WO2014123454A1 - Способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты и энергетический комплекс для его осуществления - Google Patents
Способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты и энергетический комплекс для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014123454A1 WO2014123454A1 PCT/RU2014/000047 RU2014000047W WO2014123454A1 WO 2014123454 A1 WO2014123454 A1 WO 2014123454A1 RU 2014000047 W RU2014000047 W RU 2014000047W WO 2014123454 A1 WO2014123454 A1 WO 2014123454A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- gas
- stream
- unit
- separation
- synthetic
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/384—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
- C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
- C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
- C10G2/34—Apparatus, reactors
- C10G2/341—Apparatus, reactors with stationary catalyst bed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/06—Integration with other chemical processes
- C01B2203/062—Hydrocarbon production, e.g. Fischer-Tropsch process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/80—Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
- C01B2203/84—Energy production
Definitions
- the invention relates to hydrocarbon processing technology, in particular, to methods and devices for processing hydrocarbon gas, including natural gas, into stable liquid synthetic oil products, such as synthetic oil or synthetic motor fuels.
- All known technological processes for the production of 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 obtain synthesis gas (mixtures of CO and H 2 with possible additives C0 2 , H 2 0, N 2 , Ar, etc.) and subsequent catalytic synthesis of liquid hydrocarbons from synthesis gas.
- GTL Gas to Liquid
- methane which constitutes the bulk of natural and associated gas
- synthesis gas mainly steam or autothermal reforming, less often partial oxidation, is used.
- the second stage is the synthesis of hydrocarbons from CO and H 2 (“Fischer-Tropsch synthesis").
- hydrocarbon products are brought to commercial quality.
- a known method of processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic petroleum products for example, into synthetic oil, or synthetic motor fuel, involving the processing of the source gas by catalytic steam reforming to produce synthesis gas - a mixture mainly consisting of hydrogen and carbon monoxide, as well as some carbon dioxide; subsequent processing of the resulting synthesis gas into synthetic oil; dividing the resulting product into different streams: a crude product stream, which mainly contains lower hydrocarbons and higher hydrocarbons, a water stream and an exhaust gas stream, which mainly contains the remaining components; in this case, part of the exhaust gas stream is again subjected to steam reforming and the resulting gas is introduced into the gas stream before its processing into synthetic oil, which is a synthetic hydrocarbon product consisting of higher hydrocarbons, for example, pentane and higher compounds (C5 +) , and then, if necessary, the separation of synthetic oil into fractions of synthetic motor fuel (RF Patent ° 2247701, priority 01.12.2000, publ. 10.03.2005).
- the disadvantage of this known method of processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic oil products is the burning of a large volume of the source gas to heat the gas stream processed by catalytic steam reforming to an optimum temperature of about 1200 ° C, which is necessary to obtain a synthesis gas with a uniform chemical composition with maximum gasification ratio.
- the unstable density and calorific value of the source hydrocarbon gas, as well as the possible presence of liquid fractions and hydrogen sulfide in its composition do not allow it to be used directly in various gas-chemical processes in the form of feedstock without preliminary treatment of the source gas provide the ability to maintain automatic press the optimum temperature when producing synthesis gas, which allows controlling the process of its production.
- the disadvantage of this known method of processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic oil products is the inability to stabilize the flow of synthesis gas processed into synthetic oil due to the presence of excess hydrogen in it.
- the implementation of this known method requires the consumption of a large amount of energy from the outside.
- an energy complex for processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic petroleum products containing a feed gas supply system is known; synthesis gas reactor with internal pipes connected to the main gas discharge system and the steam supply system, and annular space connected to the technological gas supply and removal system; a Fischer-Tropsch reactor coupled to a syngas discharge system from the syngas reactor via a cooling system; a separation unit for dividing the obtained synthetic oil into streams, each with its own diversion system: the diversion system of the crude product stream, the diversion system of the water stream and the exhaust gas exhaust system; a system for introducing off-stream reformed gas into the gas stream before processing it into synthetic oil; and, if necessary, a fractional condensation module for separating the synthetic oil obtained in the Fischer-Tropsch reactor into final fractions of motor fuel.
- This known complex for processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic petroleum products lies in the absence of equipment for raising the temperature of conversion gas to be optimized (1200 ° ⁇ ) in the synthesis gas reactor, which leads to the necessity of burning a large volume of the source gas and, as a result, to a significant reduction in the volume of the final product.
- this known complex does not contain devices that provide stabilization of the main stream of synthesis gas processed into synthetic oil due to the presence of excess hydrogen in it.
- the service life of the equipment used in the complex is low due to the processing of crude hydrocarbon gas unstable in density and calorific value, uncleared from liquid fractions and hydrogen sulfide.
- the lack of energy generation equipment in the well-known complex to ensure its own technological process and to utilize the residual heat from it requires significant energy consumption from outside.
- Closest to the proposed method is a method of processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic petroleum products, for example, into synthetic oil, or synthetic motor fuel, providing for the preliminary treatment of the initial hydrocarbon gas depending on its physicochemical properties, for example, purification from hydrogen sulfide - Ny, and / or separation and drying, and / or compression, as well as the subsequent separation of this pre-treated gas into two streams: the main stream, processed into the final product, and the process stream used to raise the temperature of the main gas stream in the process of obtaining the final product, the subsequent processing of each of these separated streams: the main stream - by catalytic steam reforming to produce synthesis gas, followed by its cooling and processing into stable synthetic oil and, if necessary, separation of synthetic oil into synthetic motor fuel fractions, and the processing of the separated process stream by passing through a gas turbine unit to produce electric energy and combustion products, which are then sent to heat the main gas stream in the process of conversion by steam reforming (RF Patent N ° 2428575, priority 13.08 .2010, published on 09
- This closest to the proposed invention method of processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic petroleum products in comparison with the above method does not require the consumption of a large amount of energy from the outside, because allows you to raise the temperature of the gas to be converted to 500 ° C and, thereby, reduce the volume of gas burned to ensure this process and, as a result, increase the yield of the final product, by passing the process gas stream through a gas turbine unit associated with the gas pumping drive unit and / or with an electric generator and allowing to obtain not only combustion products for heating the main stream of the processed gas in the process of its conversion by steam reforming, but also additional electric nergiyu for its own production to the process.
- preliminary processing of the source gas before its technological processing into the final product eliminating the unstable density and unstable calorific value of the source gas, as well as liquid fractions and sulfur, prolongs the service life of the used technological equipment.
- the disadvantage of this closest to the proposed invention method of processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic petroleum products is its inefficiency due to the reduction in the volume of output of the final product, due to the need to burn large volumes of the source gas to ensure the optimal temperature of the process of its conversion by steam reforming, since It does not provide conditions for a higher temperature rise of the combustion products of the process gas stream intended for heating the main gas stream processed into a final product. Also, this known method does not stabilize the main stream of synthesis gas processed into synthetic oil due to the presence of excess hydrogen in it. In addition, the inefficiency of this known method, which is closest to the proposed one, lies in the impossibility of automatically maintaining the optimum temperature for producing synthesis gas, which allows controlling the process of its production due to the presence of excess hydrogen in it.
