Способ и установка для получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из природного или попутного газов



Способ и установка для получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из природного или попутного газов
Способ и установка для получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из природного или попутного газов

 


Владельцы патента RU 2630307:

Публичное акционерное общество "Газпром" (RU)

Изобретение относится к нефте- и газохимии, а именно к способам получения углеводородов путем каталитической конверсии смеси, преимущественно содержащий СО, Н2. Получаемые при этом жидкие углеводородные фракции могут быть использованы в качестве топлив, в том числе автомобильных, характеризующихся высокой экологической чистотой. Описан способ получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из природного или попутного газов с использованием бифункционального катализатора, включающий подачу углеводородного газа на установку, его разделение на два потока - технологический и энергетический, направление энергетического потока на сжигание, подогрев дымовыми газами узлов реакторного блока получения синтез-газа, очистку технологического потока углеводородного газа от сернистых соединений, получение синтез-газа высокотемпературным паровым риформингом углеводородного газа водяным паром, получение смеси жидких углеводородов и воды с последующим разделением на высокооктановую синтетическую бензиновую фракцию и воду, причем обессеренный углеводородный газ поступает последовательно в два реактора предриформинга, где в присутствии водяного пара образуется водородсодержащий газ, а затем в реактор риформинга, где на никелевом катализаторе образуется синтез-газ, избыток водорода из синтез-газа удаляют с помощью аппарата газоразделения и направляют на смешение с энергетическим потоком углеводородного газа, жидкие углеводороды получают из синтез-газа в реакторах, содержащих бифункциональный катализатор. Установка для получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции содержит блок паровой конверсии природного газа, включающий узел теплоиспользующей аппаратуры с камерой сгорания, узел очистки углеводородного газа от сернистых соединений, узел смешивания углеводородного газа и воды, реакционный узел, узел удаления дымовых газов, теплообменники, сепаратор, блок выделения избытка водорода из синтез-газа, теплообменники, сепараторы, блок получения синтетической бензиновой фракции, включающий каскад реакторов синтеза бензиновой фракции с теплообменниками реакционных потоков, компрессор, буферные емкости, смеситель газовых потоков, теплообменники, сепараторы, фильтры, сборники воды, насосы, продуктовую емкость, при этом узел синтеза бензиновой фракции блока получения синтетической бензиновой фракции выполнен в виде каскада реакторов и теплообменников реакционных потоков, при этом все блоки установки гидравлически и пневматически соединены между собой и с промежуточными емкостями, а выход синтез-газа из блока мембранного газоразделения пневматически соединен с входом в реакторы синтеза бензиновой фракции. Технический результат - повышение эффективности использования углеводородных газов малых месторождений и попутных нефтяных газов за счет их переработки в высокооктановую бензиновую фракцию - основу автобензина класса 5. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к нефте- и газохимии, а именно к способам получения синтетических углеводородов путем каталитической конверсии смеси, преимущественно содержащей СО, Н2. Получаемые при этом жидкие углеводородные фракции представлены преимущественно изопарафиновыми углеводородами и могут быть использованы в качестве топлив, в том числе автомобильных, характеризующихся высокой антидетонационной стойкостью и экологической чистотой.

Способ может применяться в частности при переработке попутного нефтяного газа и углеводородного газа нестабильного состава.

Заявленные изобретения в основном направлены на малотоннажное производство высокооктанового автобензина класса 5 из природного или попутного газов, что достигается компаундированием получаемой высокооктановой синтетической бензиновой фракции с присадками.

В качестве источника углеводородного сырья для малотоннажных производств могут рассматриваться ресурсы природного газа малых, низкодебитных и низконапорных месторождений, а также попутный нефтяной газ.

Заявляемая установка изготовляется в блочно-модульном исполнении, легко транспортируется и может располагаться как на месторождении, так и в пункте использования моторного топлива, что позволяет существенно снизить затраты на доставку конечного продукта в пункт потребления.

Предпосылки изобретения и предшествующий уровень техники.

Известные способы получения синтетических жидких углеводородов из газообразного сырья состоят из двух стадий. На первой стадии осуществляют превращения углеводородного газа в синтез-газ, представляющий собой смесь СО и Н2 с возможными примесями СО2, Н2О, N2, Ar и др. На второй стадии проводят каталитический синтез углеводородных фракций из синтез-газа.

Патент RU 2539656, опубликованный 20.01.2015 содержит описание способа получения жидких углеводородов из углеводородного газа. Способ включает обессеривание природного газа, подогрев дымовыми газами узла теплоиспользующей аппаратуры, последующее получение синтез-газа высокотемпературным риформингом путем конверсии природного газа кислородом воздуха, получение жидких углеводородов и воды, отгонку из воды остатков углеводородов.

Исходное газообразное сырье после очистки от сернистых соединений с давлением от 1,0 до 1,3 МПа нагревают до температуры от 200 до 220°С, затем насыщают парами воды. Полученную смесь нагревают, смешивают с подогретым воздухом (либо с воздухом, обогащенным кислородом), после чего подают в реактор предриформинга, где при температуре от 280 до 300°С протекает каталитическая конверсия сырьевого газа в метан с образованием побочных продуктов (СО2, Н2О, Н2). Отходящие газы предриформинга (после частичного отделения углекислого газа) и предварительно подогретый воздух подвергают высокотемпературному риформингу при температуре от 650 до 780°С. В результате реакции образуется синтез-газ с соотношением Н2:СО=2, (С24)-фракция и небольшое количество воды. Синтез-газ очищают от твердых примесей, отделяют воду и подают в каскад изотермических реакторов, где при температуре от 200 до 250°С и давлении от 0,9 до 1,10 МПа и времени контакта синтез-газа с каталитическим слоем не более 0,8 с образуются углеводороды и вода. Продукт охлаждают и разделяют на газообразную и жидкую фазы.

Установка, используемая для осуществления данного способа, содержит блок подготовки исходных реагентов, блок получения синтез-газа, блок получения жидких углеводородов, блок стабилизации жидких углеводородов, блок подготовки воды. В блок получения синтез-газа дополнительно введен реактор предриформинга углеводородного газа и узел выделения углекислого газа из отходящих газов предриформинга.

Узел очистки и компримирования воздуха в блоке подготовки исходных реагентов может быть снабжен устройством обогащения по кислороду компримированного воздуха.

