СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ
METHOD FOR OBTAINING SYNTHETIC HYDROCARBONS FROM HYDROCARBON GASES

Изобретение относится к газохимии, а конкретно к способам каталитической переработки газообразного углеводородного сырья в синтетические жидкие углеводороды.
В связи с истощением запасов нефти и увеличением стоимости ее добычи все более актуальной становится проблема получения синтетических жидких углеводородов из альтернативных нефти источников углеродсодержащего сырья, в первую очередь - углеводородных газов (природного газа, попутного нефтяного газа, газов нефтепереработки). Кроме того, освоение утилизации попутного нефтяного газа для производства жидких углеводородов, который в настоящее время в огромных количествах сжигается в факелах, имеет большое значение не только с точки зрения полезного использования этого потенциально ценного продукта, но также и для решения одной из основных экологических проблем - уменьшения выброса в атмосферу диоксида углерода.
2
2
2
2
Все известные технологические процессы получения синтетических жидких углеводородных продуктов, в том числе топливного назначения, из газообразного углеводородного сырья включают в качестве основных стадий каталитическую конверсию газообразного сырья (паровую, парокислородную или пароуглекислотную) с получением синтез-газа (смеси СО и Н с возможными добавками СO, НO, N, Аr и др.) и последующий каталитический синтез жидких углеводородов из синтез-газа.
Производство синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов является весьма энергоемким процессом, а капитальные затраты на организацию такого производства достаточно высокие и в значительной степени зависят от металлоемкости оборудования, применяемых материалов, в свою очередь определяемых параметрами технологических процессов (в первую очередь, давлением и температурой, при которых они проводятся). Этими факторами в значительной степени определяется цена получаемых целевых продуктов. Поэтому при сравнительной оценке различных вариантов технологических процессов производства синтетических жидких углеводородов важнейшими показателями их эффективности являются расход исходного продукта и энергии, а также капитальные вложения на единицу конечного целевого продукта.
Известен способ получения жидких топлив из метана (RU патент 2175961 С7С 1/04, опубл. 20.11.2001, бюл. №32), включающий конверсию метана в синтез-газ и гетерогенно-каталитическую полимеризацию синтез-газа в жидкое топливо. При этом конверсию метана осуществляют в плазменной трубе при 0,3-0,5 МПа и 1175-1225°С в присутствии кислородсодержащего газа (причем содержание кислорода должно составлять 150-200 мас.% от содержания метана), а полимеризацию проводят в два этапа, последовательно пропуская синтез-газ над хромникелевым и цеолитным катализаторами при 6,5-7,5 МПа и 140-160°С. Из полученного продукта выделяют смесь предельных углеводородов. В качестве кислородсодержащего газа предусмотрено использование воздуха или технического кислорода.
Недостатками указанного способа являются следующие:
2
- при проведении процесса конверсии с подводом воздуха в качестве кислородсодержащего газа в цикл вводится большое количество азота, что, для поддержания необходимого парциального давления газов, участвующих в полимеризации синтез-газа (СО и Н), требует проведения этого процесса при высоком общем давлении газовой смеси и приводит к повышенным энергозатратам на ее компримирование;
- проведение процесса конверсии с подачей кислорода сопряжено с большими затратами на установку для его производства;
- необходимость включения в схему компрессора высокого давления (6,5-7,5 МПа) и связанное с этим увеличение капитальных и эксплуатационных затрат (расходы на обслуживание компрессора, а также энергии на его привод);
- высокие требования к оборудованию и, в первую очередь, к реактору, в котором осуществляется полимеризация синтез-газа при давлении 6,5-7,5 МПа, и обуславливаемая высоким рабочим давлением большая металлоемкость установки.