- a gas pre-treatment module from sequentially interconnected units formed depending on the physicochemical properties of the processed gas, for example, a desulfurization unit, and / or a compressor unit, and / or a separation unit and drying, a separation unit for dividing the pre-treated gas into two streams: the main and technological, each with its own exhaust system: a system for removing the main gas stream processed into the final product, and a system for diverting the technological gas stream used to obtain the final product, as well as a gas turbine unit with its compressor, its combustion chamber with an air supply system, and its turbine, a synthesis gas reactor connected to the main gas discharge system and to steam supply system the Fisher-Tropsch reactor connected through a cooling system to the synthesis gas reactor and, if necessary, a fractional condensation module for
- This well-known power plant allows the use of heat exhaust gases from a gas turbine plant to increase the temperature of the main stream of hydrocarbon gas processed into synthesis gas, as well as to generate electricity used to provide its own technological process.
- the temperature of the exhaust gases of a gas turbine internal combustion engine is approximately 500 ° C.
- the disadvantage of this known complex is the lack of necessary equipment in it to increase the temperature of the processed hydrocarbon gas into synthesis gas to a temperature (about 1200 ° C), which makes it possible to carry out a steam reforming reaction to obtain synthesis gas that is uniform in chemical composition with a maximum gasification coefficient , which causes the necessity of burning large volumes of the source gas and, as a result, leads to a decrease in the volume of output of the final product.
- this known complex does not contain devices providing stabilization of the main stream of synthesis gas processed into synthetic oil due to the presence of excess hydrogen in it and maintaining the optimum temperature in the synthesis gas reactor in an automatic mode to obtain a uniform by the chemical composition of the synthesis gas with the maximum gasification coefficient, which does not allow controlling this process, reducing the efficiency of using this complex. Disclosure of invention
- the problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the method of processing hydrocarbon gas into stable synthetic liquid petroleum products and the energy complex for its implementation by increasing the output of the final product and reducing energy costs for its production.
- the single technical result achieved by the claimed invention is to create effective conditions for the process of producing synthetic oil in the Fischer-Tropsch reactor, by stabilizing the flow of synthesis gas by removing excess hydrogen from it, and also creating effective conditions for the process of synthesis gas production due to heating of the main gas stream during its conversion by steam reforming by products obtained from the afterburning of combustion products passed through a gas turbine installation of a process gas stream together with excess hydrogen and part of the process stream of a pre-treated initial hydrocarbon gas, and ensuring an optimally stable process for the conversion of the main gas stream by automatically maintaining its temperature in the synthesis gas reactor.
- a method for processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic oil products for example, into synthetic oil, or synthetic motor fuel, which provides for the preliminary processing of the initial hydrocarbon gas depending on its physicochemical properties, for example, is proposed.
- an energy complex for processing hydrocarbon gas comprising a gas supply system connected to a source of hydrocarbon gas.
- native gas and a gas pre-treatment module connected to it from blocks connected in series, formed depending on the physicochemical properties of the processed gas, for example, a desulfurization unit, and / or a compressor unit, and / or a separation and drying unit, a unit for dividing the pre-treated gas into two streams: the main and the technological one, each with its own exhaust system: a system for diverting the main gas stream processed into the final product, and an exhaust system a technological gas stream used to produce the final product, as well as a gas turbine unit with its compressor, its combustion chamber with an air supply system, and its turbine, a synthesis gas reactor connected to the main gas discharge system and to the steam supply system by the internal pipes and the annular space connected to the gas supply and exhaust system, the Fischer-Tropsch reactor connected through the cooling system to the synthesis gas reactor and, if necessary, the fra module condensation to separate the synthetic
- the energy complex is equipped with a software control panel, connected to it with different valves for supplying steam, air and synthesis gas to the technological zones of the complex and various sensors installed in the technological zones of the complex, including in the flue in the area where the syngas leaves it, and in the chambers of the shirts of the casings of the steam boiler, as well as the mirror sensor for separating water and steam in the steam generation chamber.
- the present invention is illustrated by a drawing with a diagram of an energy complex for processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic products.
- An energy complex for processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic petroleum products contains a gas pre-treatment module 1 connected from a source of gas from sequentially interconnected units (not yet are determined) depending on the physicochemical properties of the gas being processed, for example, a desulfurization unit (not shown), and / or a compressor unit (not shown), and / or a separation and drying unit (not shown); separation unit 2 for dividing the pre-treated gas into two streams: main and process, each with its own exhaust system: a system for diverting the main gas stream processed into the final product, and a system for diverting the process gas stream used to produce non-product; a gas turbine unit 3 with its compressor (not shown), its combustion chamber with an air supply system (not shown), and its turbine (not shown); synthesis gas reactor 4 with inner pipes 5 connected to the main gas discharge system from the separation unit 2, as well as to the synthesis gas cooling system and to the steam supply system, and the annulus 6 connected to the gas supply and exhaust system;
- the inner pipes 5 of the synthesis gas reactor are connected by one inlet to the system for removing the main gas stream from the separation unit 2, by their other inlet to the steam supply system 13, and by one outlet, they are connected to the synthesis gas cooling system 10.
- Membrane block 7 has one input and two outputs.
- the membrane unit 7 is connected via its input to the synthesis gas cooling system for 10 s the output of the main gas stream from the inner pipes of the synthesis gas reactor 4; with one of its exits intended for the removal of hydrogen, it is connected to one of the entrances to the afterburner 8, and with its other outlet, the membrane unit 7 is connected to the inlet to the Fischer-Tropsch reactor.
- the afterburner 8 has three entrances and one exit. With one input, it is connected to the turbine outlet of the gas-turbine unit 3, with another input - to one of the outputs of the membrane unit 7, and with its third input the afterburner 8 is connected to the process gas removal system of the separation unit 2. The afterburner 8 is connected to the entrance to the annular space 6 of the synthesis gas reactor 4.
- the gas turbine unit 3 is a gas turbine engine of the power plant drive to power the units included in the complex.
- the synthesis gas reactor 4 is a tubular reforming furnace on a nickel catalyst.
- the inventive method for processing hydrocarbon gas into stable liquid synthetic petroleum products is implemented in the proposed energy complex as follows.
- the source gas is supplied to the source gas metering unit 12, then to the pre-treatment module 1, where, depending on the composition, it is subjected to treatment, for example, purification from hydrogen sulfide compounds, and / or separation and drying, and / or compression. Then, the gas prepared for processing is divided in the separation unit 2 into two streams: the main and the technological one, each of which is sent for separate processing.
- the main gas stream is subjected to catalytic steam conversion at a temperature close to 1200 ° C. to produce synthesis gas in the synthesis gas reactor 4.
- Steam is added to the hydrocarbon feed from the steam supply system 13 in an amount providing gas production with a ratio of steam and carbon, high enough to prevent carbon deposits on the catalyst particles.
- Carrying out the conversion of hydrocarbon gases at a temperature close to 1200 ° C provides a carbon dioxide content in the synthesis gas of not more than 2%, which eliminates the need to purify the synthesis gas from carbon dioxide before it enters the Fischer-Tropsch reactor 9.
- the process of conversion of the processed gas is based on the following oxidation reactions of methane and its homologs with water vapor:
- the vapor / gas ratio is maintained within 3.04: 1.