Основные недостатки способа и устройства по патенту RU 2539656:

1) использование воздуха (либо обогащенного по кислороду воздуха), наличие узла очистки и компримирования воздуха значительно удорожают установку;

2) циркуляция избыточного азота предполагает увеличение габаритных размеров оборудования и эксплуатационных затрат (повышение объема катализатора для соблюдения требуемого времени контакта).

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ переработки углеводородного газа в стабильные жидкие синтетические нефтепродукты и энергетический комплекс для его осуществления, описанный в патенте RU 2527536, опубликованном 10.09.2014, включающий предварительную обработку исходного углеводородного газа и последующее разделение его на два потока: основной поток, перерабатываемый в конечный продукт, и технологический поток, используемый для поднятия температуры основного потока газа в процессе получения конечного продукта. Основной поток газа смешивают с водяным паром в соотношении в пределах 3,04:1. Полученную смесь подвергают каталитической паровой конверсии при температуре, близкой к 1200°С, с получением синтез-газа с избыточным относительно оптимально рекомендуемого для синтеза содержанием водорода. Полученный в реакторе синтез-газ охлаждают и направляют в мембранный блок для стабилизации его состава путем отделения от него избыточного водорода.

Синтез-газ с мольным отношением СО:Н2=1:1-3 (предпочтительно 1:2) направляют в трубчатый реактор, где на стационарном слое катализатора при давлении 10-50 атм. (предпочтительно 15-25 атм.) и температуре 150-300°С (предпочтительно 170-250°С) получают синтетическую нефть. Разделение синтетической нефти на конечные фракции моторного топлива проводят в модуле фракционной конденсации.

Технологический поток газа направляют в газотурбинный блок, где газ сжимают и сжигают в камере сгорания вместе с порцией поступающего туда воздуха. Продукты сгорания из газотурбинного блока направляют в форсажную камеру, куда также подают отделенный от синтез-газа избыточный водород.

Продукты дожига, выходящие из форсажной камеры с температурой 1100°С, направляют в межтрубное пространство реактора синтез-газа для повышения температуры основного потока газа, конверсируемого в процессе парового риформинга.

Установка, используемая для осуществления данного способа, содержит модуль предварительной обработки газа, разделительный блок, газотурбинный блок, блок получения синтез-газа, блок получения синтетической нефти, модуль фракционной конденсации.

Основные недостатки способа и устройства, выбранных в качестве прототипов:

1) предварительная подготовка всего исходного углеводородного газа (без предварительного разделения на технологический и энергетический потоки) приводит к повышению капитальных и эксплуатационных затрат;

2) выход бензиновой фракции (при получении ее в качестве целевого продукта) не превышает 40% масс. на синтетическую нефть; получаемая бензиновая фракция преимущественно состоит из нормальных парафинов, что обуславливает низкое октановое число бензина.

Задачей заявленной группы изобретений является получение высокооктановой синтетической бензиновой фракции, удовлетворяющей высоким экологическим характеристикам, и создание рентабельной малотоннажной установки по производству автобензина, в том числе с целью максимального использования запасов газа на удаленных, малодебитных, низконапорных месторождениях, нерентабельных для промышленного применения традиционными способами. Сырьем для производства высокооктановой бензиновой фракции может быть газ переменного состава, в частности, природный газ или попутный нефтяной газ.

Достигаемый технический результат:

- отсутствие необходимости в проведении процесса стабилизации состава сырья;

- повышение энергоэффективности процесса за счет использования части водорода, выделяемого из синтез-газа, в качестве энергоносителя;

- высокая селективность получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции;

- отсутствие необходимости гидрооблагораживания продукта;

- качество продукта соответствует экологическим требованиям, предъявляемым к автобензинам класса 5 (содержание бензола не более 1% об., содержание серы не более 10 ppm);

Для решения поставленной задачи и достижения технического результата заявляется группа изобретений, в которую входят способ получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из природного и попутного газов и установка для его осуществления.

Природный или попутный газ подают на установку, дросселируют и разделяют на два потока. Технологический поток подвергают сероочистке, затем смешивают с перегретым водяным паром. Энергетический поток подают в панельные горелки на сжигание.

Парогазовую смесь (природный газ, водяной пар) направляют в печь-реактор получения синтез-газа, состоящий из двух реакторов предриформинга и одного реактор риформинга, в которых происходят реакции образования водородсодержащего газа и паровой конверсии. Процесс конверсии ведут при температуре от 900 до 1000°С и давлении на выходе из реакционных труб 0,2 МПа.

В печи-реакторе теплоносителем являются дымовые газы. Также их тепло используются в котле-утилизаторе для получения водяного пара.

Состав синтез-газ, оптимальный для проведения процесса синтеза на бифункциональном катализаторе, должен удовлетворять следующему соотношению компонентов (Н2-CO2)/(СО+СО2)=1,8÷2,1. Для получения синтез-газа требуемого состава конвертированный газ из печи-реактора охлаждают, отделяют жидкую фазу, компримируют и направляют на частичное выделение водорода. Отделенный водород используется для энергообеспечения установки.

Синтез-газа требуемого состава компримируют, смешивают с отработанным синтез-газом, нагревают и делят на четыре реакционных потока, которые параллельно нагревают до температуры не менее 350°С, и объединяют. Объединенный поток направляют в каскад реакторов, где в присутствии катализатора ведут реакцию получения синтетических жидких углеводородов в режиме, близком к изотермическому (температурный интервал от 395 до 400°С) Температурный режим в каскаде реакторов поддерживается за счет снятия теплоты, выделяемой при реакции, после каждого реактора каскада. Выходящий из каскада реакторов поток разделяют на жидкую и газообразную фракцию. Газообразную фракцию направляют вновь на вход каскада, обеспечивая тем самым степень конверсии по свежему синтез-газу не менее 90%. Жидкие фракции разделяют на газообразные компоненты, воду и синтетические жидкие углеводороды.

Воду подвергают очистке и, при необходимости, осуществляют подпитку свежей водой из сети. Очищенную воду направляют в котел-утилизатор дымовых газов для получения водяного пара, используемого в качестве компонента сырья процесса паровой конверсии.

