RU183401U1 - Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола - Google Patents
Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола Download PDFInfo
- Publication number
- RU183401U1 RU183401U1 RU2018115268U RU2018115268U RU183401U1 RU 183401 U1 RU183401 U1 RU 183401U1 RU 2018115268 U RU2018115268 U RU 2018115268U RU 2018115268 U RU2018115268 U RU 2018115268U RU 183401 U1 RU183401 U1 RU 183401U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- synthesis gas
- outlet
- synthesis
- heated
- Prior art date
Links
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 120
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 106
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 58
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 57
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 15
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 4
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 4
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 21
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 21
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 7
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 abstract description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 abstract description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012824 chemical production Methods 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 3
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 3
- 238000007036 catalytic synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N chromium iron Chemical compound [Cr].[Fe] UPHIPHFJVNKLMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 copper-zinc-aluminum-calcium Chemical compound 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Предложена установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола. Углеводородные газы (УВГ), преимущественно природный газ, нагревают до температуры 500-5500С, смешивают с водяным паром и осуществляют раздельную подачу нагретого и увлажненного УВГ и нагретого окислителя, преимущественно воздуха, в смесительную головку проточного газогенератора синтез-газа (ГСГ). В камере сгорания ГСГ происходит смешивание компонентов (УВГ и окислителя) в турбулентном режиме течения газов и неполное горение - парциальное окисление УВГ кислородом окислителя при давлении 6,0-7,0 МПа, значениях коэффициента избытка окислителя в диапазоне 0,37-0,39 и температурах 1100-14000С. На выходе ГСГ образуется газовая смесь, содержащая синтез-газ (водород и монооксид углерода), диоксид углерода, азот, водяной пар, следовые количества балластных примесей и твердой фазы.
Начальное охлаждение газовой смеси с выхода ГСГ до 900-9500С проводят потоком воды, подаваемой в испарительную камеру ГСГ, соосно соединенную с камерой сгорания. Дальнейшее охлаждение газа с выхода ГСГ проводят в теплообменниках, в которых тепло продуктов парциального окисления используют для интеграции тепловых потоков и повышения эффективности установки: получения водяного пара для смешивания с углеводородным сырьем, нагрева углеводородного сырья и окислителя, выработки технологического пара в котле-утилизаторе.
С целью получения оптимального для синтеза метанола стехометрического отношения компонентов синтез-газа (модуля) М=2,0÷2,3 осуществляют коррекцию состава синтез-газа путем частичной адсорбции диоксида углерода, после чего сухой водородсодержащий нагревают до температуры 200-2200С и подают на вход блока синтеза метанола с давлением 5,0÷5,5 МПа.
Предлагаемая полезная модель позволяет значительно уменьшить массогабаритные характеристики комплекса получения водородсодержащего газа, упростить регулирование состава синтез-газа, повысить надежность и безопасность эксплуатации, что обусловливает возможность создания модульных транспортабельных малотоннажных газохимических производств метанола в промысловых условиях.
Description
Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола
Полезная модель относится к области органической химии и предназначена для получения синтез-газа заданного состава для малотоннажного производства метанола.
Создание модульных транспортабельных установок по малотоннажному производству метанола в промысловых условиях является одним из важнейших направлений развития современной мировой газохимии [1-3]. Сырьем для таких установок служат низконапорные углеводородные газы (УВГ) - природный газ, попутные нефтяные газы, сланцевые газы, источниками которых являются мало- и среднедебитные нефтегазовые месторождения, ресурсы которых превышают 50% совокупных мировых запасов газового сырья.
Основными требованиями, предъявляемыми к малотоннажным установкам, являются: надежность, простота технологии, удобство и безопасность эксплуатации, минимальные массогабаритные характеристики, блочно-модульное исполнение для удобства транспортировки, монтажа и эксплуатации, небольшие капитальные затраты, максимальная степень интеграции с существующей инфраструктурой (источниками сырья, энергоресурсами, инженерными сетями) при сохранении возможности автономной работы, соответствие экологическим стандартам.
