способ переработки природного газа с получением метанола

Формула изобретения

Способ переработки природного газа с получением метанола, включающий отбор природного газа под давлением, нагревание, обессеривание газа, каталитическую паровую конверсию с получением конвертированного газа, утилизацию тепла, компремирование газа, синтез метанола с циркуляцией непрореагировавшего газа, рекуперацию тепла последнего с дальнейшим охлаждением в аппарате воздушного охлаждения и в холодильнике оборотной воды, отделение сконденсированного метанола, отличающийся тем, что исходный природный газ под давлением 30 - 45 атм нагревают до 50^oС в трубном пространстве рекуперационного теплообменника высокого давления теплом циркуляционного газа с температурой 105 - 110^oС и делят на два потока в соотношении (75 - 85) : (25 - 15), первый из которых используется на технологию, а второй после дросселирования - на сжигание.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к схеме подачи и переработки природного газа на агрегат производства метанола.

Известен способ переработки природного газа с получением метанола, включающий отбор исходного природного газа из магистрального трубопровода под давлением 30-45 атм, дросселирование его до давления 12 атм на газораспределительной станции, подачу по трубопроводу низкого давления с температурой 0 - (- 10)^oС в теплообменник, где он нагревается до 20^oС в метанольном подогревателе метанолом, который в свою очередь нагревается водяным паром низкого давления, удаление в сепараторе неиспарившихся жидких углеводородов, разделение природного газа после сепаратора на два потока, один из которых используют в качестве топливного газа, а другой, основной, поток компремируют до давления 30 атм и подают на стадию сероочистки и затем подвергают процессу каталитической паровой конверсии, утилизацию тепла конвертированного газа с отделением от него сконденсировавшейся воды и осуществление синтеза метанола под давлением 80 атм, рекуперацию тепла циркуляционного газа, охлаждение его от температуры 110^oС последовательно в аппарате воздушного охлаждения и в холодильнике оборотной воды до температуры 45^oС, механическое отделение метанола-сырца от несконденсировавшихся газов (Постоянный технологический регламент М-750, 128516, Губаха, 1985).

Недостатком способа являются высокие энергозатраты на дросселирование и компремирование исходного природного газа, а также недостаточная конденсация метанола при охлаждении циркуляционного газа.

С целью снижения энергозатрат и повышения экономичности процесса предложен способ подачи и переработки природного газа с получением метанола, включающий отбор исходного природного газа под давлением, нагревание, сепарацию, обессеривание газа, каталитический паровой риформинг с получением конвертированного газа, утилизацию тепла конвертированного газа, компремирование газа до 80 атм, синтез метанола с циркуляцией непрореагировавшего газа, рекуперацию тепла последнего с дальнейшим охлаждением его последовательно в аппарате воздушного охлаждения и в холодильнике оборотной воды, конденсацию метанола, при этом исходный природный газ под давлением 30-45 атм нагревают до 50^oС в трубном пространстве рекуперационного теплообменника высокого давления, установленного перед аппаратом воздушного охлаждения на потоке циркуляционного газа, который поступает в межтрубное пространство с температурой 105-110^oС, затем нагретый природный газ делят на два потока, в соотношении (75-85)/(25-15), первый из которых используется на технологический процесс, а второй поток дросселируют и используют в процессе в качестве топливного газа.

На чертеже представлена блок-схема стадий осуществления способа переработки природного газа с получением метанола.

Природный газ из магистрального газопровода под давлением 30-45 атм поступает в трубное пространство рекуперационного теплообменника высокого давления 1, где нагревается до 50^oС теплом циркуляционного газа, подаваемого с температурой 105-110^oС в межтрубное пространство теплообменника. Далее исходный газ делят на два потока в соотношении 80:20. Основной технологический поток нагревается в огневом подогревателе (ПГ) и проходит стадию удаления серы и сернистых соединений, которые являются ядами для катализаторов реформинга и синтеза. Это достигается в реакторе гидрирования 2 путем каталитической гидрогенизации сернистых соединений с преобразованием их в сероводород на кобальт-молибденовом катализаторе с последующей хемосорбцией сероводорода. Полученный в результате реакции и содержащийся в исходном природном газе сероводород поглощается адсорбентом, содержащим активную окись цинка, в аппарате 3.

Очищенный от серы газ смешивается с перегретым водяным паром и подвергается паровому реформингу в трубчатых печах 4, где в присутствии никелевого катализатора пар реагирует с газообразными углеводородами в условиях повышенных температур и давления, образуя конвертированный газ, состоящий из двуокиси углерода, окиси углерода, водорода и остаточного (не вступившего в реакцию) метана. На ход этих реакций большое влияние оказывает мольное отношение расхода пара к углероду природного газа, а также подвод тепла и давление. Реакция метана с водяным паром идет с увеличением объема, поэтому увеличение давления сдвигает равновесие реакции в сторону исходных веществ, но при этом понижение давления влечет за собой увеличение удельных затрат на единицу продукции из-за увеличения диаметров трубопроводов и аппаратов. Поэтому из экономических соображений процесс реформинга проводят при давлении 18 атм и температуре в зоне реакции около 860^oС при молярном отношении пар/углерод в исходном сырье, равном 2,9.

Для увеличения общего теплового КПД установки предусмотрена утилизация тепла дымовых газов печей реформинга для производства пара, перегрева пара, подогрева смеси пара и исходного сырья и нагрева воздуха для горения.

Конвертированный газ после реакционных труб печей реформинга 4 проходит стадию утилизации тепла 5, где происходит снижение его температуры и отделение сконденсировавшейся воды, введенной в избытке на установке реформинга. Тепло конвертированного газа используется на производство пара, подогрев питательной воды котлов, в отделении ректификации и нагрев минерализованной воды.

Сухой конвертированный газ сжимается центробежным компрессором синтез-газа 6 с приводом от паровой конденсационной турбины с промежуточным отбором пара и поступает в отделение синтеза, где смешивается с циркуляционным газом.

Синтез метанола осуществляется в реакторе синтеза метанола 7 при температуре 280^oС и давлении 80 атм.

В синтез-газе имеется значительный избыток водорода, степень превращения окислов углерода за один проход над катализатором мала вследствие приближения к равновесным концентрациям метанола и исходных веществ. После отделения метанола в выходящем из колонны циркуляционном газе содержится большое количество непрореагировавших окислов углерода, которые возвращаются в цикл.

Непрерывная циркуляция газов над слоем катализатора осуществляется с помощью циркуляционного компрессора 8 с приводом от паровой конденсационной турбины. Газ, входящий в колонну синтеза метанола, нагревается до температуры реакции теплом циркуляционного газа, выходящего из ректора синтеза в аппарате 9, при этом выходящий циркуляционный газ охлаждается до температуры 105-110^oС.

Полученный метанол конденсируется при дальнейшем охлаждении циркуляционного газа, используемого для нагрева исходного технологического потока природного газа в теплообменнике 1, далее в аппарате воздушного охлаждения и в теплообменнике оборотной воды, и удаляется из цикла синтеза, обеспечивая непрерывность работы системы. А циркуляционный газ после отделения из него метанола возвращается на всас циркуляционного компрессора 8.

Второй поток природного газа после теплообменника 1 дросселируют до давления 8-10 атм, и используют в процессе в качестве топливного газа.

Осуществление процесса позволяет увеличить выход метанола-сырца за счет дополнительной рекуперации тепла циркуляционного газа в теплообменнике высокого давления 1, а также значительно уменьшить энергозатраты за счет исключения из схемы компрессора природного газа.