СИСТЕМА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АРОМАТИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
SYSTEM FOR PRODUCTION OF AROMATIC COMPOUND AND PROCESS OF ITS PRODUCTION

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе для производства ароматического соединения и способу его получения и, в частности, к системе для производства ароматического соединения на заводе по производству аммиака и способу получения этого ароматического соединения.
Предпосылки создания изобретения
2
4
Продувочный газ, содержащий непрореагировавшие соединения, такие как водород (H), метан (CH) и т.п., обычно образуется на заводах по производству аммиака, метанола и т.п. из природного газа. Известен способ использования такого продувочного газа, при котором на заводе по производству метанола часть водорода извлекают из продувочного газа и используют повторно, а оставшийся водород вводят в реакцию с серой и удаляют в виде сероводорода (патентный документ 1).
В то же время известен способ синтеза ароматического соединения из природного газа, при котором ароматическое соединение непосредственно синтезируют из содержащихся в природном газе низших углеводородов посредством каталитической реакции с цеолитом или т.п. При таком способе синтеза образуется газ, содержащий непрореагировавший низший углеводород, и водород в качестве побочного продукта. Известны способы использования такого газа, например, способ, при котором низший углеводород и водород отделяют, а непрореагировавший газ используют повторно, и способ, при котором газ метанируют и используют повторно (патентные документы 2 и 3).
Список цитируемой литературы
Патентные документы
Патентный документ 1: патент Японии №4781612B.
Патентный документ 2: патент Японии №4565277B.
Патентный документ 3: патент Японии №5082254B.
Изложение сущности изобретения
Техническая задача
В свете вышеизложенного целью настоящего изобретения является обеспечение системы для производства ароматического соединения и способа его получения, при которых повышается чистота избыточного водорода в продувочном газе, получаемом на заводе по производству аммиака, метанола или т.п., и он используется для восстановления катализатора, используемого при синтезе ароматического соединения; непрореагировавший газ, полученный при синтезе ароматического соединения, используется на заводе по производству аммиака, метанола или т.п.; и в результате объединения завода по производству аммиака, метанола или т.п.с устройством для производства ароматического соединения достигается эффективное совместное производство ароматического соединения, аммиака, метанола или т.п.
Решение проблемы
Для достижения указанной выше цели система для производства ароматического соединения настоящего изобретения включает в себя первое производственное устройство, синтезирующее целевое соединение из природного газа; второе производственное устройство, синтезирующее ароматическое соединение из природного газа посредством каталитической реакции и подающее газовую смесь, в основном включающую непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, в первое производственное устройство для получения целевого соединения; и устройство отделения водорода, отделяющее водород из продувочного газа, образующегося при реакции синтеза в первом производственном устройстве, и подающее водород во второе производственное устройство для восстановления катализатора, используемого в каталитической реакции.
При использовании системы для производства ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением можно повысить чистоту избыточного водорода в продувочном газе, получаемом при синтезе целевого соединения из природного газа; водород может использоваться для восстановления катализатора, используемого при синтезе ароматического соединения; а непрореагировавший газ, получаемый при синтезе ароматического соединения, можно использовать в производстве целевого соединения. В результате возможно эффективное совместное производство ароматического соединения и целевого соединения, получаемого из природного газа.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения система может дополнительно включать в себя третье производственное устройство, синтезирующее метан посредством реакции метанирования из углекислого газа, извлеченного из отходящего газа первого производственного устройства, и водорода, подаваемого из устройства отделения водорода, и подающее метан во второе производственное устройство в качестве сырья.
В соответствии с этим вариантом осуществления метан можно эффективно синтезировать из углекислого газа, выпускаемого в атмосферу производственным устройством, синтезирующим целевое соединение из природного газа и избыточного водорода, отличного от используемого для восстановления катализатора в устройстве для отделения водорода; и этот метан можно использовать при синтезе ароматического соединения. Соответственно, можно эффективно получать ароматическое соединение и целевое соединение при снижении затрат на сырье.
В системе целевое соединение предпочтительно представляет собой аммиак; ароматическое соединение - один или более видов ароматических соединений, которые выбирают из группы, состоящей из бензола, толуола, ксилола и нафталина; первое производственное устройство представляет собой завод по производству аммиака; а второе производственное устройство расположено рядом с заводом по производству аммиака и использует источник энергии завода для производства ароматического соединения.
В этом случае различные источники энергии, создаваемые в больших масштабах на заводе по производству аммиака, можно использовать в производстве ароматического соединения. Например, пар, образующийся в процессе производства аммиака, может использоваться в качестве нагревающей среды или источника движущей силы оси роторной машины, такой как компрессор или т.п., в производстве ароматического соединения; холодная энергия аммиака может использоваться в производстве ароматического соединения; и генерируемая в больших количествах электроэнергия может использоваться в производстве ароматического соединения. Таким образом, повышается эффективность совместного производства ароматического соединения и аммиака устройством синтеза ароматического соединения и заводом по производству аммиака.
Второе производственное устройство предпочтительно дополнительно включает в себя компрессор и охладитель для производства ароматического соединения.
В результате такой конфигурации источники энергии, создаваемые на заводе по производству аммиака в больших масштабах, могут использоваться в качестве источника энергии для производства ароматического соединения. Более конкретно, холодная энергия крупной системы охлаждения на заводе по производству аммиака может использоваться в охладителе в производстве ароматического соединения. Таким образом, возможно снижение себестоимости производства, и повышается эффективность производства ароматического соединения и аммиака устройством синтеза ароматического соединения и заводом по производству аммиака.
В данной системе катализатор предпочтительно представляет собой катализатор, образованный из цеолита типа ZSM-5; внутреннее давление второго производственного устройства не опускается ниже 0,1 МПа и не поднимается выше 3,0 МПа; а внутренняя температура второго производственного устройства не опускается ниже 700°C и не поднимается выше 900°C.
При использовании такого катализатора и таких условий реакции можно повысить скорость превращения метана при низком давлении реакции во втором производственном устройстве с эффективным получением ароматического соединения. Таким образом, повышается эффективность совместного производства ароматического соединения и аммиака устройством синтеза ароматического соединения и заводом по производству аммиака.
Кроме того, другой аспект настоящего изобретения представляет собой способ получения ароматического соединения. Способ получения ароматического соединения настоящего изобретения включает этапы, на которых:
проводят синтез целевого соединения из природного газа с использованием первого производственного устройства;
проводят синтез ароматического соединения из природного газа посредством каталитической реакции с использованием второго производственного устройства и подают газовую смесь, в основном включающую непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, в первое производственное устройство для получения целевого соединения; и
отделяют водород из продувочного газа, получаемого из первого производственного устройства, и подают водород во второе производственное устройство для восстановления катализатора, используемого в каталитической реакции.
При использовании способа получения ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением избыточный водород высокой чистоты, отделяемый из продувочного газа, получаемого при синтезе целевого соединения из природного газа, может использоваться для восстановления катализатора, используемого при синтезе ароматического соединения; а газовая смесь, содержащая непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, получаемая при синтезе ароматического соединения, может использоваться в производстве целевого соединения. В результате возможно эффективное совместное производство ароматического соединения и целевого соединения, получаемого из природного газа.
Преимущественные эффекты изобретения
В соответствии с целью настоящего изобретения предложены система для производства ароматического соединения и способ его получения, причем повышается чистота избыточного водорода в продувочном газе, получаемом в качестве побочного продукта на заводе, и он используется для восстановления катализатора, используемого при синтезе ароматического соединения; непрореагировавший газ или побочные продукты, полученные при синтезе ароматического соединения, используются на заводе по производству аммиака или метанола; и в результате объединения завода по производству аммиака или метанола с устройством для производства ароматического соединения достигается эффективное совместное производство ароматического соединения и продукта, получаемого на заводе по производству аммиака или метанола.
Краткое описание рисунков
На фиг. 1 приведена концептуальная схема, поясняющая первый вариант осуществления системы для производства ароматического соединения и способ получения ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 приведена концептуальная схема, иллюстрирующая устройство для производства ароматического соединения по первому варианту осуществления системы для производства ароматического соединения и способ получения ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3 приведена концептуальная схема, поясняющая второй вариант осуществления системы для производства ароматического соединения и способ получения ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 4 приведена концептуальная схема, иллюстрирующая устройство для производства ароматического соединения по второму варианту осуществления системы для производства ароматического соединения и способ получения ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением.
Описание вариантов осуществления
Далее первый вариант осуществления системы для производства ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые рисунки.