Промышленное производство метанола осуществляют в две стадии [1,4]. На первой стадии из УВГ получают водородсодержащий газ, содержащий синтез-газ (СГ), представляющий смесь водорода Н2 и монооксида углерода СО, диоксид углерода СО2, водяной пар и балластные газы, преимущественно азот. На второй стадии осуществляют каталитическую конверсию водородсодержащего газа в метанол преимущественно на медьцинкалюминиевых катализаторах, работающих при температурах 200-2800С и давлениях 4,5-10 МПа [4-6].
На стадию получения СГ приходится до 70% капитальных затрат [1,4], в нее вовлечено основное материалоемкое и массогабаритное оборудование, поэтому именно аппаратурное оформление комплекса получения СГ в определяющей степени влияет на технико-экономические характеристики установки по производству метанола.
В настоящее время в РФ функционируют две малотоннажные установки ОАО «НОВАТЭК» производительностью 12500 и 40000 тонн метанола в год, работающие на Юрхаровском газоконденсатном месторождении [6], патент РФ №2505475, полезная модель №102537.
1. Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа. - М.: КРАСАНД, 2011. - 640 с.
2. Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В. и др. Новые концепции развития малотоннажной газохимии // Нефтегазохимия, №4, 2014, С. 19-23.
3. Пост-релиз конференции «Метанол 2016». URL: http://www.newchemistry.ru/ printletter.php?n_id=6615 (дата обращения: 22.05.2017).
4. Караваев М.М. Технология синтетического метанола / М.М. Караваев, В.Е. Леонов, И.Г. Попов, Е.Т. Шепелев // М.: Химия, 1984. - 240 c.
5. Обзор современных катализаторов синтеза метанола // Академия конъюнктуры промышленных рынков – [Электронный ресурс]. URL: http://www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=883.
Основные недостатки установок связаны с технологией получения СГ путем паровой каталитической конверсии предварительно подготовленного УВГ:
- высокие энергетические затраты на нагрев УВГ для проведения сильно эндотермической реакции CH4 + H2O = CO + 3H2 - 206 кДж/моль;
- большой расход химочищенной воды для обеспечения отношения пар/газ в пределах 2-5;
- низкое давление процесса парового риформинга УВГ, поэтому для последующего каталитического синтеза метанола, протекающего при более высоких давлениях, необходимо компримирование СГ;
- рециркуляция больших объемов сдувочных газов, которые необходимо компримировать перед подачей в реактор синтеза.
Для уменьшения массогабаритных характеристик аппаратов при создании малотоннажных установок целесообразно применение парциального окисления УВГ - горения при недостатке окислителя по доминирующей практически необратимой экзотермической реакции
CH4 +0.5O2 = CO + 2H2 + 35,6 кДж/моль, (1)
поскольку не требуется дополнительных энергетических затрат на проведение парового риформинга УВГ – основного способа получения СГ. Парциальное окисление УВГ в зависимости от типа окислителя проводят при температурах 1100 ÷ 1600 0С в широком диапазоне давлений.
Известно техническое решение по применению модифицированных дизелей для получения синтез-газа в установках «ЭНЕРГОСИНТОП» по производству метанола и синтетических моторных топлив [7], патент РФ №2324674. Недостатками таких энергоустановок являются: необходимость компримирования СГ для подачи в контур синтеза метанола, цикличность процесса, сложность регулирования состава СГ.
Известны технические решения по патентам РФ №№ 2191743, 2369431, 2523824, 2534991, 2535121, в которых получение СГ осуществляют в реакторах парциального окисления по типу жидкостных ракетных двигателей – газогенераторах синтез-газа (ГСГ).
Преимуществами подобных ГСГ являются: возможность проведения процесса при высоких давлениях до 10,0 МПа и выше, не требующих последующего компримирования СГ для каталитического синтеза метанола; возможность регулирования состава СГ; возможность получения синтез-газа с мольным соотношением Н2/СО
2,0; отсутствие необходимости использовать катализаторы; низкое соотношение масс пар/УВГ на уровне 0,1÷0,2; возможность использования тепла экзотермической реакции (1) для нагрева сырья и выработки технологического пара; значительно меньшие расходы деминерализованной воды; возможность использования в качестве окислителя воздуха, обогащенного кислородом воздуха или кислорода; меньшие капитальные затраты на оборудование комплекса получения СГ (в 1,5÷2 раза при отсутствии воздухоразделительной установки); высокая ремонтопригодность ГСГ за счет модульности разборной конструкции; меньшее время запуска и останова ГСГ, не превышающее 30 с.
