RU2475468C1 - Method of producing liquid synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases - Google Patents

Method of producing liquid synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases Download PDF

Info

Publication number
RU2475468C1
RU2475468C1 RU2011146194/04A RU2011146194A RU2475468C1 RU 2475468 C1 RU2475468 C1 RU 2475468C1 RU 2011146194/04 A RU2011146194/04 A RU 2011146194/04A RU 2011146194 A RU2011146194 A RU 2011146194A RU 2475468 C1 RU2475468 C1 RU 2475468C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon dioxide
synthesis gas
catalytic
reactor
conversion
Prior art date
Application number
RU2011146194/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Львович Астановский
Лев Залманович Астановский
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ФАСТ ИНЖИНИРИНГ"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ФАСТ ИНЖИНИРИНГ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ФАСТ ИНЖИНИРИНГ"
Priority to RU2011146194/04A priority Critical patent/RU2475468C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2475468C1 publication Critical patent/RU2475468C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method of producing liquid synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases, involving purification of starting material from sulphur compounds, steam-carbon dioxide catalytic conversion of the starting material purified from sulphur compounds at temperature of 950-1050°C to obtain synthesis gas by supplying high-grade heat to the catalytic reactor and feeding into said reactor carbon dioxide separated from exhaust flue gases, and water vapour which is generated in a steam boiler which is heated by hot synthesis gas, subsequent catalytic processing of the synthesis gas via a Fischer-Tropsch technique, separating a mixture of liquid hydrocarbons from products obtained from synthesis gas processing and subsequent separation of the mixture into fractions of commercial grade hydrocarbons. The method is characterised by that at the outlet of the steam boiler, synthesis gas is divided into two streams, one of which is fed for catalytic processing in a Fischer-Tropsch synthesis reactor and the second stream is fed into a hydrogen production unit in which steam conversion of carbon oxide, separation of water and absorption of carbon dioxide are successively carried out, after which the purified hydrogen is fed into a desulphurisation unit for hydrogenation of organic sulphur compounds contained in the starting material and carbon dioxide separated during regeneration of the absorbent is mixed with the stream of carbon dioxide separated from flue gases and then fed into the catalytic reactor for steam-carbon dioxide conversion of the starting material.
EFFECT: method is independent of external hydrogen sources needed to carry out desulphurisation.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к газохимии, а конкретно к способам каталитической переработки газообразного углеводородного сырья в синтетические жидкие углеводороды.The invention relates to gas chemistry, and specifically to methods for the catalytic processing of gaseous hydrocarbon feedstocks into synthetic liquid hydrocarbons.

В связи с истощением запасов нефти и увеличением стоимости ее добычи все более актуальной оказывается проблема получения синтетических жидких углеводородов из альтернативных нефти источников углеводородсодержащего сырья, в первую очередь, углеводородных газов (природного газа, сланцевого газа, попутного нефтяного газа, газов нефтепереработки). Кроме того, освоение утилизации попутного нефтяного газа для производства жидких углеводородов, который в настоящее время в огромных количествах сжигается в факелах, имеет большое значение не только с точки зрения полезного использования этого потенциально ценного продукта, но также и для решения одной из основных экологических проблем - уменьшения выброса в атмосферу диоксида углерода.In connection with the depletion of oil reserves and an increase in the cost of its production, the problem of obtaining synthetic liquid hydrocarbons from alternative oil sources of hydrocarbon-containing raw materials, primarily hydrocarbon gases (natural gas, shale gas, associated petroleum gas, oil refining gases), is becoming increasingly urgent. In addition, the development of the utilization of associated petroleum gas for the production of liquid hydrocarbons, which are currently in large quantities flared, is of great importance not only in terms of the beneficial use of this potentially valuable product, but also for solving one of the main environmental problems - reduce carbon dioxide emissions.

Все известные технологические процессы получения синтетических жидких углеводородных продуктов, в том числе топливного назначения, из газообразного углеводородного сырья включают в качестве основных стадий каталитическую конверсию газообразного сырья (паровую, парокислородную или пароуглекислотную) с получением синтез-газа (смесь СО и Н2 с небольшим содержанием СО2, Н2О, N2, Ar и др.) и последующий каталитический синтез жидких углеводородов из синтез-газа.All known technological processes for producing synthetic liquid hydrocarbon products, including fuel, from gaseous hydrocarbon feedstocks include, as the main stages, the catalytic conversion of gaseous feedstocks (steam, vapor-oxygen or carbon-dioxide) to produce synthesis gas (a mixture of CO and H 2 with a small content СО 2 , Н 2 О, N 2 , Ar, etc.) and the subsequent catalytic synthesis of liquid hydrocarbons from synthesis gas.

Как правило, углеводородные газы (природный, попутный, сланцевый, газообразные продукты нефтепереработки) содержат большее или меньшее количество сернистых соединений как неорганических (сероводород H2S), так и различных органических соединений, в том числе сероуглерода CS2, сульфидоксида углерода COS, тиофена C4H4S, сульфидов R2S, дисульфидов R2S2, меркаптанов (СН3SН, C2H5SH и др.).As a rule, hydrocarbon gases (natural, associated, shale, gaseous products of oil refining) contain more or less sulfur compounds as inorganic (hydrogen sulfide H 2 S), and various organic compounds, including carbon disulfide CS 2 , carbon sulfide COS, thiophene C 4 H 4 S, sulfides R 2 S, disulfides R 2 S 2 , mercaptans (CH 3 SN, C 2 H 5 SH, etc.).

