способ получения метанола путем паровой конверсии

Формула изобретения

1. Способ получения метанола, включающий шаги, на которых осуществляют паровую конверсию углеводородного сырья (11) для получения синтез-газа (13) конверсии с заданным содержанием водорода и оксидов углерода и подают синтез-газ (13) конверсии в контур (16) синтеза метанола, отличающийся тем, что синтез-газ (13) конверсии смешивают с дополнительным потоком (26) газа, который содержит водород и оксиды углерода и у которого величина отношения водорода к углероду ниже, чем у синтез-газа (13) конверсии, и получают в контуре (16) синтеза смешанный газообразный реагент с определенной величиной отношения водорода к углероду, причем указанный дополнительный поток (26) газа создают под более высоким давлением, чем рабочее давление в контуре (16) синтеза, так что этот дополнительный поток (26) газа можно подавать в контур (16) синтеза, не подвергая сжатию.

2. Способ по п.1, в котором дополнительный поток (26) газа представляет собой синтез-газ, полученный путем частичного окисления углеводородного сырья (21).

3. Способ по одному из предыдущих пунктов, в котором синтез-газ (13) конверсии и дополнительный поток (26) газа получают из природного газа или заменителя природного газа (ЗПГ).

4. Способ по п.3, в котором поток (13) синтез-газа конверсии, полученного путем паровой конверсии природного газа или ЗПГ, со стехиометрическим коэффициентом выше оптимального стехиометрического коэффициента для конверсии в метанол, смешивают в соответствующем количественном соотношении с дополнительным потоком (26) синтез-газа, полученного путем паровой конверсии природного газа или ЗПГ с добавлением потока (23) кислорода и имеющего стехиометрический коэффициент ниже оптимального стехиометрического коэффициента для конверсии в метанол, для получения в контуре (16) синтеза смешанного газообразного реагента со сбалансированным стехиометрическим коэффициентом, при этом стехиометрический коэффициент определяют по формуле: СК=(Н₂-CO₂)/(СО₂+СО).

5. Способ по п.4, в котором поток (13) синтез-газа конверсии, имеющего СК, равный примерно 3, смешивают в соответствующем количественном соотношении с дополнительным потоком (26) синтез-газа, полученного путем паровой конверсии природного газа или ЗПГ с добавлением потока (23) кислорода и имеющего стехиометрический коэффициент СК в пределах 1,0-1,8, для получения в контуре (16) синтеза смешанного газообразного реагента с общим СК, равным примерно 2.

6. Установка для получения метанола путем паровой конверсии, содержащая секцию (12) конверсии для получения синтез-газа (13) конверсии путем паровой конверсии углеводородного сырья (11) и контур (16) синтеза для конверсии синтез-газа (13) в метанол, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит секцию (22) частичного окисления, которая работает параллельно с секцией (12) конверсии и в которую подается углеводородное сырье (21), и обеспечивает поток (26) частично окисленного газа, у которого величина отношения водорода к углероду ниже, чем у синтез-газа (13) конверсии, а также в установке обеспечивается смешивание потока (26) частично окисленного газа с синтез-газом (13) конверсии, причем секция (22) частичного окисления приспособлена для работы под более высоким давлением, чем давление в контуре (16) синтеза.

7. Установка по п.6, дополнительно включающая подачу углеводородного сырья (21) через питательный компрессор (25), подачу пара (20) и устройство (24) для разделения воздуха, обеспечивающее подачу (23) кислорода в секцию (22) частичного окисления.

8. Способ реконструкции установки для получения метанола путем паровой конверсии, включающей секцию (12) конверсии для получения синтез-газа (13) путем паровой конверсии углеводородного сырья (11) и контур (16) синтеза для конверсии синтез-газа (13) в метанол, отличающийся тем, что он включает следующие шаги:

добавление секции (22) частичного окисления углеводородов параллельно секции (12) конверсии с возможностью получения в секции частичного окисления потока (26) частично окисленного газа, у которого величина отношения водорода к углероду ниже, чем у синтез-газа (13) из секции (12) паровой конверсии;

обеспечение по меньшей мере одного трубопровода для смешивания потока (26) частично окисленного газа с синтез-газом (13) из имеющейся секции (12) конверсии;

причем добавленная секция (22) частичного окисления приспособлена для работы под более высоким давлением, чем давление в имеющемся контуре (16) синтеза, а указанный напорный трубопровод приспособлен для подачи потока (26) частично окисленного газа из секции (22) частичного окисления в контур (16) синтеза без предварительного сжатия.

