СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ
METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING ONE OR MORE REACTION PRODUCTS

Изобретение относится к способу и установке для получения одного или нескольких продуктов реакции, в частности, диметилового эфира или других оксигенатов, согласно ограничительным частям независимых пунктов формулы изобретения.
Диметиловый эфир (DME) является структурно простейшим эфиром. Диметиловый эфир содержит две метиловые группы в виде органических остатков. Диметиловый эфир является полярным и применяется обычно в жидком виде в качестве растворителя. Кроме того, диметиловый эфир можно использовать также в качестве охлаждающего средства, и тем самым заменять обычные фторхлоруглеводороды. В последнее время диметиловый эфир все больше используется также для замены горючего газа (жидкого газа) и обычных топлив, таких как дизельное топливо. На основании своего сравнительно высокого цетанового числа от 55 до 60, например, обычные дизельные двигатели можно не модифицировать или модифицировать лишь незначительно для работы с диметиловым эфиром. При этом диметиловый эфир сгорает сравнительно чисто и без образования сажи.
Диметиловый эфир можно получать с помощью двухступенчатого синтеза из синтез-газа через промежуточный этанол, как указано, например, в главе 4 Справочника DME, Japan DME Forum, Tokyo, ISBN 978-4-9903839-0-9. Двухступенчатый синтез отличается тем, что сначала изготавливают метанол из синтез-газа, при этом метанол отделяют от непревращенного синтез-газа, а затем метанол отдельно в следующей стадии дегидратизуют в диметиловый эфир и воду.
Данное изобретение пригодно для использования при получении диметилового эфира, а также других оксигенатов из синтез-газа. Синтез–газ или, соответственно, сборный поток синтез-газа можно подвергать в рамках данного изобретения любым известным синтезирующим реакциям, например, синтезу Фишера-Тропша.
Согласно расхожему определению, которое находит применение также в данном случае, оксигенаты являются соединениями, которые имеют по меньшей мере одну ковалентно соединенную с атомом кислорода акриловую группу. По меньшей мере одна акриловая группа может иметь до четырех или до трех атомов углерода. В частности, оксигенаты, которые представляют интерес в рамках данного изобретения, имеют акриловые группы с одним или двумя атомами кислорода, в частности, речь идет о метиловых группах. В частности, речь идет об одноатомных спиртах и диалкиловых эфирах, таких как метанол и диметиловый эфир или соответствующие смеси.
В патентной литературе, например в DE 236 29 44 А1, уже в 1973г. приведено описание прямого синтеза диметилового эфира из синтез-газа. При этом применяется одна общая ступень реакции, в которой из водорода, оксида углерода и диоксида углерода образуется метанол и диметиловый эфир. Прямой синтез диметилового эфира из синтез-газа характеризуется тем, что при этом обычно не происходит отделения метанола и его отдельное дальнейшее превращение в диметиловый эфир. Соответствующие способы указаны, например, в публикации ”DimethylEther (DME) TechnologyandMarkets”, PERP07/08-S3, фирмы NexantTechnology, Inc., декабрь 2008, а также в упомянутом Справочнике DME японского форума DME.
Стехиометрическое число (Stoichiometric Number – SN) обычно применяется специалистами в данной области техники для характеристики синтез-газа. Оно определено как
2
2
2
SN=(xH-xCO)/(xCO+XCO),
2
2
где х обозначает соответствующий молекулярный вес компонентов водород (Н), оксид углерода (СО) и диоксид углерода (СО). При соответствующем двухступенчатом синтезе обычно применяются синтез-газы со стехиометрическим числом от 2 до 2,05 в качестве свежего газа для синтеза метанола, в противоположность этому, при прямом синтезе часто применяют синтез-газ со значительно меньшим стехиометрическим числом.
