СИСТЕМА СИНТЕЗА ЖИДКОГО ТОПЛИВА
SYSTEM OF LIQUID FUEL SYNTHESIS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе синтеза жидкого топлива.
Заявлен приоритет Японской Патентной Заявки №2006-95516, поданной 30 марта 2006 года, содержание которой приведено здесь для сведения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
2
В качестве одного из способов синтеза жидкого топлива из природного газа недавно была разработана GTL-технология (Газ-В-Жидкость: синтез жидкого топлива, СЖТ) преобразования природного газа для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода (СО) и газообразный водород (H) в качестве основных компонентов, синтеза жидких углеводородов с использованием этого синтез-газа в качестве источника газа с помощью реакции синтеза Фишера-Тропша (далее называемой как «реакция ФТ-синтеза») и последующего гидрирования и гидрокрекинга жидких углеводородов для производства жидких топливных продуктов, таких как нафта (необработанный бензин), керосин, газойль и воск.
В системе синтеза жидкого топлива, использующей такую GTL-технологию, необходимо нагревать промежуточный углеводородный продукт, полученный реакцией ФТ-синтеза, до заранее заданной температуры (например, около 320°С) перед тем, как промежуточный продукт будет введен в ректификационную колонну на стороне ниже по потоку в системе синтеза жидкого топлива.
Более того, вышеупомянутый промежуточный продукт, разделенный при каждой температуре кипения с помощью этой ректификационной колонны, перерабатывается в продукт после его гидрирования и очистки, но необходимо нагревать отделенный промежуточный продукт до заранее заданной температуры (например, от около 100 до 400°С) непосредственно перед введением его в реактор для гидрирования.
В общепринятой системе синтеза жидкого топлива, использующей GTL-технологию, чтобы нагревать промежуточный продукт до вышеупомянутого температурного диапазона, в качестве теплоносителя применяется масляный теплоноситель.
Из уровня техники известен US 2003119924, раскрывающий систему синтеза жидкого топлива, включающую реформинг-аппарат, который преобразует углеводородный сырьевой материал для получения синтез-газа; реактор, который синтезирует жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе; устройство для повышающей качество обработки, которое осуществляет заданную повышающую качество обработку жидких углеводородов, синтезированных в реакторе; и нагревательное устройство, которое нагревает жидкие углеводороды, вводимые в устройство для повышающей качество обработки.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
Однако чтобы использовать масляный теплоноситель в качестве теплоносителя, необходимо монтировать установку для хранения масляного теплоносителя в системе синтеза жидкого топлива, установку для нагревания масляного теплоносителя и т.д. Далее, эффективность утилизации тепла всей системы синтеза жидкого топлива в целом не улучшается.
Настоящее изобретение было выполнено с учетом такой проблемы и направлено на разработку системы синтеза жидкого топлива, способной улучшить тепловую эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом.
СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
Система синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению включает: реформинг-аппарат, который производит преобразование углеводородного сырьевого материала для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов; реактор, который синтезирует жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе; устройство для повышающей качество обработки, которое выполняет заданную повышающую качество обработку жидких углеводородов, синтезированных в реакторе, и нагревательное устройство, которое нагревает жидкие углеводороды, вводимые в устройство для повышающей качество обработки, с использованием газа, выводимого из реформинг-аппарата, в качестве источника тепла.
В соответствии с системой синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению реформинг-аппарат производит преобразование углеводородного сырьевого материала для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, реактор синтезирует жидкие углеводороды с использованием синтез-газа в качестве сырьевого материала, устройство для повышающей качество обработки выполняет заданную повышающую качество обработку смеси множества сортов жидких топлив и нагревательное устройство нагревает жидкое топливо, вводимое в устройство для повышающей качество обработки. Путем подведения высокотемпературного газа, выводимого из реформинг-аппарата, к нагревательному устройству этот высокотемпературный газ может быть использован в качестве теплоносителя непосредственно как таковой. В результате может быть улучшена тепловая эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом.
В системе синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению устройство для повышающей качество обработки может представлять собой по меньшей мере одну из установок, включающих ректификационную колонну, которая производит фракционную разгонку жидких углеводородов на множество сортов жидких топлив, имеющих различные температуры кипения, и реактор для гидрирования, который производит гидрирование жидких углеводородов.
В дополнение нагревательное устройство может представлять собой, например, теплообменник, который выполняет теплообмен между газом и жидкостью.
Далее, жидкое топливо, синтезированное в реакторе, может представлять собой смесь множества сортов жидких топлив, имеющих различные температуры кипения.
ПРЕИМУЩЕСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению тепловая эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом может быть улучшена путем использования газа, выводимого из реформинг-аппарата, в качестве источника тепла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую общую компоновку системы синтеза жидкого топлива, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую нагревательное устройство системы синтеза жидкого топлива, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ КОДОВЫХ СИМВОЛОВ
1: СИСТЕМА СИНТЕЗА ЖИДКОГО ТОПЛИВА
3: БЛОК ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕ3-ГАЗА
5: БЛОК СИНТЕЗА ФИШЕРА-ТРОПША (ФТ-СИНТЕЗА)
7: БЛОК ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА
9: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШАЮЩЕЙ КАЧЕСТВО ОБРАБОТКИ
10: РЕАКТОР ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИИ
12: РЕФОРМИНГ-АППАРАТ
14: КИПЯТИЛЬНИК, ИСПОЛЬЗУЮЩИЙ ТЕПЛО ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
16 и 18: ГАЗО-ЖИДКОСТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
2
20: БЛОК ДЛЯ УДАЛЕНИЯ CO
22: ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ КОЛОННА
24: РЕГЕНЕРАЦИОННАЯ КОЛОННА
26: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ВОДОРОДА
30: БАРБОТАЖНЫЙ КОЛОННЫЙ РЕАКТОР
32: ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
34 и 38: ГАЗО-ЖИДКОСТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
36: СЕПАРАТОР
40: ПЕРВАЯ РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА
50: РЕАКТОР ГИДРОКРЕКИНГА ВОСКОВОГО КОМПОНЕНТА
52: РЕАКТОР ГИДРИРОВАНИЯ КЕРОСИНОВОЙ И ГАЗОЙЛЕВОЙ ФРАКЦИИ
54: РЕАКТОР ГИДРИРОВАНИЯ ЛИГРОИНОВОЙ ФРАКЦИИ
56, 58 и 60 ГАЗО-ЖИДКОСТНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
70: ВТОРАЯ РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА
72: СТАБИЛИЗАТОР НАФТЫ
100, 102 и 104: ТЕПЛООБМЕННИКИ
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно с привлечением сопроводительных чертежей. В дополнение, в настоящем описании и чертежах исключается дублированное описание путем присвоения одинаковых ссылочных позиций составным частям, имеющим по существу одинаковые функциональные конфигурации.
Во-первых, с привлечением фиг.1 будет описана общая компоновка и действие системы 1 синтеза жидкого топлива, которая выполняет GTL-процесс (Газ-В-Жидкость, СЖТ), согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг.1 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую общую компоновку системы 1 синтеза жидкого топлива, согласно настоящему варианту осуществления.
Как показано в фиг.1, система 1 синтеза жидкого топлива согласно настоящему варианту осуществления представляет собой промышленное предприятие, которое выполняет GTL-процесс, который преобразует углеводородный сырьевой материал, такой как природный газ, в жидкие топлива. Эта система 1 синтеза жидкого топлива включает в себя блок 3 для производства синтез-газа, блок 5 для ФТ-синтеза и блок повышения качества 7 (для очистки). Блок 3 для производства синтез-газа подвергает реформингу природный газ, который представляет собой углеводородный сырьевой материал, для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород. Блок 5 для ФТ-синтеза производит жидкие углеводороды из вышеназванного синтез-газа с помощью реакции синтеза Фишера-Тропша (далее называемой как «реакция ФТ-синтеза»). Блок 7 повышения качества подвергает гидрированию и гидрокрекингу жидкие углеводороды, полученные реакцией ФТ-синтеза, для производства жидких топливных продуктов (нафты, керосина, газойля, воска и т.д.). Далее будут описаны составные части каждой из этих установок.
2
2
2
2
2
Во-первых, будет описан блок 3 для производства синтез-газа. Блок 3 для производства синтез-газа главным образом включает, например, реактор десульфуризации 10, реформинг-аппарат 12, кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов, газо-жидкостные сепараторы 16 и 18, блок 20 для удаления СО и устройство 26 для отделения водорода. Реактор 10 десульфуризации состоит из гидродесульфуризатора и т.д. и удаляет сернистый компонент из природного газа как сырьевого материала. Реформинг-аппарат 12 преобразует природный газ, подаваемый из реактора 10 десульфуризации, для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода (СО) и газообразный водород (Н) в качестве основных компонентов. Кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов, утилизирует теплосодержание синтез-газа, произведенного в реформинг-аппарате 12, для получения пара высокого давления. Газо-жидкостный сепаратор 16 разделяет воду, нагретую путем теплообмена с синтез-газом в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, на газ (пар высокого давления) и жидкость. Газо-жидкостный сепаратор 18 удаляет сконденсированные компоненты из синтез-газа, охлажденного в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, и подает газообразный компонент в блоке 20 для удаления CO. Блок 20 для удаления CO имеет поглотительную колонну 22, которая удаляет газообразный диоксид углерода из синтез-газа, подаваемого из газо-жидкостного сепаратора 18, путем абсорбции, и регенерационную колонну 24, которая выполняет десорбционную обработку для выделения газообразного диоксида углерода из поглотителя, содержащего газообразный диоксид углерода, для выделения и регенерации газообразного диоксида углерода. Устройство 26 для отделения водорода отделяет часть газообразного водорода, содержащегося в синтез-газе, из синтез-газа, из которого газообразный диоксид углерода был отделен с помощью блока 20 для удаления CO.
Среди них реформинг-аппарат 12 преобразует природный газ с использованием диоксида углерода и водяного пара для получения высокотемпературного синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, способом реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода, который описывается нижеследующими уравнениями химических реакций (1) и (2). В дополнение способ реформинга в этом реформинг-аппарате 12 не ограничивается примером вышеупомянутого способа реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода. Например, также могут быть использованы способ реформинга водяного пара, способ частичного окисления (РОХ) с использованием кислорода, способ автотермического реформинга (ATR), который представляет собой комбинацию способа частичного окисления и способа парового реформинга, способ реформинга газообразного диоксида углерода и тому подобные.
