Система синтеза жидкого топлива
Изобретение относится к вариантам системы синтеза жидкого топлива, содержащей реформинг-установку, в которой производится преобразование углеводородного сырья для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов; установку для утилизации отходящего тепла, которая утилизирует отходящее тепло из синтез-газа, выводимого из реформинг-установки; реактор, в котором синтезируются жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе; установку для удаления СО2, имеющую поглотительную колонну, которая отделяет газообразный диоксид углерода от синтез-газа, подаваемого из установки для утилизации отходящего тепла, с использованием поглотителя, и регенерационную колонну, которая нагревает поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, отделенный в поглотительной колонне, для выделения газообразного диоксида углерода, и ректификационную колонну, которая нагревает жидкие углеводороды, синтезированные в реакторе, для фракционной разгонки жидких углеводородов на два или более сортов жидких топлив, температуры кипения которых различаются между собой, в которой регенерационная колонна нагревает поглотитель, используя пар среднего давления с давлением от 1,2 до 2,5 МПа (избыточных), полученный путем понижения давления пара высокого давления, имеющего давление от 3,4 до 10 МПа (избыточных), генерируемого в установке для утилизации отходящего тепла. Применение настоящего изобретения позволяет эффективно утилизировать теплоту реакции из реформинг-установки или реактора. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе синтеза жидкого топлива для получения жидких топлив из углеводородного сырья, такого как природный газ.
Заявлен приоритет Японской Патентной Заявки №2006-95534, поданной 30 марта 2006 года, содержание которой включено сюда посредством ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В качестве одного из способов синтеза жидкого топлива из природного газа недавно была разработана GTL-технология (Газ-В-Жидкость: синтез жидкого топлива, СЖТ) преобразования природного газа для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода (СО) и газообразный водород (H2) в качестве основных компонентов, синтеза жидких углеводородов с использованием этого синтез-газа в качестве источника газа с помощью реакции синтеза Фишера-Тропша (далее называемой «реакция ФТ-синтеза»), и последующего гидрирования и гидрокрекинга жидких углеводородов для производства жидких топливных продуктов, таких как нафта (необработанный лигроин), керосин, газойль и воск (US 2005209348 A1).
В общепринятой системе синтеза жидкого топлива с использованием GTL-технологии при утилизации теплоты выделяющегося газа, выводимого из реформинг-установки, в которой природный газ преобразуется для получения синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, или теплоты реакции, генерированной в реакторе, где, например, проводится реакция синтеза жидкого топлива, такая как реакция ФТ-синтеза, теплота утилизируется в виде пара, с использованием таких установок, как теплообменники.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Однако, поскольку давление пара, образующегося в установке (например, кипятильнике, использующем тепло отходящих газов), которая утилизирует отходящее тепло реформинг-установки, или установке (например, трубчатом теплообменнике), которая утилизирует теплоту реакции из реактора, представляет, например, пар, имеющий относительно низкое давление, около 1,2 МПа (избыточных) (далее называемый как «пар среднего давления»), пар утилизируется неэффективно, но главным образом охлаждается и выводится в виде сконденсированных стоков.
Таким образом, настоящее изобретение было выполнено в свете такой проблемы и нацелено на создание системы синтеза жидкого топлива, которая синтезирует жидкое топливо из углеводородного сырья, такого как природный газ, которая открывает возможность эффективной утилизации пара среднего давления, образуемого в установке, которая утилизирует отходящее тепло из реформинг-установки, или установке, которая утилизирует теплоту реакции из реактора, тем самым улучшая тепловую эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом.
СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
Первый аспект системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению включает реформинг-установку, в которой производится преобразование углеводородного сырья для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов; установку для утилизации отходящего тепла синтез-газа, выводимого из реформинг-установки; реактор, в котором синтезируются жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе; и установку для тепловой обработки, которая выполняет заданную тепловую обработку с использованием пара, генерированного в установке для утилизации отходящего тепла.
В первом аспекте системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению, когда установка для утилизации отходящего тепла, такая как кипятильник, использующий тепло отходящих газов, утилизирует отходящее тепло синтез-газа, подаваемого из реформинг-установки, установка генерирует пар с высоким давлением (пар высокого давления). Согласно настоящему изобретению этот пар высокого давления может быть использован в качестве источника нагревания в установке для заданной тепловой обработки в системе синтеза жидкого топлива, тем самым улучшая тепловую эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом.
Первый аспект системы синтеза жидкого топлива согласно изобретению может дополнительно включать установку для удаления СО2, имеющую поглотительную колонну, которая отделяет газообразный диоксид углерода от синтез-газа, подаваемого из установки утилизации отходящего тепла, с использованием поглотителя; и регенерационную колонну, которая нагревает поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, отделенный в поглотительной колонне, для выделения газообразного диоксида углерода. В дополнение, установка для тепловой обработки может представлять собой регенерационную колонну. Согласно настоящему изобретению пар высокого давления из установки для утилизации отходящего тепла может быть использован в качестве источника нагревания при нагревании поглотителя в регенерационной колонне.
Первый аспект системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению может дополнительно включать ректификационную колонну, которая нагревает жидкие углеводороды, синтезированные в реакторе, для фракционной разгонки жидких углеводородов на два или более сортов жидких топлив, температуры кипения которых различаются между собой. В дополнение, установка для тепловой обработки может представлять собой ректификационную колонну. Согласно настоящему изобретению пар высокого давления из установки для утилизации отходящего тепла может быть использован в качестве источника нагревания для нагревания жидких углеводородов в ректификационной колонне.
Второй аспект системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению включает реформинг-установку, которая преобразует углеводородное сырье для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерод и газообразный водород в качестве основных компонентов; реактор, в котором синтезируются жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе; установку для утилизации теплоты реакции, которая предусматривается в реакторе для утилизации теплоты реакции от реакции синтеза жидких углеводородов; и установку для тепловой обработки, которая выполняет заданную тепловую обработку с использованием пара, генерированного в установке для утилизации теплоты реакции.
Во втором аспекте системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению, когда установка для утилизации теплоты реакции, такая как трубчатый теплообменник, утилизирует теплоту реакции из реактора, она генерирует пар с относительно более низким давлением (пар среднего давления). Согласно настоящему изобретению этот пар среднего давления может быть использован в качестве источника нагревания в установке для заданной тепловой обработки в системе синтеза жидкого топлива, тем самым улучшая тепловую эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом.
Второй аспект системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению может далее включать ректификационную колонну, которая нагревает жидкие углеводороды, синтезированные в реакторе, для фракционной разгонки жидких углеводородов на два или более сортов жидких топлив, температуры кипения которых различаются между собой. В дополнение, установка для тепловой обработки может представлять собой ректификационную колонну. Согласно настоящему изобретению пар среднего давления из установки для утилизации теплоты реакции может быть использован в качестве источника нагревания для нагревания жидких углеводородов в ректификационной колонне.