2
2
2
Известен также способ превращения природного газа в высшие углеводороды (RU, патент 2247701 С7С 1/04, опубл. 10.03.2005, бюл. №7), сущность которого заключается в следующем: каталитическую конверсию природного газа проводят при взаимодействии с водяным паром и кислородсодержащим газом с получением синтез-газа в две ступени. В реакторе предварительного риформинга при температуре 430-500°С содержащиеся в природном газе углеводороды С и выше превращаются в метан, СО и СO, после чего газовая смесь подогревается до температуры 550-650°С и вместе с кислородом или кислородосодержащим газом (воздухом) направляется в реактор автотермического риформинга (ATR), где под давлением 3-4 МПа конвертируется в синтез-газ. Температура синтез-газа на выходе из ATR поддерживается в пределах 950-1050°С. Полученный синтез-газ охлаждают, после чего направляют в реактор синтеза Фишера-Тропша, где при давлении 2-4 МПа и температуре 180-240°С получают неочищенный продукт синтеза, состоящий из низших углеводородов, высших углеводородов, воды и непревращенного синтез-газа. Затем проводят разделение этого продукта на поток высших углеводородов, поток воды и поток отходящих газов, содержащий в основном оставшиеся компоненты. Далее, по меньшей мере, часть отходящих газов с добавлением природного газа подвергают в отдельном аппарате паровому риформингу, после чего вводят их в основной поток синтез-газа перед реактором синтеза Фишера-Тропша и/или в поток газов, поступающих в реактор ATR. Использование описанного способа позволяет увеличить выход жидкого топлива и уменьшить выброс СO. Однако этот способ имеет ряд недостатков, основные из которых следующие:
2
- если для проведения каталитической конверсии синтез-газа используют воздух, то в его составе в цикл вводится большое количество азота, а поэтому для поддержания необходимого парциального давления газов, участвующих в полимеризации синтез-газа (СО и Н), конверсию синтез-газа проводят при высоком общем давлении газовой смеси, что приводит к повышенным энергозатратам на ее компримирование, а если конверсия синтез-газа проводится с использованием кислорода, то необходима установка по производству кислорода, что также связано с большими капитальными и эксплуатационными затратами;
- разные этапы процесса проводят при различных давлениях от 1 до 4 МПа; это приводит к необходимости включения в технологическую схему нескольких компрессоров, что усложняет технологическую схему и сопровождается соответствующими капитальными расходами и затратами энергии на их привод;
- для проведения паровой конверсии отходящих газов предусмотрен отдельный каталитический реактор, что усложняет установку.
2
2
Известен также способ получения моторных топлив - диметилового эфира (ДМЭ) и/или бензина - из углеродсодержащего сырья (RU патент 2143417 С7С 1/04, опубл. 27.12.99, бюл. №36), согласно которому при получении синтез-газа к подаваемому в конвертор углеродсодержащему сырью добавляют воду и кислород; затем для получения жидких топлив полученный синтез-газ (СО+Н+СO) подвергают при высоком давлении (до 8 МПа) каталитической переработке в две стадии: в реакторе 1-й стадии при температуре 220-320°С (синтез ДМЭ) и в реакторе 2-й стадии при температуре 340-420°С (синтез бензина). При этом газовую фазу после ректора 1-й стадии разделяют на два потока: один направляют в реактор 2-й стадии на дальнейшую переработку, второй, для увеличения выхода ДМЭ, возвращают на смешение с синтез-газом перед реактором 1-й стадии, а газовую фазу после реактора 2-й стадии для увеличения выхода бензина возвращают на вход в этот реактор. В другом варианте всю газовую фазу из реактора 1-й стадии направляют в реактор 2-й стадии, после которого газовую фазу возвращают в поток синтез-газа перед реактором 1-й стадии. Таким образом, предусмотрены один или два контура рециркуляции газовых потоков. Вода, полученная в этих реакторах, возвращается в конвертор синтез-газа. Недостатками способа являются:
- использование кислорода, что приводит к необходимости значительных затрат на его производство или получение со стороны;
- проведение процессов синтеза при высоком давлении (до 8 МПа), следствием чего являются жесткие требования к оборудованию и, в первую очередь, к реакторам, в которых осуществляется полимеризация синтез-газа при давлении до 8,0 МПа, а следовательно, большая металлоемкость установки;
- для обеспечения рециркуляции газовой среды в каждом контуре должен быть предусмотрен дополнительный компрессор высокого давления, что влечет за собой увеличение капитальных и эксплуатационных затрат и усложняет обслуживание установки.
