СИСТЕМА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕНЗИНА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК C10G2/00 C10G3/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе для получения бензина и способу его получения, а более конкретно относится к системе для получения бензина и способу его получения из природного газа через метанол.

Уровень техники

При осуществлении синтеза метанола из природного газа в большинстве случаев природный газ подвергают паровому риформингу, при этом образуется газ риформинга, содержащий водород и оксид углерода, а затем из газа риформинга синтезируют метанол. Кроме того, в публикации японского патента (В2) № Н04-51596 раскрыт способ осуществления синтеза бензина из метанола через диметиловый эфир (ДМЭ). Реакция синтеза бензина из метанола является экзотермической реакцией, и реакцию проводят при температуре около 400°С, однако тепло, соответствующее такой высокой температуре, в традиционных методиках использовалось неэффективно.

В дополнение к этому, вследствие того, что при синтезе бензина выделяется теплота реакции, проводимой при такой высокой температуре, как температура около 400°С, необходимо охлаждать колонну синтеза бензина. В публикации японского патента (В2) № Н04-51596 раскрыт способ, в котором нагревание и охлаждение многократно выполняют при использовании двух ступеней колонн синтеза бензина с целью осуществления описанного выше охлаждения.

Литература предшествующего уровня техники

Патентная литература

Ссылка на патент 1: Публикация японского патента (В2) № Н04-51596.

Раскрытие изобретения

Проблема, решаемая при помощи изобретения

С целью эффективного использования теплоты реакции, выделяющейся в ходе синтеза бензина, можно применять способ, в котором тепло утилизируют с помощью генерирования пара при использовании теплоты реакции. Однако с учетом того, что теплота реакции, выделяющаяся в ходе синтеза бензина, является столь высокой, как около 400°С, и что критическая точка воды находится при температуре 374°С и давлении 218 атмосфер, может иметься проблема, заключающаяся в том, что очень трудно поддерживать температуру теплоты реакции на конкретном уровне, достигающем около 400°С, при помощи утилизации тепла, выполняемой с использованием пара.

В дополнение к этому, необходимо охлаждать колонну синтеза бензина до конкретного уровня и поддерживать ее температуру; однако в способе, раскрытом в публикации японского патента (В2) № Н04-51596, в котором применяют множественные ступени колонн синтеза бензина, возникают проблемы, состоящие в том, что в целях понижения температуры устройства до конкретного уровня и ее поддержания общий размер устройства может становиться очень большим, а его конфигурация сложной.

Для решения описанных выше проблем цель настоящего изобретения заключается в разработке системы или способа, выполненных с возможностью получения бензина из природного газа через метанол, в которых при получении бензина из природного газа через метанол эффективно используют теплоту реакции, выделяющуюся в ходе синтеза бензина, и в которых имеется возможность быстрого охлаждения колонны синтеза бензина до конкретной температуры.

Средства решения проблемы

Согласно одному из аспектов изобретения система для получения бензина из природного газа через метанол содержит устройство парового риформинга, предназначенное для получения газа риформинга посредством парового риформинга природного газа; устройство синтеза метанола, предназначенное для осуществления синтеза метанола из газа риформинга, полученного в устройстве парового риформинга; устройство синтеза бензина, предназначенное для осуществления синтеза бензина из метанола, синтезированного в устройстве синтеза метанола; и устройство предварительного нагревания воздуха, предназначенное для предварительного нагревания воздуха горения, подлежащего введению в устройство парового риформинга, при использовании устройства синтеза бензина.

Устройство синтеза бензина может содержать по меньшей мере две колонны синтеза бензина и теплообменник для осуществления теплообмена между бензином, синтезированным в первой из по меньшей мере двух колонн синтеза бензина, и метанолом, подлежащим введению в первую колонну синтеза бензина. Вторую колонну синтеза бензина из по меньшей мере двух колонн синтеза бензина можно охлаждать бензином, охлажденным в указанном теплообменнике.