9. Способ по п.8, дополнительно включающий обеспечение устройства (24) разделения воздуха для подачи потока (23) кислорода в секцию (22) частичного окисления.

10. Способ по одному из пп.8 и 9, при осуществлении которого адиабатический(-ие) реактор(-ы) в имеющемся контуре (16) синтеза переводят на изотермический режим работы.

11. Способ по п.10, при осуществлении которого адиабатический(-ие) реактор(-ы) в имеющемся контуре (16) синтеза переводят на изотермический режим работы путем установки внутреннего теплообменника и соответствующего оборудования в имеющемся(-щихся) реакторе(-ах) или путем замены его (их) изотермическим(-ими) реактором(-ами), включающим(-ими) внутренний теплообменник.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и установке для получения метанола путем паровой конверсии (риформинга) углеводорода или углеводородной смеси. Изобретение применимо также для реконструкции (модернизации) имеющихся установок для получения метанола путем паровой конверсии.

Уровень техники

Многие имеющиеся в мире установки для получения метанола работают с использованием синтез-газа (синтетического газа), полученного путем паровой конверсии углеводородного сырья, обычно легкого углеводорода, например, природного газа. В процессе такой конверсии с водяным паром получают синтез-газ конверсии, в основном содержащий оксиды углерода (СО, СО₂) и водород (Н₂ ), который затем превращают в метанол в контуре синтеза метанола под высоким давлением, именуемом также контуром синтеза или контуром высокого давления (ВД). Термин "углеводородное сырье" используется по отношению к какому-либо углеводороду или смеси углеводородов, например, к природному газу, в основном содержащему метан.

Рассматривая более подробно паровую конверсию природного газа или сырья, заменяющего природный газ, способ паровой конверсии в целом можно представить в виде следующих реакций:

(I) CH₄+Н₂О СО+3Н₂

(II) СО+H₂O CO₂+Н₂,

а реакции в контуре синтеза метанола под высоким давлением в целом могут быть представлены в виде реакций:

(III) СО+2Н ₂ СН₃ОН

(IV) СО₂+3Н ₂ СН₃ОН+H₂O

Реакция (I) каталитической паровой конверсии метана является строго эндотермической реакцией, в то время как реакция (II) конверсии газа - до некоторой степени экзотермическая, так что способ получения метанола путем паровой конверсии требует подвода внешней теплоты. Паровая конверсия обычно осуществляется при температуре около 850°С и давлении 25 бар.

Реакция конверсии синтез-газа в метанол, как известно, является экзотермической; кроме того, она ограничена химическим равновесием и не превращенные реагенты рециркулируют в реактор. Давление в контуре ВД, как правило, - около 80 бар, то есть, выше давления в устройстве для конверсии.

Главными элементами установки для получения метанола путем паровой конверсии являются устройство для конверсии, в которое подают природный газ и водяной пар и в соответствии с реакциями (I) и (II) получают поток синтез-газа, и контур синтеза, в котором в соответствии с реакциями (III) и (IV) происходит конверсия синтез-газа в сырой метанол. Кроме того, требуется компрессор для повышения давления синтез-газа, выходящего из устройства для конверсии, до величины давления в контуре ВД.

Главными элементами контура синтеза обычно являются реактор, подогреватель газов-реагентов, секция конденсации и разделения и циркуляционный компрессор. Сырой метанол, полученный в контуре синтеза, направляют в секцию дистилляции для получения метанола требуемой степени чистоты.

Очевидный недостаток вышеописанного известного решения заключается в том, что контур синтеза работает при значительном избытке водорода. Отношение (молярное) водорода к углероду обычно характеризуется стехиометрическим коэффициентом (СК), определяемым по следующей формуле:

СК=(Н₂-CO₂)/(CO₂+СО)

Далее в описании для стехиометрического коэффициента используется обозначение СК. Выражение "отношение водорода к углероду" в общих чертах указывает отношение числа молей водорода к числу молей углерода в синтез-газе. В описании настоящего изобретения термин "углерод" обычно означает содержание оксидов углерода СО и СО₂. Термин "оксиды углерода" подразумевает СО, СО₂ или их смесь.