Присутствие сернистых соединений в технологических газах, поступающих на каталитическую переработку, недопустимо, т.к. сера является сильнодействующим каталитическим ядом; кроме того, присутствие серы вызывает интенсивную коррозию аппаратуры. Поэтому перед проведением каталитической конверсии углеводородных газов для получения синтез-газа обязательным этапом является сероочистка, которую проводят в две стадии.The presence of sulfur compounds in the process gases entering the catalytic processing is unacceptable, because sulfur is a potent catalytic poison; in addition, the presence of sulfur causes intense corrosion of the equipment. Therefore, before carrying out the catalytic conversion of hydrocarbon gases to produce synthesis gas, desulfurization is an obligatory step, which is carried out in two stages.

На первой стадии органические соединения серы подвергают гидрированию водородом. При этом протекают следующие реакции:In a first step, organic sulfur compounds are hydrogenated. The following reactions occur:

CS2+4Н2=2H2S+СН4 CS 2 + 4H 2 = 2H 2 S + CH 4

COS+H2=H2S+COCOS + H 2 = H 2 S + CO

C4H4S,+4H2=H2S+C4H10 C 4 H 4 S, + 4H 2 = H 2 S + C 4 H 10

С2Н5SН+Н22S+С2Н6 С 2 Н 5 СН + Н 2 = Н 2 S + С 2 Н 6

и т.п.etc.

Таким образом, сера из органических соединений переводится в сероводород.Thus, sulfur from organic compounds is converted to hydrogen sulfide.

На второй стадии образовавшийся сероводород улавливают при температуре 390-410°С поглотителем, например оксидом цинка.In the second stage, the resulting hydrogen sulfide is trapped at a temperature of 390-410 ° C with an absorbent, for example zinc oxide.

Следовательно, для проведения эффективной сероочистки углеводородных газов, в частности для гидрирования органических соединений серы, необходим водород.Consequently, hydrogen is needed to carry out effective desulfurization of hydrocarbon gases, in particular for hydrogenation of organic sulfur compounds.

В известных технических решениях, в том числе в патентах, касающихся получения жидких углеводородов из углеводородных газов, не рассматриваются вопросы, связанные со способами получения водорода для систем сероочистки углеводородных газов перед проведением каталитической конверсии или предусматривается подача в блок обессеривания исходного сырья неочищенных отходящих газов, выделяющихся при синтезе жидких углеводородов и содержащих в своем составе водород, или предварительное выделение водорода из неочищенных отходящих газов методом короткоцикловой адсорбции, или использование водорода от стороннего источника. Недостатки указанных способов обеспечения сероочистки водородом рассмотрены при анализе прототипа.Known technical solutions, including patents relating to the production of liquid hydrocarbons from hydrocarbon gases, do not address issues related to methods for producing hydrogen for hydrocarbon gas desulfurization systems prior to catalytic conversion, or it provides for the supply of untreated exhaust gases emitted to the desulfurization unit of the feedstock in the synthesis of liquid hydrocarbons and containing hydrogen, or the preliminary evolution of hydrogen from crude flue gases House pressure swing adsorption, or the use of hydrogen from an external source. The disadvantages of these methods of providing hydrogen desulfurization are considered in the analysis of the prototype.

Ниже приведены несколько аналогов и прототип предлагаемого изобретения, при рассмотрении которых отмечаются только недостатки, связанные с проблемой, решаемой предлагаемым изобретением - с обеспечением водородом сероочистки исходного сырья для получения синтетических жидких углеводородов из углеводородного сырья.Below are a few analogues and a prototype of the invention, the consideration of which only drawbacks are associated with the problem solved by the invention - providing hydrogen desulphurisation of feedstock to produce synthetic liquid hydrocarbons from hydrocarbon feedstocks.

Известен способ получения моторных топлив - диметилового эфира (ДМЭ) и/или бензина из углеродсодержащего сырья (патент RU 2143417, С7С 1/04, опубл. 27.12.99, бюл. №36), согласно которому при получении синтез-газа к подаваемому в конвертор углеродсодержащему сырью добавляют воду и кислород; затем для получения жидких топлив полученный синтез-газ (СО+H2+СО2) подвергают при высоком давлении (до 8 МПа) каталитической переработке в две стадии: в реакторе 1-й стадии при температуре 220-320°С (синтез ДМЭ) и в реакторе 2-й стадии при температуре 340-420°С (синтез бензина). При этом газовую фазу после ректора 1-й стадии разделяют на два потока - один направляют в реактор 2-й стадии на дальнейшую переработку, второй, для увеличения выхода ДМЭ, возвращают на смешение с синтез-газом перед реактором 1-й стадии, а газовую фазу после реактора 2-й стадии для увеличения выхода бензина возвращают на вход в этот реактор. В другом варианте всю газовую фазу из реактора 1-й стадии направляют в реактор 2-й стадии, после которого газовую фазу возвращают в поток синтез-газа перед реактором 1-й стадии. Таким образом, предусмотрены один или два контура рециркуляции газовых потоков. Вода, полученная в этих реакторах, возвращается в конвертор синтез-газа.There is a method of producing motor fuels - dimethyl ether (DME) and / or gasoline from carbon-containing raw materials (patent RU 2143417, С7С 1/04, publ. 12/27/99, bull. No. 36), according to which, when producing synthesis gas supplied to converter carbon-containing raw materials add water and oxygen; then, to obtain liquid fuels, the resulting synthesis gas (CO + H 2 + CO 2 ) is subjected to catalytic processing at high pressure (up to 8 MPa) in two stages: in a stage 1 reactor at a temperature of 220-320 ° С (DME synthesis) and in the reactor of the 2nd stage at a temperature of 340-420 ° C (gasoline synthesis). In this case, the gas phase after the 1st stage reactor is divided into two streams - one is sent to the 2nd stage reactor for further processing, the second, to increase the DME yield, is returned to mix with synthesis gas in front of the 1st stage reactor, and the gas the phase after the 2nd stage reactor is returned to the inlet of the reactor to increase the gasoline yield. In another embodiment, the entire gas phase from the 1st stage reactor is sent to the 2nd stage reactor, after which the gas phase is returned to the synthesis gas stream in front of the 1st stage reactor. Thus, one or two gas recirculation circuits are provided. The water produced in these reactors is returned to the synthesis gas converter.

