СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА ИЗ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ГАЗОВЫХ И ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И КОМПЛЕКСНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК C07C31/04 C07C29/151 B01J19/00 

Область техники

Изобретение предназначено для использования в промышленности, в частности, в газодобывающих предприятиях, и относится к технологии производства метанола из газа газовых и газоконденсатных месторождений через синтез-газ с использованием избыточного тепла основного процесса для регенерации метанола из водно-метанольного раствора, возвращаемого после ингибирования гидратообразования в системе сбора, подготовки и дальнего транспорта газа установки комплексной подготовки газа (УКПГ).

Уровень техники

Как известно, основные газовые и газоконденсатные месторождения Российской Федерации расположены в труднодоступных районах Крайнего Севера, например, в Ямало-Ненецком автономном округе и Якутии. На рентабельность добычи газа существенно влияет стоимость ингибитора гидратообразования, а именно метанола, расходуемого в количестве до 2,5 кг на 1000 м³ газа. Доставка метанола до отдаленных месторождений осуществляется с риском нанесения серьезного экологического ущерба природе при возможном разливе метанола, который является ядом, и ведет к тому, что стоимость метанола на месторождении многократно превышает отпускную цену завода изготовителя.

Кроме того, дальнейшее снижение экономических показателей. газодобычи и возникновение дополнительного экологического риска происходит из-за того, что на большинстве месторождений, особенно малых и средних, существенная часть метанола, использованного для ингибирования гидратообразования, не регенерируется и не используется повторно. Чаще всего метанол (в виде водно-метанольной смеси, содержащей соли металлов и другие загрязнения) сливается в накопители с последующей закачкой в пласт и отравляет окружающую среду или сжигается в специальных печах, потребляя газ на нагрев водно-метанольной смеси и увеличивая выбросы диоксида углерода в атмосферу.

Решить указанные проблемы производителей газа позволяет создание малотоннажных установок, сочетающих как получение, так и регенерацию метанола и способных работать непосредственно на месторождениях, как в виде самостоятельного производства, так и в составе установок комплексной подготовки газа (УКПГ).

Технология получения метанола известна с первой половины 20 века и является хорошо отработанным промышленным процессом.

Известен способ производства метанола, включающий процесс паровой конверсии углеводородного сырья под давлением до 30 атм в трубчатых печах с огневым обогревом, когда тепло для покрытия эндотермического эффекта реакции разложения углеводородов с водяным паром на водород и окислы углерода получается за счет сжигания топлива в реакционной трубчатой печи и передается реагирующей смеси. Конвертированный газ после трубчатой печи и после смешения с циркуляционным газом подается в колонну синтеза метанола. После охлаждения прореагировавшей смеси и конденсации метанола и воды из циркуляционной смеси для поддержания в циркуляционном газе эффективных значений парциальных давлений окислов углерода, часть циркуляционного газа в виде продувки, содержащей избыток водорода, выводится из цикла синтеза и используется в трубчатой печи в качестве топлива (авт.св. №579220, кл. C01B 3/38, 1977).

Основным недостатком этого способа, известного как из указанного патента, так и из учебной литературы (Караваев М.М., Леонов В.Е. и др. Технология синтетического метанола // М.: Химия, 1984, с.72-125) являются высокая энергоемкость процесса, многостадийность и сложность оборудования, что не позволяет создавать рентабельные малотоннажные установки метанола непосредственно на месторождениях.

Поскольку наиболее затратной считается стадия получения синтез-газа, неоднократно предпринимались попытки создать рентабельное малотоннажное производство метанола без стадии получения синтез-газа, например, с использованием прямого газофазного окисления метана в метанол при высоких давлениях. Процесс проводят при давлениях до 10 МПа и температурах 400-450°С в трубчатых реакторах при относительно низких начальных концентрациях кислорода с последующим охлаждением газожидкостной смеси и отделением жидких продуктов, из которых ректификацией выделяют метанол (Арутюнов B.C., Крылов О.В. Окислительные превращения метана. //М.: "Наука", 1998, с.130-145; патент РФ №2162460, кл. C07C 31/04, B01J 12/00, опубл. 27.01.2001).

Несмотря на сокращение стадий, отказ от катализаторов и упрощение оборудования существенными недостатками прямого газофазного окисления метана в метанол являются низкая степень конверсии метана за проход через реактор и, соответственно, низкий выход метанола, высокие энергозатраты и большое количество побочных продуктов, включая коррозионноопасные органические кислоты. Все это исключает практическое внедрение данного способа для малотоннажных установок метанола.

Таким образом, эти и другие известные решения не позволили создать рентабельные малотоннажные установки производства метанола на месторождениях.