Установка содержит (фиг. 1) блок паровой конверсии природного газа, блок частичного выделения водорода из синтез-газа, блок получения синтетической бензиновой фракции.

Блок паровой конверсии природного газа включает подогреватель природного газа 1, адсорбер 2, смеситель 3, печь-реактор получения синтез-газа 4, реакторы предриформинга 5, реактор риформинга 6, панельные горелки 7, смеситель 8, компрессор атмосферного воздуха 9, теплообменник конвертированного газа 10, аппарат воздушного охлаждения 11, сепаратор 12.

Блок частичного выделения водорода из синтез-газа включает компрессор 13, емкость 14, аппарат газоразделения мембранного типа 15.

Блок получения синтетической бензиновой фракции включает компрессор 16, смеситель газовых потоков 17, рекуперативный теплообменник 18, четыре теплообменника реакционных потоков 19, четыре реактора синтеза бензиновой фракции 20, аппарат воздушного охлаждения 21, циркуляционный компрессор 22, сепаратор высокого давления 23, сепаратор низкого давления 24, отстойник 25, насос 26, продуктовую емкость 27, насос 28, систему водоподготовки 29, емкость 30, насос 31, котел-утилизатор дымовых газов 32.

I Блок парового риформинга природного газа

Природный газ с давлением не более 0,3 МПа подают на установку, дросселируют до давления 0,1-0,2 МПа с помощью редуцирующего клапана (на чертеже не показан) и разделяют на технологический и энергетический потоки. Технологический поток газа нагревают в подогревателе природного газа 1 до температуры не менее 350°С и подают в адсорбер 2, заполненный твердым сорбентом для очистки газов от сернистых соединений. После сероочистки содержание сернистых соединений в природном газе не должно превышать 0,13 мг/м3. Очищенный газ подают в смеситель 3, где его смешивают с водяным паром из котла-утилизатора дымовых газов 31 в соотношении Н2О:СН4=2,0-2,5. Полученную парогазовую смесь подают на конверсию в первый реактор предриформинга 5, расположенный в реакционной зоне печи-реактора получения синтез-газа 4.

Печь-реактор получения синтез-газа 4 имеет зону горения, расположенную в нижней части реактора, и реакционную зону. Реакционная зона разделена двумя неглухими вертикальными перегородками на две боковые секции и центральную секцию, в которых расположены соответственно два реактора предриформинга 5 и реактор риформинга 6.

Парогазовую смесь подают последовательно в два реактора предриформинга 5, предназначенные для образования водородсодержащего газа с целью предотвращения отложения кокса на катализаторе. В реакторах предриформинга 5 температура не превышает 700°С. Частично конвертированный газ подают в реактор риформинга 6, где происходят реакции паровой конверсии природного газа при температуре не выше 980°С.

Конвертированный газ последовательно охлаждают в теплообменнике конвертированного газа 10 до температуры не более 300°С и в аппарате воздушного охлаждения 11 до температуры не более 70°С. Далее конвертированный газ поступает в сепаратор 12 для отделения конденсата.

Энергетический поток природного газа подают на смешение с водородом из аппарата газоразделения мембранного типа 15 и танковыми газами из сепаратора высокого давления 23, сепаратора низкого давления 24 и емкости 25 в смесителе 8 и далее направляют на сжигание в панельные горелки 7 печи-реактора получения синтез-газа 4. Воздух в зону горения подают компрессором атмосферного воздуха 9. Теплоносителем в печи-реакторе получения синтез-газа 4 являются дымовые газы.

II Блок частичного выделения водорода из синтез-газа

Синтез-газ, выходящий со стадии паровой конверсии природного газа, сжимают компрессором 13 до давления не менее 3,5 МПа и направляют в буферную емкость 14.

Из буферной емкости 14 синтез-газ подают в аппарат газоразделения мембранного типа 15.

Мембрана представляет собой тонкую трубку толщиной в несколько долей микрометра, обеспечивающую газоразделение. Принцип действия мембранной газоразделительной системы основан на различной скорости проникновения газов через полимерную мембрану под действием перепада парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях мембраны. Проходя внутрь мембраны, легкопроникающие компоненты синтез-газа (Н2) просачиваются через пористую оболочку мембраны в пространство между мембранами и выводятся из системы. Труднопроникающие компоненты синтез-газа (СО2, СО) проходят во всей длине мембраны и также выводятся отдельным потоком.

Синтез-газ с соотношением компонентов (Н2-CO2)/(СО+CO2)=1,8÷2,1, оптимальным для проведения синтеза на бифункциональном катализаторе, направляют на стадию получения синтетической бензиновой фракции. Отделенный водород с давлением не более 0,2 МПа направляют в смеситель 8.

III Блок получения синтетической бензиновой фракции

Синтез-газ, выходящий со стадии выделения водорода, сжимают компрессором 16 до давления не менее 8,0 МПа и смешивают с отработанным синтез-газом в смесителе газовых потоков 17. Циркуляционный синтез-газ нагревают последовательно в теплообменнике конвертированного газа 10 до температуры не менее 200°С и в рекуперативном теплообменнике 18 до температуры не менее 320°С.

Нагретый циркуляционный синтез-газ делят на четыре потока, которые параллельно проходят четыре теплообменника реакционных потоков 19, нагреваясь за счет тепла реакционных потоков после реакторов синтеза бензиновой фракции 20. После теплообменников реакционных потоков 19, нагретые до температуры не менее 350°С, потоки объединяют. Объединенный поток последовательно проходит четыре реактора синтеза бензиновой фракции 20. В реакторы синтеза бензиновой фракции 20 загружен бифункциональный катализатор, который работает при давлении 8,0 МПа в режиме, близком к изотермическому. По мере протекания экзотермических реакций синтеза углеводородов температура в слое катализатора повышается до 400°С. Поддержание температурного режима в слое катализатора обеспечивают циркуляцией реакционного газа и охлаждением его после каждого реактора синтеза бензиновой фракции 20 до температуры не более 360°С. Требуемую кратность циркуляции, равную 6-7, обеспечивают циркуляционным компрессором 22. В случае снижения активности катализатора в каком либо из реакторов синтеза бензиновой фракции 20 для обеспечения непрерывной работы установки предусмотрены пятый резервный реактор синтеза бензиновой фракции и пятый теплообменник реакционных потоков (пятый теплообменник и пятый реактор на рисунке не показаны). Обвязка реакторов синтеза бензиновой фракции 20 позволяет выводить из работы любой из работающих реакторов синтеза бензиновой фракции 20 для ремонта, регенерации и перезагрузки катализатора.Степень конверсии по синтез-газу в четырех реакторах с учетом циркуляции непрореагировавшего синтез-газа составляет не менее 90%.