1. Кемалов Р.А. Технологии получения и применения метанола / Р.А.Кемалов, А.Ф. Кемалов. – Казань: Казан. ун-т, 2016. – 167 с.
2. Лищинер И.И. Модульные энерготехнологические установки Энергосинтоп / Лищинер И.И., Малова О.В., Толчинский Л.С. // Газохимия: состояние и пути развития в ХХI веке \\ Труды Московского Семинара по газохимии 2012-2013 гг. Под редакцией А.И. Владимирова и А.Л. Лапидуса. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2014. - 140 с.
Отмеченные преимущества обусловливают значительно меньшие в 2÷5 раз массогабаритные характеристики ГСГ, примерно вдвое меньшие капитальные затраты на получение синтез-газа, возможность получения СГ с составом и параметрами, оптимальными для синтеза метанола.
Процесс синтеза метанола на медьсодержащих катализаторах согласно А.Я. Розовскому основан на протекании двух макроскопических стадий [8, с.241]:
- гидрировании диоксида углерода с образованием метанола
CО2 + 3Н2 = СН3ОН + Н2О + 49,5 кДж/моль, (2)
- конверсии монооксида углерода водой
СО + Н2О = CО2 + Н2 + 41 кДж/моль (3)
Реакции (2), (3) являются обратимыми. Равновесный выход метанола, степень превращения окиси и двуокиси углерода меняются в зависимости от давления, температуры, отношения Н2/СО, содержания диоксида углерода и водяного пара, инертных компонентов. Инертные компоненты – остаточный метан и азот – снижают парциальное давление реагирующих веществ, вследствие чего степень конверсии синтез-газа уменьшается, кроме того, с увеличением содержания инертов в СГ возрастает концентрация воды в метаноле-сырце [4,8,9].
Важным показателем эффективности синтеза метанола является стехиометрическое соотношение компонентов синтез-газа (модуль) М=(Н2–СО2)/(СО+СО2). Для нахождения модуля в рекомендуемом диапазоне М=
2,0÷2,3 регулируют содержание СО2 в синтез-газе, удаляя избыток СО2 из цикла синтеза [4, с.86; 8], патент РФ №2497583. Однако при уменьшении концентрации СО2 в газе ниже 0,3% об. скорость синтеза метанола резко снижается, а при его отсутствии реакция (2) не идет [8, с.241], патент РФ №2181117. Кроме того, для возможности регулирования и оптимизации модуля М в зависимости от концентрации СО2 отношение мольных концентраций H2/CO в синтез-газе должно быть больше 2,0 [3,5,6].
Известно техническое решение комплекса получения водородсодержащего газа по патенту РФ на изобретение № 2632846. Генерацию СГ осуществляют в управляемом охлаждаемом проточном ГСГ, в состав которого входят смесительная (форсуночная) головка, запальное устройство, камера сгорания, испарительная камера, система управления. В смесительную головку реактора раздельно подают два исходных компонента: очищенный от соединений серы предварительно нагретый и увлажненный УВГ и нагретый окислитель (кислород или обогащенный кислородом воздух). Парциальное окисление проводят при коэффициенте избытка окислителя α=0,33-0,40, давлении подачи компонентов 5÷10 МПа и содержании водяного пара 10÷20% от массы УВГ, начальной температуре газовой смеси 350-4500С. В результате экзотермической реакции парциального окисления на выходе камеры сгорания реактора образуется водородсодержащий газ, содержащий преимущественно моно- и диоксид углерода, водород, пары воды и азот. Для уменьшения температуры водородсодержащего на выходе реактора поток газа охлаждают деминерализованной водой в испарительной камере реактора, соосно соединенной с камерой сгорания.
3. Розовский А.Я. Теоретические основы процесса синтеза метанола / А.Я. Розовский, Г.И. Лин. – М.: Химия, 1990. – 272 с.
4. Лищинер И.И., Малова О.В., Тарасов А.Л. и др. Получение метанола из забаластированного азотом синтез-газа // Катализ в промышленности, №4, 2010, С. 50-55.
