RU132442U1 - Установка для получения этилена - Google Patents

Установка для получения этилена Download PDF

Info

Publication number
RU132442U1
RU132442U1 RU2013119053/04U RU2013119053U RU132442U1 RU 132442 U1 RU132442 U1 RU 132442U1 RU 2013119053/04 U RU2013119053/04 U RU 2013119053/04U RU 2013119053 U RU2013119053 U RU 2013119053U RU 132442 U1 RU132442 U1 RU 132442U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
methane
ethylene
ethane
gas
Prior art date
Application number
RU2013119053/04U
Other languages
English (en)
Inventor
Николай Васильевич Лисицын
Дмитрий Андреевич Сладковский
Кирилл Вадимович Семикин
Александр Владимирович Куличков
Николай Васильевич Кузичкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)"
Priority to RU2013119053/04U priority Critical patent/RU132442U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU132442U1 publication Critical patent/RU132442U1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

1. Установка для получения этилена, содержащая в своем составе реактор окислительной конденсации метана, закалочно-испарительный аппарат, блок абсорбционной очистки от двуокиси углерода, блок осушки и компримирования, блок выделения углеводородов, включающий в себя ректификационные колонны выделения метана, этана и этилена, блок выработки энергии и вспомогательное оборудование, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит установленный после блока очистки от двуокиси углерода блок адсорбционной очистки газовых смесей от воды и блока выделения метан-этан-этиленовой фракции, содержащий адсорберы на основе цеолитов, а также газодувку для подачи воздуха, связанную с реактором окислительной конденсации метана.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок очистки от азота.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок выделения углеводородов содержит дополнительно блок очистки этилена от ацетилена.

