RU2800065C2 - Способ синтеза водородсодержащего соединения - Google Patents

Abstract

Группа изобретений может быть использована в химической промышленности. Способ синтеза метанола включает подачу потока 1 синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, в систему 2, включающую реактор метанола, с целью частичного преобразования в метанол. В системе 2, включающей реактор метанола, получают поток 3 метанолcодержащего остаточного газа и подают его по меньшей мере частично в отделитель СО₂ 4, где получают поток 5 рециркулируемого синтез-газа и поток 6 продукта-СО₂. При этом поток 6 продукта-СО₂ характеризуется более высоким молярным содержанием диоксида углерода, чем поток 3 метанолcодержащего остаточного газа. Поток 5 рециркулируемого синтез-газа частично подают в систему 2, включающую реактор метанола, и частично – в отделитель 7 водорода, где получают отделенный поток 8, который характеризуется более высоким молярным содержанием водорода, чем поток 5 рециркулируемого синтез-газа. Предложена также установка для синтеза метанола. Изобретения позволяют уменьшить энергопотребление при функционировании установки и нагрузку на окружающую среду, получить диоксид углерода с высокой степенью чистоты и высоким давлением. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к способу синтеза водородсодержащего соединения по ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к установке для синтеза водородсодержащего соединения по ограничительной части пункта 15 формулы изобретения.

При получении метанола из такого исходного материала, как природный газ, в качестве отходящего газа образуется диоксид углерода. Как правило, диоксид углерода как составную часть отходящих газов горения при небольшом давлении сбрасывают в атмосферу. При этом, диоксид углерода в отходящих газах горения составляет лишь небольшую часть - от 5% до 30%. При этом, отходящие газы горения могут образовываться в печи парового риформинга или отапливаемого устройства подогрева технологического потока. Такие устройства нагревают с использованием как природного газа, так и других остаточных газов, которые образуются в различных точках установки получения метанола. Как правило, примерно, от 50% до 80% атомов углерода сырья становятся составной частью получаемого метанола, а остальные атомы углерода сырья - значит, до 50% - по существу, преобразуются в диоксид углерода в составе отходящих газов горения.

В атмосфере выпускаемый диоксид углерода является угрозой изменения климата. В частности, имеется всемирное соглашение, ограничивающее или запрещающее выброс большого количества диоксида углерода в окружающую среду.

Из существующего уровня техники известно об извлечении и накоплении диоксида углерода отходящих газов горения печи или отапливаемого нагревательного устройства, например, путем промывки аммиаком, амином или другими способами абсорбции. Например, можно назвать выложенные описания изобретения EP 2230000 A1, EP 2564915 A1 и EP 2678093 A1.

Однако, эти решения известного уровня техники сопряжены с таким энергопотреблением и настолько дороги, что существенно снижается КПД установки и увеличиваются капитальные затраты. Кроме того, требующиеся для их осуществления устройства крупногабаритны, а подвергшиеся промывке отходящие газы могут содержать следы абсорбента или продукты реакции или разложения абсорбента, которые, со своей стороны, могут представлять потенциальный риск для здоровья или окружающей среды.

Например, из US 2014080071 A1 известна возможность, которая, однако, также является энергозатратной и дорогой, переналаживания обогреваемого нагревательного устройства под кислороднотопливную технологию. Это происходит, когда подаваемый воздух горения заменяют смесью, состоящей из кислорода, получаемого в устройстве разделения воздуха, и рециркулируемого СО₂. В результате осуществляемого в нагревательном устройстве сжигания образуются отходящие газы горения, состоящие, главным образом, только из водяного пара и СО₂.

Из EP 3284733 A1, из которого, как следствие, исходит изобретение, известны способ и установка синтеза метанола, в которых диоксид углерода вымывают аммиаком из потока газа, получаемого как остаточный газ конденсации метанола после реактора. При этом, промывка аммиаком позволяет получать диоксид углерода, с одной стороны, высокой степени чистоты и, с другой стороны, с достаточно высоким давлением, благодаря чему его хранение может быть сопряжено с меньшими издержками.

Однако, продолжается загрязнение атмосферы диоксидом углерода из других содержащих диоксид углерода источников выбросов установки получения метанола, в частности, отходящих газов горения, например, из отапливаемого нагревательного устройства установки получения метанола. Это нагревательное устройство, как правило, отапливают природным газом и/или другими содержащими углерод потоками остаточного газа установки получения метанола. Отходящие газы горения, как правило, образуют значительную часть, а именно, от 30% до 70% выбросов диоксида углерода установки получения метанола. Их нельзя исключить способом, известным из EP 3284733 A1.

На основании описанного уровня техники, задачей изобретения является усовершенствование известного из уровня техники способа и известной из уровня техники установки в отношении обеспечения возможности сокращения выбросов диоксида углерода из других источников установки получения метанола, в частности, отходящих газов горения, и, таким образом, уменьшения общего количества выбросов диоксида углерода установки получения метанола.

В отношении способа синтеза водородсодержащего соединения по ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, эта задача решена посредством отличительного признака отличительной части пункта 1. В отношении установки для синтеза водородсодержащего соединения по ограничительной части пункта 15 формулы изобретения, эта задача решена посредством отличительного признака отличительной части пункта 15.