Устройство синтеза бензина предпочтительно может содержать реакционные трубы для проведения реакций синтеза бензина из метанола и каналы, которые позволяют воздуху протекать с наружной стороны реакционных труб, и в нем предпочтительно можно осуществлять теплообмен между теплом синтеза, генерируемым внутри реакционных труб, и воздухом, который протекает через каналы. В дополнение к этому, два типа катализаторов, включая катализатор синтеза диметилового эфира для осуществления синтеза диметилового эфира из метанола и катализатор синтеза бензина для осуществления синтеза бензина из синтезированного диметилового эфира, предпочтительно могут быть загружены внутрь реакционных труб в две ступени. Каналы предпочтительно могут быть выполнены таким образом, чтобы позволять воздуху проходить с наружной стороны участка реакционных труб, где загружен катализатор синтеза диметилового эфира, а затем протекать с наружной стороны участка реакционных труб, где загружен катализатор синтеза бензина.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ получения бензина из природного газа через метанол включает в себя стадию парового риформинга, на которой происходит образование газа риформинга в результате осуществления парового риформинга природного газа; стадию синтеза метанола, на которой происходит синтез метанола из газа риформинга, образовавшегося на стадии парового риформинга; стадию синтеза бензина, на которой происходит синтез бензина из метанола, синтезированного на стадии синтеза метанола; и стадию предварительного нагревания воздуха, на которой происходит предварительное нагревание воздуха горения, подлежащего подаче на стадию парового риформинга, теплом синтеза, выделяющимся при синтезе бензина.

По меньшей мере две стадии синтеза бензина можно осуществлять последовательно, и способ может включать в себя стадию проведения теплообмена между бензином, синтезированным на первой стадии синтеза бензина из по меньшей мере двух стадий синтеза бензина, и метанолом, подлежащим введению на первую стадию синтеза бензина. В дополнение к этому, теплоту синтеза, выделяющуюся на второй стадии синтеза бензина из по меньшей мере двух стадий синтеза бензина, можно охлаждать с помощью бензина, охлажденного в результате выполнения указанной стадии теплообмена.

Выгодные эффекты изобретения

Как описано выше, согласно настоящему изобретению воздух горения, подлежащий введению в процесс парового риформинга природного газа, предварительно нагревают с использованием теплоты синтеза, выделяющейся в ходе синтеза бензина из метанола, и в силу этого теплоту реакции, выделяющуюся в ходе синтеза бензина, можно использовать более эффективно, и к тому же тепло, выделяющееся при синтезе бензина, можно быстрее охлаждать по сравнению со случаем рекуперации теплоты с использованием пара.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематичный вид, показывающий вариант осуществления системы для получения бензина из природного газа через метанол согласно настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет собой схематичный вид, отображающий вариант осуществления конфигурации колонны синтеза бензина, проиллюстрированной на фиг. 1.

Фиг. 3 представляет собой схематичный вид, показывающий другой вариант осуществления системы согласно настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Ниже в настоящем документе вариант осуществления системы и способа получения бензина из природного газа через метанол согласно настоящему изобретению будет описан со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Как показано на фиг. 1, система настоящего варианта осуществления изобретения содержит реактор 10 парового риформинга, который выполнен с возможностью получения газа риформинга паровым риформингом природного газа; колонну 20 синтеза метанола, которая выполнена с возможностью осуществления синтеза метанола из газа риформинга, полученного с помощью реактора парового риформинга; колонну 30 синтеза бензина, которая выполнена с возможностью осуществления синтеза бензина из метанола, синтезированного с помощью колонны синтеза метанола; и устройство 40 предварительного нагревания воздуха, которое выполнено с возможностью предварительного нагревания воздуха горения, подлежащего введению в зону горения реактора парового риформинга.

Реактор 10 парового риформинга главным образом содержит реакционную трубу 11 для осуществления парового риформинга; зону 12 горения, расположенную вокруг реакционной трубы 11; зону 15 рекуперации отходящего тепла, которая выполнена с возможностью утилизации отходящего тепла дымового газа, образующегося в зоне 12 горения; и дымовую трубу 16, которая выполнена с возможностью сбрасывания дымового газа в атмосферу после извлечения из него отходящего тепла. Реакционная труба 11, которая содержит катализатор парового риформинга, загруженный внутрь трубы, представляет собой устройство для получения водорода, оксида углерода и диоксида углерода из природного газа, содержащего метан в качестве своего основного ингредиента, в результате осуществления следующих ниже реакций. В качестве катализатора парового риформинга можно использовать известные катализаторы, такие как, например, катализатор на основе никеля.

Линия 13 подачи сырья для осуществления подачи сырья 1, которое содержит природный газ и пар, подсоединена к входу реакционной трубы 11. Зона 12 горения содержит горелку сжигания (не показана), предназначенную для нагревания реакционной трубы 11, и линия 14 подачи топлива для осуществления подачи топлива 2, такого как природный газ, подсоединена к горелке сжигания. К выходу реакционной трубы 11 подсоединена линия 18 подачи газа риформинга, которая представляет собой линию для осуществления подачи газа риформинга, содержащего водород, оксид углерода и диоксид углерода, образовавшиеся по реакции парового риформинга, в качестве его основных ингредиентов, в колонну 20 синтеза метанола.