На фиг. 1 приведена концептуальная схема, поясняющая первый вариант осуществления системы для производства ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг. 1, система 1 для производства ароматического соединения по настоящему варианту осуществления включает в себя производственное устройство 2 (первое производственное устройство), устройство 3 отделения водорода и устройство 4 для производства ароматического соединения (второе производственное устройство).
0
2
4
5
7
10
0
4
5
4
18
2
10
Производственное устройство 2 обычно предусмотрено на существующем или специально созданном заводе по производству аммиака и соединено с линией подачи сырья L, линией подачи отходящего газа L, линией подачи продукта синтеза L, линией подачи непрореагировавшего газа L, линией подачи топлива L и линией подачи газовой смеси L. Производственное устройство 2 выполнено с возможностью синтеза аммиака из метана, в основном содержащегося в природном газе, который подают в качестве сырья по линии подачи сырья L, и подачи синтезированного аммиака по линии подачи продукта синтеза L. В ходе синтеза аммиака образуется продувочный газ в виде непрореагировавшего материала, в основном содержащего большое количество избыточного водорода, метана и азота. Таким образом, производственное устройство 2 соединено с устройством 3 отделения водорода посредством линии подачи непрореагировавшего газа L, которая ответвляется от линии подачи продукта синтеза L и линии подачи продувочного газа L, выполненной с возможностью подачи продувочного газа в устройство 3 отделения водорода. Производственное устройство 2 выполнено с возможностью подачи воды и углекислого газа, получаемых в процессе производства аммиака, на линию подачи отходящего газа L. Кроме того, производственное устройство 2 соединено с устройством 4 для производства ароматического соединения посредством линии подачи газовой смеси L, выполненной с возможностью подачи газовой смеси, в основном содержащей метан и водород, в качестве топлива из устройства 4 для производства ароматического соединения.
0
8
Производственное устройство 2 включает в себя устройство 2а для получения синтез-газа, первый компрессор 2b и первое синтезирующее устройство 2c. Производственное устройство 2 также может включать в себя устройство десульфуризации (не показано). При наличии такого устройства десульфуризации серный компонент природного газа, представляющего собой сырье, можно заранее удалить путем адсорбции, и газообразный метан, имеющий низкую концентрацию серы, может подаваться как в устройство 2а для получения синтез-газа, так и в устройство 4 для получения ароматического соединения посредством линии подачи сырья L и линии подачи сырья L. Кроме того, производственное устройство 2 включает в себя крупномасштабную систему охлаждения. Это делает возможным совместное использование системы охлаждения производственного устройства 2 в процессе производства как аммиака, так и ароматического соединения. Указанные конфигурации способствуют повышению эффективности совместного производства аммиака и ароматического соединения. В дополнение к указанному выше, производственное устройство 2 выполнено с возможностью использования значительных источников энергии на заводе по производству аммиака для работы устройства 4 по производству ароматического соединения. В настоящем документе «источники энергии» представляют собой источники энергии, связанные с крупномасштабными системами завода по производству аммиака, включая систему охлаждения. Использование «источников энергии, связанных с крупномасштабными системами», означает использование источников энергии, которые применяются или создаются в процессе производства аммиака на крупном заводе по производству аммиака. Примеры включают использование нагревающей среды (например, пара) или охлаждающей среды (например, аммиака) в качестве источника тепла, использование нагревающей среды (например, пара) в качестве источника движущей силы роторной машины, использование непрореагировавших материалов и/или побочных продуктов в качестве топлива, использование источника электроэнергии большой мощности и т.п.
0
1
2
7
10
0
2
7
10
Устройство 2а для производства синтез-газа включает в себя хорошо известный паровой конвертор и вторичный конвертор и подключено к линии подачи сырья L, технологической линии L, линии подачи отходящего газа L, линии подачи топлива L, линии подачи газовой смеси L, линии подачи пара (не показана) и линии подачи воздуха (не показана). Паровой конвертор выполнен с возможностью паровой конверсии метана, подаваемого по линии подачи сырья L, с использованием пара (HO), подаваемого по линии подачи пара. Устройство 2а для производства синтез-газа выполнено с возможностью сжигания продувочного газа, подаваемого посредством линии подачи топлива L, и газовой смеси, вводимой посредством линии подачи газовой смеси L, в нагревательной печи (не показана) и использования продувочного газа и газовой смеси в качестве топлива для реакции паровой конверсии.
Как указано в приведенных ниже формуле (1) и формуле (2), из метана и пара в паровом конверторе образуются угарный газ (CO), углекислый газ и водород. Угарный газ превращается в углекислый газ (далее в настоящем документе обозначается как «реакция конверсии»). Хотя реакция конверсии является экзотермической реакцией, общая реакция представляет собой эндотермическую реакцию, поэтому для ее протекания необходимо тепло от внешнего источника. Непрореагировавший газ, образующийся в процессе синтеза ароматического соединения в устройстве 4 для производства ароматического соединения, может использоваться в качестве такого тепла от внешнего источника. Соответственно, можно повысить эффективность совместного производства аммиака и ароматического соединения.
Химическая формула 1
1
2
Кислород, поступающий по линии подачи воздуха, вступает в реакцию с оставшимся непрореагировавшим метаном и частью образованного водорода во вторичном конверторе и потребляется, как показано в формулах (3)-(5) ниже. Тепло, выделяющееся при протекании этих экзотермических реакций, используется для производства пара, который, в свою очередь, используется для обеспечения источника энергии и топлива для реакции паровой конверсии. Кроме того, устройство 2а для получения синтез-газа выполнено с возможностью подачи технологического газа, в основном содержащего азот, который подается по линии подачи воздуха, для синтеза аммиака и водорода, угарного газа и углекислого газа, образующихся в процессе конверсии, на технологическую линию L и подачи отходящего газа из процесса горения, в основном содержащего углекислый газ и воду, на линию подачи отходящего газа L.
Химическая формула 2
3
Углекислый газ избирательно удаляют из технологического газа в устройстве 2а для производства синтез-газа с помощью устройства декарбонизации (не показано), расположенного в технологической линии L; и, поскольку следовое количество оставшегося угарного газа отравляет катализатор реакции синтеза аммиака, этот угарный газ метанируют и удаляют посредством реакции метанирования в соответствии с приведенной ниже формулой (6).
Химическая формула 3
1
3
1
3
3
5
3
5
Первый компрессор 2b соединен с технологическими линиями L и L. Первый компрессор 2b выполнен с возможностью сжатия технологического газа, подаваемого по технологической линии L, до предварительно заданного давления, подходящего для синтеза аммиака, и подачи сжатого технологического газа в технологическую линию L. Следует отметить, что технологический газ, сжимаемый первым компрессором 2b, можно предварительно нагреть до предварительно заданной температуры, подходящей для синтеза аммиака, с помощью нагревательного устройства (не показано), расположенного на технологической линии L. Кроме того, линия подачи непрореагировавшего газа L соединена с технологической линией L, и предварительно заданное количество непрореагировавшего газа подается по линии подачи непрореагировавшего газа L для синтеза аммиака.
3
4
3
4
4
5
18
4
5
18
18
Первое синтезирующее устройство 2c соединено с технологическими линиями L и линией подачи продукта синтеза L. Первое синтезирующее устройство 2c выполнено с возможностью синтеза аммиака из технологического газа и/или непрореагировавшего газа, подаваемого по технологической линии L, и подачи аммиака на линию подачи продукта синтеза L. В ходе реакции синтеза аммиака в первом синтезирующем устройстве 2c образуется газ, в основном включающий водород, метан и азот. Кроме того, линия подачи продукта синтеза L соединена с линией подачи непрореагировавшего газа L и линией подачи продувочного газа L для отделения непрореагировавшего газа от аммиака. Таким образом, линия подачи продукта синтеза L выполнена с возможностью подачи непрореагировавшего газа на линию подачи непрореагировавшего газа L и подачи продувочного газа в устройство 3 отделения водорода посредством линии подачи продувочного газа L. Следует отметить, что количество продувочного газа, подаваемого на линию подачи продувочного газа L, можно регулировать с помощью регулировочного клапана подачи (не показан), предусмотренного на линии подачи продувочного газа.
18
6
7
18
18
6
7
Устройство 3 отделения водорода расположено рядом с заводом по производству аммиака и соединено с линией подачи продувочного газа L, линией подачи водорода L и линией подачи топлива L. Продувочный газ, подаваемый в предварительно заданном количестве посредством линии подачи продувочного газа L, поступает в устройство 3 отделения водорода, чтобы предотвратить накопление инертного газа. Устройство 3 отделения водорода выполнено с возможностью отделения водорода из продувочного газа, подаваемого по линии подачи продувочного газа L, и подачи водорода в устройство 4 для производства ароматического соединения посредством линии подачи водорода L. Кроме того, устройство 3 отделения водорода выполнено с возможностью подачи части продувочного газа, из которого выделен водород, в устройство 2а для производства синтез-газа производственного устройства 2 посредством линии подачи топлива L в качестве топлива.