- the recommended optimum volumetric rate of the conversion process is 800-I 000 h "
- synthesis gas is obtained with an excess of hydrogen content that is relatively optimal and recommended for synthesis, i.e. a mixture mainly consisting of hydrogen and carbon monoxide, as well as some carbon dioxide.
- the synthesis gas obtained in the reactor is cooled using a cooling system of 10 to 270 ° C and sent to the membrane unit 7 to stabilize its composition by separating excess hydrogen from it, and the synthesis gas freed from excess hydrogen is sent to the Fischer Tropsch reactor 9, in which it is processed into stable synthetic oil and then, if necessary, it is separated into fractions of synthetic motor fuel.
- the excess hydrogen separated from the synthesis gas by the membrane unit 7 is sent to the afterburner 8.
- the process gas stream from the separation unit 2 through its exhaust system is directed to a gas turbine unit 4, which compresses the incoming gas with a compressor (not shown) to 14-16 atm., Then burns it in its combustion chamber (not shown) together with with a portion of the incoming air there and pushes with its turbine (not shown) the obtained combustion products with a temperature of about 500 ° C into the afterburner 8.
- the combustion products coming from the gas turbine unit 3 are mixed with hydrogen and part of the pre-treated feed hydrocarbon gas and burned to produce afterburning products with a temperature of 1100 ° C.
- Afterburning products leaving the afterburner 8 are sent to the annular space 6 of the synthesis gas reactor 4 to increase the temperature of the main gas stream, which is converted during steam reforming.
- Such a temperature increase makes it possible to sharply increase the energy efficiency of the synthesis gas production process, and to reduce the volume of the process gas feed stream, which is sent to heat the main gas stream processed into the final product.
- the ability to control the dosing processes of products sent to the afterburner allows you to automate the temperature control process in the synthesis gas reactor.
- the synthesis of CO and H 2 is carried out in a tubular Fischer-Tropsch reactor 9 with a stationary catalyst bed at a pressure of 10-50 atm. (preferably 15-25 atm.) and a temperature of 150-300 ° C (preferably 170-250 ° C).
- the molar ratio of CO: H 2 in the synthesis gas is 1: KZ (preferably 1: 2).
- the methanol synthesis process in the Fischer Tropsch reactor is based on the following reactions:
- ⁇ - ⁇ 2 ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ + 100.6 kJ / mol
- the synthetic oil obtained in the Fischer-Tropsch reactor has the following content of components: alkane content of not less than 80 wt.%, Alkane content of the C 5 -Cy fraction of not less than 50 wt.%, Aromatic content of not more than 0.5 wt.%.
- the synthetic oil enters the fractional condensation module 1 1 to separate the synthetic oil obtained in the Fischer-Tropsch reactor into final fractions of motor fuel.
- the current technology also provides for the recovery of high potential heat from both convertible and smoke gases to the plant’s own needs:
- the proposed method for processing hydrocarbon gas into stable synthetic liquid petroleum products makes it possible to create effective conditions in the proposed energy complex for the process of producing synthetic oil in the Fischer-Tropsch reactor by stabilizing the flow of synthesis gas by removing excess gas from it hydrogen, as well as create effective conditions for the process of producing synthesis gas by heating the main gas stream in the process of its conversion by steam reforming products, semi based on the afterburning of the combustion products of the process gas stream passed through the gas turbine unit together with excess hydrogen and part of the process stream of the preliminarily processed hydrocarbon gas source, and the provision of an optimally stable process for the conversion of the main gas stream due to automatic maintenance its temperature in the synthesis gas reactor.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу и устройству для переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты. Способ предусматривает предварительную обработку исходного углеводородного газа и последующее разделение предварительно обработанного газа на два потока: основной поток, перерабатываемый в конечный продукт, и технологический поток, используемый для поднятия температуры основного потока газа при получении конечного продукта, последующую переработку каждого из этих разделенных потоков: основного потока - каталитическим паровым риформингом с получением синтез-газа, охлаждением, переработкой в стабильную синтетическую нефть и, по необходимости, разделением синтетической нефти на фракции синтетического моторного топлива, переработку технологического потока осуществляют пропусканием через газотурбинную установку с получением электрической энергии и продуктов сгорания, при этом дополнительно от полученного паровым риформингом охлажденного синтез-газа отделяют избыточный водород, продукты сгорания пропущенного через газотурбинную установку технологического потока газа вначале дожигают вместе с избыточным водородом и частью технологического потока предварительно обработанного исходного углеводородного газа, а затем направляют на разогрев основного потока газа в процессе его конверсии паровым риформингом. Заявлен также энергетический комплекс для переработки углеводородного газа. Техническим результатом является создание эффективных условий для протекания процесса в реакторе Фишера- Тропша, а также создание эффективных условий для протекания процесса получения синтез-газа за счет разогрева основного потока газа в процессе его конверсии паровым риформингом продуктами от дожигания продуктов сгорания.
Description
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА В
СТАБИЛЬНЫЕ ЖИДКИЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ НЕФТЕПРОДУКТЫ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Область техники
Изобретение относится к технологии переработки углеводородов, в ча- стности, к способам и устройствам для переработки углеводородного газа, в том числе природного, в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты, такие как синтетическая нефть или синтетические мо- торные топлива.
Предшествующий уровень техники
С истощением запасов нефти и увеличением стоимости ее добычи все более актуальной становится проблема получения синтетических жидких углеводородов из альтернативных нефти источников углерод- содержащего сырья, в первую очередь - углеводородных газов (при- родного газа, попутного нефтяного газа, газов нефтепереработки). Кроме того, освоение утилизации попутного нефтяного газа для произ- водства жидких углеводородов, который в настоящее время в огром- ных 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 эколо- гических проблем - уменьшения выброса в атмосферу диоксида угле- рода.
Все известные технологические процессы получения синтетических жидких углеводородных продуктов, в том числе топливного назначе- ния, из газообразного углеводородного сырья включают в качестве ос- новных стадий каталитическую конверсию газообразного сырья (паро- вую, парокислородную или пароуглекислотную) с получением синтез-
газа (смеси СО и Н2 с возможными добавками С02, Н20, N2, Аг и др.) и последующий каталитический синтез жидких углеводородов из син- тез-газа.
Производство синтетических жидких углеводородов из углеводо- родных газов является весьма энергоемким процессом и капитальные затраты на организацию такого производства достаточно высокие, в значительной степени они зависят от металлоемкости оборудования и используемых материалов, которые, в свою очередь, определяются па- раметрами технологических процессов переработки (в первую очередь, давлением и температурой). Этими факторами в значительной степени определяется и цена получаемого конечного целевого продукта. По- этому при сравнительной оценке различных вариантов технологиче- ских процессов производства синтетических жидких углеводородов важнейшими показателями их эффективности являются расход исход- ного газа и энергии на производство конечного продукта, а также капи- тальные вложения на единицу конечного целевого продукта.
