УСТАНОВКА СОВМЕСТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ОЛЕФИНОВ И МЕТАНОЛА И СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ОЛЕФИНОВ И МЕТАНОЛА
CO-PRODUCTION UNIT FOR CO-PRODUCTION OF OLEFINS AND METHANOL AND METHOD FOR CO-PRODUCTION OF OLEFINS AND METHANOL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к установке совместного производства олефинов и метанола и к способу совместного производства олефинов и метанола.
Уровень техники
В качестве способа получения олефинов, таких как этилен и пропилен, известен способ MTO (метанол в олефины). В способе MTO метанол получается из газообразного сырья (например, природного газа), содержащего метан, и кроме того, из метанола образуются олефины. Однако в способе MTO, поскольку олефины образуются из метанола, который является промежуточным продуктом, общее потребление энергии для получения олефинов является значительным. В связи с этим, в качестве нового способа получения олефинов, привлекает внимание процесс парциального окислительного сочетания метана (в последующем просто называется процессом OCM).
В качестве технологии получения олефинов с использованием процесса ОСМ известна технология, раскрытая в патентном документе 1. В патентном документе 1 описано, что олефины получаются из метана с использованием процесса OCM.
Список цитирования
Патентная литература
Патентный документ 1: Опубликованная заявка на патент США № 2016/0200643 (главным образом, смотрите реферат и п.1 формулы изобретения).
Краткое изложение изобретения
Проблемы, решаемые изобретением
В процессе OCM, кроме олефинов, образуется диоксид углерода в качестве побочного продукта. Поскольку диоксид углерода является стабильным соединением, то обычно трудно осуществить удовлетворительное использование побочного продукта - диоксида углерода. На практике в данной ситуации, побочный диоксид углерода выбрасывается в атмосферу. Однако выбросы диоксида углерода приводят к глобальному потеплению. Следовательно, желательно снизить количество выбрасываемого диоксида углерода.
Кроме того, в процессе OCM также получается монооксид углерода в качестве побочного продукта. Монооксид углерода не является парниковым газом, так как он не поглощает большое количество инфракрасного излучения от поверхности земли, в отличие от диоксида углерода. Однако при облучении монооксида углерода ультрафиолетовым излучением генерируется озон, который в тропосфере (тропосферный озон) вызывает глобальное потепление. Следовательно, также желательно снизить количество выбрасываемого монооксида углерода.
В указанных обстоятельствах авторы изобретения провели исследование и установили, что газообразные оксиды углерода, такие как монооксид углерода и диоксид углерода, могут быть использованы в качестве сырья для получения метанола. Следовательно, возможно использование газообразных оксидов углерода, которые являются побочным продуктом процесса OCM, для получения метанола, с целью снизить количество выбрасываемых газообразных оксидов углерода.
Принимая во внимание вышеизложенное, целью по меньшей мере, одного из вариантов осуществления настоящего изобретения является разработка установки совместного производства олефинов и метанола и способа совместного производства олефинов и метанола, посредством чего возможно получать олефины с помощью процесса OCM, и одновременно, можно получать метанол с использованием газообразных оксидов углерода, образующихся как побочный продукт процесса OCM.
Пути решения проблем
(1) Установка совместного производства олефинов и метанола, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения для совместного производства олефинов и метанола, включает в себя: блок производства олефинов для получения олефинов; и блок производства метанола для получения метанола из газообразных оксидов углерода в блоке производства олефинов. Блок производства олефинов включает устройство парциального окислительного сочетания для получения олефинов в процессе парциального окислительного сочетания метана, содержащегося в газообразном сырье. Блок производства метанола включает устройство реформинга для получения водорода в процессе реформинга метана, и устройство получения метанола для производства метанола путем взаимодействия с водородом, полученным с помощью устройства реформинга. По меньшей мере одно из устройства реформинга или устройства получения метанола имеет конфигурацию для осуществления процесса с использованием газообразных оксидов углерода в блоке производства олефинов.
С указанной выше конфигурацией (1), олефины могут быть получены непосредственно из метана, содержащегося в природном газе, с использованием процесса OCM (парциального окислительного сочетания), а не через метанол в качестве промежуточного продукта. Таким образом, возможно уменьшение потребления энергии для получения олефинов. Кроме того, поскольку метанол может быть получен из газообразных оксидов углерода в блоке производства олефинов, возможно уменьшение количества выбрасываемых газообразных оксидов углерода, таких как монооксид углерода и диоксид углерода. Кроме того, поскольку метанол может быть получен из углерода, произведенного из газообразного сырья, использованного для получения олефинов, отсутствует потребность в отдельном получении сырья для получения метанола из внешних источников. Таким образом, возможно уменьшение стоимости производства метанола.
(2) В некоторых вариантах осуществления, в указанной выше конфигурации (1), устройство реформинга имеет конфигурацию для получения водорода путем реформинга метана в блоке производства олефинов.
С указанной выше конфигурацией (2), водород для получения метанола может быть получен с использованием метана в блоке производства олефинов, дополнительно к газообразным оксидам углерода. Таким образом, метанол можно получать, используя соединения, присутствующие в установке совместного производства олефинов и метанола. Это исключает потребность в отдельном источнике метана для получения метанола, и уменьшает количество используемого газообразного сырья. Таким образом, возможно снижение стоимости производства.