В классическом способе для одноступенчатого синтеза диметилового эфира требуется, например, стехиометрическое число от 1 до 1,5, при этом, как правило, перед выполнением соответствующего способа необходимо выделять диоксид углерода из синтез-газа. В разработанном заявителем способе, в котором диметиловый эфир синтезируется непосредственно из богатого метаном природного газа, в противоположность этому предусмотрено применение синтез-газа со стехиометрическим числом от 2 до 5. Это может достигаться, например, с помощью свежего синтез-газа со стехиометрическим числом примерно 2,05 и возврата соответствующего не преобразованного синтез-газа, за счет чего в способе происходит обогащение водородом, и тем самым повышается стехиометрическое число. При этом указанное стехиометрическое число от 2 до 5 получается на входе в применяемый реактор синтезирования.
Для подготовки синтез-газа со стехиометрическим числом от 2 до 5 из богатого метаном природного газа известны различные способы. Например, в US 2009/0105356 А1 для получения синтез-газа предлагается последовательная комбинация парового риформинга и автотермического риформинга, при этом часть свежего газа подается непосредственно для автотермического риформинга в обход парового риформинга. Например, из US 7 485 767 В2 известен способ, в котором природный газ подается, с одной стороны, для парциального окисления или автотермического риформинга и, с другой стороны, для парового риформинга. Таким образом, парциальное окисление или автотермический риформинг, с одной стороны, и паровой риформинг, с другой стороны, выполняются параллельно. Полученные соответствующие синтез-газы объединяются в общий поток синтез-газа, который имеет желаемое стехиометрическое число.
При этом парциальное окисление или, соответственно, автотермический риформинг выполняется при более высоком давлении, чем паровой риформинг, так что получаемый в паровом риформинге синтез-газ перед объединением с получаемым при парциальном окислении или, соответственно, автотермическом риформинге синтез-газом необходимо сжимать. Известны также альтернативные способы, например, описание которых приведено в WO 1993/015999 А1 и ЕР 0 522 744 А2.
Расчеты показывают, что в частности, при параллельном включении парциального окисления или автотермического риформинга, с одной стороны, и парового риформинга, с другой стороны, можно ожидать особенно высокой энергетической эффективности. При этом энергетическая эффективность, в частности, повышается, когда парциальное окисление, соответственно, автотермический риформинг, с одной стороны, выполняется при сравнительно высоком давлении (например, 35–80 бар), а паровой риформинг, с другой стороны, выполняется при сравнительно низком давлении (например, примерно 10–35 бар).
При прямом синтезе диметилового эфира образуется, когда не превращенный синтез-газ возвращается для синтеза, высокая концентрация диоксида углерода в синтез-газе. Это может приводить к уменьшенной скорости реакции и меньшему преобразованию. Кроме того, при прямом синтезе диметилового эфира могут возникать сравнительно большие количества метана, этана и пропана, которые необходимо отделять с большими затратами. Соответственно, это относится также к другим реакциям синтезирования.
В основу данного изобретения положена задача улучшения соответствующих способов, в частности, относительно указанных последними аспектов.
Эта задача решена с помощью способа и установки для получения одного или нескольких продуктов реакции, в частности диметилового эфира или других оксигенатов, с признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения, а также последующего описания.
Перед пояснением признаков и преимуществ данного изобретения приводится пояснение основ и применяемых понятий.
Относительно способа и устройства для получения синтез-газа, в частности, относительно парциального окисления (Partial Oxidation), автотермического риформинга (Autothermal Reforming, ATR) и парового риформинга (Steam Methane Reforming, SMR) делается ссылка на известные статьи учебников, такие как, например, статья ”Gas Production”, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, онлайновый выпуск 15 декабря 2006, DOI 10.1002/14356007.a12_169.pub2, или раздел 4.2 “Synthesis gas production technology”, Handbook DME.