В настоящее время одним из основных способов получения синте- тического моторного топлива является технология "Газ в жидкость" ("GTL"). Современный процесс GTL в его углеводородном варианте - трехстадийная технология, использующая каталитические реакции. Сначала метан, составляющий основную часть природного и попутного газа, превращают в реакционно-способную смесь оксида углерода и водорода ("синтез-газ"). Для этой цели применяют в основном паровой или автотермический риформинг, реже парциальное окисление. Второй этап - синтез углеводородов из СО и Н2 ("синтез Фишера-Тропша"). На третьей стадии углеводородные продукты доводят до товарного каче- ства.
Известен способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты, например, в синтетическую
нефть, или синтетическое моторное топливо, предусматривающий пе- реработку исходного газа каталитическим паровым риформингом с по- лучением синтез-газа - смеси, в основном состоящей из водорода и мо- нооксида углерода, а также некоторого количества диоксида углерода; последующую переработку полученного синтез-газа в синтетическую нефть; разделение полученного продукта на разные потоки: поток не- очищенного продукта, который в основном содержит низшие углево- дороды и высшие углеводороды, поток воды и поток отходящих газов, который в основном содержит оставшиеся компоненты; при этом часть потока отходящих газов вновь подвергают паровому риформенгу и вводят полученный газ в газовый поток перед переработкой его в син- тетическую нефть, представляющую собой синтетический углеводо- родный продукт, состоящий из высших углеводородов, например, пен- тана и высших соединений (С5+), и затем, по необходимости, разделе- ние синтетической нефти на фракции синтетического моторного топ- лива (Патент РФ ° 2247701, приоритет от 01.12.2000, опубл. 10.03.2005).
Недостаток этого известного способа переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты заключается в сжигании большого объёма исходного газа для разогрева перерабаты- ваемого каталитическим паровым риформенгом потока газа до опти- мальной температуры порядка 1200°С, необходимой для получения однородного по химическому составу синтез-газа с максимальным ко- эффициентом газификации. Кроме того, нестабильная плотность и теп- лотворная способность исходного углеводородного газа, а также воз- можное наличие жидких фракций и сероводорода в его составе не по- зволяют напрямую без предварительной обработки исходного газа ис- пользовать его в разных газохимических процессах в виде исходного сырья и обеспечить возможность поддержания в автоматическом ре-
жиме оптимальной температуры при получении синтез-газа, позво- ляющем контролировать процесс его получения. Также недостаток этого известного способа переработки углеводородного газа в стабиль- ные жидкие синтетические нефтепродукты состоит в невозможности стабилизировать поток синтез-газа, перерабатываемого в синтетиче- скую нефть из-за наличия в нём избыточного водорода. Вместе со все- ми вышеприведенными недостатками, осуществление этого известного способа требует потребления большого количества энергии извне.
Из этого же источника (Патент РФ JNb 2247701, приоритет от 01.12.2000, опубл. 10.03.2005) известен энергетический комплекс для переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты, содержащий систему подачи исходного газа; реактор синтез-газа с внутренними трубами, подключенными к системе отведе- ния основного потока газа и к системе подачи пара, и межтрубным пространством, подключенным к системе подачи и отведения техноло- гического потока газа; реактор Фишера-Тропша, связанный с системой отведения синтез-газа от реактора синтез-газа через систему охлажде- ния; разделительный блок по разделению полученной синтетической нефти на потоки, каждый со своей системой отведения: системой отве- дения потока неочищенного продукта, системой отведения потока во- ды и системой отведения потока отходящих газов; систему введения отходящего подвергнутого риформингу газа в газовый поток перед пе- реработкой его в синтетическую нефть; и, по необходимости, модуль фракционной конденсации для разделения синтетической нефти, полу- ченной в реакторе Фишера-Тропша, на конечные фракции моторного топлива.
Недостаток этого известного комплекса переработки углеводород- ного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты заклю- чается в отсутствии оборудования для поднятия температуры перера-
батываемого газа в реакторе синтез-газа до оптимальной ( 1200°С), что приводит к необходимости сжигания большого объёма исходного газа и, как следствие, к значительному снижению объёма конечного продукта. Также этот известный комплекс не содержит устройств, обеспечивающих стабилизацию основного потока синтез-газа, перера- батываемого в синтетическую нефть, из-за наличия в нём избыточного водорода. Вместе с этим, срок службы используемого в комплексе обо- рудования низок из-за переработки в нём неочищенного от жидких фракций и сероводорода нестабильного по плотности и теплотворной способности исходного углеводородного газа. Кроме того, отсутствие в известном комплексе оборудования по выработке энергии для обеспе- чения собственного технологического процесса и по утилизации оста- точного тепла от него, требует значительного потребления энергии из- вне.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ пере- работки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты, например, в синтетическую нефть, или синтетическое моторное топливо, предусматривающий предварительную обработку исходного углеводородного газа в зависимости от его физико- химических свойств, например, очистку от сероводородных соедине- ний, и/или сепарирование и осушку, и/или компримирование, а также последующее разделение этого предварительно обработанного газа на два потока: основной поток, перерабатываемый в конечный продукт, и технологический поток, используемый для поднятия температуры ос- новного потока газа в процессе получения конечного продукта, после- дующую переработку каждого из этих разделённых потоков: основного потока - каталитическим паровым риформингом с получением синтез- газа, последующим его охлаждением и переработкой в стабильную синтетическую нефть и, по необходимости, разделением синтетической
нефти на фракции синтетического моторного топлива, а переработку отделённого технологического потока - пропусканием через газотур- бинную установку с получением электрической энергии и продуктов сгорания, направляемых затем на разогрев основного потока газа в процессе его конверсии паровым риформингом (Патент РФ N° 2428575, приоритет от 13.08.2010, опубл. 10.09.201 1).
Этот наиболее близкий к предлагаемому изобретению способ пере- работки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты по сравнению с вышеприведенным способом не требу- ет потребления большого количества энергии извне, т.к. позволяет поднять температуру подвергаемого конверсии газа до 500°С и, тем самым, снизить объём сжигаемого газа для обеспечения этого процесса и, как следствие, повысить объём выхода конечного продукта, за счёт пропускания технологического потока газа через газотурбинную уста- новку, связанную с приводом газоперекачивающего агрегата и/или с электрогенератором и позволяющую получить не только продукты сгорания для нагрева основного потока перерабатываемого газа в про- цессе его конверсии паровым риформингом, но и дополнительную электроэнергию для обеспечения собственного технологического про- цесса. При этом предварительная обработка исходного газа перед его технологической переработкой в конечный продукт, устраняющая не- стабильную плотность и нестабильную теплотворную способность ис- ходного газа, а также жидкие фракции и серу, продлевает срок службы используемого технологического оборудования.
Недостатком этого наиболее близкого к предлагаемому изобрете- нию способа переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты является его неэффективность из-за снижения объёма выпуска конечного продукта, обусловленного необ- ходимостью сжигания больших объёмов исходного газа для обеспече-
ния оптимальной температуры процесса его конверсии паровым ри- формингом, т.к. не предусматривает условий для более высокого под- нятия температуры продуктов сгорания технологического потока газа, предназначенного для разогрева основного перерабатываемого в ко- нечный продукт потока газа. Также этот известный способ не обеспе- чивает стабилизацию основного потока синтез-газа, перерабатываемо- го в синтетическую нефть, из-за наличия в нём избыточного водорода. Кроме того, неэффективность этого известного способа, наиболее близкого к предлагаемому, заключается в невозможности поддержания в автоматическом режиме оптимальной температуры для получения синтез-газа, позволяющем контролировать процесс его получения, из- за присутствия в нём избыточного водорода.