В основе изобретения лежит осознание того, что количество выбрасываемого в окружающую среду диоксида углерода может быть уменьшено посредством того, что в отапливаемое нагревательное устройство и подобное ему оборудование может быть подан газ, который в значительной степени состоит из водорода, поскольку при сгорании водорода образуется только вода. Однако, для такого сокращения не требуется поток очень чистого водорода, напротив, наличие других составных частей является небольшим ущербом. Поэтому для обеспечения такого газа не нужна адсорбционная установка с переменным давлением, на которой может быть получен поток водорода высокой степени чистоты. Скорее, для отделения водорода может быть использовано, например, мембранное устройство. Такие альтернативы хотя и обеспечивают невысокую степень чистоты потока водорода, но позволяют получить остаточный газ высокого давления, поэтому этот остаточный газ без дополнительного сжатия или, если нужно, при небольшом дополнительном сжатии может быть рециркулирован в реактор для образования синтез-газа. Таким образом может быть уменьшена как нагрузка на окружающую среду, так и энергопотребление при функционировании установки. В итоге, можно предотвратить значительную часть, начиная с, примерно, 30%, выбросов диоксида углерода в атмосферу. Возможно даже полное, по существу, 100% исключение выбросов диоксида углерода в атмосферу.

Кроме того, на этом основании возможно получение потока продукта - диоксида углерода - с высокой степенью чистоты и высоким давлением. Высокая степень чистоты и высокое давление являются очень благоприятными для дальнейшей переработки или хранения диоксида углерода в рамках технологии улавливания и хранения СО₂, известной как CCS.

Предпочтительным вариантом зависимого пункта 3 формулы изобретения предусматривается обеспечение синтез-газа посредством автотермического риформинга. Это позволяет изначально получать синтез-газ с высоким давлением и подавать на следующие за получением синтез-газа стадии технологический газ и получаемые на его основе другие газы с высоким давлением.

В предпочтительном варианте осуществления зависимого пункта 7 формулы изобретения описаны предпочтительные способы следующего за реактором метанола отделения потока остаточного газа от неочищенного метанола, в то время как зависимые пункты 8 и 9 формулы изобретения относятся к применению мембранного устройства для отделения водорода и более точно описывают соответствующие отличительные признаки.

Зависимые пункты 10-14 формулы изобретения, в свою очередь, описывают предпочтительные варианты осуществления отделителя СО₂ для получения потока продукта - диоксида углерода - и, в частности, системы промывки и системы сжатия как его возможных компонентов.

Другие подробности, отличительные признаки, цели и преимущества настоящего изобретения пояснены далее со ссылкой на чертежи, отражающие только примеры осуществления. На чертежах показано:

Фиг. 1: технологическая схема установки для осуществления предлагаемого способа в соответствии с одним из примеров его осуществления.

Фиг. 2: технологическая схема системы промывки отделителя СО₂ установки, показанной на фиг. 1,

Фиг. 3: технологическая схема системы сжатия отделителя СО₂ установки, показанной на фиг. 1.

Предлагаемый способ предназначен для синтеза водородсодержащего соединения. Под водородсодержащим соединением может пониматься, в частности, метанол. Однако, также может идти речь о другом водородсодержащем соединении, в частности, о веществе, которое получают путем дальнейшей переработки метанола. Далее предлагаемый способ поясняется со ссылкой на показанную на чертежах установку, соответствующую изобретению.

Согласно предлагаемому способу, поток 1 синтез-газа, содержащий водород и оксиды углерода, подают в систему 2, включающую реактор метанола, с целью частичного преобразования в метанол. Помимо водорода и оксидов углерода, поток синтез-газа может включать и другие компоненты, такие как азот, метан или благородные газы. Частичное преобразование потока 1 синтез-газа в метанол осуществляют известным из уровня техники способом. В принципе, в системе 2, включающей реактор метанола, может быть любое количество ступеней реакторов 2а, например, только одна ступень реактора 2а. В показанном на фиг. 1 примере осуществления установки система 2, включающая реактор метанола, имеет две технологически последовательных ступени реакторов 2а, 2b.

В соответствии с предложенным способом, в системе 2, включающей реактор метанола, получают поток 3 метанол-содержащего остаточного газа, при этом, поток 3 метанол-содержащего остаточного газа подают, по меньшей мере частично, в отделитель СО₂ 4, и в отделителе СО₂ 4 получают поток 5 рециркулируемого синтез-газа и поток 6 продукта-СО₂. Поток 3 метанол-содержащего остаточного газа состоит, предпочтительно, главным образом, из непрореагировавшего синтез-газа системы 2, включающей реактор метанола.

В соответствии с предложенным способом, поток 6 продукта-СО₂ характеризуется более высоким молярным содержанием диоксида углерода, чем поток 3 метанол-содержащего остаточного газа. В частности, поток 6 продукта-СО₂ может состоять, по существу, из диоксида углерода. Соответственно, также предпочтительно, что поток 6 продукта-СО₂. характеризуется более высоким молярным содержанием диоксида углерода, чем поток 5 рециркулируемого синтез-газа.

В соответствии с предложенным способом, как явствует из фиг. 1, поток 5 рециркулируемого синтез-газа частично подают в систему 2, включающую реактор метанола. При этом, соответствующий изобретению способ отличается тем, что поток 5 рециркулируемого синтез-газа частично подают в отделитель 7 водорода, где получают отделенный поток 8, характеризующейся более высоким молярным содержанием водорода, чем поток 5 рециркулируемого синтез-газа. Часть потока 5 рециркулируемого синтез-газа, которую подают в систему 2, включающую реактор метанола, может также быть названа первым рециркулируемым ответвленным потоком 5а. Соответственно, часть потока 5 рециркулируемого синтез-газа, которую подают в отделитель 7 водорода, может быть названа вторым рециркулируемым ответвленным потоком 5b.