Было предложено снизить капитальные и эксплуатационные затраты за счет интеграции установки получения метанола в состав инфраструктуры месторождения, в частности интегрировать ее с установкой комплексной подготовки газа (УКПГ). В этом случае максимально используются вспомогательные производства, имеющиеся в составе УКПГ (факельное хозяйство, очистные сооружения, водоподготовка, источники электрической энергии, воздух КИПиА, азотная станция, операторная).

Из патента на изобретение РФ №2254322, опубл. 20.06.2005, известен способ получения метанола и установка для его осуществления, интегрированная с установкой комплексной подготовки газа (УКПГ). Суть предлагаемого подхода заключается в том, что углеводородный газ с установки комплексной подготовки газа (УКПГ) под давлением 8,0 МПа и температурой 380-430°С поступает в трубное пространство трубчатого реактора предварительного парового риформинга. Образующийся в результате предриформинга газ переходит на следующую стадию риформинга, где производится конечный синтез-газ путем добавления кислорода. Процесс образования синтез-газа в шахтном реакторе протекает при температуре 600-950°С и давлении 8,0 МПа. Полученный синтез-газ с температурой 250-280°С поступает в 2-х ступенчатый изотермический реактор синтеза метанола с выносным теплообменником для охлаждения реакционной смеси. Для проведения процесса синтеза метанола реактор наполняется медьсодержащим катализатором СНМ-3С. Реакция синтеза метанола происходит при температуре 220-280°С и давлении 8,0 МПа. Охлажденная реакционная смесь поступает в сепаратор для отделения метанола-сырца от непрореагировавших продуктов синтез-газа. Метанол-сырец с концентрацией 78-84% направляется в парк хранения метанола. Газы с сепаратора в основном содержащие CH₄, H₂ и CO₂ направляются для использования на собственные нужды УКПГ (котельная, электростанция и другие нагреватели) или смешиваются с подготовленным газом УКПГ. а за счет малых объемов непрореагировавший газ на качество подготовленного товарного газа УКПГ не влияет.

Недостатками данного способа являются повышенные капитальные и эксплуатационные затраты, возникающие из-за наличия:

- компрессорного оборудования для обеспечения высокого давления процесса (8,0 МПа),

- разделения блока синтеза метанола на два реактора с выносными холодильниками и дополнительным количеством катализатора,

- стадии и дополнительного оборудования получения кислорода.

Кроме того, использование кислорода ведет к опасности возникновения взрывоопасных смесей, как с метаном, так и с водородом, что резко снижает безопасность процесса.

Часть недостатков способа, известного из патента РФ №2254322, было устранено в патенте РФ на полезную модель №102537, опубл. 10.03.2011, который можно выбрать в качестве прототипа, что несколько улучшило экономические показатели малотоннажной установки производства метанола. В данном способе было снижено давление процесса до 2,2 МПа, приняты меры по лучшему использованию тепловых потоков, синтез метанола осуществляется в одном реакторе без выносных холодильников. Также из установки были исключены:

- блок подготовки сырья, т.к. подготовленный на УКПГ товарный газ месторождений Крайнего севера РФ не содержит соединений серы, отравляющих катализаторы конверсии парогазовой смеси и синтеза метанола;

- блок получения кислорода;

- блок очистки метанола-сырца от примесей, т.к. его концентрация 85-95% позволяет использовать полученный метанол в качестве ингибитора гидратообразования;

- блок первичной подготовки воды, т.к. такой блок, как правило, имеется в составе УКПГ.

Недостатками способа, известного из патента РФ на полезную модель №102537, являются неоптимальное использование тепла конвертированного и дымовых газов, пониженный коэффициент полезного действия (КПД) печи риформинга, повышенный расход газа на производство 1 тонны метанола-сырца и относительно невысокая концентрация продукционного метанола. Указанные недостатки ведут к ухудшению экономических показателей малотоннажной установки получения метанола.

Помимо этого, существенным недостатком всех рассмотренных способов и установок является невозможность повторного применения метанола, произведенного на установке и использованного как ингибитор гидратообразования в УКПГ. Использование же в составе малотоннажной установки метанола блока регенерации водно-метанольной смеси улучшает экономические показатели установки получения метанола, в частности, улучшает качество и уменьшает себестоимость получения метанола, и устраняет дополнительные экологические риски газодобычи.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание экономичного способа, сочетающего производство метанола и регенерацию метанола из водно-метанольной смеси, возвращаемой после ингибирования гидратообразования в установке комплексной подготовки газа в рамках единой комплексной установки. Это улучшает экономические показатели установки метанола, в частности, улучшает качество и уменьшает себестоимость получения метанола, и устраняет дополнительные экологические риски газодобычи.

