УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к области органической химии, а именно к технологии производства метанола прямым окислением углеводородсодержащего газа (природного газа).
Природный газ, по прогнозам, будет основным углеводородным ресурсом для энергетики и химической промышленности XXI века. Основные месторождения добычи газа и газового конденсата расположены в труднодоступных районах Крайнего Севера, 87% добычи производится на севере Тюменской области.
Развитие малых ТЭК (топливно-энергетических комплексов) сдерживается отсутствием транспортных схем по доставке реагентов и ингибиторов. Основным ингибитором в борьбе с гидратообразованием в добыче газа является метанол, доставка которого до отдаленных месторождений представляет огромные затраты, в несколько раз превышающие цену на покупку метанола с нефтехимических заводов.
Создание малогабаритных установок получения метанола способом конверсии природного газа непосредственно на месторождениях в составе установок комплексной подготовки газа (УКПГ) позволило бы решить выше перечисленные проблемы для газовой промышленности. С учетом того, что дальнейший прирост добычи газа будет производиться за счет многочисленных мелких месторождений, находящихся на Крайнем Севере, а при добыче газа в Северных морях и в Северном Ледовитом океане метанол вообще хранить негде, данный процесс получения метанола приобретает приоритетное значение.
Установка для получения метанола использует компримированную газовую смесь. Поэтому одной из проблем эффективной работы установки является снижение одного из основных видов затрат - затрат на компримирование исходной газовоздушной смеси (в основном воздуха, содержание которого в смеси составляет примерно 95,5%).
Для работы компрессора может быть использован либо очищенный природный газ, либо электроэнергия.
Очистка газа (особенно сбросного) требует значительных дополнительных затрат, а сторонняя электроэнергия является дорогостоящей, что снижает эффективность работы установки.
Повышение эффективности процесса получения метанола может быть осуществлено путем выработки собственной (дешевой) электроэнергии в турбогенераторе, который использует пар, полученный в процессе прямого окисления метана в метанол.
Известна установка для получения метанола (RU 2203261 С1), содержащая источник углеводородного газа, реактор для проведения газофазного окисления углеводородного газа, состоящий из реакционной зоны и зоны охлаждения, устройство для окончательного охлаждения реакционной смеси перед сепарацией для разделения отходящих газов и жидких продуктов, ректификационный узел для разделения метанола и других жидких продуктов. Источником углеводородного газа является установка комплексной подготовки газа. Зона охлаждения представляет собой трубчатую часть реактора, при этом реакционная зона и зона охлаждения снабжены устройством для ввода исходного углеводородного газа, нагретого в теплообменнике «газ-газ» до температуры, позволяющий проводить охлаждение реакционной смеси в два этапа: охлаждение путем ее смешения непосредственно в реакционной зоне со вторым потоком и охлаждение в трубчатой части через стенку трубок, а устройство для окончательного охлаждения реакционной смеси перед сепарацией выполнено в виде последовательно установленных теплообменника «газ-жидкость», соединенного с реактором, сепаратором и ректификационным узлом, и теплообменника «газ-газ», соединенного с реактором и установкой комплексной подготовки газа.
Внутренняя стенка реакционной зоны может быть футерована материалом, инертным к реакционной смеси. Реактор обычно снабжен термокарманами и вводными устройствами для контроля и регулирования температуры в реакционной зоне.
Низкий выход товарного метанола, высокое давление в реакционной зоне, необходимость рециркуляции отходящих газов, а также стоимость управления процессом делают процесс получения метанола недостаточно эффективным с точки зрения экономических затрат.
Известна установка для получения метанола (RU 86590 U1, прототип), содержащая установку комплексной подготовки газа, реактор для проведения газофазного окисления углеводородного газа, состоящий из теплообменника «газ-газ» реакционной зоны, набранного из единичных цилиндрических труб и теплообменника «газ-вода» зоны охлаждения, холодильник-конденсатор для окончательного охлаждения реакционной смеси и разделения отходящих газов и жидких продуктов, ректификационный узел для разделения метанола и других жидких продуктов и систему экологического очистки для очистки кубового остатка и отходящих газов, внутренняя поверхность единичной цилиндрической трубы отшлифована, для обогрева единичных цилиндрических труб реакционной зоны предусмотрена газовая горелка.
3
Данная установка имеет достаточно большой выход метанола в расчете на 1 м пропущенного за один проход углеводородного газа при минимально возможных вредных выбросах, однако, эффективность ее работы может быть повышена за счет включения в состав установки турбогенератора, вырабатывающего электроэнергию за счет энергии пара, получаемого при охлаждении реакционных газов.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности процесса получения метанола.