(3) В некоторых вариантах осуществления, в указанной выше конфигурации (2), блок производства олефинов включает устройство отделения метана для выделения по меньшей мере метана из газа в блоке производства олефинов, причем устройство реформинга имеет конфигурацию для получения водорода из метана, выделенного с помощью устройства отделения метана.
С указанной выше конфигурацией (3), поскольку используется метан, очищенный с помощью устройства отделения метана, увеличивается количество метана, подаваемого в устройство реформинга. Таким образом, возможно улучшение процесса реформинга, и возможно увеличение количества производимого водорода.
(4) В некоторых вариантах осуществления, в любой одной из приведенных выше конфигураций (1) - (3), блок производства олефинов включает устройство метанирования для получения метана из газообразных оксидов углерода в блоке производства олефинов, причем устройство реформинга имеет конфигурацию для получения водорода из метана, полученного с помощью устройства метанирования.
С указанной выше конфигурацией (4), концентрация метана увеличивается с помощью устройства метанирования, причем увеличивается количество метана, подаваемого в устройство реформинга. Таким образом, возможно улучшение процесса реформинга, и возможно увеличение количества производимого водорода. Кроме того, поскольку увеличивается количество производимого водорода, возможно увеличение количества производимого метанола.
(5) В некоторых вариантах осуществления, в любой одной из приведенных выше конфигураций (1) - (4), блок производства олефинов включает устройство метанирования для получения метана из газообразных оксидов углерода в блоке производства олефинов, причем устройство парциального окислительного сочетания имеет конфигурацию для получения олефинов из метана, полученного с помощью устройства метанирования.
С указанной выше конфигурацией (5), концентрация метана увеличивается с помощью устройства метанирования, причем увеличивается количество метана, подаваемого в устройство парциального окислительного сочетания. Таким образом, возможно улучшение процесса OCM с использованием метана, и возможно увеличение количества производимых олефинов.
(6) В некоторых вариантах осуществления, в любой одной из приведенных выше конфигураций (1) - (5), устройство реформинга имеет конфигурацию для получения водорода путем реформинга газообразного сырья.
С указанной выше конфигурацией (6), поскольку водород может быть получен непосредственно из газообразного сырья с помощью устройства реформинга, можно легко получать водород.
(7) В некоторых вариантах осуществления, в любой одной из приведенных выше конфигураций (1) - (6), блок производства метанола включает устройство сгорания для сжигания топлива, чтобы генерировать тепло, используемое для реформинга в устройстве реформинга, причем по меньшей мере одно устройство реформинга или устройство получения метанола имеет конфигурацию для осуществления процесса с использованием газообразных оксидов углерода, полученных с помощью устройства сгорания.
С указанной выше конфигурацией (7), по меньшей мере один из процессов реформинга метана или получения метанола может быть осуществлен с использованием газообразных оксидов углерода, полученных с помощью устройства сгорания, с применением тепла, генерируемого с помощью устройства сгорания в устройстве реформинга. Кроме того, может быть снижено количество газообразных оксидов углерода, поступающего из блока производства олефинов в блок производства метанола. В результате, даже если снижается количество производимых газообразных оксидов углерода, чтобы увеличить выход олефинов в блоке производства олефинов, можно компенсировать количество газообразных оксидов углерода, необходимое для блока производства метанола.
(8) Способ совместного производства олефинов и метанола согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения для совместного производства олефинов и метанола включает в себя: стадию парциального окислительного сочетания для получения олефинов с помощью процесса парциального окислительного сочетания метана, содержащегося в газообразном сырье; стадию реформинга для получения водорода в процессе реформинга метана; и стадию получения метанола для получения метанола путем взаимодействия с водородом, полученным на стадии реформинга. По меньшей мере одна из стадий реформинга или получения метанола включает процесс с использованием газообразных оксидов углерода, полученных на стадии парциального окислительного сочетания.
С указанной выше конфигурацией (8), олефины могут быть получены непосредственно из метана, содержащегося в природном газе, с помощью процесса OCM (парциального окислительного сочетания ), а не через метанол в качестве промежуточного продукта. Таким образом, возможно уменьшение потребления энергии для получения олефинов. Кроме того, поскольку метанол может быть получен из газообразных оксидов углерода, полученных на стадии парциального окислительного сочетания, возможно уменьшение количества выбрасываемых газообразных оксидов углерода, таких как монооксид углерода и диоксид углерода. Кроме того, поскольку метанол может быть получен из углерода, произведенного из природного газа, использованного для получения олефинов, отсутствует потребность в отдельном получении сырья для получения метанола из внешних источников. Таким образом, возможно уменьшение стоимости производства метанола.