Основная технологическая схема позволяет получать метанол углеводородного газа газовых и газоконденсатных месторождений и включает каталитический паровой риформинг в печи риформинга с получением конвертированного газа, утилизацию тепла конвертированного и дымовых газов, в том числе с получением пара среднего давления 0,4-0,5 МПа, осушку и компрессию синтез-газа до давления 4,5-5,5 МПа, направление парового конденсата, выделенного из конвертированного газа и других сред для повторного использования в парообразовании, синтез метанола на низкотемпературном катализаторе в одну стадию. Помимо этого, в отличие от известных решений, установка содержит интегрированный по теплу и материальным потокам блок регенерации метанола (водно-метанольного раствора), использованного в УКПГ в качестве ингибитора гидратообразования. Из-за отсутствия вредных выбросов установка является экологически чистым производством.

Таким образом, благодаря совокупности предложенных технических решений комплексная установка получения метанола приобретает новые свойства, не известные исходя из современного уровня техники - производство метанола и регенерация метанола из водно-метанольной смеси, возвращаемой после ингибирования гидратообразования в установке комплексной подготовки газа, обеспечивающие существенные технико-экономические и экологические преимущества при использовании такой установки в промышленности, в частности, на предприятиях газодобычи (снижение расхода газа на 1 тонну метанола, снижение экологических рисков).

Указанный технический результат достигается в способе получения метанола из углеводородного газа газовых и газоконденсатных месторождений, включающем каталитический паровой риформинг газа в печи риформинга с получением конвертированного газа, рекуперацию тепла конвертированного и дымовых газов, сепарацию, осушку, компрессию синтез-газа, синтез метанола из синтез-газа на низкотемпературном катализаторе, сепарацию метанола-сырца и ректификацию метанола, при этом способ дополнительно включает стадии регенерации метанола из водно-метанольного раствора, использованного в установке комплексной подготовки газа (УКПГ) в качестве ингибитора гидратообразования, и смешения метанола-ректификата с регенерированным метанолом.

Паровой риформинг газа проводят на высокотемпературном никелевом катализаторе при 780-980°С и 2,0-2,5 МПа, при этом в печь риформинга дополнительно подают подогретый до 200-250°С воздух, что приводит к увеличению КПД (энергоэффективность) работы печи риформинга, и снижению удельного расхода газа на 1-2% на 1 т метанола.

В способе предусмотрена рекуперация тепла дымовых газов, образующихся при сжигании топливного газа в печи риформинга, которое используют для получения пара среднего давления 0,4-0,5 МПа для обогрева аппаратов стадии регенерации метанола, а так же для подогрева парогазовой смеси, поступающей на конверсию, для перегрева насыщенного водяного пара, для подогрева углеводородного газа, поступающего на смешение с перегретым паром, для подогрева питательной воды, для подогрева воздуха, поступающего на горелки печи риформинга.

В способе предусмотрена рекуперация тепла конвертированного газа, образующегося в печи риформинга, используют для получения насыщенного водяного пара, для нагрева обессоленной воды, для нагрева водно-метанольного раствора при регенерации метанола, для нагрева куба ректификации метанола.

В способе предусмотрено смешение метанола-ректификата крепостью 86-98% вес., полученного при ректификации синтезированного метанола, с регенерированным метанолом крепостью 96-99% вес. для его дальнейшего укрепления, который направляется совместно с синтезированным метанолом на использование в установках газодобывающего комплекса.

Указанный технический результат достигается в установке для получения метанола из углеводородного газа газовых и газоконденсатных месторождений, включающая последовательно установленные и связанные между собой посредством системы трубопроводов источник питательной воды и источник углеводородного газа, в том числе с установки комплексной подготовки газа, блок теплообменной аппаратуры для подогрева газа и парогазовой смеси, печь парового каталитического риформинга для получения конвертированного газа, теплообменники охлаждения конвертированного газа, подогреватель обессоленной воды, сепараторы конвертированного газа, компрессорные установки конвертированного и циркуляционного газов, теплообменник-рекуператор синтез-газа, реактор синтеза метанола для каталитического получения метанола из синтез-газа (смесь конвертированного и циркуляционного газов), теплообменники охлаждения продуктов синтеза метанола, колонну ректификации метанола, причем установка дополнительно содержит блок регенерации метанола из водно-метанольного раствора, использованного в установке комплексной подготовки газа в качестве ингибитора гидратообразования и узел смешения синтезированного метанола-ректификата и регенерированного метанола.

