СИСТЕМА И СПОСОБ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕНЗИНА Российский патент 2016 года по МПК C10G2/00 C10C1/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе и способу производства бензина и, в частности, к способу производства бензина из природного газа через метанол.

Уровень техники

В публикации патента Японии (B2) No. S62-041276 раскрыт способ производства бензина из природного газа, в соответствии с которым путем обработки природного газа водяным паром получают синтез-газ, из синтез-газа получают метанол, а затем из метанола получают бензин. В процессе реакции получения бензина из метанола в дополнение к бензину получают большое количество воды. Однако в указанном документе не был проработан ни один из способов использования получаемой воды.

Патентный документ

Патентный документ 1: публикация патента Японии (B2) No. S62-041276

Раскрытие изобретения

Техническая проблема, решаемая изобретением

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении системы и способа производства бензина, в которых при производстве бензина из природного газа через метанол вода, полученная в результате получения бензина, может быть эффективно использована.

Средства решения проблемы

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения система для производства бензина из природного газа через метанол содержит устройство парового риформинга для проведения парового риформинга природного газа с использованием воды для получения риформированного газа; устройство получения метанола для получения метанола из риформированного газа, полученного с помощью устройства парового риформинга; устройство получения бензина, предназначенное для получения бензина и воды из метанола, полученного с помощью устройства получения метанола; и трубопроводную линию для подачи воды, полученной в устройстве получения бензина, в устройство парового риформинга для использования этой воды при проведении парового риформинга природного газа.

Система в соответствии с настоящим изобретением может дополнительно содержать устройство извлечения диоксида углерода из отработанных газов, полученных в устройстве парового риформинга, и линию для подачи диоксида углерода, извлеченного с помощью устройства извлечения диоксида углерода, в устройство парового риформинга.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения способ производства бензина из природного газа через метанол включает стадию парового риформинга природного газа с использованием воды для получения риформированного газа, стадию получения метанола из риформированного газа, стадию получения бензина и воды из метанола и стадию повторного использования воды, полученной при получении бензина, для парового риформинга природного газа.

Способ в соответствии с настоящим изобретением может дополнительно включать стадию извлечения диоксида углерода из отходящего газа, полученного в процессе парового риформинга природного газа, и стадию ввода извлеченного диоксида углерода в процесс парового риформинга природного газа.

Полезные эффекты изобретения

Как отмечено выше, в соответствии с изобретением большое количество водяного пара, необходимого для проведения парового риформинга природного газа, может быть получено за счет повторного использования воды, полученной при получении бензина. В этой связи следует отметить, что районы добычи природного газа часто находятся в пустынной местности и в море, где возникают затруднения в обеспечении пресной водой, подходящей для парового риформинга, и, следовательно, весьма полезно и экономично иметь возможность получить необходимую и имеющуюся в наличии воду внутри системы.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - упрощенная схема, иллюстрирующая воплощение системы производства бензина из природного газа через метанол в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 - упрощенная схема, иллюстрирующая другое воплощение системы производства бензина из природного газа через метанол в соответствии с настоящим изобретением.

Осуществление изобретения

Ниже со ссылкой на сопровождающие фигуры будут рассмотрены воплощения системы и способа производства бензина из природного газа через метанол в соответствии с настоящим изобретением.

Как показано на фиг. 1, система в соответствии с настоящим изобретением содержит бойлер 10, который генерирует водяной пар, паровой риформер 20, в котором осуществляют паровой риформинг природного газа для получения риформированного газа, колонну 30 получения метанола, в которой получают метанол из риформированного газа, полученного в паровом риформере, колонну 50 получения бензина, в которой получают бензин из метанола, полученного в колонне получения метанола, и трубопроводную линию 61 рекуперации воды, которая направляет воду, полученную в колонне получения бензина, для ее повторного использования в паровом риформере.