Оптимальный синтез-газ для обеспечения выхода реакций (III) и (IV) конверсии по метанолу имеет СК, равный примерно 2-2,1. Однако стехиометрический коэффициент синтез-газа, полученного путем паровой конверсии природного газа, почти равен 3, что можно понять по реакциям (I) и (II). Следовательно, в синтез-газе, полученном путем паровой конверсии природного газа, избыток водорода составляет около 50% по сравнению с оптимальной величиной отношения водорода к углероду для контура ВД синтеза метанола. Содержание водорода в синтез-газе, полученном путем конверсии различных легких углеводородов, может быть меньше, но в любом случае относительно вышеуказанной оптимальной величины СК, примерно равной 2, водород присутствует в избытке.

Из-за такого избытка водорода расход газа для сжатия и подачи в контур синтеза превышает расход, теоретически необходимый для заданного объема производства метанола. Во время работы избыточный водород накапливается в контуре синтеза в виде непрореагировавшего вещества, еще более повышая стехиометрический коэффициент СК, например, до 14. Это обстоятельство вынуждает к значительному завышению размеров всего оборудования в контуре ВД синтеза. Иными словами, можно утверждать, что при осуществлении известного способа имеющиеся в распоряжении элементы контура синтеза и, в первую очередь, имеющееся реакционное пространство используются не полностью.

Этот недостаток ощущается также при реконструкции обычных установок для получения метанола. В мире существует много установок для получения метанола путем паровой конверсии, которые могут приносить прибыль за счет повышения производственной мощности, однако эта возможность ограничена из-за размеров и, следовательно, максимального расхода, допустимого для имеющегося оборудования, такого как емкости, трубопроводы и так далее, в первую очередь, в контуре ВД. При осуществлении известного способа получения метанола путем паровой конверсии увеличение объема производства метанола на практике потребовало бы пропорционального увеличения расхода газа, циркулирующего в контуре ВД. В большинстве случаев это означает замену главных и дорогостоящих элементов контура, что приводит к существенному удорожанию работ по реконструкции. Установки для получения метанола описаны также в US 6444712 и WO 2005/108336.

Раскрытие изобретения

Задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в том, чтобы увеличить объем производства на установке для получения метанола путем паровой конверсии относительно размеров оборудования контура синтеза, то есть, исключить значительное завышение размеров, необходимое на известных установках из-за избытка водорода в реагентах.

Вышеуказанная задача решена в результате разработки способа получения метанола, включающего такие шаги как паровая конверсия углеводородного сырья для получения синтез-газа конверсии с заданным содержанием водорода и оксидов углерода и подача вышеуказанного синтез-газа конверсии в контур синтеза метанола, отличающегося смешиванием синтез-газа конверсии с дополнительным потоком газа, содержащего водород и оксиды углерода, причем в дополнительном потоке газа величина отношения водорода к углероду ниже, чем в синтез-газе конверсии, для получения в контуре синтеза смешанного газообразного реагента с определенной величиной отношения водорода к углероду.

Ссылаясь на стехиометрический коэффициент СК, определение которому дано выше, и в соответствии с особенностью изобретения дополнительный поток газа с низким СК смешивают с полученным путем паровой конверсии синтез-газом с высоким СК в соответствующем соотношении, чтобы получить смешанный газообразный реагент с оптимальным стехиометрическим коэффициентом для осуществления в вышеуказанном контуре синтеза конверсии в метанол. Понятия "низкий" и "высокий" СК указаны по отношению к оптимальному стехиометрическому коэффициенту для синтеза метанола, равному приблизительно 2-2,1, т.е., синтез-газ с высоким СК имеет некоторый избыток водорода, тогда как синтез-газ с низким СК имеет некоторый избыток оксидов углерода.

Вышеуказанный дополнительный поток газа предпочтительно создают под давлением, которое выше рабочего давления в контуре синтеза, так что его можно подавать в контур синтеза без предварительного сжатия.

