сингаза 15E; диоксид углерода может быть удален из комбинированного выходящего потока с образованием сингаза 15E и т.п.; или их комбинации.In some embodiments, a method for producing syngas as described herein may include the step of removing carbon dioxide from one or more streams; for example, carbon dioxide may be removed from at least a portion of the CPO reactor effluent stream 15, from at least a portion of the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D, from at least a portion of the combined effluent stream, etc. For example, carbon dioxide may be removed from at least a portion of the CPO reactor effluent stream 15 and/or from at least a portion of the hydrogen-rich WGS reactor effluent stream 15D to form syngas 15E; carbon dioxide may be removed from either at least a portion of the CPO reactor effluent stream 15 or from at least a portion of the hydrogen-enriched WGS reactor effluent stream 15D prior to combining the CPO reactor effluent stream 15 and the hydrogen-enriched WGS reactor effluent stream 15D with the formation of syngas 15E; carbon dioxide may be removed from the combined effluent to form syngas 15E or the like; or combinations thereof.

Синтез метанола может быть осуществлен в контуре 40 синтеза метанола. Контур 40 синтеза метанола может включать любой контур синтеза метанола, известный в данной области и с помощью настоящего изобретения в качестве пригодного для продуцирования потока 55 неочищенного метанола и потока 56 продувочного газа. Например, контур 40 синтеза метанола может включать один или несколько реакторов синтеза метанола, один или несколько газожидкостных сепараторов, один или несколько теплообменников, один или несколько рециркуляционных потоков и/или один или несколько паровых барабанов. В некоторых вариантах осуществления способ производства метанола, как описано в настоящем описании, может включать стадию подачи по меньшей мере части сингаза 15E в контур 40 синтеза метанола. Контур 40 синтеза метанола действует, продуцируя поток 55 неочищенного метанола и поток 56 продувочного газа. Контур синтеза метанола включает реактор для синтеза метанола или реактор метанола, действующий путем продуцирования выходящего потока из реактора метанола. Выходящий поток из реактора метанола включает метанол, воду, H2, CO, CO2 и углеводороды. Контур 40 синтеза метанола может включать любой реактор, пригодный для реакции синтеза метанола из CO и H2, например, такой как реактор с орошаемым слоем, реактор с псевдоожиженным слоем, суспензионный реактор, петлевой реактор, охлажденный многотрубчатый реактор и т.п., или их комбинации.Methanol synthesis can be carried out in methanol synthesis loop 40. The methanol synthesis loop 40 may include any methanol synthesis loop known in the art and by the present invention as being suitable for producing a crude methanol stream 55 and a purge gas stream 56. For example, methanol synthesis loop 40 may include one or more methanol synthesis reactors, one or more gas-liquid separators, one or more heat exchangers, one or more recycle streams, and/or one or more steam drums. In some embodiments, a method for producing methanol as described herein may include the step of supplying at least a portion of the syngas 15E to the methanol synthesis loop 40. The methanol synthesis loop 40 operates to produce a crude methanol stream 55 and a purge gas stream 56. The methanol synthesis loop includes a methanol synthesis reactor or methanol reactor operating by producing a methanol reactor effluent. The methanol reactor effluent includes methanol, water, H 2 , CO, CO 2 and hydrocarbons. The methanol synthesis loop 40 may include any reactor suitable for reacting the synthesis of methanol from CO and H 2 , for example, such as a trickle bed reactor, a fluidized bed reactor, a slurry reactor, a loop reactor, a cooled multi-tubular reactor, and the like, or their combinations.

Как правило, CO и H2 могут конвертироваться в метанол (CH3OH), например, как указано в уравнении (3):Typically, CO and H2 can be converted to methanol (CH3OH), for example as given in equation (3):

CO+H2-CH3OH (3)CO+H2-CH3OH (3)

CO2 и H2 также могут конвертироваться в метанол, например, как указано в уравнении (4): CO2+3H2-CH3OH+H2O (4)CO2 and H2 can also be converted to methanol, for example as given in equation (4): CO2+3H2-CH3OH+H2O (4)

Не ограничиваясь теорией, чем более низким является содержание CO2 в сингазе 15E, тем более низким является количество воды, образовавшейся в реакторе синтеза метанола. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, сингаз, полученный посредством SMR, имеет довольно высокое содержание водорода (по сравнению с содержанием водорода в сингазе, полученном посредством CPO), и сингаз с повышенным содержанием водорода может способствовать конвертированию CO2 в метанол, например, как указано в уравнении (4), что в свою очередь может приводить к повышенному содержанию воды в потоке неочищенного метанола (например, неочищенный поток 55 метанола, описанный в настоящем описании ниже).Without being limited by theory, the lower the CO 2 content of the 15E syngas, the lower the amount of water produced in the methanol synthesis reactor. As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of this disclosure, syngas produced by SMR has a fairly high hydrogen content (compared to the hydrogen content of syngas produced by CPO), and syngas with increased hydrogen content can help convert CO 2 to methanol, for example, as indicated in equation (4), which in turn can lead to increased water content in the crude methanol stream (eg, crude methanol stream 55 described herein below).

Синтез метанола из CO, CO2 и H2 является каталитическим процессом, и наиболее часто его проводят в присутствии катализаторов на основе меди. Реактор синтеза метанола может включать катализатор для получения метанола, такой как любой подходящий коммерческий катализатор, используемый для синтеза метанола. Неограничивающие примеры катализаторов для получения метанола, пригодных для применения в реакторе синтеза метанола в контуре 40 синтеза метанола вThe synthesis of methanol from CO, CO2 and H2 is a catalytic process and is most often carried out in the presence of copper-based catalysts. The methanol synthesis reactor may include a catalyst for producing methanol, such as any suitable commercial catalyst used for methanol synthesis. Non-limiting examples of methanol catalysts suitable for use in the methanol synthesis reactor in methanol synthesis loop 40 in

- 15 044653 рамках настоящего изобретения, включают Cu, Cu/ZnO, Cu/ThO2, Cu/Zn/Al2O, Cu/ZnO/Al2O, Cu/Zr, и т.п., или их комбинации.- 15 044653 within the scope of the present invention include Cu, Cu/ZnO, Cu/ThO2, Cu/Zn/Al2O, Cu/ZnO/Al2O, Cu/Zr, etc., or combinations thereof.

В некоторых вариантах осуществления способ производства метанола, как описано в настоящем описании, может включать стадию сжатия по меньшей мере части сингаза 15E в компрессоре 30 сингаза с получением сжатого сингаза 15E', и по меньшей мере части сжатого сингаза 15E' подается в контур 40 синтеза метанола. В некоторых вариантах осуществления компрессор 30 представляет собой паровой компрессор, и по меньшей мере часть 17A (например, HP) пара 17 используется в турбине парового компрессора. В некоторых вариантах осуществления компрессор 30 представляет собой паровой компрессор, и по меньшей мере часть второй части 5B углеводородного сырья 5 используется для обеспечения пара для приведения в действие парового компрессора. В некоторых вариантах осуществления пар (например, дополнительный или альтернативный пар) генерируется посредством сжигания альтернативных углеводородов, и пар далее используется для приведения в действие парового компрессора. Как отмечалось выше, в некоторых вариантах осуществления сингаз 15E и/или сжатый сингаз 15E', подаваемый в контур 40 для синтеза метанола, характеризуется молярным соотношением H2/CO, превышающим или равным приблизительно 1,8, 2,0, 2,2, 2,5, 2,8 или 3, и/или соотношением M, превышающим или равным приблизительно 1,7, 1,9, 2,1, 2,3 или 2,5.In some embodiments, a method for producing methanol as described herein may include the step of compressing at least a portion of the syngas 15E in a syngas compressor 30 to produce a compressed syngas 15E', and at least a portion of the compressed syngas 15E' is supplied to a methanol synthesis loop 40 . In some embodiments, compressor 30 is a steam compressor, and at least a portion 17A (eg, HP) of steam 17 is used in a turbine of the steam compressor. In some embodiments, compressor 30 is a steam compressor, and at least a portion of the second portion 5B of hydrocarbon feedstock 5 is used to provide steam to drive the steam compressor. In some embodiments, steam (eg, supplemental or alternative steam) is generated by burning alternative hydrocarbons, and the steam is further used to drive a steam compressor. As noted above, in some embodiments, the syngas 15E and/or the compressed syngas 15E' supplied to the methanol synthesis loop 40 has a H2/CO molar ratio greater than or equal to about 1.8, 2.0, 2.2, 2 .5, 2.8 or 3, and/or an M ratio greater than or equal to approximately 1.7, 1.9, 2.1, 2.3 or 2.5.

В некоторых вариантах осуществления в контуре 40 синтеза метанола используется серия (например, 3, 4 или 5) реакторов с охлаждаемым слоем, и холодное сырье смешивается с выходящим газом из каждого слоя для снижения температуры газа перед подачей сырья на следующий слой. Вследствие повышенной концентрации монооксида углерода в контуре реактора метанола в соответствии с настоящим изобретением, температура выходящего газа из каждого слоя может быть более высокой, чем на предприятиях синтеза метанола с использованием только SMR. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления температура холодных потоков сырья, впрыскиваемых между слоями, может снижаться до достижения адиабатической работы в реакторе синтеза метанола.In some embodiments, methanol synthesis loop 40 utilizes a series (eg, 3, 4, or 5) cooled bed reactors and cold feed is mixed with the effluent gas from each bed to reduce the temperature of the gas before feeding the feed to the next bed. Due to the increased concentration of carbon monoxide in the methanol reactor loop of the present invention, the temperature of the exit gas from each bed can be higher than in SMR-only methanol synthesis plants. Thus, in some embodiments, the temperature of the cold feed streams injected between the beds may be reduced until adiabatic operation is achieved in the methanol synthesis reactor.

