УСТАНОВКА КОНВЕРСИИ ГАЗОВ В ЖИДКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ БЕНЗИНОВОГО РЯДА

Предложение относится к области газохимии, в частности, к техническим средствам, используемым в исследовании процесса производства жидких топлив из газового углеводородного сырья.
Область применения - производство моторных топлив из газов, например, попутных при добыче нефти. Применение предложения позволяет решить ряд проблем по обеспечению комплексного использования газового углеводородного сырья и снизить отрицательную нагрузку на окружающую среду.
Известна принципиальная схема установки для объединенного синтеза смесей метанол-диметиловый эфир из природного газа, включающая реактор каталитического окисления природного газа с образованием синтез-газа и формальдегида, связанный с реактором, синтеза смесей метанол-диметиловый эфир, который в свою очередь сообщен с разделяющим устройством, обеспечивающим вывод потока метанола и кислородсодержащих продуктов и потока, содержащего метан и углеводороды с двумя или менее атомами углерода, причем последний поток направляется на повторную обработку в реактор каталитического частичного окисления природного газа в присутствии кислорода (RU 94030496, 1996).
Недостатком известной схемы является наличие стадии получения синтез-газа, что ведет к большим сложностям и энергозатратам в реализации.
Известна установка для получения синтетических жидких топлив (СЖТ), включающая линию подачи сырьевого потока, линию циркуляционного газа, дренажную линию и узел получения СЖТ в котором реакторный блок состоит из реактора с обогревом, холодильника-конденсатора, сепараторов высокого и низкого давления, промежуточного сборника жидких продуктов и электромагнитного насоса для циркуляции газа. Процесс синтеза углеводородов ведут под давлением 80 атм и при температуре в слое катализатора +400ºС. Для предотвращения накопления в реакторном блоке неконденсируемых продуктов из блока после сепаратора высокого давления постоянно отводят часть реакционного газа (RU 2089533, 1997).
Недостатком известной установки являются узкие исследовательские возможности, ограниченный ассортимент используемого сырья, металлоемкая конструкция и высокие энергозатраты.
Известна установка для получения СЖТ из метана угольных пластов, включающая линию подачи сырьевого потока, линию циркуляционного газа, дренажную линию, линию отвода СЖТ, узел получения модельного синтез-газа и узел получения СЖТ в виде блока конверсии модельного синтез-газа в СЖТ, содержащего связанные в технологическую цепь компрессор, подогреватель, реакторы каталитической конверсии модельного синтез-газа, холодильник-конденсатор и трехфазный сепаратор, при этом блок конверсии модельного синтез-газа в СЖТ снабжен двухфазным сепаратором, встроенным между холодильником-конденсатором и трехфазным сепаратором, узел получения модельного синтез-газа содержит блок разложения сырьевого потока - метанола и сепаратор, а прием компрессора сообщен с газовым выходом сепаратора узла получения модельного синтез-газа (RU 61278, 2007).
Недостатком известной установки являются узкие исследовательские возможности, ограниченный ассортимент используемого сырья - метан угольных пластов, сложная металлоемкая конструкция и высокие энергозатраты.
4
Задачей предложенного технического решения является создание опытно-демонстрационной установки для получения углеводородов бензинового ряда, позволяющей осуществлять прямую конверсию самого сложного для переработки газа - сухого газа СН в высокооктановые бензины минуя стадию получения синтез-газа с целью отработки технологических режимов и испытаний катализаторов.
Техническим результатом предложения является снижение металлоемкости установки и энергозатрат при расширении ассортимента используемого сырья.
Технический результат достигается тем, что установка конверсии газов в жидкие углеводороды бензинового ряда, включает блок подготовки сырья, гидравлически связанный через смеситель-подогреватель последовательно с теплообменником, реакторным блоком холодильником-конденсатором и двухступенчатым сепаратором, оборудованным на второй ступени жидкостными выходами дренажной воды и нестабильного бензина, при этом к газовому выходу первой ступени сепаратора присоединена линия вывода циркуляционного газа, сообщенная через средство повышения давления с линией подачи циркуляционного газа в реакторный блок и в смеситель-подогреватель, причем линия подачи циркуляционного газа в смеситель-подогреватель имеет отвод, связанный с линией газового выхода второй ступени сепаратора, теплообменник имеет теплообменный контур, сообщенный с магистралью, связывающей выход реакторного блока с холодильником-конденсатором, при этом выход последнего реактора реакторного блока сообщен с выходом реакторного блока, а первый реактор реакторного блока имеет теплообменный контур, сообщенный с линией подачи циркуляционного газа в реакторный блок и с линией подачи циркуляционного газа в смеситель-подогреватель.