Наиболее близким к изобретению является выбранный в качестве прототипа способ получения жидких углеводородов каталитической переработкой углеводородных газов по патенту RU 2198156 С7С 1/04, опубл. 10.02.03, бюл. №4. Согласно этому патенту технологический процесс включает двухступенчатую каталитическую конверсию поступающего газообразного углеводородного сырья последовательно в высоко- и среднетемпературном конверторах с подводом воздуха и высокотемпературного тепла и получением синтез-газа, подвергаемого далее каталитической переработке по методу Фишера-Тропша при давлении 3 МПа и температуре 520 К с получением жидких углеводородов, дожигание части газообразных продуктов синтеза с выделением диоксида углерода из продуктов сгорания и низкотемпературную конверсию подвергнутых смешению рециркуляционных газообразных продуктов синтеза с выделенным из продуктов сгорания диоксидом углерода. В ходе низкотемпературной конверсии производят каталитическое восстановление содержащегося в смеси с водородом диоксида углерода до оксида углерода с одновременным образованием воды. Полученные продукты вводят в состав синтез-газа, подаваемого на каталитическую переработку или делят на два потока, один из которых направляют на смешение с подаваемым на конверсию сырьем, а второй вводят в состав синтез-газа, подаваемого на каталитическую переработку.
Данный способ позволяет несколько увеличить выход жидких углеводородов, но имеет следующие существенные недостатки:
2
- процесс получения синтез-газа осуществляют с подводом воздуха, с которым в цикл вводится большое количество азота, вследствие чего для поддержания необходимого парциального давления газов (СО и Н), участвующих в полимеризации синтез-газа, конверсию синтез-газа проводят при высоком общем давлении газовой смеси, что приводит к повышенным энергозатратам на ее компримирование;
- процесс в качестве одного из этапов предусматривает низкотемпературную конверсию смеси рециркуляционных газообразных продуктов синтеза и выделенного из продуктов сгорания диоксида углерода, для чего необходим дополнительный низкотемпературный реактор;
- установка содержит три компрессора (природного газа, воздуха и газообразных продуктов синтеза), что требует соответствующих капитальных и эксплуатационных расходов (включая затраты энергии на привод компрессоров).
В заключение следует отметить, что в данном патенте, принятом в качестве прототипа, полностью отсутствуют сведения, разъясняющие, каким образом в блоке низкотемпературной конверсии при температуре 520 К осуществляется восстановление диоксида углерода до оксида углерода.
Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности производства синтетических жидких углеводородов путем глубокой рекуперации тепла промежуточных продуктов технологического процесса и тепла отходящих дымовых газов.
Задачей настоящего изобретения является также уменьшение энергопотребления при переработке углеводородных газов в синтетические жидкие углеводороды за счет снижения давления, при котором проводятся технологические процессы, проведения всех этапов переработки при постоянном давлении и соответствующего уменьшения количества задействованных в схеме компрессоров.
Задачей настоящего изобретения является также снижение металлоемкости за счет использования высокоэффективного реакторного и теплообменного оборудования.
Задачей настоящего изобретения является также увеличение выхода конечных продуктов на единицу массы подводимого к установке углеводородного газа.
Задачей настоящего изобретения является также обеспечение возможности создания автономных установок для получения синтетических жидких углеводородов, полностью не зависящих от сторонних источников электроэнергии, необходимой для привода компрессоров, насосов и вентиляторов, а также для другого электропотребляющего оборудования.
Задачей настоящего изобретения является также обеспечение экологической чистоты при получении синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов.
2
2
1
4
21+
Для решения поставленной задачи предложен способ получения синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов, включающий каталитическую пароуглекислотную конверсию исходного сырья и рециркуляционных продуктов при постоянном давлении 0,8-3,0 МПа с применением высокотемпературного тепла и получением синтез-газа, каталитическую переработку синтез-газа по методу Фишера-Тропша с отводом низкотемпературного тепла, разделение продуктов, полученных в результате переработки синтез-газа, на три потока: смесь жидких углеводородов, воду и отходящие газы (содержащие в основном СО, СO, Н, С-С), и последующее разделение полученной смеси жидких углеводородов на фракции товарных видов жидких углеводородов (в том числе бензин, керосин, дизельное топливо) и углеводороды С.
Отличительными особенностями предлагаемого способа являются следующие.
