установка для гомогенного окисления природного газа и способ гомогенного окисления природного газа

Формула изобретения

1. Установка для гомогенного окисления природного газа, содержащая связанные между собой посредством основного трубопровода источник природного газа, теплообменники, реакторы, сепаратор, сборники, источник подачи кислорода для осуществления газофазного окисления газа и средства для охлаждения реакционной смеси, отличающаяся тем, что она содержит котлы-утилизаторы, скрубберы, дополнительный трубопровод, источники для подачи питательной и охлаждающей воды и нагнетатель циркуляционного газа, дополнительный трубопровод соединен с выходами котлов-утилизаторов и с одним из выходов теплообменника для использования образовавшегося пара на стадии ректификации продуктов гомогенного окисления, а реакторы выполнены из углеродистой стали для устранения частичного распада продуктов гомогенного окисления и соединены с источником подачи кислорода, причем один из теплообменников выполнен с обеспечением возможности подогрева рециркуляционного газа, вход которого соединен с выходом теплообменника, вход которого соединен с нагнетателем циркуляционного газа, а выход предыдущего соединен со входом одного из реакторов для обеспечения возможности образования первичных продуктов гомогенного окисления метана, реакторы последовательно соединены между собой посредством основного трубопровода для обеспечения возможности образования вторичных продуктов гомогенного окисления метана, выход последнего реактора соединен со вторым входом теплообменника подогрева для дополнительного подогрева поступающего в него газа из источника природного газа, теплообменники последовательно соединены между собой, последний теплообменник выполнен с обеспечением возможности осуществления окончательного охлаждения и конденсации продуктов окисления, вход которого соединен с источником охлаждающей воды, выход соединен со входом сепаратора, один из выходов которого соединен с одним из сборников для последующего поступления из него продуктов на стадию ректификации с получением метанола-ректификата, этилового спирта и формалина, другой из выходов сепаратора соединен с одним из входов скруббера, один из выходов которого соединен со входом другого скруббера для обеспечения возможности посредством медно-аммиачного раствора произвести в них отмывку циркуляционного газа от фракций СО и СО_2, выходы скрубберов соединены с другим сборником для обеспечения возможности регенерации в нем медно-аммиачного раствора с выделением и выводом фракций СО + СО₂, выходы которого соединены со входами скрубберов для подачи в них образованного газа, выход одного из скрубберов соединен с основным трубопроводом до места размешения нагнетателя циркуляционного газа для обеспечения. возможности частичной продувки циркуляционного цикла для вывода имеющихся инертов, при этом средства для охлаждения реакционной смеси представляют собой теплообменник подогрева и котлы-утилизаторы, а источник для питательной воды соединен с теплообменником для пара и с котлами-утилизаторами.

2. Способ гомогенного окисления природного газа, заключающийся в подаче природного газа, его окислении кислородом в реакторах, в охлаждении и нагреве реакционной смеси и последующем осуществлении продувки циркуляционного газа и замыкания цикла, отличающийся тем, что в процессе подачи газа используют котлы-утилизаторы, причем перед подачей рециркуляционного газа в первый реактор осуществляют его подогрев до 450^oС, в первом реакторе осуществляют смешивание подогретого газа с кислородом в соотношении ниже предела взврываемости для проведения гомогенного окисления метана с одновременным повышением температуры газовой смеси до 540-560^oС и проведением обратимой реакции образования продуктов гомогенного окисления, затем осуществляют быструю закалку-охлаждение реакционной смеси до 440-450^oС, а для исключения частичного распада продуктов гомогенного окисления реакторы выполняют из углеродистой стали, затем осуществляют постадийное проведение гомогенного окисления метана в других реакторах и одновременно осуществляют образование пара в котлах-утилизаторах, а полученным в последнем реакторе циркуляционным газом осуществляют дополнительный подогрев рециркуляционного газа, часть которого используют для получения пара и совместно с полученным паром в котлах-утилизаторах используют на стадии ректификации продуктов гомогенного окисления, затем осуществляют окончательное охлаждение и конденсацию продуктов окисления охлаждающей водой с последующими их сбором и проведением стадии ректификации с получением метанола-ректификата, этилового спирта и формалина, а затем осуществляют отмывание циркуляционного газа посредством медно-аммиачного раствора от франций СО и СО₂ из газового рецикла и регенерацию раствора с выделением фракции СО + СО₂ с последующим поступлением раствора на очистку циркуляционного газа для снижения расхода кислорода и выбросов отработанного газа, при этом одновременно с очисткой осуществляют частичную продувку циркуляционного цикла для удаления инертов, например, азота, аргона, количество продувок определяют в соответствии с допустимым числом инертов в цикле, а после очистки и продувки осуществляют замыкание цикла посредством подпитывания циркуляционного газа природным газом и повторную подачу вновь образованного газа в реактор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к установке для гомогенного окисления природного газа и к способу гомогенного окисления природного газа.