Description

Изобретение относится к области органической химии, а именно к технологии получения этилена из природного газа путем окислительной конденсации метана.
Окислительная конденсация метана (ОКМ) с образованием этана и этилена была открыта в начале 80-х годов прошлого века и вызвала большой практический интерес, в частности, в связи с тем, что является альтернативой существующему процессу получения этилена путем пиролиза бензиновой фракции. (RU 412143, 2011). Однако уже первые попытки осуществления конверсии метана выявили основные проблемы и требования к процессу, такие, как необходимость высокой температуры (800-1500°С) газа в аппарате в силу высокой термодинамической стабильности молекулы метана, образование твердого углерода (в виде сажи или пироуглерода), что накладывает существенные ограничения на использование в аппаратах разного рода змеевиков для нагрева метана.
Известные установки получения этилена из метана, природного или попутного нефтяного газа (RU 336932, 2008; RU 99779, 2010), состоят, как правило, из системы запуска, системы подачи и дозирования реагентов, конвертора, теплообменников, систем сепарирования газов и управления. Конвертор содержит катализатор, в качестве активного компонента которого используют различные комбинации оксидов алюминия, кремния, переходных и редкоземельных элементов 4-6 периодов, в основном, четвертого и пятого периодов, преимущественно, Cu, Со, Ni, Fe, Cr, Mn, Ti, Zr; La, Се, Y, Sm, Pr, Gd, и металлов платиновой группы, преимущественно Pt, Rh, Ru, позволяющий при температуре не выше 450°С конвертировать в метан углеродсодержащие соединения, присутствующие в попутных нефтяных и сырых природных газах.
Недостатком известных технологических схем являются большие энергозатраты, связанные с газоразделением, а также недостаточно высокий выход целевого продукта.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является установка производства этилена из природного газа, комбинированного с получением электроэнергии (RU 2447048, 2012), которая состоит из реактора окислительной конденсации метана (ОКМ); закалочно-испарительный аппарата (генератора пара высокого давления); блока очистки от CO2 с помощью этаноламина; узла щелочной промывки, блока осушки и компримирования, в котором происходит охлаждение газа до минус 100°С; энергоблока; блока выделения газообразных продуктов с помощью колонн низкотемпературной ректификации, блока выработки энергии и вспомогательного оборудования (теплообменников, компрессоров, холодильников, насосов и т.п.).
.В ходе работы установки, исходный поток природного газа направляется на стадию синтеза этилена по реакции окислительной конденсации метана, которую осуществляют в присутствии оксидных катализаторов при температуре от 700°С до 950°С. Далее из реакционной смеси выделяются этилен, остальная часть газового потока, включающего непрореагировавший метан и горючие продукты (водород и СО), направляется в блок выработки энергии (на энергоустановку), в котором осуществляется выработка электроэнергии и тепла. Энергия, выделяющаяся в процессе получения этилена по реакции окислительной конденсации метана утилизируется совместно с энергией, вырабатываемой энергоустановкой, которая питается природным газом и метаном, не прореагировавшим в реакторе синтеза этилена.
Недостатком указанной установки является необходимость наличия оборудования для выделения основной части метана, этилена и этана из газопродуктовой смеси, что удорожает процесс, а также использование чистого кислорода в качестве окислителя метана, что приводит к значительным дополнительным затратам на разделение воздуха, повышает взрывоопасность производства и требует наличия квалифицированных кадров для обслуживания установки разделения воздуха.
Задачей, решаемой авторами являлось создание более безопасной и более экономичной при эксплуатации установки.
Техническая задача состояла в разработке конструкции, позволяющей использовать в качестве окислителя метана воздух, а также создания более эффективной схемы разделения продуктов реакции и использования тепловых ресурсов.
Технический результат достигался введением в установку, содержащую реактор окислительной конденсации метана, закалочно-испарительный аппарат, блок абсорбционной очистки от двуокиси углерода, блок осушки и компримирования, блок выделения углеводородов, включающего в себя ректификационные колонны выделения метана, этана и этилена, блок выработки энергии и вспомогательное оборудование сырьевого коллектора, связанного через теплообменник с реактором окислительной конденсации метана, а также блоком адсорбции, колонной деметанизации и колонной деэтанизации; дополнительно газодувки для подачи воздуха, связанной с реактором окислительной конденсации метана; включение после блока очистки от двуокиси углерода блока адсорбционной колонны очистки газовых смесей от воды и блока выделения метан-этан-этиленовой фракции, содержащий адсорберы на основе цеолитов.
Общая схема установки приведена на фиг.1, где введены следующие обозначения:
1 - сырьевой коллектор;
2 - сырьевой теплообменник;
3 - реактор окислительной конденсации метана (ОКМ);
4 - газодувка;
5 - закалочно-испарительный аппарат;
6 - холодильник;
7 - сепаратор;
8 - блок абсорбционной очистки от двуокиси углерода;
9 - абсорбционная колонна;
10 - десорбционная колонна;
11 - адсорбционная колонна для сушки газовой смеси;
12 - блок выделения метан-этан-этиленовой фракции;
13 - адсорбер с цеолитом;
14 - адсорбер с цеолитом
15 - газодувка
16 - топливный коллектор
17 - блок очистки газовой смеси от азота
18 - блок охлаждения и компремирования
19 - холодильник
20 - компрессор
