Способ получения метанола

Настоящее изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано при переработке газа нестабильного состава, такого, например, как попутный нефтяной газ на нефтедобывающих скважинах, в полевых условиях небольшими передвижными установками. Способ получения метанола включает: отбор перерабатываемого углеводородного газа, обессеривание, каталитическую паровую конверсию с получением конвертированного газа, утилизацию тепла с отделением воды, синтез метанола, отделение сконденсированного метанола. При этом отбирают углеводородный газ нестабильного состава под давлением не менее 0,001 МПа, обессеривание углеводородного газа нестабильного состава совмещают со стадией ступенчатой стабилизации давления с образованием парогазовой смеси, синтез метанола проводят не менее чем в две последовательные проточные ступени с уменьшающимся объемом катализатора при давлении не менее 1,5 МПа, а отделение метанола производят между последовательными ступенями. Данный способ позволяет значительно снизить стоимость переработки газа и обслуживания установок и позволяет производить переработку на мобильных передвижных установках в полевых условиях. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано при переработке газа нестабильного состава, такого, например, как попутный нефтяной газ на нефтедобывающих скважинах, в полевых условиях небольшими передвижными установками.

Из опубликованных в патентной литературе сведений не выявлено технических решений, направленных на переработку попутного газа либо газа с нестабильным составом с получением метанола.

Известны способы переработки природного газа с получением метанола. Из данных способов известно, что переработка природного газа ведется под высоким давлением, с которым газ поступает на перерабатывающие заводы по магистралям. Кроме того, необходимым условием осуществления известных способов являются жесткие требования к составу газа, а также проведение синтеза метанола при повышенном (до 7,0-10,0 МПа) давлении, что достигается применением мощных и дорогостоящих компрессоров, на стационарных установках химических и нефтеперерабатывающих предприятий.

В настоящее время стоит проблема переработки попутных нефтяных газов, а также газов новых месторождений с нестабильным составом газа, не соответствующим требованиям ГОСТ. По существующим технологиям такие газы либо сжигают в факелах, что наносит вред окружающей среде и отрицательно влияет на экологию, либо встает необходимость прокладывания магистралей до существующих газопроводов или до ближайшего перерабатывающего завода. При этом в процессе транспортировки по газопроводам часть углеводородов транспортируемого газа, необходимых для переработки, теряется в результате многоступенчатых циклов сжатия и последовательного охлаждения при преодолении гидравлического сопротивления протяженных трасс магистральных газопроводов, поскольку их содержание в газе с нестабильным составом слишком мало. Таким образом не оправдываются затраты на построение газопроводов и транспортирование газа с месторождения до перерабатывающих заводов.

Известен способ получения метанола из синтез-газа, включающий две стадии синтеза метанола при повышенной температуре и давлении, где на первой стадии синтез ведут в проточном реакторе, а на второй стадии в реакторе с рециклом, при подаче на вторую стадию добавляют к газу, подаваемому на вторую стадию, дополнительный газовый поток, содержащий избыток водорода или оксидов углерода, для регулирования объемного соотношения СО/(Н₂+CO₂). Данный способ включает в себя также стадию предварительного восстановления оксида углерода из диоксида в дополнительных реакторах (патент РФ №2052444, С 07 С 31/04, 1996 г.).

Недостатком известного способа являются значительные энергозатраты, в том числе увеличение энергозатрат на процесс восстановления оксидов, а также необходимость использования компрессоров для достижения заданного давления на операции синтеза, требующих постоянного контроля и ухода.

Известен способ переработки природного газа с получением метанола, включающий парокислородную конверсию природного газа с получением синтез-газа, утилизацию тепла, частичное удаление из синтез-газа диоксида углерода, осушку, компрессию до давления 8,5-9,0 МПа и синтез метанола в две ступени - предварительную проточную под давлением парокислородной конверсии и основную циркуляционную (патент РФ №2135454, МПК 6 С 07 С 31/04, 1999 г.).

Недостатком известного способа являются применение парокислородной конверсии, требующей больших затрат на обеспечение безопасности процесса, а также необходимость удаления избыточно образующейся двуокиси углерода, что влечет за собой значительные энергозатраты. Для осуществления данного способа требуется дорогостоящее и высокоточное оборудование, как, например, компрессоры.

Известен способ получения метанола, включающий парокислородную конверсию природного газа, выделение части двуокиси углерода из конвертированного газа с последующей осушкой и компрессией до давления 8,5-9,5 МПа и синтез метанола из оксидов углерода и водорода в полочных колоннах (патент РФ №2099320, МПК 6 С 07 С 29/15, 1997 г.).

Недостатком известного способа являются применение парокислородной конверсии, требующей больших затрат на обеспечение безопасности процесса, а также необходимость удаления избыточно образующейся двуокиси углерода, что влечет за собой значительные энергозатраты. Для осуществления данного способа необходимо дорогостоящее оборудование, как, например, компрессоры, требующие постоянного слежения и ухода.

Известен способ переработки природного газа с получением метанола, включающий отбор природного газа под давлением, нагревание, обессеривание газа, каталитическую паровую конверсию с получением конвертированного газа, утилизацию тепла, компримирование газа, синтез метанола с циркуляцией непрореагировавшего газа, рекуперацию тепла последнего и отделение сконденсированного метанола, (патент РФ "2124387, МПК 6 С 07 С 27/26, 1999 г.). Данное решение принято за прототип.