В соответствии с первой особенностью изобретения дополнительный поток газа представляет собой синтез-газ, полученный путем частичного окисления углеводородного сырья. Процесс частичного окисления, в общих чертах, может осуществляться в соответствии с указанной ниже реакцией:

(V) СН_х+ ¹/₂O₂ СО+х/2Н₂.

Углеводородным сырьем, которое используется для получения синтез-газа конверсии и дополнительного потока синтез-газа с низким стехиометрическим коэффициентом, предпочтительно является природный газ или заменитель природного газа (ЗПГ). В предпочтительном варианте осуществления изобретения синтез-газ конверсии, полученный путем паровой конверсии природного газа или ЗПГ, с высоким стехиометрическим коэффициентом, выше оптимального стехиометрического коэффициента для конверсии в метанол, смешивают в соответствующем соотношении с дополнительным синтез-газом, полученным путем паровой конверсии природного газа или ЗПГ с добавлением потока кислорода и имеющим низкий стехиометрический коэффициент, ниже оптимального стехиометрического коэффициента для конверсии в метанол, для получения в контуре синтеза газообразного смешанного реагента со сбалансированным стехиометрическим коэффициентом.

В частности, и в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления изобретения поток синтез-газа конверсии, полученного путем паровой конверсии природного газа и имеющего СК, равный примерно 3, смешивают в соответствующем соотношении с дополнительным потоком синтез-газа, полученного путем частичного окисления природного газа и имеющего СК в пределах 1,0-1,8, предпочтительно порядка 1,4-1,6, для получения в контуре синтеза смешанного газообразного реагента со стехиометрическим коэффициентом СК, равным примерно 2.

Следует отметить, что газ с высоким СК, полученный путем паровой конверсии, и газ с низким СК можно смешивать в любом подходящем месте установки. Предпочтительно, газ с высоким СК, полученный путем паровой конверсии, и газ с низким СК, полученный путем частичного окисления, одновременно подают в контур синтеза, где они смешиваются, образуя газообразную смесь со сбалансированным стехиометрическим коэффициентом.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения вышеуказанный дополнительный поток газа получают в соответствующей секции частичного окисления (40), работающей под давлением, слегка превышающим давление в контуре синтеза, параллельно с секцией паровой конверсии, в которой получают синтез-газ конверсии.

Объектом изобретения является также установка, адаптированная для работы с применением вышеуказанного способа. В частности, объектом изобретения является установка для получения метанола путем паровой конверсии, включающая секцию конверсии для получения синтез-газа конверсии путем паровой конверсии углеводородного сырья и контур синтеза для конверсии вышеуказанного синтез-газа в метанол, отличающаяся тем, что дополнительно включает работающую параллельно с секцией паровой конверсии секцию частичного окисления, в которую подают углеводородное сырье и получают поток частично окисленного газа, в котором величина отношения водорода к углероду ниже, чем в синтез-газе конверсии, а также обеспечивает смешивание потока частично окисленного газа с синтез-газом конверсии.

Смешивание потока частично окисленного газа с синтез-газом конверсии обеспечивают, например, с использованием напорного трубопровода, подающего поток газа из секции частичного окисления в контур синтеза, где он смешивается с газом конверсии, поступающим из секции конверсии. Однако вышеуказанные потоки газа можно смешивать и до ввода в контур синтеза.

Секция частичного окисления предпочтительно работает под давлением, которое слегка выше давления в контуре синтеза, то есть, значительно выше давления в устройстве для конверсии газа. Поэтому природный газ необходимо подавать в секцию частичного окисления через питающий компрессор, но, с другой стороны, исключается необходимость установки компрессора между секцией частичного окисления и контуром синтеза. Кроме того, установка преимущественно оснащена устройством для разделения воздуха, обеспечивающим поток О₂ в секцию частичного окисления. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения и секция конверсии, и секция частичного окисления работают с использованием природного газа или ЗПГ.