Обычно в качестве средства повышения давления применяется компрессор.
В одном из частных случаев блок подготовки сырья выполнен с возможностью подачи метанола, полученного из газа, в смеситель-подогреватель, реакторный блок выполнен в виде двухступенчатых реактора дегидратации и реактора конверсии демитилового эфира, причем линия подачи циркуляционного газа в реакторный блок присоединена к первым ступеням реактора дегидратации и реактора конверсии демитилового эфира, при этом выход второй ступени реактора дегидратации выполнен с возможностью сообщения с входом первой ступени реактора конверсии демитилового эфира и/или с магистралью, связывающей выход второй ступени реактора конверсии демитилового эфира реакторного блока с холодильником-конденсатором. Двухступенчатые реакторы реакторного блока и теплообменник снабжены электрическими нагревателями. В реакторном блоке применены, по крайней мере, два трубчатых реактора изотермического типа.
В другом частном случае блок подготовки сырья выполнен с возможностью подачи демитилового эфира, полученного из газа, в смеситель-подогреватель, реакторный блок выполнен в виде многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира, причем линия подачи циркуляционного газа в реакторный блок подсоединена к первой и третьей ступеням многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира, а выход второй ступени многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира выполнен с возможностью сообщения с входом третьей ступени реактора конверсии демитилового эфира и/или с линией, сообщающей выход последней ступени многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира с выходом реакторного блока. Ступени многоступенчатого реактора реакторного блока и теплообменник снабжены электрическими нагревателями. В реакторном блоке применен многоступенчатый трубчатый реактор изотермического типа.
На графике показана блок-схема установки, на фиг.1 - с реакторным блоком в виде двухступенчатых реактора дегидратации и реактора конверсии демитилового эфира и блоком подготовки сырья, выполненным с возможностью подачи метанола, полученного из газа; на фиг.2 - с реакторным блоком, выполненным в виде многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира, и с блоком подготовки сырья, выполненным с возможностью подачи демитилового эфира, полученного из газа.
Установка включает блок 1 подготовки сырья (БПС), гидравлически связанный через смеситель-подогреватель 2 последовательно с теплообменником 3, реакторным блоком 4 холодильником-конденсатором (СМ-1) 5 и двухступенчатым сепаратором, включающим первую ступень 6 высокого давления (С-1) и вторую ступень 7 низкого давления (СМ-2). Двухступенчатый сепаратор оборудован на второй ступени 7 жидкостными выходами 8, 9 дренажной воды и нестабильного бензина, соответственно. К газовому выходу первой ступени 6 сепаратора присоединена линия 11 вывода циркуляционного газа, сообщенная через средство повышения давления (не показано) с линией 12 подачи циркуляционного газа в реакторный блок 4 и в смеситель-подогреватель 2. Линия 11 подачи циркуляционного газа в смеситель-подогреватель 2 имеет отвод, связанный с линией 13 газового выхода второй ступени 7 сепаратора. Теплообменник 3 имеет теплообменный контур, сообщенный с магистралью, связывающей выход реакторного блока 4 с холодильником-конденсатором (ХК-1) 5, Выход последнего реактора реакторного блока 4 сообщен с выходом реакторного блока 4. Первый реактор реакторного блока 4 имеет теплообменный контур, сообщенный с линией 12 подачи циркуляционного газа в реакторный блок 4 и с линией 11 подачи циркуляционного газа в смеситель-подогреватель 2. В холодильник-конденсатор 5 на вход 14 подается охлаждающая жидкость, например, вода, которая удаляется через выход 15. Обычно в качестве средства повышения давления применяется компрессор.