Реакционный поток после четвертого реактора синтеза бензиновой фракции 20 последовательно охлаждают в четвертом теплообменнике реакционных потоков 19, рекуперативном теплообменнике 18, аппарате воздушного охлаждения 21 до температуры не более 70°С. Охлажденную газожидкостную смесь подают в сепаратор высокого давления 23, где происходит отделение несконденсировавшихся компонентов газа от жидких продуктов реакции. Газ после сепаратора высокого давления 23 подают на всас циркуляционного компрессора 22, а часть газа постоянно отбирают на продувку для предотвращения накопления инертных газов в цикле. Продувочный газ направляют в смеситель 8 и используют для сжигания в зоне горения печи-реактора получения синтез-газа 4.

Отделенные в сепараторе высокого давления 23 жидкие продукты направляют в сепаратор низкого давления 24, где давление не превышает 0,6 МПа. Здесь происходит отделение газовой фазы от жидкой, жидкие продукты самотеком поступают в отстойник 25. В отстойнике 25 происходит окончательное отделение растворенных газов и расслоение жидких продуктов на углеводородный и водный слои.

Танковые газы из сепаратора высокого давления 23, сепаратора низкого давления 24 и отстойника 25 объединяют в общий поток и направляют в смеситель 8. Из отстойника 25 синтетическую бензиновую фракцию насосом 26 подают в продуктовую емкость 27, в которой его компаундируют (при необходимости) высокооктановой присадкой с целью получения товарного автобензина.

Метальную воду из отстойника 25 подают насосом 28 в систему водоподготовки 29. Воду из системы водоподготовки 29 подают в емкость 30, а затем насосом 31 направляют в котел-утилизатор дымовых газов 32, где нагревают до температуры не менее 380°С. В емкость 30 подают сконденсированную воду из сепаратора 12 и осуществляют подпитку свежей водой из сети (при необходимости). Дымовые газы направляют в котел-утилизатор дымовых газов 32 из зоны горения печи-реактора получения синтез-газа 4. Частично охлажденный поток дымовых газов из котла-утилизатора дымовых газов 32 направляют в нижнюю часть секции риформинга печи-реактора получения синтез-газа 4 для обогрева реактора предриформинга 5. Проходя над перегородками, дымовые газы попадают в боковые секции предриформинга, откуда их отводят двумя потоками, объединяют, охлаждают в теплообменнике 1 и сбрасывают в атмосферу.

Возможность осуществления изобретения иллюстрируется следующими примерами.

На установку подают природный газ (содержание СН4 более 95% об., содержание сернистых соединений 2 мг/нм3) с давлением 0,3 МПа. Газ дросселируют до давления 0,2 МПа с помощью редуцирующего клапана (на чертеже не показан) и разделяют на технологический и энергетический потоки. Технологический поток направляют в подогреватель природного газа 1, где происходит его нагрев до температуры 380°С за счет тепла дымовых газов. Нагретый природный газ подают в адсорбер 2 для очистки от сернистых соединений. Адсорбер заполнен твердым сорбентом на основе оксида цинка (массовая доля оксида цинка не менее 90%, сероемкость сорбента не менее 28%). После сероочистки содержание сернистых соединений в газе составляет 0,05 мг/нм3.

Очищенный газ подают в смеситель 3, где его смешивают с перегретым до температуры 380°С водяным паром из котла-утилизатора дымовых газов 31 в соотношении Н2О:СН4=2,0. Температура полученной парогазовой смеси составляет 386°С. Парогазовую смесь последовательно направляют на конверсию в два реактора предриформинга 5, расположенных в реакционной зоне печи-реактора получения синтез-газа 4.

В реакторах предриформинга 5 на никелевом катализаторе при температуре 690°С протекают реакции образования водородсодержащего газа. Катализатор представляет собой промотированный оксид никеля, нанесенный на термостойкие пористые корундовые гранулы шаровидной формы, массовая доля никеля в пересчете на NiO составляет не менее 11%.

Частично конвертированный газ подают в реактор риформинга 6, где также на никелевом катализаторе происходят реакции паровой конверсии природного газа при температуре 970°С. Конвертированный газ имеет следующий состав (содержание, объемная доля, %): СО - 11,66; Н2 - 55,73; СН4 - 2,37; CO2 - 5,12; H2O - 24,83; N2 - 0,29.

Конвертированный газ последовательно охлаждают в теплообменнике конвертированного газа 10 до температуры 250°С и в аппарате воздушного охлаждения 11 до температуры 60°С и направляют в сепаратор 12 для отделения конденсата. Выходящий из сепаратора 12 синтез-газ имеет следующий состав (содержание, объемная доля, %): СО - 15,23; Н2 - 72,89; СН4 - 3,24; CO2 - 6,78; H2O - 1,47; N2 - 0,39.

Энергетический поток природного газа подают в смеситель 8 на смешение с водородом из аппарата газоразделения мембранного типа 15, танковыми газами из сепаратора высокого давления 23, сепаратора низкого давления 24 и емкости 25 и направляют на сжигание в радиационную зону печи риформинга 5. Сжигание газов осуществляют в панельных горелках 7. Воздух для горения подается компрессором атмосферного воздуха 9.

Синтез-газ, выходящий со стадии паровой конверсии природного газа, сжимают компрессором 13 до давления 3,6 МПа и через буферную емкость 14 подают в аппарат газоразделения мембранного типа 15, содержащий также зону доосушки подаваемого на разделение газа. В качестве газоразделительных мембранных элементов используются половолоконные мембраны, которые состоят из пористого полимерного волокна с нанесенным на его внешнюю поверхность газоразделительным слоем. Синтез-газ на выходе из аппарата газоразделения мембранного типа 15 имеет следующий состав (содержание, объемная доля, %): СО - 20,33; Н2 - 66,80; СН4 - 4,36; CO2 - 8,08; H2O - 0,10; N2 - 0,33; при этом соотношение компонентов (Н2-CO2)/(СО+CO2)=2,07. Отделенный водород с давлением 0,15 МПа направляют в смеситель 8.