Другим объектом изобретения является способ реконструкции установки для получения метанола путем паровой конверсии, включающей секцию конверсии для получения синтез-газа путем паровой конверсии углеводородного сырья и контур синтеза для конверсии вышеуказанного синтез-газа в метанол, отличающийся

- добавлением параллельно вышеуказанной секции конверсии секции частичного окисления углеводорода, предназначенной для создания потока частично окисленного газа, в котором величина отношения водорода к углероду ниже, чем в синтез-газе из секции паровой конверсии;

- обеспечением по меньшей мере одного напорного трубопровода для смешивания потока частично окисленного газа с синтез-газом конверсии из имеющейся секции конверсии.

В добавленную секцию частичного окисления (40) предпочтительно подают такое же углеводородное сырье, какое используется для секции конверсии, обычно природный газ, в основном содержащий метан. Например, используемое сырье разделяют на первый поток, подаваемый в имеющуюся секцию конверсии, и второй поток, подаваемый в новую добавленную секцию 40.

Добавленная секция 40 предпочтительно работает под давлением, которое немного выше давления в контуре синтеза, так что секция 40 может быть соединена с контуром синтеза выходным напорным трубопроводом без установки компрессора между новой секцией 40 и имеющимся контуром синтеза.

В соответствии с другой особенностью способа реконструкции, если в существующем контуре синтеза имеется адиабатический (-ие) реактор (-ы), то этот (эти) реактор (-ы) переводят на изотермический режим работы, т.е., их реконструируют в изотермические реакторы или заменяют изотермическими реакторами, чтобы они могли выдерживать высокую концентрацию реагентов в контуре синтеза.

Термин "изотермический реактор" в настоящем описании изобретения относится к реактору, оснащенному внутренним теплообменником или устройством для теплообмена, предпочтительно, пластинчатым теплообменником, предназначенным для отвода выделяющегося тепла химической реакции синтеза метанола. Термины "псевдоизотермический режим работы" и "псевдоизотермические реакторы" используются в том же самом значении.

Таким образом, реконструкция имеющегося адиабатического реактора включает монтаж в имеющемся реакционном сосуде (реакторе) внутреннего теплообменника и соответствующего оборудования, например, трубопроводов для охлаждающей жидкости; однако в зависимости от обстоятельств предпочтительнее может быть замена имеющегося адиабатического реактора новым изотермическим реактором. Перевод на изотермический режим работы может оказаться целесообразным вследствие того, что высокая концентрация реагентов означает увеличение количества выделяющегося тепла экзотермической реакции конверсии в метанол.

Вмешательство в работу установки с целью реконструкции может включать дальнейшую модификацию имеющейся установки в соответствии с потребностями. Например, вмешательство в работу обычной установки для паровой конверсии может включать создание новой секции 40, обеспечение устройства разделения воздуха (УРВ) для подачи кислорода в секцию ЧО; изменение режима работы (секции) контура синтеза с адиабатического на изотермический; реконструкцию секции дистилляции с целью адаптации к увеличению выхода сырого метанола из контура синтеза.

Настоящее изобретение имеет следующие преимущества. Избыток водорода в синтез-газе конверсии компенсируется дополнительной подачей синтез-газа из секции 40, и в контуре синтеза можно обеспечить общий стехиометрический коэффициент, близкий к оптимальному значению. Полученный смешанный синтез-газ имеет более высокую концентрацию реагентов СО и СО ₂ и, следовательно, в контуре синтеза ВД за один проход он может обеспечить гораздо более высокую степень конверсии, что делает возможным увеличение объема производства при заданном расходе газа в контуре по сравнению с известными установками.

Можно утверждать, что благодаря настоящему изобретению оборудование секции синтеза используется наилучшим образом, так как исключается циркуляция непрореагировавшего H₂ в большом количестве, что отрицательно влияет на работу известных установок для получения метанола путем паровой конверсии.