5
Часть водорода выделяется из продувочного газа в устройстве 3 отделения водорода. Парциальное давление водорода выше в непрореагировавшем газе, поступающем по линии подачи непрореагировавшего газа L, чем в газовой смеси, поступающей из устройства 4 для производства ароматического соединения. Таким образом, водород может эффективно выделяться из непрореагировавшего газа, который характеризуется высоким парциальным давлением водорода, образующимся в производственном устройстве 2 завода по производству аммиака, и использоваться для восстановления катализатора в устройстве 4 для производства ароматического соединения.
Примеры способов отделения водорода в устройстве 3 отделения водорода включают в себя способы адсорбции при переменном давлении (PSA), способы мембранного разделения и т.п.
6
6
7
8
8
10
На фиг. 2 приведена концептуальная схема, иллюстрирующая устройство 4 для производства ароматического соединения по первому варианту осуществления системы для производства ароматического соединения и способ получения ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг. 2, устройство 4 для производства ароматического соединения (второе производственное устройство) расположено рядом с заводом по производству аммиака и включает в себя нагреватель 4а, второе синтезирующее устройство 4b, второй компрессор 4c, охладитель 4d и газожидкостный сепаратор 4е. Устройство 4 для производства ароматического соединения выполнено с возможностью получения ароматического соединения, содержащего шесть или более атомов углерода, в частности бензола (CH), толуола (CH) или ксилола (CH), из природного газа, в основном содержащего низшие углеводороды, имеющие четыре или менее атомов углерода, а именно метана (далее в настоящем документе одно или более ароматических соединений, которые выбирают из группы, состоящей из бензола, толуола и ксилола, будет называться ВТХ). Устройство 4 для производства ароматического соединения выполнено с возможностью подачи газовой смеси, в основном включающей непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, в производственное устройство 2 и использования этой газовой смеси в качестве топлива для процесса производства аммиака. Кроме того, устройство 4 для производства ароматического соединения выполнено с возможностью удаления отложений с поверхности катализатора, используемого в ароматическом соединении, с использованием водорода, подаваемого из устройства 3 отделения водорода.
8
41
43
8
41
42
43
8
Нагреватель 4а соединен с линией подачи сырья L и технологическими линиями L-L. Нагреватель 4а выполнен с возможностью предварительного нагрева природного газа, подаваемого по линии подачи сырья L, до предварительно заданной температуры, подходящей для синтеза ароматического соединения, и подачи этого предварительно подогретого природного газа на технологическую линию L. Кроме того, для повышения эффективности производства нагреватель 4а выполнен с возможностью обеспечения теплообмена с природным газом с использованием тепла технологического газа с повышенной температурой, подаваемого по технологической линии L из описанного ниже второго синтезирующего устройства 4b, использования остаточного тепла природного газа и подачи этого природного газа в технологическую линию L. Таким образом, возможен эффективный предварительный нагрев топлива, подаваемого по линии подачи сырья L.
41
42
10
6
41
42
10
6
Второе синтезирующее устройство 4b соединено с технологическими линиями L и L, линией подачи газовой смеси L и линией подачи водорода L. Второе синтезирующее устройство 4b выполнено с возможностью синтеза ароматического соединения, имеющего шесть или более атомов углерода, в частности ВТХ, из метана, подаваемого по технологической линии L, и подачи ароматического соединения на технологическую линию L. Кроме того, второе синтезирующее устройство 4b выполнено с возможностью сжигания части газовой смеси, содержащей непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подаваемой посредством линии подачи газовой смеси L в нагревательную печь (не показана). Кроме того, второе синтезирующее устройство 4b выполнено с возможностью подачи газообразного водорода, поступающего по линии подачи водорода L, к присутствующему катализатору для его восстановления.
8
Механизмы реакции во втором синтезирующем устройстве 4b, в котором синтезируется ВТХ, и в частности реакции метан-бензол (МТВ), в ходе которой бензол синтезируется из метана, включают механизм реакции, в которой углерод (C) образуется в качестве побочного продукта, поскольку углеводород подвергают реакции избирательного дегидрирования. Получаемый таким образом углерод в основном оседает и накапливается на поверхности катализатора, в результате чего со временем происходит все большее ухудшение состояния катализатора и снижается его каталитическая активность. В качестве контрмеры во второе синтезирующее устройство 4b подают газообразный водород для восстановления катализатора из устройства 3 отделения водорода. Газообразный водород циркулирует и удаляет углерод, накопившийся на поверхности катализатора. Таким образом, удается предотвратить снижение каталитической активности за счет использования подаваемого газообразного водорода в качестве газа для восстановления катализатора. Следует отметить, что восстановление катализатора может осуществляться одновременно с реакцией синтеза ВТХ или может проводиться с перерывами путем прекращения подачи сырья по линии подачи сырья L и подачи лишь водорода.
В реакции синтеза ВТХ во втором синтезирующем устройстве 4b и в частности в реакции МТВ, в ходе которой бензол синтезируют из метана, внутреннее давление во втором синтезирующем устройстве 4b предпочтительно не опускается ниже 0,1 МПа и не поднимается выше 3,0 МПа, а внутренняя температура предпочтительно не опускается ниже 600°C и не поднимается выше 1000°C, а более предпочтительно - не опускается ниже 700°C и не поднимается выше 900°C. В этих условиях реакции можно повысить эффективность производства ВТХ и скорость превращения метана при низком давлении реакции. Получая источник энергии, необходимой для производства ВТХ, из генерирующих энергию мощностей завода по производству аммиака можно увеличить размер этих мощностей и можно повысить эффективность совместного производства аммиака и ВТХ.
Катализатор, в котором активный металл находится на носителе, расположен во втором синтезирующем устройстве 4b. В качестве носителя могут использоваться цеолит, диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид титана, диоксид циркония, диоксид церия или их комбинация. В качестве активного металла могут использоваться Молибден (Mo), кобальт (Co), цинк (Zn), галлий (Ga), железо (Fe), медь (Cu), серебро (Ag), никель (Ni), вольфрам (W), рений (Re), барий (Ba), марганец (Mn), цирконий (Zr), платина (Pt), рутений (Ru), родий (Rh), палладий (Pd) или их комбинация. Носителем предпочтительно является цеолит, а более предпочтительно цеолит типа ZSM-5, а активным металлом предпочтительно является молибден. Использование катализатора этого типа позволяет повысить эффективность производства ВТХ и скорость превращения метана при низком давлении реакции. В результате можно повысить эффективность совместного производства аммиака и ароматического соединения.
43
45
43
45
43
Второй компрессор 4c соединен с технологическими линиями L и L. Второй компрессор 4c выполнен с возможностью повышения давления технологического газа, подаваемого по технологической линии L, и подачи этого технологического газа на технологическую линию L для отделения/извлечения жидкой фазы ВТХ из технологического газа в газожидкостном сепараторе 4е предпочтительно таким образом, чтобы степень извлечения ВТХ составляла приблизительно 80% или более. Следует отметить, что технологический газ, поступающий по технологической линии L, предварительно охлаждается до предварительно заданной температуры в охладителе (не показан).
45
46
Охладитель 4d выполнен с возможностью дальнейшего снижения температуры технологического газа, подаваемого по технологической линии L, и подачи этого технологического газа на технологическую линию L для отделения/извлечения жидкой фазы ВТХ из технологического газа в газожидкостном сепараторе 4е. Источник энергии, вырабатываемой на заводе по производству аммиака, может использоваться вторым компрессором 4c и охладителем 4d. В частности, для повышения эффективности совместного производства часть пара, производимого на заводе по производству аммиака, предпочтительно используется в качестве источника энергии и направляется ко второму компрессору 4c. Кроме того, часть холодной энергии, получаемой на крупномасштабной системе охлаждения завода по производству аммиака, предпочтительно отбирается и направляется к охладителю 4d.