Выходящий со стадии частичного выделения водорода синтез-газ сжимают компрессором 16 до 8,5 МПа и направляют в смеситель газовых потоков 17, где смешивают с отработанным синтез-газом. Циркуляционный синтез-газ последовательно нагревают в теплообменнике конвертированного газа 10 до температуры 250°С и рекуперативном теплообменнике 18 до температуры 325°С. Дале поток циркуляционного газа делят на четыре потока, которые параллельно проходят четыре теплообменника реакционных потоков 19 для охлаждения реакционных потоков после реакторов синтеза бензиновой фракции 20. Затем нагретые до температуры 360°С потоки объединяют. Объединенный поток последовательно проходит четыре реактора синтеза бензиновой фракции 20. Процесс конверсии синтез-газа в синтетическую бензиновую фракцию осуществляется при давлении 8,0 МПа на бифункциональном цинкхроммедном цеолитсодержащем катализаторе, например, на бифункциональном цинкхроммедном цеолитсодержащем катализаторе со структорой ZSM-5. Поддержание температурного режима в слое катализатора обеспечивают циркуляцией реакционного газа и охлаждением его после каждого реактора синтеза бензиновой фракции 20 до 360°С. Требуемую кратность циркуляции обеспечивают циркуляционным компрессором 22, например, поршневым.

Реакционный поток после четвертого реактора синтеза бензиновой фракции 20 последовательно охлаждают в четвертом теплообменнике реакционных потоков 19, рекуперативном теплообменнике 18, аппарате воздушного охлаждения 21 до 40°С. Газожидкостную смесь синтетической бензиновой фракции подают в сепаратор высокого давления 23, где происходит отделение несконденсировавшихся компонентов газа от жидких продуктов реакции. Газ после сепаратора высокого давления 23 подают на всас циркуляционного компрессора 22, а часть газа отбирают на продувку. Продувочный газ направляют на сжигание в печь-реактор получения синтез-газа 4.

Отделенные в сепараторе высокого давления 23 жидкие продукты направляют в сепаратор низкого давления 24, где давление составляет 0,55 МПа. Здесь жидкие продукты отделяются от растворенных в них газов и самотеком переливаются в отстойник 25. В отстойнике 25 происходит окончательное отделение растворенных газов и расслоение жидких продуктов на углеводородный и водный слои.

Танковые газы из сепаратора низкого давления 23 и отстойника 24 объединяют в общий поток и направляют на сжигание в печь-реактор получения синтез-газа 4. Из отстойника 25 синтетическую бензиновую фракцию насосом 26 направляют в продуктовую емкость 27, в которой его компаундируют высокооктановой присадкой с целью получения товарного автобензина.

Групповой состав высокооктановой синтетической бензиновой фракции, отбираемой из отстойника 25, представлен в таблице 1.

Метальную воду из отстойника 25 подают насосом 28 в систему водоподготовки 29. Воду из системы водоподготовки 29 подают в емкость 30, а затем насосом 31 направляют в котел-утилизатор дымовых газов 32, где нагревают до температуры 380°С. В емкость 30 подают сконденсированную воду из сепаратора 12 и осуществляют подпитку свежей водой из сети (при необходимости). Дымовые газы направляют в котел-утилизатор дымовых газов 32 из зоны горения печи-реактора получения синтез-газа 4. Затем поток дымовых газов направляют в нижнюю часть центральной секции риформинга печи-реактора получения синтез-газа 4 для обогрева реактора риформинга 6. Проходя над перегородками, дымовые газы попадают в боковые секции предриформинга, откуда их отводят, охлаждают в теплообменнике 1 и сбрасывают в атмосферу.

Заявляется также установка, используемая для осуществления способа получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из углеводородсодержащего газа.

Установка для получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции содержит линию подачи природного газа из сети, редуцирующий клапан, систему задвижек для разделения природного газа на два потока (на рисунке не показаны), подогреватель природного газа 1, связанный с адсорбером 2, который в свою очередь связан с первым реактором предриформинга 5 через смеситель 3. В смесителе 3 происходит смешение потоков природного газа из абсорбера 2 и насыщенного водяного пара из котла-утилизатора дымовых газов 32. Реакционная зона печи-реактора получения синтез-газа 4 разделена двумя вертикальными перегородками на две боковые секции и центральную секцию. В боковых секциях находятся два реактора предформинга 5, связанные последовательно, причем первый из них связан со смесителем 3, а второй - с реактором риформинга 6, расположенным в центральной секции.

Помимо реакционной зоны, печь-реактор получения синтез-газа 4 имеет также зону сгорания, в которой расположены горелки 7, связанные со смесителем 8 и компрессором атмосферного воздуха 9. Смеситель 8 связан с линией подачи природного газа, аппаратом газоразделения мембранного типа 15, а также сепараторами 23, 24 и отстойником 25.

Реактор риформинга 6, расположенный в центральной секции печи-реактора получения синтез-газа 4, связан с сепаратором 12 через теплообменник конвертированного газа 10 и аппарат воздушного охлаждения 11.

Дымовые газы из зоны горения печи-реактора получения синтез-газа 4 поступают в центральную секцию реакционной зоны не напрямую, а через котел-утилизатор дымовых газов 32. Боковые секции реакционной зоны печи-реактора получения синтез-газа 4 также связаны с теплообменником природного газа 1, через который дымовые газы отводят с установки.

Сепаратор 12 связан с аппаратом газоразделения мембранного типа 15 через компрессор 13 и емкость 14. Аппарат газоразделения мембранного типа 15 связан со смесителем 8, куда подают водород, и со смесителем газовых потоков 17, куда через компрессор 16 направляют синтез-газ.

В смеситель газовых потоков 17 помимо синтез-газа из аппарата газоразделения мембранного типа 15 подают циркуляционным компрессором 22 отработанный синтез-газ из сепаратора высокого давления 23.