Преимущества изобретения
Согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, разработана установка совместного производства олефинов и метанола и способ совместного производства олефинов и метанола, с помощью которого можно получать олефины в процессе OCM, и одновременно, возможно получение метанола с использованием газообразных оксидов углерода, образующихся как побочный продукт процесса OCM.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой блок-схему системы установки совместного производства олефинов и метанола согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой технологическую схему способа совместного производства олефинов и метанола согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему системы установки совместного производства олефинов и метанола согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 представляет собой блок-схему системы установки совместного производства олефинов и метанола согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет собой блок-схему системы установки совместного производства олефинов и метанола согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Теперь варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно, со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако следующие ниже варианты осуществления и чертежи являются лишь иллюстративными, и могут быть использованы различные модификации до тех пор, пока они не отступают от цели настоящего изобретения. Кроме того, два или более вариантов осуществления при необходимости могут комбинироваться любым образом.
Однако как это предписано, если конкретно не указано другое, размеры, материалы, формы, относительные расположения компонентов и тому подобное, описанное в вариантах осуществления, следует интерпретировать только как иллюстрации, причем эти иллюстрации не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.
Например, выражения для относительного или абсолютного расположения, такие как “в направлении”, “вдоль направления”, “параллельно”, “перпендикулярно”, “по центру”, “концентрично” и “коаксиально” не следует истолковывать как указание только на расположение в строго буквальном смысле, но они также включают положение, в котором компоновка относительно перемещена с допуском, или под углом или на расстояние, в соответствии с которыми возможна реализация аналогичной функции.
Например, выражения одинакового положения, такие как “аналогичный” “идентичный” и “единообразный” не следует истолковывать как указание только на положение, в котором признак является строго одинаковым, но также включает положение, в котором имеется допуск или различие, при которых еще возможна реализация аналогичной функции.
Кроме того, например, выражение формы, такое как прямоугольная форма или цилиндрическая форма, не следует истолковывать только как строгую геометрическую форму, но эта форма также включает непрямолинейную форму или форму со скошенными углами в диапазоне, в котором может быть достигнут такой же эффект.
С другой стороны, такие выражения как “содержит”, “включает”, “имеет”, “вмещает” и “входит в состав” не предназначены для исключения других компонентов.
Фиг. 1 представляет собой блок-схему системы 100 установки совместного производства олефинов и метанола согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. Установка совместного производства 100 имеет конфигурацию, обеспечивающую одновременное получение олефинов и метанола из природного газа (газообразного сырья, содержащего метан). Установка 100 совместного производства включает блок 10 производства олефинов для получения олефинов (этилен, пропилен, бутилен, и др.) и блок 20 производства метанола для получения метанола из газообразных оксидов углерода (по меньшей мере, один из монооксида углерода или диоксида углерода, то же самое следует понимать в дальнейшем) в блоке 10 производства олефинов.
Блок 10 производства олефинов включает устройство 1 обессеривания, устройство 2 извлечения диоксида углерода, устройство 3 обезвоживания, устройство 4 отделения, устройство 5 метанирования, и устройство 6 процесса OCM.
Устройство 1 обессеривания имеет конфигурацию для удаления сернистых компонентов, содержащегося в природном газе. Иллюстративные примеры сернистых компонентов включают сероводород. В качестве конкретной конфигурации устройства 1 обессеривания, может быть упомянут адсорбент для поглощения сернистых компонентов в природном газе.
Устройство 2 извлечения диоксида углерода имеет конфигурацию для разделения и извлечения диоксида углерода в блоке 10 производства олефинов (конкретно, диоксида углерода, содержащегося в природном газе, и диоксида углерода (газообразный оксид углерода), полученного с помощью устройства 6 процесса OCM, описанного ниже) из циркуляционного газа. Циркуляционный газ в этом контексте означает газ, который проходит через устройство 2 извлечения диоксида углерода, проходит через устройство 3 обезвоживания, устройство 4 разделения, устройство 5 метанирования и устройство 6 процесса OCM, и возвращается в устройство 2 извлечения диоксида углерода. За счет извлечения диоксида углерода с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода, можно предотвратить отвердевание диоксида углерода (то есть, образование сухого льда) при вымораживании в устройстве 4 разделения, описанном ниже.
Выделение диоксида углерода с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода может быть осуществлено, например, путем контактирования газа с щелочным водным раствором. Извлеченный диоксид углерода выделяется из водного раствора, например, путем нагревания щелочного водного раствора, и затем поступает в устройство 21 реформинга, которое будет описано ниже, и в устройство 5 метанирования.
Устройство 3 обезвоживания имеет конфигурацию для удаления воды в блоке 10 производства олефинов (конкретно пара, содержащегося в природном газе, и воды, полученной в устройстве 6 процесса OCM, описанного ниже, и т.д.) из циркуляционного газа. Путем обезвоживания с помощью устройства 3 обезвоживания, можно предотвратить отвердевание воды (то есть, образование льда) при вымораживании в устройстве 4 разделения, описанном ниже. Извлечение воды в устройстве 3 обезвоживания может быть осуществлена, например, путем контактирования газа с осушающим агентом.
Устройство 4 отделения может быть, например, дистилляционной колонной, которая имеет конфигурацию для отделения и извлечения метана, водорода и монооксида углерода из газа с использованием разности температур кипения, путем охлаждения с последующей подачей газа в дистилляционную колонну. Водород и монооксид углерода, разделенные и извлеченные в устройстве 4, включают водород и монооксид углерода, полученные с помощью устройства 6 процесса OCM, описанного ниже.