Из этого же источника (Патент РФ JSfo 2428575, приоритет от 13.08.2010, опубл. 10.09.201 1 ) известен наиболее близкий к предлагае- мому энергетический комплекс для переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты, содержащий под- ключенный к источнику углеводородного газа модуль предваритель- ной обработки газа из последовательно связанных между собой блоков, сформированных в зависимости от физико-химических свойств пере- рабатываемого газа, например, блока сероочистки, и/или компрессор- ного блока, и/или блока сепарации и осушки, разделительный блок по разделению предварительно обработанного газа на два потока: основ- ной и технологический, каждый со своей системой отведения: систе- мой отведения перерабатываемого в конечный продукт основного по- тока газа, и системой отведения технологического потока газа, исполь- зуемого для получения конечного продукта, а также газотурбинный блок со своим компрессором, своей камерой сгорания с системой по- дачи воздуха, и своей турбиной, реактор синтез-газа с подключенными к системе отведения основного потока газа и к системе подачи пара
внутренними трубами и межтрубным пространством, подключенным к системе подачи и отведения технологического потока газа, реактор Фишера-Тропша, связанный через систему охлаждения с реактором синтез-газа и, по необходимости, модуль фракционной конденсации для разделения синтетической нефти, полученной в реакторе Фишера- Тропша, на конечные фракции моторного топлива.
Эта известная энергетическая установка позволяет использовать те- пло выхлопных газов газотурбинной установки для повышения темпе- ратуры основного потока углеводородного газа, перерабатываемого в синтез-газ, а также для получения электроэнергии, используемой для обеспечения собственного технологического процесса. При этом, тем- пература выхлопных газов газотурбинного двигателя внутреннего сго- рания составляет примерно 500°С.
Недостатком этого известного комплекса является отсутствие в нём необходимого оборудования для повышения температуры перерабаты- ваемого углеводородного газа в синтез-газ до температуры (около 1200°С), обеспечивающей возможность проведения реакции паровой конверсии с получением однородного по химическому составу синтез- газа с максимальным коэффициентом газификации, что вызывает не- обходимость сжигания больших объёмов исходного газа и, как следст- вие, приводит к снижению объёма выпуска конечного продукта. Также этот известный комплекс не содержит устройств, обеспечивающих стабилизацию основного потока синтез-газа, перерабатываемого в син- тетическую нефть, из-за наличия в нём избыточного водорода и под- держание в автоматическом режиме оптимальной температуры в реак- торе синтез-газа для получения однородного по химическому составу синтез-газа с максимальным коэффициентом газификации, что не по- зволяет контролировать этот процесс, снижая эффективность исполь- зования этого комплекса.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в повышении эффективности способа переработки углево- дородного газа в стабильные синтетические жидкие нефтепродукты и энергетического комплекса для его осуществления за счёт увеличения объёмов выпуска конечного продукта и снижения энергозатрат на его получение.
Единый технический результат, достигаемый заявляемым изобрете- нием, заключается в создании эффективных условий для протекания процесса получения синтетической нефти в реакторе Фишера-Тропша, за счёт стабилизации потока синтез-газа путём удаления из него избы- точного водорода, а также в создании эффективных условий для про- текания процесса получения синтез-газа за счёт разогрева основного потока газа в процессе его конверсии паровым риформингом продук- тами, полученными от дожигания продуктов сгорания пропущенного через газотурбинную установку технологического потока газа вместе с избыточным водородом и частью технологического потока предвари- тельно обработанного исходного углеводородного газа, и обеспечение оптимально-устойчивого процесса конверсии основного потока газа за счёт поддержания в автоматическом режиме его температуры в реак- торе синтез-газа.
Для получения указанного технического результата предлагается способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синте- тические нефтепродукты, например, в синтетическую нефть, или син- тетическое моторное топливо, предусматривающий предварительную обработку исходного углеводородного газа в зависимости от его физи- ко-химических свойств, например, очистку от сероводородных соеди- нений, и/или сепарирование и осушку, и/или компримирование, а так- же последующее разделение этого предварительно обработанного газа
на два потока: основной поток, перерабатываемый в конечный про- дукт, и технологический поток, используемый для поднятия темпера- туры основного потока газа в процессе получения конечного продукта, последующую переработку каждого из этих разделённых потоков: ос- новного потока - каталитическим паровым риформингом с получением синтез-газа, последующим его охлаждением и переработкой в стабиль- ную синтетическую нефть и, по необходимости, разделением синтети- ческой нефти на фракции синтетического моторного топлива, а пере- работку отделённого технологического потока - пропусканием через газотурбинную установку с получением электрической энергии и про- дуктов сгорания, направляемых затем на разогрев основного потока га- за в процессе его конверсии паровым риформингом, ... в котором до- полнительно от полученного паровым риформингом синтез-газа отде- ляют избыточный водород, а продукты сгорания пропущенного через газотурбинную установку технологического потока газа, вначале до- жигают вместе с избыточным водородом и частью технологического потока предварительно обработанного исходного углеводородного га- за, а затем направляют на разогрев основного потока газа в процессе его конверсии паровым риформингом.
Все операции по предварительной обработке поступающего углево- дородного газа, по его разделению на два потока: основной и техноло- гический, а также по последующей переработке каждого из разделён- ных потоков, и по необходимости, разделение полученной синтетиче- ской нефти на фракции синтетического моторного топлива, производят по единой программе, привязанной к химическому составу газа, посту- пающего на переработку.
Для получения указанного технического результата предлагается энергетический комплекс для переработки углеводородного газа, со- держащий систему подачи газа, подключенную к источнику углеводо-
родного газа и соединённый с ней модуль предварительной обработки газа из последовательно связанных между собой блоков, сформирован- ных в зависимости от физико-химических свойств перерабатываемого газа, например, блока сероочистки, и/или компрессорного блока, и/или блока сепарации и осушки, разделительный блок по разделению пред- варительно обработанного газа на два потока: основной и технологиче- ский, каждый со своей системой отведения: системой отведения пере- рабатываемого в конечный продукт основного потока газа, и системой отведения технологического потока газа, используемого для получения конечного продукта, а также газотурбинный блок со своим компрессо- ром, своей камерой сгорания с системой подачи воздуха, и своей тур- биной, реактор синтез-газа с подключенными к системе отведения ос- новного потока газа и к системе подачи пара внутренними трубами и межтрубным пространством, подключенным к системе подачи и отве- дения технологического потока газа, реактор Фишера-Тропша, связан- ный через систему охлаждения с реактором синтез-газа и, по необхо- димости, модуль фракционной конденсации для разделения синтетиче- ской нефти, полученной в реакторе Фишера-Тропша, на конечные фракции моторного топлива, этот комплекс дополнительно снабжен мембранным блоком для отделения избыточного водорода от синтез- газа, а также форсажной камерой для дожигания продуктов сгорания пропущенного через газотурбинную установку технологического пото- ка газа вместе с избыточным водородом и частью технологического потока предварительно обработанного исходного углеводородного га- за, при этом, мембранный блок выполнен с одним входом, связанным через систему охлаждения с выходом основного потока газа из внут- ренних труб реактора синтез-газа, и с двумя выходами, один из кото- рых предназначен для отведения водорода и соединён с одним из вхо- дов форсажной камеры, а другой выход мембранного блока соединён с
входом в реактор Фишера-Тропша, и форсажная камера вторым своим входом соединена с системой отведения технологического газа из раз- делительного блока, а третьим своим входом она связана с выходом турбины газотурбинного блока, а своим единственным выходом фор- сажная камера соединена с межтрубным пространством реактора син- тез-газа.