В принципе, поток 3 метанол-содержащего остаточного газа может быть полностью подан в отделитель СО₂ 4. Однако, является предпочтительным, чтобы согласно представленной на фиг. 1 схеме часть потока 3 метанол-содержащего остаточного газа была подана в систему 2, включающую реактор метанола, что также соответствует рециркуляции в систему 2, включающую реактор метанола. Такая рециркуляция может быть произведена так, чтобы поток 3 метанол-содержащего остаточного газа представлял собой два ответвленных потока 3а,b, из который первый ответвленный поток 3а подают в отделитель СО₂ 4. Второй ответвленный поток 3b, в свою очередь, может быть добавлен в поток 1 синтез-газа , по выбору, до или после далее описываемого компрессора 17 синтез-газа. Либо, в качестве альтернативы и как показано на фигуре, второй ответвленный поток 3b может быть добавлен к соответствующей части потока 5 рециркулируемого синтез-газа, которая затем поступает в систему 2, включающую реактор метанола. При этом, в данном примере осуществления речь идет о первом рециркулируемом ответвленном потоке 5а.

В соответствии с предлагаемым способом, соответствующая изобретению установка предназначена для синтеза водородсодержащего соединения. Предпочтительно, под таким водородсодержащим соединением понимается метанол. В соответствующей изобретению установке имеется система 2, включающая реактор метанола, при этом, в систему 2, включающую реактор метанола, подают поток 1 синтез-газа, содержащий водород и оксиды углерода, с целью частичного предобразования в метанол и получения потока 3 метанол-содержащего остаточного газа. Кроме этого, в соответствующей изобретению установке имеется отделитель СО₂ 4, в который, по меньшей мере, частично, подают поток 3 метанол-содержащего остаточного газа с целью получения потока 5 рециркулируемого синтез-газа и потока 6 продукта-СО₂, при этом, поток 6 продукта-СО₂ характеризуется более высоким молярным содержанием диоксида углерода, чем поток 3 метанол-содержащего остаточного газа, при этом, поток 5 рециркулируемого синтез-газа частично подают в систему 2, включающую реактор метанола.

Соответствующая изобретению установка отличается тем, что включает отделитель 7 водорода, в который для получения отделенного потока 8 частично подают поток 5 рециркулируемого синтез-газа, а также тем, что отделенный поток 8 характеризуется более высоким молярным содержанием водорода, чем поток 5 рециркулируемого синтез-газа.

В принципе, поток 1 синтез-газа может быть получен любым способом. Однако, является предпочтительным, чтобы поток 1 синтез-газа был получен в системе 9, включающей реактор синтез-газа, из углеродсодержащего потока 10 энергоносителя. В частности, возможно, чтобы углеродсодержащий поток 10 энергоносителя содержал природный газа или, по существу, представлял собой природный газ. Как показано на фиг. 1 и является предпочтительным, для получения потока 1 синтез-газа в систему 9, включающую реактор синтез-газа, подают кислородсодержащий поток 11. Под кислородсодержащим потоком 11, согласно одному из вариантов, может пониматься окружающий воздух 11а.

В принципе, поток 1 синтез-газа может быть получен в системе 9, включающей реактор синтез-газа, любом способом, например, путем парового риформинга. Однако, предпочтительно и в соответствии с примером осуществления, показанным на фиг. 1, предусматривается, что в системе 9, включающей реактор синтез-газа, поток 1 синтез-газа получают путем автотермического риформинга из углеродсодержащего потока 10 энергоносителя. В частности, при этом является предпочтительным, чтобы кислородсодержащий поток 11 поступал из устройства 12 разделения воздуха, предназначенного для получения потока 13 азота. Как поток 13 азота, так и кислородсодержащий поток 11 могут быть получены из окружающего воздуха 11а. Также возможно, чтобы кислородсодержащий поток 11 состоял, по существу, из кислорода. При автотермическом риформинге, который, сам по себе, известен из уровня техники, каталитическое частичное окисление обеспечивает требующееся для эндотермических реакций риформинга тепло. Система 9, включающая реактор синтез-газа, также может включать устройство предварительного риформинга или обессеривания для предварительной обработки углеродсодержащего потока 10 энергоносителя.

Что касается отделителя 7 водорода, возможно, что помимо отделенного потока 8 в отделителе 7 водорода могут быть получены и другие потоки. Так, предпочтительно, предусматривается, что в отделителе 7 водорода получают рециркулируемый поток 14 риформинга, который характеризуется большим молярным содержанием метана, чем поток 5 рециркулируемого синтез-газа. Источником метана в нем является метан, содержащийся в потоке 3 метанол-содержащего остаточного газа. Соответственно, рециркулируемый поток 14 риформинга также, предпочтительно, характеризуется большим молярным содержанием метана, чем отделенный поток 8. Под рециркулируемым потоком 14 риформинга, предпочтительно, понимается остаток потока 5 рециркулируемого синтез-газа, который остается после отделения отделенного потока 8 в отделителе 7 водорода.