Недостатком способа является то, что не рассмотрены вопросы, связанные с проведением сероочистки исходного сырья, и, в частности, не проработан источник водорода, необходимого для гидрирования содержащихся в нем органических соединений серы.The disadvantage of this method is that it does not address issues related to the desulfurization of the feedstock, and, in particular, the source of hydrogen necessary for hydrogenation of the organic sulfur compounds contained therein has not been developed.

Известен также способ получения жидких углеводородов каталитической переработкой углеводородных газов по патенту RU 2198156, С7С 1/04, опубл. 10.02.03, бюл. №4. Согласно этому патенту, технологический процесс включает двухступенчатую каталитическую конверсию поступающего газообразного углеводородного сырья последовательно в высоко- и среднетемпературном конверторах с подводом воздуха и высокотемпературного тепла и получением синтез-газа, подвергаемого далее каталитической переработке по методу Фишера-Тропша при давлении 3 МПа и температуре 520 К с получением жидких углеводородов, дожигание части газообразных продуктов синтеза с выделением диоксида углерода из продуктов сгорания и низкотемпературную конверсию подвергнутых смешению рециркуляционных газообразных продуктов синтеза с выделенным из продуктов сгорания диоксидом углерода. В ходе низкотемпературной конверсии производят каталитическое восстановление содержащегося в смеси с водородом диоксида углерода до оксида углерода с одновременным образованием воды. Полученные продукты вводят в состав синтез-газа, подаваемого на каталитическую переработку, или делят на два потока, один из которых направляют на смешение с подаваемым на конверсию сырьем, а второй вводят в состав синтез-газа, подаваемого на каталитическую переработку.There is also known a method of producing liquid hydrocarbons by catalytic processing of hydrocarbon gases according to patent RU 2198156, С7С 1/04, publ. 02/10/03, bull. Number 4. According to this patent, the technological process includes a two-stage catalytic conversion of incoming gaseous hydrocarbon feeds sequentially in high and medium temperature converters with air and high temperature heat inlet and producing synthesis gas, which is further subjected to catalytic processing according to the Fischer-Tropsch method at a pressure of 3 MPa and a temperature of 520 K with the production of liquid hydrocarbons, the afterburning of part of the gaseous synthesis products with the release of carbon dioxide from the combustion products and low temperature conversion of mixed recycle gaseous synthesis products with carbon dioxide extracted from the combustion products. During the low-temperature conversion, the catalytic reduction of carbon dioxide mixed with hydrogen to carbon monoxide is carried out with the simultaneous formation of water. The resulting products are introduced into the composition of the synthesis gas supplied to the catalytic processing, or divided into two streams, one of which is directed to mixing with the feed to the conversion of raw materials, and the second is introduced into the composition of the synthesis gas supplied to the catalytic processing.

Данный способ позволяет несколько увеличить выход жидких углеводородов, но его недостаток состоит в том, что не рассмотрены вопросы, связанные с проведением сероочистки исходного сырья, и, в частности, не проработан источник водорода, необходимого для гидрирования содержащихся в нем органических соединений серы.This method allows you to slightly increase the yield of liquid hydrocarbons, but its disadvantage is that issues related to the desulfurization of the feedstock are not considered, and, in particular, the source of hydrogen necessary for hydrogenation of the organic sulfur compounds contained in it is not developed.

Наиболее близким к изобретению является выбранный в качестве прототипа способ получения жидких углеводородов каталитической переработкой углеводородных газов по патенту RU 2247701 С2, М.кл. С7С 1/04, опубл. 10.03.2005, бюл. №7, сущность которого заключается в следующем: каталитическую конверсию природного газа проводят при взаимодействии с водяным паром и кислородсодержащим газом с получением синтез-газа в две ступени. В реакторе предварительного риформинга при температуре 430-500°С содержащиеся в природном газе углеводороды С2 и выше превращаются в метан, СО и СО2, после чего газовую смесь подогревают до температуры 550-650°С и вместе с кислородом или кислородсодержащим газом (воздухом) направляют в реактор автотермического риформинга (ATR), где под давлением 3-4 МПа конвертируют в синтез-газ. Температуру синтез-газа на выходе из ATR поддерживают в пределах 950-1050°С. Полученный синтез-газ охлаждают, после чего направляют в реактор синтеза Фишера-Тропша, где при давлении 2-4 МПа и температуре 180-240°С получают неочищенный продукт синтеза, состоящий из низших углеводородов, высших углеводородов, воды и непревращенного синтез-газа. Затем проводят разделение этого продукта на поток высших углеводородов, поток воды и поток отходящих газов, содержащий в основном оставшиеся компоненты. Далее, по меньшей мере часть отходящих газов с добавлением природного газа подвергают в отдельном аппарате паровому риформингу, после чего вводят их в основной поток синтез-газа перед реактором синтеза Фишера-Тропша и/или в поток газов, поступающих в реактор ATR, а другую часть отходящих газов подводят в блок обессеривания исходного сырья для гидрирования имеющимся в них водородом органических соединений серы, содержащихся в исходном сырье.Closest to the invention is the prototype method for producing liquid hydrocarbons by catalytic processing of hydrocarbon gases according to patent RU 2247701 C2, M.cl. C7C 1/04, publ. 03/10/2005, bull. No. 7, the essence of which is as follows: the catalytic conversion of natural gas is carried out by interacting with water vapor and an oxygen-containing gas to produce synthesis gas in two stages. In a pre-reforming reactor at a temperature of 430-500 ° C, hydrocarbons contained in natural gas C 2 and higher are converted to methane, CO and CO 2 , after which the gas mixture is heated to a temperature of 550-650 ° C and together with oxygen or an oxygen-containing gas (air) ) are sent to an autothermal reforming reactor (ATR), where they are converted to synthesis gas under a pressure of 3-4 MPa. The temperature of the synthesis gas at the outlet of the ATR is maintained within the range of 950-1050 ° C. The resulting synthesis gas is cooled, and then sent to the Fischer-Tropsch synthesis reactor, where, at a pressure of 2-4 MPa and a temperature of 180-240 ° C, a crude synthesis product is obtained consisting of lower hydrocarbons, higher hydrocarbons, water and unconverted synthesis gas. This product is then separated into a stream of higher hydrocarbons, a stream of water and a stream of exhaust gases, containing mainly the remaining components. Further, at least a portion of the offgas with the addition of natural gas is subjected to steam reforming in a separate apparatus, after which they are introduced into the main synthesis gas stream in front of the Fischer-Tropsch synthesis reactor and / or into the gas stream entering the ATR reactor, and the other part the exhaust gases are fed into the desulphurization unit of the feedstock for hydrogenation with the hydrogen in them of the organic sulfur compounds contained in the feedstock.

