Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области газопереработки, а именно, к способу получения метанола из синтез-газа, полученного парциальным окислением природного газа в матричном конверторе (матричная конверсия), с использованием кислорода воздуха в качестве окислителя.

Уровень техники

Из уровня техники [B.C. Арутюнов и др. НЕФТЕХИМИЯ, 2019, том 59, №3, с. 1-11] известен способ получения азотсодержащего синтез-газа на основе матричных конверторов, использующих в качестве окислителя атмосферный воздух. Объемная производительность таких конверторов в десятки раз превышает таковую в традиционных типах конверторов при возможности превращать в синтез-газ углеводородные газы практически любого состава. Помимо очевидных преимуществ, связанных с отсутствием катализатора и более низкими операционными затратами, в сравнении с традиционными способами получения синтез-газа, это обеспечивает компактность матричных конверторов и значительно более низкие удельные капиталовложения. В связи с этим можно ожидать, что использование азотсодержащего синтез-газа, полученного парциальным окислением атмосферным воздухом в некаталитических матричных конверторах, создаст хорошие предпосылки для рентабельной малотоннажной конверсии природных и попутных газов в жидкие продукты непосредственно в промысловых условиях. Отмечается, что синтез-газ данного состава может использоваться в качестве сырья для получения метанола и диметилового эфира, в том числе и с использованием каскада реакторов.

Однако описаны условия и показатели процесса синтеза метанола из забалластированного азотом синтез-газа, содержащего водород и СО в соотношении приблизительно 2,5. Такое содержание водорода невозможно получить только парциальным окислением природного газа. При этом давление, при котором происходил бы синтез метанола, предлагалось не ниже 50 атм.

Раскрытие сущности изобретения

В настоящем изобретении предлагается способ получения метанола, который позволит его получать и использовать в качестве ингибитора образования газовых гидратов непосредственно на газовом месторождении.

Техническая задача настоящего изобретения состояла в получении метанола непосредственно на газовом месторождении без использования капитало- и энергоемкой каталитической стадии паровой конверсии природного газа.

Технический результат настоящего изобретения заключается в получении метанола концентрацией 85-90 мас. % непосредственно на газовом месторождении. Дополнительным преимуществом предлагаемого изобретения является снижение энергетических затрат, связанных с компримированием синтез-газа с высоким содержанием водорода, снижение удельного расхода природного газа, снижение затрат энергии на выработку водяного пара в два раза.

Указанный технический результат достигается за счет использования матричной конверсии для получения синтез-газа для синтеза метанола в каскаде из двух проточных изотермических трубчатых реакторов.

Более подробно, технический результат достигается способом получения метанола из природного газа, который включает в себя следующие стадии: получают синтез-газа парциальным окислением природного газа в матричном конверторе (матричная конверсия) при давлении 1-5 атм, причем в качестве окислителя используют кислород воздуха, а коэффициент избытка окислителя составляет 0,32-0,34, затем полученный синтез-газ охлаждают до Т=35-40°С, осушают, компримируют до давления 40-45 атм, нагревают до Т=200-210°С и последовательно подают в два проточных изотермических трубчатых реактора синтеза метанола.

В одном из вариантов заявленного изобретения на стадии газоподготовки осуществляют дросселирование природного газа с места его добычи до рабочего давления матричного конвертора (матричной конверсии), предпочтительно до 1-5 атм.

В еще одном из вариантов заявленного изобретения на стадии синтеза метанола в межтрубном пространстве трубчатых реакторов находится вода при температуре 220-250°С и давлении 15-18 атм, а внутри труб находится медьсодержащий катализатор синтеза метанола, работающий при температуре 220-230°С и давлении 40-45 атм, при этом конверсия СО за проход составляет 20-22% в первом реакторе и 20-22% во втором реакторе.

В соответствии с настоящим изобретением природный газ окисляется кислородом воздуха в синтез-газ в матричном конверторе при давлении 1-5 атм. Получаемый синтез-газ состоит из H₂, СО, СО₂, непрореагировавшего метана, азота воздуха и воды, при этом соотношение Н₂/СО составляет 1,7.

Далее синтез-газ охлаждается до температуры 35-40°С, осушается и компримируется до давления 40-45 атм.

Осушенный синтез-газ нагревается до Т=200-210°С и подается в первый проточный изотермический трубчатый реактор синтеза метанола, в котором при Т=220-230°С происходит конверсия СО в метанол. Степень превращения СО за проход составляет 20-22%. Полученный продуктовый газ охлаждается до Т=35-40°С, полученный метанол сепарируется, а осушенный непрореагировавший синтез-газ подается во второй проточный изотермический трубчатый реактор синтеза метанола, в котором при Т=220-230°С происходит конверсия СО в метанол. Степень превращения СО за проход составляет 20-22%. Полученный продуктовый газ охлаждается до Т=35-40°С, полученный метанол сепарируется, а осушенный непрореагировавший синтез-газ направляется на утилизацию.