21 - холодильник
22 - низкотемпературный конденсатор
23 - блок выделения газообразных продуктов
24 - ректификационная колонна деметанизации
25 - ректификационная колонна выделения этилена
26 - узел очистки от ацетилена
27 - ректификационная колонна деэтанизации
28 - нагреватель
29 - блок выработки энергии
30 - печь-парогенератор
31 - насос
32 - турбина высокого давления
33 - коллектор пара среднего давления
34 - паровая турбина среднего давления
35 - конденсатор
36 - электрогенератор
Установка включает в себя следующие основные элементы:
- реактор окислительной конденсации метана 3 с газодувкой 4;
- закалочно-испарительный аппарат 5;
- блок абсорбционной очистки от двуокиси углерода 8, состоящий из колонн абсорбции 9 и десорбции 10;
- адсорбционную колонну (адсорбер) 11, где осуществляется освобождение газовой смеси от воды с применением твердых сорбентов, способных обратимо поглощать влагу из газов;
- блок выделения метан-этан-этиленовой фракции 12 с помощью цеолитов;
- блок осушки и компримирования;
- блок выделения углеводородов, включающего в себя ректификационные колонны выделения метана, этана и этилена;
- блок выработки энергии;
- вспомогательное оборудование.
Реактор ОКМ 3 может быть устроен по принципу автотермического реактора, реактора с кипящим слоем катализатора или печи с реакционными трубами. Температура проведения реакции окислительной конденсации метана в реакторе поддерживается на уровне 700÷900°С, причем избыточное тепло реакции используется для подогрева газосырьевой смеси.
Блок абсорбции 8 помимо абсорберционной 9 и десорбционной 10 колонн может дополнительно включать узел щелочной промывки.
Блок компримирования и охлаждения 18 включает в себя холодильники 19 и 21, компрессор 20, низкотемпературный конденсатор 22 и вспомогательное оборудование; блок выделения углеводородов 23 включает в себя ректификационную колонну деметанизации 24, ректификационную колонну выделения этилена 25, узел очистки этилена от ацетилена 26 (при необходимости), ректификационную колонну деэтанизации 27.
В состав блока выработки энергии 29 входят печь-парогенератор 30, паровая турбина высокого давления 32, паровая турбина среднего давления 34, коллектор пара среднего давления 33, генератор тока 36 и вспомогательное оборудование,
Наряду с вышеизложенными отличиями заявляемая установка может дополнительно включать блок очистки от азота газовых потоков 17. Предлагаемая технологическая схема позволяет:
- использовать окружающий воздух в качестве источника кислорода в реакторе окислительной конденсации метана, что не требует функционирования установки разделения воздуха;
- применять процесс адсорбции на цеолитах для выделения из газопродуктовой смеси этилен-этановой фракции с примесью метана, в результате чего получаемый на стадии десорбции газ не содержит значительных количеств компонентов, кипящих ниже этилена, что позволит снизить затраты на компримирование и низкотемпературную дистилляцию метан-этан-этиленвой фракции;
- часть газа, прошедшего адсорбционную очистку от этилена и этана, утилизировать путем сжигания и генерации водяного пара, а полученный водяной пар использовать для производства электроэнергии совместно с паром, произведенным при утилизации тепла реакции окислительной конденсации метана, а оставшуюся часть газа, прошедшего адсорбционную отчистку от этилена и этана, направлять на процесс окислительной конденсации метана. Установка работает следующим образом. Природный газ поступает в сырьевой коллектор 1, где происходит его смешение с рециркулирующими в установке газами, содержащими более 40% об метана или этана. Полученная смесь газов из коллектора 1 предварительно нагревается в сырьевом теплообменнике 2 и поступает в реактор окислительной конденсации метана (ОКМ) 3, где в качестве окислителя используется атмосферный воздух, подаваемый в реактор при помощи газодувки 4.
Продукты из реактора ОКМ 3 поступают в закалочно-испарительный аппарат 5, где происходит их быстрое охлаждение до температуры 350÷400°С за счет испарения питательной воды и впрыска воды непосредственно в охлаждаемый газ.
Газопродуктовая смесь из закалочно-испарительного аппарата 5 далее последовательно охлаждается до температуры 15÷80°С в сырьевом теплообменнике 2 и в холодильнике 6, после чего поступает в сепаратор 7, в котором отводится сконденсированная фаза, состоящая в основном из воды.
Из сепаратора 7 газопродуктовая смесь поступает на блок абсорбционной очистки от двуокиси углерода 8. Основная часть двуокиси углерода поглощается водными растворами аминоспиртов в абсорбционной колонне 9 и выделяется из абсорбента на стадии десорбции в колонне 10. При этом газопродуктовая смесь подается в нижнюю часть колонны 9, а жидкий абсорбент в ее верхнюю часть. Насыщенный двуокисью углерода абсорбент с низа абсорбционной колонны 9 нагревается и поступает в десорбционную колонну 10, где происходит его регенерация. Регенерированный абсорбент с низа колонны 10 охлаждается и поступает в колонну абсорбции 9, а выделенная двуокись углерода отводится с верха колонны 10. Доочистка газопродуктовой смеси от двуокиси углерода может осуществляться щелочной промывкой.
После абсорбционной отчистки от двуокиси углерода газопродуктовая смесь направляется на осушку в адсорбер 11, где осуществляется поглощение воды с применением твердых сорбентов, способных обратимо поглощать влагу из газов. (Желательна установка двух адсорберов 11 для их попеременной работы и обеспечения оперативной замены или регенерации адсорбента без остановки производства.)