Выбор типа бойлера 10 особо не ограничивается определенным устройством при условии, что он путем испарения превращает воду в водяной пар. Бойлер 10 снабжен линией 11 подачи воды для подачи воды в бойлер 10, линией 12 отвода воды для отвода отработавшей воды из бойлера и линией 13 подачи водяного пара для подачи водяного пара, генерируемого в бойлере 10, в паровой риформер 20.

Паровой риформер 20 содержит реакционные трубы (не показаны), заполненные катализатором парового риформинга, в которых получают водород, моноксид углерода и диоксид углерода из природного газа, содержащего в качестве основного компонента метан, при проведении реакции, выраженной приведенной ниже формулой. В качестве катализатора парового риформинга могут быть использованы хорошо известные в уровне техники катализаторы, в частности, катализатор на основе никеля.

Линия 21 подачи природного газа для подачи природного газа в паровой риформер 20, а также линия 13 подачи водяного пара из бойлера подключены к паровому риформеру со стороны входа реакционных труб парового риформера 20. Линия 22 подачи риформированного газа для подачи риформированного газа, который в качестве основных компонентов содержит водород, моноксид углерода и диоксид углерода, в колонну 30 получения метанола, подключена к паровому риформеру со стороны выхода реакционных труб парового риформера 20.

Линия 22 подачи риформированного газа снабжена линией 23 возврата водяного пара, которая служит для возврата воды, в которую конденсируется часть риформированного газа в трубопроводной линии 22, в паровой риформер 20 в качестве водяного пара. Кроме того, линия 22 подачи риформированного газа снабжена линией 61a отвода воды для непрерывного удаления сконденсированной воды (в виде жидкой фазы).

Колонна 30 получения метанола представляет собой устройство для получения метанола из риформированного газа, осуществляемого за счет протекания реакции, выраженной следующей ниже формулой:

Колонна 30 получения метанола заполнена внутри катализатором получения метанола. В качестве катализатора получения метанола могут быть использованы известные в уровне техники катализаторы, в частности, катализатор на основе меди. Линия 22 подачи риформированного газа подключена к колонне 30 получения метанола со стороны ее входа. Линия 31 подачи метанола-сырца для подачи метанола-сырца, полученного в колонне 30 получения метанола, в дистилляционную колонну 40 подключена к колонне 30 получения метанола со стороны ее выхода.

Метанол-сырец помимо метанола содержит воду. Дистилляционная колонна 40 является устройством, которое отделяет воду от метанола-сырца посредством дистилляции. К дистилляционной колонне 40 подключены линия 41 подачи метанола, предназначенная для подачи очищенного метанола в колонну 50 получения бензина, и линия 42 отвода дистиллированной воды для отвода дистиллированной воды, отделенной от метанола, и подачи отведенной дистиллированной воды в колонну 30 получения метанола.

Колонна 50 получения бензина представляет собой устройство, в котором из метанола получают бензин с помощью реакции, выраженной следующей ниже формулой:

В соответствии с формулой (3) из метанола получают бензин и воду при молярном отношении 1:1. Следует отметить, что в процессе получения бензина из метанола реакция получения бензина из диметилового эфира (DME) проходит после завершения реакции получения DME из метанола. Соответственно, в колонне 50 получения бензина обеспечивают два типа катализатора, включающих катализатор получения DME и катализатор получения бензина, в двух ступенях для последовательного протекания этих двух реакций. В качестве катализатора получения DME могут быть использованы известные в уровне техники катализаторы, в частности, алюмосиликатный цеолитный катализатор. Кроме того, в качестве катализатора получения бензина также могут быть использованы известные в уровне техники катализаторы, такие как алюмосиликатный цеолитный катализатор.