Смеситель газовых потоков 17 соединен последовательно с теплообменником газовых потоков 10 и рекуперативным теплообменником 18, после которого происходит разделение циркуляционного газа на четыре потока, которые параллельно проходят четыре теплообменника реакционных потоков 19. Затем потоки объединяют и подают в первый реактор синтеза бензиновой фракции 20. После каждого из реакторов 20 реакционный поток подается в соответствующий теплообменник 19, после которого поступает в следующий реактор. Таким образом, объединенный поток проходит последовательно четыре реактора синтеза бензиновой фракции 20 и четыре теплообменника реакционных потоков 19. Реакционный поток после четвертого теплообменника реакционных потоков 19 подают в сепаратор высокого давления 23 через рекуперативный теплообменник 18 и аппарат воздушного охлаждения 21.

Сепаратор высокого давления 23 связан с циркуляционным компрессором 22, куда подают отделенный газ, и с сепаратором низкого давления 24, куда направляют жидкие продукты. Часть отделенного газа используется в качестве продувочного.

Из сепаратора низкого давления 24 жидкие продукты самотеком переливаются в отстойник 25.

Продувочный газ, танковые газы из сепаратора низкого давления 24 и отстойника 25 объединяют в общий поток и направляют на сжигание в горелки печи-реактора получения синтез-газа 4.

Отстойник 25 связан насосом 26 с продуктовой емкостью 27, куда сливают бензиновую фракцию, а также с системой водоподготовки 29 через насос 28.

Система водоподготовки 29 связана с емкостью 30, куда подают сконденсированную воду из сепаратора 12 и, при необходимости, свежую воду из сети. Емкость 30 через насос 31 связана с котлом-утилизатором дымовых газов 32.

1. Способ получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции из природного или попутного газов с использованием бифункционального катализатора, включающий подачу углеводородного газа на установку, его разделение на два потока - технологический и энергетический, направление энергетического потока на сжигание, подогрев дымовыми газами узлов реакторного блока получения синтез-газа, очистку технологического потока углеводородного газа от сернистых соединений, получение синтез-газа высокотемпературным паровым риформингом углеводородного газа водяным паром, получение смеси жидких углеводородов и воды с последующим разделением на высокооктановую синтетическую бензиновую фракцию и воду, отличающийся тем, что обессеренный углеводородный газ поступает последовательно в два реактора предриформинга, где в присутствии водяного пара образуется водородсодержащий газ, а затем в реактор риформинга, где на никелевом катализаторе образуется синтез-газ, избыток водорода из синтез-газа удаляют с помощью аппарата газоразделения и направляют на смешение с энергетическим потоком углеводородного газа, жидкие углеводороды получают из синтез-газа в реакторах, содержащих бифункциональный катализатор.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве бифункционального катализатора используют цинкхроммедный цеолитсодержащий катализатор со структурой ZSM-5.

3. Установка для получения высокооктановой синтетической бензиновой фракции, содержащая блок паровой конверсии природного газа, включающий узел теплоиспользующей аппаратуры с камерой сгорания, узел очистки углеводородного газа от сернистых соединений, узел смешивания углеводородного газа и воды, реакционный узел, узел удаления дымовых газов, теплообменники, сепаратор, блок выделения избытка водорода из синтез-газа, теплообменники, сепараторы, блок получения синтетической бензиновой фракции, включающий каскад реакторов синтеза бензиновой фракции с теплообменниками реакционных потоков, компрессор, буферные емкости, смеситель газовых потоков, теплообменники, сепараторы, фильтры, сборники воды, насосы, продуктовую емкость, отличающаяся тем, что узел синтеза бензиновой фракции блока получения синтетической бензиновой фракции выполнен в виде каскада реакторов и теплообменников реакционных потоков, при этом все блоки установки гидравлически и пневматически соединены между собой и с промежуточными емкостями, а выход синтез-газа из блока мембранного газоразделения пневматически соединен с входом в реакторы синтеза бензиновой фракции.

4. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что блок получения синтетической бензиновой фракции выполнен в виде каскада реакторов и теплообменников реакционных потоков, обеспечивающих протекание химических реакций в условиях, близких к изотермическим.

5. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве блока выделения избытка водорода из синтез-газа используют аппарат газоразделения мембранного типа с половолоконными мембранами.

6. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что в качестве компрессора используется поршневой компрессор.



 

Похожие патенты:

Способ получения содержащего кобальт катализатора синтеза углеводородов предусматривает на стадии образования карбида обработку исходного предшественника катализатора, содержащего подложку катализатора, несущую кобальт, содержащим СО газом не более 1 час при температуре T1, где T1 составляет от 200°C до 260°C для превращения кобальта в карбид кальция, таким образом получая содержащий карбид кобальта предшественник катализатора, причем содержащий СО газ (когда он содержит Н2) не характеризуется молярным соотношением СО к Н2, равным или меньшим 33:1, и при этом стадию образования карбида проводят в неокислительных условиях; и на последующей стадии активации содержащий карбид кобальта предшественник катализатора подвергают обработке водородсодержащим газом при температуре T2, где T2 составляет, по меньшей мере, 300°C для превращения карбида кобальта в металлический кобальт, таким образом активируя содержащий карбид кобальта предшественник катализатора и обеспечивая содержащий кобальт катализатор синтеза углеводородов.

Изобретение относится к способу получения углеводородов в непрерывном режиме исходя из синтез-газа в присутствии катализатора, включающий стадию синтеза, на которой синтез-газ приводят во взаимодействие с катализатором в реакторе синтеза Фишера-Тропша (4).

Изобретение относится к способу получения модифицированной подложки катализатора, причем способ предусматривает получение титансодержащего материала подложки катализатора посредством (i) контакта материала подложки катализатора с органическим соединением титана, при этом материал подложки катализатора выбирают из группы, состоящей из (а) предшественника подложки катализатора, содержащего соединение алюминия, который превращается в подложку катализатора в форме одного или нескольких оксидов алюминия при прокаливании, и (b) подложки катализатора, представляющей оксид алюминия в форме одного или нескольких оксидов алюминия, и при этом органическое соединение титана представляет собой соединение титана, в котором титан связан с по меньшей мере одним атомом кислорода по меньшей мере одной органической группы посредством связи, или (ii) совместного гидролиза гидролизуемого органического соединения титана и Al(OR'')3, причем титансодержащий материал подложки катализатора после этого содержит Al, и при этом гидролизуемое органическое соединение титана представляет собой соединение титана, в котором титан связан с по меньшей мере одним атомом кислорода по меньшей мере одной органической группы посредством связи, причем все R'' являются одинаковыми или различными и каждый представляет собой органическую группу.