В данной заявке для характеристики давлений и температур применяются понятия уровень давления и уровень температуры, что должно означать, что соответствующие давления и температуры в соответствующей установке не должны применяться в виде точных значений давления, соответственно, температуры для реализации идеи изобретения. Однако эти давления и температуры находятся в определенных диапазонах, которые лежат, например, ±1%, 5%, 10%, 20% или даже 50% вокруг среднего значения. При этом уровни давления и уровни температуры могут лежать в разделенных диапазонах или в диапазонах, которые перекрывают друг друга. В частности, например, уровни давления включают неизбежные или ожидаемые потери тепла, например, на основании эффектов охлаждения. Соответственно, это относится к уровням температуры. Указываемые в бар уровни давления относятся к абсолютным давлениям.
Жидкие и газообразные потоки могут быть в применяемом здесь словоупотреблении богатыми или бедными одним или несколькими компонентами, при этом «богатый» относится к содержанию по меньшей мере 50%, 75%, 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99б9% или 99,99%, а «бедный» относится к содержанию максимально 50%, 25%, 10%, 5%, 1%, 0,1% или 0,01% относительно молекулярного веса, массы или объема. Понятие «преимущественно» может соответствовать определению «богатый». Кроме того, жидкие и газообразные потоки могут быть в применяемом здесь словоупотреблении обогащенными и обедненными одним или несколькими компонентами, при этом эти понятия относятся в соответствующему содержанию в исходной смеси, из которой получается жидкий или газообразный поток. Жидкий или газообразный поток является «обогащенным», когда он содержит в 1,1 раза, 1,5 раза, 2 раз, 5 раз, 10 раз, 100 раз или 1000 раз большее содержание, и «обедненным», когда он содержит максимально 0,9, 0,5, 0,1, 0,01 или 0,001 от содержания соответствующего компонента относительно исходной смеси.
Когда здесь идет речь о том, что один поток образуется из «текучей среды» другого потока, то под этим следует понимать как то, что для образования другого потока применяется вся текучая среда исходного потока, так и то, что применяется лишь часть соответствующего исходного потока, например, после отделения других компонентов, например, конденсатов.
«Компрессор» в применяемом здесь словоупотреблении является устройством, которое предназначено для сжатия по меньшей мере одного газообразного потока по меньшей мере от одного начального давления, с которым он подается в компрессор, по меньшей мере до одного конечного давления, с которым он извлекается из компрессора. Компрессор образует конструктивный блок, который, однако, может иметь несколько ступеней компрессора в виде поршневых, винтовых и/или колесных лопастных, соответственно, турбинных систем (также осевых или радиальных компрессорных ступеней). В частности, соответствующие компрессорные ступени приводятся в действие с помощью общего привода, например, с помощью общего вала.
На входе реактора для преобразования синтез-газа, т.е. для выполнения реакции синтезирования, поясненной выше, стехиометрическое число предпочтительно составляет 2 или больше 2. Поясненные выше классические способы прямого синтеза диметилового эфира работают с синтез-газами, в которых отношение водорода к оксиду углерода составляет 1 и которые обычно не имеют или почти не имеют диоксида углерода. Таким образом, в них достигается очень высокое превращение, однако образуются также сравнительно большие количества диоксида углерода. За счет образования диоксида углерода ухудшается энергетическая эффективность и характеристики выброса соответствующих установок.
Как было установлено заявителями, небольшая доля диоксида углерода является предпочтительной, поскольку за счет этого возможно, например, более высокое превращение в реакторе. С точки зрения термодинамики это сначала не ожидается, поскольку наибольшее термодинамически возможное превращение происходит при не содержащем диоксид углерода газе. Однако за счет более быстрой кинетики реакции в присутствии диоксида углерода повышается превращение в реакторе. Поэтому особенно важно точно устанавливать долю диоксида углерода на входе реактора. Для этого и с целью достижения желаемого стехиометрического числа, равного, например, 2, особенно эффективной является комбинация парциального окисления, соответственно, автотермического риформинга и парового риформинга.