Указанный способ снабжения сероочистки водородом принят в изобретении в качестве основного (пп.6 и 7 формулы). В описании изобретения предложены также альтернативные способы:The specified method of supplying hydrogen desulphurization is accepted in the invention as the main one (claims 6 and 7 of the formula). Alternative methods are also provided in the description of the invention:

- предварительное извлечение водорода из указанного отходящего газа в процессе короткоцикловой адсорбции (КЦА) со скачком давления;- preliminary extraction of hydrogen from the specified exhaust gas during short cycle adsorption (CCA) with a pressure jump;

- подача водорода от внешнего источника.- hydrogen supply from an external source.

Однако каждый из предлагаемых способов имеет существенные недостатки.However, each of the proposed methods has significant disadvantages.

В неочищенных отходящих газах, помимо водорода, содержатся различные примеси и соединения, в том числе органические соединения, попадание которых в узел сероочистки значительно замедляет и снижает эффективность упомянутого выше процесса превращения органических соединений серы в сероводород, что, в свою очередь, приводит к снижению степени очистки от серы углеводородных газов, поступающих на каталитическую конверсию.In addition to hydrogen, the raw exhaust gases contain various impurities and compounds, including organic compounds, the ingress of which into the desulfurization unit significantly slows down and reduces the efficiency of the above-mentioned process of converting organic sulfur compounds to hydrogen sulfide, which, in turn, reduces the degree of purification of sulfur from hydrocarbon gases entering the catalytic conversion.

Для проведения очистки отходящих газов с помощью КЦА необходимы несколько параллельно подключенных адсорберов, работающих в переменном режиме (адсорбция- десорбция) со скачками давления, что требует включения в схему дополнительного компрессора, усложняет и удорожает установку, а также снижает ее надежность.To conduct exhaust gas purification using CCA, several parallel-connected adsorbers operating in a variable mode (adsorption-desorption) with pressure surges are required, which requires the inclusion of an additional compressor in the circuit, complicates and increases the cost of the installation, and also reduces its reliability.

При питании системы сероочистки водородом от внешнего источника исключается возможность автономной работы установки.When the hydrogen desulphurization system is powered by an external source, the autonomous operation of the installation is excluded.

Задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа получения синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов, независимого от внешних источников водорода, который необходим для проведения сероочистки исходного сырья перед подачей его на каталитическую конверсию, а также обеспечивающего увеличение выхода товарных продуктов на единицу массы подводимого к установке углеводородного газа.The objective of the present invention is to provide an effective method for producing synthetic liquid hydrocarbons from hydrocarbon gases, independent of external hydrogen sources, which is necessary for desulfurization of the feedstock before feeding it to catalytic conversion, as well as providing an increase in the yield of marketable products per unit mass of hydrocarbon gas supplied to the plant .

Для решения поставленной задачи предложен способ получения синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов, включающий очистку исходного сырья от сернистых соединений, пароуглекислотную каталитическую конверсию очищенного от соединений серы исходного сырья при температуре 950-1050°С с получением синтез-газа путем подвода к каталитическому реактору высокотемпературного тепла и подачи в него диоксида углерода, выделяемого из дымовых газов, и водяного пара, который генерируют в паровом котле, обогреваемом горячим синтез-газом, последующую каталитическую переработку синтез-газа по методу Фишера-Тропша, выделение из продуктов, полученных в результате переработки синтез-газа, смеси жидких углеводородов и последующее разделение смеси на фракции товарных видов углеводородов, который характеризуется тем, что на выходе из парового котла синтез-газ разделяют на два потока, один из которых направляют для каталитической переработки в реактор синтеза Фишера-Тропша, а второй поток отводят в блок получения водорода, в котором проводят последовательно паровую конверсию оксида углерода, сепарацию воды, абсорбцию диоксида углерода и регенерацию абсорбента с выделением диоксида углерода, после чего очищенный водород подают в блок сероочистки для гидрирования содержащихся в исходном сырье органических соединений серы, а диоксид углерода, выделяемый при регенерации абсорбента, подмешивают к потоку диоксида углерода, выделяемого из дымовых газов и подводимого затем в каталитический реактор пароуглекислотной конверсии исходного сырья.To solve this problem, a method for producing synthetic liquid hydrocarbons from hydrocarbon gases is proposed, including purification of feedstock from sulfur compounds, steam-carbon dioxide catalytic conversion of feedstock purified from sulfur compounds at a temperature of 950-1050 ° C to produce synthesis gas by supplying high-temperature heat to the catalytic reactor and supplying carbon dioxide emitted from the flue gas, and water vapor, which is generated in a steam boiler heated by hot synthesis gas subsequent catalytic processing of synthesis gas according to the Fischer-Tropsch method, separation of products from the synthesis gas processing, a mixture of liquid hydrocarbons, and subsequent separation of the mixture into fractions of commercial types of hydrocarbons, which is characterized by the fact that at the exit of the steam boiler synthesis the gas is divided into two streams, one of which is sent for catalytic processing to a Fischer-Tropsch synthesis reactor, and the second stream is diverted to a hydrogen production unit, in which steam conversion is carried out sequentially carbon monoxide, water separation, carbon dioxide absorption and regeneration of the absorbent with the release of carbon dioxide, after which the purified hydrogen is fed to the desulfurization unit for hydrogenation of the organic sulfur compounds contained in the feedstock, and the carbon dioxide released during the regeneration of the absorbent is mixed with the carbon dioxide stream, emitted from flue gases and then fed into the catalytic reactor of carbon dioxide conversion of the feedstock.