В устройстве 4 отделения газ охлаждается приблизительно до -90°C -120°C. При охлаждении газа до указанного диапазона температур, метан, водород и монооксид углерода в газе отделяются и извлекаются в газообразном состоянии. Извлеченная газообразная смесь метана, водорода и монооксида углерода поступает в устройство 5 метанирования и устройство 21 реформинга, описанные ниже.
С другой стороны, в устройство 4 отделения поступает природный газ, который подается из внешних источников, и смешивается с реакционным газом, полученным в устройстве процесса OCM 6 с помощью устройства извлечения диоксида углерода 2 и устройства обезвоживания 3. Соответственно, в устройство разделения 4 поступают этан и олефины, такие как этилен, пропилен и бутилен, произведенные (полученные) с помощью устройства процесса OCM 6. Следовательно, при охлаждении газа до температуры выше диапазона в устройстве 4 отделения, другие газообразные компоненты (например, олефины, этан) также сжижаются. Это обеспечивает разделение и извлечение других компонентов. Другие извлеченные компоненты дополнительно разделяются отдельно с помощью разделительной колонны (не показана). В результате, такие соединения как олефины получаются в качестве конечных продуктов.
В качестве устройства 4 отделения, например, может быть использован морозильный аппарат с использованием этиленовых, а также пропиленовых хладагентов.
Устройство 5 метанирования имеет конфигурацию для получения метана из газообразных оксидов углерода (по меньшей мере одного из монооксида углерода или диоксида углерода) в блоке 10 производства олефинов. Более конкретно, в устройстве 5 метанирования превращается часть диоксида углерода, извлеченного с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода, и монооксид углерода, полученный с помощью устройства 6 процесса OCM (описан ниже), в метан, который разделяется и извлекается с помощью устройства 4 отделения.
Катализатор (катализатор метанирования) для процесса метанирования может быть любым катализатором метанирования. Примеры катализатора метанирования включают никелевые катализаторы. Условия процесса приблизительно могут включать температуру, например, от 220°C до 510°C и давление от 0 МПа до 3,0 МПа на выходе из слоя катализатора, расположенного в устройстве 5 метанирования.
Как описано выше, в этом процессе в устройство 5 метанирования поступает часть диоксида углерода, извлеченного с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода. Количество диоксида углерода, подаваемого в устройство 5 метанирования, может быть все время постоянным или может изменяться в соответствии с ситуацией. Например, когда количество диоксида углерода, подаваемого в устройство 5 метанирования, является постоянным, количество диоксида углерода, подаваемого в блок 20 производства метанола, составляет, например, от 0,1 или больше и до 2,0 или меньше, предпочтительно 0,5 или больше и до 1,5 или меньше, более предпочтительно 0,8 или больше и до 1,2 или меньше, особенно предпочтительно около 1, на основе величины, полученной путем деления количества вещества - диоксида углерода на количество вещества - метана.
Когда количество диоксида углерода, подаваемого в устройство 5 метанирования, изменяется в соответствии с ситуацией, может быть использован следующий подход. В установке 100 совместного производства, которая подробно описана ниже, в устройство 21 реформинга поступает диоксид углерода, и в устройстве 21 реформинга образуются монооксид углерода и водород из метана и диоксида углерода. Кроме того, в устройстве 22 получения метанола, расположенном после устройства 21 реформинга, образуется метанол из монооксида углерода и диоксида углерода. Следовательно, путем измерения количества метана, подаваемого в устройство 21 реформинга, и расчета количества диоксида углерода, использованного в устройстве 21 реформинга, избыток диоксида углерода можно подавать в устройство 5 метанирования. Таким образом, можно получать олефины, используя избыток диоксида углерода, при увеличении количества производимого метанола.
С другой стороны, путем детального исследования авторы изобретения показали, что, поскольку молярное отношение кислорода к метану увеличивается в устройстве 6 процесса OCM, расположенном после устройства 5 метанирования, в устройстве 6 процесса OCM образуется больше диоксида углерода в виде побочного продукта. Следовательно, предпочтительно добавить метан для того, чтобы снизить молярное отношение кислорода к метану (конкретно, например, до 0,5 или меньше на основе молярного отношения, полученного путем деления количества вещества кислорода на количество вещества метана). С учетом указанного, в устройство 5 метанирования можно подавать диоксид углерода с целью увеличения количества метана, подаваемого в устройство 6 процесса OCM (например, чтобы молярное отношение составляло 0,5 или меньше в устройстве 6 процесса OCM). Более конкретно, например, можно измерять концентрацию кислорода, и можно подавать в устройство 5 метанирования диоксид углерода в таком количестве, чтобы указанное выше молярное отношение составляло от 0,2 до 0,4, причем остаток можно подавать в устройство 21 реформинга. Таким образом, можно подавить побочный процесс образования диоксида углерода и увеличить выход производимых олефинов.