Во втором аспекте системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению ректификационная колонна может включать устройство для понижения давления для ректификационной колонны (например, вакуумный насос и т.д.), которое понижает давление, то есть давление внутри ректификационной колонны. Соответственно этому температуры кипения жидкого топлива в ректификационной колонне могут быть снижены, и пар, имеющий низкую энергию, такой как пар среднего давления, также может быть утилизирован в качестве источника нагревания. Более того, поскольку температуры кипения жидкого топлива могут быть снижены, жидкое топливо может быть подвергнуто фракционной разгонке с меньшим расходом тепла, и жидкое топливо редко нуждается в последующем тепловом воздействии. Соответственно этому может быть улучшено качество очищенных жидких топливных продуктов.
Второй аспект системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению может далее включать устройство для удаления СО2, имеющее установку для утилизации отходящего тепла, которая утилизирует отходящее тепло синтез-газа, подаваемого из реформинг-установки; поглотительную колонну, которая отделяет газообразный диоксид углерода от синтез-газа, подаваемого из установки для утилизации отходящего тепла, с использованием поглотителя; и регенерационную колонну, которая нагревает поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, отделенный в поглотительной колонне, для выделения газообразного диоксида углерода. Установка для тепловой обработки может представлять собой регенерационную колонну. Согласно настоящему изобретению пар среднего давления из установки для утилизации теплоты реакции может быть использован в качестве источника нагревания для нагревания поглотителя в регенерационной колонне.
Далее во втором аспекте системы синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению регенерационная колонна может включать устройство для понижения давления для регенерационной колонны (например, вакуумный насос и т.д.), которое понижает давление внутри регенерационной колонны. Соответственно этому температуры кипения поглотителя могут быть снижены, и пар, имеющий низкую энергию, такой как пар среднего давления, также может быть утилизирован в качестве источника нагревания.
Далее устройство для понижения давления пара, которое понижает давление пара, генерируемого в установке для утилизации отходящего тепла, может быть размещено между установкой для утилизации отходящеого тепла и установкой для тепловой обработки.
ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению в системе синтеза жидкого топлива, которая синтезирует жидкое топливо из углеводородного сырья, такого как природный газ, давление пара, генерируемого в установке, которая утилизирует отходящее тепло из реформинг-установки, или установке, которая утилизирует теплоту реакции из реактора, может быть использовано в качестве источника нагревания в установке для тепловой обработки внутри системы синтеза жидкого топлива. Соответственно этому, согласно настоящему изобретению, пар среднего давления может быть использован эффективно, тем самым улучшая тепловую эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую общую компоновку системы синтеза жидкого топлива согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую принципы утилизации пара в системе синтеза жидкого топлива согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ КОДОВЫХ СИМВОЛОВ
1: СИСТЕМА СИНТЕЗА ЖИДКОГО ТОПЛИВА
3: УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕЗ-ГАЗА
5: УСТАНОВКА СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША (ФТ-СИНТЕЗА)
7: БЛОК ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА
10: РЕАКТОР ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИИ
12: РЕФОРМИНГ-УСТАНОВКА
14: КИПЯТИЛЬНИК, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ТЕПЛО ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
16 и 18: ГАЗО-ЖИДКОСТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
20: УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ СО2
22: ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ КОЛОННА
24: РЕГЕНЕРАЦИОННАЯ КОЛОННА
26: УСТАНОВКА ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА
30: БАРБОТАЖНЫЙ КОЛОННЫЙ РЕАКТОР
32: ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
34 и 38: ГАЗО-ЖИДКОСТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
36: СЕПАРАТОР
40: ПЕРВАЯ РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА
50: РЕАКТОР ГИДРОКРЕКИНГА ВОСКОВОГО КОМПОНЕНТА
52: РЕАКТОР ГИДРИРОВАНИЯ КЕРОСИНОВОЙ И ГАЗОЙЛЕВОЙ ФРАКЦИИ
54: РЕАКТОР ГИДРИРОВАНИЯ ЛИГРОИНОВОЙ ФРАКЦИИ
56, 58 и 60 ГАЗО-ЖИДКОСТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
70: ВТОРАЯ РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА
72: СТАБИЛИЗАТОР НАФТЫ
144: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПАРА
242, 402 и 702: ТЕПЛООБМЕННИКИ
244: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
404: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПЕРВОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
704: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОНИЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ВТОРОЙ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЫ
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно с привлечением сопроводительных чертежей. В дополнение, в настоящем описании и чертежах исключается дублированное описание путем присвоения одинаковых кодовых номеров составным частям, имеющим, по существу, одинаковые функциональные конфигурации.
Во-первых, с привлечением Фиг. 1, будет описана общая компоновка и действие системы синтеза жидкого топлива 1, которая выполняет GTL-процесс (Газ-В-Жидкость, СЖТ) согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 1 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую общую компоновку системы синтеза жидкого топлива 1 согласно настоящему изобретению.
Как показано в Фиг. 1, система синтеза жидкого топлива 1 согласно настоящему варианту осуществления представляет собой промышленное предприятие, которое выполняет GTL-процесс, который преобразует углеводородное сырье, такое как природный газ, в жидкие топлива. Эта система синтеза жидкого топлива 1 включает установку для производства синтез-газа 3, установку для ФТ-синтеза 5 и блок повышения качества 7. Установка для производства синтез-газа 3 подвергает реформингу природный газ, который представляет собой углеводородное сырье, для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород. Установка для ФТ-синтеза 5 производит жидкие углеводороды из вышеназванного синтез-газа с помощью реакции синтеза Фишера-Тропша (далее называемой как «реакция ФТ-синтеза»). Блок повышения качества 7 подвергает гидрированию и гидрокрекингу жидкие углеводороды, полученные реакцией ФТ-синтеза, для производства жидких топливных продуктов (нафты, керосина, газойля, воска и т.д.). Далее будут описаны составные части каждой из этих установок.
Во-первых, будет описана установка для производства синтез-газа 3. Установка для производства синтез-газа 3 главным образом включает, например, реактор десульфуризации 10, реформинг-установку 12, кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов, как пример установки для утилизации отходящего тепла, газожидкостные сепараторы 16 и 18, устройство для удаления СО2 20 и устройство для отделения водорода 26. Реактор десульфуризации 10 состоит из гидродесульфуризатора и т.д. и удаляет сернистый компонент из природного газа как сырья. Реформинг-установка 12 преобразует природный газ, подаваемый из реактора десульфуризации 10, для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода (СО) и газообразный водород (Н2) в качестве основных компонентов. Кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов, утилизирует тепло синтез-газа, произведенного в реформинг-установке 12, для получения пара высокого давления. Газожидкостный сепаратор 16 разделяет воду, нагретую путем теплообмена с синтез-газом в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, на газ (пар высокого давления) и жидкость. Газожидкостный сепаратор 18 удаляет сконденсированные компоненты из синтез-газа, охлажденного в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, и подает газообразный компонент в установку для удаления СО2 20. Установка для удаления СО2 20 имеет поглотительную колонну 22, которая удаляет газообразный диоксид углерода из синтез-газа, подаваемого из газожидкостного сепаратора 18, путем абсорбции, и регенерационную колонну 24, которая нагревает поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, например, паром для извлечения и регенерирования газообразного диоксида углерода. Установка для отделения водорода 26 отделяет часть газообразного водорода, содержащегося в синтез-газе, из синтез-газа, из которого газообразный диоксид углерода был отделен с помощью установки для удаления СО2 20.