При этом в зависимости от содержания в исходном сырье сернистых соединений в блок получения водорода отводят от 0,5 до 2% от общего объема производимого синтез-газа.Moreover, depending on the content of sulfur compounds in the feedstock, from 0.5 to 2% of the total volume of the produced synthesis gas is diverted to the hydrogen production unit.

Кроме того, конверсию оксида углерода проводят преимущественно в реакторе радиально-спирального типа.In addition, the conversion of carbon monoxide is carried out mainly in a radial-spiral type reactor.

Ниже изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:Below the invention is illustrated by a specific example of its implementation and the accompanying drawings, in which:

фиг.1 изображает принципиальную технологическую схему получения синтетических жидких углеводородов из природного газа;figure 1 depicts a flow chart of the production of synthetic liquid hydrocarbons from natural gas;

фиг.2 - принципиальную технологическую схему блока получения водорода на фиг.1.figure 2 is a schematic flow diagram of a unit for producing hydrogen in figure 1.

На схемах обозначены следующие элементы:The following elements are indicated on the diagrams:

1 - узел сероочистки;1 - site desulfurization;

2 - горелка;2 - burner;

3 - каталитический реактор конверсии углеводородного газа;3 - catalytic reactor for the conversion of hydrocarbon gas;

4 - компрессор;4 - compressor;

5 - паровой котел;5 - steam boiler;

6 - охладитель синтез-газа;6 - synthesis gas cooler;

7 - реактор синтеза Фишера-Тропша;7 - Fischer-Tropsch synthesis reactor;

8 - блок разделения жидких углеводородов;8 - block separation of liquid hydrocarbons;

9 - блок рекуперации тепла дымовых газов;9 - flue gas heat recovery unit;

10 - охладитель дымовых газов;10 - flue gas cooler;

11 - блок отделения CO2;11 - block separation of CO 2 ;

12 - узел водоподготовки;12 - node water treatment;

13 - насос;13 - pump;

14 - блок получения водорода;14 is a block for the production of hydrogen;

15 - реактор конверсии оксида углерода;15 — carbon monoxide conversion reactor;

16 - конденсатор;16 - capacitor;

17 - сепаратор;17 - separator;

18 - абсорбер диоксида углерода;18 - carbon dioxide absorber;

19 - регенератор абсорбента;19 - absorbent regenerator;

20 - насос рециркуляции абсорбента;20 - absorbent recirculation pump;

21-46 - линии подвода-отвода рабочих сред.21-46 - lines of supply and removal of working environments.

Предлагаемый способ получения синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов реализуется следующим образом.The proposed method for producing synthetic liquid hydrocarbons from hydrocarbon gases is implemented as follows.

Исходное газообразное сырье - углеводородный газ подводится к узлу сероочистки 1, где очищается от соединений серы, а затем разделяется на два потока, один из которых подается по линии 21 на горелку 2 каталитического реактора 3 в качестве топлива, а второй поток по линии 22 направляется на пароуглекислотную конверсию в каталитический реактор 3, причем перед поступлением в каталитический реактор 3 углеводородный газ смешивается с нагнетаемым компрессором 4 по линии 23 диоксидом углерода, выделяемым из дымовых газов в блоке 11 выделения СО2 и подводимым к компрессору 4 по линии 24. Для проведения пароуглекислотной конверсии в каталитический реактор 3 по линии 25 из парового котла 5 подают также водяной пар. Конверсия проводится при давлении 0,2-3,0 МПа и температуре 950-1050°С.The initial gaseous feedstock, hydrocarbon gas, is fed to the desulfurization unit 1, where it is purified from sulfur compounds and then separated into two streams, one of which is fed through line 21 to burner 2 of the catalytic reactor 3 as fuel, and the second stream through line 22 is directed to steam-carbon dioxide conversion to a catalytic reactor 3, and before entering the catalytic reactor 3, the hydrocarbon gas is mixed with the injection compressor 4 through line 23 of carbon dioxide released from the flue gases in the block 2 of the allocation of CO 2 and water to the compressor 4 via line 24. To carry out the carbon dioxide conversion, steam is also supplied to the catalytic reactor 3 via line 25 from the steam boiler 5. The conversion is carried out at a pressure of 0.2-3.0 MPa and a temperature of 950-1050 ° C.

Поскольку в большинстве случаев давление исходного сырья, поступающего на переработку (например, природного газа), находится в указанных пределах, дополнительная компрессия его на входе в каталитический реактор 3 не требуется. Если же давление исходного сырья ниже указанного предела (что имеет место при переработке попутного нефтяного газа, а также газа из низконапорных малодебитных скважин), то поток углеводородного газа, подлежащего пароуглекислотной конверсии, следует подводить к линии 24 перед компрессором 4 (показано пунктиром).Since in most cases the pressure of the feedstock for processing (for example, natural gas) is within these limits, additional compression at the inlet to the catalytic reactor 3 is not required. If the pressure of the feedstock is below the specified limit (which occurs during the processing of associated petroleum gas, as well as gas from low-pressure low-debit wells), then the flow of hydrocarbon gas subject to steam-carbon dioxide conversion should be brought to line 24 in front of compressor 4 (shown by a dotted line).