2
Далее, устройство 26 для отделения водорода предусмотрено в линии, ответвляющейся от главного трубопровода, который соединяет блок 20 для удаления CO или газо-жидкостный сепаратор 18 с барботажным колонным реактором 30. Это устройство 26 для отделения водорода может быть составлено, например, устройством для адсорбции водорода при переменном давлении (PSA), которое производит адсорбцию и десорбцию водорода с использованием разности давлений. Это устройство адсорбции водорода при переменном давлении (PSA) имеет адсорбенты (цеолитный адсорбент, активированный уголь, оксид алюминия, силикагель и т.д.) внутри множества поглотительных колонн (не показаны), которые размещены параллельно. Путем последовательно повторяющихся процессов, включающих сжатие, адсорбцию, десорбцию (при сбросе давления) и продувку водорода в каждой из поглотительных колонн, высокочистый (например, с чистотой около 99,999%) газообразный водород, отделенный от синтез-газа, может непрерывно подаваться в реактор.
В дополнение способ отделения газообразного водорода в устройстве 26 для отделения водорода не ограничивается примером способа адсорбции водорода при переменном давлении, как в вышеупомянутом устройстве для отделения водорода (PSA). Например, это может быть способ накопления водорода путем адсорбции сплавами, способ мембранного разделения или комбинации таковых.
5
0,7-0,9
0,3-0,1
1,5
Например, способ накопления водорода путем адсорбции сплавами представляет собой технологию отделения газообразного водорода с использованием поглощающего водород сплава (TiFe, LaNi, TiFeMn, TiMn и т.д.), имеющего свойство поглощать или высвобождать водород в охлажденном или нагретом состоянии. При использовании множества поглотительных колонн, в которых размещен поглощающий водород сплав, и попеременном повторении в каждой из поглотительных колонн адсорбции водорода при охлаждении поглощающего водород сплава и высвобождения водорода при нагревании поглощающего водород сплава, газообразный водород в синтез-газе может быть отделен и утилизирован.
Далее способ мембранного разделения представляет собой технологию отделения газообразного водорода, имеющего способность прекрасно диффундировать через мембрану из смеси газов, с использованием мембраны, изготовленной из полимерного материала, такого как ароматический полиимид. Поскольку такой способ мембранного разделения не сопровождается изменением фазового состояния, требуется меньшее количество энергии для его выполнения, и снижается стоимость процесса. Далее поскольку конструкция устройства для мембранного разделения является простой и компактной, требуются низкие производственные расходы и производственные площади, необходимые для установки, также сокращаются. Более того, поскольку в разделительной мембране нет приводного механизма и широк диапазон условий стабильной эксплуатации, есть преимущество в простоте технического обслуживания и управления.
Далее будет описан блок 5 ФТ-синтеза. Блок 5 ФТ-синтеза главным образом включает, например, барботажный колонный реактор 30, газо-жидкостный сепаратор 34, сепаратор 36, газо-жидкостный сепаратор 38 и первую ректификационную колонну 40. Барботажный колонный реактор 30 проводит реакцию ФТ-синтеза синтез-газа, полученного в вышеупомянутом блоке 3 для получения синтез-газа, то есть газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, с образованием жидких углеводородов. Газо-жидкостный сепаратор 34 разделяет воду, циркулирующую и нагреваемую в трубчатом теплообменнике 32, размещенном в барботажном колонном реакторе 30, на пар (пар среднего давления) и жидкость. Сепаратор 36 соединен с центральной частью барботажного колонного реактора 30 и разделяет катализатор и жидкий углеводородный продукт. Газо-жидкостный сепаратор 38 соединен с верхней частью барботажного колонного реактора 30 и охлаждает непрореагировавший синтез-газ и газообразный углеводородный продукт. Первая ректификационная колонна 40 разгоняет жидкие углеводороды, поступающие через сепаратор 36 и газо-жидкостный сепаратор 38 из барботажного колонного реактора 30, и разделяет и очищает жидкие углеводороды на индивидуальные фракции продуктов соответственно температурам кипения.
Среди них барботажный колонный реактор 30, который представляет собой пример реактора, который преобразует синтез-газ в жидкие углеводороды, функционирует как реактор, который производит жидкие углеводороды из синтез-газа путем реакции ФТ-синтеза. Этот барботажный колонный реактор 30 составлен, например, суспензионным барботажным колонным реактором, в котором суспензия, состоящая из катализатора и масляной среды, помещается внутрь колонны. Этот барботажный колонный реактор 30 производит жидкие углеводороды из синтез-газа с помощью реакции ФТ-синтеза. Более подробно, в этом барботажном колонном реакторе 30 синтез-газ как сырьевой газ подается в виде пузырьков через распределительную пластину в донной части барботажного колонного реактора 30 и проходит через суспензию, состоящую из катализатора и масляной среды, и в суспендированном состоянии газообразный водород и газообразный монооксид углерода вступают в реакцию синтеза с катализатором, как показано в нижеследующем уравнении химической реакции (3).