4
2
6
2
3
2
2
3
2
3
2
3
4
2
6
3
8
Примеры охлаждающей среды, используемой в охладителе 4d, включают в себя органические охлаждающие среды, такие как метанол (CHO), этиленгликоль (CHO), аммиак (NH) и т.п.; горючие растворители на основе хлорфторуглеродов, например HFC-32 (CHF) и т.п.; и негорючие растворители на основе хлорфторуглеродов, например HFC-23 (CHF), HFC-134a (CHFCF), HCFC-22 (CHClF), HCFC-124 (CHClCF), PFC-14 (CF), PFC-116 (CF), PFC-218 (CF) и т.п. Для снижения себестоимости производства продукт расположенного рядом завода может использоваться в качестве охлаждающей среды. Например, в настоящем варианте осуществления в качестве охлаждающей среды можно использовать аммиак, поскольку рядом расположен завод по производству аммиака.
46
9
10
46
9
10
10
10
Газожидкостный сепаратор 4е соединен с технологической линией L, линией подачи ВТХ L и линией подачи газовой смеси L. Газожидкостный сепаратор 4е выполнен с возможностью разделения технологического газа, подаваемого по технологической линии L, на жидкую фазу ВТХ и газовую фазу газовой смеси, в основном включающую непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подачи жидкой фазы ВТХ на линию подачи ВТХ L и подачи газовой фазы газовой смеси на линию подачи газовой смеси L. Следует отметить, что линия подачи газовой смеси L выполнена с возможностью ответвления таким образом, что часть газовой смеси подают во второе синтезирующее устройство 4b, а остаток подают в устройство 2а для производства синтез-газа. Кроме того, количество газовой смеси, подаваемой во второе синтезирующее устройство 4b, можно регулировать с помощью регулировочного клапана подачи (не показан), предусмотренного на линии подачи газовой смеси L. Таким образом, второе производственное устройство 4 выполнено с возможностью производства ВТХ и подачи газовой смеси, образующейся в ходе реакции синтеза ВТХ, к первому производственному устройству 2 в качестве топлива.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления на заводе по производству аммиака, где аммиак синтезируется из природного газа, в основном содержащего метан, большое количество избыточного водорода, содержащегося в непрореагировавшем материале, а именно продувочном газе, в ходе реакции синтеза аммиака в производственном устройстве 2 может использоваться для восстановления катализатора, используемого в каталитической реакции в устройстве 4 для производства ароматического соединения; а непрореагировавший газ из устройства 4 для производства ароматического соединения может использоваться в качестве топлива для реакции паровой конверсии в производственном устройстве 2. Соответственно, можно синтезировать и производить как аммиак, так и ВТХ и эффективно получать аммиак и ВТХ при снижении затрат на производство.
Кроме того, источники энергии, вырабатываемой на заводе по производству аммиака, могут использоваться вторым компрессором 4c и/или охладителем 4d для синтеза ароматического соединения. Таким образом, можно сократить себестоимость производства и повысить эффективность совместного производства ВТХ и аммиака.
Кроме того, крупномасштабная система охлаждения, доступная на производственных мощностях 2 завода по производству аммиака, может использоваться в охладителе 4d устройства 4 синтеза ароматического соединения. Таким образом, можно сократить себестоимость производства и повысить эффективность совместного производства ВТХ и аммиака.
Ниже при описании рабочей конфигурации системы для производства ароматического соединения (первый вариант осуществления) будет подробно описан первый вариант осуществления способа производства ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением.
0
10
4
5
4
5
3
5
18
Способ получения аммиака из природного газа описан ниже. Как показано на фиг. 1, природный газ, в основном содержащий метан, поступает из линии подачи сырья L в производственное устройство 2, а газовая смесь, в основном состоящая из водорода в качестве побочного продукта и непрореагировавшего метана, из устройства 4 для производства ароматического соединения, расположенного рядом с заводом по производству аммиака, подается посредством линии подачи газовой смеси L в производственное устройство 2 в качестве топлива. Аммиак, синтезированный в производственном устройстве 2, подается на линию подачи продукта синтеза L, а непрореагировавший газ, образующийся в процессе синтеза аммиака, подается на линию подачи непрореагировавшего газа L, которая ответвляется от линии подачи продукта синтеза L. Предварительно заданное количество непрореагировавшего газа возвращается из линии подачи непрореагировавшего газа L в производственное устройство 2 посредством технологической линии L для рециркуляции сырья, а остаток поступает из линии подачи непрореагировавшего газа L посредством линии подачи продувочного газа L к устройству 3 отделения водорода, чтобы предотвратить накопление инертного газа.
Природный газ содержит серный компонент, который отрицательно влияет на катализатор. Таким образом, этот серный компонент предпочтительно заранее удаляют путем адсорбции с использованием устройства десульфуризации (не показано) до подачи природного газа в качестве сырья. Устройство десульфуризации может в больших масштабах производить природный газ с низкой концентрацией серы в качестве сырья для синтеза аммиака и синтеза ароматического соединения, а также может подавать этот природный газ как в промышленное устройство 2, так и в устройство 4 для производства ароматического соединения, расположенное рядом с заводом по производству аммиака. На типичных заводах по производству аммиака природный газ, который не подвергается десульфуризации, также используется в качестве топлива. Таким образом, уменьшается температура отходящего газа, а при конденсации кислотного компонента в отводящей трубе возникают явления коррозии. В соответствии с настоящим изобретением только непрореагировавший материал и побочный продукт, полученный при десульфуризации природного газа, используются в качестве топлива для производства аммиака. Таким образом, не возникают вышеупомянутые проблемы, и становится возможной рекуперация тепла из отходящего газа при более низких температурах. Данный способ способствуют повышению эффективности совместного производства аммиака и ароматического соединения.
0
10
1
2
Далее приводится подробное описание процесса производства аммиака. Превращение природного газа, подаваемого по линии подачи сырья L в устройство 2а для производства синтез-газа, осуществляется в результате реакции паровой конверсии с использованием пара, подаваемого по линии подачи пара (не показана). Необходимое для этой реакции тепло получают путем сжигания непрореагировавшего газа, подаваемого по линии подачи газовой смеси L. В это время воздух, поступающий по линии подачи воздуха (не показана), подается в первое синтезирующее устройство 2c для синтеза аммиака. Кислород, поступающий по линии подачи воздуха, потребляется, как указано ниже в формулах (1)-(3). Тепло, выделяющееся при протекании этих экзотермических реакций, используется для производства пара, который в свою очередь используется для обеспечения источника энергии и топлива для реакции паровой конверсии. Технологический газ, состоящий в основном из азота и водорода, образующийся в ходе реакции конверсии, подается на технологическую линию L, а вода и углекислый газ, образующиеся при сгорании непрореагировавшего газа, подаются на линию подачи отходящего газа L.
Химическая формула 4
Как указано в приведенных ниже формуле (4) и формуле (5), при данном типе реакции паровой конверсии из метана и пара образуются угарный газ (CO), углекислый газ и водород. Угарный газ превращается в углекислый газ в ходе реакции конверсии. Хотя реакция конверсии является экзотермической реакцией, общая реакция представляет собой эндотермическую реакцию, поэтому для ее протекания необходимо тепло от внешнего источника. Непрореагировавший газ, образующийся в процессе синтеза ароматического соединения в устройстве 4 для производства ароматического соединения, может использоваться в качестве такого тепла от внешнего источника. Соответственно, можно повысить эффективность совместного производства аммиака и ароматического соединения.
Химическая формула 5
1
3
3
3
3
Технологический газ, подаваемый по технологической линии L, сжимается в первом компрессоре 2b до предварительно заданного давления, подходящего для синтеза аммиака, а сжатый технологический газ подается на технологическую линию L. Углекислый газ избирательно удаляется из технологического газа, подаваемого на технологическую линию L; и, поскольку следовое количество оставшегося угарного газа отравляет катализатор реакции синтеза аммиака, этот угарный газ метанируют и удаляют посредством реакции метанирования в соответствии с приведенной ниже формулой (6). Кроме того, технологический газ, подаваемый на технологическую линию L, можно предварительно нагреть до предварительно заданной температуры, подходящей для синтеза аммиака, с помощью нагревательного устройства (не показано) на технологической линии L.
Химическая формула 6
3
4
4
3
4
18
18
После синтеза технологического газа, подаваемого по технологической линии L, в аммиаке в первом синтезирующем устройстве 2c этот аммиак подают на линию подачи продукта синтеза L. В это время при реакции синтеза аммиака образуется непрореагировавший газ, в основном состоящий из водорода, азота и метана. Кроме того, для предотвращения накопления инертного газа из непрореагировавшего газа необходимо удалить предварительно заданное количество продувочного газа. Соответственно, предварительно заданное количество непрореагировавшего газа подается по линии подачи синтез-газа L в технологическую линию L для рециркуляции сырья, а остаток поступает по линии подачи синтез-газа L посредством линии подачи продувочного газа L на устройство 3 отделения водорода. Количество продувочного газа, подаваемого на линию подачи продувочного газа L, можно регулировать с помощью регулировочного клапана подачи (не показан), предусмотренного на линии подачи продувочного газа.