Среди них реформинг-установка 12 преобразует природный газ с использованием диоксида углерода и водяного пара для получения высокотемпературного синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, способом реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода, который описывается нижеследующими уравнениями химических реакций (1) и (2). В дополнение, способ реформинга в этой реформинг-установке 12 не ограничивается примером вышеупомянутого способа реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода. Например, также могут быть использованы способ реформинга водяного пара, способ частичного окисления (РОХ) с использованием кислорода, способ автотермического реформинга (ATR), то есть комбинация способа частичного окисления и способа парового реформинга, способ реформинга газообразного диоксида углерода и тому подобные.
| СН4+Н2О→СО+3Н2 | (1) |
| СН4+СО2→2СО+2Н2 | (2) |
Далее устройство для понижения давления пара 144 предусмотрено на вершине газожидкостного сепаратора 16. Например, пар высокого давления, генерируемый в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, имеет давление от около 3,4 до 10 МПа (избыточных), и предусмотрено устройство для понижения давления пара 144 для понижения давления этого пара высокого давления для перевода его в пар среднего давления, имеющий, например, давление от около 1,2 до 2,5 МПа (избыточных).
Далее, в качестве поглотителя, используемого для абсорбирования и удаления газообразного диоксида углерода в установке для удаления СО2 20, в общем, применяется основный органический растворитель. Такой основный органический растворитель может включать, например, растворители на основе аминов, такие как моноэтаноламин, катехоламин, триптамин, ариламин и алканоламин. Установка для удаления СО2 20 использует, например, вышеупомянутые растворители на основе аминов в качестве поглотителя, и поглощает газообразный диоксид углерода с образованием карбаминовой кислоты путем реакции, выраженной следующим уравнением химической реакции (3). В дополнение, реакция, показанная в нижеследующем уравнении реакции (3), является равновесной реакцией.
| RNH2+CО2→RNHCOOH | (3) |
Далее установка для отделения водорода 26 предусмотрена в линии, ответвляющейся от главного трубопровода, который соединяет установку для удаления СО2 20 или газожидкостный сепаратор 18 с барботажным колонным реактором 30. Эта установка для отделения водорода 26 может быть составлена, например, устройством для адсорбции водорода при переменном давлении (PSA), которое производит адсорбцию и десорбцию водорода с использованием разности давлений. Это устройство адсорбции водорода при переменном давлении (PSA) имеет адсорбенты (цеолитный адсорбент, активированный уголь, оксид алюминия, силикагель и т.д.) внутри множества поглотительных колонн (не показаны), которые размещены параллельно. Путем последовательно повторяющихся процессов, включающих сжатие, адсорбцию, десорбцию (при сбросе давления) и продувку водорода в каждой из поглотительных колонн, высокочистый (например, с чистотой около 99,999%) газообразный водород, отделенный от синтез-газа, может непрерывно подаваться в реактор.
Далее будет описана установка ФТ-синтеза 5. Установка ФТ-синтеза 5 главным образом включает, например, барботажный колонный реактор 30, газожидкостный сепаратор 34, сепаратор 36, газожидкостный сепаратор 38 и первую ректификационную колонну 40. Барботажный колонный реактор 30 проводит реакцию ФТ-синтеза синтез-газа, полученного в вышеупомянутой установке для получения синтез-газа 3, то есть газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, с образованием жидких углеводородов. Газожидкостный сепаратор 34 разделяет воду, циркулирующую и нагреваемую в трубчатом теплообменнике 32, как примере установки для утилизации теплоты реакции, размещенном в барботажном колонном реакторе 30, на пар (пар среднего давления) и жидкость. Сепаратор 36 соединен с центральной частью барботажного колонного реактора 30 и разделяет катализатор и жидкий углеводородный продукт. Газожидкостный сепаратор 38 соединен с верхней частью барботажного колонного реактора 30 и охлаждает непрореагировавший синтез-газ и газообразный углеводородный продукт. Первая ректификационная колонна 40 разгоняет жидкие углеводороды, поступающие через сепаратор 36 и газожидкостный сепаратор 38 из барботажного колонного реактора 30, и разделяет, и очищает жидкие углеводороды на индивидуальные фракции продуктов соответственно температурам кипения.
Среди них барботажный колонный реактор 30, который представляет собой пример реактора, который преобразует синтез-газ в жидкие углеводороды, функционирует как реактор, который производит жидкие углеводороды из синтез-газа путем реакции ФТ-синтеза. Этот барботажный колонный реактор 30 составлен, например, суспензионным барботажным колонным реактором, в котором суспензия, состоящая из катализатора и масляной среды, помещается внутрь колонны. Этот барботажный колонный реактор 30 производит жидкие углеводороды из синтез-газа с помощью реакции ФТ-синтеза. Более подробно, в этом барботажном колонном реакторе 30 синтез-газ как сырьевой газ подается пробулькиванием через перфорированный пластинчатый рассекатель в донной части барботажного колонного реактора 30 и поднимается через суспензию, состоящую из катализатора и масляной среды, и во время этого подъема синтез-газ, включенный в пузырьки, растворяется в суспензии, и газообразный водород и газообразный монооксид углерода вовлекаются в реакцию синтеза с катализатором, как показано в нижеследующем уравнении химической реакции (4):
2nH2+nCO→(-CH2-)n+nH2O (4)
Поскольку эта реакция ФТ-синтеза является экзотермической реакцией, барботажный колонный реактор 30, который представляет собой реактор типа теплообменника, внутри которого размещен трубчатый теплообменник 32, скомпонован так, что, например, вода (BFW: вода для питания кипятильника) подается в качестве охлаждающей среды, чтобы теплота реакции из вышеупомянутой реакции ФТ-синтеза могла быть утилизирована в виде пара среднего давления с помощью теплового обмена между суспензией и водой.
Наконец, будет описан блок повышения качества 7. Блок повышения качества 7 включает, например, реактор гидрокрекинга воскового компонента 50, реактор гидрирования керосиновой и газойлевой фракции 52, реактор гидрирования лигроиновой фракции 54, газожидкостные сепараторы 56, 58 и 60, вторую ректификационную колонну 70 и стабилизатор нафты 72. Реактор гидрокрекинга воскового компонента 50 соединен с нижней частью первой ректификационной колонны 40. Реактор гидрирования керосиновой и газойлевой фракции 52 соединен с центральной частью первой ректификационной колонны 40. Реактор гидрирования лигроиновой фракции 54 соединен с верхней частью первой ректификационной колонны 40. Газожидкостные сепараторы 56, 58 и 60 расположены так, чтобы соответствовать реакторам для гидрирования 50, 52 и 54 соответственно. Вторая ректификационная колонна 70 отделяет и очищает жидкие углеводороды, поступающие из газо-жидкостных сепараторов 56 и 58, согласно температурам кипения. Стабилизатор нафты 72 производит ректификацию жидких углеводородов лигроиновой фракции, поступающей из газожидкостного сепаратора 60 и второй ректификационной колонны 70. Затем стабилизатор нафты 72 выводит компоненты, более легкие, чем бутан, в виде газа, сжигаемого в факеле (газообразного выброса), и отделяет и регенерирует компоненты, имеющие число атомов углерода от пяти и выше в качестве лигроинового продукта.
