способ переработки природного газа с получением пара и метанола

Формула изобретения

Способ переработки природного газа с получением пара и метанола, включающий отбор исходного природного газа под давлением, деление его на два потока в соотношении (75 - 85) : (25 - 15), нагревание первого основного технологического потока до 80^oC в трубном пространстве рекуперационного теплообменника высокого давления теплом циркуляционного газа с температурой 105 - 110^oC, обессеривание газа, каталитическую паровую конверсию при давлении (18 1) атм 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, дросселирование второго потока исходного природного газа, нагревание его в метанольном подогревателе до 50 - 60^oC и использование в качестве топливного газа, отличающийся тем, что давление на входе компрессора синтез-газа поддерживают равным 14,0 - 16,5 атм, а синтез метанола осуществляют под давлением (75 2)атм.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к способу переработки природного газа на агрегате производства метанола.

Известен способ переработки природного газа с получением пара и 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 - минус 10^oC в теплообменник, где он нагревается до 20^oC водным 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 при давлении 181 атм, утилизацию тепла конвертированного газа с отделением от него сконденсировавшейся воды, получение пара в трубчатой печи за счет тепла дымовых газов и за счет тепла конвертированного газа после трубчатой печи, компремирование синтез-газа от давления 14 атм до 80 атм и осуществление синтеза метанола под давлением 80 атм, рекуперацию тепла циркуляционного газа, охлаждение его от температуры 110^oC последовательно в аппарате воздушного охлаждения и в холодильнике оборотной воды до температуры 45^oC, механическое отделение метанола-сырца от несконденсировавшихся газов (Постоянный технологический регламент М-750, N 128516, Губаха, 1985 г.).

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

Известен также способ переработки природного газа с получением метанола, включающий отбор природного газа под давлением 30-45 атм, который делят на два потока в соотношении (75-85)/(25-15), нагревание первого основного технологического потока до 80^oC в трубном пространстве рекуперационного теплообменника высокого давления теплом циркуляционного газа с температурой 105-110^oC, обессеривание газа, каталитическую паровую конверсию при давлении 181 атм с получением конвертированного газа, утилизацию его 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, дросселирование второго потока исходного природного газа, нагревание его в метанольном подогревателе до температуры 50-60°С и использование в качестве топливного газа (патент РФ, N 2117520, опуб. 20.08.98, прототип).

Недостатком способа являются значительные энергозатраты на компремирование синтез-газа центробежным компрессором с приводом от паровой турбины, что обуславливает необходимость использования дополнительного количества пара со стороны.

С целью уменьшения энергозатрат и возможностью использования в схеме пара, производимого только в агрегате, без дополнительного его отбора со стороны, предложен способ переработки природного газа с получением пара и метанола, включающий отбор исходного природного газа под давлением, деление его на два потока в соотношении (75-85)/(25-15), нагревание первого основного технологического потока до 80^oC в трубном пространстве рекуперационного теплообменника высокого давления теплом циркуляционного газа с температурой 105-110^oC, обессеривание газа, каталитическую паровую конверсию при давлении с получением конвертированного газа, утилизацию его 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, дросселирование второго потока исходного природного газа, нагревание его в метанольном подогревателе до температуры 50-60^oC и использование в качестве топливного газа, при этом давление на входе в компрессор синтез-газа поддерживают (14.0 - 16.5) атм, а синтез метанола осуществляют при давлении 752 атм.

На чертеже представлена блок-схема постадийного осуществления способа переработки природного газа с получением пара и метанола.

Природный газ из магистрального газопровода под давлением 30-45 атм делят на два потока в соотношении 80:20. Основной технологический поток поступает в трубное пространство рекуперационного теплообменника высокого давления 1, где нагревается до 80^oC теплом циркуляционного газа, подаваемого с температурой 105-110^oC в межтрубное пространство теплообменника. Удаление серы и сернистых соединений, которые являются ядами для катализаторов реформинга и синтеза, достигается в реакторе гидрирования 2 после подогрева в огневом подогревателе (ПГ) 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 молярное 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 181 атм и температуре в зоне реакции 860^oC при молярном отношении пар/углерод в исходном сырье, равном 2.9.

Для увеличения общего теплового КПД агрегата 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 для производства пара, подогрева питательной воды котлов, в отделении ректификации и нагрева минерализованной воды.

Сухой конвертированный газ с давлением 16,5 атм 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^oC и давлении 75 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, при этом выходящий циркуляционный газ охлаждается в аппаратах 9 до температуры 105-110^oC.

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 всос циркуляционного компрессора 8.

Второй поток природного газа после магистрального трубопровода дросселируют до 8-10 атм, затем подают на нагревание в метанольный подогреватель до температуры 50-60^oC и используют в процессе в качестве топливного газа.

Пример 1. Исходный природный газ из магистрального газопровода под давлением 35 атм в количестве 110000 нм³/ч делят на два потока в соотношении 82: 18. Основной технологический поток в количестве 90000 нм³/ч при температуре 0^oC поступает в трубное пространство рекуперационного теплообменника высокого давления 1, где нагревается до 80^oC теплом циркуляционного газа и после подогрева в огневом подогревателе (ПГ) до 380^oC природный газ поступает в отделение сероочистки для удаления серы и сернистых соединений в реакторе гидрирования 2 с последующей хемосорбцией сероводорода в аппарате 3.

Очищенный от серы газ смешивается с перегретым водяным паром до молярного отношения пар/углерод в исходном сырье, равном 2.9, и подвергается паровому реформингу в трубчатых печах 4 в присутствии никелевого катализатора при давлении 19 атм и температуре в зоне реакции 860^oC, образуя конвертированный газ, состоящий из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода, азота, метана и воды.

Тепло дымовых газов печей реформинга используется 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 до 25-35^oC и отделение сконденсировавшейся воды, при этом тепло конвертированного газа используется для производства пара, подогрева питательной воды котлов, в отделении ректификации и нагрева минерализованной воды.

Сухой конвертированный газ следующего состава, мол.%: H₂ - 74.3, CO - 14.5, CO₂ - 7.5, CH₄ - 3.5, N₂ - 0.2 с давлением 16,5 атм в количестве 360000 нм³/ч сжимается центробежным компрессором синтез-газа 6 и поступает в отделение синтеза, где смешивается с циркуляционным газом, нагреваясь до температуры 220^oC.

Синтез метанола осуществляется в реакторе синтеза метанола 7 на медно-цинковом катализаторе при температуре 280^oC и давлении 75 атм.

Непрерывная циркуляция газов над слоем катализатора осуществляется с помощью циркуляционного компрессора 8, при этом выходящий циркуляционный газ охлаждается в аппаратах 9 до температуры 105-110^oC.

Полученный метанол в количестве 130000 кг/ч следующего состава: 82 мол.% CH₃OH и 18 мол.% H₂O 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 всoс циркуляционного компрессора 8. Концентрации водорода и метана в цикле синтеза регулируются сбросом части газа в количестве 80000 нм³/ч после отделения метанола-сырца.

Второй поток природного газа в количестве 20000 нм³/ч после магистрального трубопровода дросселируют до 8-10 атм, затем подают на нагревание в метанольный подогреватель до температуры 50-60^oC и используют в процессе в качестве топливного газа.

Предложенный способ переработки природного газа с получением пара и метанола позволяет сократить расход пара высокого давления для привода компрессора синтез-газа до 30 т/ч, отказаться от дополнительного пара со стороны и использовать только производимый в агрегате пар, а также значительно уменьшить себестоимость метанола.