Колонна 20 синтеза метанола представляет собой устройство, выполненное с возможностью осуществления синтеза метанола из газа риформинга посредством проведения следующих реакций:

Колонна 20 синтеза метанола содержит катализатор синтеза метанола, загруженный внутрь трубы. В качестве катализатора синтеза метанола можно использовать известные катализаторы, такие как катализатор на основе меди. К колонне 20 синтеза метанола подсоединена линия 22 подачи метанола, которая является линией для осуществления подачи метанола, синтезированного с помощью колонны 20 синтеза метанола, в колонну 30 синтеза бензина. Следует отметить, что в дополнение к синтезированному метанолу в линию 22 подачи метанола поступает жидкий сырой метанол, содержащий воду, которая представляет собой побочный продукт реакции по уравнению (4).

Колонна 30 синтеза бензина представляет собой устройство, которое выполнено с возможностью осуществления синтеза бензина из метанола посредством проведения реакций в соответствии со следующими уравнениями:

Как описано выше, метанол подвергают реакции синтеза бензина, отражаемой уравнением (3), с получением бензина через реакцию синтеза диметилового эфира (ДМЭ), выражаемую уравнением (5). В колонне 30 синтеза бензина предусмотрены два типа катализаторов, включая катализатор синтеза ДМЭ и катализатор синтеза бензина, на двух ступенях так, чтобы две реакции можно было проводить ступенчато. В качестве катализатора синтеза ДМЭ можно использовать известные катализаторы, такие как, например, катализатор на основе цеолита алюмосиликатного типа. В дополнение к этому, в качестве катализатора синтеза бензина также можно использовать известные катализаторы, такие как катализатор на основе цеолита алюмосиликатного типа.

С колонной 30 синтеза бензина соединена линия 32 подачи бензина, которая является линией для осуществления подачи бензина, синтезированного с помощью колонны 30 синтеза бензина, в оборудование для хранения (не показано).

Устройство 40 предварительного нагревания воздуха содержит воздуходувку 43 подачи воздуха горения; теплообменник 45 «пар - воздух горения», выполненный с возможностью предварительного нагревания воздуха горения паром; теплообменник 42 «дымовой газ - воздух горения», который выполнен с возможностью дополнительного предварительного нагревания воздуха горения дымовым газом, протекающим в зоне 15 рекуперации отходящего тепла реактора 10 парового риформинга; впускную линию 41 воздуха горения, предназначенную для введения предварительно нагретого воздуха горения в колонну 30 синтеза бензина с теплом синтеза, выделяющимся в колонне 30 синтеза бензина, с целью дополнительного нагревания предварительно нагретого воздуха горения; и линию 44 подачи воздуха горения, предназначенную для осуществления подачи воздуха горения, нагретого теплом синтеза, в зону 12 горения реактора 10 парового риформинга.

Средство для нагревания воздуха горения теплом реакции, выделяющимся в колонне 30 синтеза бензина, не ограничено конкретным средством, но, например, воздух горения можно нагревать паром, полученным при нагревании котловой воды теплом реакции, выделяющимся в колонне 30 синтеза бензина. В качестве альтернативы, как показано на фиг. 2, можно осуществлять обмен тепла между катализатором синтеза ДМЭ в колонне 30 синтеза бензина или реакционной трубой, загруженной катализатором синтеза бензина, и воздухом горения. Фиг. 2 будет описана ниже.

Теплообменник 42 «дымовой газ - воздух горения» размещен с расположенной ниже по потоку стороны дымового газа от теплообменника 17 «дымовой газ - пар» в зоне 15 рекуперации отходящего тепла реактора 10 парового риформинга. Иными словами, зона 15 рекуперации отходящего тепла реактора 10 парового риформинга содержит теплообменник 17 «дымовой газ - пар» и теплообменник 42 «дымовой газ - воздух горения», размещенные в порядке протекания потока дымового газа из зоны 12 горения в дымовую трубу 16. Теплообменник 17 «дымовой газ - пар» представляет собой устройство для получения пара или тепла, подлежащих использованию внутри системы, и выполнен с возможностью улавливания тепла из дымового газа и получения пара высокого давления при нагревании котловой воды и тому подобного дымовым газом, протекающим внутри зоны 15 рекуперации отходящего тепла.