Далее будет описан процесс (GTL-процесс) синтеза жидкого топлива из природного газа с помощью системы синтеза жидкого топлива 1, скомпонованной, как показано выше.
Природный газ (основным компонентом которого является СН4) в качестве углеводородного сырья подается в систему синтеза жидкого топлива 1 из внешнего источника природного газа (не показан), такого как месторождение природного газа или предприятие, обрабатывающее природный газ. Вышеупомянутая установка для производства синтез-газа 3 преобразует этот природный газ для получения синтез-газа (газовой смеси, включающей газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов).
Более конкретно, во-первых, вышеупомянутый природный газ подается в реактор десульфуризации 10 вместе с газообразным водородом, отделенным в установке для отделения водорода 26. Реактор десульфуризации 10 производит гидрирование и десульфуризацию сернистого компонента, присутствующего в природном газе, с использованием газообразного водорода, с помощью ZnO-катализатора. Благодаря предварительной десульфуризации природного газа этим путем можно предотвратить обусловленное серой снижение активности катализатора, применяемого в реформинг-установке 12, барботажном колонном реакторе 30 и т.д.
Природный газ (может также содержать диоксид углерода), подвергнутый десульфуризации этим способом, подается в реформинг-установку 12, после чего газообразный диоксид углерода (СО2), подводимый из источника подачи диоксида углерода (не показан), и водяной пар, образованный в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, смешиваются с обессеренным природным газом. Реформинг-установка 12 преобразует природный газ с использованием диоксида углерода и пара с образованием высокотемпературного синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, с помощью вышеупомянутого способа реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода. В это время реформинг-установка 12 снабжается, например, газообразным топливом для горелки, расположенной в реформинг-установке 12, и воздухом, и теплота реакции, требуемая для вышеупомянутой реакции реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода, которая является эндотермической реакцией, подводится от теплоты сгорания газообразного топлива в горелке.
Высокотемпературный синтез-газ (например, с температурой 900ºС, давление 2,0 МПа (избыточных)), полученный в реформинг-установке 12 этим путем, подается в кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов, и охлаждается путем теплообмена с водой, которая циркулирует через кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов (например, до температуры 400ºС), тем самым теряя и утилизируя тепло. В этот момент вода, нагретая синтез-газом в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, подается в газожидкостный сепаратор 16. Из этого газожидкостного сепаратора 16 газообразный компонент подается в реформинг-установку 12 или другие внешние устройства в виде пара высокого давления (например, давление от 3,4 до 10,0 МПа (избыточных)), и вода в виде жидкого компонента возвращается в кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов.
Между тем, синтез-газ, охлажденный в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, подается в поглотительную колонну 22 установки для удаления СО2 20 или барботажный колонный реактор 30, после того, как сконденсированные компоненты отделены и удалены из синтез-газа в газожидкостном сепараторе 18. Поглотительная колонна 22 поглощает газообразный диоксид углерода, присутствующий в синтез-газе, с помощью циркулирующего поглотителя для удаления газообразного диоксида углерода из синтез-газа. Поглотитель, захвативший газообразный диоксид углерода внутри этой поглотительной колонны 22, вводится в регенерационную колонну 24, поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, нагревается и подвергается десорбционной обработке, например, паром, и полученный свободный газообразный диоксид углерода подается в реформинг-установку 12 из регенерационной колонны 24 и используется вновь для вышеупомянутой реакции реформинга. Далее поглотитель, из которого был выделен и регенерирован газообразный диоксид углерода, подается в поглотительную колонну 22 и используется вновь для удаления вышеупомянутого газообразного диоксида углерода.
Синтез-газ, полученный этим путем в установке для получения синтез-газа 3, подается в барботажный колонный реактор 30 вышеупомянутой установки для ФТ-синтеза 5. В это время композиционное соотношение синтез-газа, подаваемого в барботажный колонный реактор 30, корректируется до композиционного соотношения (например, Н2:СО=2:1 (молярное отношение)), пригодного для реакции ФТ-синтеза. В дополнение, давление синтез-газа, подаваемого в барботажный колонный реактор 30, повышается до давления (например, 3,6 МПа (избыточных)), пригодного для реакции ФТ-синтеза, с помощью компрессора (не показан), предусмотренного в трубопроводе, который соединяет установку для удаления СО2 20 с барботажным колонным реактором 30.
Далее часть синтез-газа, из которого газообразный диоксид углерода был отделен в вышеупомянутой установке для удаления СО2 20, также подается в установку для отделения водорода 26. Установка для отделения водорода 26 отделяет газообразный водород, присутствующий в синтез-газе, путем адсорбции и десорбции (адсорбции водорода при переменном давлении (PSA)) с использованием разности давлений, как описано выше. Этот отделенный водород непрерывно подается из газгольдера (не показан) и т.п. через компрессор (не показан) в разнообразные устройства для реакционной утилизации водорода (например, реактор десульфуризации 10, реактор гидрокрекинга восковых компонентов 50, реактор гидрирования керосиновой и газойлевой фракции 52, реактор гидрирования лигроиновой фракции 54 и т.д.), которые выполняют заранее заданные реакции, использующие водород в пределах системы синтеза жидкого топлива 1.
Далее вышеупомянутая установка для ФТ-синтеза 5 производит жидкие углеводороды путем реакции ФТ-синтеза из синтез-газа, полученного в вышеупомянутой установке для производства синтез-газа 3.
Более конкретно, синтез-газ, из которого газообразный диоксид углерода был отделен в вышеупомянутой установке для удаления СО2 20, протекает в барботажный колонный реактор 30 из донной части реактора 30 и протекает через суспензию катализатора, помещенную в барботажный колонный реактор 30. В это время внутри барботажного колонного реактора 30 монооксид углерода и газообразный водород, которые входят в состав синтез-газа, реагируют между собой в реакции ФТ-синтеза, тем самым образуя углеводороды. Более того, путем циркуляции воды через трубчатый теплообменник 32 в барботажном колонном реакторе 30 во время этой реакции синтеза теплота процесса реакции ФТ-синтеза отводится, и вода, нагретая с помощью этого теплообмена, испаряется с образованием пара. Что касается этого водяного пара, вода, отделенная в газо-жидкостном сепараторе 34, возвращается в трубчатый теплообменник 32, и пар подается к внешним устройствам в виде пара среднего давления (например, с давлением от 1,0 до 2,5 МПа (избыточных)).