Для переработки углеводородного газа в оптимальном режиме энер- гетический комплекс оснащен программным пультом управления, свя- занными с ним разными клапанами подачи пара, воздуха и синтез-газа в технологические зоны комплекса и разными датчиками, установлен- ными в технологических зонах комплекса, в том числе в газоходе на участке выхода из него синтез-газа, и в камерах рубашек кожухов па- роводяного котла, а также датчиком зеркала раздела воды и пара в ка- мере парогенерации.
Использование привода газотурбинного двигателя для питания бло- ков, входящих в комплекс, в качестве газотурбинного блока энергети- ческого комплекса позволяет одновременно использовать его не только в самом технологическом процессе переработки, но и для получения энергии, подпитывающей энергией оборудование комплекса
Краткое описание чертежей
Предлагаемое изобретение иллюстрируются чертежом со схемой энергетического комплекса для переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические продукты.
Лучший вариант осуществления изобретения Энергетический комплекс для переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты содержит подклю- ченный к источнику исходного газа модуль предварительной обработ- ки газа 1 из последовательно связанных между собой блоков (не пока-
заны), сформированных в зависимости от физико-химических свойств перерабатывае-мого газа, например, блока сероочистки (не показан), и/или компрессорного блока (не показан), и/или блока сепарации и осушки (не показан); разделительный блок 2 по разделению предвари- тельно обработанного газа на два потока: основной и технологический, каждый со своей системой отведения: системой отведения перерабаты- ваемого в конечный продукт основного потока газа, и системой отве- дения технологического потока газа, используемого для получения ко- нечного продукта; газотурбинный блок 3 со своим компрессором (не показан), своей камерой сгорания с системой подачи воздуха (не пока- зана), и своей турбиной (не показана); реактор синтез-газа 4 с внутрен- ними трубами 5, подключенными к системе отведения основного пото- ка газа от разделительного блока 2, а также к системе охлаждения син- тез-газа и к системе подачи пара, и межтрубным пространством 6, под- ключенным к системе подачи и отведения технологического потока га- за; мембранный блок 7, предназначенный для отделения избыточного водорода от охлаждённого синтез-газа; форсажную камеру 8; реактор Фишера-Тропша 9 для получения синтетической нефти, связанный че- рез систему охлаждения 10 с реактором синтез-газа 4; и, по необходи- мости, модуль фракционирования продуктов синтеза 11 для разделе- ния синтетической нефти, полученной в реакторе Фишера-Тропша, на конечные фракции моторного топлива. Модуль предварительной обра- ботки газа 1 связан своим входом с модулем учёта исходного газа 12.
Внутренние трубы 5 реактора синтез-газа одним своим входом под- ключены к системе отвода основного потока газа от разделительного блока 2, другим своим входом - к системе подачи пара 13, а одним своим выходом они подключены к системе охлаждения синтез-газа 10.
Мембранный блок 7 имеет один вход и два выхода. Своим входом мембранный блок 7 связан через систему охлаждения синтез-газа 10 с
выходом основного потока газа из внутренних труб реактора синтез- газа 4; одним своим выходом, предназначенным для отведения водоро- да, он соединён с одним из входов в форсажную камеру 8, а другим своим выходом мембранный блок 7 соединён с входом в реактор Фи- шера-Тропша.
Форсажная камера 8 имеет три входа и один выход. Одним своим входом она подключена к выходу турбины газотурбинного блока 3, другим входом - к одному из выходов мембранного блока 7, а третьим своим входом форсажная камера 8 присоединена к системе отведения технологического газа разделительного блока 2. Своим единственным выходом форсажная камера 8 соединена с входом в межтрубное про- странство 6 реактора синтех-газа 4.
Газотурбинный блок 3 представляет собой газотурбинный двигатель привода электростанции для питания блоков, входящих в комплекс.
Реактор синтез-газа 4 представляет собой трубчатую печь рифор- минга на никелевом катализаторе.
Мембранный блок 7 обеспечивает соотношение в основном потоке Н2/СО=1/1, при содержании С02 6,78% об. - достаточном для обеспе- чения работоспособности катализатора синтеза посредством формиро- вания активной поверхности катализатора.
Заявляемый способ переработки углеводородного газа в стабиль- ные жидкие синтетические нефтепродукты реализуют в предлагаемом энергетическом комплексе следующим образом.
Исходный газ поступает в модуль учёта исходного газа 12, далее - в модуль предварительной обработки 1 , где в зависимости от состава подвергается обработке, например, очистке от сероводородных соеди- нений, и/или сепарированию и осушке, и/или компримированию.
Затем подготовленный к переработке газ разделяют в блоке разде- ления 2 на два потока: основной и технологический, каждый из кото- рых направляют на отдельную обработку.
Основной поток газа подвергают каталитической паровой конверсии при температуре близкой к 1200°С с получением синтез-газа в реакторе синтез-газа 4. Пар добавляют к углеводородному сырью из системы подачи пара 13 в количестве, обеспечивающем получение газа с соот- ношением пара и углерода, достаточно высоким для предотвращения отложения углерода на частицах катализатора. Проведение конверсии углеводородных газов при температуре близкой к 1200°С обеспечива- ет содержание диоксида углерода в синтез-газе не более 2%, благодаря чему исключается необходимость очистки синтез-газа от диоксида уг- лерода перед его поступлением в реактор Фишера-Тропша 9.
Процесс конверсии перерабатываемого газа основан на следующих реакциях окисления метана и его гомологов водяным паром:
СН4+Н 2О=СО+ЗН2-206 кДж/моль,
CO+H 20=C02+H2+Q,
СН4+2Н2ОСО 2+4H2-Q
Cn Hm+nH20=nCO+(2n+m)/2H 2
Во избежание осаждения углерода на катализаторе соотношение пар/газ поддерживается в пределах 3,04: 1. Рекомендуемая оптимальная объемная скорость процесса конверсии составляет 800-И 000 ч "1.
В результате паровой конверсии получают синтез-газ с избыточным относительно оптимально-рекомендуемого для синтеза содержанием водорода, т.е. смесь, в основном состоящую из водорода и монооксида углерода, а также некоторым количеством диоксида углерода.
Полученный в реакторе синтез-газ охлаждают с помощью системы охлаждения 10 до 270°С и направляют в мембранный блок 7 для ста- билизации его состава путём отделения от него избыточного водорода,
а освобождённый от избыточного водорода синтез-газ направляют в реактор Фишера Тропша 9, в котором его перерабатывают в стабиль- ную синтетическую нефть и затем, по необходимости, разделяют её на фракции синтетического моторного топлива.