Аналогичным образом, линия 18 подачи газа риформинга оснащена теплообменником 19 «газ риформинга - пар», который предусмотрен с целью получения пара или тепла, подлежащего использованию внутри системы. Теплообменник 19 «газ риформинга - пар» представляет собой устройство, выполненное с возможностью получения пара высокого давления и улавливания тепла из газа риформинга посредством нагревания котловой воды и тому подобного при использовании газа риформинга.

Согласно описанной выше конфигурации топливо 2, такое как природный газ, сначала подают в зону 12 горения реактора 10 парового риформинга по линии 14 подачи топлива. В зоне 12 горения топливо 2 сжигают вместе с воздухом и нагревают реакционную трубу 11 до температуры, находящейся в диапазоне от около 800°С до около 900°С.

После нагревания котловой воды или тому подобного с помощью теплообменника 17 «дымовой газ - пар» зоны 15 рекуперации отходящего тепла, предназначенной для утилизации тепла, дымовой газ, содержащий диоксид углерода, образовавшийся в зоне 12 горения, который имеет температуру около 1000°С, охлаждается до температуры, находящейся в диапазоне от около 300°С до около 400°С. Затем, после нагревания воздуха горения, поступающего из воздуходувки 43, при помощи теплообменника 42 «дымовой газ - воздух горения» дымовой газ сбрасывают из дымовой трубы 16. Следует отметить, что воздух горения, подаваемый из воздуходувки 43, нагревают при помощи теплообменника 45 «пар - воздух горения» до температуры, находящейся в диапазоне от около 60°С до около 80°С.

С другой стороны, сырье 1, содержащее природный газ и пар, подают в реакционную трубу 11 реактора 10 парового риформинга по линии 13 подачи сырья. В реакционной трубе 11 реактора 10 парового риформинга сырье 1 превращается по реакции парового риформинга в газ риформинга, содержащий водород, оксид углерода и диоксид углерода в качестве своих основных ингредиентов, в результате протекания реакции в соответствии с уравнениями (1) и (2), описанными выше. После утилизации тепла посредством нагревания котловой воды или тому подобного с использованием теплообменника 19 «газ риформинга - пар» газ риформинга подают в колонну 20 синтеза метанола по линии 18 подачи газа риформинга.

В колонне 20 синтеза метанола синтезируют метанол из газа риформинга посредством проведения реакций по уравнениям (3) и (4). Реакции синтеза метанола являются экзотермическими. Температуру газа риформинга регулируют с помощью теплообменника 19 «газ риформинга - пар» в диапазоне от значения около 160°С до около 200°С, что подходит для синтеза метанола. Метанол, синтезированный при помощи колонны 20 синтеза метанола, подают в колонну 30 синтеза бензина по линии 22 подачи метанола в виде сырого метанола, содержащего воду.

В колонне 30 синтеза бензина синтезируют бензин из метанола по реакциям в соответствии с уравнениями (5) и (6). Реакция синтеза ДМЭ из метанола, проводимая в колонне 30 синтеза бензина, является экзотермической реакцией, и теплота указанной реакции составляет 185 ккал в расчете на 1 кг метанола. В дополнение к этому, реакция синтеза бензина также является экзотермической реакцией, и теплота данной реакции составляет 231 ккал в расчете на 1 кг метанола. С учетом вышесказанного, при осуществлении синтеза бензина из метанола теплота реакции составляет 416 ккал в расчете на 1 кг метанола. Воздух горения, подводимый из впускной линии 41 воздуха горения, нагревают с использованием указанного тепла реакции.

Следует отметить, что, поскольку вода образуется по реакции уравнения (6) в качестве побочного продукта, сырой метанол может содержать воду и, следовательно, не существует необходимости оснащать линию 22 подачи метанола для осуществления подачи метанола в колонну 30 синтеза бензина очистным устройством для удаления воды посредством дистилляции сырого метанола, которое является неизбежным на традиционной установке синтеза метанола.

В отношении условий реакции синтеза ДМЭ, осуществляемой при помощи колонны 30 синтеза бензина, предпочтительно, чтобы температура находилась в диапазоне от 250°С до 300°С. В дополнение к этому, для условий реакции синтеза бензина предпочтительно, чтобы температура находилась в диапазоне от 380°С до 450°С. Следовательно, воздух горения можно нагревать до значения в диапазоне от около 300°С до около 380°С.