Полученный синтез-газ по линии 26 поступает в качестве греющей среды в паровой котел 5 для генерации пара, необходимого для проведения пароуглекислотной конверсии углеводородного газа, где частично охлаждается, после чего выводится из парового котла 5 по линии 27 и разделяется на два потока. Основная часть полученного синтез-газа по линии 28 поступает в охладитель 6, в котором дополнительно охлаждается внешним хладоносителем (например, водой или воздухом) до температуры 20-40°С и отделяется от влаги, после чего по линии 29 подается в реактор 7 синтеза Фишера-Тропша, где при температуре 180-220°С протекает реакция синтеза жидких углеводородов, в результате которой образуются смесь жидких углеводородов, вода и отходящие газы. Смесь жидких углеводородов по линии 30 направляется в блок 8 разделения жидких углеводородов, где разделяется на товарные виды жидких углеводородов (ЖУВ), например различные виды синтетического топлива, а также жидкие углеводороды C21+. Отходящие газы выводятся из реактора 7 синтеза Фишера-Тропша в линию 31, откуда могут быть поданы в горелку 2 в качестве топлива и/или в каталитический реактор 3 для получения синтез-газа.The resulting synthesis gas through line 26 enters the steam boiler 5 as a heating medium to generate steam, which is necessary for the steam-carbon dioxide conversion of hydrocarbon gas, where it is partially cooled, after which it is removed from the steam boiler 5 through line 27 and is divided into two streams. The main part of the synthesis gas obtained through line 28 enters a cooler 6, in which it is additionally cooled by an external coolant (for example, water or air) to a temperature of 20-40 ° C and is separated from moisture, after which it is fed through line 29 to the Fischer synthesis reactor 7 -Tropsha, where at a temperature of 180-220 ° C, a liquid hydrocarbon synthesis reaction takes place, resulting in a mixture of liquid hydrocarbons, water and exhaust gases. The mixture of liquid hydrocarbons through line 30 is sent to block 8 for the separation of liquid hydrocarbons, where it is divided into commercial types of liquid hydrocarbons (LUH), for example various types of synthetic fuels, as well as liquid hydrocarbons C 21+ . Exhaust gases are removed from the Fischer-Tropsch synthesis reactor 7 to line 31, from where they can be fed to burner 2 as fuel and / or to catalytic reactor 3 to produce synthesis gas.

Углеводородный газ, который подается по линии 21 на горелку 2, сжигается в ней при температуре не выше 1150°С. Необходимый для горения воздух предварительно подогревается в блоке 9 рекуперации тепла дымовых газов, после чего по линии 32 подается на горелку 2.Hydrocarbon gas, which is fed through line 21 to burner 2, is burned in it at a temperature not exceeding 1150 ° C. The air required for combustion is preheated in the flue gas heat recovery unit 9, after which it is fed to burner 2 via line 32.

Дымовые газы (ДГ) отводятся из каталитического реактора 3 и по линии 33 подаются в блок 9 рекуперации тепла дымовых газов, где частично охлаждаются, после чего направляются в охладитель 10, в котором дополнительно охлаждаются внешним хладоносителем (например, водой или воздухом) и отделяются от влаги. Охлажденные дымовые газы по линии 34 подаются в блок 11 отделения CO2, после чего по линии 35 сбрасываются в атмосферу, а диоксид углерода по линии 24 направляется на вход компрессора 4 для последующей подачи в каталитический реактор 3.Flue gases (FG) are removed from the catalytic reactor 3 and fed through line 33 to the flue gas heat recovery unit 9, where they are partially cooled, and then sent to a cooler 10, in which they are additionally cooled by an external coolant (for example, water or air) and separated from moisture. Cooled flue gases are fed through line 34 to the CO 2 separation unit 11, after which they are discharged via line 35 to the atmosphere, and carbon dioxide is sent via line 24 to the inlet of compressor 4 for subsequent supply to the catalytic reactor 3.

Другая часть синтез-газа в объеме 0,5-2% от общего количества полученного синтез-газа отбирается за паровым котлом 5 из линии 27 и по линии 36 направляется в блок 14 получения водорода (см. фиг.2), где синтез-газ подвергается в каталитическом реакторе 15 паровой конверсии оксида углерода. Образовавшаяся парогазовая смесь по линии 37 подается в конденсатор 16, охлаждаемый хладоносителем от внешнего источника, затем по линии 38 в сепаратор 17, где отделяется от воды, после чего осушенный газ поступает по линии 39 в абсорбер 18, в котором диоксид углерода улавливается, а очищенный водород по линии 40 направляется в блок сероочистки 1 для гидрирования органических соединений серы, содержащихся в исходном сырье - углеводородном газе.Another part of the synthesis gas in the amount of 0.5-2% of the total amount of the synthesis gas obtained is taken after the steam boiler 5 from line 27 and sent through line 36 to the hydrogen production unit 14 (see FIG. 2), where synthesis gas exposed in a catalytic reactor 15 steam reforming of carbon monoxide. The resulting vapor-gas mixture is supplied through line 37 to a condenser 16, cooled by a coolant from an external source, then through line 38 to a separator 17, where it is separated from water, after which the dried gas flows through line 39 to an absorber 18, in which carbon dioxide is trapped, and purified hydrogen is sent via line 40 to desulfurization unit 1 for hydrogenation of organic sulfur compounds contained in the feedstock - hydrocarbon gas.

Из абсорбера 18 насыщенный диоксидом углерода абсорбент по линии 41 поступает в регенератор 19, в котором освобождается от диоксида углерода, после чего насосом 20 вновь подается в абсорбер 18, а выделившийся диоксид углерода по линии 43 вводится перед компрессором 4 в линию 24 и подмешивается к основному потоку диоксида углерода, поступающего из блока 11 отделения CO2.From the absorber 18, the carbon dioxide-saturated absorbent passes through line 41 to the regenerator 19, in which it is freed from carbon dioxide, after which it is fed back to the absorber 18 by the pump 20, and the carbon dioxide released through line 43 is introduced in front of the compressor 4 into line 24 and mixed with the main carbon dioxide stream coming from the CO 2 separation unit 11.

