Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА ИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ

Изобретение относится к установкам для получения метанола из углеводородного сырья и может быть использовано в химической и газовой промышленности.

Известно улавливание СO₂ в процессе синтеза метанола [RU 2538598, опубл. 10.01.2015 г., МПК С07С 31/04, С07С 29/151, B01J 19/24], которое осуществляют на установке, включающей блок получения синтез-газа из углеводородного сырья в составе устройства для конверсии, охладителя и компрессора синтез-газа, а также компрессора углекислого газа, и блок синтеза метанола, состоящий из контура синтеза метанола, а также секции выделения водорода из отходящего газа и сепаратора сырого метанола, оснащенного линией подачи углекислого газа (газа сепарации) в компрессор.

Основным недостатком известной установки являются высокие энергозатраты из-за наличия компрессора для рециркуляции углекислого газа, получаемого в сепараторе при низком давлении.

Наиболее близок по технической сущности к заявляемому изобретению способ получения метанола (варианты) [RU 2252209, опубл. 20.05.2005 г., МПК С07С 31/04, С07С 29/151, С01В 3/38], осуществляемый на установке, которая состоит из блока получения синтез-газа из углеводородного сырья и блока синтеза метанола, включающего один или два узла синтеза метанола, каждый из которых содержит устройство для охлаждения, сепарации, рекуперационного нагрева синтез-газа и охлаждаемый водой каталитический реактор, оснащенный линией вывода пара с расположенным на ней сепаратором, оборудованным линией вывода избыточного пара, а также устройство для охлаждения и сепарации отходящего газа, оснащенное линиями подачи отходящего газа на сжигание и на вывод с установки.

Основным недостатком данной установки является низкой выход метанола из-за расходования тепла реакции синтеза на производство избыточного водяного пара и соответствующего увеличения расхода углеводородного сырья в качестве топлива в блоке получения синтез-газа, а также из-за потерь углекислого газа - одного из реагентов синтеза метанола - с выводимыми с установки водным конденсатом, сырым метанолом и отходящим газом.

Задача изобретения - повышение выхода метанола.

Техническим результатом является повышение выхода метанола за счет установки каталитических реакторов, охлаждаемых смесью воды и сырья, а также за счет предотвращения потерь углекислого газа путем оснащения установки дефлегматорами в качестве устройств для охлаждения, сепарации и рекуперационного нагрева и устройства охлаждения и сепарации отходящего газа, а также путем размещения на линии вывода отходящего газа абсорбера для поглощения углекислого газа циркулирующим сырым метанолом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блок получения синтез-газа, узлы синтеза метанола, в составе устройства для охлаждения, сепарации, рекуперационного нагрева синтез-газа и охлаждаемого каталитического реактора, а также устройство для охлаждения и сепарации отходящего газа, оснащенное линией подачи отходящего газа на сжигание, особенностью является то, что в качестве каталитических реакторов установлены реакторы, охлаждаемые смесью воды и сырья, в качестве устройств для охлаждения, сепарации и рекуперационного нагрева установлены дефлегматоры, оснащенные по меньшей мере двумя тепломассообменными секциями, а в качестве устройства для охлаждения и сепарации отходящего газа установлен дефлегматор, оснащенный по меньшей мере одной тепломассообменной секцией, при этом на линии подачи отходящего газа установлен абсорбер, оснащенный линией ввода циркулирующего сырого метанола в качестве абсорбента, на которой установлены рекуперационный теплообменник и холодильник, линией вывода сырого метанола, насыщенного углекислым газом, в среднюю часть дефлегматора, установленного после первого реактора, на которой установлен рекуперационный теплообменник, и соединенный с блоком получения синтез-газа линией подачи очищенного отходящего газа в качестве топлива.

В качестве дефлегматоров могут быть использованы, например, вертикальные аппараты трубчатого типа, в межтрубное пространстве тепломассообменных секций которых подают хладагент, а в трубном пространстве осуществляют охлаждение синтез-газа в условиях дефлегмации, аналогичные, например, аппарату согласно [RU 2532057, опубл. 27.10.2014 г., МПК F25D 1/00, B01D 53/14, C10G 5/06].

При избытке топлива теплотворная способность отходящего газа, содержащего после очистки от углекислого газа преимущественно метан и водород, может быть уменьшена путем установки на линии подачи части отходящего газа узла выделения метана, например, абсорбционно-десорбционного типа, оснащенного линиями подачи концентрата метана в блок получения синтез-газа, а концентрата водорода - в линию подачи синтез-газа в реактор синтеза метанола, что увеличивает выход метанола.