Источник углеводородного газа включает блок подготовки исходного газа, где проводят, при необходимости, сепарирование, редуцирование и подогрев.

Блок теплообменной аппаратуры для подогрева углеводородного газа и парогазовой смеси за счет тепла дымовых газов, образующихся при сжигании топливного газа в печи риформинга, включает последовательно соединенные подогреватель воздуха, соединенный с нагнетателем воздуха, подогреватель топливного газа, подогреватель питательной воды, подогреватель углеводородного газа, парогенератор, пароперегреватель, подогреватель парогазовой смеси.

Причем выход печи риформинга по конвертированному газу соединен с линией подачи конвертированного газа к реактору синтеза метанола, через котел-утилизатор, дополнительно соединенный с паросборником насыщенного водяного пара и пароперегревателем.

Для использования тепла конвертированного газа выход печи риформинга соединен через котел-утилизатор дополнительно с кипятильником колонны ректификации метанола-сырца и кипятильником колонны регенерации водно-метанольного раствора.

Теплообменники охлаждения конвертированного газа включают котел-утилизатор для получения пара, теплообменник-кипятильник колонны регенерации водно-метанольного раствора, теплообменник-кипятильник колонны ректификации метанола, подогреватель обессоленной воды, аппарат воздушного охлаждения конвертированного газа.

Установка комплексной подготовки газа, содержит блок подготовки химически очищенной воды, блок подготовки сырья, вспомогательное производство, включающее факельное производство, очистные сооружения, источники электрической энергии, сжатый воздух для подачи к пневматическим устройствам и контрольно-измерительным приборам (КИПиА), химическую лабораторию, операторную.

Источник питательной воды включает последовательно соединенные блок подготовки химически очищенной воды, поступающей как с установки комплексной подготовки газа, так и из другого источника исходной воды, блок подготовки обессоленной воды, который соединен с подогревателем обессоленной воды, деаэратором и подогревателем питательной воды блока теплообменной аппаратуры.

Колонна ректификации метанола последовательно соединена с конденсатором паров метанола и рефлюксной емкостью для сбора метанола-ректификата.

В деаэратор дополнительно поступает конденсат из сепараторов конвертированного газа и блока приема и подготовки водно-метанольного раствора установки регенерации метанола. Предусмотренная в установке дополнительная организация сбора конденсата позволяет на 15-20% снизить потребление воды комплексной установкой метанола для нужд парообразования.

Блок регенерации метанола включает соединенные между собой блок приема и подготовки водно-метанольного раствора для редуцирования, фильтрации, дегазации и подогрева водно-метанольного раствора, поступающего из установки комплексной подготовки газа, колонну регенерации водно-метанольного раствора, конденсатор паров метанола и рефлюксную емкость для сбора регенерированного метанола.

Подогреватель воздуха блока теплообменной аппаратуры соединен с горелками печи риформинга для дополнительной подачи подогретого до 200-250°С воздуха, что приводит к увеличению КПД (энергоэффективность) работы печи риформинга, и снижению удельного расхода газа на 1-2% на 1 т метанола.

Пароперегреватель блока теплообменной аппаратуры дополнительно соединен через редукционно-охладительную установку с кипятильником колонны регенерации метанола для дополнительного подогрева водно-метанольного раствора.

Выход подогревателя питательной воды соединен с паросборником для выработки насыщенного пара, поступающего в пароперегреватель блока теплообменной аппаратуры.

Узел смешения синтезированного метанола-ректификата и регенерированного метанола соединен посредством трубопроводов и насосов с рефлюксными емкостями колоны ректификации метанола и колонны регенерации водно-метанольного раствора.

Теплообменники охлаждения продуктов синтеза метанола, включают последовательно соединенные теплообменник-рекуператор синтез-газа и аппарат воздушного охлаждения циркуляционного газа.

Выход реактора синтеза метанола дополнительно соединен с теплообменником-рекуператором синтез-газа для использования тепла продуктов синтеза метанола для подогрева синтез-газа.

Осуществление изобретения

Схема установки, реализующей заявленное изобретение, представлена на Фиг.1.

Состав объектов установки производства метанола:

1. Блок подготовки исходного газа (сепарация, редуцирование, подогрев);

2. Трубчатая печь парового риформинга;

3. Подогреватель паро-газовой смеси;

4. Змеевик пароперегревателя;

5. Парогенератор на дымовых газах;

6. Подогреватель исходного газа;

7. Подогреватель питательной (обессоленной и деаэрированной) воды;

8. Подогреватель топливного газа;

9. Подогреватель воздуха;

10. Дымосос;

11. Дымовая труба;

12. Нагнетатель воздуха;

13. Блок подготовки обессоленной воды;

14. Деаэратор;

15. Паросборник;

16. Циркуляционный насос котловой воды;

17. Котел-утилизатор;

18. Теплообменник-кипятильник колонны ректификации метанола;

19. Сепаратор конвертированного газа;

20. Подогреватель обессоленной воды;

21. Сепаратор конвертированного газа;

22. Аппарат воздушного охлаждения конвертированного газа;

23. Сепаратор конвертированного газа;

24. Дожимная компрессорная установка конвертированного газа;

25. Компрессорная установка циркуляционного газа;

26. Теплообменник-рекуператор синтез-газа;

27. Пусковой огневой подогреватель реактора синтеза метанола;

28. Реактор синтеза метанола;

29. Аппарат воздушного охлаждения циркуляционного газа;

30. Сепаратор метанола-сырца;

31. Сепаратор продувочных газов синтеза;

32. Емкость-дегазатор метанола-сырца;

33. Рефлюксная емкость колонны ректификации метанола;

34. Конденсатор паров метанола колонны ректификации;

35. Колонна ректификации метанола;

36. Конденсатор избытка пара низкого давления;

37. Емкость сбора парового конденсата;

38. Отпарная емкость газового конденсата;

39. Блок приема и подготовки водно-метанольного раствора (редуцирование, фильтрация, дегазация, подогрев);

40. Теплообменник-кипятильник колонны регенерации водно-метанольного раствора;

41. Колонна регенерации водно-метанольного раствора;

42. Конденсатор паров метанола колонны регенерации водно-метанольного раствора;

43. Рефлюксная емкость колонны регенерации водно-метанольного раствора.

Комплексная установка получения метанола работает следующим образом. Поступающий на установку газ направляется в блок подготовки 1, где газ при необходимости сепарируется с отделением жидкого конденсата, нагревается до 30-40°С и дросселируется до давления 2,0-2,5 МПа. Часть подготовленного газа подогревается дымовыми газами до 220-270°С в подогревателе 8 и направляется на горелки печи риформинга 2. Одновременно на горелки через подогреватель 9 поступает подогретый до 200-250°С воздух, подаваемый нагнетателем 12. Подогрев воздуха увеличивает КПД (энергоэффективность) работы печи риформинга 2, что приводит к снижению удельного расхода газа на 1-2% на 1 т метанола.

Основное количество подготовленного газа смешивается с насыщенным паром из паросборника 15, нагревается в подогревателе 6 до 350-450°С и смешивается с перегретым паром, полученным в пароперегревателе 4. Технологической схемой предусматривается автоматическое регулирование соотношения расходов природного газа и пара, поступающих на конверсию, с обеспечением требуемого соотношения пар : газ = (2,7-3,2):1, которое зависит от состава газа. Полученная парогазовая смесь с температурой 350-450°С подается на подогрев в теплообменник 3.

Перегретый пар низкого давления из пароперегревателя 4 через редукционно-охладительную установку (РОУ), куда для регулирования температуры пара подается вода из деаэратора 14, поступает в кипятильник колонны регенерации водно-метанольного раствора 40 для подогрева регенерируемого метанола. Избыток пара после кипятильника используется для подачи тепла в блок приема и подготовки водно-метанольного раствора 39. Полученный в данном блоке конденсат поступает в емкость сбора парового конденсата 37.

Дистиллят регенерации водно-метанольного раствора конденсируется в аппарате охлаждения, например, аппарате воздушного или водяного охлаждения (АВО) 42 (конденсатор паров метанола колонны регенерации) и направляется в рефлюксную емкость 43, откуда метанол крепостью 96-98% вес. частично поступает на орошение верхней части колонны регенерации 41 и далее смешивается с регенерированным метанолом для его дальнейшего укрепления и направляется совместно с синтезированным метанолом-ректификатом на использование в установках газодобывающего комплекса.

Теплообменники и перегреватели позиции 3-9 в совокупности составляют блок теплообменной аппаратуры (БТА), необходимой для эффективной утилизации тепла дымовых газов печи риформинга 2. После рекуперации тепла дымовые газы с температурой до 200°С дымососом 10 выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу 11 на высоту не менее 30 м, обеспечивающую рассеивание выбросов до концентраций, не превышающих предельно-допустимых значений.

Нагретая за счет тепла дымовых газов до 500-600°С парогазовая смесь поступает в реакционные трубы печи риформинга 2, где на высокотемпературном никелевом катализаторе при 780-980°С и 2,0-2,5 МПа протекает реакция конверсии подготовленного водяным паром газа с образованием конвертированного газа. Использование высокотемпературного катализатора увеличивает конверсию метана на 3-4%, улучшает состав конвертированного газа за счет снижения доли инертных компонентов, в частности остаточного метана с типичных для парового риформинга 4-5% до 1-2% об. при содержании водорода 45-50% об., оксида углерода 9-10% об., водяного пара 30-35% об., диоксида углерода и инертных компонентов (остальное - до 100% об.). Улучшенный состав конвертированного газа позволяет добиться снижения удельного расхода газа на 1 т метанола на 3-5%.

Выходная температура конвертированного газа 780-900°С, а также температура дымовых газов на выходе из радиантной зоны печи риформинга 2 около 950°С автоматически регулируется подачей топливного газа в горелки печи риформинга 2. Тепло конвертированного газа, выходящего из реакционной зоны печи риформинга 2, используется в котле-утилизаторе 17. За счет охлаждения газа с 780-900°С до 300-380°С вырабатывается насыщенный водяной пар давлением 2,0-2,5 МПа, который из паросборника 15 подается на смешение с подготовленным газом и в пароперегреватель 4 для получения перегретого пара.

Питательная вода, доведенная до соответствующего качества в блоке первичной подготовки воды УКПГ, после блока подготовки обессоленной воды 13 подается в подогреватель 20 и деаэратор 14. Кроме этого, в деаэратор 14 поступает конденсат из отпарной емкости газового конденсата 38, в которую он собирается из сепараторов конвертированного газа 19, 21 и 23. Дополнительное количество воды поступает в деаэратор 14 из емкости сбора парового конденсата 37, куда также поступает конденсат пара низкого давления из блока приема и подготовки водно-метанольного раствора 39 установки регенерации метанола. Организация сбора конденсата позволяет на 15-20% снизить потребление воды комплексной установкой метанола для нужд парообразования.

Технологической схемой предусматривается последовательная рекуперация тепла конвертированного газа в котле-утилизаторе 17, кипятильнике колонны ректификации метанола 18 и подогревателе обессоленной воды 20, где за счет охлаждения конвертированного газа осуществляется выработка влажного пара, нагрев куба колонны ректификации метанола-сырца и нагрев обессоленной воды, соответственно.

Окончательно конвертированный газ охлаждается в аппарате воздушного или водяного охлаждения (АВО) 22. После каждой ступени охлаждения производится сепарация конденсата в сепараторах 19, 21 и 23. Выделившийся конденсат поступает в деаэратор 14 и, как указано выше, используется в системе парообразования установки. Осушенный конвертированный газ поступает на всас компрессорной установки конвертированного газа 24.

Смесь конвертированного и циркуляционного газа (синтез-газ), сжатая до 4,5-5,5 МПа, с нагнетания компрессорного агрегата 24 поступает на всас компрессорной установки циркуляционного газа 25, а затем в теплообменник-рекуператор синтез-газа 26, где нагревается продуктами реакции синтеза метанола. Далее смесь конвертированного и циркуляционного газа поступает в реактор 28 синтеза метанола. При запуске установки для подогрева до 200÷280°С синтез-газа, поступающего в реактор синтеза 28, используется пусковой огневой подогреватель 27.

На полках реактора 28 размещается низкотемпературный медьсодержащий или иной катализатор, известный из современного уровня техники, использование которого определяет параметры процесса синтеза (для медьсодержащего катализатора низкого давления: скорость подачи газа на катализатор 5000-15000 ч^-1, 200÷280°С и 4,5-5,5 МПа). Для достижения более полной степени превращения оксидов углерода в синтез-газе предусматривается циркуляция синтез-газа с постоянной выдачей из сепаратора 31 продувочных газов для утилизации на факеле УКПГ с целью поддержания заданного уровня инертных компонентов в синтез-газе. Циркуляционный газ после сепаратора метанола-сырца 30 направляется на смешение со свежим конвертированным газом и далее на всас компрессора 25.

Регулирование температуры в зоне катализа реактора синтеза 28 осуществляется автоматически подачей холодной смеси конвертированного и циркуляционного газа по байпасным линиям. Поток холодного газа отбирается с нагнетания компрессорного агрегата 25.

Предусмотрена рекуперация тепла продуктов реакции, выходящих из реактора синтеза 28, для подогрева смеси конвертированного и циркуляционного газа в теплообменнике-рекуператоре 26. Далее охлажденный реакционный газ поступает на конденсацию метанола в аппарат воздушного охлаждения 29, а затем в сепаратор 30 предназначенный для отделения метанола-сырца из газожидкостной смеси.