Жидкие углеводороды, синтезированные в барботажном колонном реакторе 30 этим путем, удаляются из центральной части барботажного колонного реактора 30 и вводятся в сепаратор 36. Сепаратор 36 разделяет введенные жидкие углеводороды на катализатор (твердый компонент) в извлеченной суспензии и жидкий компонент, включающий жидкий углеводородный продукт. Часть отделенного катализатора подается в барботажный колонный реактор 30, и жидкий компонент из него подается на первую ректификационную колонну 40. С верхней части барботажного колонного реактора 30 непрореагировавший синтез-газ и газообразный компонент синтезированных углеводородов вводятся в газо-жидкостный сепаратор 38. Газожидкостный сепаратор 38 охлаждает эти газы и затем отделяет некоторые сконденсированные жидкие углеводороды для введения их в первую ректификационную колонну 40. Между тем, в виде газообразного компонента, отделенного в газо-жидкостном сепараторе 38, непрореагировавшие синтез-газы (СО и Н2) вводятся в донную часть барботажного колонного реактора 30 и используются вновь для реакции ФТ-синтеза. Далее газообразный выброс (газ для сжигания в факеле), иной, нежели целевые продукты, который содержит в качестве основного компонента газообразный углеводород, имеющий низкое число атомов углерода (менее чем С4), выводится во внешнее устройство для сожжения (не показано), сжигается в нем и затем выпускается в атмосферу.
Далее первая ректификационная колонна 40 нагревает жидкие углеводороды (число атомов углерода в которых варьируется), подаваемые через сепаратор 36 и газожидкостный сепаратор 38 из барботажного колонного реактора 30, как описано выше, для фракционной разгонки жидких углеводородов с использованием разницы в температурах кипения. Тем самым первая ректификационная колонна 40 очищает и разделяет жидкие углеводороды на лигроиновую фракцию (температура кипения которой составляет менее чем около 315ºС), керосиновую и газойлевую фракцию (температура кипения которой составляет от около 315 до 800ºС) и восковой компонент (температура кипения которого составляет более чем около 800ºС). Жидкие углеводороды (главным образом С21 или более) как восковой компонент, извлеченные из донной части первой ректификационной колонны 40, передаются в реактор гидрокрекинга воскового компонента 50, жидкие углеводороды (главным образом от С11 до С20) как керосиновая и газойлевая фракция, удаленная из центральной части первой ректификационной колонны 40, передаются в реактор гидрирования керосиновой и газойлевой фракции 52, и жидкие углеводороды (главным образом от С5 до С10) как лигроиновая фракция, извлекаемая из верхней части первой ректификационной колонны 40, передаются в реактор гидрирования лигроиновой фракции 54.
Реактор гидрокрекинга воскового компонента 50 производит гидрокрекинг жидких углеводородов как воскового компонента с высоким числом атомов углерода (приблизительно С21 или более), который был подан из нижней части первой ректификационной колонны 40, с использованием газообразного водорода, поставляемого из вышеупомянутой установки для отделения водорода 26, для сокращения числа атомов углерода до уровня менее С20. В этой реакции гидрокрекинга углеводороды с высоком числом атомов углерода и с низким молекулярным весом формируются путем расщепления С-С-связей в углеводородах с большим числом атомов углерода, используя катализатор и теплоту. Продукт, включающий жидкие углеводороды, полученные гидрокрекингом в этом реакторе гидрокрекинга воскового компонента 50, разделяется на газ и жидкость в газо-жидкостном сепараторе 56, из которого жидкие углеводороды направляются во вторую ректификационную колонну 70 и газообразный компонент (включающий газообразный водород) которого направляется в реактор гидрирования керосиновой и газойлевой фракции 52 и реактор гидрирования лигроиновой фракции 54.
Реактор гидрирования керосиновой и газойлевой фракции 52 подвергает гидрированию жидкие углеводороды (приблизительно от С11 до С20) как керосиновую и газойлевую фракцию, имеющую приблизительно среднее число атомов углерода, которая была поставлена из центральной части первой ректификационной колонны 40, с использованием газообразного водорода, подаваемого через реактор гидрокрекинга воскового компонента 50 из установки для отделения водорода 26. Эта реакция гидрирования представляет собой реакцию, в которой водород присоединяется к ненасыщенным связям вышеупомянутых жидких углеводородов для насыщения жидких углеводородов и образования насыщенных углеводородов с линейными цепями. В результате продукт, включающий гидрированные жидкие углеводороды, разделяется на газ и жидкость в газо-жидкостном сепараторе 58, из которого жидкие углеводороды направляются во вторую ректификационную колонну 70 и газообразный компонент (включающий газообразный водород) которого используется вновь для вышеупомянутой реакции гидрирования.
Реактор гидрирования лигроиновой фракции 54 производит гидрирование жидких углеводородов (приблизительно С10 или менее) как лигроиновой фракции с низким числом атомов углерода, которая была поставлена из верхней части первой ректификационной колонны 40, с использованием газообразного водорода, поступающего через реактор гидрокрекинга воскового компонента 50 из установки для отделения водорода 26. В результате продукт, включающий гидрированные жидкие углеводороды, разделяется на газ и жидкость в газо-жидкостном сепараторе 60, жидкие углеводороды из которого передаются в стабилизатор нафты 72, который представляет собой вид ректификационной колонны и газообразный компонент (включающий газообразный водород) которого используется вновь для вышеупомянутой реакции гидрирования.
Далее вторая ректификационная колонна 70 разгоняет жидкие углеводороды, поставляемые из реактора гидрокрекинга воскового компонента 50, и реактора гидрирования керосиновой и газойлевой фракции 52, как описано выше. Тем самым вторая ректификационная колонна 70 разделяет и очищает жидкие углеводороды на лигроиновую фракцию (температура кипения которой составляет менее чем около 315ºС) с числом атомов углерода 10 или менее, керосин (температура кипения которого составляет от около 315 до 450ºС) и газойль (температура кипения которого составляет от около 450 до 800ºС). Газойль извлекается из нижней части второй ректификационной колонны 70, и керосин отбирается из центральной части таковой. Между тем, газообразный углеводород с числом атомов углерода 10 или более извлекается с верхней части второй ректификационной колонны 70 и подается в стабилизатор нафты 72.
Более того, стабилизатор нафты 72 разгоняет углеводороды с числом атомов углерода 10 или менее, которые были поставлены из верхней лигроиновой фракции реактора гидрирования 54 и второй ректификационной колонны 70. Тем самым стабилизатор нафты 72 разделяет и очищает нафту (от С5 до С10) как продукт. Соответственно этому высокочистая нафта извлекается из нижней части стабилизатора нафты 72. Между тем, газообразный выброс (газ для сжигания в факеле), иной, нежели продукты, который содержит в качестве основного компонента углеводороды с числом атомов углерода, меньшим чем или равным заранее заданному или меньшему числу (менее чем или равному С4), выпускается из верхней части стабилизатора нафты 72. Далее газообразный выброс вводится во внешнюю установку для сжигания (не показана), сжигается в ней и затем выбрасывается в атмосферу.