Поскольку эта реакция ФТ-синтеза является экзотермической реакцией, барботажный колонный реактор 30, который представляет собой реактор типа теплообменника, внутри которого размещен трубчатый теплообменник 32, скомпонован так, что, например, вода (BFW: вода для питания кипятильника) подается в качестве охлаждающей среды, чтобы теплота реакции из вышеупомянутой реакции ФТ-синтеза могла быть утилизирована в виде пара среднего давления с помощью теплового обмена между суспензией и водой.
Наконец, будет описан блок 7 повышения качества (для очистки). Блок 7 повышения качества включает, например, реактор 50 гидрокрекинга воскового компонента, реактор 52 гидрирования керосиновой и газойлевой фракции, реактор 54 гидрирования лигроиновой фракции, газо-жидкостные сепараторы 56, 58 и 60, вторую ректификационную колонну 70 и стабилизатор 72 нафты. Реактор 50 гидрокрекинга воскового компонента соединен с нижней частью первой ректификационной колонны 40. Реактор 52 гидрирования керосиновой и газойлевой фракции соединен с центральной частью первой ректификационной колонны 40. Реактор 54 гидрирования лигроиновой фракции соединен с верхней частью первой ректификационной колонны 40. Газо-жидкостные сепараторы 56, 58 и 60 расположены так, чтобы соответствовать реакторам 50, 52 и 54 для гидрирования соответственно. Вторая ректификационная колонна 70 отделяет и очищает жидкие углеводороды, поступающие из газожидкостных сепараторов 56 и 58, согласно температурам кипения. Стабилизатор 72 нафты производит ректификацию жидких углеводородов лигроиновой фракции, поступающей из газожидкостного сепаратора 60 и второй ректификационной колонны 70. Затем стабилизатор 72 нафты выводит компоненты более легкие, чем бутан, в виде газа, сжигаемого в факеле, и отделяет и регенерирует компоненты, имеющие число атомов углерода от пяти и выше, в качестве лигроинового продукта.
Далее, будет описан процесс (GTL-процесс) синтеза жидкого топлива из природного газа с помощью системы 1 синтеза жидкого топлива, скомпонованной, как показано выше.
4
Природный газ (основным компонентом которого является СН) в качестве углеводородного сырьевого материала подается в систему 1 синтеза жидкого топлива из внешнего источника природного газа (не показан), такого как месторождение природного газа или предприятие, обрабатывающее природный газ. Вышеупомянутый блок 3 для производства синтез-газа преобразует этот природный газ для получения синтез-газа (газовой смеси, включающей газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов).
Более конкретно, во-первых, вышеупомянутый природный газ подается в реактор 10 десульфуризации вместе с газообразным водородом, отделенным в устройстве 26 для отделения водорода. Реактор 10 десульфуризации производит гидрирование и десульфуризацию сернистого компонента, присутствующего в природном газе, с использованием газообразного водорода, с помощью ZnO-катализатора. Благодаря предварительной десульфуризации природного газа этим путем можно предотвратить обусловленное серой снижение активности катализатора, применяемого в реформинг-аппарате 12, барботажном колонном реакторе 30 и т.д.
2
Природный газ (может также содержать диоксид углерода), подвергнутый десульфуризации этим способом, подается в реформинг-аппарат 12, после чего газообразный диоксид углерода (CO), подводимый из источника подачи диоксида углерода (не показан), и водяной пар, образованный в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, смешиваются с обессеренным природным газом. Реформинг-аппарат 12 преобразует природный газ с использованием диоксида углерода и пара с образованием высокотемпературного синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, с помощью вышеупомянутого способа реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода. В это время реформинг-аппарат 12 снабжается, например, газообразным топливом для горелки, расположенной в реформинг-аппарате 12, и воздухом, и теплота реакции, требуемая для вышеупомянутой реакции реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода, которая является эндотермической реакцией, подводится от теплоты сгорания газообразного топлива в горелке. Система 1 синтеза жидкого топлива согласно настоящему варианту осуществления имеет особенность, заключающуюся в том, что используется отработанный газ с температурой от около 1000 до 1200°С, полученный благодаря теплоте сгорания дымового газа в этой горелке. Этот момент будет более подробно описан ниже.
Высокотемпературный синтез-газ (например, с температурой 900°С, давление 2,0 МПа (избыточных)), полученный в реформинг-аппарате 12 этим путем, подается в кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов, и охлаждается путем теплообмена с водой, которая циркулирует через кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов (например, до температуры 400°С), тем самым теряя и утилизируя тепло. В это время вода, нагретая синтез-газом в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, подается в газо-жидкостный сепаратор 16. Из этого газожидкостного сепаратора 16 газообразный компонент подается в реформинг-аппарат 12 или другие внешние устройства в виде пара высокого давления (например, давление от 3,4 до 10,0 МПа (избыточных)), и вода в виде жидкого компонента возвращается в кипятильник 14, использующий тепло отходящих газов.
