УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА ИЗ ИСХОДНОГО ГАЗА, СОДЕРЖАЩЕГО МЕТАН
APPARATUS FOR PRODUCING METHANOL FROM FEED GAS CONTAINING METHANE

Изобретение относится к оборудованию для получения метанола из исходного газа, содержащего метан, в частности, природного, сланцевого или попутного нефтяного газа, и может быть использовано в производстве метанола, в частности, на установках, расположенных непосредственно в зонах добычи и первичной переработки исходного газа.
Известны различные установки для получения метанола из природного газа, включающие аппараты для риформинга природного газа, синтеза метанола из продуктов риформинга, ректификации метанола-сырца (М.М. Караваев и др. Технология синтетического метанола, М.: Химия, 1984, с. 21-33, 106-115, 181-187).
Наиболее близкой к предложенной является установка для получения метанола из природного газа, содержащая связанные между собой системой трубопроводов печь парового риформинга части природного газа, поступающего на установку, с обогревом путем сжигания другой части природного газа и отводом конвертированного газа и дымовых газов, аппараты для подготовки и деаэрирования воды, предназначенной для риформинга, реактор каталитического синтеза метанола из конвертированного газа, колонну ректификации метанола, теплообменники, использующие тепло конвертированного газа для подогрева воды перед аппаратом деаэрирования, испарения деаэрированной воды и нагревания кубовой жидкости ректификационной колонны, теплообменники, использующие тепло дымовых газов для подогрева деаэрированной воды, перегрева водяного пара перед смешением с природным газом, подогрева природного газа перед смешением с водяным паром, подогрева смеси природного газа с водяным паром перед печью парового риформинга, подогрева конвертированного газа перед реактором каталитического синтеза метанола, конденсаторы жидкостей и сепараторы для отделения жидкостей от газов (RU 2453525, С07С 31/04, С07С 29/151, С01В 3/32, B01J 8/00, 2012).
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении энергетической эффективности установки для получения метанола из исходного газа, содержащего метан.
Для решения этой задачи предложена установка для получения метанола из исходного газа, содержащего метан, включающая связанные между собой системой трубопроводов печь парового риформинга части исходного газа, поступающего на установку, с обогревом печи путем сжигания другой части исходного газа и отводом конвертированного газа и дымовых газов, аппараты для подготовки и деаэрирования воды, предназначенной для риформинга, реактор каталитического синтеза метанола из конвертированного газа, колонну ректификации метанола, теплообменники, использующие тепло конвертированного газа для подогрева воды перед аппаратом деаэрирования, для испарения деаэрированной воды и нагревания кубовой жидкости ректификационной колонны, теплообменники, использующие тепло дымовых газов для подогрева деаэрированной воды, перегрева водяного пара перед смешением с исходным газом, подогрева исходного газа перед смешением с водяным паром, подогрева смеси исходного газа с водяным паром перед печью парового риформинга, подогрева конвертированного газа перед реактором каталитического синтеза метанола, конденсаторы и сепараторы для отделения жидкостей от газов, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит теплообменник, использующий тепло конвертированного газа для подогрева деаэрированной воды, и теплообменники, использующие тепло дымовых газов для подогрева воды перед аппаратом для подготовки воды, для испарения деаэрированной воды и подогрева указанной другой части исходного газа перед ее сжиганием.
Технический результат, достигаемый с помощью предложенного изобретения, состоит в том, что введение в состав установки дополнительных теплообменников позволяет более полно использовать энергетический потенциал двух высокотемпературных газовых потоков, продуцируемых в печи риформинга - потока конвертированного газа и потока дымовых газов.
В зависимости от состава исходного газа, в зоне добычи которого расположена установка для получения метанола, предложенное изобретение может содержать дополнительное оборудование. Так, при наличии в исходном газе существенного количества сернистых соединений установка может содержать аппараты для его очистки от них известными методами (Т.А. Семенова и др. Очистка технологических газов, М.: Химия, 1977, с. 287-330), а при повышенном содержании гомологов метана -аппарат предварительного риформинга по известному методу (RU 2394755, С01В 3/38, 2010). В случае, когда из источника исходного газа возможно поступление значительных количеств воды, установка может содержать сепаратор-пробкоуловитель (http://scholz.ru/products/separatory/vhodnoj_separator-probkoulovitel; RU 2534634, B01D 45/12, 47/10, 2014)
Сущность изобретения иллюстрируется прилагаемым чертежом, на котором изображена схема установки, являющейся одним из конкретных воплощений предложенного изобретения - для случая, когда осуществляется и очистка исходного газа от сернистых соединений, и предварительный риформинг, и при этом не исключена возможность поступления воды с исходным газом.
В соответствии с чертежом, установка включает следующие аппараты и машины, связанные между собой системой трубопроводов:
- аппараты 1 для очистки исходного газа от сернистых соединений (сероочистки), реактор 2 предварительного риформинга, трубчатую печь риформинга 3 с блоком 4 теплообменной аппаратуры дымовых газов, реактор 5 синтеза метанола, ректификационную колонну 6,
- теплообменники 7-9, котел-утилизатор 10, теплообменники 11-13, расположенные в блоке 4,
- котел-утилизатор 14, теплообменники 15-18, сепараторы воды 19-22 и компрессоры 23 и 24 на линии конвертированного газа от трубчатой печи 3 к реактору синтеза метанола 5,
- конденсатор метанола 25, сепаратор 26 и сборник метанола 27, насос 28 и теплообменник 29 на линии метанола от реактора 5 синтеза метанола к ректификационной колонне 6,
- конденсатор 30 и сборник 31 метанола из ректификационной колонны 6,
- кипятильник 32 ректификационной колонны 6 и насос 33 кубовой жидкости,
- сепаратор-пробкоуловитель 34 на линии ввода исходного газа в установку,
- аппарат 35 для обессоливания воды, насос 36, аппарат 37 для деаэрации и насос 38 на линии подачи воды в установку,
- сепаратор пара 39,
- сборник 40 воды из сепараторов 19-22 и насос 41 для воды из сборника 40.