В некоторых вариантах осуществления способ производства метанола, как описано в настоящем описании, может включать стадию подачи по меньшей мере части выходящего потока из реактора синтеза метанола в сепаратор для получения потока 55 неочищенного метанола и потока пара, где поток 55 неочищенного метанола включает метанол и воду, и где поток 56 пара содержит H2, CO, CO2 и углеводороды. Выходящий поток из реактора для метанола может разделяться на неочищенный поток 55 метанола и поток пара в газожидкостном сепараторе, таком как парожидкостной сепаратор, испарительный барабан, дренажный барабан, дренажная емкость, вакуумный барабан компрессора, и т.д.In some embodiments, a method for producing methanol as described herein may include the step of feeding at least a portion of the methanol synthesis reactor effluent stream to a separator to produce a crude methanol stream 55 and a steam stream, wherein the crude methanol stream 55 includes methanol and water, and wherein the steam stream 56 contains H 2 , CO, CO 2 and hydrocarbons. The methanol reactor effluent may be separated into a crude methanol stream 55 and a vapor stream in a gas-liquid separator, such as a vapor-liquid separator, a flash drum, a drain drum, a drain tank, a compressor vacuum drum, etc.

В некоторых вариантах осуществления способ получения метанола, как описано в настоящем описании, может включать стадию разделения по меньшей мере части потока 55 неочищенного метанола из контура синтеза метанола в дистилляционной установке 60 на поток 65 метанола и поток 66 воды. Дистилляционная установка 60 может содержать одну или несколько дистилляционных колонн. Поток 66 воды включает воду и остаточный метанол. Как правило, одна или несколько дистилляционных колонн могут разделять компоненты потока 55 неочищенного метанола на основе их температуры кипения. Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, чем более высоким является содержание воды в потоке 55 неочищенного метанола, тем больше необходимо дистилляционных колонн для очистки метанола.In some embodiments, a method for producing methanol as described herein may include the step of separating at least a portion of the crude methanol stream 55 from the methanol synthesis loop in the distillation unit 60 into a methanol stream 65 and a water stream 66. Distillation unit 60 may include one or more distillation columns. Water stream 66 includes water and residual methanol. Typically, one or more distillation columns may separate components of the crude methanol stream 55 based on their boiling points. As one skilled in the art will appreciate and with the benefit of the present disclosure, the higher the water content of the crude methanol stream 55, the more distillation columns are needed to purify the methanol.

В некоторых вариантах осуществления поток 65 метанола может содержать метанол в количестве, превышающем или равном приблизительно 95 мас.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 97,5 мас.%, альтернативно превышающем или равном приблизительно 99 мас.%, или альтернативно превышающем или равном приблизительно 99,9 мас.%, в расчете на общую массу потока 65 метанола.In some embodiments, methanol stream 65 may contain methanol in an amount greater than or equal to about 95 weight percent, alternatively greater than or equal to about 97.5 weight percent, alternatively greater than or equal to about 99 weight percent, or alternatively greater than or equal to about 99.9 wt.%, based on the total mass of the methanol stream 65.

В некоторых вариантах осуществления способ производства метанола, как описано в настоящем описании, может включать стадию рециклирования первой части потока пара в контур 40 синтеза метанола (например, в его реактор синтеза метанола), и подачу второй части потока пара в качестве потока 56 продувочного газа в элемент 70 отделения водорода с образованием потока 71 водорода и потока 72 остаточного газа. В некоторых вариантах осуществления вторая часть (например, поток 56 продувочного газа) потока пара составляет от приблизительно 90 процентов по массе (мас.%) % до приблизительно 99 мас.%, от приблизительно 94 мас.% до приблизительно 97 мас.%, или от приблизительно 92 мас.% до приблизительно 99 мас.% потока пара в расчете на общую массу потока пара. В некоторых вариантах осуществления первая часть потока пара, рециклируемая в контуре 40 синтеза метанола, составляет от приблизительно 1 процента по массе (мас.%) % до приблизительно 10 мас.%, от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 9 мас.%, или от приблизительно 3 мас.% до приблизительно 6 мас.% потока пара.In some embodiments, a method for producing methanol as described herein may include the step of recycling a first portion of the steam stream to methanol synthesis loop 40 (e.g., its methanol synthesis reactor), and supplying a second portion of the steam stream as purge gas stream 56 to a hydrogen separation element 70 to form a hydrogen stream 71 and a residual gas stream 72. In some embodiments, the second portion (e.g., purge gas stream 56) of the vapor stream is from about 90 weight percent (wt%)% to about 99 wt%, from about 94 wt% to about 97 wt%, or from about 92 wt.% to about 99 wt.% steam stream based on the total weight of the steam stream. In some embodiments, the first portion of the vapor stream recycled to methanol synthesis loop 40 is from about 1 weight percent (wt%) to about 10 wt%, from about 2 wt% to about 9 wt%, or from about 3 wt.% to about 6 wt.% steam flow.

Сепаратор 70 водорода может представлять собой любое устройство, известное в данной области в качестве действующего путем отделения по существу чистого (например, чистого) потока 71 водорода от потока 56 продувочного газа, поступающего в него. Сепаратор 70 водорода может частично или полностью удалять водород из потока 56 продувочного газа, поступающего в него. В некоторых вариантах осуществления поток 71 водорода разделяется, причем по меньшей мере часть потока 71The hydrogen separator 70 may be any device known in the art to operate by separating a substantially pure (eg, pure) hydrogen stream 71 from the purge gas stream 56 supplied thereto. The hydrogen separator 70 may partially or completely remove hydrogen from the purge gas stream 56 supplied thereto. In some embodiments, the hydrogen stream 71 is split, with at least a portion of the hydrogen stream 71

- 16 044653 водорода может рециклировать в качестве первого рециркулята 71A в реактор 10 CPO (например, выше HDS 6, например, посредством подвергнутой теплообмену первой части 5A') и/или по меньшей мере часть потока 71 водорода может рециклировать в качестве второго рециркулята 71B в контур 40 синтеза метанола (например, в реактор(ы) синтеза метанола) с подвергнутым риформингу синтез-газом (например, сингаз 15E). В некоторых вариантах осуществления остаточный газовый поток 72 разделяется, причем по меньшей мере часть остаточного газового потока 72 может рециклировать в качестве остаточного газового рециркулята 72B в реактор 10 CPO (например, выше HDS 6, например, посредством подвергнутой теплообмену первой части 5A') и/или по меньшей мере часть остаточного газового потока 72 может использоваться в форме оставшегося остаточного газового потока 72A в качестве топлива.- 16 044653 hydrogen can be recycled as a first recycle 71A to the CPO reactor 10 (for example, above HDS 6, for example, through a heat-exchanged first portion 5A') and/or at least a portion of the hydrogen stream 71 can be recycled as a second recycle 71B into methanol synthesis loop 40 (eg, methanol synthesis reactor(s)) with reformed synthesis gas (eg, syngas 15E). In some embodiments, the residual gas stream 72 is separated, wherein at least a portion of the residual gas stream 72 may be recycled as a residual gas recycle 72B to the CPO reactor 10 (e.g., above HDS 6, e.g., via a heat-exchanged first portion 5A') and/ or at least a portion of the residual gas stream 72 may be used in the form of remaining residual gas stream 72A as fuel.

В некоторых вариантах осуществления система и способ для синтеза сингаза и/или метанола по изобретению не включает реактор парового риформинга метана (SMR). В некоторых вариантах осуществления контур 40 синтеза метанола характеризуется объемом реактора синтеза метанола, который является меньшим чем объем реактора синтеза метанола, используемого для в остальном сходного процесса, в котором продуцируется (тот же продукт) метанол из сингаза, полученного посредством реактора парового риформинга метана SMR без реактора CPO. В некоторых вариантах осуществления реактор синтеза метанола характеризуется объемом реактора синтеза метанола, который является таким же, как и объем реактора синтеза метанола, используемый для в остальном сходного способа, в котором продуцируется метанол посредством реактора парового риформинга метана (SMR) без реактора CPO, и в описанном в настоящем описании процессе продуцируется большее количество метанола на данное количество углеводородного сырья 5.In some embodiments, the system and method for synthesizing syngas and/or methanol of the invention does not include a steam methane reforming (SMR) reactor. In some embodiments, methanol synthesis loop 40 has a methanol synthesis reactor volume that is smaller than the volume of a methanol synthesis reactor used for an otherwise similar process that produces (same product) methanol from syngas produced by an SMR steam methane reformer without CPO reactor. In some embodiments, the methanol synthesis reactor has a methanol synthesis reactor volume that is the same as the methanol synthesis reactor volume used for an otherwise similar process in which methanol is produced by a steam methane reforming reactor (SMR) without a CPO reactor, and in The process described herein produces more methanol for a given amount of hydrocarbon feedstock 5.

В некоторых вариантах осуществления способ производства метанола, как описано в настоящем описании, может преимущественно демонстрировать усовершенствование одной или нескольких характеристик процесса по сравнению с общепринятыми процессами. В некоторых вариантах осуществления способ синтеза метанола по настоящему изобретению обеспечивает увеличенную эффективность по углероду, уменьшенный размер реактора для синтеза метанола вследствие более низкого потока сингаза (или увеличенный выход метанола при том же размере реактора для синтеза метанола), сниженное энергопотребление, более высокую общую эффективность, более высокую химическую эффективность по углероду, уменьшение нагрузки на компрессор сингаза, более высокую эффективность контура синтеза метанола, снижение использования пара или их комбинацию относительно в остальном сходного процесса, в котором используется SMR для получения сингаза для синтеза метанола.In some embodiments, a method for producing methanol as described herein may advantageously demonstrate an improvement in one or more process characteristics over conventional processes. In some embodiments, the methanol synthesis method of the present invention provides increased carbon efficiency, reduced methanol synthesis reactor size due to lower syngas flow (or increased methanol yield for the same methanol synthesis reactor size), reduced energy consumption, higher overall efficiency, higher chemical carbon efficiency, reduced syngas compressor load, higher methanol synthesis loop efficiency, reduced steam use, or a combination thereof relative to an otherwise similar process that uses SMR to produce methanol synthesis syngas.