Вода, образующаяся при реакции синтеза Фишера-Тропша, а также конденсат из охладителей 6 и 10 соответственно синтез-газа и дымовых газов, а также из сепаратора 17 подается в узел водоподготовки 12, после очистки в котором направляется насосом 13 по линии 44 в качестве питательной воды в паровой котел 5. Первоначальное заполнение и подпитка водяной системы осуществляются водой от внешнего источника по линии 45. Часть водяного пара, генерируемого в паровом котле 5, по линии 46 направляют в пароэнергетическую установку для получения электроэнергии, необходимой для приводов компрессоров, насосов, вентиляторов и другого электропотребляющего оборудования, благодаря чему обеспечивается независимость работы от внешнего источника электроэнергии.Water generated during the Fischer-Tropsch synthesis reaction, as well as condensate from coolers 6 and 10, respectively, of synthesis gas and flue gases, as well as from a separator 17, is supplied to the water treatment unit 12, after which it is sent by pump 13 via line 44 as feed water to the steam boiler 5. The initial filling and replenishment of the water system is carried out by water from an external source via line 45. A portion of the water vapor generated in the steam boiler 5 is sent through line 46 to the steam power plant to receive electricity, n sary for driving compressors, pumps, fans, and other mains equipment, thereby providing independent operation from an external power source.

В представленной схеме каталитические реакторы 3 и 15, реактор синтеза Фишера-Тропша 7, паровой котел 5, охладители 6 и 10, конденсатор 16, блок 9 рекуперации тепла дымовых газов и другие тепло- и массообменные аппараты установки выполнены преимущественно по радиально-спиральному типу.In the presented scheme, the catalytic reactors 3 and 15, the Fischer-Tropsch synthesis reactor 7, the steam boiler 5, coolers 6 and 10, the condenser 16, the flue gas heat recovery unit 9, and other heat and mass transfer apparatuses of the installation are mainly made in radial-spiral type.

Предлагаемый способ имеет следующие существенные преимущества по сравнению с известными техническими решениями.The proposed method has the following significant advantages compared with known technical solutions.

1. Обеспечиваемое при использовании предлагаемого способа гидрирование сернистых соединений, содержащихся в исходном углеводородном сырье, водородом, получаемым из незначительной части промежуточного продукта - синтез-газа непосредственно в технологическом процессе производства жидких углеводородов, исключает необходимость использования для этой цели водорода от внешнего источника и позволяет решить одну из задач обеспечения автономности работы установки получения жидких углеводородов.1. Provided using the proposed method, the hydrogenation of sulfur compounds contained in the initial hydrocarbon feedstock, with hydrogen obtained from a small part of the intermediate product - synthesis gas directly in the technological process for the production of liquid hydrocarbons, eliminates the need for using hydrogen from an external source for this purpose and allows to solve one of the tasks of ensuring the autonomy of a liquid hydrocarbon production plant.

2. Вовлечение диоксида углерода, образующегося при получении водорода, в процесс пароуглекислотной конверсии исходного сырья позволяет практически полностью исключить выброс этого парникового газа в атмосферу и увеличить количество получаемого синтез-газа, а соответственно и выход конечного продукта на единицу исходного сырья.2. The involvement of carbon dioxide formed during the production of hydrogen in the process of steam-carbon dioxide conversion of the feedstock allows one to almost completely eliminate the emission of this greenhouse gas into the atmosphere and increase the amount of synthesis gas produced, and, accordingly, the yield of the final product per unit of feedstock.

Claims (3)

1. Способ получения синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов, включающий очистку исходного сырья от сернистых соединений, пароуглекислотную каталитическую конверсию очищенного от соединений серы исходного сырья при температуре 950-1050°С с получением синтез-газа путем подвода к каталитическому реактору высокотемпературного тепла и подачи в него диоксида углерода, выделяемого из отходящих дымовых газов, и водяного пара, который генерируют в паровом котле, обогреваемом горячим синтез-газом, последующую каталитическую переработку синтез-газа по методу Фишера-Тропша, выделение из продуктов, полученных в результате переработки синтез-газа, смеси жидких углеводородов и последующее разделение смеси на фракции товарных видов углеводородов, отличающийся тем, что на выходе из парового котла синтез-газ разделяют на два потока, один из которых направляют для каталитической переработки в реактор синтеза Фишера-Тропша, а второй поток отводят в блок получения водорода, в котором проводят последовательно паровую конверсию оксида углерода, сепарацию воды и абсорбцию диоксида углерода, после чего очищенный водород подают в блок сероочистки для гидрирования содержащихся в исходном сырье органических соединений серы, а диоксид углерода, выделяемый при регенерации абсорбента, подмешивают к потоку диоксида углерода, выделяемого из дымовых газов и подводимого затем в каталитический реактор пароуглекислотной конверсии исходного сырья.1. A method of producing synthetic liquid hydrocarbons from hydrocarbon gases, including purification of the feedstock from sulfur compounds, carbon-dioxide catalytic conversion of the feedstock purified from sulfur compounds at a temperature of 950-1050 ° C. to produce synthesis gas by supplying high-temperature heat to the catalytic reactor and feeding carbon dioxide emitted from the exhaust flue gas, and water vapor, which is generated in a steam boiler heated by hot synthesis gas, the subsequent catalytic processing of synthesis gas according to the Fischer-Tropsch method, separation of products from the synthesis gas processing, a mixture of liquid hydrocarbons and subsequent separation of the mixture into fractions of commercial types of hydrocarbons, characterized in that at the outlet of the steam boiler, the synthesis gas is divided into two a stream, one of which is sent for catalytic processing to a Fischer-Tropsch synthesis reactor, and the second stream is diverted to a hydrogen production unit in which steam conversion of carbon monoxide, water separation and absorption are carried out successively carbon dioxide, after which the purified hydrogen is fed to the desulfurization unit to hydrogenate the organic sulfur compounds contained in the feedstock, and the carbon dioxide released during the regeneration of the absorbent is mixed with the carbon dioxide stream released from the flue gases and then fed to the catalytic steam-carbon dioxide conversion reactor of the initial raw materials. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зависимости от содержания в исходном сырье сернистых соединений в блок получения водорода отводят от 0,5 до 2% от общего объема производимого синтез-газа.2. The method according to claim 1, characterized in that, depending on the content of sulfur compounds in the feedstock, 0.5 to 2% of the total volume of the produced synthesis gas is diverted to the hydrogen production unit. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что конверсию оксида углерода проводят преимущественно в реакторе радиально-спирального типа. 3. The method according to claim 1, characterized in that the conversion of carbon monoxide is carried out mainly in a radial-spiral type reactor.
RU2011146194/04A 2011-11-15 2011-11-15 Method of producing liquid synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases RU2475468C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011146194/04A RU2475468C1 (en) 2011-11-15 2011-11-15 Method of producing liquid synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011146194/04A RU2475468C1 (en) 2011-11-15 2011-11-15 Method of producing liquid synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2475468C1 true RU2475468C1 (en) 2013-02-20