Устройство 6 процесса OCM (устройство парциального окислительного сочетания) имеет конфигурацию для получения олефинов в процессе OCM метана, содержащегося в природном газе. Более конкретно в устройстве 6 процесса OCM олефины образуются из метана (включая метан в природном газ), выделенного и извлеченного с помощью устройства 4 отделения, и метана, полученного с помощью устройства 5 метанирования. В устройстве 6 процесса OCM, кроме олефинов, таких как этилен, пропилен, и бутилен, также образуются газообразные оксиды углерода, такие как монооксид углерода и диоксид углерода, и этан. Полученные олефины, газообразные оксиды углерода, этан, и др. поступают в устройство 2 извлечения диоксида углерода.
В устройстве 6 процесса OCM сначала образуются метильные радикалы из метана и кислорода. Образовавшиеся метильные радикалы взаимодействуют друг с другом и получается этан. Затем из этана отщепляются два атома водорода, и таким образом, получаются этилен и водород (молекулы). Кроме того, метильные радикалы, образовавшиеся на промежуточной стадии, взаимодействуют с этиленом с образованием пропилена. Более того, метильные радикалы, образовавшиеся на промежуточной стадии, взаимодействуют с пропиленом с образованием бутилена. Дополнительно к указанному, поскольку протекает дальнейшее окисление, образуются газообразные оксиды углерода, такие как монооксид углерода и диоксид углерода.
С использованием метана, полученного с помощью устройство 5 метанирования для процесса OCM в устройстве 6 процесса OCM, поскольку концентрация метана увеличивается с помощью устройства 5 метанирования, увеличивается количество метана, подаваемого в устройство 6 процесса OCM. Таким образом, возможно улучшение процесса OCM с использованием метана, и возможно увеличение количества производимых олефинов.
Катализатор (катализатор процесса OCM) для процесса OCM может быть любым катализатором процесса OCM. В качестве катализатор процесса OCM может быть использован катализатор, описанный в патенте США № 8962517. Условия процесса могут быть, например, температура приблизительно от 450°C до 600°C на входе в слой катализатора, расположенного в устройстве 6 процесса OCM.
Блок 20 производства метанола включает устройство 21 реформинга, устройство 22 получения метанола, и устройство 23 отделения.
Устройство 21 реформинга имеет конфигурацию для получения водорода в процессе реформинга метана. Более конкретно в устройстве 21 реформинга получается водород путем реформинга метана, разделенного и извлеченного с помощью устройства 4 отделения. С помощью реформинга метан в блоке 10 производства олефинов для получения водорода, водород для получения метанола могут быть получены с использованием метана в блоке 10 производства олефинов, дополнительно к диоксиду углерода. Таким образом, метанол может быть получен с использованием соединений, присутствующих в установке 100 совместного производства. Это обстоятельство позволяет исключить потребность в отдельной подаче метана для получения метанола и снизить количество природного газа, который будет использоваться. Таким образом, возможно снижение стоимости производства.
В частности, в установке 100 совместного производства, часть газа, циркулирующего в блоке 10 производства олефинов, извлекается и используется в устройстве 21 реформинга. Соответственно, уменьшается количество газа, циркулирующего в блоке 10 производства олефинов. Таким образом, возможно снизить количество энергии, подводимой к компрессору (не показан) для циркуляции в блоке 10 производства олефинов.
Блок 10 производства олефинов включает устройство 4 отделения (устройство, выделяющее метан) для выделения метана из газа в блоке 10 производства олефинов. Устройство 21 реформинга производит водород из метана, выделенного с помощью устройства 4 отделения. Таким образом, поскольку используется метан, очищенный путем выделения в устройстве 4 отделения, увеличивается количество метана, подаваемого в устройство 21 реформинга. Таким образом, можно усовершенствовать процесс реформинга, и можно увеличить количество производимого водорода.
В устройство 21 реформинга поступает диоксид углерода, извлеченный с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода (то есть, диоксида углерода в блоке 10 производства олефинов). Поскольку реформинг осуществляется в присутствии диоксида углерода, увеличивается углеродный потенциал, и протекает следующая ниже реакция (1):
4
2
2
2
3CH+ CO+ 2HO → 4CO + 8H уравнение реакции (1)
Как видно из уравнения реакции (1), из 3 моль метана получаются 4 моля монооксида углерода. Соответственно, в следующем ниже устройстве 22 получения метанола, из 4 моль монооксида углерода получаются 4 моля метанола.
Хотя это подробно описано ниже, в устройстве 22 получения метанола, расположенном после устройства 21 реформинга, используется 2 моль водорода на 1 моль монооксида углерода, чтобы получить метанол. Следовательно, в устройстве 21 реформинга, когда молярное отношение произведенного монооксида углерода к водороду составляет 1:2, как показано в уравнении реакции (1), состав газообразного сырья для получения метанола приближается к теоретическому значению.
Процесс реформинга в устройстве 21 реформинга представляет собой реформинг с водяным паром. Соответственно, в устройстве 21 реформинга, водород получается в результате взаимодействия водяного пара с метаном при высокой температуре и высоком давление. Условиями реформинга могут быть, например, температура от 900°C до 1000°C и давление от 0 МПа до 3,5 МПа приблизительно на выходе из слоя катализатора, расположенного в устройстве 21 реформинга. Реформинг может быть осуществлен с любым катализатором реформинга. В качестве катализатора реформинга может быть использован оксид переходного металла, такой как никель и платина.