2
Между тем синтез-газ, охлажденный в кипятильнике 14, использующем тепло отходящих газов, подается в поглотительную колонну 22 блока 20 для удаления CO или барботажный колонный реактор 30 после того, как сконденсированные компоненты отделены и удалены из синтез-газа в газо-жидкостном сепараторе 18. Поглотительная колонна 22 поглощает газообразный диоксид углерода, присутствующий в синтез-газе, с помощью циркулирующего поглотителя для удаления газообразного диоксида углерода из синтез-газа. Поглотитель, захвативший газообразный диоксид углерода внутри этой поглотительной колонны 22, вводится в регенерационную колонну 24, поглотитель, включающий газообразный диоксид углерода, нагревается и подвергается десорбционной обработке, например, паром, и полученный свободный газообразный диоксид углерода подается в реформинг-аппарат 12 из регенерационной колонны 24 и используется вновь для вышеупомянутой реакции реформинга.
2
2
Синтез-газ, полученный этим путем в блоке 3 для получения синтез-газа, подается в барботажный колонный реактор 30 вышеупомянутого блока 5 для ФТ-синтеза. В это время композиционное соотношение синтез-газа, подаваемого в барботажный колонный реактор 30, корректируется до композиционного соотношения (например, H:CO=2:1 (молярное отношение)), пригодного для реакции ФТ-синтеза. В дополнение давление синтез-газа, подаваемого в барботажный колонный реактор 30, повышается до давления (например, 3,6 МПа (избыточных)), пригодного для реакции ФТ-синтеза, с помощью компрессора (не показан), предусмотренного в трубопроводе, который соединяет блок 20 для удаления СО с барботажным колонным реактором 30.
2
Далее часть синтез-газа, из которого газообразный диоксид углерода был отделен в вышеупомянутом блоке 20 для удаления СО, также подается в устройство 26 для отделения водорода. Устройство 26 для отделения водорода отделяет газообразный водород, присутствующий в синтез-газе, путем адсорбции и десорбции (адсорбции водорода при переменном давлении (PSA)) с использованием разности давлений, как описано выше. Этот отделенный водород непрерывно подается из газгольдера (не показан) и т.п. через компрессор (не показан) в разнообразные потребляющие водород реакционные устройства (например, реактор 10 десульфуризации, реактор 50 гидрокрекинга восковых компонентов, реактор 52 гидрирования керосиновой и газойлевой фракции, реактор 54 гидрирования лигроиновой фракции и т.д.), которые выполняют заранее заданные реакции, использующие водород, в пределах системы 1 синтеза жидкого топлива.
Далее вышеупомянутый блок 5 для ФТ-синтеза производит жидкие углеводороды путем реакции ФТ-синтеза из синтез-газа, полученного в вышеупомянутом блоке 3 для производства синтез-газа.
2
Более конкретно, синтез-газ, из которого газообразный диоксид углерода был отделен в вышеупомянутом блоке 20 для удаления CO, протекает в барботажный колонный реактор 30 из донной части реактора 30 и протекает через суспензию катализатора, помещенную в барботажный колонный реактор 30. В это время внутри барботажного колонного реактора 30 монооксид углерода и газообразный водород, которые входят в состав синтез-газа, реагируют между собой в реакции ФТ-синтеза, тем самым образуя углеводороды. Более того, путем циркуляции воды через трубчатый теплообменник 32 в барботажном колонном реакторе 30 во время этой реакции синтеза теплота процесса реакции ФТ-синтеза отводится, и вода, нагретая с помощью этого теплообмена, испаряется с образованием пара. Что касается этого водяного пара, вода, отделенная в газо-жидкостном сепараторе 34, возвращается в трубчатый теплообменник 32, и пар подается к внешнему устройству в виде пара среднего давления (например, с давлением от 1,0 до 2,5 МПа (избыточных)).
2
4
Жидкие углеводороды, синтезированные в барботажном колонном реакторе 30 этим путем, удаляются из центральной части барботажного колонного реактора 30 и вводятся в сепаратор 36. Сепаратор 36 разделяет введенные жидкие углеводороды на катализатор (твердый компонент) в извлеченной суспензии и жидкий компонент, включающий жидкий углеводородный продукт. Часть отделенного катализатора подается в барботажный колонный реактор 30, и жидкий компонент из него подается на первую ректификационную колонну 40. С верхней части барботажного колонного реактора 30 непрореагировавший синтез-газ и газообразный компонент синтезированных углеводородов вводятся в газо-жидкостный сепаратор 38. Газо-жидкостный сепаратор 38 охлаждает эти газы и затем отделяет некоторые сконденсированные жидкие углеводороды для введения их в первую ректификационную колонну 40. Между тем, в виде газообразного компонента, отделенного в газо-жидкостном сепараторе 38, непрореагировавшие синтез-газы (СО и Н) вводятся в донную часть барботажного колонного реактора 30 и используются вновь для реакции ФТ-синтеза. Далее, в общем, отработанный газ (газ для сжигания в факеле), иной, нежели целевые продукты, который содержит в качестве основного компонента газообразный углеводород, имеющий низкое число атомов углерода (C или менее), выводится во внешнее устройство для сожжения (не показано), сжигается в нем и затем выпускается в атмосферу.