Посредством использования CPO вместе с WGS, удалением CO2 и/или тепловой интеграцией (например, посредством теплообменников HE1, HE2, E1E3, E1E4 и/или HE5), вместо SMR, для получения синтез-газа, пригодного для последующего синтеза метанола, описанные в настоящем описании система и способ позволяют снижение энергопотребления при минимальных капиталовложениях для нового или усовершенствованного применения. В некоторых вариантах осуществления предприятие синтеза метанола по настоящему изобретению обеспечивает снижение энергопотребления от индексной величины приблизительно 90-100 MMBTU/тонна произведенного метанола, до индексной величины менее чем приблизительно 20-50 MMBTU/тонна произведенного метанола, что отражает снижение более чем на приблизительно 40-80%. В некоторых вариантах осуществления CPO, WGS и/или удаление CO2 используются совместно с тепловой интеграцией (например, посредством теплообменников HE1, HE2, HE3, HE4 и/или HE5) с образованием сингаза, пригодного для последующего синтеза метанола (или синтез другого химического вещества, для которого является желательным уменьшенное молярное соотношение H2/CO) без использования SMR. В некоторых вариантах осуществления описанный в настоящем описании способ CPO позволяет снижение общего энергопотребления или эффективности по углероду предприятия по производству метанола (например, на от приблизительно 5 до приблизительно 15%) по сравнению с технологиями производства метанола уровня техники (например, в которых используются комбинированный риформинг, ATR и ATR+риформинг с газовым нагревом (GHR)).By using CPO together with WGS, CO 2 removal and/or thermal integration (e.g. via heat exchangers HE1, HE2, E1E3, E1E4 and/or HE5), instead of SMR, to produce synthesis gas suitable for subsequent methanol synthesis, described in The present description of the system and method allows for reduced energy consumption with minimal capital investment for new or improved applications. In some embodiments, the methanol synthesis plant of the present invention provides a reduction in energy consumption from an index value of about 90-100 MMBTU/ton of methanol produced, to an index value of less than about 20-50 MMBTU/ton of methanol produced, representing a reduction of more than about 40- 80%. In some embodiments, CPO, WGS, and/or CO 2 removal are used in conjunction with thermal integration (e.g., via heat exchangers HE1, HE2, HE3, HE4, and/or HE5) to produce syngas suitable for subsequent methanol synthesis (or other chemical synthesis , for which a reduced H2/CO molar ratio is desired without the use of SMR. In some embodiments, the CPO process described herein allows for a reduction in the overall energy consumption or carbon efficiency of a methanol production facility (e.g., by about 5 to about 15%) compared to prior art methanol production technologies (e.g., which use combined reforming , ATR and ATR+gas heated reforming (GHR)).

Способ по настоящему изобретению может генерировать больше тепла в реакторе синтеза метанола контура 40 синтеза метанола, которое может использоваться в способе (например, дополнительный пар среднего давления или низкого давления, используемый в способе).The method of the present invention can generate more heat in the methanol synthesis reactor of the methanol synthesis loop 40, which can be used in the method (eg, additional medium pressure or low pressure steam used in the method).

Как будет понятно специалисту в данной области и с помощью настоящего описания, поскольку реакция CPO является экзотермической, требуется очень мало подачи тепла в форме сжигания топлива (например, для предварительного нагрева реагентов в реакционной смеси, которая подается в отделение для образования сингаза), по сравнению с общепринятым паровым риформингом. По существу, в способе получения метанола с использованием сингаза CPO, как описано в настоящем описании, может преимущественно образовываться меньше CO2 вследствие сжигания топлива по сравнению с паровым риформингом.As will be appreciated by one skilled in the art and with the benefit of the present disclosure, since the CPO reaction is exothermic, very little heat input in the form of fuel combustion is required (eg, to preheat the reactants in the reaction mixture that is fed to the syngas generation compartment) compared to with conventional steam reforming. As such, in a methanol production process using CPO syngas as described herein, less CO2 may advantageously be generated due to fuel combustion compared to steam reforming.

- 17 044653- 17 044653

Дополнительные преимущества способов продуцирования метанола, как описано в настоящем описании, могут стать понятными специалисту в данной области при рассмотрении настоящего описания.Additional advantages of the methods for producing methanol as described herein may become apparent to one skilled in the art upon consideration of the present disclosure.

В то время как были показаны и описаны различные варианты осуществления, их модификации могут быть осуществлены специалистом в данной области без отклонения от сущности и идей изобретения. Варианты осуществления, описанные в настоящем описании, являются только иллюстративными и не предназначены для ограничения. Многие варианты и модификации объекта, описанного в настоящем описании, являются возможными и входят в объем изобретения. Когда прямо указаны числовые диапазоны и пределы, следует понимать, что такие прямые диапазоны или ограничения включают итерационные диапазоны или пределы подобной величины, входящие в пределы прямо указанных диапазонов или пределов (например, от приблизительно 1 до приблизительно 10 включает 2, 3, 4 и т.д.; более 0,10 включает 0,11, 0,12, 0,13 и т.д.). Например, когда приведен числовой диапазон с верхней границей, RL, и верхней границей, R, любое число, входящее в данный диапазон, конкретно раскрыто. В частности, следующие числа в диапазоне конкретно раскрыты: R=RL+k*(Ru-RL), где k представляет собой переменную в диапазоне от 1 процента до 100 процентов с шагом 1 процент, т.е., k представляет собой 1 процент, 2 процента, 3 процента, 4 процента, 5 процентов,... 50 процентов, 51 процент, 52 процента,..., 95 процентов, 96 процентов, 97 процентов, 98 процентов, 99 процентов или 100 процентов. Более того, любой числовой диапазон, определяемый двумя числами R, как определено выше, также конкретно раскрыт. Подразумевается, что использование термина необязательно в отношении любого элемента пункта формулы изобретения означает, что рассматриваемый элемент требуется или альтернативно не требуется. Подразумевается, что обе альтернативны входят в объем данного пункта формулы изобретения. Должно быть понятно, что использование более широких терминов, таких как содержит, включает, имеющий и т.д. обосновывает более узкие термины, такие как состоящий из, по существу состоящий из, по существу содержащий и т.д.While various embodiments have been shown and described, modifications thereof may be made by one skilled in the art without departing from the spirit and teachings of the invention. The embodiments described herein are illustrative only and are not intended to be limiting. Many variations and modifications to the subject matter described herein are possible and are within the scope of the invention. When numerical ranges and limits are expressly stated, such express ranges or limits are to be understood to include iterative ranges or limits of similar magnitude within the expressly stated ranges or limits (e.g., from about 1 to about 10 includes 2, 3, 4, etc. .d.; more than 0.10 includes 0.11, 0.12, 0.13, etc.). For example, when given a numeric range with an upper limit, R L , and an upper limit, R , any number included in the range is specifically disclosed. In particular, the following numbers in the range are specifically disclosed: R=R L +k*(Ru-R L ), where k represents a variable ranging from 1 percent to 100 percent in 1 percent increments, i.e., k represents 1 percent, 2 percent, 3 percent, 4 percent, 5 percent,... 50 percent, 51 percent, 52 percent,..., 95 percent, 96 percent, 97 percent, 98 percent, 99 percent or 100 percent. Moreover, any numerical range defined by two R numbers, as defined above, is also specifically disclosed. It is intended that the use of the term optional in relation to any element of a claim means that the element in question is required or alternatively not required. Both alternatives are intended to be within the scope of this claim. It should be understood that the use of broader terms such as contains, includes, having, etc. justifies narrower terms such as consisting of, essentially consisting of, essentially containing, etc.

Таким образом, объем защиты не ограничивается описанием, приведенным выше, а ограничивается только формулой изобретения, которая приведена ниже, причем этот объем включает все эквиваленты объекта формулы изобретения. Каждый пункт формулы изобретения включен в описание в качестве варианта осуществления настоящего изобретения. Таким образом, формула изобретения представляет собой дополнительное описание, и она дополняет варианты осуществления настоящего изобретения. Обсуждение источника литературы не является допущением того, что он является уровнем техники настоящего изобретения, особенно любого источника литературы, который может иметь дату публикации после даты установления приоритета настоящей заявки. Содержание всех патентов, патентных заявок и публикаций, цитированных в настоящем описании, приведено в настоящем описании в качестве ссылки в той степени, в которой они обеспечивают иллюстративные, методические или другие детали, дополняющие детали, указанные в настоящем описании.Thus, the scope of protection is not limited to the description given above, but is limited only by the claims that follow, which scope includes all equivalents of the subject matter of the claims. Each claim is included in the description as an embodiment of the present invention. Thus, the claims provide additional description and complement the embodiments of the present invention. A discussion of a source of literature is not an admission that it is prior art of the present invention, especially any source of literature that may have a publication date after the priority date of this application. The contents of all patents, patent applications and publications cited herein are incorporated herein by reference to the extent that they provide illustrative, methodological or other details in addition to those set forth herein.

Дополнительное описаниеAdditional Description

Конкретные варианты осуществления, описанные выше, являются только иллюстративными, поскольку настоящее изобретение может быть модифицировано и применяться на практики отличающимся, но эквивалентным способом, известным специалистам в данной области, с учетом идей, описанных в настоящем описании. Более того, не предусматривается ограничений деталей конструкции или модели, представленных в настоящем описании, отличных от того, что описано в формуле изобретения ниже. Таким образом, очевидно, что конкретные иллюстративные варианты осуществления, описанные выше, могут быть изменены или модифицированы, и все такие варианты считаются входящими в объем и сущность настоящего изобретения. Также в объем настоящего изобретения входят альтернативные варианты осуществления, которые являются результатом комбинирования, объединения и/или исключения признаков варианта(ов) осуществления. В то время как композиции и процессы описаны в более широких терминах как имеющие, содержащие, вмещающие или включающие различные компоненты или стадии, композиции и способы также могут по существу состоять из или состоять из различных компонентов и стадий. Использование термина необязательно в отношении любого элемента пункта формулы изобретения, означает, что элемент требуется, или альтернативно что элемент не требуется, причем обе альтернативы входят в объем пункта формулы изобретения.The specific embodiments described above are illustrative only, as the present invention may be modified and practiced in a different but equivalent manner known to those skilled in the art, taking into account the teachings described herein. Moreover, no limitation is intended on the details of the design or model presented herein other than as described in the claims below. Thus, it will be appreciated that the specific illustrative embodiments described above may be changed or modified, and all such variations are considered to be within the scope and spirit of the present invention. Also included within the scope of the present invention are alternative embodiments that result from combining, combining, and/or eliminating features of the embodiment(s). While compositions and processes are described in broader terms as having, containing, containing, or including various components or steps, compositions and methods may also essentially consist of or consist of various components and steps. The use of the term optional in relation to any element of a claim means that the element is required, or alternatively that the element is not required, both alternatives being within the scope of the claim.