Устройство 22 получения метанола имеет конфигурацию для получения метанола путем взаимодействия с водородом, полученным с помощью устройства 21 реформинга. В устройстве 22 получения метанола, метанол получается из водорода, полученного с помощью устройства 21 реформинга, монооксида углерода и диоксида углерода, выходящих из устройства 21 реформинга. Более конкретно, 2 моль водорода и 1 моль монооксида углерода дают 1 моль метанола. Кроме того, 3 моль водорода и 1 моль диоксида углерода дают 1 моль метанола.
Согласно изобретению, монооксид углерода и диоксид углерода, выходящие из устройства 21 реформинга и подаваемые в устройство 22 получения метанола, включают непрореагировавшие монооксид углерода и диоксид углерода. Непрореагировавший монооксид углерода, выходящий из устройства 21 реформинга, включает монооксид углерода, разделенный и извлеченный вместе с метаном с помощью устройства 4 отделения. Кроме того, непрореагировавший диоксид углерода, выходящий из устройства 21 реформинга, включает диоксид углерода, разделенный и извлеченный с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода.
Соответственно, в устройстве 22 получения метанола, метанол получается из монооксида углерода, разделенного и извлеченного с помощью устройства 4 отделения, монооксида углерода, полученного с помощью устройства 21 реформинга (см. уравнение реакции (1)). Кроме того, в устройстве 22 получения метанола, метанол получается непосредственно из непрореагировавшего диоксида углерода в устройстве 21 реформинга. Таким образом, с использованием монооксида углерода, а также диоксида углерода, возможно увеличение количества производимого метанола.
В устройстве 21 реформинга, расположенном до устройства 22 получения метанола, диоксид углерода расходуется с целью получения монооксида углерода, как показано в уравнении реакции (1). В результате газ, подаваемый в устройство 22 получения метанола, содержит относительно высокое содержание монооксида углерода и относительно низкое содержание диоксида углерода. Соответственно, в устройстве 22 получения метанола, метанол, главным образом, получается из монооксид углерода.
Что касается условий получения метанола, например, смесь газов водорода, монооксида углерода, и диоксида углерода может вступать в реакцию при температуре от 200°C до 350°C и давлении от 5 МПа до 25 МПа приблизительно, с использованием любого катализатора. Примеры катализатора включают каталитическую композицию катализатор из оксидов меди, цинка и оксида алюминия.
Устройство 23 разделения имеет конфигурацию для разделения и извлечения метанола из жидкого продукта реакции (содержащего метанол), выходящего из устройства 22 получения метанола. В качестве устройства 23 разделения, может быть использована например, дистилляционная колонна, использующая различия температур кипения. Таким образом, в качестве конечного продукта получают метанол.
Эксплуатационный контроль установки 100 совместного производства осуществляется с помощью устройства регулирования (не показано). Устройство регулирования включает центральный процессор управления (ЦПУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), привод жёсткого диска (HDD), и схему управления (не показана), и реализуется путем выполнения заданной программой управления, хранящейся в ПЗУ, с помощью ЦПУ.
Благодаря установке 100 совместного производства, имеющей вышеуказанную конфигурацию, олефины могут быть получены непосредственно из метана, содержащегося в природном газе, с использованием процесса OCM, а не через метанол в качестве промежуточного продукта. Таким образом, возможно уменьшение потребления энергии на получение олефинов. Кроме того, поскольку метанол может быть получен из газообразных оксидов углерода в блоке 10 производства олефинов, возможно уменьшение количества выбрасываемых газообразных оксидов углерода, таких как монооксид углерода и диоксид углерода. Кроме того, поскольку метанол может быть получен из углерода, произведенного из природного газа, использованного для получения олефинов, отсутствует потребность в отдельном получении сырья для получения метанола из внешних источников. Таким образом, возможно уменьшение стоимости производства метанола.
Хотя в приведенном выше примере, устройство 21 реформинга имеет конфигурацию для осуществления реформинга с использованием водорода в блоке 10 производства олефинов, устройство 21 реформинга может иметь конфигурацию для получения водорода путем реформинга природного газа (газообразного сырья). Другими словами, может быть предусмотрен трубопровод (не показан), соединяющий устройство подачи природного газа и устройство 21 реформинга, и реформинг может быть осуществлен с использованием природного газа, поступающего по этому трубопроводу. Таким образом, поскольку водород может быть получен непосредственно из газообразного сырья с помощью устройства 21 реформинга, можно легко получать водород.
Кроме того, хотя в приведенном выше примере в устройство 21 реформинга поступает диоксид углерода из блока 10 производства олефинов, дополнительно или вместо устройства 21 реформинга, в устройство 22 получения метанола можно непосредственно подавать диоксид углерода из блока 10 производства олефинов. В указанном случае в устройстве 22 получения метанола метанол образуется из водорода, полученного с помощью устройства 21 реформинга, и диоксида углерода, извлеченного с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода. Кроме того, в устройстве 21 реформинга, 1 моль монооксида углерода и 3 моль водорода получаются из 1 моль метана и 1 моль воды.