Установка реакторов, охлаждаемых смесью воды и сырья, позволяет полностью утилизировать низкопотенциальное тепло, выделяющееся при синтезе метанола, получить при этом смесь водяного пара и сырья при давлении процесса конверсии углеводородного сырья в блоке получения синтез-газа, исключить образование избыточного пара, за счет чего уменьшить расход углеводородного сырья на сжигание в блоке получения синтез-газа и, соответственно, увеличить выход метанола.

Установка дефлегматоров в качестве устройств для охлаждения, сепарации и рекуперационного нагрева (дефлегматоры, оснащенные по меньшей мере двумя тепломассообменными секциями), а также в качестве устройства для охлаждения и сепарации отходящего газа обеспечивает получение водного конденсата и сырого метанола, практически не содержащих растворенного углекислого газа, что предотвращает его потери и повышает выход метанола. Удаление растворенного углекислого газа происходит за счет отдувки горячим синтез-газом, поступающим в низ дефлегматоров противотоком к флегме водного конденсата и сырого метанола, углекислый газ при этом концентрируется в синтез-газе, поступающем на синтез метанола, и в отходящем газе.

Установка абсорбера на линии подачи отходящего газа для поглощения углекислого газа циркулирующим сырым метанолом позволяет исключить потери с отходящим газом углекислого газа и направить его в составе сырого метанола, насыщенного углекислым газом, в дефлегматор, установленный после первого реактора, где отдуть синтез-газом и направить на синтез метанола, за счет чего повысить выход последнего.

Предлагаемая установка включает блок получения синтез-газа в составе узла конверсии 1 и узла подготовки воды 2, а также блок синтеза метанола в составе двух (условно) охлаждаемых каталитических реакторов 3 и 4 с двухсекционными дефлегматорами 5 и 6 на входе, дефлегматора отходящего газа 7, абсорбера 8, рекуперационного теплообменника 9 и холодильника 10, оснащенных линиями подачи углеводородного сырья 11, балансовой воды 12, вывода балансового сырого метанола 13, а также технологическими линиями 14-30.

При работе установки углеводородное сырье, подаваемое по линии 11, смешивают с подготовленной водой, подаваемой по линии 14 из узла 2, в который по линии 12 подают балансовую воду, а по линии 15 - водный конденсат, разделяют на три части и по линиям 16-18 подают, соответственно, в устройства охлаждения реакторов 3, 4 и тепломассообменный блок дефлегматора 7, а полученную пароводяную сырьевую смесь по линии 19 направляют в блок получения синтез-газа 1, в который также в качестве топлива по линии 20 подают отходящий газ, очищенный от углекислого газа. Из блока 1 по линии 21 синтез-газ подают в нижнюю часть дефлегматора 5, с низа которого выводят водный конденсат, практически не содержащий растворенного углекислого газа, а с верха, по линии 22 - охлажденный осушенный синтез-газ, который нагревают в нижней тепломассообменной секции дефлегматора 5 и направляют в реактор 3. Полученный катализат, содержащий пары метанола, по линии 23 подают в нижнюю часть дефлегматора 6, в среднюю часть которого по линии 24 подают сырой метанол, насыщенный углекислым газом, предварительно нагретый в рекуперационном теплообменнике 9. С низа дефлегматора 6 по линии 25 выводят сырой метанол, практически не содержащий растворенного углекислого газа, а с верха, по линии 26 - непрореагировавший синтез-газ, который нагревают в нижней тепломассообменной секции дефлегматора 6 и направляют в реактор 4. Полученный катализат, содержащий пары метанола, по линии 27 подают в дефлегматор 7, из которого сырой метанол, практически не содержащий растворенного углекислого газа, по линии 28 подают в линию 25, которую затем разделяют на линии вывода балансового метанола 13 и подачи циркулирующего метанола 29. Отходящий газ по линии 30 подают в абсорбер 8, где очищают от углекислого газа абсорбцией циркулирующим сырым метанолом, подаваемым по линии 29 после охлаждения в рекуперационном теплообменнике 9 и холодильнике 10. Очищенный отходящий газ по линии 20 подают в блок 1 в качестве топлива.

При избытке топлива по меньшей мере часть отходящего газа может быть из линии 20 подана в узел 31 выделения метана, например, абсорбцией углеводородным растворителем, из которого концентрат метана по линии 32 подают в качестве компонента сырья в блок 1, а концентрат водорода по линии 33 подают в линию подачи синтез-газа в один из реакторов синтеза метанола (условно показана подача в линию 22). Дополнительные устройство и линии показаны пунктиром.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет повысить выход метанола и может быть использована в промышленности.