Дополнительно к этому, предотвращается возникновение инертных компонентов с температурой кипения между диметиловым эфиром (или другим образующимся оксигенатом или продуктом реакции превращения синтез-газа) и диоксидом углерода в контуре циркуляции синтез-газа вокруг соответствующего реактора, поскольку эти компоненты также возвращаются в паровой риформинг и там превращаются в синтез-газ.
Поэтому, согласно данному изобретению, предлагается способ получения одного или нескольких продуктов реакции, например, диметилового эфира или других оксигенатов, в котором первый богатый метаном начальный поток подвергается процессу парциального окисления и/или процессу автотермического риформинга, и второй богатый метаном начальный поток подвергается процессу парового риформинга. В этом отношении способ, согласно изобретению, одинаков со способом, описание которого приведено, например, в US 7 485 767 В2. Паровой риформинг может содержать, в частности, предварительный риформинг (Pre-Reforming). Так же, как уже известно, с помощью процесса парциального окисления и/или процесса автотермического риформинга образуется первый содержащий синтез-газ отходящий поток, и с помощью процесса парового риформинга образуется второй содержащий синтез-газ отходящий поток. Под образованием содержащего синтез-газ отходящего потока понимается здесь образование отходящего потока, который имеет водород, диоксид углерода и оксид углерода в типичных для синтез-газа количественных долях. Эти количественные доли можно предпочтительно определять, как указывалось выше, с помощью стехиометрического числа.
Кроме того, в изобретении предусмотрено, что из синтез-газа первого отходящего потока и синтез-газа второго отходящего потока образуется объединенный поток синтез-газа, и текучая среда объединенного потока синтез-газа в начальном потоке синтеза подвергается реакции синтезирования, например, прямого синтеза диметилового эфира, с получением диоксида углерода и содержащего по меньшей мере один продукт реакции отходящего потока синтеза. Содержащиеся в полученном отходящем потоке синтеза соединения частично образуются в реакции синтезирования, например, в процессе прямого синтез диметилового эфира, частично они являются не превращенными соединениями начального потока синтеза.
Как указывалось выше, прямой синтез диметилового эфира является синтезом, в котором не получается отдельно метанол и превращается далее в диметиловый эфир, вместо этого непосредственно в одной единственной ступени реакции образуется диметиловый эфир и, возможно, метанол. При этом ступень реакции следует понимать не как молекулярную ступень реакции, а как техническую ступень реакции. Эта техническая ступень реакции характеризуется тем, что она выполняется без отделения промежуточного продукта в одном или нескольких реакторах, однако может содержать несколько молекулярных ступеней реакции. Отходящий поток синтеза содержит при прямом синтезе диметилового эфира, наряду с упомянутыми компонентами диоксид углерода и диметиловый эфир, также метанол, не превращенный синтез-газ, а также побочные продукты синтеза диметилового эфира, как было пояснено выше, в частности, углеводороды и инертные газы, такие как метан, этан и азот. Соответствующие соединения могут получаться также в других реакциях синтезирования, как было пояснено в начале. Реакция синтезирования является реакцией, в которой из низкомолекулярных соединений синтез-газа, в частности оксида углерода и водорода, образуются по меньшей мере частично высокомолекулярные соединения, такие как оксигенаты и углеводороды.
Как указывалось выше, в известных способах, которые содержат поясненные стадии, недостатком является то, что при повторном использовании не превращенный синтез-газ из отходящего потока синтеза обогащается диоксидом углерода в соответствующем процессе, что может тормозить синтез диметилового эфира или другие реакции синтезирования. Поэтому, согласно изобретению, предусмотрено образование из текучей среды отходящего потока синтеза по меньшей мере одного богатого диоксидом углерода первого потока рециркуляции и подвергание текучей среды первого потока рециркуляции процессу парового риформинга. За счет извлечения богатого диоксидом углерода первого потока рециркуляции уменьшается содержание диоксида углерода остающегося, не превращенного синтез-газа в отходящем потоке синтеза. Возврат богатого диоксидом углерода первого потока рециркуляции в процесс парового риформинга особенно предпочтителен, поскольку отделение богатого диоксидом углерода первого потока рециркуляции может происходить принесколько более высоком давлении, чем паровой риформинг. Поэтому диоксид углерода можно без отдельного сжатия подавать в процесс парового риформинга и там эффективно превращать в оксид углерода. В целом за счет этого, без дополнительного компрессора, повышается эффективность использования углерода и превращение в реакции синтезирования.