Далее газопродуктовая смесь, осушенная до точки росы ниже -30°С, поступает в блок выделения метан-этан-этиленовой фракции 12, где происходит циклический адсорбционно-десорбционный процесс.В качестве адсорбента могут использоваться цеолиты типа А. Сырье поступает в один из адсорберов 13 или 14, который в данный момент работает на стадии адсорбции. При прохождении газопродуктовой смеси через слой адсорбента из нее сорбируются этилен, этан, пропан, пропилен и частично метан, а прошедший через слой адсорбента газовый продукт, содержащий основное количество непрореагировавшего метана, азота, водорода и окиси углерода, подается с помощью газодувки 15 в сырьевой коллектор 1 и коллектор топливного газа 16, а также может направляться на установку выделения азота 17.
Стадия десорбции в адсорбере проходит в мягких условиях с постепенным повышением температуры и подачи продувочного газа, чтобы предотвратить полимеризацию олефинов, связанную с наличием в цеолитах кислых активных центров на основе Al2O3. Адсорбированные компоненты выделяются на стадии десорбции и отправляются в блок компримирования и охлаждения 18.
Метан-этан-этиленовая фракция, выделяющаяся на стадии десорбции в аппаратах 13 или 14 при помощи повышения температуры и продувки горячим газом, охлаждается в холодильнике 19 и поступает на компримирование в компрессор 20, где происходит сжатие до давления 2,5-4,0 МПа. Компримирование сопровождается повышением температуры газа и требует его промежуточного или последующего охлаждения. Количество ступеней сжатия определяется конечным давлением. После компрессора 20 метан-этан-этиленовая фракция последовательно охлаждается в холодильнике 21 и низкотемпературном конденсаторе 22, где применяются хладагенты с температурой -20 - -60°С.
Сконденсированная метан-этан-этиленовая фракция затем направляются в блок выделения газообразных продуктов 23, где поступает в ректификационную колонну деметанизации 24, где сверху выделяется метан в газообразном виде и направляется в сырьевой коллектор 1. В конденсаторе колонны используется хладагент с температурой -100 - -160°С. С низа колонны деметанизации 24 выводится этан-этиленовая фракция (28), направляющаяся в ректификационную колонну выделения этилена 25. Дистиллятом колонны 25 является этилен с чистотой не менее 98% об., который выводится с установки. В конденсаторе колонны 25 используется хладагент с температурой -20 - -60°С.
При необходимости этилен может направляться на установку селективной очистки от ацетилена 26. Селективная очистка может осуществляться методами химической, адсорбционной или абсорбционной обработки. Содержание ацетилена и других примесей в товарном этилене после селективной очистки 26 должно быть снижено до 0,001-0,002% об. Кубовый продукт колонны выделения этилена 25, в основном состоящий из этана и продувочного газа, направляется в колонну деэтанизации 27.
В кубе колонны деэтанизации 27 выделяется продувочный газ, который повторно используется в адсорбционном блоке выделения метан-этан-этиленовой фракции на стадиях регенерации адсорбента: нагрева, десорбции и охлаждения. Перед подачей продувочного газа в аппараты 13 или 14 повышается его температура в нагревателе 28. В качестве продувочного газа могут использоваться пропан, бутаны, пентаны или более высококипящие углеводороды. Верхний продукт колонны деэтанизации 27, состоящий преимущественно из этана, подается в коллектор сырьевого газа 1 для дальнейшей его конверсии в реакторе ОКМ 3.
Для предотвращения накопления азота в сырьевом коллекторе 1, увеличения степени рециркуляции метана и соответствующего повышения конверсии природного газа в этилен могут применяться установки извлечения азота 17. Сырьем установок является газ, прошедший адсорбционную очистку в блоке 12 на адсорберах 13 или 14. Стадия извлечения азота может осуществляться методами криогенного разделения, адсорбции и/или разделения на мембранах. Поток газа после полного или частичного извлечения из него азота подается в сырьевой коллектор 1 для последующей конверсии в реакторе ОКМ. Выделенный поток азота за счет остаточного содержания в нем метана, окиси углерода и водорода с теплотворной способность более 4 МДж/м3 направляется в энергетический узел 29, поступая в топливный коллектор 16. Выделенный поток азота с теплотворной способностью менее 4 МДж/м3 утилизируется на факельных установках (на схеме не показано).
Топливный газ из коллектора 16 подается в печь-парогенератор 30, где в качестве окислителя топлива используется атмосферный воздух. В парогенераторе 30 происходит испарение воды, подающейся насосом 31, и перегрев водяных паров. Перегретый водяной пар с температурой не более 560°С и давлением более 5 МПа подается на паровую турбину высокого давления 32, где происходит расширение пара до давления менее 5 МПа. Отработанный пар из турбины высокого давления 32 направляется в печь-парогенератор 30 для повторного перегрева до температуры не более 560°С. Перегретый водяной пар среднего давления направляется в коллектор пара среднего давления 33, где смешивается с паром, произведенным при охлаждении газопродуктовой смеси в закалочно-испарительном аппарате 5. Пар из коллектора 33 с давлением менее 5 МПа направляется в паровую турбину среднего давления 34, где происходит расширение пара до давления менее 1 МПа. Отработанный водяной пар из турбины 34 далее конденсируется в конденсаторе 35 и направляется на вход насоса 31. Работа, совершенная при расширении пара в турбинах 32 и 34, используется для привода генератора 35, в котором вырабатывается электроэнергия.
Проведенные испытания показали, что при использовании заявляемой установки удается снизить себестоимость получаемого этилена на 3-5% и существенно повысить безопасность процесса.