При осуществлении заявленного способа для получения метанола, на стадии получения синтез-газа, топливный газ не используется, а для компримированния синтез-газа, забалластированного азотом, требуется меньше энергии, чем на компримированние синтез-газа с высоким содержанием водорода, как в случае использования паровой конверсии. Помимо этого, данный способ, за счет исключения стадии паровой конверсии, позволяет исключить для получения синтез-газа потребность в водяном паре.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена схема получения метанола из забалластированного азотом синтез-газа, полученного матричной конверсией природного газа. Способ включает: стадию матричной конверсии (МК), теплообменник низкого давления (теплообменник 1), включающий в себя секции рекуперации тепла и водяного охлаждения, сепаратор синтез-газа, компрессор синтез-газа, первый реактор синтеза метанола, первый теплообменник высокого давления, включающий в себя секции рекуперации тепла и водяного охлаждения (теплообменник 2), сепаратор высокого давления первого реактора синтеза метанола (СЕП 1), второй реактор синтеза метанола, второй теплообменник высокого давления, включающий в себя секцию водяного охлаждения (теплообменник 3), и сепаратор высокого давления второго реактора синтеза метанола (СЕП 2). Потоки: I -природный газ, II - воздух, III - синтез-газ после парциального окисления, IV -осушенный синтез-газ, V - продуктовая вода парциального окисления природного газа, VI - компримированный синтез-газ, VII - продуктовый поток первого реактора синтеза метанола, VIII - метанол-сырец первого реактора, IX - осушенный синтез-газ после первого реактора метанола, Х- продуктовый поток второго реактора синтеза метанола, XI - метанол-сырец второго реактора, XII - осушенный синтез-газ после второго реактора метанола.

Осуществление изобретения

Пример 1

Природный газ (I) (поток месторождения дросселируют до давления 1 атм и подают на стадию матричной конверсии (МК), где смешивают с воздухом (II), коэффициент избытка окислителя (кислорода) составляет 0,32. Получают синтез-газ (III) температурой 850°С и следующего состава, об.%: Н₂=25, СО=15, CO₂=5, СН₄=5, H₂O=5, N₂ - остальное. Затем синтез-газ охлаждают до Т=35°С, осушают от воды (V), компримируют (IV) до 40 атм, нагревают до Т=200°С и подают (VI) в первый реактор синтеза метанола, где на медьсодержащем катализаторе, протекает конверсия СО в метанол. Продуктовый поток (VII), содержащий, об.%: Н₂=18, СО=12, CO₂=4, СН₄=6, СН₃ОН=5, Н₂О=0,75, N₂ - остальное, охлаждают до Т=35°С, из него выделяют метанол-сырец (VIII) и затем нагревают его до Т=200°С и подают (IX) во второй реактор конверсии СО в метанол. Продуктовый поток после второго реактора (X) состоит из, об.%: Н₂=20, СО=9,5, CO₂=3, СН₄=4, СН₃ОН=5, Н₂О=1,7, N₂ - остальное. Продуктовый поток охлаждается до Т=35°С, из него выделяют метанол-сырец (XI), а газ (XII), содержащий СО и водород, может использоваться как топливо для выработки тепловой энергии. Содержание метанола в метаноле-сырце составляет 85%мас.

Пример 2

Природный газ (I) месторождения дросселируют до давления 5 атм и подают на стадию матричной конверсии (МК), где смешивают с воздухом (II), коэффициент избытка окислителя (кислорода) составляет 0,34 Получают синтез (III) газ температурой 900°С и следующего состава, об.%: H₂=28, СО=17, СО₂=6, СН₄=4, Н₂О=6, N₂ - остальное. Затем синтез-газ охлаждают до Т=40°С, осушают от воды (V), компримируют (IV) до 45 атм, нагревают до Т=210°С и подают (VI) в первый реактор синтеза метанола, где на медьсодержащем катализаторе, протекает конверсия СО в метанол. Продуктовый поток (VII), содержащий, об.%: Н₂=17, СО=13, CO₂=5, СН₄=5, СН₃ОН=6, Н₂О=0,6, N₂ - остальное, охлаждают до Т=40°С, из него выделяют метанол-сырец (VIII) и затем нагревают его до Т=210°С и подают (IX) во второй реактор конверсии СО в метанол. Продуктовый поток после второго реактора (X) состоит из, об.%: Н₂=18, СО=10, СО₂=4, СН₄=4, СН₃ОН=5, H₂O=1,3, N₂ - остальное. Продуктовый поток охлаждается до Т=40°С, из него выделяют метанол-сырец (XI), а газ (XII), содержащий СО и водород, может использоваться как топливо для выработки тепловой энергии. Содержание метанола в метаноле-сырце составляет 90%мас.