Выделившийся в сепараторе 30 метанол-сырец подается в емкость-дегазатор 32, откуда после сброса давления направляется на ректификацию. Процесс ректификации метанола-сырца проводится в насадочной ректификационной колонне 35, куб которой обогревается за счет тепла конвертированного газа, поступающего в теплообменник-кипятильник 18. Температура в кубовой части колонны 35 регулируется перепуском конвертированного газа мимо теплообменника-кипятильника. Кубовый продукт колонны 35 (солесодержащие стоки), направляется на очистные сооружения УКПГ.

Дистиллят колонны 35 конденсируется в АВО 34 (конденсатор паров метанола колонны ректификации) и направляется в рефлюксную емкость 33, откуда метанол крепостью 86-98% вес. частично поступает на орошение верхней части колонны 35 и для дальнейшего укрепления смешивается с регенерированным метанолом крепостью 96-99% вес.

Полученная смесь в виде продукционного метанола крепостью не ниже 96% вес. подается на склад метанола УКПГ, откуда направляется на использование в установках газодобывающего комплекса.

Изобретение относится к способу и установке для производства метанола из газа газовых и газоконденсатных месторождений через синтез-газ с использованием избыточного тепла основного процесса для регенерации метанола из водно-метанольного раствора, возвращаемого после ингибирования гидратообразования в системе сбора, подготовки и дальнейшего транспорта газа установки комплексной подготовки газа (УКПГ). Способ включает каталитический паровой риформинг газа, рекуперацию тепла конвертированного и дымовых газов, сепарацию, осушку, компрессию синтез-газа, синтез метанола из синтез-газа на низкотемпературном катализаторе, сепарацию метанола-сырца и ректификацию метанола и дополнительно стадии регенерации метанола из водно-метанольного раствора, использованного в установке комплексной подготовки газа в качестве ингибитора гидратообразования, и смешения метанола-ректификата с регенерированным метанолом. Установка дополнительно включает блок регенерации метанола и узел смешения синтезированного метанола-ректификата и регенерированного метанола. Технический результат - создание экономичного способа, сочетающего производство и регенерацию метанола в рамках единой комплексной установки. Это улучшает экономические показатели установки метанола, в частности улучшает качество и уменьшает себестоимость получения метанола, и устраняет дополнительные экологические риски газодобычи. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения метанола из углеводородного газа газовых и газоконденсатных месторождений, включающий каталитический паровой риформинг газа в печи риформинга с получением конвертированного газа, рекуперацию тепла конвертированного и дымовых газов, сепарацию, осушку, компрессию синтез-газа, синтез метанола из синтез-газа на низкотемпературном катализаторе, сепарацию метанола-сырца и ректификацию метанола, отличающийся тем, что дополнительно включает стадии регенерации метанола из водно-метанольного раствора, использованного в установке комплексной подготовки газа в качестве ингибитора гидратообразования, и смешения метанола-ректификата с регенерированным метанолом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что паровой риформинг газа проводят на высокотемпературном никелевом катализаторе при 780-980°С и 2,0-2,5 МПа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в печь риформинга дополнительно подают подогретый до 200-250°С воздух.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепло дымовых газов используют для получения пара среднего давления 0,4-0,5 МПа для обогрева аппаратов стадии регенерации метанола.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепло дымовых газов, образующихся при сжигании топливного газа в печи риформинга, используют для подогрева парогазовой смеси, поступающей на конверсию, для перегрева насыщенного водяного пара, для подогрева углеводородного газа, поступающего на смешение с перегретым паром, для подогрева питательной воды, для подогрева воздуха, поступающего на горелки печи риформинга.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что тепло конвертированного газа, образующегося в печи риформинга, используют для получения насыщенного водяного пара, для нагрева обессоленной воды, для нагрева водно-метанольного раствора при регенерации метанола, для нагрева куба ректификации метанола.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что метанол-ректификат крепостью 86-98 вес.% смешивают с регенерированным метанолом крепостью 96-99 вес.%.