В принципе, рециркулируемый поток 14 риформинга может быть использован любым образом. При этом, является предпочтительным, чтобы, как показано на фиг. 1, рециркулируемый поток 14 риформинга был подан в систему 9 включающую реактор синтез-газа, для получения потока 1 синтез-газа. Содержащийся в рециркулируемом потоке 14 риформинга метан может быть преобразован в синтез-газ и, таким образом, использован для синтеза метанола. Точно так же, отделенный поток 8, в принципе, может быть использован любым образом. Однако, является предпочтительным, чтобы отделенный поток 8 был подан в отапливаемое устройство 16 подогрева для сжигания. Устройство 16 подогрева может быть предназначено для нагревания одного или нескольких технологических потоков и/или технологического пара. Благодаря повышенному содержанию водорода в отделенном потоке 8, в устройстве 16 подогрева образуется, соответственно, меньшее количество диоксида углерода.

Однако, получение и рециркуляция содержащего метан потока, такого как рециркулируемый поток 14 риформинга, не обязательно ограничивается отделителем 7 водорода. Так, в соответствии с фиг. 1, также является предпочтительным, чтобы отделителе СО₂ 4 образовывался дополнительный рециркулируемый поток 15 риформинга. В принципе, и дополнительный рециркулируемый поток 15 риформинга может быть использован любым образом. Предпочтительно, и как показано на фигуре, дополнительный рециркулируемый поток 15 риформинга смешивают и подают вместе с рециркулируемым потоком 14 риформинга. Также является предпочтительным подавать дополнительный рециркулируемый поток 15 риформинга в систему 9, включающую реактор синтез-газа, для получения потока 1 синтез-газа. Также является предпочтительным, чтобы дополнительный рециркулируемый поток 15 риформинга содержал метан. При этом, под метаном может пониматься метан, который присутствовал в потоке 3 метанол-содержащего остаточного газа и не вошел в состав потока 6 продукта-СО₂. Соответственно, дополнительный рециркулируемый поток 15 риформинга может характеризоваться более высоким молярным содержанием метана, чем поток 3 метанол-содержащего остаточного газа.

Даже когда при автотермическом риформинге 1 в системе 9, включающей реактор синтез-газа, может быть получен поток 1 синтез-газа с высоким давлением, может оказаться предпочтительным дополнительное повышение давления потока 1 синтез-газа для проведения синтеза метанола. При этом, является предпочтительным, чтобы давление потока 1 синтез-газа, подаваемого в систему 2, включающую реактор метанола, при помощи компрессора 17 синтез-газа было увеличено до давления синтеза. Чтобы компрессор 17 синтез-газа мог иметь небольшие размеры, возможно, чтобы поток 5 рециркулируемого синтез-газа был частично подан в систему 2, включающую реактор метанола, по технологическому потоку после компрессор 17 синтез-газа. Такое решение в отношении подачи в поток 1 синтез-газа распространяется на ту часть потока 5 рециркулируемого синтез-газа, которую подают в систему 2, включающую реактор метанола, в данном примере на первый рециркулируемый ответвленный поток 5а. Таким образом, компрессор 17 синтез-газа не должен быть рассчитан на увеличение давления потока 5 рециркулируемого синтез-газа.

Такая частичная подача потока 5 рециркулируемого синтез-газа по потоку после компрессора 17 синтез-газа может, с одной стороны, осуществляться по технологическому потоку до первой ступени 2а реактора системы 2, включающей реактор метанола. Однако, подача также может осуществляться, как показано на фиг. 1, между несколькими ступенями 2а,b реактора системы 2, включающей реактор метанола. В том случае, когда в системе 2, включающей реактор метанола, имеется промежуточный компрессор 17а между ступенями 2а,b реактора, как показано на фиг. 1, частичная подача потока 5 рециркулируемого синтез-газа может осуществляться по технологическому потоку до промежуточного компрессора 17а.

Поток 1 синтез-газа, в принципе, может проходить и другие стадии обработки. При этом, в одном из предпочтительных вариантов предусматривается, что поток 1 синтез-газа перед подачей в систему 2, включающую реактор метанола, по меньшей мере частично, подвергают реакции 38 конверсии водяного газа, предпочтительно, так, чтобы увеличить молярное содержание водорода в потоке 1 синтез-газа. В частности, это представляется особенно уместным, когда для работы отапливаемого устройства 16 подогрева нужно больше богатого водородом газа в форме отделенного потока 8. Предпочтительно, поток 1 синтез-газа подают в устройство 38 конверсии по потоку до компрессора 17 синтез-газа.

Описанное выше увеличение молярного содержания водорода в потоке 1 синтез-газа осуществляют, предпочтительно, так, что поданная в устройство 38 конверсии часть потока 1 синтез-газа снова возвращается в поток 1 синтез-газа. Однако, также возможно, чтобы поданная в устройство 38 конверсии часть потока 1 синтез-газа поступала в непоказанный на фигуре дополнительный отделитель СО₂, и полученный в дополнительном отделителе СО₂ отделенный поток, предпочтительно, содержащий водород, был подан на сжигание в отапливаемое устройство 16 подогрева. В дополнительном отделителе СО₂ также может быть получен дополнительный поток продукта-СО₂, который, предпочтительно, характеризуется большим молярным содержанием диоксида углерода, чем поток 1 синтез-газа. В дополнительном отделителе СО₂ может проводиться химическая промывка и/или физическая промывка с целью получения дополнительного отделенного потока и дополнительного потока продукта СО₂. Предпочтительно, отделитель СО₂ включает дополнительное мембранное устройство для отделения водорода. Предпочтительно, дополнительный отделенный поток получают на стороне низкого давления дополнительного мембранного устройства. Соответственно, и также предпочтительно, дополнительный поток продукта-СО₂ получают на стороне высокого давления дополнительного мембранного устройства.