Далее газ последовательно проходит через блок теплообменников для получения перегретого пара на смешивание с УВГ и его нагрева, а также через котел-утилизатор (КУ) для охлаждения водородсодержащего газа и выработки технологического пара. На выходе КУ поддерживается расчетная температура в диапазоне 350÷3800С. С целью получения оптимального для синтеза метанола мольного соотношения Н2/СО
2,2÷2,8 после котла-утилизатора проводится коррекция состава водородсодержащего газа путем паровой каталитической конверсии монооксида углерода с использованием железо-хромовых или медь-цинк-алюмокальциевых катализаторов, работающих в среднетемпературном диапазоне 300÷5000С. После блока коррекции обогащенный водородсодержащий газ с увеличенной в результате экзотермической реакции паровой каталитической конверсии монооксида углерода температурой порядка 380-4100С подается в третий теплообменник-холодильник, в котором охлаждается потоком воды, поступающим на второй вход третьего теплообменника. На выходе третьего теплообменника образуется водяной пар и охлажденный водородсодержащий газ, который далее поступает в сепаратор для разделения газовой и жидкой фазы. Отходящий из сепаратора сухой газ поступает в четвертый теплообменник, в котором подогревается перед подачей в блок синтеза метанола паром, поступающим в четвертый теплообменник с выхода третьего теплообменника. Для стабилизации давления газа на выходе комплекса получения водородсодержащего газа устанавливают регулятор давления.
Основными недостатками технического решения по патенту РФ на изобретение № 2632846 являются следующие. Во-первых, применение в качестве окислителя кислорода или значительно обогащенного кислородом воздуха неприемлемо для работы малотоннажной установки в промысловых условиях по причине низкой эксплуатационной безопасности и высокой стоимости системы разделения воздуха. Во-вторых, отсутствует возможность улавливания сажи на выходе реактора, что может привести к облитерации магистралей и теплообменников, а также к закоксовыванию катализаторов. В-третьих, использование паровой каталитической конверсии монооксида углерода в блоке коррекции отношения Н2/СО значительно усложняет эксплуатацию комплекса получения СГ в промысловых условиях. В-четвертых, отсутствует возможность регулирования стехиометрического соотношения компонентов (модуля) СГ для оптимального синтеза метанола.
Ближайшим аналогом является техническое решение комплекса получения СГ в малотоннажной установке по производству метанола по патенту РФ на полезную модель №176510. В сравнении с патентом на изобретение № 2632846 при реализации парциального окисления УВГ предложено использовать в качестве окислителя преимущественно воздух, что обосновано в работах [9,10]. Кроме того, в блоке коррекции СГ предусмотрена техническая возможность регулирования содержания диоксида углерода для управления модулем СГ.
Основными недостатками технического решения комплекса генерации СГ по полезной модели №176510 являются: отсутствие технологической возможности для улавливания сажи на выходе ГСГ; применение сложного в промысловых условиях эксплуатации блока коррекции отношения Н2/СО; низкая эффективность предложенного способа регулирования содержания диоксида углерода в СГ вследствие недостаточной растворимости СО2 в водяном конденсате при указанных в патенте диапазонах давлений и температур.
Предлагаемое техническое решение направлено на преодоление отмеченных недостатков, что обеспечивается совокупностью следующих отличительных признаков, адаптированных под требования малотоннажного производства метанола в промысловых условиях, а именно: применение воздуха в качестве окислителя УВГ, введение блока очистки синтез-газа от конденсированной фазы (сажи), изменение структуры блока коррекции СГ путем исключения блока коррекции отношения Н2/СО и введения адсорбера диоксида углерода.
Сущность предлагаемого решения и работа комплекса поясняются с помощью фиг. 1. В состав установки получения СГ для малотоннажного производства метанола входят: блок подачи УВГ; блок подачи воздуха; блок подачи деминерализованной воды; ГСГ, содержащий: смесительную головку, запальное устройство, камеру сгорания (КС), испарительную камеру (ИК); блок очистки СГ от конденсированной фазы; блок теплообменников; сепаратор; блок коррекции состава синтез-газа; автоматизированная система контроля и управления (АСКУ).