8. Установка для получения метанола из углеводородного газа газовых и газоконденсатных месторождений, включающая последовательно установленные и связанные между собой посредством системы трубопроводов источник питательной воды, источник углеводородного газа, блок теплообменной аппаратуры для подогрева газа и парогазовой смеси, печь парового каталитического риформинга для получения конвертированного газа, теплообменники охлаждения конвертированного газа, подогреватель обессоленной воды, сепараторы конвертированного газа, компрессорные установки конвертированного и циркуляционного газов, теплообменник-рекуператор синтез-газа, реактор синтеза метанола для каталитического получения метанола из синтез-газа (смесь конвертированного и циркуляционного газов), теплообменники охлаждения продуктов синтеза метанола, колонну ректификации метанола, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок регенерации метанола из водно-метанольного раствора, использованного в установке комплексной подготовки газа в качестве ингибитора гидратообразования и узел смешения синтезированного метанола-ректификата и регенерированного метанола.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что блок теплообменной аппаратуры для подогрева углеводородного газа и парогазовой смеси за счет тепла дымовых газов, образующихся при сжигании топливного газа в печи риформинга, включает последовательно соединенные подогреватель воздуха, соединенный с нагнетателем воздуха, подогреватель топливного газа, подогреватель питательной воды, подогреватель углеводородного газа, парогенератор, пароперегреватель, подогреватель парогазовой смеси.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что подогреватель воздуха блока теплообменной аппаратуры соединен с горелками печи риформинга для дополнительной подачи подогретого до 200-250°С воздуха.

11. Установка по п.9, отличающаяся тем, что пароперегреватель блока теплообменной аппаратуры через редукционно-охладительную установку соединен с колонной регенерации метанола для дополнительного подогрева водно-метанольного раствора.

12. Установка по п.9, отличающаяся тем, что выход подогревателя питательной воды соединен с паросборником для выработки насыщенного пара, поступающего в пароперегреватель блока теплообменной аппаратуры.

13. Установка по п.8, отличающаяся тем, что выход печи риформинга по конвертированному газу соединен с линией подачи конвертированного газа к реактору синтеза метанола через котел-утилизатор, дополнительно соединенный с паросборником насыщенного водяного пара и пароперегревателем.

14. Установка по п.8, отличающаяся тем, что выход печи риформинга для использования тепла конвертированного газа соединен через котел-утилизатор дополнительно с кипятильником колонны ректификации метанола и кипятильником колонны регенерации водно-метанольного раствора.

15. Установка по п.8, отличающаяся тем, что теплообменники охлаждения конвертированного газа включают котел-утилизатор для получения пара, теплообменник-кипятильник колонны регенерации водно-метанольного раствора, теплообменник-кипятильник колонны ректификации метанола, подогреватель обессоленной воды, аппарат воздушного охлаждения конвертированного газа.

16. Установка по п.8, отличающаяся тем, что источник питательной воды включает последовательно соединенные блок подготовки химически очищенной воды как с установки комплексной подготовки газа, так и из другого источника исходной воды, блок подготовки обессоленной воды, который соединен с подогревателем обессоленной воды, деаэратором и подогревателем питательной воды блока теплообменной аппаратуры.

17. Установка по п.16, отличающаяся тем, что в деаэратор дополнительно поступает конденсат из сепараторов конвертированного газа и блока приема и подготовки водно-метанольного раствора установки регенерации метанола.

18. Установка по п.8, отличающаяся тем, что источник углеводородного газа включает блок подготовки исходного газа, где проводят сепарирование, редуцирование и подогрев.

19. Установка по п.8, отличающаяся тем, что установка комплексной подготовки газа содержит блок подготовки химически очищенной воды, блок подготовки сырья, вспомогательное производство, включающее факельное производство, очистные сооружения, источники электрической энергии, сжатый воздух для подачи к пневматическим устройствам и контрольно-измерительным приборам, химическую лабораторию, операторную.

20. Установка по п.8, отличающаяся тем, что колонна ректификации метанола последовательно соединена с конденсатором паров метанола и рефлюксной емкостью для сбора метанола-ректификата.

21. Установка по п.8, отличающаяся тем, что блок регенерации метанола включает соединенные между собой блок приема и подготовки водно-метанольного раствора для регулирования давления, фильтрации, дегазации и подогрева водно-метанольного раствора, поступающего из установки комплексной подготовки газа, колонну регенерации водно-метанольного раствора, конденсатор паров метанола и рефлюксную емкость для сбора регенерированного метанола.

22. Установка по п.8, отличающаяся тем, что узел смешения синтезированного метанола-ректификата и регенерированного метанола соединен посредством трубопроводов и насосов с рефлюксными емкостями колоны ректификации метанола и колонны регенерации водно-метанольного раствора.

23. Установка по п.8, отличающаяся тем, что теплообменники охлаждения продуктов синтеза метанола включают последовательно соединенные теплообменник-рекуператор синтез-газа и аппарат воздушного охлаждения циркуляционного газа.

24. Установка по п.8, отличающаяся тем, что выход реактора синтеза метанола дополнительно соединен с теплообменником-рекуператором синтез-газа для использования тепла продуктов синтеза метанола для подогрева синтез-газа.