Воздух горения, нагретый при помощи колонны 30 синтеза бензина, вместе с топливом 2 подают в зону 13 горения реактора 10 парового риформинга по линии 44 подачи воздуха горения. Поскольку воздух горения нагрет, как описано выше, подачу топлива 2 в зону 13 горения можно уменьшить.

В настоящем варианте осуществления изобретения, как описано выше и в отличие от традиционных установок синтеза метанола, предлагается колонна 30 синтеза бензина, в которой проводятся экзотермические реакции и выделяется тепловая энергия, а, в дополнение к этому, воздух горения, подлежащий введению в реактор 10 парового риформинга, предварительно нагревают с использованием экзотермической энергии, выделяющейся в колонне 30 синтеза бензина, и в силу этого можно уменьшать объем подачи топлива 2, подводимого в реактор 10 парового риформинга.

Подробная конфигурация колонны 30 синтеза бензина будет описана ниже со ссылкой на фиг. 2. Как показано на фиг. 2, колонна 30 синтеза бензина содержит в себя реакционную трубу 34 для получения бензина из метанола и канал 36, по которому проходит воздух горения, нагреваемый при помощи реакционной трубы 34. Множество реакционных труб 34 расположено параллельно друг другу во внутреннем пространстве колонны 30 синтеза бензина. Один конец соответствующих реакционных труб 34 соединен с линией 22 подачи метанола для осуществления подачи метанола, который представляет собой сырье. В дополнение к этому, другой конец соответствующих реакционных труб соединен с линией 32 подачи бензина для осуществления выпуска бензина, который является продуктом.

Каждая реакционная труба 34 содержит катализатор (не показано), загруженный внутрь трубы. В качестве катализатора загружают два типа катализатора, включая катализатор синтеза ДМЭ и катализатор синтеза бензина, в две ступени. Катализатор синтеза ДМЭ загружают в соответственные реакционные трубы 34 со стороны линии 22 подачи метанола, а катализатор синтеза бензина загружают в соответственную реакционную трубу 34 со стороны линии 32 подачи бензина.

Внутри колонны 30 синтеза бензина сформирован канал 36, который позволяет воздуху горения проходить с наружной стороны реакционных труб 34. Один конец канала 36 подсоединен к впускной линии 41 воздуха горения с целью осуществления подачи воздуха горения. В дополнение к этому, другой конец подсоединен к линии 44 подачи воздуха горения, предназначенной для выпуска воздуха горения. Материал реакционных труб 34 может быть материалом, способным нагревать воздух, протекающий с наружной стороны реакционных труб 34, через стенку трубы, и не ограничивается конкретным типом, а его предпочтительные примеры охватывают металлические материалы, такие как сталь, хромоникелевая сталь, нержавеющая сталь и т.д.

Канал 36 выполнен таким образом, что воздух горения протекает в направлении, перпендикулярном продольному направлению реакционных труб 34. В дополнение к этому, канал 36 также выполнен в изогнутой конфигурации при помощи разделительного элемента 35 внутри колонны 30 синтеза бензина таким образом, чтобы воздух горения проходил со стороны линии 22 подачи метанола реакционных труб 34 на входной стороне канала, т.е. со стороны впускной линии 41 воздуха горения, и так, чтобы воздух горения проходил со стороны линии 32 подачи бензина реакционных труб 34 на выпускной стороне канала, т.е. со стороны линии 44 подачи воздуха горения. Например, как показано на фиг. 2, разделительный элемент 35 обеспечивает образование двух участков изгиба, так что канал 36 внутри колонны 30 синтеза бензина включает первый канал 36А, расположенный со стороны линии 22 подачи метанола, второй канал 36В, расположенный в центральной части, и третий канал 36С, расположенный со стороны линии 32 подачи бензина.

Согласно описанной выше конфигурации метанол направляют из линии 22 подачи метанола в соответственные реакционные трубы 34, и вначале осуществляется синтез ДМЭ из метанола с использованием катализатора синтеза ДМЭ, загруженного в трубу с ее входной стороны, а также выделяется теплота синтеза в результате проведения синтеза ДМЭ. Далее синтезируют бензин из ДМЭ, который проходит по реакционным трубам 34 в направлении выпускной стороны, с использованием катализатора синтеза бензина, и температура, достигаемая в результате выделения тепла синтеза при осуществлении синтеза бензина, выше соответствующей температуры в случае синтеза ДМЭ. Образующийся бензин собирают из соответственных реакционных труб 34 в линию 32 подачи бензина для отвода из них. Как описано выше, соответственные реакционные трубы 34 характеризуются температурным градиентом, в котором температура постепенно повышается от линии 22 подачи метанола в направлении линии 32 подачи бензина.