Кроме того, хотя в приведенном выше примере в устройство 21 реформинга поступает монооксид углерода из блока 10 производства олефинов, если в устройство 21 реформинга отдельно подается метан, дополнительно или вместо устройства 21 реформинга, в устройство 22 получения метанола можно непосредственно подавать монооксид углерода из блока 10 производства олефинов.
Фиг. 2 является технологической схемой способа совместного производства олефинов и метанола согласно варианту осуществления настоящего изобретения (в дальнейшем, также упрощенно называется как “способ совместного производства согласно варианту осуществления”). Поскольку эта технологическая схема реализуется в установке 100 совместного производства, фиг. 2 будет описана со ссылкой на фиг. 1, так как это целесообразно. Кроме того, эта технологическая схема реализуется с помощью приведенного выше устройства регулирования.
Способ совместного производства согласно этому варианту осуществления включает стадию S1 процесса OCM (стадия парциального окислительного сочетания), стадию реформинга S2, и стадию получения метанола S3. Однако, в случае необходимости также могут быть включены другие стадии, такие как стадия метанирования и стадия отделения.
На стадии S1 процесса OCM олефины получаются с помощью процесса OCM (процесс парциального окислительного сочетания) метана, содержащегося в природном газе (газообразное сырье). Стадия S1 процесса OCM осуществляется в устройстве 6 процесса OCM. Олефины, полученные на стадии S1 процесса OCM, выводятся из установки 100 совместного производства.
Метан, применяемый на стадии S1 процесса OCM, включает метан, содержащийся в природном газе, и метан, полученный с помощью устройства 5 метанирования. Кроме того, метан, применяемый в устройстве 6 процесса OCM, включает метан, который сначала поступает в устройство 6 процесса OCM, но не реагирует и выходит из устройства 6 процесса OCM и возвращается через устройство 3 извлечения диоксида углерода, устройство 3 обезвоживания, устройство 4 отделения, и устройство 5 метанирования. Таким образом, на стадии S1 процесса OCM, процесс OCM осуществляется с использованием метана из блока 10 производства олефинов.
Условия процесса OCM могут быть такими, которые описаны выше для устройства 6 процесса OCM.
На стадии реформинга S2, водород получается в процессе реформинга метана. Стадия реформинга S2 осуществляется в устройстве 21 реформинга. На стадии реформинга S2 паровой реформинг метана осуществляется с использованием газа (содержит метан, водород, монооксид углерода, и др.), выходящего из устройства 4 отделения, и диоксида углерода, извлеченного с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода. В процессе реформинга образуется газ, содержащий водород, монооксид углерода и диоксид углерода. Конкретный механизм реакции и условия реакции аналогичны тем, что описаны для приведенного выше устройства 21 реформинга.
На стадии S3 получения метанола, метанол получается из водорода, полученного на стадии реформинга S2, и монооксида углерода и диоксида углерода (в том числе непрореагировавшие монооксид углерода и диоксид углерода), полученных на стадии реформинга S2. Конкретные условия реакции аналогичны тем, что описаны для приведенного выше устройства 21 реформинга. Метанол, полученный на стадии S3 получения метанола, выводится из установки 100 совместного производства.
В соответствии со способом совместного производства, описанным выше, олефины могут быть получены непосредственно из метана, содержащегося в природном газе, с помощью процесса OCM (парциального окислительного сочетания), а не через метанол в качестве промежуточного продукта. Таким образом, возможно снижение потребления энергии на получение олефинов. Кроме того, поскольку метанол может быть получен из газообразных оксидов углерода на стадии S1 процесса OCM, возможно уменьшение количества выбрасываемых газообразных оксидов углерода, таких как монооксид углерода и диоксид углерода. Кроме того, поскольку метанол может быть получен из углерода, произведенного из газообразного сырья, использованного для получения олефинов, отсутствует потребность в отдельном получении сырья для получения метанола из внешних источников. Таким образом, возможно уменьшение стоимости производства метанола.
Хотя в приведенном выше примере газообразные оксиды углерода на стадии S1 процесса OCM используются для взаимодействия на стадии реформинга S2, газообразные оксиды углерода на стадии S1 процесса OCM могут быть использованы для взаимодействия на стадии S3 получения метанола. Таким образом, на стадии S3 получения метанола, метанол может быть получен из водорода, полученного на стадии реформинга S2, и газообразных оксидов углерода на стадии S1 процесса ОСМ. Кроме того, газообразные оксиды углерода на стадии S1 процесса OCM могут быть использованы как для взаимодействия на стадии реформинга S2, так и на стадии S3 получения метанола.
Фиг. 3 представляет собой блок-схему установки производства олефинов и метанола в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. В последующем описании, главным образом, будут описаны пункты, отличающиеся от установки 100 совместного производства, приведенной на фиг. 1, а пункты, аналогичные установке 100 совместного производства, не будут рассмотрены для упрощения описания.
В установке 101 совместного производства блок 20 производства метанола включает устройство 24 сгорания для сжигания природного газа (топливо), с целью генерирования тепла, используемого в процессе реформинга в устройстве 21 реформинга. Устройство 22 получения метанола имеет конфигурацию для получения метанола из газообразных оксидов углерода, полученных с помощью устройства 24 сгорания. В этом контексте газообразные оксиды углерода включают диоксид углерода, полученный путем полного сгорания, и монооксид углерода, полученный путем неполного сгорания.