До сих пор был описан процесс (GTL-процесс) системы синтеза жидкого топлива 1. С помощью GTL-процесса природный газ может быть легко и экономично преобразован в чистые жидкие топлива, такие как высокочистая нафта (от С5 до С10: необработанный бензин), керосин (от С11 до С15: керосин) и газойль (от С16 до С20: газойль). Более того, в настоящем варианте осуществления вышеупомянутый способ реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода исполнен в реформинг-установке 12. Таким образом, есть преимущества, в которых диоксид углерода, содержащийся в природном газе, используемом в качестве сырья, может быть утилизирован эффективно, композиционное соотношение (например, Н2:СО=2:1 (молярное отношение)) синтез-газа, пригодное для вышеупомянутой реакции ФТ-синтеза, может быть эффективно реализовано в одной реакции в реформинг-установке 12, корректирование концентрации водорода и т.п. не является необходимым.
Между тем, является общепринятым, что пар высокого давления, генерируемый при утилизации отходящего тепла синтез-газа, произведенного в реформинг-установке 12, с помощью кипятильника 14, использующего тепло отходящих газов, и пар среднего давления, образуемый при утилизации теплоты реакции в процессе ФТ-синтеза в барботажном колонном реакторе 30 с помощью трубчатого теплообменника 32, не использовался эффективно, и большая часть такового собирается и выводится в виде сконденсированных стоков. В частности, поскольку пар среднего давления, например, представляет собой пар, имеющий относительно низкое давление около 1,2 МПа (избыточных), как описано выше, его энергия была относительно малой, и степень его полезности в качестве источника нагревания и т.д. была низкой. Далее пар высокого давления, генерированный путем утилизации тепла в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, часто превращается в пар среднего давления при использовании независимого клапана для понижения давления или независимого устройства для понижения температуры и устройства для снижения давления пара 144 как комбинации таковых.
Таким образом, в системе синтеза жидкого топлива 1 согласно настоящему варианту осуществления, как показано в Фиг. 1, пар высокого давления (буква «А» в кружке на чертеже), генерированный в ходе утилизации отходящего тепла с помощью кипятильника 14, использующего тепло отходящих газов, или пар среднего давления (буква «В» в кружке на чертеже), генерированный при утилизации теплоты реакции в трубчатом теплообменнике 32, используется в качестве источника нагревания в установке для тепловой обработки, которая выполняет заданную тепловую обработку с использованием пара, такая как регенерационная колонна 24 установки для отделения СО2 20, первая ректификационная колонна 40, вторая ректификационная колонна 70 и стабилизатор нафты 72. Тем самым вышеупомянутый пар высокого давления или пар среднего давления эффективно используется в пределах системы синтеза жидкого топлива 1, улучшая тепловую эффективность всей системы синтеза жидкого топлива 1, применяющей GTL-технологию.
Далее, с привлечением Фиг. 2, будут описаны подробности утилизации пара, такого как пар высокого давления, генерированный в ходе утилизации отходящего тепла в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, и пар среднего давления, генерированный в ходе утилизации теплоты реакции в трубчатом теплообменнике 32, в системе синтеза жидкого топлива 1 согласно настоящему варианту осуществления. В дополнение, Фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую принципы утилизации пара в системе синтеза жидкого топлива в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Во-первых, будет подробно описана компоновка регенерационной колонны 24, первой ректификационной колонны 40 и второй ректификационной колонны 70 согласно настоящему варианту осуществления. В дополнение, прочие компоновки таковы, как описано выше.
Как показано в Фиг. 2, регенерационная колонна 24 включает теплообменник 242 как средство нагревания для выполнения нагревания, когда газообразный диоксид углерода выделяется из поглотителя, включающего большую концентрацию газообразного диоксида углерода. Этот теплообменник 242 производит теплообмен, чтобы использовать тепло высокотемпературного пара для нагревания поглотителя в регенерационной колонне, и пар после теплообмена выпускается в виде стока через ловушку конденсата и т.п. В настоящем варианте осуществления пар среднего давления, полученный путем снижения давления пара высокого давления, генерированного путем утилизации отходящего тепла в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов (WHB), с помощью устройства для снижения давления пара 144, или пар среднего давления, генерированный путем утилизации теплоты реакции в трубчатом теплообменнике 32, используется как источник нагревания в теплообменнике 242. Теплообменник 242 может нагревать поглотитель в регенерационной колонне 24, например, до температуры от 100 до 140ºС с использованием такого пара среднего давления.
Далее регенерационная колонна 24 включает устройство для понижения давления 244 для регенерационной колонны, которое снижает давление в регенерационной колонне 24. В качестве такого устройства для снижения давления 244 для регенерационной колонны может быть применен, например, вакуумный насос. В качестве такого вакуумного насоса может быть использован, например, водоструйный насос, в котором насосом формируется поток жидкости под высоким давлением, этот поток жидкости подается в сопло, используется падение давления вследствие повышения скорости жидкости, выходящей с высокой скоростью из сопла в трубопровод, который засасывает воздух и газ, или его жидкий конденсат присоединяется к этой части с пониженным давлением. По существу, путем понижения давления в регенерационной колонне 24 с использованием устройства для понижения давления 244 для регенерационной колонны, чтобы понизить температуру кипения поглотителя, даже если применяется пар, имеющий низкое энергосодержание, типа вышеупомянутого пара среднего давления, может быть эффективно выполнена регенерация поглотителя, который абсорбировал газообразный диоксид углерода.
Далее первая ректификационная колонна 40 включает теплообменник 402 как средство нагревания для фракционной разгонки смеси множества жидких углеводородов, которые получаются в барботажном колонном реакторе 30 и различаются между собой по температурам кипения. Вторая ректификационная колонна 70 включает теплообменник 702 как средство нагревания для фракционной разгонки реакционных продуктов из реакторов гидрирования 50, 52 и 54. Эти теплообменники 402 и 702 выполняют теплообмен, чтобы использовать теплоту высокотемпературного пара для нагревания жидких углеводородов в первой ректификационной колонне 40 и второй ректификационной колонне 70, и пар после выполнения теплообмена выпускается в виде воды. В настоящем варианте осуществления пар среднего давления, полученный путем понижения давления пара высокого давления, генерированного путем утилизации отходящего тепла в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов (WHB), с помощью устройства для снижения давления пара 144, или пар среднего давления, генерированный путем утилизации теплоты реакции в трубчатом теплообменнике 32, используется как пар для употребления в качестве источников нагревания теплообменников 402 и 702. Теплообменники 402 и 702 могут нагревать жидкие углеводороды в первой ректификационной колонне 40 и второй ректификационной колонне 70 до температуры, например, около 300ºС с использованием такого пара среднего давления.