Числа и диапазоны, описанные выше, могут варьироваться на некоторую величину. Когда раскрыт числовой диапазон с более низкой границей и более верхней границей, конкретно раскрыто любое число и любой включенный диапазон, входящие в этот диапазон. В частности, подразумевается, что каждый диапазон величин (в форме от приблизительно a до приблизительно b, или, эквивалентно, приблизительно от a до b или, эквивалентно, приблизительно a-b), раскрытый в настоящем описании, указывает каждое число и диапазон, охватываемые более широким диапазоном величин. Также термины в формуле изобретения имеют их прямое обычное значение, если заявителем прямо и явно не определено иное. Более того, форма единственного числа, используемая в формуле изобретения, определяется в настоящем описании как означающая один или несколько элементов, к которому она относится. Если существует какое-либо противоречие в использовании слова или термина в настоящем описании и вThe numbers and ranges described above may vary by some amount. When a numeric range with a lower limit and an upper limit is disclosed, any number and any included range included within that range are specifically disclosed. In particular, each range of values (in the form of about a to about b, or equivalently about a to b or equivalently about a-b) disclosed herein is intended to indicate each number and range covered by the broader range of values. Also, the terms in the claims have their direct ordinary meaning, unless the applicant expressly and explicitly defines otherwise. Moreover, the singular form used in the claims is defined herein to mean one or more of the elements to which it refers. If there is any conflict in the use of a word or term in this description and in

- 18 044653 одном или нескольких патентных или других документах, следует использовать определения, которые соответствуют описанию.- 18 044653 one or more patent or other documents, definitions that correspond to the description should be used.

Варианты осуществления, описанные в настоящем описании, включают:Embodiments described herein include:

A: Способ производства сингаза, включающий: (a) реакцию посредством реакции каталитического неполного окисления (CPO) смеси реагентов для CPO в реакторе CPO с получением выходящего потока из реактора CPO; где смесь реагентов для CPO содержит углеводороды, кислород и необязательно воду; где реактор CPO содержит катализатор CPO; где выходящий поток из реактора CPO содержит водород (H2), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), воду и непрореагировавшие углеводороды, где выходящий поток из реактора CPO характеризуется молярным соотношением водорода и монооксида углерода (H2/CO) выходящего потока из реактора CPO, и где выходящий поток из реактора CPO характеризуется соотношением M выходящего потока из реактора CPO, где соотношение M представляет собой молярное соотношение, определяемое как (H2-CO2)/(CO+CO2); (b) подачу по меньшей мере части выходящего потока из реактора CPO в реактор водяной конверсии газа (WGS) с получением обогащенного водородом выходящего потока из реактора, где часть монооксида углерода выходящего потока из реактора CPO реагирует с водой посредством реакции WGS с образованием водорода и диоксида углерода, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется молярным соотношением H2/CO обогащенного водородом выходящего потока из реактора, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется соотношением M обогащенного водородом выходящего потока из реактора, и где молярное соотношение H2/CO обогащенного водородом выходящего потока из реактора превышает молярное соотношение H2/CO выходящего потока из реактора CPO; и (c) удаление части CO2 из обогащенного водородом выходящего потока из реактора в сепараторе CO2 с получением сингаза, где сингаз характеризуется соотношением M сингаза, и где соотношение M сингаза превышает соотношение M выходящего потока из реактора CPO, и где соотношение M синтаза превышает соотношение M обогащенного водородом выходящего потока из реактора.A: A method for producing syngas, comprising: (a) reacting, by a catalytic partial oxidation (CPO) reaction, a mixture of CPO reactants in a CPO reactor to produce an effluent stream from the CPO reactor; wherein the CPO reactant mixture contains hydrocarbons, oxygen and optionally water; wherein the CPO reactor contains a CPO catalyst; wherein the CPO reactor effluent contains hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), water and unreacted hydrocarbons, wherein the CPO reactor effluent is characterized by the hydrogen to carbon monoxide molar ratio (H2/CO) of the CPO reactor effluent a CPO reactor, and wherein the CPO reactor effluent is characterized by the ratio M of the CPO reactor effluent, wherein the ratio M is a molar ratio defined as (H2- CO2 )/(CO+CO2); (b) passing at least a portion of the CPO reactor effluent to a water gas shift (WGS) reactor to produce a hydrogen-enriched reactor effluent, wherein a portion of the carbon monoxide of the CPO reactor effluent is reacted with water through a WGS reaction to produce hydrogen and dioxide carbon, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent is characterized by the H 2 /CO molar ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent is characterized by the M ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent, and where the H 2 /CO molar ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent is the reactor effluent exceeds the H 2 /CO molar ratio of the CPO reactor effluent; and (c) removing a portion of the CO2 from the hydrogen-enriched reactor effluent in a CO2 separator to produce syngas, wherein the syngas has a syngas ratio M, and wherein the syngas ratio M is greater than the M ratio of the CPO reactor effluent, and wherein the synthase ratio M is greater than the M ratio hydrogen-rich reactor effluent.

B: Способ производства метанола, включающий: (a) реакцию посредством реакции каталитического неполного окисления (CPO) смеси реагентов для CPO в реакторе CPO с получением выходящего потока из реактора CPO; где смесь реагентов для CPO включает углеводороды, кислород и необязательно воду; где реактор CPO содержит катализатор CPO; где выходящий поток из реактора CPO включает водород (H2), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), воду и непрореагировавшие углеводороды, где выходящий поток из реактора CPO характеризуется молярным соотношением водорода и монооксида углерода (H2/CO) выходящего потока из реактора CPO, и где выходящий поток из реактора CPO характеризуется соотношением M выходящего потока из реактора CPO, где соотношение M представляет собой молярное соотношение, определяемое как (H2-CO2)/(CO+CO2); (b) нагрев воды при охлаждении выходящего потока из реактора CPO посредством теплообмена в теплообменнике с образованием пара и охлажденного выходящего потока из реактора CPO; (c) подачу по меньшей мере части охлажденного выходящего потока из реактора CPO в реактор конверсии водяного газа (WGS) с образованием обогащенного водородом выходящего потока из реактора, где часть монооксида углерода охлажденного выходящего потока из реактора CPO реагирует с водой посредством реакции WGS с образованием водорода и диоксида углерода, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется молярным соотношением H2/CO обогащенного водородом выходящего потока из реактора, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется соотношением M обогащенного водородом выходящего потока из реактора, и где молярное соотношение H2/CO обогащенного водородом выходящего потока из реактора превышает молярное соотношение H2/CO выходящего потока из реактора CPO и/или охлажденного выходящего потока из реактора CPO; (d) удаление части CO2 из обогащенного водородом выходящего потока из реактора в сепараторе CO2 с получением сингаза, где сингаз характеризуется соотношением M сингаза, и где соотношение M сингаза превышает соотношение M выходящего потока из реактора CPO, и где соотношение M сингаза превышает соотношение M обогащенного водородом выходящего потока из реактора; (e) приведение в действие парового компрессора посредством по меньшей мере части пара; (f) сжатие по меньшей мере части сингаза в паровом компрессоре с получением сжатого сингаза; (g) подачу по меньшей мере части сжатого сингаза в контур синтеза метанола с получением неочищенного потока метанола и потока продувочного газа; где поток неочищенного метанола включает метанол и воду; и где поток продувочного газа включает водород, монооксид углерода, диоксид углерода и углеводороды; и (h) необязательно получение дополнительно пара посредством сжигания углеводородов, где дополнительный пар далее используется для приведение в действие парового компрессора.B: A method for producing methanol, comprising: (a) reacting, by a catalytic partial oxidation (CPO) reaction, a mixture of CPO reactants in a CPO reactor to produce an effluent stream from the CPO reactor; wherein the CPO reactant mixture includes hydrocarbons, oxygen and optionally water; wherein the CPO reactor contains a CPO catalyst; wherein the CPO reactor effluent includes hydrogen ( H2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide ( CO2 ), water and unreacted hydrocarbons, wherein the CPO reactor effluent is characterized by the molar ratio of hydrogen to carbon monoxide (H2/CO) effluent the CPO reactor effluent, and wherein the CPO reactor effluent is characterized by the ratio M of the CPO reactor effluent, wherein the M ratio is a molar ratio defined as (H2-CO2)/(CO+CO2); (b) heating water while cooling the CPO reactor effluent by heat exchange in a heat exchanger to form steam and the cooled CPO reactor effluent; (c) supplying at least a portion of the cooled CPO reactor effluent to a water gas shift (WGS) reactor to form a hydrogen-enriched reactor effluent, wherein a portion of the carbon monoxide of the cooled CPO reactor effluent reacts with water through a WGS reaction to produce hydrogen and carbon dioxide, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent is characterized by the H 2 /CO molar ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent is characterized by the M ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent, and where the molar ratio of H2/CO enriched the hydrogen content of the reactor effluent exceeds the H2/CO molar ratio of the CPO reactor effluent and/or the cooled CPO reactor effluent; (d) removing a portion of the CO2 from the hydrogen-enriched reactor effluent in a CO2 separator to produce syngas, wherein the syngas is characterized by a syngas M ratio, and where the syngas M ratio exceeds the M ratio of the CPO reactor effluent, and where the syngas M ratio exceeds the M enriched ratio hydrogen from the reactor effluent; (e) driving the steam compressor using at least a portion of the steam; (f) compressing at least a portion of the syngas in a steam compressor to produce compressed syngas; (g) supplying at least a portion of the compressed syngas to the methanol synthesis loop to produce a crude methanol stream and a purge gas stream; wherein the crude methanol stream includes methanol and water; and wherein the purge gas stream includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrocarbons; and (h) optionally producing additional steam by combustion of hydrocarbons, where the additional steam is further used to drive a steam compressor.