а) Подводимое при постоянном давлении 0,8-3,0 МПа на переработку исходное газообразное сырье после очистки известным методом от соединений серы разделяют на два потока, один из которых вместе с частью отходящих газов из реактора синтеза Фишера-Тропша, диоксидом углерода, выделяемым из отходящих дымовых газов, и водяным паром, подают в каталитический реактор радиально-спирального типа на пароуглекислотную конверсию, которую проводят при температуре 950-1050°С, полученный синтез-газ подают в качестве греющей среды в паровой котел, после частичного охлаждения в котором синтез-газ, для выделения из него влаги, дополнительно охлаждают внешним хладоносителем в поверхностном охладителе-осушителе до температуры 20-40°С, после чего направляют в реактор синтеза Фишера-Тропша радиально-спирального типа, где проводят реакцию синтеза при температуре 180-220°С. Проведение конверсии углеводородных газов при температуре 950-1050°С обеспечивает содержание диоксида углерода в синтез-газе не более 2%, благодаря чему исключается необходимость очистки синтез-газа от диоксида углерода перед реактором синтеза Фишера-Тропша.
x
б) Второй поток исходного газообразного сырья смешивают с другой частью отходящих газов из реактора синтеза Фишера-Тропша и подают на горелку каталитического реактора в качестве топлива, а сжигание топлива проводят при температуре не выше 1150°С, причем перед подачей на горелку эту смесь и необходимый для горения воздух нагревают в блоке рекуперации тепла за счет частичного охлаждения дымовых газов, выходящих из каталитического реактора. Затем дымовые газы дополнительно охлаждают внешним хладоносителем в поверхностном охладителе-осушителе дымовых газов, где отделяют от влаги, после чего выделяют из него диоксид углерода, который подводят в каталитический реактор пароуглекислотной конверсии газообразного углеводородного сырья, а охлажденные дымовые газы выводят из установки. Рекуперация тепла дымовых газов уменьшает расход исходных углеводородных газов на сжигание в горелке каталитического реактора пароуглекислотной конверсии и тем самым повышает экономичность процесса; проведение процесса горения топлива в горелке при температуре, не превышающей 1150°С, практически полностью исключает присутствие в дымовых газах, сбрасываемых в атмосферу, вредных примесей NO и СО, а сжигание части отходящих газов в горелке каталитического реактора позволяет удалять с дымовыми газами из цикла инертные газы, поступающие в составе исходного газообразного углеводородного сырья, и тем самым исключать накопление их в цикле.
в) Конденсат, выделяемый в охладителях-осушителях из синтез-газа и дымовых газов, и воду, получаемую после разделения продуктов реакции Фишера-Тропша, подвергают очистке в узле водоподготовки и направляют в паровой котел для производства пара, необходимого для проведения пароуглекислотной конверсии исходного газообразного сырья, причем нагрев и испарение конденсата в паровом котле осуществляют за счет тепла синтез-газа.
г) Водяной пар, образующийся при испарительном охлаждении реактора синтеза Фишера-Тропша, смешивают с паром, получаемым в паровом котле, после чего полученную паровую смесь разделяют на два потока, один из которых направляют в каталитический реактор для проведения пароуглекислотной конверсии, а второй поток направляют для внешнего потребления и/или используют для получения электроэнергии, необходимой для привода компрессоров, насосов, вентиляторов и другого электропотребляющего оборудования, чем обеспечивается полная независимость установки производства синтетических жидких углеводородов, выполненной по предлагаемому способу, от внешних источников электроэнергии.
21+
д) Углеводороды С, образующиеся в реакторе синтеза Фишера-Тропша при переработке синтез-газа, преимущественно сжигают в горелке каталитического реактора, чем обеспечивается дополнительное уменьшение расхода первичного углеводородного сырья на сжигание в горелке и исключается стадия гидрокрекинга.
е) По крайней мере, часть отходящих дымовых газов можно компримировать и подавать на хранение для использования по мере необходимости для продувки трубопроводов, пожаротушения и других технологических нужд объекта.