Остающийся синтез-газ, который также отделяется от отходящего потока синтеза, соответственно, получается после отделения других компонентов, в частности, продуктов реакции синтезирования, таких как диметиловый эфир, имеет на основании предложенных, согласно изобретению, мер сравнительно небольшое содержание диоксида углерода, так что в реакцию синтезирования, в которую он возвращается, подается, в частности, богатый водородом и сравнительно бедный диоксидом углерода синтез-газ. Он образован из синтез-газа объединенного потока синтез-газа и соответствующего потока рециркуляции.
Кроме того, согласно изобретению, предусмотрено образование из отходящего потока синтеза содержащего синтез-газ и обедненного диоксидом углерода второго потока рециркуляции, при этом текучая среда второго потока рециркуляции подается в начальный поток синтеза. Как указывалось выше, за счет образования богатого диоксидом углерода первого потока рециркуляции можно уменьшать содержание диоксида углерода в соответствующем втором потоке рециркуляции.
Особенно предпочтительно, когда синтез-газ, который в качестве так называемого свежего потока образуется из синтез-газа первого отходящего потока и второго отходящего потока, имеет стехиометрическое число от 1,5 до 2. При этом «свежий поток» является объединенным потоком синтез-газа, из которого вместе со вторым потоком рециркуляции образуется начальный поток синтеза. За счет этого может достигаться, что начальный поток синтеза имеет стехиометрическое число от 2 до 3.
Таким образом, согласно поясненным вариантам выполнения, данное изобретение характеризуется тем, что осуществляется параллельно парциальное окисление, соответственно автотермический риформинг, и паровой риформинг, при этом извлекаемый из одной из реакций синтезирования, например, из синтеза диметилового эфира, в последующей стадии отделения богатый диоксидом углерода поток в качестве («первого») потока рециркуляции возвращается в процесс парового риформинга. Указанные процессы могут на основании данного изобретения поставлять синтез-газ со стехиометрическим числом меньше 2, в то время как в обычных способах обычно используемый свежий синтез-газ характеризуется стехиометрическим числом от 2 до 2,05.
В соответствующих процессах из текучей среды отходящего потока синтеза, как в принципе известно для реакций синтезирования, предпочтительно образуется обогащенный по меньшей мере одним продуктом реакции, например, диметиловым эфиром, поток продукта и извлекается из процесса. Данное изобретение обеспечивает возможность, в частности, синтеза диметилового эфира более предпочтительным по сравнению с уровнем техники образом, поскольку за счет уменьшения содержания диоксида углерода, соответственно, установки подходящего стехиометрического числа начального потока синтеза, получаются благоприятные для реакции условия.
Другим, особенно предпочтительным аспектом данного изобретения, является то, что за счет удаления диоксида углерода из возвращаемого непосредственно в реакцию синтезирования, например, в синтез диметилового эфира, потока рециркуляции повышается соотношение оксида углерода и диоксида углерода и повышается превращение реакции. За счет этого уменьшаются объемы, с которыми приходится справляться в соответствующих потоках рециркуляции, и реактор для выполнения реакции синтезирования и последующую часть отделения можно выполнять меньше. Одновременно, изобретение обеспечивает возможность удаления инертных компонентов, таких как метан и этан, из процесса, которые можно подходящим образом обрабатывать в процессе парового риформинга.