Блок подачи УВГ включает компрессор 1, регулятор массового расхода 2, теплообменник 3 и смеситель 4. УВГ с требуемым массовым расходом и давлением 6,5-7,5 МПа подают в теплообменник 3 и нагревают до температуры 500-5500С водородсодержащим газом, поступающим с выхода блока очистки синтез-газа 10. Нагретый УВГ с выхода 3 подают в смеситель 4, где смешивают с водяным паром, поступающим в 4 с выхода КУ 15 через мерную шайбу (на фигуре 1 не указана). После 4 парогазовую смесь подают в смесительную головку 7.
Блок подачи воздуха включает компрессор 5, регулятор массового расхода 6 и теплообменник 16, с выхода которого нагретый до 250-3000С воздух подают с давлением 6,5-7,5 МПа в смесительную головку 7.
Блок подачи деминерализованной воды включает: насос 11 и расходомер-регулятор массового расхода 12, обеспечивающий регулируемую подачу воды в ИК 9 (вода 1) с давлением, совпадающим с давлением подачи компонентов в смесительную головку ГСГ; насос 13 и расходомер-регулятор массового расхода 14, обеспечивающий регулируемую подачу воды (вода 2) в котел-утилизатор 15; блок оборотного водоснабжения, который обеспечивает подачу деминерализованной воды в теплообменник-холодильник 17 (вода 3), а также в смесительную головку 7, рубашку охлаждения КС и ИК для охлаждения теплонагруженных элементов ГСГ (потоки оборотного водоснабжения не указаны на фиг. 1).
В КС 8 происходит смешение нагретых потоков увлажненного УВГ и воздуха в турбулентном режиме течения газов и парциальное окисление УВГ с образованием на выходе КС водородсодержащего газа. При запуске процесса осуществляют первоначальное воспламенение газовой смеси в запальной камере ГСГ при помощи свечи зажигания. Основной поток газа воспламеняют струей горячих продуктов сгорания, поступающих в КС из запальной камеры.
Водородсодержащий газ из КС поступает в ИК 9, в которую через регулятор 12 впрыскивают деминерализованную воду, чтобы на выходе ИК получить водородсодержащий газ с регулируемой температурой 880-9300С.
Одновременно с реакцией парциального окисления природного газа воздухом в КС и ИК протекают реакции паровой конверсии монооксида углерода СО+Н2О=Н2+СО2 и метана CH4+Н2О=СО+3Н2, являющегося основным компонентом УВГ, при давлении в КС 6,0-7,0 МПа. В результате на выходе ИК отношение Н2/СО будет больше 2,0, что необходимо для оптимального синтеза метанола.
5. Арутюнов В.С. Арутюнов В.С., Савченко В.И., Седов И.В. О перспективах промысловых газохимических технологий на основе азотсодержащего синтез-газа // НефтеГазоХимия, 2016, №4, с. 14-23.
Отношение Н2/СО зависит главным образом от объема воды, впрыскиваемой в ИК, а также от степени увлажнения УВГ и величины коэффициента избытка окислителя, рекомендуемое значение которого для компонентов природный газ-воздух составляет 
= 0,37-0,39.
С выхода 9 водородсодержащий газ подают в блок очистки СГ от конденсированной фазы 10, который в простейшем случае представляет блок циклонов. После очистки газ поступает в теплообменник 3 для нагрева УВГ до температуры 500-5500С. С выхода 3 газ с расчетной температурой порядка 550-6500С подают в КУ 15, на второй вход которого подают деминерализованную воду через расходомер-регулятор 14 от автономного насоса 13 (вода 2). На выходе КУ образуется водяной пар с регулируемой температурой в диапазоне 350÷3800С, используемый в дальнейшем для технологических нужд. Часть пара, массовый расход которого составляет 15% от номинального массового расхода УВГ, с выхода 15 подают через мерную шайбу в 4 для смешивания с нагретым УВГ.
С выхода 15 водородсодержащий газ подают в теплообменник 16 для нагрева до 250-3000С воздуха, поступающего на второй вход 16 с выхода 6. Нагретый воздух из 16 поступает в смесительную головку 7. Синтез-газ с выхода 16 подают в теплообменник-холодильник 17 и охлаждают оборотной водой (вода 3) или путем воздушного охлаждения до температуры 30-500С, после чего газожидкостную смесь подают в сепаратор 18 для отделения водяного конденсата, который используют в оборотном водоснабжении. В случае необходимости дополнительной очистки от соединений серы СГ газ с выхода 16 подают в блок десульфуризации (на фигуре 1 не указан) и далее в теплообменник-холодильник 17.