Отделённый от синтез-газа мембранным блоком 7 избыточный во- дород отправляют в форсажную камеру 8.
Технологический поток газа из разделительного блока 2 по своей системе отвода направляют в газотурбинный блок 4, который своим компрессором (не показан) сжимает поступивший газ до 14- 16 атм., за- тем сжигает в его в своей камере сгорания (не показана) вместе с пор- цией поступающего туда воздуха и выталкивает своей турбиной (не показана) полученные продукты сгорания с температурой около 500°С в форсажную камеру 8.
В форсажной камере 8 поступившие из газотурбинного блока 3 про- дукты сгорания смешивают с водородом и частью предварительно об- работанного исходного углеводо-родного газа и дожигают с получени- ем продуктов дожига с температурой 1 100°С.
Выходящие из форсажной камеры 8 продукты дожига направляют в межтрубное пространство 6 реактора синтез-газа 4 для повышения температуры основного потока газа, конверсируемого в процессе па- рового риформинга. Такое повышение температуры позволяет резко увеличить энергоэффективность процесса получения синтез-газа, сни- зить объём технологического потока исходного газа, направляемого на разогрев перерабатываемого в конечный продукт основного потока га- за.
Возможность управления процессами дозирования продуктов, на- правляемых в форсажную камеру позволяет автоматизировать процесс управления температурой в реакторе синтез-газа.
Далее синтез СО и Н2 проводят в трубчатом реакторе Фишера- Тропша 9 со стационарным слоем катализатора при давлении 10-50 атм. (предпочтительно 15-25 атм.) и температуре 150-300°С (предпоч- тительно 170-250°С). Мольное отношение СО:Н2 в синтез-газе состав- ляет 1 : КЗ (предпочтительно 1 :2).
Процесс синтеза метанола в реакторе Фишера Тропша основан на следующих реакциях:
СО-Н2Н 2=СН3ОН+ 100,6 кДж/моль
С02+ЗН2 СН3ОН+Н20+62,4 кДж/моль
Полученная в реакторе Фишера-Тропша синтетическая нефть имеет следующее содержание компонентов: содержание алканов - не ниже 80 мас.%, содержание алканов фракции С5-С ю - не ниже 50 мас.%, содер- жание ароматических соединений - не выше 0,5 мас.%.
После этого синтетическая нефть поступает в модуль фракционной конденсации 1 1 для разделения синтетической нефти, полученной в реакторе Фишера-Тропша, на конечные фракции моторного топлива. Можно синтезировать следующие продукты, традиционно получаемые из нефти:
- низкомолекулярные олефины (С2-С 4);
- бензин (С5-С ю);
- дизельное топливо (Сц -С is);
- твердый парафин (С 19+) - церезин;
- ароматические углеводороды;
- смесь жидких углеводородов - синтетическую нефть.
Действующей технологией также предусматривается рекуперация высокопотенциального тепла как конвертируемого, так и дымовых га- зов на собственные нужды установки:
- для выработки насыщенного водяного пара, используемого в техно- логии;
- для подогрева исходного газа перед смешением с водяным паром;
- для подогрева парогазовой смеси перед трубчатой печью риформин- га;
- для подогрева воздуха перед подачей в печь для обеспечения процес- са горения;
- для подогрева теплофикационной воды для нужд системы отопления и вентиляции установки.
Промышленная применимость
Предлагаемый способ переработки углеводородного газа в стабиль- ные синтетические жидкие нефтепродукты, позволяет создать в пред- лагаемом энергетическом комплексе эффективные условия для проте- кания процесса получения синтетической нефти в реакторе Фишера- Тропша за счёт стабилизации потока синтез-газа путём удаления из не- го избыточного водорода, а также создать эффективные условия для протекания процесса получения синтез-газа за счёт разогрева основно- го потока газа в процессе его конверсии паровым риформингом про- дуктами, полученными от дожигания продуктов сгорания пропущенно- го через газотурбинную установку технологического потока газа вме- сте с избыточным водородом и частью технологического потока пред- варительно обработанного исходного углеводородного газа, и обеспе- чение оптимально-устойчивого процесса конверсии основного потока газа за счёт поддержания в автоматическом режиме его температуры в реакторе синтез-газа.
Claims
1. Способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты, например, в синтетическую нефть, или синтетическое моторное топливо, предусматривающий предваритель- ную обработку исходного углеводородного газа в зависимости от его физико-химических свойств, например, очистку от сероводородных соединений, и/или сепарирование и осушку, и/или компримирование, а также последующее разделение этого предварительно обработанного газа на два потока: основной поток, перерабатываемый в конечный продукт, и технологический поток, используемый для поднятия темпе- ратуры основного потока газа в процессе получения конечного продук- та, последующую переработку каждого из этих разделённых потоков: основного потока - каталитическим паровым риформингом с получе- нием синтез-газа, а технологического потока— пропусканием через га- зотурбинную установку, связанную своей турбиной с приводом газо- перекачивающего агрегата и/или электрогенератора, с получением электрической энергии и продуктов сгорания, направляемых затем на разогрев основного потока газа в процессе его конверсии паровым ри- формингом, переработку полученного синтез-газа в стабильную синте- тическую нефть и, по необходимости, разделение синтетической нефти на фракции синтетического моторного топлива, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что дополнительно от полученного паровым риформингом синтез- газа отделяют избыточный водород, а продукты сгорания пропущенно- го через газотурбинную установку технологического потока газа, вна- чале дожигают вместе с избыточным водородом и частью технологи- ческого потока предварительно обработанного исходного углеводо- родного газа, а затем направляют на разогрев основного потока газа в процессе его конверсии паровым риформингом.
2. Способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты по п. 1 , ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что все операции по предварительной обработке поступающего углеводо- родного газа, по его разделению на два потока: основной и технологи- ческий, а также по последующей переработке каждого из разделённых потоков, и по необходимости, разделение полученной синтетической нефти на фракции синтетического моторного топлива, производят по единой программе, привязанной к химическому составу газа, посту- пающего на переработку.
3. Энергетический комплекс для переработки углеводородного газав стабильные жидкие синтетические нефтепродукты, содержащий систе- му подачи газа, подключенную к источнику углеводородного газа и со- единённый с ней модуль предварительной обработки газа из последо- вательно связанных между собой блоков, сформированных в зависимо- сти от физико-химических свойств перерабатываемого газа, например, блока сероочистки, и/или компрессорного блока, и/или блока сепара- ции и осушки, разделительный блок по разделению предварительно обработанного газа на два потока, каждый со своей системой отведе- ния: системой отведения перерабатываемого в конечный продукт ос- новного потока газа, и системой отведения технологического потока газа, используемого для получения конечного продукта, а также газо- турбинный блок со своим компрессором, своей камерой сгорания с системой подачи воздуха, и своей связанной с приводом газоперекачи- вающего агрегата и/или электрогенератора турбиной, реактор синтез- газа с внутренними трубами, подключенными к системе отведения ос- новного потока газа и к системе подачи пара, и межтрубным простран- ством, реактор Фишера-Тропша, связанный через систему охлаждения с реактором синтез-газа и, по необходимости, блок сепарации для раз- деления синтетической нефти, полученной в реакторе Фишера-Тропша,
на конечные фракции моторного топлива, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что он дополнительно снабжён форсажной камерой для дожигания продуктов сгорания пропущенного через газотурбинную установку технологического потока газа вместе с избыточным водородом и ча- стью технологического потока предварительно обработанного исход- ного углеводородного газа, а также мембранным блоком для отделения избыточного водорода от синтез-газа с системой отведения водорода в форсажную камеру и системой отведения синтез-газа в реактор Фише- ра-Тропша, при этом, форсажная камера вторым своим входом соеди- . нена с системой отведения технологического газа из разделительного блока, а третьим своим входом она связана с выходом турбины газо- турбинного блока, а своим единственным выходом форсажная камера соединена с межтрубным пространством реактора синтез-газа.