Установка работает следующим образом.
Поток 42 исходного газа, поступающего на установку, освобождают от влаги в сепараторе-пробкоуловителе 34 и разделяют на два потока. Поток, предназначенный для сжигания в печи, подогревают дымовыми газами в теплообменнике 12 до 50-100°С и направляют в печь риформинга 3. К потоку исходного газа, используемому в качестве сырья для осуществления риформинга, добавляют газ, содержащий водород (газовые сдувки), из сепаратора метанола 26 и сборника 27, нагревают этот поток дымовыми газами в теплообменнике 9 и направляют в один из попеременно работающих аппаратов 1 каталитической очистки от сернистых соединений, осуществляемой при давлении ~2,8 МПа (здесь и далее указываемая величина давления означает избыточное давление) и температуре 350-400°С.
Поток 43 исходной воды подогревают в теплообменнике 13, обогреваемом дымовыми газами, подвергают обессоливанию в аппарате 35, насосом 36 через теплообменник 16, обогреваемый конвертированным газом, подают в аппарат 37 для деаэрации. Деаэрированную воду, подаваемую насосом 38, последовательно подогревают в теплообменнике 15, обогреваемом конвертированным газом, теплообменнике 11, обогреваемом дымовыми газами, а затем направляют в котлы-утилизаторы 10 и 14, обогреваемые соответственно дымовыми газами и конвертированным газом. Пар из котлов-утилизаторов 10 и 14 поступает в сепаратор 39, а затем в теплообменник 8, обогреваемый дымовыми газами, где перегревается и далее поступает на смешение с исходным газом. Котловую воду из сепаратора 39 возвращают в аппарат 37 для деаэрации.
Исходный газ из аппарата 1 для сероочистки смешивают с частью перегретого пара из теплообменника 8 и подают в реактор предварительного риформинга 2 для проведения первичной паровой конверсии гомологов метана в исходном газе на высокоактивном катализаторе на основе никеля в диапазоне температур 400-450°С. Парогазовую смесь, выходящую из реактора предварительного риформинга 2, смешивают с другой частью перегретого пара из теплообменника 8, подогревают до 500-600°С в теплообменнике 7, обогреваемом дымовыми газами, и направляют в трубы печи риформинга 3, где при температуре 800-900°С и давлении ~2,6 МПа в присутствии катализатора осуществляется конверсия - реакция метана с водяным паром с образованием водорода и монооксида углерода. Печь риформинга 3 обогревается благодаря сжиганию части исходного газа после теплообменника 12 в смеси с воздухом (поток 44)
Конвертированный газ из печи риформинга 3 последовательно охлаждается, проходя котел-утилизатор 14, где продуцируется насыщенный пар, теплообменник 15, где нагревается деаэрированная вода, сепаратор 19, где отделяется сконденсированная вода, кипятильник 32 куба ректификационной колонны 6, сепаратор 20, где также отделяется сконденсированная вода, теплообменник 16, где нагревается обессоленная вода, сепаратор 21, где также отделяется сконденсированная вода, теплообменник 17, охлаждаемый тосолом, и сепаратор 22, где также отделяется сконденсированная вода. Вода, отделенная в сепараторах 19-22, поступает в сборник 40, откуда с помощью насоса 41 возвращается в цикл.
Дымовые газы в блоке 4 печи риформинга 3 последовательно проходят через теплообменник 7, нагревая парогазовую смесь перед печью риформинга 3, теплообменник 8, перегревая насыщенный водяной пар, теплообменник 9, нагревая исходный газ в смеси с газовыми сдувками из сепаратора 26 и сборника 27 перед егр подачей в аппарат 1 для сероочистки, котел-утилизатор 10, испаряя деаэрированную воду, теплообменник 11, нагревая деаэрированную воду, теплообменник 12, нагревая исходный газ перед его сжиганием в печи риформинга 3, теплообменник 13, нагревая исходную воду.
Осушенный конвертированный газ после сепаратора 22 компрессором 23 сжимают до давления ~4,5-4,6 МПа, смешивают с циркуляционным газом из сепаратора 26, и дожимающим циркуляционным компрессором 24 сжимают до ~5,0 МПа и далее подают в реактор 5 синтеза метанола через теплообменник 18, где конвертированный газ подогревается за счет тепла продуктов синтеза метанола в реакторе 5. Синтез метанола в реакторе 5 осуществляется при температуре 200-300°С и давлении ~5,0 МПа в присутствии медьсодержащего катализатора. Регулирование температуры в каталитической зоне осуществляется автоматически, подачей холодного газа по байпасам.
Газообразные продукты из реактора 5 поступают в аппарат воздушного охлаждения 25, где метанол конденсируется, отделяется в сепараторе 26 от неконденсирующегося газа и далее через сборник 27 и, с помощью насоса 28, через подогреватель 29 подается в ректификационную колонну 6.
В ректификационной колонне 6, снабженной кипятильником 32, который обогревается конвертированным газом, пары метанола отделяются от органических примесей с более высокой температурой кипения. Пары метанола конденсируют в аппарате воздушного охлаждения 30 и через сборник 31 отправляют потребителю (поток 45). Кубовую жидкость из колонны 6 насосом 33 возвращают в сборник 40, откуда с помощью насоса 41 возвращают в водооборотный цикл.