C: Система, содержащая: (a) реактор каталитического неполного окисления (CPO), действующий путем продуцирования посредством реакции CPO выходящего потока из реактора CPO, включающего водород (H2), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO2), воду и непрореагировавшие углеводороды из смеси реагентов для CPO, включающей углеводороды, кислород и необязательно воду; где выходящий поток из реактора CPO характеризуется молярным соотношением монооксида углерода (H2/CO) и соотношением M, определяемым как (H2-CO2)/(CO+CO2); (b) реактор конверсии водяного газаC: A system comprising: (a) a catalytic partial oxidation (CPO) reactor operating by producing, through reaction of CPO, a CPO reactor effluent comprising hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), water and unreacted hydrocarbons from a mixture of CPO reagents including hydrocarbons, oxygen and optionally water; wherein the CPO reactor effluent is characterized by a carbon monoxide molar ratio (H 2 /CO) and an M ratio defined as (H 2 -CO 2 )/(CO+CO 2 ); (b) water gas shift reactor

- 19 044653 (WGS), предназначенный для продуцирования посредством реакции WGS обогащенного водородом выходящего потока из реактора из по меньшей мере части выходящего потока из реактора CPO, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется молярным соотношением H2/CO, превышающим молярное соотношение H2/CO выходящего потока из реактора CPO; и (c) сепаратор CO2, действующий путем удаления части CO2 из обогащенного водородом выходящего потока из реактора с образованием сингаза, где сингаз характеризуется соотношением M, которое превышает соотношение M выходящего потока из реактора CPO и превышает соотношение M обогащенного водородом выходящего потока из реактора.- 19 044653 (WGS) for producing, through a WGS reaction, a hydrogen-enriched reactor effluent from at least a portion of the CPO reactor effluent, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent has a H2/CO molar ratio greater than the H2/CO molar ratio effluent from the CPO reactor; and (c) a CO 2 separator operating by removing a portion of the CO 2 from the hydrogen-enriched reactor effluent to form syngas, wherein the syngas has an M ratio that is greater than the M ratio of the CPO reactor effluent and greater than the M ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent .

Каждый из вариантов осуществления A, B и C может иметь один или несколько из следующих дополнительных элементов: элемент 1: где углеводороды включают метан, природный газ, газоконденсатные жидкости, попутный газ, газ газовой шапки, обогащенный газ, парафиновые углеводороды, сланцевый газ, сланцевые жидкости, отходящий газ крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC), технологический газ переработки нефти, дымовые газы или их комбинации. Элемент 2: где углеводороды дополнительно включают одно или несколько серосодержащих соединений и где по меньшей мере часть серосодержащих соединений удаляется из углеводородов перед подачей углеводородов в реактор CPO. Элемент 3: где реактор CPO характеризуется меньшей мере одним эксплуатационным параметром CPO, выбранным из группы, состоящей из входной температуры CPO от приблизительно 200°C до приблизительно 550°C; выходной температуры CPO от приблизительно 600°C до приблизительно 1400°C; давлением CPO от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 90 бар и.д.; временем контакта при CPO от приблизительно 0,001 миллисекунды (мс) до приблизительно 5 секунд (с); молярным соотношением углерода и кислорода (C/O) в смеси реагентов для CPO от приблизительно 1,5:1 до приблизительно 2,5:1, где молярное соотношение C/O относится к общему количеству моль углерода (C) углеводородов в смеси реагентов, деленному на общее количество моль кислорода (O2) в смеси реагентов; молярным соотношением пара к углероду (S/C) в смеси реагентов для CPO от приблизительно 0 до приблизительно 2:1, где молярное соотношение S/C относится к общему количеству моль воды (H2O) в смеси реагентов, деленному на общее количество моль углерода (C) в углеводородах смеси реагентов; и их комбинациями. Элемент 4: где соотношение M сингаза превышает или равно приблизительно 1,7. Элемент 5: где менее чем приблизительно 50 мол.% CO2 в обогащенном водородом выходящем потоке из реактора удаляется в сепараторе CO2 с образованием сингаза. Элемент 6: дополнительно включающий охлаждение выходящего потока из реактора CPO. Элемент 7: дополнительно включающий охлаждение выходящего потока из реактора CPO и нагрев углеводородов посредством: (i) теплообмена между выходящим потоком из реактора CPO и жидким теплоносителем в первом теплообменнике с получением первого охлажденного выходящего потока из реактора CPO; (ii) нагрева углеводородов при дальнейшем охлаждении первого охлажденного выходящего потока из реактора CPO посредством теплообмена между ними во втором теплообменнике с получением нагретых углеводородов и второго охлажденного выходящего потока из реактора CPO, где нагретые углеводороды включают одно или несколько серосодержащих соединений и где по меньшей мере часть серосодержащих соединений удаляется из нагретых углеводородов с образованием десульфурированных углеводородов; и (iii) необязательно нагрева углеводородов перед (ii) посредством электрического нагревателя. Элемент 8: дополнительно включающий охлаждение десульфурированных углеводородов. Элемент 9: где охлаждение десульфурированных углеводородов включает нагрев воды при охлаждении десульфурированных углеводородов посредством теплообмена в третьем теплообменнике с образованием пара и охлажденных десульфурированных углеводородов, где по меньшей мере часть охлажденных десульфурированных углеводородов и необязательно по меньшей мере часть пара подаются в реактор CPO на стадии (a). Элемент 10: дополнительно включающий нагрев воды при охлаждении второго охлажденного выходящего потока из реактора CPO посредством теплообмена в третьем теплообменнике с получением третьего охлажденного выходящего потока из реактора CPO, где по меньшей мере часть третьего охлажденного выходящего потока из реактора CPO подается в реактор WGS на стадии (b). Элемент 11: где по меньшей мере часть пара, продуцированного в первом теплообменнике и/или третьем теплообменнике, необязательно используется для приведения в действие парового компрессора. Элемент 12: где по меньшей мере часть сингаза подается в паровой компрессор с образованием сжатого сингаза, и, кроме того, включающий (i) подачу по меньшей мере части сжатого сингаза в контур синтеза метанола с образованием потока неочищенного метанола и потока продувочного газа; где поток неочищенного метанола включает метанол и воду; и где поток продувочного газа включает водород, монооксид углерода, диоксид углерода и углеводороды. Элемент 13: дополнительно включающий: подачу по меньшей мере части потока продувочного газа в элемент отделения водорода с образованием потока водорода и потока остаточного газа; рециклирование по меньшей мере части потока остаточного газа в реактор CPO и/или использование по меньшей мере части потока остаточного газа в качестве топлива; и рециклирование по меньшей мере части потока водорода в контур синтеза метанола и/или рециклирование по меньшей мере части потока водорода в реактор CPO. Элемент 14: где контур синтеза метанола включает реактор синтеза метанола, который характеризуется объемом реактора синтеза метанола, который снижен по сравнению с объемом реактора метанола,Each of embodiments A, B and C may have one or more of the following additional elements: element 1: wherein hydrocarbons include methane, natural gas, natural gas liquids, associated gas, gas cap gas, rich gas, paraffinic hydrocarbons, shale gas, shale liquids, fluid catalytic cracking (FCC) offgas, petroleum refining process gas, flue gases, or combinations thereof. Element 2: where the hydrocarbons further include one or more sulfur-containing compounds and where at least a portion of the sulfur-containing compounds is removed from the hydrocarbons before feeding the hydrocarbons into the CPO reactor. Element 3: wherein the CPO reactor is characterized by at least one CPO operating parameter selected from the group consisting of a CPO inlet temperature of from about 200°C to about 550°C; CPO outlet temperature from approximately 600°C to approximately 1400°C; pressure CPO from approximately 1 bar i.d. up to approximately 90 bar i.d.; contact time at CPO from approximately 0.001 milliseconds (ms) to approximately 5 seconds (s); a carbon to oxygen (C/O) molar ratio in the CPO reactant mixture of from about 1.5:1 to about 2.5:1, where the C/O molar ratio refers to the total moles of carbon (C) hydrocarbons in the reactant mixture, divided by the total number of moles of oxygen (O2) in the mixture of reagents; the molar ratio of steam to carbon (S/C) in the reactant mixture for CPO is from about 0 to about 2:1, where the molar ratio S/C refers to the total moles of water (H 2 O) in the reactant mixture divided by the total moles carbon (C) in hydrocarbon mixtures of reagents; and their combinations. Element 4: where the syngas ratio M is greater than or equal to approximately 1.7. Element 5: wherein less than about 50 mole percent of the CO2 in the hydrogen-enriched reactor effluent is removed in a CO2 separator to form syngas. Element 6: further including cooling the CPO reactor effluent. Element 7: further comprising cooling the CPO reactor effluent and heating the hydrocarbons by: (i) exchanging heat between the CPO reactor effluent and a heat transfer fluid in the first heat exchanger to produce a first cooled CPO reactor effluent; (ii) heating the hydrocarbons while further cooling the first cooled CPO reactor effluent stream by heat exchange therebetween in a second heat exchanger to produce heated hydrocarbons and a second cooled CPO reactor effluent stream, wherein the heated hydrocarbons include one or more sulfur-containing compounds and wherein at least a portion of sulfur-containing compounds are removed from heated hydrocarbons to form desulfurized hydrocarbons; and (iii) optionally heating the hydrocarbons before (ii) by means of an electrical heater. Element 8: further comprising cooling the desulfurized hydrocarbons. Element 9: wherein cooling the desulfurized hydrocarbons includes heating water while cooling the desulfurized hydrocarbons through heat exchange in a third heat exchanger to produce steam and cooled desulfurized hydrocarbons, wherein at least a portion of the cooled desulfurized hydrocarbons and optionally at least a portion of the steam are supplied to the CPO reactor in step (a ). Element 10: further comprising heating water while cooling the second cooled CPO reactor effluent by heat exchange in a third heat exchanger to produce a third cooled CPO reactor effluent, wherein at least a portion of the third cooled CPO reactor effluent is supplied to the WGS reactor in step ( b). Element 11: wherein at least a portion of the steam produced in the first heat exchanger and/or the third heat exchanger is optionally used to drive the steam compressor. Element 12: wherein at least a portion of the syngas is supplied to a steam compressor to form compressed syngas, and further comprising (i) supplying at least a portion of the compressed syngas to a methanol synthesis loop to form a crude methanol stream and a purge gas stream; wherein the crude methanol stream includes methanol and water; and wherein the purge gas stream includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrocarbons. Element 13: further comprising: supplying at least a portion of the purge gas stream to the hydrogen separation element to form a hydrogen stream and a residual gas stream; recycling at least a portion of the residual gas stream to the CPO reactor and/or using at least a portion of the residual gas stream as fuel; and recycling at least a portion of the hydrogen stream to the methanol synthesis loop and/or recycling at least a portion of the hydrogen stream to the CPO reactor. Element 14: wherein the methanol synthesis loop includes a methanol synthesis reactor, which is characterized by a volume of the methanol synthesis reactor that is reduced compared to the volume of the methanol reactor,