После сепаратора 18 сухой синтез-газ газ подают в блок коррекции для регулирования содержания диоксида углерода в газе. Блок коррекции представляет ветвитель с двумя разветвляющимися после 18 магистралями. Одну магистраль напрямую соединяют со смесителем 21. Вторая магистраль содержит последовательно соединенные управляемый дроссель 19 и адсорбер диоксида углерода 20, выход которого соединяют со вторым входом смесителя 21.
Содержание диоксида углерода на выходе смесителя 21 регулируют путем изменения массового расхода газа через адсорбер (молекулярное сито) 20 с помощью управляемого дросселя 19. Увеличение газового потока через адсорбер приводит к уменьшению концентрации СО2 в СГ на выходе смесителя 21 и в итоге к увеличению стехиометрического соотношения (модуля) СГ, идущего на синтез метанола. Увеличение модуля необходимо, поскольку его начальное значение при парциальном окислении УВГ воздухом без коррекции состава СГ составляет М = 1,2÷1,5, что существенно меньше рекомендуемых значений.
Регулирование модуля СГ осуществляют с помощью АСКУ, в состав которой входят: управляющее устройство - персональный компьютер; датчики - расходов, давлений и температуры, газоанализатор; исполнительные устройства – расходомеры-регуляторы массовых расходов УВГ, воздуха и деминерализованной воды, управляемый дроссель. Контроль содержания СО2 осуществляют по данным газоанализатора 23, установленного на трубопроводе потока СГ после смесителя 21. Информация о составе газа поступает в персональный компьютер, в котором в соответствии с заложенной программой автоматически вырабатывается управляющее воздействие на дроссель 19 для изменения массового расхода через адсорбер таким образом, чтобы итоговое содержание СО2 в СГ обеспечивало рекомендованные значения модуля в диапазоне М=2,0÷2,3.
Вариант конструкции адсорбера представляет параллельно соединенные адсорберы-поглотители, загруженные цеолитом СаА. Каждый из адсорберов-поглотителей работает
последовательно в одном из трех периодически переключаемых режимов: режиме адсорбции СО2 из синтез-газа при температуре 30-500С, режиме регенерации адсорбента от СО2 потоком осушенного воздуха при температуре 170÷2500С, режиме охлаждения (после регенерации) до температуры 30-500С. Количество адсорберов-поглотителей зависит от объема утилизируемого диоксида углерода, исходя из адсорбционной емкости 0,2 г/г при температуре газа 30-500С [11]. Массогабаритные характеристики адсорберов, зависящие от плотности адсорбента и допустимой линейной скорости адсорбции, позволяют использовать эти аппараты в установках получения СГ при малотоннажном производстве метанола.
С выхода 21 газ подают на регулятор 22 для обеспечения требуемого давления подачи газа в блок синтеза метанола на уровне 5,0÷5,5 МПа, а также стабилизации рабочего давления в аппаратах установки. В случае необходимости возможно использование технологического пара с выхода 15 для нагрева СГ до 200-2200С перед его подачей в установку синтеза метанола.
Работа установки иллюстрируется следующим примером. В качестве УВГ применяют предварительно очищенный от примесей серы природный газ, имеющий следующий состав, об.%: СН4 – 97,57, С2Н6 – 1, С3Н8 – 0,37, С4Н10 – 0,15, N2 – 0,84, СО2 – 0,07. В качестве окислителя используют воздух. Степень увлажнения УВГ составляет 15 % масс. водяного пара к массе УВГ. Парциальное окисление природного газа воздухом проводят при коэффициенте избытка окислителя =0,38, давлении в камере сгорания 6,0 МПа, начальной температуре газовой смеси в камере сгорания 4000С. Массовые расходы компонентов: природный газ – 468 кг/ч, воздух – 3112 кг/ч, вода впрыска в ИК - 560 кг/ч. Расход СГ через адсорбер 20 составляет 60% от расхода СГ с выхода сепаратора 18. Балансовый состав газа в аппаратах установки приведен в табл. 1.