ж) Процессы конверсии углеводородного газа, синтеза Фишера-Тропша и генерации пара в паровом котле, а также рекуперацию тепла технологических и энергетических потоков рабочих сред и отвод тепла от рабочих сред внешними хладоносителями проводят преимущественно в аппаратах радиально-спирального типа. Благодаря использованию аппаратов этого типа обеспечивается поддержание оптимальных температур технологических процессов и высокая селективность, достигается минимизация массы и габаритов аппаратов и установки в целом, а также обеспечивается возможность создания установок любой, в том числе малой, производительности.
Ниже изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает принципиальную технологическую схему получения синтетических жидких углеводородов из природного газа;
фиг.2 - фрагмент принципиальной технологической схемы получения синтетических жидких углеводородов из попутного нефтяного газа и низконапорных малодебитных скважин.
На схемах обозначены следующие элементы:
1 - узел сероочистки;
2 - каталитический реактор конверсии углеводородного газа;
3 - горелка;
4 - компрессор;
5 - паровой котел;
6 - охладитель-осушитель синтез-газа;
7 - реактор синтеза Фишера-Тропша;
9 - блок рекуперации тепла дымовых газов;
10 - охладитель-осушитель дымовых газов;
11 - блок отделения диоксида углерода;
11 - узел водоподготовки;
12 - компрессор дымовых газов;
13 - ресивер;
14 - узел водоподготовки;
15-42 - линии подвода-отвода рабочих сред.
Принципиальная технологическая схема получения синтетических жидких углеводородов из природного газа показана на фиг.1. Реализация такой схемы возможна при условии поступления природного газа на переработку с давлением 0,8-3,0 МПа, при котором проводится весь технологический процесс получения синтетических жидких углеводородов по предлагаемому способу. При меньшем давлении поступающего природного газа следует использовать вариант подвода природного газа, показанный на фиг.2.
2
21+
Исходное газообразное сырье - природный газ (ПГ) подводится по линии 15 к узлу сероочистки 1, где природный газ очищается от соединений серы, а затем разделяется на два потока. Первый поток природного газа по линии 16 направляется на пароуглекислотную конверсию в каталитический реактор 2, снабженный горелкой 3, причем перед поступлением в каталитический реактор 2 природный газ смешивается с нагнетаемыми компрессором 4 частью отходящих газов реактора синтеза Фишера-Тропша 7, подводимой к компрессору 4 по линии 17, и диоксидом углерода, выделяемым из дымовых газов в блоке 11 выделения СO и подводимым к компрессору 4 по линии 18. Для проведения пароуглекислотной конверсии в каталитический реактор 2 по линии 19 из парового котла 5 подают также водяной пар. Конверсия проводится при давлении, равном давлению природного газа, поступающего на переработку, и температуре 950-1050°С. Полученный синтез-газ поступает по линии 20 в паровой котел 5 в качестве греющей среды для генерации пара, где частично охлаждается, далее дополнительно охлаждается внешним хладоносителем (например, водой или воздухом) до температуры 20-40°С и отделяется от влаги в охладителе-осушителе 6. Затем по линии 21 синтез-газ подается в реактор синтеза Фишера-Тропша 7, где при температуре 180-220°С протекает реакция синтеза жидких углеводородов, в результате которой образуются смесь жидких углеводородов, вода и отходящие газы. Смесь жидких углеводородов по линии 22 подводится в блок разделения жидких углеводородов 8, где разделяется на товарные виды жидких углеводородов (ЖУВ), например, различных видов синтетического топлива, и жидкие углеводороды C. Часть отходящих газов по линии 17 подается в каталитический реактор 2, откуда вместе с синтез-газом, произведенным в каталитическом реакторе 2 из природного газа, подается на дальнейшую переработку, что повышает выработку жидких углеводородных топлив в установке. Другая часть отходящих газов по линии 24 направляется в горелку 3, где сжигается вместе с частью природного газа, используемой в качестве топлива. Благодаря этому обеспечивается непрерывный вывод из цикла вместе с дымовыми газами части инертных газов, поступающих в составе исходного природного газа, и тем самым исключается накопление их в цикле.