В устройстве 24 сгорания может быть осуществлен, по меньшей мере, один из процессов: реформинг метана или получение метанола с использованием газообразных оксидов углерода, полученных с помощью устройства 24 сгорания, при использовании тепла, генерируемого с помощью устройства 24 сгорания в устройстве 21 реформинга. Кроме того, возможно уменьшение количества газообразных оксидов углерода, поступающих из блока 10 производства олефинов в блок 20 производства метанола. В результате, даже в случае уменьшения количества производимых газообразных оксидов углерода с целью повышения выхода олефинов в блоке 10 производства олефинов, можно компенсировать количество газообразных оксидов углерода, в том числе диоксида углерода, необходимого для блока 20 производства метанола.
В примере на фиг. 3 показано, как на установке 100 совместного производства, в устройстве 22 получения метанола можно получать метанол по реакции с диоксидом углерода в блоке 10 производства олефинов. Кроме того, в устройстве 21 реформинга, а также в устройстве 22 получения метанола может быть осуществлена реакция с диоксидом углерода в блоке 10 производства олефинов.
Фиг. 4 представляет собой блок-схему 102 системы установки совместного производства олефинов и метанола согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения. В последующем описании, главным образом, будут описаны пункты, отличающиеся от установки 100 совместного производства, приведенной на фиг. 1, а пункты, аналогичные установке 100 совместного производства, не будут рассмотрены для упрощения описания.
В установке 102 совместного производства все количество диоксида углерода, извлеченное с помощью устройства 2 извлечения диоксида углерода, подается в устройство 21 реформинга. Другими словами, в установке 102 совместного производства, в отличие от установки 100 совместного производства, диоксид углерода, извлеченный с помощью устройства извлечения диоксида углерода 2, не поступает в устройство 5 метанирования.
Таким образом, все количество диоксида углерода в блоке 10 производства олефинов поступает в устройство 21 реформинга, так что можно увеличить количество производимого монооксида углерода и водорода согласно приведенному выше уравнению (1). Следовательно, возможно увеличение количества производимого метанола в устройстве 22 получения метанола, и возможно увеличение количества производимого метанола в установке 102 совместного производства.
В примере на фиг. 4 показано, как на установке 100 совместного производства, в устройстве 22 получения метанола можно получать метанол по реакции с диоксидом углерода в блоке 10 производства олефинов. Кроме того, в устройстве 21 реформинга, а также в устройстве 22 получения метанола может быть осуществлена реакция с диоксидом углерода в блоке 10 производства олефинов.
Фиг. 5 представляет собой блок-схему системы 103 установки совместного производства олефинов и метанола согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения. В последующем описании, главным образом, будут описаны пункты, отличающиеся от установки 100 совместного производства, приведенной на фиг. 1, а пункты, аналогичные установке 100 совместного производства, не будут рассмотрены для упрощения описания.
В установке 103 совместного производства между устройством 5 метанирования и устройством 6 процесса OCM газ подается в устройство 21 реформинга. Другими словами, хотя в установке 100 совместного производства, до метанирования в устройстве 5 метанирования, газ подается в устройство 21 реформинга, в установке 103 совместного производства, показанной на фиг. 5, после метанировани газ подается в устройство 21 реформинга. Таким образом, устройство 21 реформинга имеет конфигурацию для получения водорода из метана, полученного с помощью устройства 5 метанирования.
Соответственно, концентрация метана увеличивается с помощью устройства 5 метанирования, и увеличивается количество метана, подаваемого в устройство 21 реформинга. Таким образом, возможно улучшение процесса реформинга, и возможно увеличение количества производимого водорода. Кроме того, поскольку увеличивается количество производимого водорода, возможно увеличение количества производимого метанола. Боле того, путем метанирования монооксида углерода, который является газообразным оксидом углерода и не дает вклада в образование олефинов, возможно уменьшение выбросов монооксида углерода, обеспечение эффективного использования
монооксида углерода. Кроме того, путем метанирования диоксида углерода из газообразных оксидов углерода, даже в случае наличия избытка диоксида углерода, который нельзя использовать в блоке 20 производства метанола, диоксид углерода можно превратить в метан и использовать для реформинга.
В примере на фиг. 5 показано, как на установке 100 совместного производства, в устройстве 22 получения метанола можно получать метанол по реакции с диоксидом углерода в блоке 10 производства олефинов. Кроме того, в устройстве 21 реформинга, а также в устройстве 22 получения метанола может быть осуществлена реакция с диоксидом углерода в блоке 10 производства олефинов.
Перечень обозначений позиций
1 Устройство обессеривания
2 Устройство извлечения диоксида углерода
3 Устройство
4 Устройство отделения (устройство, выделяющее метан)
5 Устройство метанирования
6 Устройство процесса OCM
10 Блок производства олефинов
20 Блок производства метанола
21 Устройство реформинга
22 Устройство получения метанола
23 Устройство разделения
24 Устройство сжигания
100, 101, 102, 103 Установка совместного производства