Первый поток рециркуляции предпочтительно образуется с содержанием по меньшей мере 60, 80 или 90 моль% диоксида углерода и имеет в остальном обычно компоненты с точкой кипения ниже по меньшей мере одного из образующихся в реакции синтезирования продуктов реакции, в частности, ниже диметилового эфира, например, этана. Отделенный этан можно особенно предпочтительно использовать в процессе парового риформинга и содержится в первом потоке рециркуляции. При этом особым преимуществом данного изобретения является то, что диоксид углерода и компоненты, такие как этан, можно удалять из отходящего потока синтеза в уже имеющихся устройствах отделения без дополнительного оборудования для абсорбции смены давления или мембранного способа.
Отделение продуктов реакции синтезирования, например, диметилового эфира, из отходящего потока синтеза происходит обычно посредством абсорбции или конденсации и дистилляции. В первом случае (абсорбция) применяются физические моющие средства, такие как метанол, с целью выделения продукта или продуктов реакции, например, диметилового эфира, из остатка отходящего потока синтеза. При этом растворяется также определенное количество диоксида углерода в моющем средстве и должно отделяться от продукта или продуктов реакции. Во втором случае (конденсация и дистилляция) отходящий поток охлаждается до температуры, при которой продукт или продукты реакции, например диметиловый эфир, и более тяжелые компоненты удаляются посредством конденсации. При этом конденсируется также часть диоксида углерода. Полученный так конденсат отделяется с помощью дистилляции, и возникает богатый диоксидом углерода первый поток рециркуляции без дополнительного отделительного блока. Он содержит в обоих случаях также другие более легкие соединения. Оба способа можно также комбинировать. Они имеют общим то, что для очистки продукта или продуктов реакции, например диметилового эфира, необходима колонна, которая отделяет диоксид углерода от продукта или продуктов реакции. Она может предпочтительно работать при давлении между 10 и 30 бар, так что, как указывалось выше, соответствующие компоненты можно подавать в процесс парового риформинга без дополнительного сжатия.
Таким образом, компоненты, такие как этан, выделяются из контура циркуляции синтез-газа вокруг реактора для выполнения реакции синтезирования и превращения в процессе парового риформинга в синтез-газ. Обычно эти компоненты ведут себя в контуре циркуляции вокруг реактора инертно и тем самым понижают парциальное давление реактантов, соответственно, эдуктов. За счет этого уменьшается превращение, и объемные потоки дополнительно увеличиваются во всем контуре циркуляции синтез-газа вокруг реактора, что является недостатком.
Особенно предпочтительно, первый поток рециркуляции создается при давлении примерно 10–30 бар, так что он, как будет пояснено ниже, имеет подходящее давление, с целью обеспечения без дополнительного сжатия рециркуляции непосредственно в процесс парового риформинга.
Предпочтительно, второй поток рециркуляции имеет преимущественно водород, диоксид углерода и оксид углерода, при этом содержание диоксида углерода составляет от 1 до 15 моль%, т.е. может быть значительно ниже, чем те обычные потоки рециркуляции, которые в известных способах синтеза диметилового эфира возвращаются в ступень синтезирования.
Согласно одному особенно предпочтительному варианту выполнения способа, согласно изобретению, первый отходящий поток создается с первым уровнем давления, а второй отходящий поток создается со вторым уровнем давления, который меньше первого уровня давления, при этом перед образованием объединенного потока синтез-газа синтез-газ второго отходящего потока сжимается до первого уровня давления. Особенно предпочтительными в этой связи являются поясненные выше уровни давления, при этом первый уровень давления составляет, в частности, 30–100 бар, предпочтительно 35–80 бар, а второй уровень давления составляет, в частности, 5–40 бар, предпочтительно 10–35 бар. Указанные уровни давления обеспечивают особенно предпочтительные условия реакции, одновременно выполнение процесса парового риформинга при втором уровне давления обеспечивает возможность простого возврата первого потока рециркуляции без дополнительного оборудования.