4. Энергетический комплекс по п. 3, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что он оснащен программным пультом управления, связанными с ним разны- ми клапанами подачи пара, воздуха и синтез-газа в технологические зоны комплекса и разными датчиками, установленными в технологиче- ских зонах комплекса, в том числе в газоходе на участке выхода из не- го синтез-газа, и в камерах рубашек кожухов паро-водяного котла, а также датчиком зеркала раздела воды и пара в камере парогенерации.
5. Энергетический комплекс по п.1, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что га- зотурбинный блок представляет собой газотурбинный двигатель при- вода электростанции для питания блоков, входящих в комплекс.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013105040/04A RU2527536C1 (ru) | 2013-02-06 | 2013-02-06 | Способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты и энергетический комплекс для его осуществления |
| RU2013105040 | 2013-02-06 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014123454A1 true WO2014123454A1 (ru) | 2014-08-14 |
Family
ID=51299961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2014/000047 WO2014123454A1 (ru) | 2013-02-06 | 2014-01-23 | Способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты и энергетический комплекс для его осуществления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2527536C1 (ru) |
| WO (1) | WO2014123454A1 (ru) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2630307C1 (ru) * | 2016-06-02 | 2017-09-07 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Способ и установка для получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из природного или попутного газов |
| RU2638853C1 (ru) * | 2017-02-28 | 2017-12-18 | Олег Петрович Андреев | Блок конверсии синтез-газа в жидкие углеводороды установки для переработки природного газа |
| RU2684420C1 (ru) * | 2018-06-14 | 2019-04-09 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Способ получения синтетической нефти из природного/попутного нефтяного газа и компактная установка для получения синтетической нефти из природного/попутного нефтяного газа |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA001466B1 (ru) * | 1996-06-21 | 2001-04-23 | Синтролеум Корпорейшн | Система и способ выработки синтез-газа |
| RU2247701C2 (ru) * | 1999-12-09 | 2005-03-10 | Статоил Аса И Энд К Ир Пат | Способ превращения природного газа в высшие углеводороды |
| EA005783B1 (ru) * | 2002-01-16 | 2005-06-30 | Джонсон Мэтти Плс | Способ получения углеводородов |
| RU2428575C1 (ru) * | 2010-08-13 | 2011-09-10 | Вячеслав Александрович Богуслаев | Комбинированная газотурбинная установка |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7686856B2 (en) * | 2006-06-19 | 2010-03-30 | Praxair Technology, Inc. | Method and apparatus for producing synthesis gas |
-
2013
- 2013-02-06 RU RU2013105040/04A patent/RU2527536C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2014
- 2014-01-23 WO PCT/RU2014/000047 patent/WO2014123454A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA001466B1 (ru) * | 1996-06-21 | 2001-04-23 | Синтролеум Корпорейшн | Система и способ выработки синтез-газа |
| RU2247701C2 (ru) * | 1999-12-09 | 2005-03-10 | Статоил Аса И Энд К Ир Пат | Способ превращения природного газа в высшие углеводороды |
| EA005783B1 (ru) * | 2002-01-16 | 2005-06-30 | Джонсон Мэтти Плс | Способ получения углеводородов |
| RU2428575C1 (ru) * | 2010-08-13 | 2011-09-10 | Вячеслав Александрович Богуслаев | Комбинированная газотурбинная установка |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013105040A (ru) | 2014-08-20 |
| RU2527536C1 (ru) | 2014-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW202200767A (zh) | 用於製造具有減少的ｃｏ２足跡及改善的氫氣整合度之烴之方法及設備 | |
| US20130247448A1 (en) | Optimization of torrefaction volatiles for producing liquid fuel from biomass | |
| RU2666897C2 (ru) | Способ получения синтез-газа для производства аммиака с использованием высокотемпературной конверсии и низкой величины отношения количества водяного пара к количеству углерода | |
| CN102703108B (zh) | 一种费托合成及尾气利用的工艺方法 | |
| EA029880B1 (ru) | Способ получения углеводородов | |
| NO20110571A1 (no) | Forbedring av Fischer-Tropsch-prosess for hydrokarbondrivstoffblanding | |
| CN101845319B (zh) | 以生物质为原料生产蜡及清洁燃料油工艺 | |
| US20210071089A1 (en) | Enhancement of fischer-tropsch process for hydrocarbon fuel formulation in a gtl environment | |
| WO2016086141A1 (en) | Biomass to transportation fuels using a fischer-tropsch process | |
| WO2013110716A1 (en) | Process and system for producing a fuelm a carbon-containing material using a plasma gasifier | |
| CN104937078A (zh) | 用于液体燃料生产的混合装置以及当所述混合装置中的气化单元在小于它的设计生产能力下运行或不运行时运行所述混合装置的方法 | |
| CA2731376C (en) | Enhancement of fischer-tropsch process for hydrocarbon fuel formulation | |
| EA033831B1 (ru) | Способ конверсии природного газа в углеводородные продукты и установка для осуществления способа | |
| US20150005399A1 (en) | Method and device for producing synthetic gas and method and device for synthesizing liquid fuel | |
| CN102703107A (zh) | 一种由生物质生产的合成气制造液态烃产品的方法 | |
| EP2523897A1 (en) | Producing low methane syngas from a two-stage gasifier | |
| JP5801417B2 (ja) | 炭化水素燃料調製のためのフィッシャートロプシュ法の強化 | |
| RU2527536C1 (ru) | Способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты и энергетический комплекс для его осуществления | |
| RU2387629C1 (ru) | Способ получения синтетических углеводородов из углеводородных газов | |
| KR20160022640A (ko) | 이중관 구조의 플라즈마/촉매 일체형 가스 개질 장치 및 가스 개질 방법 | |
| CN202744473U (zh) | 一种以煤和天然气为原料制烯烃的多联产装置 | |
| FR3079844A1 (fr) | Infrastructure intégrée de liquéfaction de charbon, de pétrole ou de biomasse présentant une production réduite de dioxyde de carbone et une efficacité carbone et un rendement thermique améliorés | |
| WO2010128886A2 (ru) | Способ получения углеводородов из газообразных продуктов плазменной переработки твёрдых отходов ( варианты) | |
| EP2830992B1 (en) | Integrated process for the gasification of whole crude oil in a membrane wall gasifier and power generation | |
| RU2533149C2 (ru) | Способ эксплуатации коксовой печи |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14748532 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205N DATED 13/10/2015) |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14748532 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |