СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ИЗ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ Российский патент 2010 года по МПК C07C1/04 C07C9/14 C07C9/22 C10G2/00 

Изобретение относится к газохимии, а конкретно к способам каталитической переработки газообразного углеводородного сырья в синтетические жидкие углеводороды.

В связи с истощением запасов нефти и увеличением стоимости ее добычи все более актуальной становится проблема получения синтетических жидких углеводородов из альтернативных нефти источников углеродсодержащего сырья, в первую очередь - углеводородных газов (природного газа, попутного нефтяного газа, газов нефтепереработки). Кроме того, освоение утилизации попутного нефтяного газа для производства жидких углеводородов, который в настоящее время в огромных количествах сжигается в факелах, имеет большое значение не только с точки зрения полезного использования этого потенциально ценного продукта, но также и для решения одной из основных экологических проблем - уменьшения выброса в атмосферу диоксида углерода.

Все известные технологические процессы получения синтетических жидких углеводородных продуктов, в том числе топливного назначения, из газообразного углеводородного сырья включают в качестве основных стадий каталитическую конверсию газообразного сырья (паровую, парокислородную или пароуглекислотную) с получением синтез-газа (смеси СО и Н₂ с возможными добавками СO₂, Н₂O, N₂, Аr и др.) и последующий каталитический синтез жидких углеводородов из синтез-газа.

Производство синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов является весьма энергоемким процессом, а капитальные затраты на организацию такого производства достаточно высокие и в значительной степени зависят от металлоемкости оборудования, применяемых материалов, в свою очередь определяемых параметрами технологических процессов (в первую очередь, давлением и температурой, при которых они проводятся). Этими факторами в значительной степени определяется цена получаемых целевых продуктов. Поэтому при сравнительной оценке различных вариантов технологических процессов производства синтетических жидких углеводородов важнейшими показателями их эффективности являются расход исходного продукта и энергии, а также капитальные вложения на единицу конечного целевого продукта.

Известен способ получения жидких топлив из метана (RU патент 2175961 С7С 1/04, опубл. 20.11.2001, бюл. №32), включающий конверсию метана в синтез-газ и гетерогенно-каталитическую полимеризацию синтез-газа в жидкое топливо. При этом конверсию метана осуществляют в плазменной трубе при 0,3-0,5 МПа и 1175-1225°С в присутствии кислородсодержащего газа (причем содержание кислорода должно составлять 150-200 мас.% от содержания метана), а полимеризацию проводят в два этапа, последовательно пропуская синтез-газ над хромникелевым и цеолитным катализаторами при 6,5-7,5 МПа и 140-160°С. Из полученного продукта выделяют смесь предельных углеводородов. В качестве кислородсодержащего газа предусмотрено использование воздуха или технического кислорода.

Недостатками указанного способа являются следующие:

- при проведении процесса конверсии с подводом воздуха в качестве кислородсодержащего газа в цикл вводится большое количество азота, что, для поддержания необходимого парциального давления газов, участвующих в полимеризации синтез-газа (СО и Н₂), требует проведения этого процесса при высоком общем давлении газовой смеси и приводит к повышенным энергозатратам на ее компримирование;

- проведение процесса конверсии с подачей кислорода сопряжено с большими затратами на установку для его производства;

- необходимость включения в схему компрессора высокого давления (6,5-7,5 МПа) и связанное с этим увеличение капитальных и эксплуатационных затрат (расходы на обслуживание компрессора, а также энергии на его привод);

- высокие требования к оборудованию и, в первую очередь, к реактору, в котором осуществляется полимеризация синтез-газа при давлении 6,5-7,5 МПа, и обуславливаемая высоким рабочим давлением большая металлоемкость установки.

Известен также способ превращения природного газа в высшие углеводороды (RU, патент 2247701 С7С 1/04, опубл. 10.03.2005, бюл. №7), сущность которого заключается в следующем: каталитическую конверсию природного газа проводят при взаимодействии с водяным паром и кислородсодержащим газом с получением синтез-газа в две ступени. В реакторе предварительного риформинга при температуре 430-500°С содержащиеся в природном газе углеводороды С₂ и выше превращаются в метан, СО и СO₂, после чего газовая смесь подогревается до температуры 550-650°С и вместе с кислородом или кислородосодержащим газом (воздухом) направляется в реактор автотермического риформинга (ATR), где под давлением 3-4 МПа конвертируется в синтез-газ. Температура синтез-газа на выходе из ATR поддерживается в пределах 950-1050°С. Полученный синтез-газ охлаждают, после чего направляют в реактор синтеза Фишера-Тропша, где при давлении 2-4 МПа и температуре 180-240°С получают неочищенный продукт синтеза, состоящий из низших углеводородов, высших углеводородов, воды и непревращенного синтез-газа. Затем проводят разделение этого продукта на поток высших углеводородов, поток воды и поток отходящих газов, содержащий в основном оставшиеся компоненты. Далее, по меньшей мере, часть отходящих газов с добавлением природного газа подвергают в отдельном аппарате паровому риформингу, после чего вводят их в основной поток синтез-газа перед реактором синтеза Фишера-Тропша и/или в поток газов, поступающих в реактор ATR. Использование описанного способа позволяет увеличить выход жидкого топлива и уменьшить выброс СO₂. Однако этот способ имеет ряд недостатков, основные из которых следующие:

- если для проведения каталитической конверсии синтез-газа используют воздух, то в его составе в цикл вводится большое количество азота, а поэтому для поддержания необходимого парциального давления газов, участвующих в полимеризации синтез-газа (СО и Н₂), конверсию синтез-газа проводят при высоком общем давлении газовой смеси, что приводит к повышенным энергозатратам на ее компримирование, а если конверсия синтез-газа проводится с использованием кислорода, то необходима установка по производству кислорода, что также связано с большими капитальными и эксплуатационными затратами;

- разные этапы процесса проводят при различных давлениях от 1 до 4 МПа; это приводит к необходимости включения в технологическую схему нескольких компрессоров, что усложняет технологическую схему и сопровождается соответствующими капитальными расходами и затратами энергии на их привод;

- для проведения паровой конверсии отходящих газов предусмотрен отдельный каталитический реактор, что усложняет установку.

Известен также способ получения моторных топлив - диметилового эфира (ДМЭ) и/или бензина - из углеродсодержащего сырья (RU патент 2143417 С7С 1/04, опубл. 27.12.99, бюл. №36), согласно которому при получении синтез-газа к подаваемому в конвертор углеродсодержащему сырью добавляют воду и кислород; затем для получения жидких топлив полученный синтез-газ (СО+Н₂+СO₂) подвергают при высоком давлении (до 8 МПа) каталитической переработке в две стадии: в реакторе 1-й стадии при температуре 220-320°С (синтез ДМЭ) и в реакторе 2-й стадии при температуре 340-420°С (синтез бензина). При этом газовую фазу после ректора 1-й стадии разделяют на два потока: один направляют в реактор 2-й стадии на дальнейшую переработку, второй, для увеличения выхода ДМЭ, возвращают на смешение с синтез-газом перед реактором 1-й стадии, а газовую фазу после реактора 2-й стадии для увеличения выхода бензина возвращают на вход в этот реактор. В другом варианте всю газовую фазу из реактора 1-й стадии направляют в реактор 2-й стадии, после которого газовую фазу возвращают в поток синтез-газа перед реактором 1-й стадии. Таким образом, предусмотрены один или два контура рециркуляции газовых потоков. Вода, полученная в этих реакторах, возвращается в конвертор синтез-газа. Недостатками способа являются:

- использование кислорода, что приводит к необходимости значительных затрат на его производство или получение со стороны;

- проведение процессов синтеза при высоком давлении (до 8 МПа), следствием чего являются жесткие требования к оборудованию и, в первую очередь, к реакторам, в которых осуществляется полимеризация синтез-газа при давлении до 8,0 МПа, а следовательно, большая металлоемкость установки;

- для обеспечения рециркуляции газовой среды в каждом контуре должен быть предусмотрен дополнительный компрессор высокого давления, что влечет за собой увеличение капитальных и эксплуатационных затрат и усложняет обслуживание установки.

Наиболее близким к изобретению является выбранный в качестве прототипа способ получения жидких углеводородов каталитической переработкой углеводородных газов по патенту RU 2198156 С7С 1/04, опубл. 10.02.03, бюл. №4. Согласно этому патенту технологический процесс включает двухступенчатую каталитическую конверсию поступающего газообразного углеводородного сырья последовательно в высоко- и среднетемпературном конверторах с подводом воздуха и высокотемпературного тепла и получением синтез-газа, подвергаемого далее каталитической переработке по методу Фишера-Тропша при давлении 3 МПа и температуре 520 К с получением жидких углеводородов, дожигание части газообразных продуктов синтеза с выделением диоксида углерода из продуктов сгорания и низкотемпературную конверсию подвергнутых смешению рециркуляционных газообразных продуктов синтеза с выделенным из продуктов сгорания диоксидом углерода. В ходе низкотемпературной конверсии производят каталитическое восстановление содержащегося в смеси с водородом диоксида углерода до оксида углерода с одновременным образованием воды. Полученные продукты вводят в состав синтез-газа, подаваемого на каталитическую переработку или делят на два потока, один из которых направляют на смешение с подаваемым на конверсию сырьем, а второй вводят в состав синтез-газа, подаваемого на каталитическую переработку.

Данный способ позволяет несколько увеличить выход жидких углеводородов, но имеет следующие существенные недостатки:

- процесс получения синтез-газа осуществляют с подводом воздуха, с которым в цикл вводится большое количество азота, вследствие чего для поддержания необходимого парциального давления газов (СО и Н₂), участвующих в полимеризации синтез-газа, конверсию синтез-газа проводят при высоком общем давлении газовой смеси, что приводит к повышенным энергозатратам на ее компримирование;

- процесс в качестве одного из этапов предусматривает низкотемпературную конверсию смеси рециркуляционных газообразных продуктов синтеза и выделенного из продуктов сгорания диоксида углерода, для чего необходим дополнительный низкотемпературный реактор;

- установка содержит три компрессора (природного газа, воздуха и газообразных продуктов синтеза), что требует соответствующих капитальных и эксплуатационных расходов (включая затраты энергии на привод компрессоров).

В заключение следует отметить, что в данном патенте, принятом в качестве прототипа, полностью отсутствуют сведения, разъясняющие, каким образом в блоке низкотемпературной конверсии при температуре 520 К осуществляется восстановление диоксида углерода до оксида углерода.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности производства синтетических жидких углеводородов путем глубокой рекуперации тепла промежуточных продуктов технологического процесса и тепла отходящих дымовых газов.

Задачей настоящего изобретения является также уменьшение энергопотребления при переработке углеводородных газов в синтетические жидкие углеводороды за счет снижения давления, при котором проводятся технологические процессы, проведения всех этапов переработки при постоянном давлении и соответствующего уменьшения количества задействованных в схеме компрессоров.

Задачей настоящего изобретения является также снижение металлоемкости за счет использования высокоэффективного реакторного и теплообменного оборудования.

Задачей настоящего изобретения является также увеличение выхода конечных продуктов на единицу массы подводимого к установке углеводородного газа.

Задачей настоящего изобретения является также обеспечение возможности создания автономных установок для получения синтетических жидких углеводородов, полностью не зависящих от сторонних источников электроэнергии, необходимой для привода компрессоров, насосов и вентиляторов, а также для другого электропотребляющего оборудования.

Задачей настоящего изобретения является также обеспечение экологической чистоты при получении синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов, включающий каталитическую пароуглекислотную конверсию исходного сырья и рециркуляционных продуктов при постоянном давлении 0,8-3,0 МПа с применением высокотемпературного тепла и получением синтез-газа, каталитическую переработку синтез-газа по методу Фишера-Тропша с отводом низкотемпературного тепла, разделение продуктов, полученных в результате переработки синтез-газа, на три потока: смесь жидких углеводородов, воду и отходящие газы (содержащие в основном СО, СO₂, Н₂, С₁-С₄), и последующее разделение полученной смеси жидких углеводородов на фракции товарных видов жидких углеводородов (в том числе бензин, керосин, дизельное топливо) и углеводороды С₂₁₊.

Отличительными особенностями предлагаемого способа являются следующие.

а) Подводимое при постоянном давлении 0,8-3,0 МПа на переработку исходное газообразное сырье после очистки известным методом от соединений серы разделяют на два потока, один из которых вместе с частью отходящих газов из реактора синтеза Фишера-Тропша, диоксидом углерода, выделяемым из отходящих дымовых газов, и водяным паром, подают в каталитический реактор радиально-спирального типа на пароуглекислотную конверсию, которую проводят при температуре 950-1050°С, полученный синтез-газ подают в качестве греющей среды в паровой котел, после частичного охлаждения в котором синтез-газ, для выделения из него влаги, дополнительно охлаждают внешним хладоносителем в поверхностном охладителе-осушителе до температуры 20-40°С, после чего направляют в реактор синтеза Фишера-Тропша радиально-спирального типа, где проводят реакцию синтеза при температуре 180-220°С. Проведение конверсии углеводородных газов при температуре 950-1050°С обеспечивает содержание диоксида углерода в синтез-газе не более 2%, благодаря чему исключается необходимость очистки синтез-газа от диоксида углерода перед реактором синтеза Фишера-Тропша.