Предпочтительно, в рамках способа, согласно изобретению, первый начальный поток и второй начальный поток образуются из текучей среды общего исходного потока, например, из потока природного газа, который подается на первом и втором уровне давления и перед этим или после этого нагревается и освобождается от серы. Совместная обработка первого и второго начального потока посредством нагревания и удаления серы обеспечивает возможность особенно эффективного выполнения способа. Предпочтительно, при этом для нагревания применяется отходящее тепло второго отходящего потока, т.е. отходящего потока парового риформинга.
Кроме того, данное изобретение относится к установке для получения одного или нескольких продуктов реакции, в частности, диметилового эфира или других оксигенатов. Относительно подробностей соответствующей установки делается ссылка на соответствующий пункт формулы изобретения. Установка обеспечивает возможность выполнения поясненного выше способа и имеет для этого соответствующие средства. Относительно признаков и преимуществ делается ссылка на приведенные выше выкладки.
Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основании предпочтительно варианта выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж, на котором изображено:
фиг. 1 – блок-схема установки, согласно одному варианту выполнения изобретения.
На фиг. 1 показана блок-схема установки, согласно одному варианту выполнения изобретения, и обозначена в целом позицией 100. Одновременно фиг. 1 иллюстрирует стадии соответствующего способа, так что когда речь идет о парциальном окислении, соответственно, автотермическом риформинге, паровом риформинге или получении синтез-газа и т.д., или же речь идет о способе синтеза диметилового эфира, то могут охватываться соответствующие компоненты установки, например, реакторы, а также соответствующие стадии способа. Паровой риформинг, соответственно, один или несколько соответствующих реакторов могут содержать, в частности, предварительный риформинг (Pre-Reforming), соответственно, соответствующие реакторные блоки.
В установку 100 подается исходный поток а, например, подогретый и лишенный серы природный газ. Текучая среда исходного потока а может иметь, например, первый уровень давления и второй уровень давления, при котором он подается в процесс 1 парциального окисления, соответственно, автотермического риформинга, с одной стороны, и в процесс 3 парового риформинга, с другой стороны, (смотри ниже), при этом перед или после приведения на соответствующий уровень давления выполняется совместное или раздельное нагревание и удаление серы. Нагревание можно выполнять, например, с помощью отходящего тепла процесса 3 парциального окисления, соответственно, соответствующего получаемого потока.
Из текучей среды исходного потока а подается первый начальный поток b с уровнем давления, например, 30–100 бар (первый уровень давления) в процесс 1 парциального окисления или автотермического риформинга. Кроме того, в процесс 1 парциального окисления, соответственно, автотермического риформинга подается поток q пара и поток кислорода или богатый кислородом поток r. С помощью процесса 1 парциального окисления, соответственно, автотермического риформинга получается отходящий поток с (первый отходящий поток) и подается в процесс 2 подготовки синтез-газа. Процесс 2 подготовки синтез-газа может содержать, например, скруббер. По потоку после процесса 2 подготовки синтез-газа первый поток d синтез-газа находится на поясненном выше первом уровне давления.
Второй образованный из текучей среды исходного потока а начальный поток е подается в процесс 3 парового риформинга, в который дополнительно подается поток q пара и поясняемый ниже поток р рециркуляции (первый поток рециркуляции). За счет процесса 3 парового риформинга получается отходящий поток f (второй отходящий поток) и также подается в процесс подготовки синтез-газа, обозначенный здесь позицией 4. По потоку после процесса 4 подготовки синтез-газа получается поток g синтез-газа (второй поток синтез-газа).
Второй поток g синтез-газа обычно имеет более низкое давление, чем первый поток d синтез-газа, поскольку процесс 3 парового риформинга, как указывалось выше, обычно выполняется на более низком уровне давления (втором уровне давления). Поэтому второй поток g синтез-газа сжимается (не изображено). Потоки d и g синтез-газа, соответственно, также лишь определенные доли потоков d и g синтез-газа, затем объединяются в объединенный поток h синтез-газа. Кроме того, в объединенный поток h синтез-газа добавляется поток n рециркуляции (второй поток рециркуляции), как будет пояснено ниже, за счет чего образуется начальный поток i синтеза.