В принципе, поток 3 метанол-содержащего остаточного газа может быть получен в системе 2, включающей реактор метанола, любым способом. Однако, является предпочтительным, чтобы в систему 2, включающую реактор метанола, входило устройство 18 отделения метанола для получения потока 3 метанол-содержащего остаточного газа и потока 19 неочищенного метанола из потока 20 продукта реактора. Поток 19 неочищенного метанола затем, предпочтительно, подают на дистилляцию 22 для получения метанола 21. Устройство 18 отделения метанола, как показано на фиг. 1, может состоять из нескольких отдельных устройств.

В частности, возможно, чтобы устройство 18 отделения метанола включало устройство 23 конденсации для получения потока 19 неочищенного метанола и потока 3 метанол-содержащего остаточного газа из потока 20 продукта реактора путем конденсации. В частности, в этом случае, когда в системе 2, включающей реактор метанола, имеется несколько стуепеней 2а,b реакторов, как показано на фиг. 1, устройство 18 отделения метанола также может включать несколько устройств 23 конденсации. Как показано на фиг. 1, в устройстве 18 отделения метанола, в частности, устройстве 23 конденсации может быть получен дополнительный поток 3с метанол-остаточный газ. Предпочтительно, этот дополнительный поток 3с метанол-остаточный газ рециркулируют в систему 2, включающую реактор метанола. Как показано на фиг. 1, это может быть выполнено путем подачи дополнительного потока 3с метанол-остаточный газ в поток 1 синтез-газа по потоку после компрессора 17 синтез-газа.

В качестве альтернативы или дополнительно устройству 23 конденсации, устройство 18 отделения метанола может включать расширительный резервуар 24 для получения потока 25 остаточного газа сниженного давления из потока 20 продукта реактора и/или из потока 19 неочищенного метанола. В расширительном резервуаре 24 поток 25 остаточного газа сниженного давления получают путем сброса давления подаваемых потоков. Таким же образом, в расширительном резервуаре 24 получают поток 19 неочищенного метанола, теперь уже, со сниженным давлением. Как показано на фиг. 1, и поток 25 остаточного газа сниженного давления может быть подан в отделитель СО₂ 4. Прежде всего, когда поступающий из устройства 23 конденсации поток 19 неочищенного метанола подают в расширительный резервуар 24, получают поток 25 остаточного газа сниженного давления, который состоит, по существу, из диоксида углерода и уже характеризуется высокой степенью чистоты диоксида углерода. Поэтому, как дополнительно описано ниже, предусматриваемая в противном случае промывка потока 25 остаточного газа сниженного давления метанолом в качестве промывочной среды исключается.

В принципе, отделитель 7 водорода может функционировать согласно любому принципу, по меньшей мере, частичного отделения водорода от потока 5 рециркулируемого синтез-газа. Однако, что касается функционирования отделителя 7 водорода, является, в частности, предпочтительным, чтобы отделитель 7 водорода представлял собой мембранное устройство для отделения водорода. Таким образом становится возможным, чтобы оставшийся после отделения водорода газ - следовательно, рециркулируемый поток 14 риформинга - имел сравнительно высокое давление. Предпочтительно, отделенный поток 8 получают на стороне низкого давления мембранного устройства, а рециркулируемый поток 14 риформинга получают на стороне высокого давления мембранного устройства. В частности, это означает, что отделенный поток 8 получают в мембранном устройстве с меньшим давлением, чем у рециркулируемого потока 14 риформинга. Предпочтительно, далее часть рециркулируемого потока 14 риформинга отводят в отделенный поток 8. В частности, в тех случаях, когда рециркулируемый поток 14 риформинга подают в цикл синтеза метанола, таким образом может быть ограничено накопление азота в этом цикле.

Нет необходимости, чтобы отделенный поток 8 имел высокую степень чистоты водорода, поэтому описанное выше отведение части рециркулируемого потока 14 риформинга безопасно. На этом основании также может быть предпочтительным, чтобы содержащий азот продувочный поток был подан на сторону низкого давления мембранного устройства для разведения водорода. Иными словами, продувочный поток служит, в частности, для снижения парциального давления водорода на стороне низкого давления мембранного устройства путем подачи азота. Таким образом, становится возможным, чтобы мембранное устройство при неизменном давлении стороны низкого давления и, следовательно, отделенного потока 8 имело меньший размер, или при неизменном размере мембранного устройства сторона низкого давления характеризовалась большим давлением отделенного потока 8. Таким образом, вентилятор перед подачей отделенного потока 8 в отапливаемое устройство 16 подогрева может быть исключен и тогда, когда для устройства 16 подогрева требуется высокое давление отделенного потока 8. В принципе, содержащий азот продувочный поток может происходить из любого источника. Однако, является, в частности, предпочтительным, чтобы содержащий азот продувочный поток был получен из потока 13 азота.

