СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РИФОРМИНГА НА ОСНОВЕ КИСЛОРОДОПРОВОДЯЩЕЙ МЕМБРАНЫ

1. Способ производства метанола с использованием системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны, причем данный способ включает следующие стадии:
отделение кислорода от кислородсодержащего потока в одном или нескольких содержащих катализатор реакторах на основе кислородопроводящей мембраны, где образуются кислородный пропускаемый поток и обедненный кислородом задерживаемый поток, причем катализатор содержится в трубках на стороне выпуска реакторов на основе кислородопроводящей мембраны;
риформинг объединенного потока исходных материалов, содержащего метан и водяной пар, в реакторе риформинга в присутствии катализатора риформинга за счет теплового излучения, передаваемого от реактора на основе кислородопроводящей мембраны, для получения потока подвергнутого риформингу синтез-газа;
направление потока подвергнутого риформингу синтез-газа на сторону выпуска одного или нескольких содержащих катализатор реакторов на основе кислородопроводящей мембраны;
введение в реакцию части потока подвергнутого риформингу синтез-газа, вступающего в контакт со стороной выпуска содержащего катализатор реактора на основе кислородопроводящей мембраны, с кислородным пропускаемым потоком для получения нагретого потока продукта реакции и тепла, причем часть тепла представляет собой тепловое излучение, используемое на стадии риформинга в реакторе риформинга, часть тепла используется внутри реактора на основе кислородопроводящей мембраны, и часть тепла передается путем конвекции обедненному кислородом задерживаемому потоку;
риформинг потока подвергнутого риформингу синтез-газа в содержащем катализатор реакторе на основе кислородопроводящей мембраны за счет тепла, производимого в результате реакции, для получения потока конечного продукта подвергнутого риформингу синтез-газа;
направление потока конечного продукта подвергнутого риформингу синтез-газа в систему синтеза и очистки метанола;
синтез неочищенного метанола из объединенного потока произведенного синтез-газа; и
очистка неочищенного метанола до метанола, представляющего собой конечный продукт.
2. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадии улавливания непрореагировавшего водорода и остаточного метана в течение стадии синтеза метанола; и возвращение части непрореагировавшего водорода и остаточного метана, уловленного в течение стадий синтеза и очистки метанола, в систему риформинга на основе кислородопроводящей мембраны.
3. Способ по п. 1, в котором кислородопроводящие мембранные трубки включают: многослойные двухфазные керамические трубки, имеющие плотный слой, пористую основу и промежуточный пористый слой и способные проводить ионы кислорода при повышенных рабочих температурах; и катализатор горения, находящийся внутри или вблизи слоя пористой основы и вблизи стороны выпуска кислородопроводящих мембранных трубок, чтобы ускорять реакцию части потока подвергнутого риформингу синтез-газа, вступающего в контакт со стороной выпуска кислородопроводящих мембранных трубок, с пропущенным кислородным потоком.
4. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию повторного нагревания обедненного кислородом задерживаемого потока до температуры, составляющей приблизительно от 1000ºC до 1200ºC, с использованием канальной горелки, расположенной внутри или вблизи системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны, причем данная канальная горелка предназначается, чтобы вводить в реакцию поток дополнительного топлива и остаточный кислород в обедненном кислородом задерживаемом потоке.
5. Способ по п. 1, дополнительно включающий стадию непосредственного охлаждения конечного потока подвергнутого риформингу синтез-газа до температуры, составляющей приблизительно 400ºC или менее.
6. Способ по п. 5, дополнительно включающий следующие стадии:
направление части потока охлажденного синтез-газа в систему регулирования модуля для получения газообразного водорода в процессе реакции конверсии водяного газа и отделения водорода; и
объединение части произведенного газообразного водорода с оставшейся частью потока синтез-газа для получения объединенного потока продукта, представляющего собой синтез-газ, у которого модуль составляет приблизительно от 2,0 до 2,2.