--

Claims (16)

используемого для в остальном сходного процесса, в котором продуцируется метанол из сингаза, полученного посредством реактора парового риформинга метана (SMR) без реактора CPO. Элемент 15: не включающий реактор парового риформинга метана (SMR). Элемент 16: где углеводороды, сжигаемые на стадии (h), составляют менее чем приблизительно 10 мас.% от всех углеводородов в расчете на общую массу всех углеводородов, и где все углеводороды определяются суммой углеводородов, поданных в реактор CPO на стадии (a), и углеводородов, сожженных на стадии (h). Элемент 17: где реактор CPO характеризуется молярным соотношением пара и углерода (S/C) в смеси реагентов CPO от приблизительно 0,05:1 до приблизительно 1:1, где молярное соотношение S/C относится к общему количеству моль воды (H2O) в смеси реагентов, деленному на общее количество моль углерода (C) углеводородов в смеси реагентов; и где сингаз и/или сжатый сингаз характеризуется молярным соотношением H2/CO, превышающим или равным приблизительно 1,8. Элемент 18: где соотношение M сингаза и/или сжатого сингаза превышает или равно приблизительно 2,0. Элемент 19: дополнительно включающий контур синтеза метанола, действующий путем продуцирования потока неочищенного метанола и потока продувочного газа; где поток неочищенного метанола включает метанол и воду; и где поток продувочного газа включает водород, монооксид углерода, диоксид углерода и углеводороды. Элемент 20: дополнительно включающий теплообменник, действующий путем переноса тепла из выходящего потока из реактора CPO для нагрева смеси реагентов для CPO, и/или теплообменник действующий путем переноса тепла с выходящего потока из реактора CPO для генерирования пара.used for an otherwise similar process that produces methanol from syngas produced through a steam methane reformer (SMR) without a CPO reactor. Item 15: does not include a steam methane reformer (SMR). Element 16: wherein the hydrocarbons burned in step (h) constitute less than about 10 wt.% of all hydrocarbons based on the total weight of all hydrocarbons, and where all hydrocarbons are determined by the sum of hydrocarbons fed to the CPO reactor in step (a), and hydrocarbons burned in step (h). Element 17: wherein the CPO reactor is characterized by a steam to carbon (S/C) molar ratio in the CPO reactant mixture of from about 0.05:1 to about 1:1, wherein the S/C molar ratio refers to the total moles of water (H2O) in mixture of reactants divided by the total number of moles of carbon (C) hydrocarbons in the mixture of reactants; and wherein the syngas and/or compressed syngas has a H2/CO molar ratio greater than or equal to about 1.8. Element 18: wherein the ratio M of syngas and/or compressed syngas is greater than or equal to approximately 2.0. Element 19: further comprising a methanol synthesis loop operating by producing a crude methanol stream and a purge gas stream; wherein the crude methanol stream includes methanol and water; and wherein the purge gas stream includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrocarbons. Element 20: further including a heat exchanger operating by transferring heat from the CPO reactor effluent to heat the CPO reactant mixture, and/or a heat exchanger operating by transferring heat from the CPO reactor effluent to generate steam. В то время как предпочтительные варианты осуществления изобретения показаны и описаны, их модификации могут быть осуществлены специалистом в данной области без отклонения от идей настоящего изобретения. Варианты осуществления, описанные в настоящем описании, являются только иллюстративными и не предназначены для ограничения. Многие изменения и модификации изобретения, описанные в настоящем описании, являются возможными и входят в объем изобретения.While preferred embodiments of the invention are shown and described, modifications thereof may be made by one skilled in the art without departing from the teachings of the present invention. The embodiments described herein are illustrative only and are not intended to be limiting. Many changes and modifications to the invention described herein are possible and are within the scope of the invention. Многочисленные другие модификации, эквиваленты и альтернативы станут понятными специалистам в данной области после полного изучения приведенного выше описания. Подразумевается, что приведенную ниже формулу изобретения следует интерпретировать как охватывающую все такие модификации, эквиваленты и альтернативы, когда это применимо. Таким образом, объем защиты не ограничивается описанием, приведенным выше, а ограничивается только формулой изобретения, которая следует далее, причем этот объем включает все эквиваленты объекта формулы изобретения. Каждый пункт формулы изобретения включен в описание в качестве варианта осуществления настоящего изобретения. Таким образом, формула изобретения является дальнейшим описанием и дополнением подробного описания настоящего изобретения. Содержание всех патентов, патентных заявок и публикаций, цитированных в настоящем описании, включено в настоящее описание в качестве ссылок.Numerous other modifications, equivalents and alternatives will become apparent to those skilled in the art upon full consideration of the above description. The following claims are intended to be interpreted as covering all such modifications, equivalents and alternatives, where applicable. Thus, the scope of protection is not limited to the description given above, but is limited only by the claims that follow, which scope includes all equivalents of the subject matter of the claims. Each claim is included in the description as an embodiment of the present invention. Thus, the claims further describe and supplement the detailed description of the present invention. The contents of all patents, patent applications and publications cited herein are incorporated herein by reference. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ производства сингаза, включающий:1. A method for producing syngas, including: (a) реакцию посредством реакции каталитического неполного окисления (СРО), смеси реагентов СРО в реакторе СРО с образованием выходящего потока из реактора СРО; где смесь реагентов для СРО включает углеводороды, кислород и воду; где реактор СРО содержит катализатор СРО; где выходящий поток из реактора СРО включает водород (Н2), монооксид углерода (СО), диоксид углерода (С02) , воду и непрореагировавшие углеводороды, где выходящий поток из реактора СРО характеризуется молярным соотношением водорода и монооксида углерода (Н2/СО) выходящего потока из реактора СРО, и где выходящий поток из реактора СРО характеризуется соотношением М выходящего потока из реактора СРО, где соотношение М представляет собой молярное соотношение, определяемое как (Н2-СО2)/(СО+СО2);(a) reacting, through a catalytic partial oxidation (CPO) reaction, a mixture of CPO reactants in a CPO reactor to form an effluent stream from the CPO reactor; where the mixture of reagents for SRO includes hydrocarbons, oxygen and water; where the SRO reactor contains an SRO catalyst; where the effluent from the SRO reactor includes hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), water and unreacted hydrocarbons, where the effluent from the SRO reactor is characterized by the molar ratio of hydrogen and carbon monoxide (H2/CO) of the effluent from an SRO reactor, and wherein the effluent stream from the SRO reactor is characterized by the ratio M of the effluent stream from the SRO reactor, where the ratio M is a molar ratio defined as (H 2 -CO 2 )/(CO+CO 2 ); (b) подачу по меньшей мере части выходящего потока из реактора СРО в реактор конверсии водяного газа (WGS) с получением обогащенного водородом выходящего потока из реактора, где часть монооксида углерода выходящего потока из реактора СРО реагирует с водой посредством реакции WGS с образованием водорода и диоксида углерода, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется молярным соотношением Н2/СО обогащенного водородом выходящего потока из реактора, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется соотношением М обогащенного водородом выходящего потока из реактора, и где молярное соотношение Н2/СО обогащенного водородом выходящего потока из реактора превышает молярное соотношение Н2/СО выходящего потока из реактора СРО; и (c) удаление части CO2 из обогащенного водородом выходящего потока из реактора в сепараторе CO2 с получением сингаза, где сингаз характеризуется соотношением М сингаза, и где соотношение М сингаза превышает соотношение М выходящего потока из реактора СРО, и где соотношение М сингаза превышает соотношение М обогащенного водородом выходящего потока из реактора;(b) passing at least a portion of the CPO reactor effluent to a water gas shift (WGS) reactor to produce a hydrogen-enriched reactor effluent, wherein a portion of the carbon monoxide of the CPO reactor effluent is reacted with water through a WGS reaction to produce hydrogen and dioxide carbon, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent is characterized by the H2 /CO molar ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent is characterized by the M ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent, and where the H2/CO molar ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent is the flow from the reactor exceeds the molar ratio of H2/CO of the effluent from the SRO reactor; and (c) removing a portion of the CO2 from the hydrogen-enriched reactor effluent in a CO2 separator to produce syngas, wherein the syngas has a syngas ratio M, and where the syngas ratio M is greater than the M ratio of the CPO reactor effluent, and where the syngas ratio M is greater than the M ratio. a hydrogen-enriched reactor effluent; где способ дополнительно включает охлаждение выходящего потока из реактора СРО и нагрев углеводородов посредством: (i) теплообмена между выходящим потоком из реактора СРО и жидким теплоносителем в первом теплообменнике с образованием первого охлажденного выходящего потока wherein the method further includes cooling the CPO reactor effluent and heating the hydrocarbons by: (i) exchanging heat between the CPO reactor effluent and a coolant fluid in a first heat exchanger to form a first cooled effluent - 21 044653 из реактора СРО; (ii) нагрева углеводородов при дальнейшем охлаждении первого охлажденного выходящего потока из реактора СРО посредством теплообмена между ними во втором теплообменнике с образованием нагретых углеводородов и второго охлажденного выходящего потока из реактора СРО; и (iii) нагрева углеводородов перед (ii) посредством электрического нагревателя, где нагретые углеводороды включают одно или несколько серосодержащих соединений и где по меньшей мере часть серосодержащих соединений удаляется из нагретых углеводородов с образованием десульфурированных углеводородов;- 21 044653 from the SRO reactor; (ii) heating the hydrocarbons while further cooling the first cooled SRO reactor effluent by heat exchange therebetween in a second heat exchanger to form heated hydrocarbons and a second cooled SRO reactor effluent; and (iii) heating the hydrocarbons before (ii) using an electrical heater, wherein the heated hydrocarbons include one or more sulfur-containing compounds and wherein at least a portion of the sulfur-containing compounds is removed from the heated hydrocarbons to form desulfurized hydrocarbons; причём способ дополнительно включает нагрев воды при охлаждении второго охлажденного выходящего потока из реактора СРО посредством теплообмена в третьем теплообменнике с получением третьего охлажденного выходящего потока из реактора СРО, где по меньшей мере часть третьего охлажденного выходящего потока из реактора СРО подается в реактор WGS на стадии (b), и где по меньшей мере часть пара, продуцированного в первом теплообменнике и/или третьем теплообменнике, используется для приведения в действие парового компрессора.wherein the method further includes heating water while cooling the second cooled CPO reactor effluent by heat exchange in a third heat exchanger to produce a third cooled CPO reactor effluent, wherein at least a portion of the third cooled CPO reactor effluent is supplied to the WGS reactor in step (b) ), and wherein at least a portion of the steam produced in the first heat exchanger and/or the third heat exchanger is used to drive the steam compressor. 2. Способ по п.1, где углеводороды включают метан, природный газ, газоконденсатные жидкости, попутный газ, газ газовой шапки, обогащенный газ, парафиновые углеводороды, сланцевый газ, сланцевые жидкости, отходящий газ крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC), технологический газ переработки нефти, отходящий газ переработки нефти, дымовые газы, топливный газ из коллектора топливного газа или их комбинации.2. The method according to claim 1, where the hydrocarbons include methane, natural gas, gas condensate liquids, associated gas, gas cap gas, enriched gas, paraffinic hydrocarbons, shale gas, shale liquids, fluid catalytic cracking (FCC) offgas, process gas oil refining, oil refining off-gas, flue gases, fuel gas from a fuel gas header, or combinations thereof. 3. Способ по п.1 или п.2, где углеводороды дополнительно включают одно или несколько серосодержащих соединений, и где по меньшей мере часть серосодержащих соединений удаляется из углеводородов перед подачей углеводородов в реактор СРО.3. The method of claim 1 or claim 2, wherein the hydrocarbons further include one or more sulfur-containing compounds, and wherein at least a portion of the sulfur-containing compounds is removed from the hydrocarbons before feeding the hydrocarbons into the SRO reactor. 4. Способ по любому из пп.1-3, где реактор СРО характеризуется по меньшей мере одним эксплуатационным параметром СРО, выбранным из группы, состоящей из входной температуры СРО от приблизительно 200°С до приблизительно 550°С; выходной температуры СРО от приблизительно 600°С до приблизительно 1400°С; давлением СРО от приблизительно 1 бар и.д. до приблизительно 90 бар и.д.; временем контакта при СРО от приблизительно 0,001 миллисекунды (мс) до приблизительно 5 секунд (с); молярным соотношением углерода и кислорода (С/О) в смеси реагентов для СРО от приблизительно 1:1 до приблизительно 5:1, где молярное соотношение С/О относится к общему количеству моль углерода (С) углеводородов в смеси реагентов, деленному на общее количество моль кислорода (О2) в смеси реагентов; молярным соотношением пара к углероду (S/C) в смеси реагентов для СРО от приблизительно 0 до приблизительно 3:1, где молярное соотношение S/C относится к общему количеству моль воды (Н2О) в смеси реагентов, деленному на общее количеств моль углерода (С) в углеводородах смеси реагентов; и их комбинациями.4. The method according to any one of claims 1-3, where the SRO reactor is characterized by at least one SRO operational parameter selected from the group consisting of an SRO inlet temperature from about 200°C to about 550°C; SRO outlet temperature from approximately 600°C to approximately 1400°C; SRO pressure from approximately 1 bar i.d. up to approximately 90 bar i.d.; contact time for SRO from approximately 0.001 milliseconds (ms) to approximately 5 seconds (s); a molar ratio of carbon to oxygen (C/O) in the FRO reactant mixture of from about 1:1 to about 5:1, where the molar ratio C/O refers to the total moles of carbon (C) hydrocarbons in the reactant mixture divided by the total amount mole of oxygen (O 2 ) in the mixture of reagents; the molar ratio of steam to carbon (S/C) in the CPO reactant mixture is from about 0 to about 3:1, where the molar ratio S/C refers to the total moles of water (H 2 O) in the reactant mixture divided by the total moles carbon (C) in hydrocarbon mixtures of reagents; and their combinations. 