Это достигается за счет компримирования исходной газовой смеси компрессором, работающим на относительно дешевой электроэнергии, получаемой из энергии пара, вырабатываемого установкой для получения метанола и электроэнергии, содержащей установку комплексной подготовки газа, реактор для проведения газофазного окисления углеводородного газа, состоящий из теплообменника «газ-газ» реакционной зоны, набранного из единичных цилиндрических труб и теплообменника «газ-вода» зоны охлаждения, холодильник-конденсатор для окончательного охлаждения реакционной смеси и разделения отходящих газов, внутренняя поверхность единичной цилиндрической трубы отшлифована, для обогрева единичных цилиндрических труб реакционной зоны предусмотрена газовая горелка.
Отличием предлагаемой установки от известной является то, что в состав предлагаемой установки входит турбогенератор, преобразующий энергию получаемого при охлаждении реакционной смеси пара в электроэнергию.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, на котором фиг.1 изображает общий вид установки для получения метанола и электроэнергии.
Установка для получения метанола и электроэнергии содержащий реактор (фиг.1) для проведения газофазного окисления метанола. Реактор 1 состоит из двух зон 2 и 3, одна из которых 2 является реакционной и реакционной и снабжена вводным устройством 4 для ввода исходного газа, а другая зона 3 предназначена для предварительного охлаждения реакционного газа, поступающего из реакционной зоны, а также для получения пара.
Зона 2 представляет собой трубчатый теплообменник «газ-газ», набранный из единичных цилиндрических труб 5, вмонтированных в трубные доски 6 на входе и выходе реакционной смеси. Обогрев единичных цилиндрических труб 5 осуществляется продуктами горения газовой горелки 7, движущимися в межтрубном пространстве по ходу движения реакционной смеси.
Зона 3 представляет собой трубчатый теплообменник «газ-вода» для предварительного охлаждения реакционных газов через стенку трубок 8, вмонтированных в трубные доски 9 на входе и выходе реакционной смеси.
Кроме того, реактор 1 снабжен устройствами для контроля (на схеме не показаны). Регулирование температурного реактора осуществляется путем изменения режима работы газовой горелки 7 и расхода воды через вводные устройство 10. Образующийся в теплообменнике 3 пар покидает теплообменник через выводное устройство 11 и направляется в турбогенератор 14. Электроэнергия используется для работы компрессора (на схеме не показан) и других нужд. Излишки электроэнергии могут быть проданы стороннему потребителю.
Исходный газ в реактор подается из установки комплексной подготовки газа 12. Окончательное охлаждение реакционного газа и отделение отходящих газов от жидкой фазы осуществляется в холодильнике-конденсаторе 13. Пар, образующийся в холодильнике-конденсаторе 13, направляется в турбогенератор 14 для выработки электроэнергии. Узел ректификации и система экологической очистки на схеме не показаны.
Работа установки осуществляется следующим образом.
Из устройства комплексной подготовки газа 12 метановоздушная смесь с заданной концентрацией метана, заданным расходом и давлением подается на вход реакционной части 2 реактора. В реакционной части метановоздушная смесь нагревается до заданной температуры, после чего происходит газофазное окисление метана. В дальнейшем реакционная смесь поступает в зону охлаждения 3 реактора, где происходит ее предварительное охлаждение до температуры 150-200°C с целью закалки, выделяющийся при этом пар направляется в турбогенератор 14 с целью выработки электрической энергии. Электрическая энергия используется для работы компрессора и других нужд. Ее излишки могут быть проданы стороннему потребителю.
Далее реакционный газ поступает в холодильник-конденсатор 13, где происходит его окончательное охлаждение до температуры 20-30°С и разделение отходящих газов и жидкой фазы, содержащей метанол, воду и другие продукты окисления. Получаемый при этом пар также направляется в турбогенератор 14.
Отходящие газы поступают далее в систему экологической очистки, и после проведения необходимой очистки выбрасываются в атмосферу.
Жидкая фаза поступает в узел ректификации, где происходит отделение метанола от других жидких продуктов. Кубовый остаток поступает в систему экологической очистки, и после проведения необходимой очистки отводится в канализацию. Получаемая в холодильнике-конденсаторе теплофикационная вода используется для работы узла ректификации и других нужд.
Полное окисление, поступающего на вход установки, метана осуществляется за один проход. Использование турбогенератора вырабатывающего электроэнергию в установке получения метанола позволяет сэкономить до 50% энергетических ресурсов, содержащихся в исходном газе, что в конечном счете снижает себестоимость метанола и повышает эффективность установки.