Таблица 1 – Балансовый состав газовых потоков в аппаратах установки получения синтез-газа
Из данных табл. 1 следует, что без коррекции (состав СГ после сепаратора 18) значение модуля СГ составляет М
1,32. С использованием блока коррекции (состав СГ после смесителя 21) значение модуля составляет М 2,06.
11. Турчанович И.Е., Турчанович Н.Н. Синтетические цеолиты. Очистка биогаза от балластных примесей // Международный научно-исследовательский журнал, ISSN 2303-9868 PRINT, ISSN 2227-6017 ONLINE, 2016, №1, ч.2, с. 71-77.
Claims (10)
1. Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола, содержащая: узлы подготовки природного газа и воздуха, соединенные с газогенератором парциального окисления, с выхода которого синтез-газ подают в блок циклонов для очистки синтез-газа от конденсированной фазы; выход блока циклонов соединяют со входом блока теплообменников, состоящего из последовательно соединенных теплообменников, предназначенных для нагрева природного газа, выработки технологического пара и нагрева воздуха; теплообменник-холодильник для охлаждения синтез-газа, вход которого соединяют с выходом блока теплообменников, а выход соединяют с сепаратором, с выхода которого синтез-газ подают в блок коррекции стехиометрического соотношения компонентов синтез-газа; регулятор давления, вход которого соединяют с выходом блока коррекции, а выход регулятора давления соединяют со входом в блок синтеза метанола.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что газогенератор парциального окисления включает: смесительную головку, в которую раздельно подают природный газ и воздух; соединенную со смесительной головкой проточную камеру сгорания, в которой осуществляют смешение нагретого и увлажненного природного газа и нагретого воздуха в турбулентном режиме течения газов и их парциальное окисление; соосно соединенную с камерой сгорания проточную испарительную камеру, в которой синтез-газ, поступающий из камеры сгорания, охлаждают до регулируемой температуры в диапазоне 880-9300С потоком химочищенной воды, впрыскиваемой в испарительную камеру.
3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что процесс парциального окисления проводят при давлении в камере сгорания 6,0-7,0 МПа и коэффициенте избытка окислителя в диапазоне α = 0,37-0,39.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система последовательно включенных теплообменников включает: первый теплообменник, предназначенный для нагрева природного газа потоком синтез-газа с выхода блока циклонов, котел-утилизатор, в котором поток химочищенной воды, подаваемой от автономного насоса, нагревают потоком синтез-газа с выхода первого теплообменника для получения технологического пара с регулируемой температурой 350-3800С, второй теплообменник, соединенный с выходом котла-утилизатора и предназначенный для нагрева воздуха, подаваемого на второй вход второго теплообменника, до температуры 250-3000С потоком синтез-газа с выхода котла-утилизатора.
5. Установка по п.1 или 4, отличающаяся тем, что часть массового расхода водяного пара с выхода котла-утилизатора, составляющую 15 мас.% от номинального массового расхода природного газа, подают через мерную шайбу в первый смеситель для смешения с потоком нагретого природного газа.
6. Установка по одному из пп.1,4,5, отличающаяся тем, что узел подготовки природного газа включает последовательно соединенные компрессор, расходомер-регулятор массового расхода природного газа, первый теплообменник, в котором природный газ с выхода расходомера-регулятора нагревают до температуры 500-5500С потоком синтез-газа с выхода блока циклонов, первый смеситель, в котором смешивают потоки нагретого природного газа с выхода первого теплообменника и водяного пара, а парогазовую смесь с выхода смесителя подают в смесительную головку газогенератора парциального окисления.
7. Установка по п.1 или 4, отличающаяся тем, что узел подготовки воздуха включает последовательно соединенные компрессор, расходомер-регулятор массового расхода воздуха и второй теплообменник, в котором воздух нагревают до температуры 250-3000С и подают в смесительную головку газогенератора парциального окисления.
8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок коррекции стехиометрического соотношения синтез-газа представляет ветвитель, содержащий две параллельные магистрали, одна из которых соединена со вторым смесителем напрямую, а вторая магистраль содержит последовательно включенные управляемый дроссель и адсорбер диоксида углерода, выход которого соединен со вторым входом второго смесителя.