18
6
7
Далее будет описан способ выделения водорода из продувочного газа. Водород выделяют из продувочного газа, поступающего по линии подачи продувочного газа L, в устройстве 3 отделения водорода, расположенном рядом с заводом по производству аммиака. Выделенный водород подают в устройство 4 для производства ароматического соединения посредством линии подачи водорода L для восстановления катализатора, а часть продувочного газа, из которого был выделен водород, подают в устройство 2а для производства синтез-газа посредством линии подачи топлива L.
5
Водород выделяют из продувочного газа в устройстве 3 отделения водорода. Хотя водород выделяют из продувочного газа, выделение всего водорода является сложной задачей. Парциальное давление водорода выше в непрореагировавшем газе, поступающем по линии подачи непрореагировавшего газа L, чем в газовой смеси, поступающей из устройства 4 для производства ароматического соединения. Таким образом, водород может эффективно выделяться из непрореагировавшего газа, который характеризуется высоким парциальным давлением водорода, образующимся в производственном устройстве 2 завода по производству аммиака, и использоваться для восстановления катализатора в устройстве 4 для производства ароматического соединения.
Примеры способов выделения водорода включают способы PSA, способы мембранного разделения и т.п.
6
Далее будет описан способ получения ароматического соединения. Ароматическое соединение, имеющее шесть или более атомов углерода, в частности ВТХ, получают из природного газа, в основном содержащего низший углеводород, имеющий четыре или менее атомов углерода, а именно метана. Кроме того, газовая смесь, в основном включающая непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подается в производственное устройство 2, и эта газовая смесь используется в качестве топлива для процесса производства аммиака. Водород, подаваемый из устройства 3 отделения водорода посредством линии подачи водорода L в устройство 4 для производства ароматического соединения, используется для восстановления катализатора для удаления накопившихся на нем отложений.
8
41
42
43
8
Далее приводится подробное описание способа производства ароматического соединения. Как показано на фиг. 2, после предварительного нагревания природного газа, подаваемого по линии подачи сырья L, нагревателем 4а до предварительно заданной температуры, подходящей для синтеза ароматического соединения, этот предварительно нагретый природный газ подают на технологическую линию L. Осуществляется теплообмен с природным газом с использованием тепла технологического газа, подаваемого посредством технологической линии L из второго синтезирующего устройства 4b, и после использования остаточного тепла газообразного метана этот природный газ подают на технологическую линию L. Таким образом, возможен эффективный предварительный нагрев топлива, подаваемого по линии подачи сырья L.
41
42
10
6
Ароматическое соединение, имеющее шесть или более атомов углерода, в частности ВТХ, синтезируют из метана, подаваемого по технологической линии L, посредством каталитической реакции с использованием предварительно заданного катализатора во втором синтезирующем устройстве 4b, и это ароматическое соединение подают в технологическую линию L. В это время часть газовой смеси, содержащей непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подаваемой посредством линии подачи газовой смеси L, сжигают в нагревательной печи (не показана). Кроме того, газообразный водород, подаваемый по линии подачи водорода L, поступает к катализатору во втором синтезирующем устройстве 4b для восстановления катализатора.
8
Механизмы реакции, в ходе которой синтезируется ВТХ, и в частности реакции МТВ, в ходе которой бензол синтезируется из метана, включают механизм реакции, в которой углерод образуется в качестве побочного продукта, поскольку углеводород подвергают реакции избирательного дегидрирования. Получаемый таким образом углерод в основном оседает и накапливается на поверхности катализатора, в результате чего со временем происходит все большее ухудшение состояния катализатора и снижается его каталитическая активность. В качестве контрмеры во второе синтезирующее устройство 4b подают газообразный водород для восстановления катализатора из устройства 3 отделения водорода. Газообразный водород циркулирует и удаляет углерод, накопившийся на поверхности катализатора. Таким образом, удается предотвратить снижение каталитической активности за счет использования подаваемого газообразного водорода в качестве газа для восстановления катализатора. Следует отметить, что восстановление катализатора может осуществляться одновременно с реакцией синтеза ВТХ или может проводиться с перерывами путем прекращения подачи сырья по линии подачи сырья L и подачи лишь водорода.
В реакции синтеза ВТХ и в частности реакции МТВ, в ходе которой бензол синтезируют из метана, необходимыми являются следующие условия реакции: внутреннее давление предпочтительно не опускается ниже 0,1 МПа и не поднимается выше 3,0 МПа, а внутренняя температура предпочтительно не опускается ниже 600°C и не поднимается выше 1000°C, а более предпочтительно - не опускается ниже 700°C и не поднимается выше 900°C. В этих условиях реакции можно повысить эффективность производства ВТХ и скорость превращения метана при низком давлении реакции. Получая источник энергии, необходимой для производства ВТХ, из генерирующих энергию мощностей завода по производству аммиака, можно увеличить размер этих мощностей и можно повысить эффективность совместного производства аммиака и ВТХ.
Катализатор, в котором активный металл находится на носителе, расположен как катализатор, используемый в каталитической реакции. В качестве носителя могут использоваться цеолит, диоксид кремния, оксид алюминия, диоксид титана, диоксид циркония, диоксид церия или их комбинация. В качестве активного металла могут использоваться молибден (Mo), кобальт (Co), цинк (Zn), галлий (Ga), железо (Fe), медь (Cu), серебро (Ag), никель (Ni), вольфрам (W), рений (Re), барий (Ba), марганец (Mn), цирконий (Zr), платина (Pt), рутений (Ru), родий (Rh), палладий (Pd) или их комбинация. Носителем предпочтительно является цеолит, а более предпочтительно цеолит типа ZSM-5, а активным металлом предпочтительно является молибден. Использование катализатора этого типа позволяет повысить эффективность производства ВТХ и скорость превращения метана при низком давлении реакции. В результате можно повысить эффективность совместного производства аммиака и ароматического соединения.
43
45
43
43
Давление технологического газа, поступающего по технологической линии L, повышается во втором компрессоре 4c, и этот технологический газ подается на технологическую линию L для отделения/извлечения жидкой фазы ВТХ из технологического газа, подаваемого по технологической линии L, в газожидкостном сепараторе 4е, предпочтительно таким образом, чтобы степень извлечения ВТХ составляла приблизительно 80% или более. Следует отметить, что технологический газ, поступающий по технологической линии L во второй компрессор 4c, предварительно охлаждается до предварительно заданной температуры в охладителе (не показан).
45
46
Технологический газ, поступающий по технологической линии L, дополнительно охлаждают в охладителе 4d для облегчения выделения/извлечения жидкой фазы ВТХ, и этот охлажденный технологический газ подают на технологическую линию L. Источник энергии, вырабатываемой на заводе по производству аммиака, может также использоваться вторым компрессором 4c и охладителем 4d. Для повышения эффективности совместного производства аммиак, полученный из системы охлаждения описанного выше завода по производству аммиака, предпочтительно отводится и используется в качестве источника охлаждения.
4
2
6
2
3
2
2
3
2
3
2
3
4
2
6
3
8
Примеры охлаждающей среды, используемой для охлаждения, включают в себя органические охлаждающие среды, такие как метанол (CHO), этиленгликоль (CHO), аммиак (NH) и т.п.; горючие растворители на основе хлорфторуглеродов, например HFC-32 (CHF) и т.п.; и негорючие растворители на основе хлорфторуглеродов, например HFC-23 (CHF), HFC-134a (CHFCF), HCFC-22 (CHCLF), HCFC-124 (CHCLCF), PFC-14 (CF), PFC-116 (CF), PFC-218 (CF) и т.п. Для снижения себестоимости производства продукт расположенного рядом завода предпочтительно используется в качестве охлаждающей среды. Например, в настоящем варианте осуществления в качестве охлаждающей среды предпочтительно используется аммиак, поскольку рядом расположен завод по производству аммиака.
46
9
10
10
10
Технологический газ, подаваемый по технологической линии L, разделяют на жидкую фазу ВТХ и газовую фазу газовой смеси в газожидкостном сепараторе 4е; и жидкую фазу ВТХ подают на линию подачи ВТХ L, а газовую фазу газовой смеси - на линию подачи газовой смеси L. Следует отметить, что линия подачи газовой смеси L ответвляется таким образом, что часть газовой смеси, в основном включающей непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подают во второе синтезирующее устройство 4b, а остаток подают в устройство 2а для производства синтез-газа. Кроме того, количество газовой смеси, подаваемой во второе синтезирующее устройство 4b, можно регулировать с помощью регулировочного клапана подачи (не показан), предусмотренного на линии подачи газовой смеси L.