Рекомендуется осуществлять частичное окисление, так как при этом получают газ с высоким содержанием СО, годный для компенсации избытка водорода в синтез-газе, полученном путем обычной паровой конверсии. Еще одним преимуществом частичного окисления является то, что его можно осуществлять под высоким давлением, т.е., исключается необходимость в компрессоре для частично окисленного синтез-газа. Для этого следует повышать давление природного газа и кислорода, подаваемых в секцию 40; тем не менее, считается, что это лучше, чем сжатие синтез-газа, так как имеющиеся компрессоры для природного газа и кислорода конструктивно намного проще и дешевле компрессора, предназначенного специально для работы с синтез-газом. Кроме того, из-за уменьшения молярного потока энергозатраты на сжатие природного газа и О ₂ меньше, чем на сжатие синтез-газа. Преимуществом подачи О₂ в секцию 40 является в целом термически нейтральная реакция в секции 40 и уменьшение содержания водорода в полученном газе.

В отношении циркуляции потока пропускная способность контура синтеза ВД используется для циркуляции сбалансированного синтез-газа с оптимальным стехиометрическим содержанием СО, СО ₂ и H₂, вместо синтез-газа, содержащего большое количество избыточного Н₂. Это означает, что объем производства в показателях выхода сырого метанола при сопоставлении с габаритами оборудования в контуре ВД значительно повышается по сравнению с известной установкой. Благодаря изобретению на установке заданного размера можно обеспечить повышение объема производства метанола или же заданный объем производства может быть обеспечен при использовании менее дорогостоящего оборудования меньшего размера.

Преимущества вмешательства с целью реконструкции существующей установки для получения метанола путем паровой конверсии заключаются в том, что при небольшом изменении имеющегося контура синтеза обеспечивается более высокий выход метанола. В действительности, обычная установка, предназначенная для осуществления паровой конверсии метана, рассчитана на 50%-ный избыток водорода в синтез-газе, т.е., имеющийся контур ВД легко может приспособиться к увеличению расхода газа; с другой стороны, сбалансированный газ, полученный в соответствии с изобретением, обладает гораздо большей реакционной способностью, так как содержит большее количество СО и СО₂ и оставляет в контуре меньшее количество непрореагировавшего водорода. Специалистам в данной области техники очевидно, что в связи с необходимостью работы под давлением примерно не менее 80 бар оборудование в контуре ВД является весьма дорогостоящим, следовательно, оптимальное использование потока, циркулирующего в контуре ВД, является существенным преимуществом.

Настоящее изобретение обеспечивает повышение объема производства без пропорционального увеличения расхода газа в самом контуре. Например, можно удвоить выход метанола всего лишь при 15%-ном увеличении расхода газа, циркулирующего в контуре ВД, т.е., при небольшом увеличении, которое обычно не связано с необходимостью замены всего оборудования. На известной установке для увеличения объема производства в два раза почти всегда требуется монтаж нового контура ВД. Отсюда следует, что с технической и экономической точки зрения реконструкция проведена более рационально.

Краткое описание чертежей

Преимущества изобретения более очевидны из следующего ниже подробного описания предпочтительного варианта его осуществления, представленного в качестве не ограничивающего примера со ссылкой на фигуру, на которой представлена упрощенная блок-схема установки для получения метанола, работающей в соответствии с предлагаемым в изобретении способом, или обычная установка для паровой конверсии, реконструированная в соответствии с изобретением, со ссылкой на предпочтительный вариант осуществления изобретения.

Подробное описание осуществления изобретения

Как показано на фиг.1, поток 10 водяного пара и поток 11 природного газа подают в секцию 12 конверсии (Конв.) для получения синтез-газа 13 конверсии, который после охлаждения, с помощью компрессора 14, подают в контур 16 синтеза метанола под высоким давлением. Секция 12 конверсии и контур 16 синтеза по существу являются обычными и подробно не описаны.

Секция 12 конверсии включает устройство для конверсии, работающее при температуре около 850°С и под давлением 25 бар, с внешним подводом тепла (не показан), чтобы обеспечить тепло для эндотермической реакции (I) между метаном и водяным паром. Синтез-газ 13 конверсии, полученный в секции 12, имеет стехиометрический коэффициент СК, определение которому дано выше, равный приблизительно 3.

Секция 22 частичного окисления (40) смонтирована параллельно секции 12 конверсии и принимает поток 21 природного газа, поток 20 водяного пара и поток 23 кислорода из устройства 24 для разделения воздуха (УРВ). Секция 22 ЧО обеспечивает поток 26 частично окисленного ЧО синтез-газа с низким стехиометрическим коэффициентом, например, в пределах 1,0-1,8, а предпочтительно примерно 1,4-1,6, т.е., газа, у которого величина отношения водорода к углероду меньше, чем у синтез-газа 13 конверсии.