К колонне 50 получения бензина подключена линия 51 подачи бензина, предназначенная для подачи бензина, полученного в колонне получения бензина, в емкости для его хранения (не показаны). Следует отметить, что в колонне 50 получения бензина в дополнение к бензину в качестве побочного продукта получают сжиженный нефтяной газ (LPG), и соответственно к этой колонне может быть отдельно подключена линия 52 подачи LPG. Кроме того, поскольку в колонне 50 получения бензина в соответствии с вышеприведенной формулой (3) получают большое количество воды, к колонне подсоединена линия 61b отвода воды. Необходимо отметить, что в колонне 50 получения бензина получают смесь бензина и воды, которая вследствие разности их удельного веса образует две фазы, включающие водную фазу и нефтяную фазу. Соответственно, бензин и вода могут быть легко отделены друг от друга с помощью устройства для сепарации нефтепродукта от воды (не показано). Что касается параметров отработавшей воды, которая протекает через линию 61b отвода воды, то, например, содержание в ней метанола составляет 1 мас.% или менее, содержание этанола составляет 10 ppm масс. или менее, содержание других спиртов составляет 1 ppm масс. или менее, а концентрация нефтепродуктов составляет 1 мас.% или менее.

Линия 61b отвода воды из колонны 50 получения бензина, так же как и линия 61a отвода воды, которая предусмотрена за последней ступенью парового риформера 20, соединена с устройством 60 водоподготовки. Устройство 60 водоподготовки представляет собой устройство, которое удаляет из отведенной из колонны воды примеси для того, чтобы эта отведенная вода была подходящей для использования в бойлере 10. Вода для питания бойлеров предпочтительно имеет состав, который удовлетворяет нормам качества воды, указанным в JIS B 8223-2006 "Water Conditioning for Boiler Feed Water and Boiler Water".

В представленной ниже таблице 1 приведены нормы качества для составов воды.

Для соответствия вышеприведенным нормам качества воды устройство 60 водоподготовки может быть снабжено, например, активированным углем для удаления преимущественно органических примесей, ионообменной смолой для удаления преимущественно ионных примесей и цилиндрической емкостью для дегазирования, обеспечивающей удаление преимущественно газообразных компонентов, содержащихся в текучей среде, и тому подобными средствами. К устройству 60 водоподготовки подключена трубопроводная линия 62 повторного использования воды, предназначенная для подачи обработанной воды в линию 11 подачи воды в бойлер 10 с тем, чтобы повторно использовать воду, обработанную с помощью устройства водоподготовки, в качестве водяного пара для парового риформинга. Кроме того, к устройству 60 подключена линия 63 отвода воды, используемая для удаления отработанной воды, полученной в процессе обработки с помощью устройства водоподготовки.

В соответствии с описанной выше схемой системы, прежде всего, воду подают в бойлер 10 посредством линии 11 подачи воды. Водяной пар, полученный в бойлере 10, направляют в паровой риформер 20 через линию 13 подачи водяного пара, а природный газ подают в паровой риформер 20 через линию 21 подачи природного газа. В паровом риформере 20 природный газ подвергают риформингу водяным паром с проведением реакции согласно вышеприведенной формуле (1) при предварительно заданной высокой температуре, чтобы в результате конверсии получить риформированный газ, содержащий в качестве основных компонентов водород, моноксид углерода и диоксид углерода. Риформированный газ направляют в колонну 30 получения метанола через линию 22 подачи риформированного газа.

Часть риформированного газа, транспортируемого через линию 22 подачи риформированного газа, возвращают по линии 23 возврата водяного пара в паровой риформер 20 в качестве пара, который может быть использован в реакции парового риформинга. Отношение водяного пара, возвращаемого через линию 23 возврата водяного пара, к водяному пару, подаваемому в паровой риформер 20, предпочтительно, составляет, например, от 10 до 30%. Кроме того, молярное отношение водяного пара к метану, содержащемуся в природном газе, теоретически равно 1:1. Однако предпочтительно подавать избыточное количество пара для того, чтобы эффективно проводить реакцию парового риформинга. Например, можно подавать от 2,5 до 3,5 молей водяного пара на 1 моль углеродных компонентов, содержащихся в природном газе. Кроме того, часть риформированного газа, транспортируемого через линию 22 подачи риформированного газа, направляют в виде воды в устройство 60 водоподготовки через линию 61a отвода воды.