Известна установка для гомогенного окисления природного газа, содержащая связанные между собой посредством основного трубопровода источник природного газа, теплообменники, реакторы, сепаратор, сборники, источник подачи кислорода для осуществления газофазного окисления газа и средства для охлаждения реакционной смеси (RU N 2162460, патент, 27.01.2001 - аналог и прототип). 3десь же описан и способ гомогенного окисления природного газа, заключающийся в подаче природного газа, его окислении кислородом в реакторах, в охлаждении и нагреве реакционной смеси и последующих осуществлении продувки циркуляционного газа и замыкания цикла.

Недостатком известной установки является ее низкая эффективность, а недостатком способа является пониженный выход получаемого продукта.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности в пользовании и увеличение выхода получаемого продукта.

Достигается это в установке тем, что она содержит котлы-утилизаторы, скрубберы, дополнительный трубопровод, источники для подачи питательной и охлаждающей воды и нагнетатель циркуляционного газа, дополнительный трубопровод соединен с выходами котлов-утилизаторов и с одним из выходов теплообменника для использования образовавшегося пара на стадии ректификации продуктов гомогенного окисления, а реакторы выполнены из углеродистой стали для устранения частичного распада продуктов гомогенного окисления и соединены с источником подачи кислорода, причем один из теплообменников выполнен с обеспечением возможности подогрева рециркуляционного газа, вход которого соединен с выходом теплообменника, вход которого соединен с нагнетателем циркуляционного газа, а выход предыдущего соединен со входом одного из реакторов для обеспечения возможности образования первичных продуктов гомогенного окисления метана, реакторы последовательно соединены между собой посредством трубопровода для обеспечения возможности образования вторичных продуктов гомогенного окисления метана, выход последнего реактора соединен со вторым входом теплообменника подогрева для дополнительного подогрева поступающего в него газа и источника природного газа, теплообменники последовательно соединены между собой, последний теплообменник выполнен с обеспечением возможности осуществления окончательного охлаждения и конденсации продуктов окисления, вход которого соединен с источником охлаждающей воды, выход соединен со входом сепаратора, один из выходов которого соединен с одним из сборников для последующего поступления из него продуктов на стадию ректификации с получением метанола-ректификата, этилового спирта и формалина, другой из выходов сепаратора соединен с одним из входов скруббера, один из выходов которого соединен со входом другого скруббера для обеспечения возможности посредством медно-аммиачного раствора произвести в них отмывку циркуляционного газа от фракций СО и СО₂, выходы скрубберов соединены с другим сборником для обеспечения возможности регенерации в нем медно-аммиачного раствора с выделением и выводом фракций СО + CO₂, выходы которого соединены со входами скрубберов для подачи в них образовавшегося раствора для очистки циркуляционного газа, выход одного из скрубберов соединен с трубопроводом до места размещения нагнетателя циркуляционного газа для обеспечения возможности частичной продувки циркуляционного цикла для вывода имеющихся инертов, при этом средства для охлаждения реакционной смеси представляют собой теплообменник подогрева и котлы-утилизаторы, а источник для питательной воды соединен с теплообменником для пара и с котлами-утилизаторами.