5. Способ по любому из пп.1-4, где соотношение М сингаза превышает или равно приблизительно 1,7 и/или где менее чем приблизительно 50 мол.% СО2 в обогащенном водородом выходящем потоке из реактора удаляется в сепараторе СО2 с образованием сингаза.5. The process according to any one of claims 1 to 4, wherein the M ratio of the syngas is greater than or equal to about 1.7 and/or wherein less than about 50 mol.% CO 2 in the hydrogen-rich reactor effluent is removed in a CO 2 separator to form syngas . 6. Способ по любому одному из пп.1-5, дополнительно включающий охлаждение десульфурированных углеводородов, где охлаждение десульфурированных углеводородов необязательно включает нагрев воды при охлаждении десульфурированных углеводородов посредством теплообмена в третьем теплообменнике с образованием пара и охлажденных десульфурированных углеводородов, где по меньшей мере часть охлажденных десульфурированных углеводородов и необязательно по меньшей мере часть пара подаются в реактор СРО на стадии (а).6. The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising cooling the desulfurized hydrocarbons, wherein cooling the desulfurized hydrocarbons optionally includes heating water while cooling the desulfurized hydrocarbons through heat exchange in a third heat exchanger to produce steam and cooled desulfurized hydrocarbons, wherein at least a portion of the cooled desulfurized hydrocarbons and optionally at least a portion of the steam are supplied to the SRO reactor in step (a). 7. Способ по любому одному из пп.1-5, где по меньшей мере часть сингаза подается в компрессор с образованием сжатого сингаза и дополнительно включающий (i) подачу по меньшей мере части сжатого сингаза в контур синтеза метанола с образованием неочищенного потока метанола и потока продувочного газа; где поток неочищенного метанола включает метанол и воду; и где поток продувочного газа включает водород, монооксид углерода, диоксид углерода и углеводороды.7. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein at least a portion of the syngas is supplied to a compressor to form a compressed syngas and further comprising (i) supplying at least a portion of the compressed syngas to a methanol synthesis loop to form a crude methanol stream and a stream purge gas; wherein the crude methanol stream includes methanol and water; and wherein the purge gas stream includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrocarbons. 8. Способ по п.7, дополнительно включающий:8. The method according to claim 7, additionally including: подачу по меньшей мере части потока продувочного газа в элемент отделения водорода с образованием потока водорода и остаточного газового потока;supplying at least a portion of the purge gas stream to the hydrogen separation element to form a hydrogen stream and a residual gas stream; рециклирование по меньшей мере части остаточного газового потока в реактор СРО и/или использование по меньшей мере части остаточного газового потока в качестве топлива; и рециклирование по меньшей мере части потока водорода в контур синтеза метанола и/или рециклирование по меньшей мере части потока водорода в реактор СРО.recycling at least a portion of the residual gas stream to the SRO reactor and/or using at least a portion of the residual gas stream as fuel; and recycling at least a portion of the hydrogen stream to the methanol synthesis loop and/or recycling at least a portion of the hydrogen stream to the SRO reactor. 9. Способ по любому из пп.1-8, не включающий реактор парового риформинга метана (SMR).9. The method according to any one of claims 1 to 8, not including a steam methane reforming reactor (SMR). 10. Способ производства метанола, включающий:10. A method for producing methanol, including: (a) реакцию посредством реакции каталитического неполного окисления (СРО) смеси реагентов для СРО в реакторе СРО с получением выходящего потока из реактора СРО; где смесь реагентов для СРО включает углеводороды, кислород и воду; где реактор СРО содержит катализатор СРО; где выходящий поток из реактора СРО включает водород (Н2), монооксид углерода (СО), диоксид углерода (СО2), воду и непрореагировавшие углеводороды, где выходящий поток из реактора СРО характеризуется молярным соотношением водорода и монооксида углерода (Н2/СО) выходящего потока из реактора СРО, и где вы(a) reacting, through a catalytic partial oxidation (CPO) reaction, a mixture of CPO reactants in a CPO reactor to produce an effluent stream from the CPO reactor; where the mixture of reagents for SRO includes hydrocarbons, oxygen and water; where the SRO reactor contains an SRO catalyst; where the effluent stream from the SRO reactor includes hydrogen (H2), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2), water and unreacted hydrocarbons, where the effluent stream from the SRO reactor is characterized by the molar ratio of hydrogen and carbon monoxide (H 2 /CO) of the effluent stream from the SRO reactor, and where are you - 22 044653 ходящий поток из реактора СРО характеризуется соотношением М выходящего потока из реактора СРО, где соотношение М представляет собой молярное соотношение, определяемое как (Н2-СО2)/(СО+СО2);- 22 044653 the effluent stream from the SRO reactor is characterized by the ratio M of the effluent stream from the SRO reactor, where the ratio M is a molar ratio defined as (H2-CO 2 )/(CO+CO2); (b) нагрев воды при охлаждении выходящего потока из реактора СРО посредством теплообмена в теплообменнике с получением пара и охлажденного выходящего потока из реактора СРО;(b) heating water while cooling the SRO reactor effluent by heat exchange in a heat exchanger to produce steam and cooled SRO reactor effluent; (c) подачу по меньшей мере части охлажденного выходящего потока из реактора СРО в реактор конверсии водяного газа (WGS) с получением обогащенного водородом выходящего потока из реактора, где часть монооксида углерода в охлажденном выходящем потоке из реактора СРО реагирует с водой посредством реакции WGS с образованием водорода и диоксида углерода, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется молярным соотношением Н2/СО обогащенного водородом выходящего потока из реактора, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется соотношением М обогащенного водородом выходящего потока из реактора, и где молярное соотношение Н2/СО обогащенного водородом выходящего потока из реактора превышает молярное соотношение Н2/СО выходящего потока из реактора СРО и/или охлажденного выходящего потока из реактора СРО;(c) supplying at least a portion of the cooled CPO reactor effluent to a water gas shift (WGS) reactor to produce a hydrogen-enriched reactor effluent, wherein a portion of the carbon monoxide in the cooled CPO reactor effluent reacts with water through a WGS reaction to form hydrogen and carbon dioxide, wherein the hydrogen enriched reactor effluent is characterized by the H2/CO molar ratio of the hydrogen enriched reactor effluent, where the hydrogen enriched reactor effluent is characterized by the M ratio of the hydrogen enriched reactor effluent, and where the molar ratio of H2/CO enriched the hydrogen content of the reactor effluent exceeds the H2/CO molar ratio of the SRO reactor effluent and/or the cooled SRO reactor effluent; (d) удаление части CO2 из обогащенного водородом выходящего потока из реактора в сепараторе CO2 с образованием сингаза, где сингаз характеризуется соотношением М сингаза и где соотношение М сингаза превышает соотношение М выходящего потока из реактора СРО, и где соотношение М сингаза превышает соотношение М обогащенного водородом выходящего потока из реактора;(d) removing a portion of the CO2 from the hydrogen-enriched reactor effluent in a CO 2 separator to form syngas, wherein the syngas is characterized by a syngas M ratio and where the syngas M ratio exceeds the M ratio of the CPO reactor effluent, and where the syngas M ratio exceeds the M rich ratio hydrogen from the reactor effluent; (e) приведение в действие парового компрессора посредством по меньшей мере части пара;(e) driving the steam compressor using at least a portion of the steam; (f) сжатие по меньшей мере части сингаза в паровом компрессоре с образованием сжатого сингаза;(f) compressing at least a portion of the syngas in a steam compressor to form compressed syngas; (g) подачу по меньшей мере части сжатого сингаза в контур синтеза метанола с образованием потока неочищенного метанола и потока продувочного газа; где поток неочищенного метанола включает метанол и воду; и где поток продувочного газа включает водород, монооксид углерода, диоксид углерода и углеводороды; и (h) генерирование дополнительного пара путем сжигания углеводородов, где дополнительный пар далее используется для приведения в действие парового компрессора.(g) supplying at least a portion of the compressed syngas to the methanol synthesis loop to form a crude methanol stream and a purge gas stream; wherein the crude methanol stream includes methanol and water; and wherein the purge gas stream includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrocarbons; and (h) generating additional steam by combustion of hydrocarbons, where the additional steam is further used to drive a steam compressor. 11. Способ по п.10, где углеводороды, сжигаемые на стадии (h), составляют менее чем приблизительно 10 мас.% от всех углеводородов в расчете на общую массу всех углеводородов, и где все углеводороды определяются суммой углеводородов, подаваемых в реактор СРО на стадии (а), и углеводородов, сжигаемых на стадии (n).11. The process of claim 10, wherein the hydrocarbons burned in step (h) constitute less than about 10 wt.% of all hydrocarbons based on the total weight of all hydrocarbons, and wherein all hydrocarbons are determined by the sum of hydrocarbons fed to the SRO reactor at stage (a), and hydrocarbons burned in stage (n). 12. Способ по любому из пп.10-11, где реактор СРО характеризуется молярным соотношением пара и углерода (S/C) в смеси реагентов СРО от приблизительно 0,05:1 до приблизительно 1:1, где молярное соотношение S/C относится к общему количеству моль воды (Н2О) в смеси реагентов, деленному на общее количество моль углерода (С) углеводородов в смеси реагентов; и где сингаз и/или сжатый сингаз характеризуется молярным соотношением Н2/СО, превышающим или равным приблизительно 1,8.12. The method according to any one of claims 10-11, where the SRO reactor is characterized by a molar ratio of steam to carbon (S/C) in the mixture of SRO reagents from about 0.05:1 to about 1:1, where the molar ratio S/C refers to to the total moles of water (H2O) in the reactant mixture divided by the total moles of carbon (C) hydrocarbons in the reactant mixture; and wherein the syngas and/or compressed syngas has a H2/CO molar ratio greater than or equal to about 1.8. 13. Способ по любому из пп.10-12, где соотношение М сингаза и/или сжатого сингаза превышает или равно приблизительно 2,0.13. Method according to any one of claims 10 to 12, wherein the ratio M of syngas and/or compressed syngas is greater than or equal to approximately 2.0. 14. Система для получения сингаза, содержащая:14. System for producing syngas, containing: (a) реактор каталитического неполного окисления (СРО), действующий путем продуцирования посредством реакции СРО выходящего потока из реактора СРО, включающего водород (Н2), монооксид углерода (СО), диоксид углерода (СО2), воду и непрореагировавшие углеводороды из смеси реагентов СРО, включающей углеводороды, кислород и воду; где выходящий поток из реактора СРО характеризуется молярным соотношением водорода и монооксида углерода (Н2/СО) и соотношением М, определяемым как (Н2-СО2)/(СО+СО2);(a) a catalytic partial oxidation (CPO) reactor operating by producing, through a CPO reaction, an effluent from the CPO reactor comprising hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), water and unreacted hydrocarbons from a mixture of reactants SRO, including hydrocarbons, oxygen and water; where the effluent from the SRO reactor is characterized by the molar ratio of hydrogen and carbon monoxide (H2/CO) and the ratio M, defined as (H2-CO2)/(CO+CO2); (b) реактор конверсии водяного газа (WGS), предназначенный для продуцирования посредством реакции WGS обогащенного водородом выходящего потока из реактора из по меньшей мере части выходящего потока из реактора СРО, где обогащенный водородом выходящий поток из реактора характеризуется молярным соотношением Н2/СО, превышающим молярное соотношение Н2/СО выходящего потока из реактора СРО; и (c) сепаратор СО2, действующий путем удаления части СО2 из обогащенного водородом выходящего потока из реактора с образованием сингаза, где сингаз характеризуется соотношением М, которое превышает соотношение М выходящего потока из реактора СРО и превышает соотношение М обогащенного водородом выходящего потока из реактора;(b) a water gas shift (WGS) reactor configured to produce, through the WGS reaction, a hydrogen-enriched reactor effluent from at least a portion of the effluent from the CPO reactor, wherein the hydrogen-enriched reactor effluent has a molar ratio of H2/CO greater than H2/CO ratio of the effluent from the SRO reactor; and (c) a CO 2 separator operating by removing a portion of the CO 2 from the hydrogen-enriched reactor effluent to form syngas, wherein the syngas has an M ratio that is greater than the M ratio of the SRO reactor effluent and greater than the M ratio of the hydrogen-enriched reactor effluent ; где система дополнительно содержит теплообменник, действующий путем переноса тепла из выходящего потока из реактора СРО для нагрева смеси реагентов для СРО, и/или теплообменник, действующий путем переноса тепла из выходящего потока из реактора СРО с образованием пара; и где система дополнительно содержит паровой компрессор.wherein the system further comprises a heat exchanger operating by transferring heat from the effluent stream from the SRO reactor to heat the mixture of reactants for the SRO, and/or a heat exchanger operating by transferring heat from the effluent stream from the SRO reactor to produce steam; and where the system further comprises a steam compressor. 15. Система по п.14, не включающая реактор парового риформинга метана (SMR).15. The system of claim 14, excluding the steam methane reformer (SMR). 16. Система по п.14 или п.15, дополнительно включающая контур синтеза метанола, действующий путем продуцирования потока неочищенного метанола и потока продувочного газа; где поток неочищенного метанола включает метанол и воду; и где поток продувочного газа включает водород, монооксид углерода, диоксид углерода и углеводороды.16. The system of claim 14 or claim 15, further comprising a methanol synthesis loop operating by producing a crude methanol stream and a purge gas stream; wherein the crude methanol stream includes methanol and water; and wherein the purge gas stream includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and hydrocarbons. --
EA202192236 2019-03-07 2020-03-06 PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS AND METHANOL EA044653B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/815,119 2019-03-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA044653B1 true EA044653B1 (en) 2023-09-20