Также и в отношении отделителя СО₂ 4 допустима, в принципе, любая конструкция и, по сути дела, любой принцип функционирования. В одном из предпочтительных вариантов осуществления предусматривается, что отделитель СО₂ 4 включает систему 26 промывки, предназначенную для вымывания диоксида углерода из потока 3 метанол-содержащего остаточного газа. При помощи системы 26 промывки диоксид углерода также эффективным образом может быть отделен от части потока 3 метанол-содержащего остаточного газа, которую подают в отделитель СО₂ 4. Кроме этого, отделитель СО₂ 4, предпочтительно, включает компрессорную систему 27 для повышения давления вымытого диоксида углерода и получения потока 6 продукта-СО₂. Компрессорная система 27 позволяет обеспечить поток 6 продукта-СО₂ с достаточным для хранения давлением. Предпочтительно, поток 6 продукта-СО₂, в частности, после повышения давления в компрессорной системе 27 характеризуется давлением, по меньшей мере, 90 бар, особенно предпочтительно, по меньшей мере, 100 бар. Помимо уже упомянутого хранения потока 6 продукта-СО₂, в другом предпочтительном варианте осуществления предусматривается возможность применения потока 6 продукта-СО₂ для производства мочевины.

Имеются различные принципы функционирования системы 26 промывки. Возможно, чтобы в системе 26 промывки диоксид углерода вымывался из потока 3 метанол-содержащего остаточного газа посредством химической промывки. При химической промывке промывочная среда может включать, например, аммиак или состоять из аммиака. Также может идти речь об известных способах промывки на основе аминов, например, Oasis, aMDEA, MDEA, MEA, DEA, KS1, Econamine. В другом предпочтительном варианте осуществления предусматривается, что в системе 26 промывки диоксид углерода вымывался из потока 3 метанол-содержащего остаточного газа посредством физической промывки. В представленном варианте осуществления изобретения в системе 26 промывки диоксид углерода выделяют, в частности, из ответвленного потока 3а от потока 3 метанол-содержащего остаточного газа. Например, в качестве применяемых способов промывки может идти речь об известных способах Rectisol, Purisol, Selexol или Sulfinol. Что касается системы 26 промывки, является предпочтительным, чтобы она включала холодный контур 27а с промывочной средой и устройство 28 регенерации. Промывочная среда, предпочтительно, включает метанол. На фиг. 2 представлена соответствующая схема. Из этой схемы явствует, что система 26 промывки, предпочтительно, включает устройство 29 абсорбции для поглощения диоксида углерода промывочной средой.

Устройство 28 регенерации, предпочтительно, предназначено для выделения диоксида углерода из промывочной среды. В принципе, устройство 28 регенерации может быть выполнено любым образом. С одной стороны, в устройстве 28 регенерации для отделения промывочной среды ее нагревают. Однако, согласно представленной на фиг. 2 схеме, также возможно, чтобы устройство 28 регенерации включало несколько расширительных ступеней 30а-d с тем, чтобы отводить из устройства 28 регенерации несколько частичных потоков 31а-d СО₂. Поскольку на разных расширительных ступенях давление промывочной среды, как правило, снижают до разных величин, предпочтительно, предусматривается получение нескольких частичных потоков 31а-d СО₂ с разным давлением.

Что касается компрессорной системы 27 отделителя СО₂ 4, является предпочтительным, чтобы, как показано на фиг. 3, компрессорная система 27 включала несколько соединенных друг с другом последовательно ступеней 32а-е компрессора. Другими словами, на каждой ступени 32а-е компрессора, за исключением подключенной первой ступени 32а компрессора, увеличивается давление потока, который поступает с предшествующей ступени 32а-е компрессора. Относительно потока, который имеется до подключенной первой ступени 32а компрессора, величина повышения давления на отдельных ступенях 32а-а компрессора суммируется, образуя общую величину повышения давления. Таким образом, уже после первой ступени 32а компрессора получают поток 6 продукта-СО₂, к которому затем могут быть добавлены другие потоки, как дополнительно пояснено ниже.

Сжиженный диоксид углерода или диоксид углерода в сверхкритическом состоянии особенно хорошо доходит для дальнейшей переработки или транспортировки. Вещество находится в сверхкритическом состоянии, когда его температура и давление увеличены настолько, что плотность жидкой фазы и газовой фазы уравниваются. Различие между этими двумя агрегатными состояниями исчезает. Для диоксида углерода сверхкритическое состояние достигается уже при температуре 31°С и давлении 73,8 бар. При этом, возможно, что компрессорная система 27 предназначена для увеличения давления до сжижения потока 6 продукта-СО₂. Однако, является особенно предпочтительным, чтобы компрессорная система 27 была предназначена для увеличения давления до достижения сверхкритического состояния потока 6 продукта-СО₂. В этом случае температура потока 6 продукта-СО₂ превышает критическую температуру, и давление потока 6 продукта-СО₂ превышает критическое давление.

Помимо ступеней 32а-е компрессора компрессорная система 27 может также включать устройства для очистки потока 6 продукта-СО₂. Так, является предпочтительным, чтобы компрессорная система 27 включала подключенную, по меньшей мере частично, по потоку ниже ступеней 32а-е компрессора систему 33 очистки, предназначенную для отделения метанола и для получения дополнительного рециркулируемого потока 15 риформинга.