21
11
20
5
10
Далее первая ректификационная колонна 40 нагревает жидкие углеводороды (число атомов углерода в которых варьирует), подаваемые через сепаратор 36 и газо-жидкостный сепаратор 38 из барботажного колонного реактора 30, как описано выше, для фракционной разгонки жидких углеводородов с использованием разницы в температурах кипения. Тем самым, первая ректификационная колонна 40 разделяет и очищает жидкие углеводороды на лигроиновую фракцию (температура кипения которой составляет менее чем около 315°С), керосиновую и газойлевую фракцию (температура кипения которой составляет от около 315 до 800°С) и восковой компонент (температура кипения которого составляет более чем около 800°С). Жидкие углеводороды (главным образом C или более), как восковой компонент, извлеченные из донной части первой ректификационной колонны 40, передаются в реактор 50 гидрокрекинга воскового компонента, жидкие углеводороды (главным образом от С до С), как керосиновая и газойлевая фракция, удаленная из центральной части первой ректификационной колонны 40, передаются в реактор 52 гидрирования керосиновой и газойлевой фракции, и жидкие углеводороды (главным образом от C до С), как лигроиновая фракция, извлекаемая из верхней части первой ректификационной колонны 40, передаются в реактор 54 гидрирования лигроиновой фракции.
21
20
Реактор 50 гидрокрекинга воскового компонента производит гидрокрекинг жидких углеводородов как воскового компонента с высоким числом атомов углерода (приблизительно C или более), который был подан из нижней части первой ректификационной колонны 40, с использованием газообразного водорода, поставляемого из вышеупомянутого устройства 26 для отделения водорода, для сокращения числа атомов углерода до уровня менее С. В этой реакции гидрокрекинга углеводороды с высоким числом атомов углерода и с низким молекулярным весом формируются путем расщепления С-С-связей в углеводородах с большим числом атомов углерода, используя катализатор и теплоту. Продукт, включающий жидкие углеводороды, полученные гидрокрекингом в этом реакторе 50 гидрокрекинга воскового компонента, разделяется на газ и жидкость в газо-жидкостном сепараторе 56, из которого жидкие углеводороды направляются во вторую ректификационную колонну 70 и газообразный компонент (включающий газообразный водород) которого направляется в реактор 52 гидрирования керосиновой и газойлевой фракции и реактор 54 гидрирования лигроиновой фракции.
11
20
Реактор 52 гидрирования керосиновой и газойлевой фракции подвергает гидрированию жидкие углеводороды (приблизительно от С до С), как керосиновую и газойлевую фракцию, имеющую приблизительно среднее число атомов углерода, которая была поставлена из центральной части первой ректификационной колонны 40, с использованием газообразного водорода, подаваемого через реактор 50 гидрокрекинга воскового компонента из устройства 26 для отделения водорода. Эта реакция гидрирования представляет собой реакцию, в которой водород присоединяется к ненасыщенным связям вышеупомянутых жидких углеводородов для насыщения жидких углеводородов и образования насыщенных углеводородов с линейными цепями. В результате продукт, включающий гидрированные жидкие углеводороды, разделяется на газ и жидкость в газо-жидкостном сепараторе 58, из которого жидкие углеводороды направляются во вторую ректификационную колонну 70 и газообразный компонент (включающий газообразный водород) которого используется вновь для вышеупомянутой реакции гидрирования.
11
Реактор 54 гидрирования лигроиновой фракции производит гидрирование жидких углеводородов (приблизительно С или менее) как лигроиновой фракции с низким числом атомов углерода, которая была подведена из верхней части первой ректификационной колонны 40, с использованием газообразного водорода, поступающего через реактор 50 гидрокрекинга воскового компонента из устройства 26 для отделения водорода. В результате продукт, включающий гидрированные жидкие углеводороды, разделяется на газ и жидкость в газо-жидкостном сепараторе 60, жидкие углеводороды из которого передаются в стабилизатор 72 нафты, который представляет собой разновидность ректификационной колонны и газообразный компонент (включающий газообразный водород) которого используется вновь для вышеупомянутой реакции гидрирования.
Далее, вторая ректификационная колонна 70 разгоняет жидкие углеводороды, поставляемые из реактора 50 гидрокрекинга воскового компонента и реактора 52 гидрирования керосиновой и газойлевой фракции, как описано выше. Тем самым, вторая ректификационная колонна 70 разделяет и очищает жидкие углеводороды на лигроиновую фракцию (температура кипения которой составляет менее чем около 315°С) с числом атомов углерода 10 или менее, керосин (температура кипения которого составляет от около 315 до 450°С) и газойль (температура кипения которого составляет от около 450 до 800°С). Газойль извлекается из нижней части второй ректификационной колонны 70, и керосин отбирается из ее центральной части. Между тем, газообразный углеводород с числом атомов углерода 10 или более извлекается с верхней части второй ректификационной колонны 70 и подается в стабилизатор 72 нафты.
5
10
4
Более того, стабилизатор 72 нафты разгоняет углеводороды с числом атомов углерода 10 или менее, которые были подведены из вышеупомянутого реактора 54 гидрирования лигроиновой фракции и второй ректификационной колонны 70. Тем самым, стабилизатор 72 нафты разделяет и очищает нафту (от C до С) как продукт. Соответственно этому высокочистая нафта извлекается из нижней части стабилизатора 72 нафты. Между тем, отработанный газ (факельный газ), иной, нежели продукты, который содержит в качестве основного компонента углеводороды с числом атомов углерода, меньшим чем или равным заранее заданному или меньшему числу (менее чем или равному С), выпускается из верхней части стабилизатора 72 нафты. Далее отработанный газ подается на внешнюю установку для сожжения (не показана), сжигается в ней и затем выпускается в атмосферу.