Второй поток природного газа, предназначенный для сжигания в горелке 3, отбирается по линии 23 и смешивается со второй частью отходящих газов реактора синтеза Фишера-Тропша 7, поступающей по линии 24, образовавшаяся смесь по линии 25 поступает в блок рекуперации тепла дымовых газов 9, подогревается в нем, после чего по линии 26 подводится к горелке 3 и сжигается в ней при температуре не выше 1150°С.Необходимый для горения воздух также нагревается в блоке рекуперации тепла дымовых газов 9, после чего по линии 27 подается на горелку 3.
Дымовые газы (ДГ) отводятся из каталитического реактора 2, по линии 28 подаются в блок рекуперации тепла дымовых газов 9, где частично охлаждаются, после чего по линии 29 направляются в охладитель-осушитель дымовых газов 10, в котором дополнительно охлаждаются внешним хладоносителем (например, водой или воздухом) и отделяются от влаги. Охлажденные дымовые газы по линии 30 подаются в блок отделения диоксида углерода 11, после чего по линии 31 сбрасываются в атмосферу, а диоксид углерода по линии 18 направляется к компрессору 4 для последующей подачи в каталитический реактор 2. Часть отходящих дымовых газов, очищенных от диоксида углерода и влаги, забирается по линии 32 компрессором 12, нагнетается на хранение в ресивер 13 и используется по мере необходимости для продувки трубопроводов, пожаротушения и других технологических нужд.
Вода, образующаяся при реакции синтеза Фишера-Тропша, а также конденсат из охладителей-осушителей синтез-газа 6 и дымовых газов 10 подается в узел водоподготовки 14 по линиям соответственно 33, 34 и 35, а затем по линии 36 - в паровой котел 5. Водяной пар, образующийся в паровом котле 5, отводится по линии 37 и смешивается с водяным паром, поступающим по линии 38 из полости испарительного охлаждения реактора синтеза Фишера-Тропша 7. Образовавшаяся смесь водяных паров разделяется на два потока: первый поток по линии 19 подается в каталитический реактор 2 для проведения пароуглекислотной конверсии природного газа, а второй поток по линии 39 направляют для внешнего потребления и/или используют для получения электроэнергии, необходимой для приводов компрессоров, насосов, вентиляторов и другого электропотребляющего оборудования. Для первоначального заполнения и подпитки системы предусмотрена возможность подвода воды от внешнего источника по линии 40.
21+
Жидкие углеводороды С, выделяемые в блоке разделения жидких углеводородов 8, выводятся из него по линии 41 и в дальнейшем предпочтительно подаются в горелку 3, где сжигаются вместе с основным потоком топлива. Возможно также проведение гидрокрекинга этих углеводородов с последующим получением товарных продуктов.
В представленной схеме каталитический реактор 2, реактор синтеза Фишера-Тропша 7, паровой котел 5, охладители-осушители 6 и 10, блок рекуперации тепла дымовых газов 9 и другие теплообменные аппараты установки выполнены преимущественно по радиально-спиральному типу.
На фиг.2 представлен фрагмент принципиальной технологической схемы получения синтетических жидких углеводородов из попутного нефтяного газа, низконапорных малодебитных скважин и газов нефтепереработки.
Данная схема отличается от схемы, показанной на фиг.1, тем, что поскольку попутный нефтяной газ, а также другие перечисленные выше углеводородные газы, поступающие на переработку, имеют давление, существенно меньшее необходимого для проведения процесса, та часть исходного углеводородного сырья, которая должна подвергаться конверсии, нагнетается в каталитический реактор 2 компрессором 4, для чего этот поток подается по линии 42 на всасывание компрессора 4. В остальном эта схема не отличается от показанной на фиг.1.
Ниже приведены результаты расчета процессов получения синтетических жидких углеводородов из природного газа по схеме, приведенной на фиг.1.
3
Расчет проведен исходя из расхода природного газа 1000 нм/ч, включающего газ, направляемый на пароуглекислотную конверсию, а также газ, используемый в горелке в качестве топлива.
3
В результате пароуглекислотной конверсии, проведенной при давлении 1,0 МПа, температуре процесса конверсии 1000°С и адиабатической температуре горения 1116°С, из указанного количества природного газа получено 4200 нм/ч синтез-газа следующего состава (об.%):
2
4
2
2
2
Н - 63,5; СО - 32,3; СН - 1,4; СO - 1.8; N - 0,3; НO - 0,7.