б) Второй поток исходного газообразного сырья смешивают с другой частью отходящих газов из реактора синтеза Фишера-Тропша и подают на горелку каталитического реактора в качестве топлива, а сжигание топлива проводят при температуре не выше 1150°С, причем перед подачей на горелку эту смесь и необходимый для горения воздух нагревают в блоке рекуперации тепла за счет частичного охлаждения дымовых газов, выходящих из каталитического реактора. Затем дымовые газы дополнительно охлаждают внешним хладоносителем в поверхностном охладителе-осушителе дымовых газов, где отделяют от влаги, после чего выделяют из него диоксид углерода, который подводят в каталитический реактор пароуглекислотной конверсии газообразного углеводородного сырья, а охлажденные дымовые газы выводят из установки. Рекуперация тепла дымовых газов уменьшает расход исходных углеводородных газов на сжигание в горелке каталитического реактора пароуглекислотной конверсии и тем самым повышает экономичность процесса; проведение процесса горения топлива в горелке при температуре, не превышающей 1150°С, практически полностью исключает присутствие в дымовых газах, сбрасываемых в атмосферу, вредных примесей NO_x и СО, а сжигание части отходящих газов в горелке каталитического реактора позволяет удалять с дымовыми газами из цикла инертные газы, поступающие в составе исходного газообразного углеводородного сырья, и тем самым исключать накопление их в цикле.

в) Конденсат, выделяемый в охладителях-осушителях из синтез-газа и дымовых газов, и воду, получаемую после разделения продуктов реакции Фишера-Тропша, подвергают очистке в узле водоподготовки и направляют в паровой котел для производства пара, необходимого для проведения пароуглекислотной конверсии исходного газообразного сырья, причем нагрев и испарение конденсата в паровом котле осуществляют за счет тепла синтез-газа.

г) Водяной пар, образующийся при испарительном охлаждении реактора синтеза Фишера-Тропша, смешивают с паром, получаемым в паровом котле, после чего полученную паровую смесь разделяют на два потока, один из которых направляют в каталитический реактор для проведения пароуглекислотной конверсии, а второй поток направляют для внешнего потребления и/или используют для получения электроэнергии, необходимой для привода компрессоров, насосов, вентиляторов и другого электропотребляющего оборудования, чем обеспечивается полная независимость установки производства синтетических жидких углеводородов, выполненной по предлагаемому способу, от внешних источников электроэнергии.

д) Углеводороды С₂₁₊, образующиеся в реакторе синтеза Фишера-Тропша при переработке синтез-газа, преимущественно сжигают в горелке каталитического реактора, чем обеспечивается дополнительное уменьшение расхода первичного углеводородного сырья на сжигание в горелке и исключается стадия гидрокрекинга.

е) По крайней мере, часть отходящих дымовых газов можно компримировать и подавать на хранение для использования по мере необходимости для продувки трубопроводов, пожаротушения и других технологических нужд объекта.

ж) Процессы конверсии углеводородного газа, синтеза Фишера-Тропша и генерации пара в паровом котле, а также рекуперацию тепла технологических и энергетических потоков рабочих сред и отвод тепла от рабочих сред внешними хладоносителями проводят преимущественно в аппаратах радиально-спирального типа. Благодаря использованию аппаратов этого типа обеспечивается поддержание оптимальных температур технологических процессов и высокая селективность, достигается минимизация массы и габаритов аппаратов и установки в целом, а также обеспечивается возможность создания установок любой, в том числе малой, производительности.

Ниже изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 изображает принципиальную технологическую схему получения синтетических жидких углеводородов из природного газа;

фиг.2 - фрагмент принципиальной технологической схемы получения синтетических жидких углеводородов из попутного нефтяного газа и низконапорных малодебитных скважин.

На схемах обозначены следующие элементы:

1 - узел сероочистки;

2 - каталитический реактор конверсии углеводородного газа;

3 - горелка;

4 - компрессор;

5 - паровой котел;

6 - охладитель-осушитель синтез-газа;

7 - реактор синтеза Фишера-Тропша;

9 - блок рекуперации тепла дымовых газов;

10 - охладитель-осушитель дымовых газов;

11 - блок отделения диоксида углерода;

11 - узел водоподготовки;

12 - компрессор дымовых газов;

13 - ресивер;

14 - узел водоподготовки;

15-42 - линии подвода-отвода рабочих сред.

Принципиальная технологическая схема получения синтетических жидких углеводородов из природного газа показана на фиг.1. Реализация такой схемы возможна при условии поступления природного газа на переработку с давлением 0,8-3,0 МПа, при котором проводится весь технологический процесс получения синтетических жидких углеводородов по предлагаемому способу. При меньшем давлении поступающего природного газа следует использовать вариант подвода природного газа, показанный на фиг.2.

Исходное газообразное сырье - природный газ (ПГ) подводится по линии 15 к узлу сероочистки 1, где природный газ очищается от соединений серы, а затем разделяется на два потока. Первый поток природного газа по линии 16 направляется на пароуглекислотную конверсию в каталитический реактор 2, снабженный горелкой 3, причем перед поступлением в каталитический реактор 2 природный газ смешивается с нагнетаемыми компрессором 4 частью отходящих газов реактора синтеза Фишера-Тропша 7, подводимой к компрессору 4 по линии 17, и диоксидом углерода, выделяемым из дымовых газов в блоке 11 выделения СO₂ и подводимым к компрессору 4 по линии 18. Для проведения пароуглекислотной конверсии в каталитический реактор 2 по линии 19 из парового котла 5 подают также водяной пар. Конверсия проводится при давлении, равном давлению природного газа, поступающего на переработку, и температуре 950-1050°С. Полученный синтез-газ поступает по линии 20 в паровой котел 5 в качестве греющей среды для генерации пара, где частично охлаждается, далее дополнительно охлаждается внешним хладоносителем (например, водой или воздухом) до температуры 20-40°С и отделяется от влаги в охладителе-осушителе 6. Затем по линии 21 синтез-газ подается в реактор синтеза Фишера-Тропша 7, где при температуре 180-220°С протекает реакция синтеза жидких углеводородов, в результате которой образуются смесь жидких углеводородов, вода и отходящие газы. Смесь жидких углеводородов по линии 22 подводится в блок разделения жидких углеводородов 8, где разделяется на товарные виды жидких углеводородов (ЖУВ), например, различных видов синтетического топлива, и жидкие углеводороды C₂₁₊. Часть отходящих газов по линии 17 подается в каталитический реактор 2, откуда вместе с синтез-газом, произведенным в каталитическом реакторе 2 из природного газа, подается на дальнейшую переработку, что повышает выработку жидких углеводородных топлив в установке. Другая часть отходящих газов по линии 24 направляется в горелку 3, где сжигается вместе с частью природного газа, используемой в качестве топлива. Благодаря этому обеспечивается непрерывный вывод из цикла вместе с дымовыми газами части инертных газов, поступающих в составе исходного природного газа, и тем самым исключается накопление их в цикле.

Второй поток природного газа, предназначенный для сжигания в горелке 3, отбирается по линии 23 и смешивается со второй частью отходящих газов реактора синтеза Фишера-Тропша 7, поступающей по линии 24, образовавшаяся смесь по линии 25 поступает в блок рекуперации тепла дымовых газов 9, подогревается в нем, после чего по линии 26 подводится к горелке 3 и сжигается в ней при температуре не выше 1150°С.Необходимый для горения воздух также нагревается в блоке рекуперации тепла дымовых газов 9, после чего по линии 27 подается на горелку 3.

Дымовые газы (ДГ) отводятся из каталитического реактора 2, по линии 28 подаются в блок рекуперации тепла дымовых газов 9, где частично охлаждаются, после чего по линии 29 направляются в охладитель-осушитель дымовых газов 10, в котором дополнительно охлаждаются внешним хладоносителем (например, водой или воздухом) и отделяются от влаги. Охлажденные дымовые газы по линии 30 подаются в блок отделения диоксида углерода 11, после чего по линии 31 сбрасываются в атмосферу, а диоксид углерода по линии 18 направляется к компрессору 4 для последующей подачи в каталитический реактор 2. Часть отходящих дымовых газов, очищенных от диоксида углерода и влаги, забирается по линии 32 компрессором 12, нагнетается на хранение в ресивер 13 и используется по мере необходимости для продувки трубопроводов, пожаротушения и других технологических нужд.

Вода, образующаяся при реакции синтеза Фишера-Тропша, а также конденсат из охладителей-осушителей синтез-газа 6 и дымовых газов 10 подается в узел водоподготовки 14 по линиям соответственно 33, 34 и 35, а затем по линии 36 - в паровой котел 5. Водяной пар, образующийся в паровом котле 5, отводится по линии 37 и смешивается с водяным паром, поступающим по линии 38 из полости испарительного охлаждения реактора синтеза Фишера-Тропша 7. Образовавшаяся смесь водяных паров разделяется на два потока: первый поток по линии 19 подается в каталитический реактор 2 для проведения пароуглекислотной конверсии природного газа, а второй поток по линии 39 направляют для внешнего потребления и/или используют для получения электроэнергии, необходимой для приводов компрессоров, насосов, вентиляторов и другого электропотребляющего оборудования. Для первоначального заполнения и подпитки системы предусмотрена возможность подвода воды от внешнего источника по линии 40.

Жидкие углеводороды С₂₁₊, выделяемые в блоке разделения жидких углеводородов 8, выводятся из него по линии 41 и в дальнейшем предпочтительно подаются в горелку 3, где сжигаются вместе с основным потоком топлива. Возможно также проведение гидрокрекинга этих углеводородов с последующим получением товарных продуктов.

В представленной схеме каталитический реактор 2, реактор синтеза Фишера-Тропша 7, паровой котел 5, охладители-осушители 6 и 10, блок рекуперации тепла дымовых газов 9 и другие теплообменные аппараты установки выполнены преимущественно по радиально-спиральному типу.

На фиг.2 представлен фрагмент принципиальной технологической схемы получения синтетических жидких углеводородов из попутного нефтяного газа, низконапорных малодебитных скважин и газов нефтепереработки.

Данная схема отличается от схемы, показанной на фиг.1, тем, что поскольку попутный нефтяной газ, а также другие перечисленные выше углеводородные газы, поступающие на переработку, имеют давление, существенно меньшее необходимого для проведения процесса, та часть исходного углеводородного сырья, которая должна подвергаться конверсии, нагнетается в каталитический реактор 2 компрессором 4, для чего этот поток подается по линии 42 на всасывание компрессора 4. В остальном эта схема не отличается от показанной на фиг.1.

Ниже приведены результаты расчета процессов получения синтетических жидких углеводородов из природного газа по схеме, приведенной на фиг.1.

Расчет проведен исходя из расхода природного газа 1000 нм³/ч, включающего газ, направляемый на пароуглекислотную конверсию, а также газ, используемый в горелке в качестве топлива.

В результате пароуглекислотной конверсии, проведенной при давлении 1,0 МПа, температуре процесса конверсии 1000°С и адиабатической температуре горения 1116°С, из указанного количества природного газа получено 4200 нм³/ч синтез-газа следующего состава (об.%):

Н₂ - 63,5; СО - 32,3; СН₄ - 1,4; СO₂ - 1.8; N₂ - 0,3; Н₂O - 0,7.

Такое низкое содержание диоксида углерода (1,8 об.%) позволяет не проводить удаление его из синтез-газа перед реактором синтеза Фишера-Тропша.

Содержание вредных примесей в отходящих дымовых газах составляет (об.%):

СО - 0,0002; NO - 0,005; NO₂ - 0, а парникового газа СO₂ - 0,2.

В результате процесса в реакторе синтеза Фишера-Тропша, проведенного при давлении 1,0 МПа и температуре 210°С, получено 655 кг синтетических жидких углеводородов, 916 кг воды и 626 кг отходящих газов.

Предлагаемый способ имеет следующие существенные преимущества по сравнению с известными техническими решениями.

1. При производстве синтез-газа полностью исключено использование кислорода, а воздух подводится только к горелке каталитического реактора для обеспечения процесса горения.

2. Весь технологический процесс, включающий конверсию исходного газообразного сырья и синтез жидких углеводородов, осуществляется при одном постоянном давлении 0,8-3,0 МПа и обеспечивается одним компрессором.

3. Поскольку процесс горения в горелке осуществляется при температуре не более 1150°С, в дымовых газах, сбрасываемых в атмосферу, практически полностью отсутствуют вредные примеси - NO_x и СО.