5
10
11
15
16
20
2
До сих пор был описан процесс (GTL-процесс) системы 1 синтеза жидкого топлива. С помощью GTL-процесса природный газ может быть легко и экономично преобразован в чистые жидкие топлива, такие как высокочистая нафта (от С до С: необработанный бензин), керосин (от С до C: керосин) и газойль (от C до С: газойль). Более того, в настоящем варианте осуществления вышеупомянутый способ реформинга водяного пара и газообразного диоксида углерода осуществляется в реформинг-аппарате 12. Таким образом, есть преимущества, в которых диоксид углерода, содержащийся в природном газе, используемом в качестве сырьевого материала, может быть утилизирован эффективно, композиционное соотношение (например, Н:СО=2:1 (молярное отношение)) синтез-газа, пригодное для вышеупомянутой реакции ФТ-синтеза, может быть эффективно реализовано в одной реакции в реформинг-аппарате 12, корректирование концентрации водорода и т.п. не является необходимым.
Далее с привлечением фиг.2 будет более подробно описано нагревательное устройство, которое применяется в системе синтеза жидкого топлива, согласно настоящему варианту осуществления. Фиг.2 представляет собой схематическую диаграмму, показывающую нагревательное устройство системы синтеза жидкого топлива, согласно настоящему варианту осуществления.
Как описано выше, реформинг-аппарат 12, согласно настоящему варианту осуществления, представляет собой установку, которая производит синтез-газ, включающий в качестве основных компонентов высокотемпературные газообразный, диоксид углерода и газообразный водород с температурой около 1000°С из газообразного диоксида углерода и природного газа, подводимого в качестве сырьевого материала. Чтобы получить теплоту реакции, нужную для реакции генерирования высокотемпературного синтез-газа, необходимо сжигать газообразное топливо, подводимое в реформинг-аппарат 12 через горелку, и т.д., как описано выше. Отработанный газ с температурой от около 1000 до 1200°С выводится из реформинг-аппарата 12 при сжигании этого газообразного топлива.
В традиционной системе синтеза жидкого топлива, использующей реформинг-аппарат, природный газ в качестве сырьевого материала и вода для питания кипятильника (BFW) нагревалась путем теплообмена с вышеупомянутым высокотемпературным отработанным газом, что направлено только на эффективное использование отбросного тепла.
Таким образом, в системе синтеза жидкого топлива согласно настоящему варианту осуществления тепловая эффективность всей системы может быть еще более улучшена путем непосредственного использования высокотемпературного отработанного газа, выводимого из реформинг-аппарата 12, в качестве теплоносителя.
Когда смесь множества видов промежуточного жидкого продукта, имеющих различные температуры кипения, которые были получены в барботажном колонном реакторе 30, вводится в первую ректификационную колонну 40 в блоке 5 для ФТ-синтеза, температура этой жидкой топливной смеси должна составлять около 320°С. Однако поскольку температура промежуточного жидкого продукта, выводимого из барботажного колонного реактора 30, составляет около 240°С, необходимо дальнейшее нагревание смеси до более высокой температуры примерно на 80°С. Далее, как показано в фиг.1, жидкий углеводородный компонент с температурой около 40°С, отделенный в виде жидкости в газо-жидкостном сепараторе 38, также подается в первую ректификационную колонну 40. Этот жидкий углеводородный компонент тоже необходимо нагревать до температуры около 320°С.
Таким образом, в системе синтеза жидкого топлива согласно настоящему варианту осуществления нагревательное устройство, такое как теплообменник 100, располагается на входном патрубке первой ректификационной колонны 40 так, чтобы непосредственно подводился горячий отработанный газ, выведенный из реформинг-аппарата 12.
В качестве вышеупомянутого теплообменника 100 может быть применен теплообменник, который может выполнять теплообмен между газом и жидкостью. В качестве примера такого теплообменника может быть, например, теплообменник пластинчатого типа, теплообменник типа ребристой трубы и т.д. Эти теплообменники представляют собой устройства, которые выполняют перенос тепла между газом и жидкостью через пластины, трубы и т.д.
То есть промежуточный жидкий продукт, полученный в барботажном колонном реакторе 30, подается в первую ректификационную колонну 40 через теплообменник 100, расположенный между барботажным колонным реактором 30 и первой ректификационной колонной 40. В этом случае, когда жидкая топливная смесь проходит через теплообменник 100, смесь нагревается примерно до температуры 320°С высокотемпературным отработанным газом, выводимым через теплообменник 100 из реформинг-аппарата 12. Отработанный газ из реформинг-аппарата 12, который прошел через теплообменник 100, выбрасывается после подвергания его предусмотренной обработке.
По существу, система 1 синтеза жидкого топлива согласно настоящему варианту осуществления нагревает смесь множества сортов жидких топлив, вводимых в первую ректификационную колонну 40, с непосредственным использованием высокотемпературного отработанного газа. Поэтому по сравнению с общепринятым способом нагревания, использующим масляный теплоноситель, тепловая эффективность может быть улучшена, и монтаж оборудования, которое производит масляный теплоноситель, теперь не требуется.