7. Способ по п. 6, дополнительно включающий стадии улавливания непрореагировавшего водорода и остаточного метана в течение стадий синтеза и/или очистки метанола; и рециркуляции части непрореагировавшего водорода и остаточного метана уловленного в течение стадии синтеза метанола в систему регулирования модуля.
8. Способ по п. 7, дополнительно включающий стадию направления части произведенного газообразного водорода в исходный углеводородный поток.
9. Способ по п. 7, дополнительно включающий следующие стадии:
повторное нагревание обедненного кислородом задерживаемого потока до температуры, составляющей приблизительно от 1000ºC до 1200ºC, с использованием канальной горелки, расположенной внутри или вблизи системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны, причем данная канальная горелка предназначается, чтобы сжигать поток дополнительного топлива и остаточный кислород в обедненном кислородом задерживаемом потоке для нагревания исходного кислородсодержащего потока в процессе косвенного теплообмена в керамическом регенераторе; и
направление части отходящего газа, производимого системой регулирования модуля, в канальную горелку для образования части потока дополнительного топлива.
10. Способ по п. 6, в котором стадия направления части потока охлажденного синтез-газа в систему регулирования модуля для получения газообразного водорода дополнительно включает:
направление части потока охлажденного синтез-газа в реактор конверсии;
охлаждение подвергнутого конверсии синтез-газа;
удаление влаги из потока охлажденного подвергнутого конверсии газа; и
направление поток охлажденного подвергнутого конверсии газа в блок адсорбции водорода при переменном давлении для получения газообразного водорода и отходящего газа.
11. Способ по п. 6, в котором направленная часть потока синтез-газа составляет менее чем приблизительно 20 об.% потока охлажденного синтез-газа.
12. Способ по п. 1, дополнительно включающий следующие стадии:
улавливание непрореагировавшего водорода и остаточного метана в течение стадий синтеза и/или очистки метанола;
рециркуляция части непрореагировавшего водорода и остаточного метана, уловленного в течение стадий синтеза и/или очистки метанола, в систему адсорбции водорода при переменном давлении для получения водорода;
объединение части произведенного водорода с потоком синтез-газа для получения объединенного потока продукта, представляющего собой синтез-газ, у которого модуль составляет приблизительно от 2,0 до 2,2; и
направление части водорода, произведенного системой адсорбции водорода при переменном давлении, в исходный углеводородный поток.
13. Способ по п. 12, дополнительно включающий следующие стадии:
повторное нагревание обедненного кислородом задерживаемого потока до температуры, составляющей приблизительно от 1000°C до 1200°C, с использованием канальной горелки, расположенной внутри или вблизи системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны, причем данная канальная горелка предназначается, чтобы сжигать поток дополнительного топлива и остаточный кислород в обедненном кислородом задерживаемом потоке для нагревания исходного кислородсодержащего потока в процессе косвенного теплообмена в керамическом регенераторе; и
направление части отходящего газа, производимого системой регулирования модуля, в канальную горелку для образования части потока дополнительного топлива.
14. Способ по п. 12, дополнительно включающий стадию направления части потока охлажденного синтез-газа в систему адсорбции водорода при переменном давлении.
15. Способ регулирования модуль синтез-газа в установке для производства метанола, включающий следующие стадии:
риформинг объединенного потока исходных материалов, содержащего природный газ и водяной пар, в реакторе риформинга в присутствии катализатора риформинга за счет теплового излучения, передаваемого из реактора на основе кислородопроводящей мембраны, а также его последующий риформинг в присутствии кислородсодержащего пропускаемого потока, одного или нескольких катализаторов и тепла в реакторе на основе кислородопроводящей мембраны в составе системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны для получения потока синтез-газа и обедненного кислородом задерживаемого потока;
направление части потока синтез-газа в систему регулирования модуля для получения газообразного водорода в процессе реакции конверсии водяного газа и отделения водорода;
объединение части производимого водорода с оставшейся частью потока синтез-газа для получения объединенного потока продукта, представляющего собой синтез-газ, у которого модуль составляет приблизительно от 2,0 до 2,2;
направление объединенного потока продукта, представляющего собой синтез-газ в систему синтеза метанола;
улавливание непрореагировавшего водорода и остаточного метана из системы синтеза метанола; и
рециркуляция части непрореагировавшего водорода и остаточного метана, уловленного в течение синтеза метанола, в систему регулирования модуля.