В колонне 30 получения метанола из риформированного газа получают метанол за счет реакции, протекающей в соответствии с формулой (2). Метанол, полученный с помощью колонны 30 получения метанола, подают в дистилляционную колонну 40 в виде метанола-сырца, содержащего воду, через линию 31 подачи метанола-сырца. Метанол, очищенный в дистилляционной колонне 40, направляют в колонну 50 получения бензина через линию 41 подачи метанола. Кроме того, дистиллированную воду, отделенную в дистилляционной колонне 40 от метанола-сырца, направляют в паровой риформер 20 с последовательным прохождением через линию 42 отвода дистиллированной воды и линию 23 возврата пара.

В колонне 50 получения бензина бензин получают из метанола с помощью реакции, протекающей в соответствии с формулой (3). Полученный бензин накапливают в предварительно выбранных емкостях для хранения посредством линии 51 подачи бензина, а LPG, полученный в качестве побочного продукта, накапливают в предварительно выбранных емкостях для хранения, в которые направляют LPG через линию 52 подачи LPG. Кроме того, воду, полученную в колонне 50 получения бензина, подают в устройство 60 водоподготовки через линию 61b отвода воды.

В устройстве 60 водоподготовки осуществляют обработку с целью удаления примесей из воды, отведенной через линию 61 отвода воды, до тех пор, пока вода не становится подходящей для использования в бойлере 10. Обработанную воду направляют в бойлер 10 через линию 11 подачи воды с предварительным прохождением через линию 62 повторного использования воды. Кроме того, отработанную воду, полученную в устройстве 60 водоподготовки, отводят через линию 63 отвода воды.

Как отмечено выше, в способе производства бензина из природного газа через метанол количество подаваемой воды равно количеству выходящей воды в соответствии с приведенными выше формулами (1) и (3), при этом баланс количества воды достигается за счет повторного использования воды, полученной в колонне 50 получения бензина, в качестве воды для парового риформинга, проводимого в паровом риформере 20. В пустынной местности или на море, где находятся месторождения природного газа, трудно получить пресную воду, которая может быть использована для проведения парового риформинга. Однако в соответствии с настоящим изобретением, вода, которая может быть использована при проведении парового риформинга, может быть легко обеспечена внутри системы.

Ниже будет рассмотрено другое воплощение изобретения, иллюстрируемое на фиг. 2. В этом воплощении элементы системы, одинаковые с элементами системы, представленной на фиг. 1, обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиции, и их подробное описание не будет повторено. В системе, соответствующей другому воплощению изобретения, в дополнение к принципиальной схеме системы, представленной на фиг. 1, используется компонент, предназначенный для повторного использования отходящих газов, отводимых из парового риформера 20.

Как показано на фиг. 2, паровой риформер 20 дополнительно содержит канал 71 отходящих газов для удаления отходящих газов из устройства сжигания топлива (не показано), которое обеспечивает нагревание парового риформера 20 до предварительно заданной температуры, необходимой для осуществления парового риформинга через дымовую трубу 72, линию 74 отвода отходящих газов, предназначенную для отвода части отходящих газов из канала 71 отходящих газов, устройство 73 извлечения CO₂, в котором из отведенной части газов извлекают диоксид углерода, и линию 75 повторного использования CO₂, из которой извлеченный диоксид углерода добавляют к газу, проходящему через линию 21 подачи природного газа.

Устройство 73 извлечения CO₂ особо не ограничено конкретным типом устройства, при условии, что оно способно отделять диоксид углерода от продуктов сгорания и извлекать его. Например, в качестве устройства 73 извлечения CO₂ может быть выбрано устройство, в котором используется жидкость, абсорбирующая диоксид углерода.

В соответствии с описанной выше схемой системы отходящие газы отводятся из устройства сжигания (не показано), обеспечивающего нагревание парового риформера 20 до предварительно заданной температуры, через канал 71 отходящих газов. Часть отходящих газов через линию 74 отвода отходящих газов направляется в устройство 73 извлечения CO₂, в котором отделяется и из которого извлекается диоксид углерода. Кроме того, извлеченный диоксид углерода направляют в паровой риформер 20 через линию 75 повторного использования CO₂ и затем через линию 21 подачи природного газа. Часть диоксида углерода, извлеченного вышеуказанным образом, конвертируют в моноксид углерода в паровом риформере 20, и полученный моноксид углерода направляют в колонну 30 получения метанола. В колонне 30 получения метанола благодаря присутствию диоксида углерода протекает реакция в соответствии с формулой (4), приведенной ниже, а также реакция в соответствии с формулой (2).