Как показано в фиг.1, смесь множества сортов жидких топлив подвергается фракционной разгонке и очистке на три сорта жидких топлив, основываясь на различиях в температуре кипения, с помощью первой ректификационной колонны 40. Затем три сорта подвергнутых фракционной разгонке жидких топлив соответственно подаются в реакторы 50, 52 и 54 для гидрирования в блоке повышения качества 7, где жидкое топливо, включающее ненасыщенные связи, такие как двойные С=С-связи или тройные С≡С-связи, подвергается гидрированию с образованием жидкого топлива, содержащего только одинарные С-С-связи. Эти три сорта жидких топлив должны быть нагреты примерно до температуры 300°С, когда они подводятся к реакторам 50, 52 и 54 для гидрирования. И в этом случае подобным вышеупомянутому путем теплообменник 102 предусмотрен в качестве нагревательного устройства между первой ректификационной колонной 40 и каждым из реакторов 50, 52 и 54 для гидрирования, и отработанный газ, выведенный из реформинг-аппарата 12, подается к этому теплообменнику 102, чтобы каждое жидкое топливо могло быть эффективно нагрето.
Как показано в фиг.1, каждое из подвергнутых гидрированию жидких топлив вводится во вторую ректификационную колонну 70 и в ней отделяется и очищается. Именно в это время каждое топливо должно быть нагрето до температуры от около 110 до 400°С перед подачей его во вторую ректификационную колонну 70. И в этом случае, как показано в фиг.2, теплообменник 104, например, установлен в качестве нагревательного устройства между каждым из реакторов 50, 52 и 54 для гидрирования и второй ректификационной колонной 70, и отработанный газ, выводимый из реформинг-аппарата 12, подается на этот теплообменник 102, чтобы каждое жидкое топливо могло быть эффективно нагрето.
В качестве вышеупомянутых теплообменников 102 и 104 также могут быть использованы такие же теплообменники, как вышеназванный теплообменник 100. Отработанный газ из реформинг-аппарата 12, который прошел через эти теплообменники 102 и 104, выпускается после подвергания его предусмотренной обработке.
В дополнение, хотя фиг.2 показывает случай, где отработанный газ, выведенный из реформинг-аппарата 12, подается на каждый из теплообменников 100, 102 и 104 с использованием общего пути подачи отработанного газа, маршрут подведения отработанного газа не ограничивается таким примером. Например, может быть предусмотрен отдельный путь исключительно для каждого из теплообменников 100, 102 и 104.
По существу, поскольку система 1 синтеза жидкого топлива согласно настоящему варианту осуществления непосредственно использует отработанный газ, выведенный из реформинг-аппарата 12, в качестве теплоносителя, теплообменники 100, 102 и 104, расположенные в системе 1, могут быть сделаны с меньшими размерами, и жидкие топлива могут быть эффективно нагреты. Далее, по сравнению с общеупотребительным способом нагревания, использующим масляный теплоноситель и т.д., тепловая эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом может быть улучшена примерно на величину от 5 до 10%. Более того, поскольку нет потребности в оборудовании, которое производит новый источник тепла, такой как масляный теплоноситель, могут быть уменьшены габариты всей системы 1 синтеза жидкого топлива в целом.
Хотя предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны с привлечением сопроводительных чертежей, нет необходимости говорить, что настоящее изобретение не ограничивается такими вариантами осуществления. Квалифицированному специалисту в этой области технологии очевидно, что разнообразные изменения или модификации могут быть сделаны в пределах области, как изложенной в пунктах формулы изобретения, и будет понятно, что эти изменения или модификации естественным образом принадлежат к технической области настоящего изобретения.
Например, в вышеприведенных вариантах осуществления в качестве углеводородного сырьевого материала, подаваемого в систему 1 синтеза жидкого топлива, используется природный газ. Однако настоящее изобретение не ограничивается таким примером. Например, могут быть использованы прочие углеводородные сырьевые материалы, такие как битум и топочный мазут.
2
2
Далее, в вышеприведенном варианте осуществления был описан случай, где система 1 синтеза жидкого топлива оснащена блоком 20 для удаления CO. Однако в зависимости от обстоятельств блок 20 для удаления CO может отсутствовать в системе 1 синтеза жидкого топлива.
Далее, в вышеприведенных вариантах осуществления суспензионный барботажный колонный реактор используется в качестве реактора, который преобразует синтез-газ в жидкие углеводороды. Однако настоящее изобретение не ограничивается таким примером. Например, может быть проведена реакция ФТ-синтеза с использованием типа реактора с неподвижным слоем и т.д.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Настоящее изобретение относится к системе синтеза жидкого топлива, включающей: реформинг-аппарат, который производит преобразование углеводородного сырьевого материала для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов; реактор, который синтезирует жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе; устройство для повышающей качество обработки, которое выполняет заданную повышающую качество обработку жидких углеводородов, синтезированных в реакторе, и нагревательное устройство, которое нагревает жидкие углеводороды, вводимые в устройство для повышающей качество обработки, с использованием газа, выводимого из реформинг-аппарата, в качестве источника тепла.
В соответствии с системой синтеза жидкого топлива согласно настоящему изобретению может быть улучшена тепловая эффективность всей системы синтеза жидкого топлива в целом.