Недостатком прототипа являются значительные энергозатраты, применение компрессоров для обеспечения поднятия давления до необходимого уровня.

Задача, решаемая изобретением, обеспечение получения метанола за счет переработки попутных нефтяных газов, а также газов новых месторождений с нестабильным составом газа при низком давлении без применения дорогостоящих компрессоров на передвижных мобильных установках.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе получения метанола, включающем отбор перерабатываемого газа, обессеривание, каталитическую паровую конверсию с получением конвертированного газа, утилизацию тепла, синтез метанола, отделение сконденсированного метанола, в соответствии с изобретением отбирают газ нестабильного состава под давлением не менее 0,001 МПа, обессеривание газа совмещают со стадией ступенчатой стабилизации давления, синтез метанола проводят не менее чем в две последовательные проточные ступени с уменьшающимся объемом катализатора при давлении не менее 1,5 МПа, а отделение метанола производят между последовательными ступенями.

Ступенчатую стабилизацию давления газа производят при помощи газоструйных аппаратов.

Технический результат решения поставленной задачи заключается в том, что за счет переработки газа нестабильного состава обеспечивается решение как экологических, так и экономических проблем, связанных с утилизацией попутных нефтяных газов, а также газов новых месторождений с нестабильным составом газа.

За счет того, что переработку газа производят при небольших давлениях: конвертирование при давлении от 0,001 МПа, а синтез метанола при давлении от 1,5 МПа, отпадает необходимость использования дорогостоящих компрессоров, требующих постоянного слежения за процессом их эксплуатации, что значительно снижает стоимость переработки газа и обслуживания установок и позволяет производить переработку на мобильных передвижных установках практически в полевых условиях.

Кроме того, проведение процесса при низких давлениях позволяет совместить обессеривание газа со стадией ступенчатой стабилизации давления при помощи газоструйных аппаратов, что также влияет на снижение стоимости процесса производства метанола.

Проведение синтеза метанола не менее чем в две последовательные проточные ступени с уменьшающимся объемом катализатора и отделение метанола между последовательными ступенями позволяет исключить необходимость циркуляции синтез-газа, проводить синтез в проточных реакторах изотермического и адиабатического типа при низких давлениях в широком диапазоне объемных скоростей.

Осуществление данного способа позволит перерабатывать газ нестабильного состава непосредственно на местах добычи с получением метанола и последующим его использованием для хозяйственных нужд. Таким образом можно избавиться от факелов над нефтяными месторождениями или месторождениями, где добываемый газ не соответствует требованиям ГОСТа. А также не тратить средства на прокладку газопроводов до мест переработки природного газа.

Фиг.1 - блок-схема стадий осуществления процесса.

Фиг 2 - схема процесса получения метанола-сырца.

Способ получения осуществляется следующим образом (см. фиг.2). Углеводородный газ нестабильного состава и давления (0,001-20 МПа), пройдя, при необходимости, блок очистки от серосодержащих соединений (на фиг.2 условно не показан), поступает на блок стабилизации давления 1, где последнее стабилизируется в интервале 2-5 МПа с образованием парогазовой смеси (соотношение пар:газ=4:1).

Затем предварительно нагретая до 650-750°С парогазовая смесь подвергается каталитическому паровому риформингу в трубчатой печи 2. Для увеличения общего теплового КПД установки предусмотрена утилизация тепла дымовых газов трубчатой печи 2, направленная на нагрев топочного газа, получение пара в.д. и перегрев парогазовой смеси перед входом в реакционные трубы. Утилизация тепла дымовых газов осуществляется в БТА (блок теплообменной аппаратуры) 3.

Конвертированный газ после выхода из реакционных труб направляется последовательно в рекуператор 4, котел-утилизатор 5, подогреватель 6 и конденсатор 7, где происходит утилизация тепла и отделение воды перед блоком синтеза метанола.

Синтез метанола осуществляется в блоке изотермических реакторов при температуре 180-280°С и давлении 2-5 МПа.

Осушенный газ после конденсатора 7 поступает в подогреватель 8, где его температура поднимается до 180-280°С и далее направляется в изотермический реактор 9. После реактора газ проходит через рекуператор 10 и конденсатор 11, где происходит охлаждение реакционного газа с отделением метанола-сырца. После рекуператора 9 газ направляется на вторую ступень синтеза, идентичную первой и т.д.

В зависимости от состава и давления исходного газа количество ступеней синтеза может колебаться от двух до восьми.

Отработанный газ из блока синтеза направляется на сжигание в виде топлива в трубчатой печи 2.

Данный способ возможно осуществить с применением известного оборудования, исключив при этом использование дорогостоящих компрессоров.

1. Способ получения метанола, включающий отбор перерабатываемого углеводородного газа, обессеривание, каталитическую паровую конверсию с получением конвертированного газа, утилизацию тепла с отделением воды, синтез метанола, отделение сконденсированного метанола, отличающийся тем, что отбирают углеводородный газ нестабильного состава под давлением не менее 0,001 МПа, обессеривание углеводородного газа нестабильного состава совмещают со стадией ступенчатой стабилизации давления с образованием паро-газовой смеси, синтез метанола проводят не менее чем в две последовательные проточные ступени с уменьшающимся объемом катализатора при давлении не менее 1,5 МПа, а отделение метанола производят между последовательными ступенями.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ступенчатую стабилизацию давления газа производят при помощи газоструйных аппаратов.