В соответствии с настоящим вариантом осуществления на заводе по производству аммиака, где аммиак синтезируется из природного газа, в основном содержащего метан, большое количество избыточного водорода, содержащегося в непрореагировавшем материале, а именно продувочном газе, в ходе реакции синтеза аммиака в производственном устройстве 2 может использоваться для восстановления катализатора, используемого в каталитической реакции в устройстве 4 для производства ароматического соединения; а непрореагировавший газ из устройства 4 для производства ароматического соединения может использоваться в качестве топлива для реакции паровой конверсии в производственном устройстве 2. Соответственно, можно синтезировать и производить как аммиак, так и ВТХ и эффективно получать аммиак и ВТХ при снижении затрат на производство.
Кроме того, источники избыточной энергии завода по производству аммиака могут использоваться вторым компрессором 4c и/или охладителем 4d для синтеза ароматического соединения. Таким образом, можно сократить затраты на энергию и техническое обслуживание мощностей и повысить эффективность совместного производства ВТХ и аммиака.
Кроме того, крупномасштабная система охлаждения, доступная на производственных мощностях 4 завода по производству аммиака, может использоваться в охладителе 4d устройства 2 синтеза ароматического соединения. Таким образом, можно сократить себестоимость производства и повысить эффективность совместного производства ВТХ и аммиака.
Ниже будет представлено более подробное описание второго варианта осуществления системы для производства ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на прилагаемые рисунки. Следует отметить, что в описании второго варианта осуществления отсутствуют конфигурации, идентичные конфигурациям первого варианта осуществления системы для производства ароматического соединения.
На фиг. 3 приведена концептуальная схема, поясняющая второй вариант осуществления системы для производства ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг. 3, система 1А для производства ароматического соединения в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя производственное устройство 2 (первое производственное устройство), устройство 3A отделения водорода, устройство 4А для производства ароматического соединения (второе производственное устройство), устройство 5 извлечения углекислого газа и устройство 6 получения метана (третье производственное устройство).
Производственное устройство 2 обеспечено на заводе по производству аммиака, синтезирующем аммиак из природного газа, в основном состоящего из метана. Кроме того, устройство 3A отделения водорода, устройство 4А для производства ароматического соединения, устройство 5 извлечения углекислого газа и устройство 6 получения метана расположены рядом с заводом по производству аммиака.
18
7
11
12
18
18
11
12
7
Устройство 3A отделения водорода расположено рядом с заводом по производству аммиака и соединено с линией подачи продувочного газа L, линией подачи топлива L и линиями подачи водорода L и L. Продувочный газ, подаваемый в предварительно заданном количестве по линии подачи продувочного газа L, поступает в устройство 3A отделения водорода, чтобы предотвратить накопление инертного газа. Устройство 3A отделения водорода выполнено с возможностью отделения водорода из продувочного газа, подаваемого по линии подачи продувочного газа L, подачи части водорода в устройство 4А для производства ароматического соединения посредством линии подачи водорода L и подачи оставшейся части водорода в устройство 6 получения метана посредством линии подачи водорода L, а также к производственному устройству 2 посредством линии подачи топлива L.
18
5
Хотя водород выделяют из продувочного газа в устройстве 3A отделения водорода, выделение всего водорода является сложной задачей. Парциальное давление водорода выше в непрореагировавшем газе, поступающем по линии подачи продувочного газа L через линию подачи непрореагировавшего газа L, чем в газовой смеси, поступающей из устройства 4А для производства ароматического соединения. Таким образом, водород может эффективно выделяться из непрореагировавшего газа, который характеризуется высоким парциальным давлением водорода, образующимся в производственном устройстве 2 завода по производству аммиака, и может использоваться для восстановления катализатора в устройстве 4А для производства ароматического соединения и синтезе метана в устройстве 6 получения метана.
Способ, используемый в первом варианте осуществления, в данном случае можно использовать в качестве способа отделения водорода в устройстве 3A отделения водорода.
На фиг. 4 приведена концептуальная схема, иллюстрирующая устройство 4А для производства ароматического соединения по второму варианту осуществления системы для производства ароматического соединения и способ получения ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением. Как показано на фиг. 4, устройство 4А для производства ароматического соединения (второе производственное устройство) включает в себя нагреватель 4Аа, второе синтезирующее устройство 4Ab, второй компрессор 4c, охладитель 4d и газожидкостный сепаратор 4Ае. Устройство 4А для производства ароматического соединения выполнено с возможностью получения ароматического соединения, имеющего шесть или более атомов углерода, в частности ВТХ, из природного газа, содержащего в основном низший углеводород, имеющий четыре или менее атомов углерода, а именно метана. Устройство 4А для производства ароматического соединения выполнено с возможностью подачи газовой смеси, в основном включающей непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, в производственное устройство 2 и использования этой газовой смеси в качестве топлива для процесса производства аммиака. Кроме того, устройство 4А для производства ароматического соединения выполнено с возможностью удаления отложений с поверхности катализатора, используемого в ароматическом соединении, с использованием водорода, подаваемого из устройства 3A отделения водорода.
15
41
43
15
41
42
43
15
Нагреватель 4Аа соединен с линией подачи газообразного метана L и технологическими линиями L-L. Нагреватель 4Аа выполнен с возможностью предварительного нагрева газообразного метана, подаваемого по линии подачи газообразного метана L, до предварительно заданной температуры, подходящей для синтеза ароматического соединения, и подачи этого подогретого газообразного метана на технологическую линию L. Кроме того, для повышения эффективности производства нагреватель 4Аа выполнен с возможностью обеспечения теплообмена с газообразным метаном с использованием тепла технологического газа с повышенной температурой, подаваемого посредством технологической линии L из описанного ниже второго синтезирующего устройства 4Ab, использования остаточного тепла газообразного метана и подачи этого газообразного метана на технологическую линию L. Таким образом, возможен эффективный предварительный нагрев сырья ВТХ, подаваемого по линии подачи газообразного метана L.
41
42
17
11
41
42
17
11
Второе синтезирующее устройство 4Ab соединено с технологическими линиями L и L, линией подачи газовой смеси L и линией подачи водорода L. Второе синтезирующее устройство 4Ab выполнено с возможностью синтеза ароматического соединения, имеющего шесть или более атомов углерода, в частности ВТХ, из метана, подаваемого по технологической линии L, и подачи ароматического соединения на технологическую линию L. Кроме того, второе синтезирующее устройство 4Ab выполнено с возможностью сжигания части газовой смеси, содержащей непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подаваемой посредством линии подачи газовой смеси L в нагревательную печь (не показана). Кроме того, второе синтезирующее устройство 4Ab выполнено с возможностью подачи газообразного водорода, поступающего по линии подачи водорода L, к присутствующему катализатору для его восстановления.
15
Механизмы реакции, в ходе которой синтезируется ВТХ во втором синтезирующем устройстве 4Ab, и в частности реакции МТВ, в ходе которой бензол синтезируется из метана, включают механизм реакции, в которой углерод образуется в качестве побочного продукта, поскольку углеводород подвергают реакции избирательного дегидрирования. Получаемый таким образом углерод в основном оседает и накапливается на поверхности катализатора, в результате чего со временем происходит все большее ухудшение состояния катализатора и снижается его каталитическая активность. В качестве контрмеры во второе синтезирующее устройство 4Ab подают газообразный водород для восстановления катализатора из устройства 3A отделения водорода. Газообразный водород циркулирует и удаляет углерод, накопившийся на поверхности катализатора. Таким образом, удается предотвратить снижение каталитической активности за счет использования подаваемого газообразного водорода в качестве газа для восстановления катализатора. Следует отметить, что восстановление катализатора может осуществляться одновременно с реакцией синтеза ВТХ или может проводиться с перерывами путем прекращения подачи сырья по линии подачи газообразного метана L и подачи лишь водорода.
Катализатор, расположенный во втором синтезирующем устройстве 4Ab, может быть таким же, как катализатор, используемый в первом варианте осуществления.
Условия проведения каталитической реакции во втором синтезирующем устройстве 4Ab могут быть такими же, как и условия, указанные в первом варианте осуществления.