16. Способ по п. 15, дополнительно включающий стадию направления части водорода, производимого системой регулирования модуля, в исходный углеводородный поток системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны.
17. Способ по п. 15, дополнительно включающий следующие стадии:
повторное нагревание обедненного кислородом задерживаемого потока до температуры, составляющей приблизительно от 1900F (1038ºC) до 2200F (1204ºC), с использованием канальной горелки, расположенной внутри или вблизи системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны, причем данная канальная горелка предназначается, чтобы сжигать поток дополнительного топлива и остаточный кислород в обедненном кислородом задерживаемом потоке для нагревания исходного воздушного потока в процессе косвенного теплообмена в керамическом регенераторе; и
направление части отходящего газа, производимого системой регулирования модуля, в канальную горелку для образования части потока дополнительного топлива.
18. Способ регулирования модуля потока синтез-газа для использования в установке для производства метанола, включающий следующие стадии:
риформинг объединенного потока исходных материалов, содержащего природный газ и водяной пар, в реакторе риформинга в присутствии катализатора риформинга за счет теплового излучения, передаваемого от кислородопроводящих мембранных трубок, а также его последующий риформинг в присутствии кислородсодержащего пропускаемого потока, одного или нескольких катализаторов и тепла в реакторе на основе кислородопроводящей мембраны в составе системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны для получения потока синтез-газа и обедненного кислородом задерживаемого потока;
направление потока синтез-газа в систему синтеза и очистки метанола;
улавливание непрореагировавшего водорода и остаточного метана из системы синтеза метанола и очистки метанола;
рециркуляция части непрореагировавшего водорода и остаточного метана, уловленного в течение синтеза метанола и очистки метанола, в систему адсорбции водорода при переменном давлении для производства водорода;
объединение части производимого водорода с потоком синтез-газа для получения объединенного потока продукта, представляющего собой синтез-газ, у которого модуль составляет приблизительно от 2,0 до 2,2; и
направление части водорода, производимого системой адсорбции водорода при переменном давлении, в исходный углеводородный поток.
19. Способ по п. 18, дополнительно включающий следующие стадии: повторное нагревание обедненного кислородом задерживаемого потока до температуры, составляющей приблизительно от 1000ºC до 1200ºC, с использованием канальной горелки, которая располагается внутри или вблизи системы риформинга на основе кислородопроводящей мембраны и предназначается, чтобы сжигать поток дополнительного топлива и остаточный кислород в обедненном кислородом задерживаемом потоке для нагревания исходного кислородсодержащего потока в процессе косвенного теплообмена в керамическом теплообменнике и направление части отходящего газа, производимого системой регулирования модуля, в канальную горелку для образования части потока дополнительного топлива.
20. Способ по п. 18, дополнительно включающий стадию направления части потока синтез-газа в систему адсорбции водорода при переменном давлении для получения газообразного водорода.
21. Система для производства метанола, в которой используется система риформинга на основе кислородопроводящей мембраны, и которую составляют:
система риформинга на основе кислородопроводящей мембраны, предназначенная для риформинга объединенного потока исходных материалов, содержащего природный газ и водяной пар, для получения потока синтез-газа;
система регулирования модуля, предназначенная для получения потока дополнительного водорода из части потока произведенного синтез-газа и/или части продувочного потока метанола, причем часть потока дополнительного водорода объединяется с потоком произведенного синтез-газа для получения потока модифицированного продукта, представляющего собой синтез-газ, у которого модуль составляет приблизительно от 2,0 до 2,2;
реактор синтеза метанола, предназначенный для приема потока модифицированного продукта, представляющего собой синтез-газ, и производства неочищенного метанола и продувочного потока метанола; и
система очистки метанола, предназначенная для очистки неочищенного метанола.
22. Система по п. 21, в котором часть потока дополнительного водорода объединяется с исходным углеводородным потоком.