Начальный поток i синтеза подается в реакцию 5 синтезирования, например, прямого синтеза диметилового эфира, с помощью которой получается отходящий поток k синтеза, который, как указывалось выше, наряду с целевым продуктом или продуктами, например диметиловым эфиром, содержит не превращенный синтез-газ, а также другие побочные продукты, такие как, например, метанол, азот, метан и этан. Отходящий поток k синтеза, соответственно, текучая среда соответствующего отходящего потока k синтеза, подается в разделительный блок 6, в котором, среди прочего, получается богатый одним или несколькими продуктами реакции 5 синтезирования, например диметиловым эфиром, поток l в качестве потока продукта и выводится из соответствующего процесса.
Кроме того, в разделительном блоке 6 образуются упомянутый первый поток р рециркуляции и другой поток m. Первый поток р рециркуляции, является, как указывалось выше, богатым диоксидом углерода и имеет, в частности, 60–100 моль% диоксида углерода. В первый поток р рециркуляции переходят также инертные газы при давлении пара ниже давления по меньшей мере одного продукта реакции, например диметилового эфира, например этан. Этот первый поток р рециркуляции подается снова в процесс 3 парового риформинга. Он имеет давление обычно примерно 10–30 бар, так что он может возвращаться в процесс 3 парового риформинга без дополнительного сжатия. Остающийся, не превращенный синтез-газ в виде потока m обеднен диоксидом углерода за счет образования первого потока р рециркуляции. Поток m переводится в не изображенный блок подготовки, в котором с отделением потока о, который может содержать, в частности, легкие инертные компоненты, такие как метан или водород, например, посредством очистки, образуется поток n, т.е. упомянутый второй поток рециркуляции. Поток n при необходимости сжимается с целью перевода на уровень давления объединенного потока h синтез-газа, возможно, также в компрессоре, который применяется для сжатия второго потока g синтез–газа или, соответственно, в соответствующих ступенях сжатия.
За счет использования способа, согласно изобретению, можно создавать объединенный поток h синтез-газа со стехиометрическим числом менее 2 и начальный поток i синтеза со стехиометрическим числом больше 2 и одновременно небольшим содержанием диоксида углерода. Однако возможно также обеспечение потока со стехиометрическим числом больше 2.
Изобретение пригодно, наряду с показанными вариантами выполнения, также для рециркуляции фракции метанола из разделительного блока 6 в реакцию 5 синтезирования. В разделительном блоке 6 или в других, не изображенных разделительных блоках, могут получаться другие потоки, например, богатые водой потоки. Наряду с первым потоком р рециркуляции, можно подавать также внешние богатые диоксидом углерода потоки в процесс 3 парового риформинга. Такой внешний диоксид углерода может быть выделен, например, из природного газа, который применяется в качестве начального потока а. Соответствующий диоксид углерода может также оставаться в исходном потоке а, который применяется для образования начальных потоков b и е, и поэтому подаваться в процесс 1 парциального окисления, соответственно, автотермического риформинга и/или в процесс 3 парового риформинга.
Указанный поток о, поскольку он богат водородом и метаном, можно применять, например, в качестве горючего газа. Части можно также возвращать в процесс парового риформинга или в процесс 1 парциального окисления, добавлять к исходному потоку а или для рециркуляции в не изображенном блоке предварительного риформинга. Таким образом, можно дополнительно повышать энергетическую эффективность соответствующей установки. Кроме того, из потока о можно получать водород, например, для удаления серы и/или на экспорт. Первый поток Р рециркуляции можно возвращать также в компрессор синтез-газа, который также не изображен на фиг. 1. Также возможен возврат в другой, предварительно включенный реактор, например, реактор конверсии или предварительного риформинга. Можно также возвращать соответствующие потоки в один или несколько теплообменников.