46
16
17
46
16
17
17
17
Газожидкостный сепаратор 4Ае соединен с технологической линией L, линией подачи ВТХ L и линией подачи газовой смеси L. Газожидкостный сепаратор 4Ае выполнен с возможностью разделения технологического газа, подаваемого по технологической линии L, на жидкую фазу ВТХ и газовую фазу газовой смеси, в основном включающую непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подачи жидкой фазы ВТХ на линию подачи ВТХ L и подачи газовой фазы газовой смеси на линию подачи газовой смеси L. Следует отметить, что линия подачи газовой смеси L выполнена с возможностью ответвления таким образом, что часть газовой смеси подают во второе синтезирующее устройство 4Ab, а остаток подают в устройство 2а для производства синтез-газа. Кроме того, количество газовой смеси, подаваемой во второе синтезирующее устройство 4Ab, можно регулировать с помощью регулировочного клапана подачи (не показан), предусмотренного на линии подачи газовой смеси L. Таким образом, второе производственное устройство 4А выполнено с возможностью производства ВТХ и подачи газовой смеси, образующейся в ходе реакции синтеза ВТХ, в первое производственное устройство 2 в качестве топлива.
2
13
14
2
13
14
Хорошо известное устройство извлечения, расположенное рядом с заводом по производству аммиака, может использоваться в качестве устройства 5 извлечения углекислого газа, и предпочтительно используется устройство извлечения с применением KM-CDR Process. Устройство 5 извлечения углекислого газа соединено с линией подачи отходящего газа L, линией подачи углекислого газа L и линией подачи обработанного газа L. Отходящий газ, поступающий по линии подачи отходящего газа L, в основном содержит углекислый газ, воду, азот и кислород. Устройство 5 извлечения углекислого газа выполнено с возможностью выделения и извлечения углекислого газа из отходящего газа и подачи этого углекислого газа на линию подачи углекислого газа L. Кроме того, устройство 5 извлечения углекислого газа выполнено с возможностью подачи обработанного газа, получено путем удаления углекислого газа из отходящего газа, на линию подачи обработанного газа L.
12
13
15
12
13
15
Устройство 6 получения метана расположено рядом с заводом по производству аммиака, его внутренняя температура и давление могут регулироваться, и оно соединено с линией подачи водорода L, линией подачи углекислого газа L и линией подачи газообразного метана L. Устройство 6 получения метана выполнено с возможностью синтеза метана путем реакции метанирования с использованием присутствующего катализатора из водорода, подаваемого по линии подачи водорода L, и углекислого газа, подаваемого по линии подачи углекислого газа L, и подачи метана на линию подачи газообразного метана L.
Хорошо известный катализатор, способный обеспечивать метанирование из углекислого газа и водорода, может использоваться в качестве катализатора в устройстве 6 получения метана. Катализатор предпочтительно представляет собой катализатор, изготовленный из никеля. Реакция метанирования обеспечивает получение метана из углекислого газа и водорода, как показано ниже в формуле (7). Поскольку реакции метанирования представляют собой экзотермические реакции, температурой катализатора можно управлять с помощью охладителя (не показан). Обычно в реакции наблюдается недостаток водорода, однако в процессе производства аммиака в соответствии с настоящим вариантом осуществления природный газ поступает от внешнего источника в качестве топлива, а также непрореагировавший газ из устройства 4А для производства ароматического соединения подается в качестве топлива. Таким образом, большое количество водорода образуется в виде непрореагировавшего материала. Таким образом, синтез метана может осуществляться без необходимости в пополнении водорода из внешнего источника. Следует отметить, что, поскольку при протекании реакции образуется вода, ее можно удалить с помощью газожидкостного сепаратора (не показан) для повышения чистоты метана в содержащем метан газе, подаваемом в устройство 4А для производства ароматического соединения.
Химическая формула 7
На заводе по производству аммиака, где аммиак синтезируется из природного газа, природный газ, подаваемый в устройство 2 синтеза, может подаваться от внешнего источника. В соответствии с настоящим вариантом осуществления обеспечиваются те же преимущества, что и в первом варианте осуществления. Метан можно синтезировать из избыточного водорода завода по производству аммиака и углекислого газа, выпускаемого в атмосферу в виде отходящего газа, и этот метан может использоваться в производстве ВТХ во втором синтезирующем устройстве 4Ab устройства 4А для производства ароматического соединения. Соответственно, возможно эффективное совместное производство ВТХ и аммиака. Кроме того, настоящий вариант осуществления является предпочтительным с точки зрения предотвращения глобального потепления, поскольку углекислый газ можно эффективно использовать в качестве сырья вместо того, чтобы выпускать его в атмосферу.
Ниже при описании рабочей конфигурации системы для производства ароматического соединения (второй вариант осуществления) будет подробно описан второй вариант осуществления способа производства ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением. Следует отметить, что в описании отсутствуют конфигурации, идентичные конфигурациям первого варианта осуществления способа получения ароматического соединения.
18
5
7
11
12
Далее будет описан способ выделения водорода из продувочного газа. Водород выделяют из продувочного газа, поступающего по линии подачи продувочного газа L через линию подачи непрореагировавшего газа L в устройство 3A отделения водорода, расположенное рядом с заводом по производству аммиака. Часть выделенного водорода подают в устройство 2а для производства синтез-газа посредством линии подачи топлива L, а остаток подают в устройство 4А для производства ароматического соединения посредством линии подачи водорода L, а также подают в устройство 6 получения метана посредством линии подачи водорода L.
5
Водород выделяют из продувочного газа в устройстве 3A отделения водорода. Парциальное давление водорода выше в непрореагировавшем газе, поступающем по линии подачи непрореагировавшего газа L, чем в непрореагировавшем газе, поступающем из устройства 4А для производства ароматического соединения. Таким образом, водород может эффективно выделяться из непрореагировавшего газа, который характеризуется высоким парциальным давлением водорода, образующимся в производственном устройстве 2 завода по производству аммиака, и может использоваться для восстановления катализатора в устройстве 4А для производства ароматического соединения и в синтезе метана в устройстве 6 получения метана.
Способ, используемый в первом варианте осуществления, можно использовать в данном случае в качестве способа выделения водорода.
11
Далее будет описан способ получения ароматического соединения. Ароматическое соединение, имеющее шесть или более атомов углерода, в частности ВТХ, получают из природного газа, в основном содержащего низший углеводород, имеющий четыре или менее атомов углерода, а именно метана. Кроме того, газовая смесь, в основном включающая непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подается в производственное устройство 2, и эта газовая смесь используется в качестве топлива для процесса производства аммиака. Водород, подаваемый из устройства 3 отделения водорода посредством линии подачи водорода L в устройство 4А для производства ароматического соединения, используется для восстановления катализатора для удаления накопившихся на нем отложений.
15
41
Далее приводится подробное описание способа производства ароматического соединения. Как показано на фиг. 4, после предварительного нагревания природного газа, подаваемого по линии подачи сырья L, нагревателем 4Аа до предварительно заданной температуры, подходящей для синтеза ароматического соединения, этот предварительно нагретый природный газ подают на технологическую линию L.
41
42
17
11
42
43
15
Ароматическое соединение, имеющее шесть или более атомов углерода, в частности ВТХ, синтезируют из метана, подаваемого по технологической линии L, посредством каталитической реакции с использованием предварительно заданного катализатора во втором синтезирующем устройстве 4Ab, и это ароматическое соединение подают в технологическую линию L. В это время часть газовой смеси, содержащей непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подаваемой посредством линии подачи газовой смеси L, сжигают в нагревательной печи (не показана). Кроме того, газообразный водород, подаваемый по линии подачи водорода L, поступает к катализатору во втором синтезирующем устройстве 4Ab для восстановления катализатора. Осуществляется теплообмен с природным газом с использованием тепла технологического газа, подаваемого посредством технологической линии L из второго синтезирующего устройства 4Ab, и после использования остаточного тепла газообразного метана этот природный газ подают на технологическую линию L. Таким образом, возможен эффективный предварительный нагрев сырья, подаваемого по линии подачи сырья L.
15
Механизмы реакции, в ходе которой синтезируется ВТХ, и в частности реакции МТВ, в ходе которой бензол синтезируется из метана, включают механизм реакции, в которой углерод образуется в качестве побочного продукта, поскольку углеводород подвергают реакции избирательного дегидрирования. Получаемый таким образом углерод в основном оседает и накапливается на поверхности катализатора, в результате чего со временем происходит все большее ухудшение состояния катализатора и снижается его каталитическая активность. В качестве контрмеры во второе синтезирующее устройство 4Ab подают газообразный водород для восстановления катализатора из устройства 3A отделения водорода. Газообразный водород циркулирует и удаляет углерод, накопившийся на поверхности катализатора. Таким образом, удается предотвратить снижение каталитической активности за счет использования подаваемого газообразного водорода в качестве газа для восстановления катализатора. Следует отметить, что восстановление катализатора может осуществляться одновременно с реакцией синтеза ВТХ или может проводиться с перерывами путем прекращения подачи сырья по линии подачи сырья L и подачи лишь водорода.