С другой стороны, воздух горения, предварительно нагретый и подаваемый из впускной линии 41 воздуха горения в канал 36, имеет температуру около 200°С, например, и указанный воздух горения сначала проходит по первому каналу 36А, расположенному со стороны линии 22 подачи метанола. Затем воздух горения претерпевает теплообмен с соответственными реакционными трубами 34 через стенку трубы. Далее воздух горения проходит по второму каналу 36В, расположенному в центральной части, а затем проходит по третьему каналу 36С, расположенному со стороны линии 32 подачи бензина. Вследствие повышения температуры соответственных реакционных труб 34 от линии 22 подачи метанола в направлении линии 32 подачи бензина воздух горения нагревается таким образом, что его температура постепенно увеличивается в результате теплообмена с реакционными трубами 34. Описанным выше образом воздух горения нагревается до температуры от около 300°С до 380°С.

Как описано выше, при осуществлении теплообмена между теплотой синтеза, выделяющейся в ходе синтеза бензина из метанола, и воздухом горения последнему позволяют проходить по каналу 36, и посредством этого можно нагревать большой объем воздуха горения при атмосферном давлении. В дополнение к этому, поскольку в ходе теплообмена с реакционными трубами 34 воздух горения протекает в направлении от стороны линии 22 подачи метанола реакционных труб 34 к стороне линии 32 подачи бензина, температуру реакционных труб 34 можно снижать до относительно низкого значения, находящегося в диапазоне, например, от 250 до 300°С, и поддерживать на данном уровне на стороне линии 22 подачи метанола, где осуществляют синтез ДМЭ, а на стороне линии 32 подачи бензина, где проводят синтез бензина, температуру реакционных труб 34 можно снижать до относительно высокого значения, находящегося в диапазоне, например, от 380 до 450°С, и поддерживать на данном уровне. Кроме того, можно использовать трубы большого диаметра, поскольку катализаторы загружают внутрь реакционных труб 34, и в силу этого можно предотвращать использование сложной конфигурации для всей колонны 30 синтеза бензина.

Следует отметить, что хотя в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, предлагается одна колонна синтеза бензина, настоящее изобретение не ограничивается им, и, таким образом, можно последовательно размещать множество колонн синтеза бензина. Например, в конфигурации, отображенной на фиг. 3, размещены две колонны 30А, 30В синтеза бензина, а впускная линия 41 воздуха горения и линия 44 подачи воздуха горения подсоединены к первой колонне 30А синтеза бензина таким образом, что осуществляется теплообмен между воздухом горения и теплотой синтеза, выделяющейся в ходе синтеза бензина, и линия 32 подачи бензина для отвода бензина, полученного в первой колонне 30А синтеза бензина, подсоединена ко второй колонне 30В синтеза бензина таким образом, что осуществляется теплообмен между данным бензином и второй колонной 30В синтеза бензина.

В линии 32 подачи бензина между первой колонной 30А синтеза бензина и второй колонной 30В синтеза бензина можно предусматривать первый теплообменник 51 «метанол - бензин», который выполнен с возможностью проведения теплообмена с линией 22 подачи метанола для осуществления подачи метанола, являющегося сырьем, в первую колонну 30А синтеза бензина. В дополнение к этому, в линии 32 подачи бензина можно предусматривать второй теплообменник 53 «метанол - бензин» ниже по ходу потока от второй колонны 30В синтеза бензина, который выполнен с возможностью проведения теплообмена с линией 22 подачи метанола для осуществления подачи метанола, являющегося сырьем, в первую колонну 30А синтеза бензина. Следует отметить, что если предусмотрены и первый теплообменник 51 «метанол - бензин», и второй теплообменник 53 «метанол - бензин», первый теплообменник 51 «метанол - бензин» и второй теплообменник 53 «метанол - бензин» размещают в линии 22 подачи метанола в указанном порядке следования от первой колонны 30А синтеза бензина. В дополнение к этому, при необходимости в линии 32 подачи бензина можно размещать теплообменник 52 «пар - бензин» между второй колонной 30В синтеза бензина и вторым теплообменником 53 «метанол - бензин».