А в способе достигается это тем, что в процессе подачи газа используют котлы-утилизаторы, причем перед подачей рециркуляционного газа в первый реактор осуществляют его подогрев до температуры 450^oС, в первом реакторе осуществляют смешивание подогретого газа с кислородом в соотношении ниже предела взрываемости для проведения гомогенного окисления метана с одновременным повышением температуры газовой смеси до 540-560^oС и проведением обратимой реакции образования продуктов гомогенного окисления, затем осуществляют быструю закалку-охлаждение реакционной смеси до температуры 440 - 450^oС, а для исключения частичного распада продуктов гомогенного окисления реакторы выполняют из углеродистой стали, затем осуществляют постадийное проведение гомогенного окисления метана в других реакторах и одновременно осуществляют образование пара в котлах-утилизаторах, а полученным в последнем реакторе циркуляционным газом осуществляют дополнительный подогрев рециркуляционного газа, часть которого используют для получения пара и совместно с полученным паром в котлах-утилизаторах используют на стадии ректификации продуктов гомогенного окисления, затем осуществляют окончательное охлаждение и конденсацию продуктов окисления охлаждающей водой с последующими их сбором и проведением стадии ректификации с получением метанола-ректификата, этилового спирта и формалина, а затем осуществляют отмывание циркуляционного газа посредством медно-аммиачного раствора от фракций СО и СО₂ из газового рецикла и регенерацию раствора с выделением фракции СО+СО₂ с последующим поступлением раствора на очистку циркуляционного газа для снижения расхода кислорода и выбросов отработанного газа, при этом одновременно с очисткой осуществляют частичную продувку циркуляционного цикла для удаления инертов, например азота, аргона, количество продувок определяют в соответствии с допустимым числом инертов в цикле, а после очистки и продувки осуществляют замыкание цикла посредством подпитывания циркуляционного газа природным газом и повторную подачу вновь образованного газа в реактор.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана установка в сборе.

Установка для гомогенного окисления природного газа содержит связанные между собой посредством основного трубопровода 1 источник 2 природного газа, теплообменники 3, 4, 5, 6, реакторы 7, 8, 9, сепаратор 10, сборники 11, 12, источник подачи кислорода 13 для осуществления газофазного окисления газа и средства для охлаждения реакционной смеси.

Установка содержит котлы-утилизаторы 14, 15, скрубберы 16, 17, дополнительный трубопровод 18, источники для подачи питательной 19 и охлаждающей 20 воды и нагнетатель 21 циркуляционного газа, дополнительный трубопровод 18 соединен с выходами котлов-утилизаторов 14, 15 и с одним из выходов теплообменника 4 для использования образовавшегося пара на стадии ректификации продуктов гомогенного окисления, а реакторы 7, 8, 9 выполнены из углеродистой стали для устранения частичного распада продуктов гомогенного окисления и соединены с источником 13 подачи кислорода.

Один из теплообменников 3 выполнен с обеспечением возможности подогрева рециркуляционного газа, вход которого соединен с выходом теплообменника 5, вход которого соединен с нагнетателем 21 циркуляционного газа, а выход предыдущего теплообменника соединен со входом одного из реакторов 7 для обеспечения возможности образования первичных продуктов гомогенного окисления метана, реакторы 7, 8, 9 последовательно соединены между собой посредством трубопровода 1 для обеспечения возможности образования вторичных продуктов гомогенного окисления метана.

Выход последнего реактора 9 соединен со вторым входом теплообменника 3 подогрева для дополнительного подогрева поступающего в него газа из источника 2 природного газа.

Теплообменники 3, 4, 5, 6 последовательно соединены между собой, последний теплообменник 6 выполнен с обеспечением возможности осуществления окончательного охлаждения и конденсации продуктов окисления, вход которого соединен с источником 20 охлаждающей воды, выход соединен со входом сепаратора 10, один из выходов которого соединен с одним из сборников 11 для последующего поступления из него продуктов 22 на стадию ректификации с получением метанола-ректификата, этилового спирта и формалина, другой из выходов сепаратора 10 соединен с одним из входов скруббера 16, один из выходов которого соединен со входом другого скруббера 17 для обеспечения возможности посредством медно-аммиачного раствора произвести в них отмывку циркуляционного газа от фракций СО и СO₂.