Секция 22 ЧО работает под высоким давлением, которое немного выше давления в контуре 16 ВД, так что продукт, выходящий из секции ЧО, можно подавать в контур 16 ВД по напорному трубопроводу 26 без дополнительного сжатия. Таким образом, давление в секции 22 ЧО равно давлению в контуре 16, плюс по меньшей мере величину потери давления в напорном трубопроводе 26. Например, давление в контуре 16 ВД может составлять около 80 бар, а давление в секции 22 ЧО - около 85 бар.

Обычно поток 11 природного газа, направляемый в секцию 12 конверсии, и поток 21 природного газа, направляемый в секцию 22 ЧО, отбирают из одного источника. Поскольку секция 22 ЧО работает под более высоким давлением, чем контур 16 ВД, т.е., под давлением, которое намного выше давления в секции 12 конверсии, давление потока 21 газа, направляемого в секцию ЧО, повышают в соответствующем компрессоре 25.

Химические реакции в секции 22 ЧО, в которую подают природный газ, можно представить следующим образом:

2Н₂+O ₂ 2Н₂О

СН₄+H₂ O СО+3Н₂

СО+Н₂О CO₂+Н₂

Реакция между водородом и кислородом из УРВ 24 способствует уменьшению содержания Н₂ в газе и сопровождается интенсивным выделением тепла, обеспечивая тепло для эндотермической реакции между метаном и водяным паром. Вышеуказанные реакции обычно являются термически нейтральными, так что теплопередача не требуется. Это означает, что секция 22 ЧО не требует подачи или отвода значительного количества тепла.

Поток 26 ЧО синтез-газа в контуре 16 синтеза смешивают с синтез-газом 13 конверсии, таким образом, выравнивая общий стехиометрический коэффициент в контуре 16. Расход потоков 13 и 26 предпочтительно рассчитывают так, чтобы в контуре 16 получить общий стехиометрический коэффициент СК, равный примерно 2, а именно, близкий к оптимальному коэффициенту для синтеза метанола. Специалисту в данной области техники очевидно, что низкий СК ЧО синтез-газа 26 компенсирует высокий СК (избыток водорода) синтез-газа 13, уравновешивая таким образом содержание водорода и углерода в газе-реагенте в контуре 16 синтеза.

Секция 22 ЧО в основном включает десульфуризаторы для природного газа 21, реактор для 40, ряд последовательно расположенных устройств для охлаждения газа, состоящих, например, из паровых котлов-утилизаторов, колонну для промывки газа водой. Реактор для ЧО в секции 22 представляет собой, например, сосуд высокого давления, оснащенный инжектором для кислорода, поступающего из УРВ 24.

Из контура 16 синтеза выходит поток 30 сырого метанола, который направляют в секцию 31 дистилляции для получения потока 32 метанола, имеющего степень чистоты АА. Смешанный газообразный реагент в контуре 16 ВД, получаемый путем смешивания потока 13 синтез-газа конверсии и потока 26 синтез-газа 40, обладает гораздо большей реакционной способностью, чем синтез-газ 13 конверсии, благодаря сбалансированному содержанию в нем водорода и оксидов углерода. Это означает, что смешанный газообразный реагент обеспечивает более высокий выход метанола по сравнению с синтез-газом 13, полученным путем конверсии природного газа известным способом.

Следует заметить, что схема на фиг.1 представляет собой упрощенную блок-схему, и элементы, которые хорошо известны специалисту в данной области техники и не являются необходимыми для понимания изобретения, а также вспомогательные устройства, такие как трубопроводная арматура и т.д., не показаны. Например, поток 13 перед вводом в компрессор 14 обычно охлаждают в соответствующем газоохладителе (не показан).

Далее описано вмешательство с целью реконструкции в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения.