Установка имеет необходимую запорно-регулирующую арматуру и контрольно-измерительную аппаратуру, а там где необходимо - выводы на факел (в частности, смеситель-подогреватель 2, ступени 6, 7 сепаратора, ступени реакторного блока 4).
Блок 1 подготовки сырья обычно включает емкость, фильтры, счетчики, насос высокого давления с дозирующим устройством. Смеситель-подогреватель 2 обеспечивает смешение и подогрев сырья с циркуляционным газом до необходимой температуры.
В одном из частных случаев (фиг.1) блок 1 подготовки сырья выполнен с возможностью подачи метанола, полученного из газа, в смеситель-подогреватель 2. В этом случае реакторный блок 4 выполнен в виде двухступенчатых реактора дегидратации (первая ступень 16, вторая ступень 17) и реактора конверсии демитилового эфира (первая ступень 18, вторая ступень 19). Линия 11 подачи циркуляционного газа в реакторный блок 4 присоединена к первым ступеням 16, 18 реактора дегидратации и реактора конверсии демитилового эфира. Выход второй ступени 17 реактора дегидратации выполнен с возможностью сообщения с входом первой ступени 18 реактора конверсии демитилового эфира и/или с магистралью, связывающей выход второй ступени 19 реактора конверсии демитилового эфира реакторного блока 4 с холодильником-конденсатором 5. В качестве двухступенчатых реакторов реакторного блока 4 применены трубчатые реакторы изотермического типа, которые также как и теплообменник 3 снабжены электрическими нагревателями (Т-1, Т-2, Т-3, Т-4, Т-5) 20.
В другом примере (фиг.2) блок 1 подготовки сырья выполнен с возможностью подачи демитилового эфира, полученного из газа, в смеситель-подогреватель 2. Реакторный блок 4 в этом случае выполнен в виде многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира. Линия 12 подачи циркуляционного газа в реакторный блок 4 подсоединена к первой и третьей ступеням 20, 22 многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира. Выход второй ступени 21 многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира выполнен с возможностью сообщения с входом третьей ступени 18 реактора конверсии демитилового эфира и/или с линией, сообщающей выход последней ступени 19 многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира с выходом реакторного блока 4. Ступени многоступенчатого реактора реакторного блока 4, который может быть трубчатым изотермического типа, и теплообменник 3 также снабжены электрическими нагревателями (Т-1, Т-2, Т-3, Т-4, Т-5) 20.
Установка работает следующим образом.
Из блока 1 сырье поступает в смеситель-подогреватель 2, где происходит смешение сырья с циркуляционным газом и подогрев до необходимой температуры. В теплообменнике 3 происходит дополнительный нагрев смеси, которая поступает в реакторный блок 4, проходя последовательно ступени 16-19 реактора дегидратации и реактора конверсии демитилового эфира, а в другом примере ступени 21-24 многоступенчатого реактора конверсии демитилового эфира. В холодильнике-конденсаторе 5 продукция охлаждается и поступает в двухступенчатый сепаратор, сначала в первую ступень 6, затем во вторую ступень 7. Из второй ступени 7 через жидкостной выход 8 выводится дренажная вода, а через жидкостной вывод 9 - нестабильный бензин. Циркуляционный газ выводится из первой ступени 6 сепаратора, подается на компрессор (не показан) и затем в реакторный блок 4 и в смеситель-подогреватель 2. Поступая в реактор 4, циркуляционный газ далее поступает в теплообменные контуры соответствующих реакторов. Циркуляционный газ может поступать в смеситель-подогреватель 2 по линии 12, а также из теплообменного контура первого реактора реакторного блока по линии, сообщенной с линией подачи циркуляционного газа в смеситель-подогреватель 2. Предусмотрена также возможность вывода циркуляционного газа по отводу, связывающему линию подачи циркуляционного газа в смеситель-подогреватель 2 с линией газового выхода второй ступени 7 сепаратора.
Использование предложения позволяет вести экспериментальные исследования с использованием предлагаемой установки, позволит отработать технологические режимы, провести испытания катализаторов и получить данные, позволяющие проводить масштабирование при создании, например, полупромышленной установки конверсии газов в жидкие углеводороды бензинового ряда.