Как отмечено выше, в колонне 30 получения метанола избыточный водород реагирует с диоксидом углерода с получением метанола и воды. Более конкретно, вода может быть получена в количестве большем, чем в воплощении, иллюстрируемом на фиг. 1. Вода, подлежащая повторному использованию в паровом риформере 20, отделяется в дистилляционной колонне 40 от метанола-сырца и направляется в паровой риформер 20 через линию 42 отвода дистиллированной воды. Кроме того, поскольку количество выходящей воды больше, чем количество поступающей воды, в настоящем изобретении увеличенное количество воды может быть не только повторно использовано в паровом риформере 20, но может быть также использовано в бойлере 10 в качестве подпиточной воды.

Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше воплощениями. Например, на фиг. 1 и фиг. 2 дистилляционная колонна 40 размещена между колонной 30 получения метанола и колонной 50 получения бензина. Вместе с тем, в метаноле может содержаться вода, т.к. воду получают в процессе получения бензина в качестве побочного продукта в результате реакции, выраженной формулой (3), и, соответственно, полученный в колонне 30 получения метанола метанол-сырец может быть направлен в колонну 50 получения бензина через линию 22 подачи метанола-сырца без осуществления его дистилляции.

Примеры

Было проведено моделирование баланса воды для воплощения, иллюстрируемого на фиг. 1. Результаты приведены в Таблице 2. Следует отметить, что моделирование проведено для случая, в котором дневная выработка метанола составляла 2500 тонн. В качестве сырья был использован природный газ.

Согласно данным, приведенным в таблице 1, в паровой риформер было необходимо подавать избыточное количество водяного пара по отношению к количеству подаваемого природного газа, и водяной пар было необходимо подавать с расходом приблизительно 200 тонн/час (общий расход пара, подаваемого через линию подачи пара и линию возврата пара). При этом приблизительно 25% водяного пара приходится на водяной пар, отведенный из парового риформера и возвращенный в риформер, а остальной пар - вода, полученная в колонне получения бензина, которая была извлечена и использована. Таким образом, почти весь пар, необходимый для подачи в паровой риформер, был обеспечен в пределах системы. Следует отметить, что дневное производство бензина составляло 8135 баррелей, а дневное производство LPG составляло 122 тонн.

Далее, было проведено моделирование количественного увеличения воды в системе, оборудованной устройством извлечения CO₂ Для воплощения, представленного на фиг. 2. В этом случае дневная выработка метанола составляла 2500 тонн, и в качестве сырья, как и в описанном выше моделировании, был использован природный газ. В результате расход диоксида углерода, добавляемого из устройства извлечения CO₂, составил 42,6 тонн/час, а расход воды, полученной в колонне получения метанола, в ходе реакции, выраженной формулой (4), был равен 17,4 тонн/час. В колонне получения метанола произведено 31,0 тонн/час метанола вместе с водой и, соответственно, на эту величину увеличивается количество метанола, который является сырьевым материалом в колонне получения бензина. В результате увеличивается количество бензина и также увеличивается расход воды на 17,4 тонн/час. Соответственно, за счет добавления 42,6 тонн/час диоксида углерода количество воды увеличивается на 34,8 тонн/час. Это повышенное количество является достаточным в качестве подпиточной воды для бойлера.