Первая ректификационная колонна 40 включает устройство для понижения давления 404 для первой ректификационной колонны, которое снижает давление, то есть давление в первой ректификационной колонне 40. Вторая ректификационная колонна 70 включает устройство для понижения давления 704 для второй ректификационной колонны, которое понижает давление, то есть давление во второй ректификационной колонне 70. В качестве устройства для понижения давления 404 для первой ректификационной колонны и устройства для понижения давления 704 для второй ректификационной колонны, например, могут быть применены вакуумные насосы, такие как устройство для понижения давления 244 для регенерационной колонны. По существу, устройство для понижения давления 404 для первой ректификационной колонны и устройство для понижения давления 704 для второй ректификационной колонны используются для понижения давления, то есть давлений внутри первой ректификационной колонны 40 и второй ректификационной колонны 70, для снижения температуры кипения жидких углеводородов при проведении вакуумной перегонки и т.д., благодаря чему, даже если используется пар, имеющий низкое энергосодержание, типа вышеупомянутого пара среднего давления, может быть подведено количество тепла, достаточное для фракционной разгонки жидких углеводородных компонентов, температуры кипения которых различаются между собой. Далее путем снижения температуры кипения жидких углеводородов количество тепла, подводимого к нагреваемым жидким углеводородам, может быть сокращено, и частота, с которой жидкие углеводороды подвергаются тепловой обработке при их получении, может быть уменьшена еще больше. Соответственно этому качество очищенных жидких углеводородных продуктов может быть улучшено.
Далее будет описан конкретный способ утилизации пара, такого как пар высокого давления, генерируемый в ходе утилизации отходящего тепла в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, и пар среднего давления, генерированный в процессе утилизации теплоты реакции в трубчатом теплообменнике 32.
Как показано в Фиг. 2, природный газ, из которого сернистый компонент был удален с помощью реактора десульфуризации 10, подвергается реформингу с помощью реформинг-установки 12 для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов. отходящее тепло синтез-газа, полученного в реформинг-установке 12, утилизируется с помощью кипятильника 14, использующего тепло отходящих газов. Хотя пар (пар высокого давления), генерированный в ходе утилизации отходящего тепла в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, имеет высокое давление, например, около 3,8 МПа (избыточных), его давление снижается до значения около 1,2 МПа (избыточных) с помощью устройства для понижения давления пара 144. Между тем, синтез-газ, отходящее тепло которого было утилизировано, подается в поглотительную колонну 22 установки для удаления СО2 20, где газообразный диоксид углерода отделяется с помощью поглотителя.
Поглотитель, который абсорбировал газообразный диоксид углерода, и тем самым повысилась концентрация в нем газообразного диоксида углерода, подается в регенерационную колонну 24, где выполняется регенерация поглотителя. В регенерационной колонне 24, внутри регенерационной колонны 24 снижается давление с помощью устройства для понижения давления 244 для регенерационной колонны, и газообразный диоксид углерода выделяется из поглотителя, в то время как поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, нагревается с использованием теплообменника 242. Далее поглотитель, из которого газообразный диоксид углерода был извлечен и регенерирован в регенерационной колонне 244, подается в поглотительную колонну 22 и используется вновь для удаления вышеупомянутого газообразного диоксида углерода.
Синтез-газ, из которого был удален газообразный диоксид углерода, вводится в барботажный колонный реактор 30, где проводится реакциия ФТ-синтеза, то есть реакция синтеза жидких углеводородов. В это время, поскольку реакция ФТ-синтеза является экзотермической реакцией, теплота реакции ФТ-синтеза утилизируется в трубчатом теплообменнике 32, и контролируется так, чтобы температура жидких углеводородов в барботажном колонном реакторе 30 не могла подниматься слишком высоко. Пар (пар среднего давления) генерируется путем утилизации теплоты реакции в этом трубчатом теплообменнике 32.
Жидкие углеводороды, синтезированные внутри барботажного колонного реактора 30, которые представляют собой смесь, включающую разнообразные сорта углеводородов, имеющих различные числа атомов углерода (различные температуры кипения), подаются в первую ректификационную колонну 40, и проводится фракционная разгонка в первой ректификационной колонне 40 с использованием различий между температурами кипения. В первой ректификационной колонне 40, внутри первой ректификационной колонны 40 создается вакуум с помощью устройства для понижения давления 404 для первой ректификационной колонны, и смесь жидких углеводородов, имеющих различные температуры кипения, подвергается фракционной разгонке, в то время как смесь жидких углеводородов нагревается с использованием теплообменника 402.
Углеводородные компоненты, полученные фракционной разгонкой в первой ректификационной колонне 40, также включают компонент, имеющий все еще большое число атомов углерода, и компонент, имеющий ненасыщенные связи, такой как олефин, иной, нежели нафта, керосин и газойль, которые все же представляют собой конечные продукты системы синтеза жидкого топлива 1. Поэтому реакторы гидрирования 50, 52 и 54 разлагают углеводородные компоненты на компоненты, имеющие пониженное число атомов углерода, путем гидрокрекинга углеводородов, или превращения их в насыщенные углеводородные компоненты путем гидрирования.
Далее реакционные продукты в этих реакторах гидрирования 50, 52 и 54 затем подаются во вторую ректификационную колонну 70, где они подвергаются фракционной разгонке на конечные жидкие углеводородные продукты (жидкие топливные продукты), такие как нафта, керосин и газойль. Во второй ректификационной колонне 70, внутренность второй ректификационной колонны 70 приводится в состояние пониженного давления с помощью устройства для понижения давления 704 для второй ректификационной колонны, и смесь жидких углеводородов, имеющих различные температуры кипения, подвергается фракционной разгонке, в то время как смесь жидких углеводородов нагревается с помощью теплообменника 702.
Как описано выше, пар среднего давления, полученный путем понижения давления пара высокого давления, генерированного при утилизации отходящего тепла в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, с помощью устройства для понижения давления 144, или пар среднего давления, генерированный при утилизации теплоты реакции в трубчатом теплообменнике 32, используется как пар, употребляемый в качестве источника нагревания, применяемого в теплообменнике 242 в регенерационной колонне 24, теплообменнике 402 в первой ректификационной колонне 40 и теплообменнике 702 во второй ректификационной колонне 70. Соответственно этому пар среднего давления, который традиционно имел мало вариантов применения и редко использовался эффективно ввиду того, что давление пара было относительно низким, может быть эффективно использован в пределах системы жидких углеводородов 1. В результате тепловая эффективность всей системы жидких углеводородов 1 может быть заметно улучшена. Далее пар среднего давления, имеющий малую энергию, может быть использован для нагревания в первой ректификационной колонне 40 или нагревания во второй ректификационной колонне 70, тем самым сокращая историю тепловых воздействий, каковым подвергаются жидкие углеводороды, и улучшая качество конечных продуктов.
Хотя предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны с привлечением сопроводительных чертежей, нет необходимости говорить, что настоящее изобретение не ограничивается такими вариантами осуществления. Квалифицированному специалисту в данной области технологии очевидно, что разнообразные изменения или модификации могут быть сделаны в пределах области, как изложенной в пунктах формулы изобретения, и будет понятно, что эти изменения или модификации естественным образом принадлежат к технической области настоящего изобретения.