9. Установка по п.1 или 8, отличающаяся тем, что адсорбер диоксида углерода состоит из каскада адсорберов-поглотителей, загруженных цеолитом СаА, каждый из адсорберов последовательно работает в одном из трех периодически переключаемых режимов: адсорбции СО2 из синтез-газа при температуре 30-500С, регенерации адсорбента от СО2 потоком осушенного воздуха при температуре 170-2500С, охлаждения после регенерации до температуры 30-500С.
10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что регулятор давления настраивают на величину 5,0-5,5 МПа.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018115268U RU183401U1 (ru) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018115268U RU183401U1 (ru) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU183401U1 true RU183401U1 (ru) | 2018-09-21 |
Family
ID=63671319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018115268U RU183401U1 (ru) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU183401U1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2142331A (en) * | 1983-06-29 | 1985-01-16 | Toyo Engineering Corp | A process for producing methanol |
| RU2519940C2 (ru) * | 2009-03-12 | 2014-06-20 | Метанол Касале С.А. | Способ синтеза метанола |
| RU176510U1 (ru) * | 2017-06-20 | 2018-01-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" | Малотоннажная установка получения метанола |
-
2018
- 2018-04-25 RU RU2018115268U patent/RU183401U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2142331A (en) * | 1983-06-29 | 1985-01-16 | Toyo Engineering Corp | A process for producing methanol |
| RU2519940C2 (ru) * | 2009-03-12 | 2014-06-20 | Метанол Касале С.А. | Способ синтеза метанола |
| RU176510U1 (ru) * | 2017-06-20 | 2018-01-22 | Общество с ограниченной ответственностью "ВТР" | Малотоннажная установка получения метанола |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101190781B (zh) | 小型轻烃水蒸气转化制氢工艺方法 | |
| RU2503651C1 (ru) | Способ получения метанола из углеводородного газа газовых и газоконденсатных месторождений и комплексная установка для его осуществления | |
| CN113896197B (zh) | 一种烃类二氧化碳重整制取一氧化碳的方法 | |
| RU2632846C1 (ru) | Способ получения водородсодержащего газа для производства метанола и устройство для его осуществления | |
| RU183401U1 (ru) | Установка получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола | |
| US10988378B2 (en) | Pilot plant for chemical looping hydrogen generation using single-column packed bed and hydrogen generation method | |
| RU176510U1 (ru) | Малотоннажная установка получения метанола | |
| CN100412173C (zh) | 焦炉气预处理及部分氧化制合成原料气的工艺方法 | |
| RU2643542C1 (ru) | Способ получения водорода из углеводородного сырья | |
| RU2515477C2 (ru) | Способ получения водорода | |
| AU2021286875B2 (en) | Method for the production of hydrogen | |
| RU102537U1 (ru) | Установка для получения метанола из природного газа | |
| RU2203214C1 (ru) | Способ получения метанола | |
| RU183172U1 (ru) | Малотоннажная установка получения метанола | |
| WO2021204608A1 (en) | Gasification of organic waste streams | |
| RU2685656C1 (ru) | Способ управления процессом получения синтез-газа для малотоннажного производства метанола | |
| RU184920U1 (ru) | Малотоннажная установка получения водорода | |
| EP1785393A2 (en) | Method for producing hydrogen from a mixture of methane and carbon dioxide | |
| US10486968B2 (en) | Plant for production of hydrogen and method for operating this plant | |
| US20220185663A1 (en) | Methods of producing hydrogen and nitrogen using a feedstock gas reactor | |
| RU2786069C1 (ru) | Способ получения водорода из природного газа | |
| CN219079147U (zh) | 一种酸性水净化处理装置 | |
| AU2022271392B2 (en) | Methods of Producing One or More Products Using A Feedstock Gas Reactor | |
| RU2505475C1 (ru) | Способ совместного получения синтетических жидких углеводородов и метанола и установка для его осуществления, интегрированная в объекты промысловой подготовки нефтяных и газоконденсатных месторождений | |
| US20220185664A1 (en) | Methods of producing one or more products using a feedstock gas reactor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190426 |