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2524720C2 (en) Complex installation for gas processing
RU2404117C2 (en) Method of preparing mixture of carbon monoxide and hydrogen
US20220081380A1 (en) Methanol production process from syngas produced by catalytic partial oxidation integrated with cracking
US20220169502A1 (en) Production of synthesis gas and of methanol
US11932537B2 (en) Integrated indirect heat transfer process for the production of syngas and olefins by catalytic partial oxidation and cracking
EA044653B1 (en) PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS AND METHANOL
WO2020176650A1 (en) Integrated indirect heat transfer process for the production of syngas and olefins by catalytic partial oxidation and catalytic selective dehydrogenation
CA3127050A1 (en) Methanol production process with higher carbon utilization by co2 recycle
EA044713B1 (en) METHOD FOR PRODUCING METHANOL WITH INCREASED ENERGY EFFICIENCY
US11834394B2 (en) Methanol production process with increased energy efficiency
EA044090B1 (en) METHOD FOR PRODUCING METHANOL WITH HIGHER CARBON RECYCLING DUE TO CO2 RECYCLING
US20220135506A1 (en) Methanol production process
EA043578B1 (en) METHOD FOR PRODUCING METHANOL FROM SYNTHESIS GAS PRODUCED BY CATALYTIC PARTIAL OXIDATION INTEGRATED WITH CRACKING
EA044126B1 (en) METHOD OF METHANOL PRODUCTION
WO2020142487A1 (en) Methanol production process
EA042919B1 (en) METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN-DEFERENT SYNTHESIS GAS FOR ACETIC ACID SYNTHESIS AND DIMETHYL ETHER SYNTHESIS
CN113614025A (en) Process for producing hydrogen-depleted synthesis gas for acetic acid synthesis and dimethyl ether synthesis