Family

ID=49120951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011146194/04A RU2475468C1 (en) 2011-11-15 2011-11-15 Method of producing liquid synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2475468C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2630308C1 (en) * 2016-06-02 2017-09-07 Публичное акционерное общество "Газпром" Method and installation for producing high-octane synthetic gasoline fraction from hydrocarbon-containing gas
RU2695197C1 (en) * 2015-10-26 2019-07-22 Текнип Франс Method of producing stream of hydrocarbon product from stream of gaseous hydrocarbon material and corresponding apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020120017A1 (en) * 1998-12-16 2002-08-29 Bohn Mark S. Processes for the production of hydrocarbons, power and carbon dioxide from carbon-containing materials
WO2003018467A2 (en) * 2001-08-22 2003-03-06 Sasol Technology (Proprietary) Limited Production of synthesis gas and synthesis gas derived products
EA012595B1 (en) * 2005-11-15 2009-10-30 Чавдар Ангелов Ангелов A method of converting natural gas into fuels
RU2387629C1 (en) * 2008-12-11 2010-04-27 Дмитрий Львович Астановский Method for obtaining synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020120017A1 (en) * 1998-12-16 2002-08-29 Bohn Mark S. Processes for the production of hydrocarbons, power and carbon dioxide from carbon-containing materials
WO2003018467A2 (en) * 2001-08-22 2003-03-06 Sasol Technology (Proprietary) Limited Production of synthesis gas and synthesis gas derived products
EA012595B1 (en) * 2005-11-15 2009-10-30 Чавдар Ангелов Ангелов A method of converting natural gas into fuels
RU2387629C1 (en) * 2008-12-11 2010-04-27 Дмитрий Львович Астановский Method for obtaining synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2695197C1 (en) * 2015-10-26 2019-07-22 Текнип Франс Method of producing stream of hydrocarbon product from stream of gaseous hydrocarbon material and corresponding apparatus
RU2630308C1 (en) * 2016-06-02 2017-09-07 Публичное акционерное общество "Газпром" Method and installation for producing high-octane synthetic gasoline fraction from hydrocarbon-containing gas

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101649232B (en) Synthesis process of natural gas employing methanation of coke oven gas
RU2525875C2 (en) Production of synthesis gas
JP6345233B2 (en) Integrated operation of molten carbonate fuel cells.
RU2394754C1 (en) Method of obtaining hydrogen from hydrocarbon material
CN103898265B (en) A kind of coke-oven gas upgrading direct-reduction iron ore system and device and method
JP2018532032A (en) Fuels and fuel additives with high biogenic content derived from renewable organic raw materials
CN103242134A (en) Pyrolysis gasification and purification method of household garbage
CN102642810B (en) Combined process for preparing Fischer-Tropsch synthetic oil raw material gas by utilizing coke-oven gas
CN101845319B (en) Process for producing wax and clean fuel oil by using biomass as raw material
CN102531835B (en) Method for synthesizing methanol through low-carbon technology
RU2015152848A (en) METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS FOR THE PRODUCTION OF AMMONIA USING HIGH-TEMPERATURE CONVERSION AND A LOW QUANTITY OF THE RATIO OF THE AMOUNT OF WATER VAPOR TO THE AMOUNT OF CARBON
CN102614764B (en) Method for processing Fischer-Tropsch synthesis tail gas
CN101239702B (en) High temperature coke oven crude gas hydrogen generating system device and technique
CN102060662B (en) Chemical power poly-generation energy system and method for recycling CO2
CN102703108A (en) Technical method for Fischer-Tropsch synthesis and tail gas utilization
CN103694074A (en) System and process for preparing olefin by taking coal and coke-oven gas as raw materials
CN107032954A (en) The method that methanol and its derivative are produced using underground coal gasification(UCG) product gas
Gardezi et al. Thermochemical biomass to liquid (BTL) process: Bench-scale experimental results and projected process economics of a commercial scale process
CN106520177A (en) Method of directly preparing fuel oil from coke oven gas
RU2475468C1 (en) Method of producing liquid synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases
CN203847251U (en) Power generation system using modified syngas feeding
RU2387629C1 (en) Method for obtaining synthetic hydrocarbons from hydrocarbon gases
CN105883851A (en) Novel gasification and pyrolysis coupling gas poly-generation process
RU2621671C1 (en) Installation of low-temperature production of methanol
CN104098069A (en) New process for extraction of hydrogen from coal gas