Обычная установка для получения метанола путем паровой конверсии, как правило, включает по меньшей мере секцию 12 конверсии, в которую подают природный газ 11 и водяной пар 10, и контур 16 синтеза, в который поступает синтез-газ 13 конверсии, полученный в секции 12 конверсии. В процессе реконструкции добавляют новую секцию 22 40 параллельно имеющейся секции 12 конверсии и обеспечивают соответствующие средства для подачи в секцию 40 потока 21 природного газа, который можно брать из того же источника, что и поток 11 газа.

Дополнительная секция 22 ЧО предпочтительно рассчитана для работы под более высоким давлением, чем давление в имеющемся контуре 16 синтеза ВД. Соответственно, на трубопроводе 21 для природного газа, идущем в секцию ЧО, установлен компрессор 25 для повышения давления природного газа; в отличие от этого, продукт, выходящий из секции ЧО, можно подавать в контур 16 ВД без дополнительного сжатия, т.е., нет необходимости в установке компрессора газа на трубопроводе 26 между секцией 22 ЧО и контуром 16.

Кроме того, на имеющуюся установку добавлено УРВ 24, обеспечивающее поток 23 кислорода в секцию 22 ЧО. УРВ 24 может быть смонтировано в виде автономного блока.

Новая секция 22 ЧО рассчитана на получение ЧО синтез-газа 26, у которого величина отношения водорода к углероду (или стехиометрический коэффициент) меньше, чем у синтез-газа 13, полученного в имеющейся секции конверсии. Секцию 22 ЧО предпочтительно рассчитывают так, чтобы ЧО синтез-газ 26, смешанный с синтез-газом 13 конверсии из имеющегося оборудования, имел общий стехиометрический коэффициент СК, примерно равный 2. Это означает, что дополнительно включенная секция 22 ЧО рассчитана с учетом расхода первоначального потока 13 газа конверсии и содержания в нем водорода. Обеспечены также средства для смешивания синтез-газа 26 с синтез-газом 13, например, для того чтобы смешивать два потока газа в контуре высокого давления для получения газообразного смешанного реагента со сбалансированным стехиометрическим коэффициентом, смонтирован напорный трубопровод из секции 22 ЧО в контур 16 синтеза.

Следующим шагом в способе реконструкции является адаптация контура 16 синтеза к более высокой концентрации реагентов. В действительности, газ, получаемый при смешивании потоков 13 и 26, благодаря более высокой концентрации реагентов (СО и СО₂) и снижению избытка водорода имеет гораздо более высокую реакционную способность, чем синтез-газ первоначального потока 13. Соответственно увеличивается количество тепла, выделяющегося в ходе реакции синтеза метанола, и адаптация необходима во избежание перегрева реактора. В частности, такая адаптация касается внутреннего оборудования реактора (-ов) в контуре 16. При необходимости может быть установлен дополнительный (-ые) реактор (-ы).

В большинстве случаев имеющийся реактор является адиабатическим реактором, какие обычно встречаются на старых установках для получения метанола путем паровой конверсии. В таком случае и для того чтобы обеспечить возможность работы с более реакционноспособным газом, реактор реконструируют в изотермический реактор, т.е., для отвода теплоты реакции внутри реактора монтируют подходящий теплообменник, погруженный в слой катализатора. Теплообменник предпочтительно представляет собой пластинчатый теплообменник, но, как вариант, можно использовать трубчатый теплообменник. Возможна также замена имеющегося реактора новым изотермическим реактором. Конструкции подходящих изотермических реакторов описаны в ЕР 1284813 и WO 02/053276 только в качестве примера.

Секция дистилляции также может быть адаптирована к увеличению выхода метанола на реконструированной установке. Например, реконструкция может включать монтаж новых внутренних устройств в имеющейся отгонной колонне и нового подогревателя (теплообменника), дополнительного ребойлера и конденсатора, или установку второй колонны для очистки под высоким давлением с ребойлером и конденсатором. Имеющийся компрессор 14, подающий природный газ в контур синтеза, в большинстве случаев может быть сохранен, так как поток 13 остается без изменения или слегка увеличивается.

Описание изобретения относится к паровой конверсии природного газа или заменителя природного газа; однако настоящее изобретение в общих чертах может применяться для синтеза метанола путем паровой конверсии углеводородов, в первую очередь, легких углеводородов в области от природного газа до нафты.