Claims (3)

1. Установка для получения этилена, содержащая в своем составе реактор окислительной конденсации метана, закалочно-испарительный аппарат, блок абсорбционной очистки от двуокиси углерода, блок осушки и компримирования, блок выделения углеводородов, включающий в себя ректификационные колонны выделения метана, этана и этилена, блок выработки энергии и вспомогательное оборудование, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит установленный после блока очистки от двуокиси углерода блок адсорбционной очистки газовых смесей от воды и блока выделения метан-этан-этиленовой фракции, содержащий адсорберы на основе цеолитов, а также газодувку для подачи воздуха, связанную с реактором окислительной конденсации метана.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок очистки от азота.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок выделения углеводородов содержит дополнительно блок очистки этилена от ацетилена.
Figure 00000001
RU2013119053/04U 2013-04-25 2013-04-25 Установка для получения этилена RU132442U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119053/04U RU132442U1 (ru) 2013-04-25 2013-04-25 Установка для получения этилена

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119053/04U RU132442U1 (ru) 2013-04-25 2013-04-25 Установка для получения этилена

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU132442U1 true RU132442U1 (ru) 2013-09-20

Family

ID=49183724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119053/04U RU132442U1 (ru) 2013-04-25 2013-04-25 Установка для получения этилена

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU132442U1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114656317A (zh) * 2020-12-22 2022-06-24 中国石油化工股份有限公司 甲烷氧化偶联制烯烃的方法、系统及其应用
RU2800870C2 (ru) * 2018-10-08 2023-07-31 Чайна Петролеум Энд Кемикл Корпорейшн Способ и система, предназначенные для отделения легких углеводородов

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2800870C2 (ru) * 2018-10-08 2023-07-31 Чайна Петролеум Энд Кемикл Корпорейшн Способ и система, предназначенные для отделения легких углеводородов
CN114656317A (zh) * 2020-12-22 2022-06-24 中国石油化工股份有限公司 甲烷氧化偶联制烯烃的方法、系统及其应用
RU2814255C1 (ru) * 2023-07-10 2024-02-28 Игорь Анатольевич Мнушкин Способ производства этилена и пропилена

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7297775B2 (ja) 水素および二酸化炭素の生成および分離のためのシステムおよび方法
RU2394754C1 (ru) Способ получения водорода из углеводородного сырья
US8007761B2 (en) Carbon dioxide emission reduction method
US11814287B2 (en) Method of producing a hydrogen-enriched product and recovering CO2 in a hydrogen production process unit
US11807532B2 (en) Method of recovering a hydrogen enriched product and CO2 in a hydrogen production unit
CN102410703B (zh) 改进的食品级液体二氧化碳产品的生产方法
CN102250658A (zh) 焦炉煤气和高炉煤气原料转化制液化天然气的方法
CN103058188A (zh) 食品级液体二氧化碳产品生产中减少二氧化碳排放量的方法
RU2630308C1 (ru) Способ и установка для получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из углеводородсодержащего газа
KR20240021941A (ko) NOx 제거를 이용한 그린 수소를 위한 암모니아 분해
RU132442U1 (ru) Установка для получения этилена
JPH10273301A (ja) 水素製造装置
AU2021286875B2 (en) Method for the production of hydrogen
CN102303864B (zh) 一种食品级液体二氧化碳产品的生产方法
RU2791358C1 (ru) Способ производства водорода
RU2792583C1 (ru) Способ и установка для синтеза метанола
RU2124928C1 (ru) Установка для получения водорода
WO2023229491A2 (ru) Способ производства водорода
RU2134147C1 (ru) Способ переработки природного газа с получением пара и метанола
WO2022253459A1 (en) Process and plant for producing pure hydrogen by steam reforming with reduced carbon dioxide emissions
EA008932B1 (ru) Способ разделения продуктов дегидроциклодимеризации пропана и бутана

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20140426