Такое низкое содержание диоксида углерода (1,8 об.%) позволяет не проводить удаление его из синтез-газа перед реактором синтеза Фишера-Тропша.
Содержание вредных примесей в отходящих дымовых газах составляет (об.%):
2
2
СО - 0,0002; NO - 0,005; NO - 0, а парникового газа СO - 0,2.
В результате процесса в реакторе синтеза Фишера-Тропша, проведенного при давлении 1,0 МПа и температуре 210°С, получено 655 кг синтетических жидких углеводородов, 916 кг воды и 626 кг отходящих газов.
Предлагаемый способ имеет следующие существенные преимущества по сравнению с известными техническими решениями.
1. При производстве синтез-газа полностью исключено использование кислорода, а воздух подводится только к горелке каталитического реактора для обеспечения процесса горения.
2. Весь технологический процесс, включающий конверсию исходного газообразного сырья и синтез жидких углеводородов, осуществляется при одном постоянном давлении 0,8-3,0 МПа и обеспечивается одним компрессором.
x
3. Поскольку процесс горения в горелке осуществляется при температуре не более 1150°С, в дымовых газах, сбрасываемых в атмосферу, практически полностью отсутствуют вредные примеси - NO и СО.
4. Подача части отходящих газов реактора синтеза Фишера-Тропша в каталитический реактор пароуглекислотной конверсии обеспечивает повышение производительности установки и уменьшает потребление сжигаемого топлива для пароуглекислотной конверсии исходного сырья, а благодаря сжиганию другой части отходящих газов реактора синтеза Фишера-Тропша в горелке из цикла вместе с дымовыми газами выводится часть инертных газов и исключается их накопление в цикле.
5. Выделение диоксида углерода из дымовых газов и возвращение его в каталитический реактор позволяет, во-первых, практически полностью исключить выброс этого парникового газа в атмосферу, а во-вторых, увеличить количество получаемого синтез-газа, а соответственно и выход конечного продукта на единицу исходного сырья, благодаря вовлечению углерода, содержащегося в диоксиде углерода, выделенном из дымовых газов, в процесс генерации синтез-газа.
6. Благодаря тому, что процесс конверсии в каталитическом реакторе проводят при температуре 950-1050°С, содержание диоксида углерода в синтез-газе после реактора не превышает 2%, а поэтому не требуется его удаление из синтез-газа перед подачей последнего в реактор синтеза Фишера-Тропша.
7. Благодаря глубокой утилизации тепла дымовых газов и синтез-газа, выходящих из каталитического реактора, достигается значительная экономия топлива, расходуемого для проведения процесса.
8. Проведение всех этапов процесса получения синтетических жидких углеводородов в выполненных по радиально-спиральному типу аппаратах (каталитическом реакторе конверсии углеводородных газов, реакторе синтеза Фишера-Тропша, паровом котле и теплообменниках) позволяет обеспечить поддержание оптимальных температур реакции в узком диапазоне и высокую селективность процесса, а также минимизировать массу и габариты этих аппаратов и установки в целом.
9. Процесс синтеза Фишера-Тропша осуществляют без рециркуляции газа в реактор синтеза, благодаря чему не требуется рециркуляционный компрессор.
21+
10. Сжигание углеводородов С на горелке уменьшает удельный расход исходного сырья и исключает стадию гидрокрекинга, что особенно актуально для установок малой мощности.
11. Избыток водяного пара давлением 1,0-2,0 МПа может быть использован для выработки электроэнергии, необходимой для привода компрессоров, насосов, вентиляторов и другого электропотребляющего оборудования установки, что обеспечивает ее независимость от внешних источников электроэнергии.
12. Предлагаемый способ обеспечивает возможность создания эффективных установок производства синтетических жидких углеводородов на любую, в том числе малую, производительность, что позволяет использовать установки этого типа как на крупных газовых месторождениях, так и на малодебитных низконапорных скважинах.
13. Поскольку отходящие дымовые газы содержат преимущественно только азот с весьма незначительными примесями аргона и диоксида углерода, их можно аккумулировать в ресивере и использовать для продувки трубопроводов, пожаротушения и других технологических нужд объекта.