4. Подача части отходящих газов реактора синтеза Фишера-Тропша в каталитический реактор пароуглекислотной конверсии обеспечивает повышение производительности установки и уменьшает потребление сжигаемого топлива для пароуглекислотной конверсии исходного сырья, а благодаря сжиганию другой части отходящих газов реактора синтеза Фишера-Тропша в горелке из цикла вместе с дымовыми газами выводится часть инертных газов и исключается их накопление в цикле.

5. Выделение диоксида углерода из дымовых газов и возвращение его в каталитический реактор позволяет, во-первых, практически полностью исключить выброс этого парникового газа в атмосферу, а во-вторых, увеличить количество получаемого синтез-газа, а соответственно и выход конечного продукта на единицу исходного сырья, благодаря вовлечению углерода, содержащегося в диоксиде углерода, выделенном из дымовых газов, в процесс генерации синтез-газа.

6. Благодаря тому, что процесс конверсии в каталитическом реакторе проводят при температуре 950-1050°С, содержание диоксида углерода в синтез-газе после реактора не превышает 2%, а поэтому не требуется его удаление из синтез-газа перед подачей последнего в реактор синтеза Фишера-Тропша.

7. Благодаря глубокой утилизации тепла дымовых газов и синтез-газа, выходящих из каталитического реактора, достигается значительная экономия топлива, расходуемого для проведения процесса.

8. Проведение всех этапов процесса получения синтетических жидких углеводородов в выполненных по радиально-спиральному типу аппаратах (каталитическом реакторе конверсии углеводородных газов, реакторе синтеза Фишера-Тропша, паровом котле и теплообменниках) позволяет обеспечить поддержание оптимальных температур реакции в узком диапазоне и высокую селективность процесса, а также минимизировать массу и габариты этих аппаратов и установки в целом.

9. Процесс синтеза Фишера-Тропша осуществляют без рециркуляции газа в реактор синтеза, благодаря чему не требуется рециркуляционный компрессор.

10. Сжигание углеводородов С₂₁₊ на горелке уменьшает удельный расход исходного сырья и исключает стадию гидрокрекинга, что особенно актуально для установок малой мощности.

11. Избыток водяного пара давлением 1,0-2,0 МПа может быть использован для выработки электроэнергии, необходимой для привода компрессоров, насосов, вентиляторов и другого электропотребляющего оборудования установки, что обеспечивает ее независимость от внешних источников электроэнергии.

12. Предлагаемый способ обеспечивает возможность создания эффективных установок производства синтетических жидких углеводородов на любую, в том числе малую, производительность, что позволяет использовать установки этого типа как на крупных газовых месторождениях, так и на малодебитных низконапорных скважинах.

13. Поскольку отходящие дымовые газы содержат преимущественно только азот с весьма незначительными примесями аргона и диоксида углерода, их можно аккумулировать в ресивере и использовать для продувки трубопроводов, пожаротушения и других технологических нужд объекта.