Выходы скрубберов 16, 17 соединены с другим сборником 12 для обеспечения возможности регенерации в нем медно-аммиачного раствора с выделением и выводом фракций СО + СO₂, выходы которого соединены со входами скрубберов 16, 17 для подачи в них образовавшегося раствора для очистки циркуляционного газа, выход одного из скрубберов 17 соединен с трубопроводом 1 до места расположения нагнетателя циркуляционного газа для обеспечения возможности частичной продувки циркуляционного цикла для вывода имеющихся инертов.

Средства для охлаждения реакционной смеси представляют собой теплообменник 3 подогрева и котлы-утилизаторы 14, 15.

Источник для питательной 19 воды соединен с теплообменником 4 для пара и с котлами-утилизаторами 14, 15.

Позицией 23 показано поступление метанольной фракции, позицией 24 - пусковой газ, позицией 25 - фракции СО + СО₂ на использование, позицией 26 - медно-аммиачный раствор, позицией 27 - насосы.

Функционирует установка для гомогенного окисления природного газа и способ гомогенного окисления следующим образом.

Процесс гомогенного окисления природного газа (с получением метанола), исходя из условий снижения энергозатрат на компрессию природного газа с рециклом, ведут так, что подогретый рециркуляционный газ в теплообменнике 3 до температуры 450^oС поступает в реактор 7, где он смешивается с кислородом в соотношении ниже предела взрываемости. Кислород частично окисляет метан, пои этом температура газовой смеси повышается до температуры 540 - 560^oC и образуются метанол, этанол, формалин и некоторые другие продукты. Реакция образования продуктов гомогенного окисления обратима и, как следствие, необходимо проводить быструю закалку-охлаждение реакционной смеси с 540 - 560^oC до 440 - 450^oС. Осуществляют это в котлах-утилизаторах 14, 15 и теплообменнике 3.

Присутствие в зоне реакции никеля и его соединений (нержавеющих сталей) вообще приводит к частичному распаду продуктов гомогенного окисления и для исключения этого явления реакторы 7, 8, 9 выполнены из углеродистой стали.

После реактора 7 циркуляционный газ поступает в реактор 8, где процесс гомогенного окисления метана повторяется аналогично процессу в реакторе 7. Далее аналогичный процесс проводят в реакторе 9, после чего циркуляционный газ в теплообменнике 3 подогревает газ, идущий в реактор 7.

Оставшийся тепловой потенциал циркуляционного газа снимается в теплообменнике 4 для получения пара, который используется вместе с паром после котлов-утилизаторов 14, 15 на стадии ректификации продуктов гомогенного окисления.

После теплообменника 4 циркуляционный газ в теплообменнике 5 подогревает газ, идущий через теплообменник 3 в реактор 7.

Окончательное охлаждение и конденсацию продуктов окисления производят в теплообменнике б охлаждающей водой.

Сконденсированные продукты гомогенного окисления сепарируются в сепараторе 10 и выводятся в сборник 11, откуда они поступают на стадию ректификации, где разгоняются с получением метанола-ректификата, этилового спирта и формалина.

Циркуляционный газ из сепаратора 10 поступает в скрубберы 16, 17, где медно-аммиачным раствором отмывается от фракций СО и СO₂, образующихся в процессе гомогенного окисления метана кислородом. Медно-аммиачный раствор регенерируется и из него выделяется фракция CO и СО₂, а раствор вновь поступает на очистку циркуляционного газа.

Выделение CO и СО₂ из газового рецикла необходимо из условий снижения расхода кислорода на 15%, идущего на доокисление СО в СО₂, и снижения инертного газа СO₂ в цикле.

Далее предусмотрена частичная продувка циркуляционного цикла для вывода инертов, поступивших а цикл вместе с природным газом и кислородом (азот, аргон, криптон и пр.). Количество продувки определяют по балансу, исходя из допустимого количества инертов в цикле.

После продувки цикла он подпитывается природным газом, и далее циркуляционный газ нагнетателем 21 подается в теплообменники 5, 4, 3 и на вход в реактор 7, и цикл замкнулся.

Таким образом изобретение повышает эффективность в эксплуатации и увеличивает выход получаемого продукта.

Промышленная применимость.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности, в частности при производстве метанола.