Например, в вышеприведенных вариантах осуществления природный газ используется в качестве углеводородного сырья, подаваемого в систему синтеза жидкого топлива 1. Однако настоящее изобретение не ограничивается таким примером. Например, может быть использовано прочее углеводородное сырье, такое как битум и топочный мазут.
Далее в вышеприведенных вариантах осуществления жидкие углеводороды синтезируются путем реакции ФТ-синтеза, с использованием барботажного колонного реактора 30 в качестве барботажного колонного реактора согласно настоящему изобретению. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим примером. Более конкретно, настоящее изобретение может быть применено, например, к оксо-синтезу (реакция гидроформилирования) “R-CH=CH2+CO+H2→R-CH2CH2CHO”, синтезу метанола “CO+2H2→CH3OH”, синтезу диметилового эфира (DME, ДМЭ) “3CO+3H2→CH3OCH3+CO2”, и т.д., в качестве синтетической реакции в барботажном колонном реакторе.
Далее, в вышеприведенных вариантах осуществления регенерационная колонна 24 установки для удаления СО2 20, первая ректификационная колонна 40 и вторая ректификационная колонна 70 приведены в качестве примеров установок для тепловой обработки. Однако настоящее изобретение не ограничивается такими примерами. Любые устройства, иные, нежели вышеупомянутые таковые, могут быть привлечены в такой мере, насколько они выполняют заданную тепловую обработку в системе синтеза жидкого топлива с использованием пара. Например, пар среднего давления может быть использован даже при нагревании стабилизатора нафты 72 и т.д.
Далее, в вышеприведенных вариантах осуществления суспензионный барботажный колонный реактор используется в качестве реактора, который преобразует синтез-газ в жидкие углеводороды. Однако настоящее изобретение не ограничивается таким примером. Например, может быть проведена реакции ФТ-синтеза с использованием типа реактора с неподвижным слоем и т.д.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Настоящее изобретение относится к системе синтеза жидкого топлива, включающей реформинг-установку, в которой производится преобразование углеводородного сырья для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов; установку для утилизации отходящего тепла, которая утилизирует отходящее тепло синтез-газа, выводимого из реформинг-установки; реактор, в котором синтезируются жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе; и установку для тепловой обработки, которая выполняет заданную тепловую обработку с использованием пара, генерированного в установке для утилизации отходящего тепла.
Соответственно системе синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению пар среднего давления, генерированный в установке, которая утилизирует отходящее тепло из реформинг-установки, или установке, которая утилизирует теплоту реакции из реактора, может быть эффективно использован, тем самым улучшая тепловую эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом.
1. Система синтеза жидкого топлива, содержащая:
реформинг-установку, в которой производится преобразование углеводородного сырья для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов;
установку для утилизации отходящего тепла, которая утилизирует отходящее тепло из синтез-газа, выводимого из реформинг-установки;
реактор, в котором синтезируются жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе;
установку для удаления CO2, имеющую поглотительную колонну, которая отделяет газообразный диоксид углерода от синтез-газа, подаваемого из установки для утилизации отходящего тепла, с использованием поглотителя, и регенерационную колонну, которая нагревает поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, отделенный в поглотительной колонне, для выделения газообразного диоксида углерода, и
ректификационную колонну, которая нагревает жидкие углеводороды, синтезированные в реакторе, для фракционной разгонки жидких углеводородов на два или более сортов жидких топлив, температуры кипения которых различаются между собой,
в которой
регенерационная колонна нагревает поглотитель, используя пар среднего давления с давлением от 1,2 до 2,5 МПа (избыточных), полученный путем понижения давления пара высокого давления, имеющего давление от 3,4 до 10 МПа (избыточных), генерируемого в установке для утилизации отходящего тепла.
2. Система синтеза жидкого топлива, содержащая:
реформинг-установку, в которой производится преобразование углеводородного сырья для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов;
установку для утилизации отходящего тепла, которая утилизирует отходящее тепло из синтез-газа, выводимого из реформинг-установки;
реактор, в котором синтезируются жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе;
ректификационную колонну, которая нагревает жидкие углеводороды, синтезированные в реакторе, для фракционной разгонки жидких углеводородов на два или более сортов жидких топлив, температуры кипения которых различаются между собой,
в которой
ректификационная колонна нагревает жидкие углеводороды, используя пар среднего давления с давлением от 1,2 до 2,5 МПа (избыточных), полученный путем понижения давления пара высокого давления, имеющего давление от 3,4 до 10 МПа (избыточных), генерируемого в установке для утилизации отходящего тепла.
3. Система синтеза жидкого топлива, содержащая:
реформинг-установку, в которой производится преобразование углеводородного сырья для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов;
реактор, в котором синтезируются жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе;
установку для утилизации теплоты реакции, которая размещена в реакторе для утилизации теплоты реакции синтеза жидких углеводородов;
и
ректификационную колонну, которая нагревает жидкие углеводороды, синтезированные в реакторе, для фракционной разгонки жидких углеводородов на два или более сортов жидких топлив, температуры кипения которых различаются между собой, в которой
ректификационная колонна нагревает жидкие углеводороды, используя пар среднего давления с давлением от 1,0 до 2,5 МПа (избыточных), генерируемый в установке для утилизации отходящего тепла.
4. Система синтеза жидкого топлива, содержащая:
реформинг-установку, в которой производится преобразование углеводородного сырья для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов;
реактор, в котором синтезируются жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе;
установку для утилизации теплоты реакции, которая размещена в реакторе для утилизации теплоты реакции синтеза жидких углеводородов;
ректификационную колонну, которая нагревает жидкие углеводороды, синтезированные в реакторе, для фракционной разгонки жидких углеводородов на два или более сортов жидких топлив, температуры кипения которых различаются между собой, и
установку для удаления СО2, имеющую установку для утилизации отходящего тепла, которая утилизирует отходящее тепло синтез-газа, подаваемого из реформинг-установки; поглотительную колонну, которая отделяет газообразный диоксид углерода от синтез-газа, выходящего из установки для утилизации отходящего тепла, с использованием поглотителя, и регенерационную колонну, которая нагревает поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, отделенный в поглотительной колонне, для выделения газообразного диоксида углерода,
в которой
регенерационная колонна нагревает поглотитель, используя пар среднего давления с давлением от 1,0 до 2,5 МПа (избыточных), генерируемый в установке для утилизации отходящего тепла.
5. Система синтеза жидкого топлива по п.1 или 4, в которой
регенерационная колонна включает устройство для понижения давления для регенерационной колонны, которое понижает давление внутри регенерационной колонны.
6. Система синтеза жидкого топлива по любому одному из пп.1-4, в которой
ректификационная колонна содержит устройство для понижения давления для ректификационной колонны, которое понижает давление в ректификационной колонне.