Изобретение относится к способу получения синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов, включающий каталитическую пароуглекислотную конверсию исходного сырья и рециркуляционных продуктов с подводом высокотемпературного тепла и получением синтез-газа, каталитическую переработку синтез-газа по методу Фишера-Тропша с отводом низкотемпературного тепла испарительным охлаждением, разделение продуктов, полученных в результате переработки синтез-газа, на три потока: смесь жидких углеводородов, воду и отходящие газы, и последующее разделение полученной смеси жидких углеводородов на фракции товарных видов углеводородов (бензин, керосин, дизельное топливо) и углеводороды C₂₁₊, отличающийся тем, что подводимое при постоянном давлении 0,8-3,0 МПа на переработку исходное газообразное сырье после очистки от соединений серы разделяют на два потока, один из которых вместе с частью отходящих газов из реактора синтеза Фишера-Тропша, диоксидом углерода, выделяемым из отходящих дымовых газов, и водяным паром, подают в каталитический реактор радиально-спирального типа на пароуглекислотную конверсию, которую проводят при температуре 950-1050°С, полученный синтез-газ подают в качестве греющей среды в паровой котел, после частичного охлаждения в котором синтез-газ для отделения влаги дополнительно охлаждают до температуры 20-40°С внешним хладоносителем и отделяют от влаги в поверхностном охладителе-осушителе синтез-газа, после чего подают в реактор синтеза Фишера-Тропша, а второй поток исходного газообразного сырья смешивают с другой частью отходящих газов из реактора синтеза Фишера-Тропша и подают на горелку каталитического реактора в качестве топлива, причем перед подачей на горелку эту смесь и необходимый для горения воздух нагревают в блоке рекуперации тепла за счет частичного охлаждения дымовых газов, выходящих из каталитического реактора, после чего дымовые газы для отделения влаги дополнительно охлаждают внешним хладоносителем в поверхностном охладителе-осушителе дымовых газов, затем выделяют из них диоксид углерода, который подводят в каталитический реактор пароуглекислотной конверсии, охлажденные и очищенные от диоксида углерода дымовые газы выводят из установки, а конденсат, выделяемый в охладителях-осушителях из синтез-газа и дымовых газов, и воду, получаемую после разделения продуктов реакции Фишера-Тропша, подвергают очистке в узле водоподготовки и направляют для производства пара, необходимого для проведения пароуглекислотной конверсии исходного газообразного сырья, в паровой котел, в котором нагрев и испарение конденсата осуществляют за счет тепла синтез-газа. Применение настоящего способа позволяет более эффективно осуществлять предлагаемый способ. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения синтетических жидких углеводородов из углеводородных газов, включающий каталитическую пароуглекислотную конверсию исходного сырья и рециркуляционных продуктов с подводом высокотемпературного тепла и получением синтез-газа, каталитическую переработку синтез-газа по методу Фишера-Тропша с отводом низкотемпературного тепла испарительным охлаждением, разделение продуктов, полученных в результате переработки синтез-газа, на три потока - смесь жидких углеводородов, воду и отходящие газы и последующее разделение полученной смеси жидких углеводородов на фракции товарных видов углеводородов (бензин, керосин, дизельное топливо) и углеводороды C₂₁₊, отличающийся тем, что подводимое при постоянном давлении 0,8-3,0 МПа на переработку исходное газообразное сырье после очистки от соединений серы разделяют на два потока, один из которых вместе с частью отходящих газов из реактора синтеза Фишера-Тропша, диоксидом углерода, выделяемым из отходящих дымовых газов, и водяным паром подают в каталитический реактор радиально-спирального типа на пароуглекислотную конверсию, которую проводят при температуре 950-1050°С, полученный синтез-газ подают в качестве греющей среды в паровой котел, после частичного охлаждения в котором синтез-газ для отделения влаги дополнительно охлаждают до температуры 20-40°С внешним хладоносителем и отделяют от влаги в поверхностном охладителе-осушителе синтез-газа, после чего подают в реактор синтеза Фишера-Тропша, а второй поток исходного газообразного сырья смешивают с другой частью отходящих газов из реактора синтеза Фишера-Тропша и подают на горелку каталитического реактора в качестве топлива, причем перед подачей на горелку эту смесь и необходимый для горения воздух нагревают в блоке рекуперации тепла за счет частичного охлаждения дымовых газов, выходящих из каталитического реактора, после чего дымовые газы для отделения влаги дополнительно охлаждают внешним хладоносителем в поверхностном охладителе-осушителе дымовых газов, затем выделяют из них диоксид углерода, который подводят в каталитический реактор пароуглекислотной конверсии, охлажденные и очищенные от диоксида углерода дымовые газы выводят из установки, а конденсат, выделяемый в охладителях-осушителях из синтез-газа и дымовых газов, и воду, получаемую после разделения продуктов реакции Фишера-Тропша, подвергают очистке в узле водоподготовки и направляют для производства пара, необходимого для проведения пароуглекислотной конверсии исходного газообразного сырья, в паровой котел, в котором нагрев и испарение конденсата осуществляют за счет тепла синтез-газа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водяной пар, образующийся при испарительном охлаждении реактора синтеза Фишера-Тропша, смешивают с паром, получаемым в паровом котле, после чего полученную паровую смесь разделяют на два потока, один из которых направляют в каталитический реактор для проведения пароуглекислотной конверсии, а второй поток направляют для внешнего потребления и/или используют для получения электроэнергии, необходимой для привода компрессоров, насосов, вентиляторов и другого электропотребляющего оборудования.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что углеводороды C₂₁₊, образующиеся в реакторе Фишера-Тропша при переработке синтез-газа, преимущественно сжигают в горелке каталитического реактора.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс синтеза Фишера-Тропша, процессы рекуперации тепла технологических и энергетических потоков рабочих сред, а также отвод тепла от рабочих сред внешними хладоносителями проводят преимущественно в аппаратах радиально-спирального типа.