Согласно описанной выше конфигурации воздух горения подводят из впускной линии 41 воздуха горения в первую колонну 30А синтеза бензина, прежде всего, для охлаждения первой колонны 30А синтеза бензина, а также для получения нагретого воздуха горения, поступающего из линии 44 подачи воздуха горения. С другой стороны, первую колонну 30А синтеза бензина охлаждают воздухом горения, однако значение температуры полученного бензина (содержащего СНГ, который является сырьем, и воду) все еще составляет до величины от около 380°С до около 450°С, например. Указанный бензин вводят в первый теплообменник 51 «метанол - бензин» по линии 32 подачи бензина и охлаждают метанолом, находящимся в линии 22 подачи метанола. Соответственно вторую колонну 30В синтеза бензина можно охлаждать с помощью введения охлажденного бензина во вторую колонну 30В синтеза бензина по линии 32 подачи бензина.

Бензин, полученный из второй колонны 30В синтеза бензина, имеет температуру вплоть до величины от около 380°С до около 450°С. Соответственно тепло можно утилизировать с помощью генерирования пара при введении данного бензина в теплообменник 52 «пар - бензин» по линии 32 подачи бензина. Кроме того, тепло можно утилизировать с помощью нагревания метанола в линии 22 подачи метанола посредством введения указанного бензина во второй теплообменник 53 «метанол - бензин» по линии 32 подачи бензина. Метанол в линии 22 подачи метанола нагревают с помощью второго теплообменника 53 «метанол - бензин» и первого теплообменника 51 «метанол - бензин» последовательно в указанном порядке до температуры, находящейся, например, в диапазоне от около 250°С до около 300°С, что представляет собой температуру, подходящую для осуществления подачи метанола в колонну синтеза бензина.

Как описано выше, при помощи последовательного размещения ряда колонн 30 синтеза бензина остаточную тепловую энергию, остающуюся после выделения теплоты реакции синтеза бензина, используют для предварительного нагревания воздуха горения.

Примеры

Моделирование нагревания воздуха горения выполняли в отношении варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 1. Моделирование проводили при условиях, что суточная производительность в расчете на метанол составляла 2500 т и что природный газ использовали и в качестве сырья, и в качестве топлива. В дополнение к этому, 50% теплоты реакции, выделяющейся в колонне синтеза бензина, было доступно с целью нагревания воздуха горения, и в зоне рекуперации отходящего тепла реактора парового риформинга утилизировали тепло дымового газа с помощью теплообменника «дымовой газ - пар» до понижения его температуры до 287°С. В результате можно было нагревать воздух горения сначала до 70°С в теплообменнике «пар - воздух горения», затем до 200°С в теплообменнике «дымовой газ - воздух горения», а после этого до 350°С в колонне синтеза бензина. В результате можно было уменьшать количество топлива для реактора парового риформинга на 5,8% по сравнению с вариантом, в котором воздух горения не подвергали предварительному нагреванию в колонне синтеза бензина. Указанное количество эквивалентно 1,95% от суммарной энергии сырья и топлива, используемой в системе для получения бензина из природного газа через метанол.

Моделирование охлаждения двух колонн синтеза бензина выполняли в отношении варианта осуществления изобретения, показанного на фиг. 3. Следует отметить, что моделирование проводили для случая, в котором суточная производительность по метанолу составляла 2500 т и подаваемый метанол содержал 18 мас.% воды. В дополнение к этому, 50% теплоты реакции, выделяющейся в первой колонне синтеза бензина, было доступно с целью нагревания воздуха горения. Результаты экспериментов приведены в таблице 1, при этом воздух горения вводили в первую колонну синтеза бензина при 200°С и при 130°С подавали метанол.

Таблица 1   Температура (°С) Воздух горения Метанол Бензин Вход первой колонны синтеза бензина 200 - - Выход первой колонны синтеза бензина 350 - 420 Выход первого теплообменника «метанол - синтез бензина» - 300 300 Выход второй колонны синтеза бензина - - 420 Выход теплообменника «пар - бензин» - - 250 Выход второго теплообменника «метанол - бензин» - 180 200

Как показано в таблице 1, можно было охлаждать первую и вторую колонны синтеза бензина до конкретной температуры и поддерживать данную температуру колонн, а также можно было очень хорошо рекуперировать тепло бензина, нагретого до высокой температуры и полученного из первой и второй колонн синтеза бензина, при использовании метанола, который является сырьем для реакций, проводимых в колонне синтеза бензина.