Система 33 очистки, предпочтительно, включает устройство 34 промывки водой с целью очистки потока 6 продукта-СО₂. Промывка водой, при необходимости, позволяет удалить оставшийся метанол. Компрессорная система 27 также может включать устройство 35 дистилляции СО₂, при этом, в частности, дополнительный рециркулируемый поток 15 риформинга может быть получен в устройстве 35 дистилляции СО₂. В частности, при необходимости, при помощи устройства 35 дистилляции СО₂ могут быть отделены оставшиеся в потоке 6 продукта-СО₂ метан, монооксид углерода или водород и направлены для дальнейшее использование. Как показано на фиг. 3, система 33 очистки расположена по технологическому потоку между ступенями 32а-е компрессора. Устройство 35 дистилляции СО₂ может находиться по потоку после системы 33 очистки. Таким образом, устройство 35 дистилляции СО₂ может работать при более высоком давлении, чем давление в системе 33 очистки.

В качестве альтернативы или дополнительно к системе 33 очистки, компрессорная система 27 может включать жидкостной насос 36 для перекачивания потока 6 продукта-СО₂. При этом, дополнительное увеличение давления жидкости или вещества в сверхкритическом состоянии при помощи жидкостного насоса 36 более эффективно, чем в случае газообразного вещества. Предпочтительно, затем, в частности, жидкий поток, ответвляемый от потока 6 продукта-СО₂, используют для охлаждения холодного контура 27а. В частности, охлаждение холодного контура 27а осуществляют за счет испарения потока 37 диоксида углерода, при этом, предпочтительно, поток 37 диоксида углерода ответвляют от потока 6 продукта-СО₂. После охлаждения холодного контура 27а поток 37 диоксида углерода может быть подан в устройство 28 регенерации. Таким образом, при ответвлении не происходит потери диоксида углерода. Под потоком 37 диоксида углерода понимается, предпочтительно, жидкий поток 37 диоксида углерода или поток 37 диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.

Наличию подключенных последовательно по технологическому потоку ступеней 32а-е компрессора свойственно преимущество, заключающееся, в частности, в том, что легче могут быть сведены друг с другом потоки с разным давлением. Так, предпочтительно, предусматривается, что несколько частичных потоков вымытого диоксида углерода подают в компрессорную систему 27 между, соответственно, разными ступенями 32а-е компрессора из имеющегося множества для повышения давления. Таким образом, все частичные потоки должны подвергаться обработке при более высоком давлении только на последующих ступенях 32а-е компрессора. В результате, первые ступени 32а-е компрессора могут иметь меньшие размеры. Относительно описанного выше многоступенчатого устройства 28 регенерации системы 26 промывки является предпочтительным, чтобы множество частичных потоков 31а-d СО₂ было подано между соответствующими разными ступенями 32а-е компрессора из имеющегося множества с целью повышения давления. Такая ситуация показана, в частности, на фиг. 3.

Однако, помимо частичных потоков 31а-d СО₂ из устройства 28 регенерации, в компрессорную систему 27 также могут быть поданы дополнительные потоки с целью получения потока 6 продукта-СО₂. Так, является предпочтительным, чтобы поток 25 остаточного газа сниженного давления, который был получен в расширительном резервуаре 24, был подан между двумя ступенями 32а-е компрессорной системы 27. Благодаря более высокой степени его чистоты, он не должен подвергаться обработке в устройстве 26 промывки.

Для описанного выше варианта с устройством 38 конверсии водяного газа и дополнительным отделителем СО₂ является предпочтительным, чтобы и дополнительный поток продукта-СО₂ был подан в компрессорную систему 27 между двумя ступенями 32а-е компрессорной системы 27 с целью получения потока 6 продукта-СО₂, поскольку дополнительный поток продукта-СО₂ уже имеет сравнительно высокое давление.

Claims (15)

1. Способ синтеза метанола, в котором поток (1) синтез-газа, содержащий водород и оксиды углерода, подают в систему (2), включающую реактор метанола, с целью частичного преобразования в метанол, при этом в системе (2), включающей реактор метанола, получают поток (3) метанолcодержащего остаточного газа и подают по меньшей мере частично поток (3) метанолcодержащего остаточного газа в отделитель СО₂ (4), в котором получают поток (5) рециркулируемого синтез-газа и поток (6) продукта-СО₂, при этом поток (6) продукта-СО₂ характеризуется более высоким молярным содержанием диоксида углерода, чем поток (3) метанолcодержащего остаточного газа, при этом поток (5) рециркулируемого синтез-газа частично подают в систему (2), включающую реактор метанола, отличающийся тем, что поток (5) рециркулируемого синтез-газа частично подают в отделитель (7) водорода, где получают отделенный поток (8), который характеризуется более высоким молярным содержанием водорода, чем поток (5) рециркулируемого синтез-газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток (1) синтез-газа получен в системе (9), включающей реактор синтез-газа, из углеродсодержащего потока (10) энергоносителя, предпочтительно для получения потока (1) синтез-газа, в систему (9), включающую реактор синтез-газа, подают кислородсодержащий поток (11).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в системе (9), включающей реактор синтез-газа, поток (1) синтез-газа получают из потока (10) энергоносителя посредством автотермического риформинга, предпочтительно кислородсодержащий поток (11) получают в устройстве (12) разделения воздуха, предназначенном для получения потока (13) азота, в частности, кислородсодержащий поток (11) состоит по существу из кислорода.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что в отделителе (7) водорода получают рециркулируемый поток (14) риформинга, который характеризуется более высоким содержанием метана, чем поток (5) рециркулируемого синтез-газа, в частности, рециркулируемый поток (14) риформинга подают в систему (9), включающую реактор синтез-газа, с целью получения потока (1) синтез-газа.