Изобретение относится к парафиновому воску, полученному способом Фишера-Тропша. Полученный способом Фишера-Тропша парафиновый воск содержит парафины, имеющие от 9 до 24 атомов углерода, имеет температуру плавления в диапазоне от 15 до 32°С, количество полученных способом Фишера-Тропша парафинов, имеющих от 16 до 18 атомов углерода, составляет в нем по меньшей мере 85% масс.

Изобретение относится к способу получения продуктов синтеза Фишера-Тропша, причем способ предусматривает подачу исходного синтез-газа с соотношением H2/CO исходного синтез-газа в пределах 10% от целевого соотношения H2/CO для исходного синтез-газа на стадию синтеза Фишера-Тропша; конверсию части указанного исходного синтез-газа в продукты синтеза Фишера-Тропша на стадии синтеза Фишера-Тропша; выведение указанных продуктов синтеза Фишера-Тропша со стадии синтеза Фишера-Тропша; получение хвостового газа стадии синтеза Фишера-Тропша, который содержит неконвертированные H2 и СО; и изменение рабочих условий стадии синтеза Фишера-Тропша для обеспечения целевого соотношения Н2/СО хвостового газа в пределах 10% от целевого соотношения Н2/СО для хвостового синтез-газа, причем указанное целевое соотношение Н2/СО хвостового газа отличается по меньшей мере на 10% от целевого соотношения H2/CO исходного синтез-газа и указанное целевое соотношение H2/CO для исходного синтез-газа и указанное целевое соотношение H2/CO для хвостового синтез-газа выбираются таким образом, чтобы обеспечить желательную конверсию за один проход реагента СО на стадии синтеза Фишера-Тропша.

Настоящее изобретение относится к способу получения парафинового продукта из углеродсодержащего сырья. Способ включает частичное окисление углеродсодержащего сырья для получения смеси, содержащей водород и монооксид углерода, осуществление синтеза Фишера-Тропша с использованием полученной смеси и извлечение парафинового продукта и отходящего газа, гидрогенизацию по меньшей мере части отходящего газа из синтеза Фишера-Тропша, необязательно после удаления углеводородов, используя молярное отношение пар/отходящий газ в диапазоне от 0,5 до 1,5, и катализатор, содержащий медь и цинк, или катализатор, содержащий медь, цинк и марганец, превращение по меньшей мере части образовавшегося газа, используя катализатор на основе никеля, который содержит не более 0,2 масс.

Изобретение относится к способу получения синтетической нефти. Способ получения синтетической нефти осуществляют из нетрадиционного нефтяного сырья.

Изобретение относится к катализаторам получения углеводородов, в том числе жидких синтетических топлив, олефинов, твердых углеводородов из смеси СО и водорода (синтез-газа).

Изобретение относится к способу получения и использования углеводородного топлива. Способ включает либо добычу СO2 из дымового газа объекта, сжигающего покупное углеводородное топливо, либо CO2 со стороны, либо добычу СО2 из воздуха, либо одновременное или частичное использование всех трех указанных источников СО2, и включающего добычу Н2 из воды способом ее электролиза с использованием электроэнергии ветровой энергетической установки (ВЭУ), с последующим соединением СО2 и Н2, реакция которых дает углеводородное топливо.

Изобретение относится к способу получения жидкого углеводородного продукта из синтез-газа, полученного из биомассы. В способе осуществляют стадии: 1) смешивание сырого синтез-газа, полученного в газификаторе биомассы, с насыщенным водородом газом, где объемное отношение насыщенного водородом газа к сырому синтез-газу находится между 0,7 и 2,1; 2) подачу газообразной смеси, полученной на стадии 1), на установку дегидратации для удаления влаги, углекислого газа и других вредных примесей, содержащихся в газе, получение синтез-газа, удовлетворяющего требованиям реакции синтеза Фишера-Тропша; 3) реагирование синтез-газа, полученного на стадии 2) в реакторе синтеза Фишера-Тропша, где синтез осуществляют в присутствии катализатора с целью производства жидкого углеводородного продукта при температуре от 150°C до 300°C и давлении от 2 до 4 МПа, осуществляют отведение воды, произведенной в синтезе, 4) возвращают от 70 об.% до 95 об.% отработанных газов, произведенных на стадии 3), на стадию 3) для смешивания с синтез-газом и подачу газовой смеси в реактор синтеза Фишера-Тропша.

Способ получения содержащего кобальт катализатора синтеза углеводородов предусматривает на стадии образования карбида обработку исходного предшественника катализатора, содержащего подложку катализатора, несущую кобальт, содержащим СО газом не более 1 час при температуре T1, где T1 составляет от 200°C до 260°C для превращения кобальта в карбид кальция, таким образом получая содержащий карбид кобальта предшественник катализатора, причем содержащий СО газ (когда он содержит Н2) не характеризуется молярным соотношением СО к Н2, равным или меньшим 33:1, и при этом стадию образования карбида проводят в неокислительных условиях; и на последующей стадии активации содержащий карбид кобальта предшественник катализатора подвергают обработке водородсодержащим газом при температуре T2, где T2 составляет, по меньшей мере, 300°C для превращения карбида кобальта в металлический кобальт, таким образом активируя содержащий карбид кобальта предшественник катализатора и обеспечивая содержащий кобальт катализатор синтеза углеводородов.

Изобретение относится к технологии переработки газообразного углеводородного сырья, а именно к способу получения катализатора для гидрогенизационной конверсии диоксида углерода в жидкие углеводороды, который включает нанесение наночастиц металлического кобальта на поверхность пористого носителя, при этом носитель выполнен в виде металлорганической каркасной структуры MIL-53(Al), которую получают в ходе сверхвысокочастотного СВЧ-активированного синтеза при атмосферном давлении и температуре 125-130°C путем реакции взаимодействия AlCl3×6H2O и 1,4-бензолдикарбоновой кислоты в смешанном растворителе - смеси воды и диметилформамида, а наночастицы металлического кобальта размером 5-10 нм наносят на носитель методом пропитки по влагоемкости из водных растворов соли Со(СН3СОО)2⋅4H2O, при этом содержание наночастиц в катализаторе составляет 5-15% масс.