Описание номеров позиций

10: Реактор парового риформинга

11: Реакционная труба

12: Зона горения

13: Линия подачи сырья

14: Линия подачи топлива

15: Зона рекуперации отходящего тепла

16: Дымовая труба

17: Теплообменник «дымовой газ - пар»

18: Линия подачи газа риформинга

19: Теплообменник газа риформинга

20: Колонна синтеза метанола

22: Линия подачи метанола

30: Колонна синтеза бензина

32: Линия подачи бензина

34: Реакционная труба

35: Разделительный элемент

36: Канал

40: Устройство предварительного нагревания воздуха

41: Впускная линия воздуха горения

42: Теплообменник «дымовой газ - воздух горения»

43: Воздуходувка

44: Линия подачи воздуха горения

45: Теплообменник «пар - воздух горения»

Изобретение относится к системе и способу получения бензина. Система для получения бензина из природного газа через метанол содержит: устройство парового риформинга, предназначенное для получения газа риформинга паровым риформингом природного газа; устройство синтеза метанола, предназначенное для осуществления синтеза метанола из газа риформинга, полученного с помощью устройства парового риформинга; устройство синтеза бензина, предназначенное для осуществления синтеза бензина из метанола, синтезированного с помощью устройства синтеза метанола; и устройство предварительного нагревания воздуха, предназначенное для осуществления предварительного нагревания воздуха горения, подлежащего введению в устройство парового риформинга, с использованием пара, полученного при нагревании котловой воды теплом реакции синтеза в устройстве синтеза бензина, или с использованием теплообмена между воздухом горения и теплом синтеза, вырабатываемым в реакционной трубе, загруженной катализатором синтеза бензина, в устройстве синтеза бензина. Технический результат - можно эффективно использовать теплоту реакции, выделяющуюся в ходе синтеза бензина, и обеспечивать возможность быстрого охлаждения колонны синтеза бензина при получении бензина из природного газа через метанол. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Система для получения бензина из природного газа через метанол, содержащая:
устройство парового риформинга, предназначенное для получения газа риформинга паровым риформингом природного газа;
устройство синтеза метанола, предназначенное для осуществления синтеза метанола из газа риформинга, полученного с помощью устройства парового риформинга;
устройство синтеза бензина, предназначенное для осуществления синтеза бензина из метанола, синтезированного с помощью устройства синтеза метанола; и
устройство предварительного нагревания воздуха, предназначенное для осуществления предварительного нагревания воздуха горения, подлежащего введению в устройство парового риформинга, с использованием пара, полученного при нагревании котловой воды теплом реакции синтеза в устройстве синтеза бензина, или с использованием теплообмена между воздухом горения и теплом синтеза, вырабатываемым в реакционной трубе, загруженной катализатором синтеза бензина, в устройстве синтеза бензина.

2. Система по п. 1, в которой устройство синтеза бензина содержит по меньшей мере две колонны синтеза бензина и теплообменник для осуществления теплообмена между бензином, синтезированным при помощи первой колонны синтеза бензина из по меньшей мере двух колонн синтеза бензина, и метанолом, подлежащим введению в первую колонну синтеза бензина,
при этом вторую колонну синтеза бензина из по меньшей мере двух колонн синтеза бензина охлаждают бензином, охлажденным с помощью указанного теплообменника.

3. Способ получения бензина из природного газа через метанол, включающий в себя следующие стадии, на которых:
осуществляют паровой риформинг природного газа для получения газа риформинга;
синтезируют метанол из газа риформинга, полученного на стадии парового риформинга;
синтезируют бензин из метанола, синтезированного на стадии синтеза метанола; и
предварительно нагревают воздух горения, подлежащий подаче на стадию парового риформинга, с использованием пара, полученного при нагревании котловой воды теплом синтеза, выделяющимся при синтезе бензина, или с использованием теплообмена между воздухом горения и теплом синтеза, вырабатываемым в реакционной трубе, загруженной катализатором синтеза бензина, в устройстве синтеза бензина.

4. Способ по п. 3, в котором последовательно осуществляют по меньшей мере две стадии синтеза бензина,
при этом способ дополнительно включает в себя проведение теплообмена между бензином, синтезированным при помощи первой стадии синтеза бензина из по меньшей мере двух стадий синтеза бензина, и метанолом, подлежащим подаче на первую стадию синтеза бензина,
при этом тепло синтеза, выделяющееся на второй стадии синтеза бензина из по меньшей мере двух стадий синтеза бензина, охлаждают бензином, охлажденным в результате осуществления указанной стадии теплообмена.