5. Способ по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что в отделителе СО₂ (4) получают дополнительный рециркулируемый поток (15) риформинга, предпочтительно дополнительный рециркулируемый поток (15) риформинга соединяют с рециркулируемым потоком (14) риформинга, в частности, дополнительный рециркулируемый поток (15) риформинга подают в систему (9), включающую реактор синтез-газа, для получения потока (1) синтез-газа, также предпочтительно дополнительный рециркулируемый поток (15) риформинга характеризуется более высоким молярным содержанием метана, чем поток (3) метанолcодержащего остаточного газа, также предпочтительно отделенный поток (8) подают в отапливаемое устройство (16) подогрева для сжигания.

6. Способ по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что поток (1) синтез-газа перед подачей в систему (2), включающую реактор метанола, по меньшей мере частично подвергают реакции (38) конверсии водяного газа, предпочтительно так, чтобы увеличить молярное содержание водорода в потоке (1) синтез-газа.

7. Способ по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что в систему (2), включающую реактор метанола, входит устройство (18) отделения метанола для получения потока (3) метанол-остаточный газ и потока (19) неочищенного метанола из потока (20) продукта реактора, предпочтительно устройство (18) отделения метанола включает устройство (23) конденсации для получения потока (19) неочищенного метанола и потока (3) метанолcодержащего остаточного газа из потока (20) продукта реактора путем конденсации, в частности, устройство (18) отделения метанола включает расширительный резервуар (24) для получения потока (25) остаточного газа сниженного давления из потока (20) продукта реактора и/или из потока (19) неочищенного метанола, в частности, поток (25) остаточного газа сниженного давления подают в отделитель СО₂ (4).

8. Способ по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что отделитель (7) водорода включает мембранное устройство для отделения водорода, предпочтительно отделенный поток (8) получают на стороне низкого давления мембранного устройства, а рециркулируемый поток (14) риформинга получают на стороне высокого давления мембранного устройства, в частности, в мембранном устройстве получают отделенный поток (8) с более низким давлением, чем давление рециркулируемого потока (14) риформинга.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что содержащий азот продувочный поток подают на сторону низкого давления мембранного устройства для разведения водорода, в частности, содержащий азот продувочный поток получают из потока (13) азота.

10. Способ по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что отделитель СО₂ (4) включает систему (26) промывки, предназначенную для вымывания диоксида углерода из потока (3) метанолcодержащего остаточного газа, предпочтительно отделитель СО₂ (4) включает компрессорную систему (27) для повышения давления вымытого диоксида углерода и получения потока (6) продукта-СО₂.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что в системе (26) промывки диоксид углерода вымывают из потока (3) метанолcодержащего остаточного газа посредством химической промывки и/или физической промывки, предпочтительно система (26) промывки включает холодный контур (27а) с промывочной средой, содержащей метанол, и устройство (28) регенерации.

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что устройство (28) регенерации предназначено для выделения диоксида углерода из промывочной среды, предпочтительно устройство (28) регенерации включает несколько расширительных ступеней (30а-d) с тем, чтобы отводить из устройства (28) регенерации несколько частичных потоков (31а-d) СО₂, в частности, получают несколько частичных потоков 31а-d СО₂ с разным давлением.

13. Способ по одному из пп. 10-12, отличающийся тем, что компрессорная система (27) включает несколько соединенных друг с другом последовательно ступеней (32а-е) компрессора, в частности, компрессорная система (27) предназначена для повышения давления вплоть до сжижения потока (6) продукта-СО₂, в частности, компрессорная система (27) включает подключенную по меньшей мере частично по потоку ниже ступеней (32а-е) компрессора систему (33) очистки, предназначенную для отделения метанола и для получения дополнительного рециркулируемого потока (15) риформинга, и/или жидкостной насос (36) для перекачивания потока (6) продукта-СО₂.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что несколько частичных потоков вымытого диоксида углерода подают в компрессорную систему (27) между соответственно разными ступенями (32а-е) компрессора из имеющегося множества для повышения давления, предпочтительно множество частичных потоков (31а-d) СО₂ подают между соответствующими разными ступенями (32а-е) компрессора из имеющегося множества с целью повышения давления, в частности, поток (25) остаточного газа сниженного давления подают между двумя ступенями (32а-е) компрессорной системы (27).

15. Установка для синтеза метанола, в которой имеется система (2), включающая реактор метанола, в которую подают поток (1) синтез-газа, содержащий водород и оксиды углерода, с целью частичного преобразования в метанол и для получения потока (3) метанолcодержащего остаточного газа, отделитель СО₂ (4), в который по меньшей мере частично подают поток (3) метанолcодержащего остаточного газа для получения потока (5) рециркулируемого синтез-газа и потока (6) продукта-СО₂, при этом поток (6) продукта-СО₂ характеризуется более высоким молярным содержанием диоксида углерода, чем поток (3) метанолcодержащего остаточного газа, при этом поток (5) рециркулируемого синтез-газа частично подают в систему (2), включающую реактор метанола, отличающаяся тем, что установка включает отделитель (7) водорода, в который частично подают поток (5) рециркулируемого синтез-газа с целью получения отделенного потока (8), и тем, что отделенный поток (8) характеризуется более высоким молярным содержанием водорода, чем поток (5) рециркулируемого синтез-газа.

Images