Настоящее изобретение относится к способу получения парафинового продукта из углеродсодержащего сырья. Способ включает частичное окисление углеродсодержащего сырья для получения смеси, содержащей водород и монооксид углерода, осуществление синтеза Фишера-Тропша с использованием полученной смеси и извлечение парафинового продукта и отходящего газа, гидрогенизацию по меньшей мере части отходящего газа из синтеза Фишера-Тропша, необязательно после удаления углеводородов, используя молярное отношение пар/отходящий газ в диапазоне от 0,5 до 1,5, и катализатор, содержащий медь и цинк, или катализатор, содержащий медь, цинк и марганец, превращение по меньшей мере части образовавшегося газа, используя катализатор на основе никеля, который содержит не более 0,2 масс.

Изобретение относится к катализаторам и к способу синтеза Фишера-Тропша. Катализатор на основе комплексных солей кобальта для синтеза Фишера-Тропша содержит частицы кобальта, при этом в качестве комплексной соли кобальта выбирают фталоцианиновый комплекс кобальта (C32H16N8Co), а в качестве диспергатора частиц кобальта выбирают ионные жидкости 1-бутил-3-метилимидазол тетрафторборат или 1-бутил-3-метилимидазолий бис(трифторборатсульфонил)имид.

Изобретение относится к способу получения жидкого углеводородного продукта из синтез-газа, полученного из биомассы. В способе осуществляют стадии: 1) смешивание сырого синтез-газа, полученного в газификаторе биомассы, с насыщенным водородом газом, где объемное отношение насыщенного водородом газа к сырому синтез-газу находится между 0,7 и 2,1; 2) подачу газообразной смеси, полученной на стадии 1), на установку дегидратации для удаления влаги, углекислого газа и других вредных примесей, содержащихся в газе, получение синтез-газа, удовлетворяющего требованиям реакции синтеза Фишера-Тропша; 3) реагирование синтез-газа, полученного на стадии 2) в реакторе синтеза Фишера-Тропша, где синтез осуществляют в присутствии катализатора с целью производства жидкого углеводородного продукта при температуре от 150°C до 300°C и давлении от 2 до 4 МПа, осуществляют отведение воды, произведенной в синтезе, 4) возвращают от 70 об.% до 95 об.% отработанных газов, произведенных на стадии 3), на стадию 3) для смешивания с синтез-газом и подачу газовой смеси в реактор синтеза Фишера-Тропша.

Изобретение относится к способу получения предшественника катализатора. Способ включает приведение в контакт материала подложки катализатора с предшественником модифицирующего компонента в жидкой среде для пропитки, необязательно прокаливание содержащего модифицирующий компонент материала подложки катализатора при температуре выше 100°С с получением модифицированной подложки катализатора и введение соединения предшественника кобальта (Со) в качестве активного компонента катализатора на и/или в (i) материал подложки катализатора перед приведением в контакт материала подложки катализатора с предшественником модифицирующего компонента, (ii) содержащий модифицирующий компонент материал подложки катализатора и/или (iii) модифицированную подложку катализатора, посредством чего получают предшественник катализатора.
Изобретение относится к способу приготовления предшественника кобальтсодержащего катализатора синтеза углеводородов, который включает прокаливание загруженного катализатором носителя, представляющего собой носитель катализатора для нанесения на него соли кобальта, нанесение на носитель соли кобальта и последующее разложение соли кобальта и/или реакцию соли кобальта с кислородом; таким образом, что при прокаливании соль кобальта превращается в оксид кобальта, причем прокаливание включает нагревание носителя катализатора с нанесенной солью в интервале температур 90-220°С, с использованием одного или нескольких периодов быстрого нагревания в определенном интервале температур, причем нагревание носителя катализатора с нанесенной солью протекает со скоростью по меньшей мере 10°С/мин при скорости потока газа через носитель катализатора с нанесенной солью по меньшей мере 5 м3 н/кг соли кобальта/час; одного или нескольких периодов медленного нагревания в определенном интервале температур, причем нагревание носителя катализатора с нанесенной солью протекает со скоростью менее 6°С/мин для прокаливания соли кобальта и приготовления предшественника кобальтсодержащих катализаторов синтеза углеводородов.

Изобретение раскрывает способ получения предшественника кобальтсодержащего катализатора для синтеза углеводородов, где способ включает прокаливание нагруженной катализатором подложки, содержащей подложку катализатора с нанесенной солью кобальта, при этом прокаливание включает разложение соли кобальта и/или осуществление взаимодействия соли кобальта с кислородом, причем прокаливание превращает соль кобальта в оксид кобальта и прокаливание включает предоставление нагруженной катализатором подложки для тепловой обработки путем нагревания нагруженной катализатором подложки до температуры Т по меньшей мере 220°С при скорости нагревания ниже 10°С/минуту, и пропускание потока газа при объемной скорости по меньшей мере 19 м3 n/кг соли кобальта/час через нагруженную катализатором подложку в течение, по меньшей мере, части нагревания до температуры Т 220 ºС с получением таким образом предшественника кобальтсодержащего катализатора.

Изобретение относится к химической промышленности, в том числе нефтехимии и газохимии, и может быть использовано при приготовлении катализаторов для процесса получения углеводородов из СО и H2 по методу Фишера-Тропша.
Изобретение относится к способу приготовления предшественника катализатора, который включает приведение в контакт материала носителя катализатора с соединением вольфрама с получением вольфрамсодержащего материала носителя катализатора; прокаливание вольфрамсодержащего материала носителя катализатора при температуре выше 900°C с получением модифицированного носителя катализатора, в котором достаточное количество соединения вольфрама используют таким образом, что соединение вольфрама присутствует в массе и на поверхности материала носителя катализатора в количестве не больше чем 12 мас.% W в расчете на общую массу модифицированного носителя катализатора; и введение соединения предшественника активного компонента катализатора, выбранного из группы, состоящей из кобальта (Со), железа (Fe) и никеля (Ni) на поверхность и/или в массу модифицированного носителя катализатора с получением предшественника катализатора.

Изобретение относится к химической промышленности и электротехнике и может быть использовано при изготовлении электродных материалов в химических источниках тока.
Наверх