Катализатор, используемый в первом варианте осуществления, также может использоваться в качестве катализатора такого типа для реакции синтеза ВТХ, в частности в реакции МТВ, в ходе которой бензол синтезируют из метана.
Условия реакции, используемые в первом варианте осуществления, могут использоваться в данном случае в качестве условий для реакции с использованием этого катализатора.
43
46
16
17
17
17
Технологический газ, подаваемый по технологическим линиям L-L во второй компрессор 4c и охладитель 4d, разделяют в газожидкостном сепараторе 4Ае на жидкую фазу ВТХ и газовую фазу газовой смеси. Выделенное ВТХ подают на линию подачи ВТХ L, а газовую смесь - на линию подачи газовой смеси L. Кроме того, линия подачи газовой смеси L ответвляется таким образом, что часть газовой смеси, в основном включающей непрореагировавший метан и водород в качестве побочного продукта, подают во второе синтезирующее устройство 4Ab, а остаток подают в устройство 2а для производства синтез-газа. Кроме того, количество газовой смеси, подаваемой во второе синтезирующее устройство 4Ab, можно регулировать с помощью регулировочного клапана подачи (не показан), предусмотренного на линии подачи газовой смеси L.
2
13
14
Далее будет описан способ синтеза метана. Отходящий газ, поступающий из линии подачи отходящего газа L, помимо углекислого газа в основном содержит воду, азот и кислород. Таким образом, углекислый газ выделяют и извлекают из отходящего газа в устройстве 5 извлечения углекислого газа и подают на линию подачи углекислого газа L. Кроме того, обработанный газ, полученный путем удаления углекислого газа из отходящего газа, подается на линию подачи обработанного газа L. KM-CDR Process предпочтительно используют в качестве устройства 5 извлечения углекислого газа.
12
13
15
Метан синтезируют в устройстве 6 получения метана путем реакции метанирования с использованием катализатора из водорода, подаваемого по линии подачи водорода L, и углекислого газа, подаваемого по линии подачи углекислого газа L, и подают на линию подачи газообразного метана L.
Хорошо известный катализатор, способный обеспечивать метанирование из углекислого газа и водорода, может использоваться в качестве катализатора для реакции метанирования. Катализатор предпочтительно представляет собой катализатор, изготовленный из никеля. Реакция метанирования обеспечивает получение метана из углекислого газа и водорода, как показано ниже в формуле (7). Поскольку реакции метанирования представляют собой экзотермические реакции, температурой катализатора можно управлять с помощью охладителя (не показан). Обычно в реакции наблюдается недостаток водорода, однако в процессе производства аммиака в соответствии с настоящим вариантом осуществления природный газ поступает от внешнего источника в качестве топлива, а также непрореагировавший газ из устройства 4А для производства ароматического соединения подается в качестве топлива. Таким образом, большое количество водорода образуется в виде непрореагировавшего материала. Таким образом, синтез метана может осуществляться без необходимости в пополнении водорода из внешнего источника. Следует отметить, что, поскольку при протекании реакции образуется вода, ее можно удалить с помощью газожидкостного сепаратора (не показан) для повышения чистоты метана в газе, подаваемом в устройство 4А для производства ароматического соединения.
Химическая формула 8
На заводе по производству аммиака, где аммиак синтезируется из природного газа, природный газ, подаваемый в устройство 2 синтеза, может подаваться от внешнего источника. В соответствии с настоящим вариантом осуществления обеспечиваются те же преимущества, что и в первом варианте осуществления. Метан можно синтезировать из избыточного водорода завода по производству аммиака и углекислого газа, выпускаемого в атмосферу в виде отходящего газа, и этот метан может использоваться в производстве ВТХ во втором синтезирующем устройстве 4Ab устройства 4А для производства ароматического соединения. Соответственно, возможно эффективное совместное производство ВТХ и аммиака. Кроме того, настоящий вариант осуществления является предпочтительным с точки зрения предотвращения глобального потепления, поскольку углекислый газ можно эффективно использовать в качестве сырья вместо того, чтобы выпускать его в атмосферу.
Следует отметить, что в описанных выше вариантах осуществления приведены примеры, в которых устройства 3 и 3A отделения водорода и устройства 4 и 4А для производства ароматического соединения расположены рядом с заводом по производству аммиака, однако настоящее изобретение не ограничивается такой конфигурацией. Например, для оптимизации объемов инвестиций в производство, движущей силы и затрат на техническое обслуживание устройства 3 и 3A отделения водорода и/или устройства 4 и 4А для производства ароматического соединения могут быть расположены на заводе по производству аммиака. В этом случае можно использовать источники энергии завода по производству аммиака. Кроме того, устройства 3 и 3A отделения водорода и/или устройства 4 и 4А для производства ароматического соединения могут располагаться на отдельном или специально построенном заводе по производству ароматических соединений. В этом случае часть источников энергии, получаемой на заводе по производству аммиака, может использоваться устройствами 3 и 3A отделения водорода и/или устройствами 4 и 4А для производства ароматического соединения, а часть источников энергии, получаемой на заводе по производству ароматического соединения, может использоваться производственным устройством 2. Указанные решения значительно способствуют повышению эффективности совместного производства аммиака и ароматического соединения.
В описанных выше вариантах осуществления приведены примеры, в которых устройство 5 извлечения углекислого газа и устройство 6 получения метана расположены рядом с заводом по производству аммиака, однако настоящее изобретение не ограничивается такой конфигурацией. Например, для оптимизации объемов инвестиций в производство, движущей силы и затрат на техническое обслуживание устройство 5 извлечения углекислого газа и/или устройство 6 получения метана могут быть расположены на заводе по производству аммиака. В этом случае можно использовать источники энергии завода по производству аммиака. Кроме того, устройство 5 извлечения углекислого газа и/или устройство 6 получения метана могут располагаться на отдельном или специально построенном заводе по производству ароматических соединений. В этом случае часть источников энергии, получаемой на заводе по производству аммиака, может использоваться устройством 5 извлечения углекислого газа и/или устройством 6 получения метана, и часть источников энергии, получаемой на заводе по производству ароматического соединения, может использоваться устройством 5 извлечения углекислого газа и/или устройством 6 получения метана. Указанные решения значительно способствуют повышению эффективности совместного производства аммиака и ароматического соединения.
В описанных выше вариантах осуществления приведены примеры, в которых производственное устройство 2 для синтеза целевого соединения из природного газа расположено на заводе по производству аммиака, однако настоящее изобретение не ограничивается такой конфигурацией. Если завод имеет такие же производственные мощности или использует такие же способы производства, как завод для производства целевого соединения из природного газа, производственное устройство 2 может, например, относиться к заводу по производству метанола, водорода, мочевины или аналогичному производственному устройству.
В описанных выше вариантах осуществления приведены примеры, в которых в качестве сырья использовали природный газ, однако настоящее изобретение не ограничивается такой конфигурацией. Если сырье содержит низшие углеводороды, газ, полученный при газификации угля, биомассы, коксовый газ (COG) и т.п. можно использовать в качестве сырья. Из этих типов сырья можно обеспечить совместное производство соединения и ароматического соединения.
Промышленное применение
В соответствии с системой для производства ароматического соединения и способом синтеза ароматического соединения в соответствии с настоящим изобретением можно повысить чистоту избыточного водорода в продувочном газе, образующемся в качестве побочного продукта завода, и он может использоваться для восстановления катализатора, используемого при синтезе ароматического соединения. Кроме того, непрореагировавший газ из реакции синтеза ароматического соединения может использоваться на заводе по производству аммиака или метанола. Кроме того, в результате расположения рядом завода по производству аммиака или метанола с устройством для производства ароматического соединения возможно эффективное совместное производство ароматического соединения и продукта завода по производству аммиака или метанола.
Перечень позиционных обозначений
1,1A Система для производства ароматического соединения
2 Производственное устройство (первое производственное устройство)
2а Паровой конвертор
2b Первый компрессор
2c Первое синтезирующее устройство
3, 3A Устройство отделения водорода
4, 4A Устройство для производства ароматического соединения (второе производственное устройство)
4а, 4Аа Нагреватель
4b, 4Ab Второе синтезирующее устройство
4c Второй компрессор
4d Охладитель
4e, 4Ae Газожидкостный сепаратор
5 Устройство извлечения углекислого газа
6 Устройство получения метана (третье производственное устройство).