Перечень ссылочных номеров позиции

10 - бойлер

11 - линия подачи воды

12 - линия удаления воды

13 - линия подачи водяного пара

20 - паровой риформер

21 - линия подачи природного газа

22 - линия подачи риформированного газа

23 - линия возврата водяного пара

30 - колонна получения метанола

31 - линия подачи метанола-сырца

40 - дистилляционная колонна

41 - линия подачи метанола

42 - линия отведения дистиллированной воды

50 - колонна получения бензина

51 - линия подачи бензина

52 - линия подачи LPG

60 - устройство водоподготовки

61 - линия отвода воды

62 - линия повторного использования воды

63 - линия удаления воды

71 - канал отходящих газов

72 - дымовая труба

73 - устройство извлечения CO₂

74 - линия отвода отходящих газов

75 - линия повторного использования CO₂

Изобретение относится к системе и способу производства бензина из природного газа через метанол. Система для производства бензина из природного газа через метанол содержит: устройство парового риформинга, предназначенное для парового риформинга природного газа с использованием воды для производства риформированного газа; устройство получения метанола, предназначенное для получения метанола-сырца из риформированного газа, полученного с помощью устройства парового риформинга; дистилляционную колонну для дистилляции метанола-сырца, полученного с помощью устройства получения метанола; устройство получения бензина, предназначенное для получения бензина и воды из метанола, очищенного с помощью дистилляционной колонны; трубопроводную линию, предназначенную для подачи воды, полученной в устройстве получения бензина, в устройство парового риформинга с целью ее использования для парового риформинга природного газа; линию возврата водяного пара, предназначенную для возврата воды, в которую сконденсирована часть риформированного газа, в устройство парового риформинга для использования в качестве водяного пара в процессе парового риформинга; и линию отвода дистиллированной воды, предназначенную для подачи дистиллированной воды, отделенной с помощью дистилляционной колонны, в устройство парового риформинга для использования в процессе парового риформинга. Заявлен также способ производства бензина. Технический результат - повышение экономичности способа за счет повторного использования воды, полученной в колонне синтеза бензина, воды из риформированного газа и дистиллированной воды от дистилляции метанола-сырца. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

1. Система для производства бензина из природного газа через метанол, содержащая:
устройство парового риформинга, предназначенное для парового риформинга природного газа с использованием воды для производства риформированного газа;
устройство получения метанола, предназначенное для получения метанола-сырца из риформированного газа, полученного с помощью устройства парового риформинга;
дистилляционную колонну для дистилляции метанола-сырца, полученного с помощью устройства получения метанола;
устройство получения бензина, предназначенное для получения бензина и воды из метанола, очищенного с помощью дистилляционной колонны;
трубопроводную линию, предназначенную для подачи воды, полученной в устройстве получения бензина, в устройство парового риформинга с целью ее использования для парового риформинга природного газа;
линию возврата водяного пара, предназначенную для возврата воды, в которую сконденсирована часть риформированного газа, в устройство парового риформинга для использования в качестве водяного пара в процессе парового риформинга; и
линию отвода дистиллированной воды, предназначенную для подачи дистиллированной воды, отделенной с помощью дистилляционной колонны, в устройство парового риформинга для использования в процессе парового риформинга.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая устройство извлечения диоксида углерода, предназначенное для извлечения диоксида углерода из отработанных газов, полученных в устройстве парового риформинга; и
линию, предназначенную для подачи диоксида углерода, извлеченного с помощью устройства извлечения диоксида углерода, в устройство парового риформинга.

3. Способ производства бензина из природного газа через метанол, включающий стадии:
парового риформинга природного газа с использованием воды для получения риформированного газа;
получения метанола-сырца из риформированного газа;
дистилляции метанола-сырца для получения очищенного метанола и дистиллированной воды;
получения бензина и воды из очищенного метанола;
повторного использования воды, полученной в процессе получения бензина, для парового риформинга природного газа;
возвращения воды, в которую сконденсирована часть риформированного газа, на стадию парового риформинга в качестве водяного пара для реакции парового риформинга; и
повторного использования дистиллированной воды для парового риформинга природного газа.

4. Способ по п. 3, дополнительно включающий стадии:
извлечения диоксида углерода из отходящего газа, полученного в процессе парового риформинга природного газа; и
ввода извлеченного диоксида углерода в процесс парового риформинга природного газа.