СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА И ВЫРАБОТКИ ЭНЕРГИИ Российский патент 2016 года по МПК C10G2/00 C01B3/32 C07C1/02 F01K27/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и установке для получения жидкого топлива, такого как бензин, из углеводородного газа, такого как природный газ, и для выработки энергии.

Уровень техники

В качестве способа для получения бензина из природного газа, в документе JP 62-041276 В описан способ, в котором синтетический газ получают с помощью парового риформинга природного газа, метанол синтезируют из синтетического газа, и затем бензин синтезируют из метанола. В процессе синтеза бензина из метанола помимо бензина образуется большое количество воды, однако до настоящего времени отсутствует способ использования образовавшейся воды.

С другой стороны, в документе JP 2000-054852А обсуждается способ комбинированного цикла выработки энергии, в котором используется газовая турбина, в которой установка парового риформинга сообщается с камерой сгорания газовой турбины.

Литература уровня техники

Патентная литература

Документ 1: JP 62-041276 В.

Документ 2: JP 2000-054852 А.

Раскрытие изобретения Проблема, решаемая в изобретении

Реакция парового риформинга проводится при очень высокой температуре, такой как приблизительно 800°C или выше. При осуществлении указанной реакции парового риформинга, для подавления процесса осаждения углерода на катализаторе необходимо подавать водяной пар в количестве, превышающем количество углеводородного газа, то есть сырья. Следовательно, поскольку избыточный водяной пар входит в состав газа риформинга, полученного путем парового риформинга, газ риформинга конденсируется при охлаждении, и в результате выделяется значительное количество тепла. Однако, поскольку температура большей части теплового потока составляет всего лишь около 180°C или ниже, этот тепловой поток не содержит тепла, которое подходит для использования в качестве рециркулирующего.

При рассмотрении указанной выше проблемы целью настоящего изобретения является предложение способа и установки для получения жидкого топлива из газа риформинга, образовавшегося в процессе парового риформинга, и эффективной выработки энергии путем эффективного использования низкотемпературного отходящего тепла, образовавшегося в процессе парового риформинга.

Средство решения проблемы

Для достижения описанной выше цели, в соответствии с замыслом настоящего изобретения, предлагается способ получения жидкого топлива из углеводородного газа и выработки энергии, путем реакции: осуществляют риформинг углеводородного газа с образованием газа риформинга путем реакции парового риформинга углеводородного газа; осуществляют синтез бензина, диметилового эфира, или дизельного топлива из газа риформинга через метанол; извлекают тепло из термической энергии газа риформинга, чтобы получить насыщенный водяной пар, имеющий температуру не более 180°C, до использования указанного газа риформинга на стадии синтеза; осуществляют перегревание указанного насыщенного водяного пара с использованием теплового источника, имеющего температуру по меньшей мере 200°C, образовавшегося в указанном способе, чтобы получить перегретый водяной пар; и осуществляют выработку энергии путем использования указанного перегретого водяного пара.

Водяной пар, генерируемый экзотермической реакцией на стадии синтеза, может быть использован в качестве теплового источника для перегревания на стадии перегревания. Все из реакции синтеза метанола, реакции синтеза бензина, реакции синтеза диметилового эфира (ДМЭ) и реакции синтеза дизельного топлива, такой как синтез Фишера-Тропша, являются экзотермическими реакциями. Теплота указанных реакций, индивидуально или в комбинации с другими, может быть использована для генерации водяного пара с целью рекуперации тепла.

Часть газа риформинга, полученного на стадии риформинга, может быть использована в качестве теплового источника для перегревания на стадии перегревания. В качестве альтернативы, в качестве теплового источника для перегревания на стадии перегревания может быть использован дымовой газ, образовавшийся на стадии риформинга.

Согласно другому замыслу настоящего изобретения, предложена установка для получения жидкого топлива из углеводородного газа и для выработки энергии, которая содержит устройство парового риформинга для получения газа риформинга по реакции парового риформинга углеводородного газа; колонну синтеза для получения бензина, диметилового эфира, или дизельного топлива из газа риформинга через метанол; устройство теплообмена для получения насыщенного водяного пара, имеющего температуру не более 180°C, за счет теплообмена газа риформинга до введения газа риформинга в колонну синтеза; устройство перегревания для перегревания насыщенного водяного пара с использованием теплового источника, имеющего температуру, по меньшей мере 200°C, образовавшегося внутри указанной установки, чтобы получить перегретый водяной пар; и устройство выработки энергии для генерации энергии с использованием указанного перегретого водяного пара.

Тепловой источник, используемый в устройстве перегревания, может быть водяным паром, образовавшимся за счет экзотермической реакции в колонне синтеза. Альтернативно, тепловой источник, используемый в устройстве перегревания, может быть частью газа риформинга, полученного с помощью устройства парового риформинга. В качестве дополнительной альтернативы, тепловой источник, используемый в устройстве перегревания, представляет собой дымовой газ, образовавшийся в устройстве парового риформинга.

Выгодные эффекты изобретения

Как описано выше, согласно настоящему изобретению, за счет получения перегретого водяного пара путем перегревания насыщенного водяного пара с температурой 180°C или ниже, можно сократить влажную область, если давление водяного пара снижается под действием паровой турбины, и таким образом, можно получить водяной пар с высокой удельной энтальпией и можно значительно улучшить показатели выработки энергии с использованием указанного водяного пара. Следовательно, путем эффективного использования низкотемпературного отходящего тепла, с температурой 180°C или ниже, образовавшегося в реакции парового риформинга, можно эффективно вырабатывать энергию, и могут быть предложены способ и установка для получения жидкого топлива из газа риформинга, образовавшегося в реакции парового риформинга.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлена принципиальная схема, которая демонстрирует вариант осуществления установки для получения бензина и выработки энергии согласно настоящему изобретению, где показана технологическая схема производства бензина из сырья.

На фигуре 2 представлена принципиальная схема, которая демонстрирует вариант осуществления установки для получения бензина и выработки энергии согласно настоящему изобретению, где показан технологический маршрут водяного пара, используемого для выработки энергии.

На фигуре 3 представлена принципиальная схема, которая демонстрирует другой вариант осуществления установки для получения бензина и выработки энергии согласно настоящему изобретению, где показан технологический маршрут водяного пара, используемый для выработки энергии.

На фигуре 4 представлена принципиальная схема, которая демонстрирует еще один вариант осуществления установки для получения бензина и выработки энергии согласно настоящему изобретению, где показан технологический маршрут водяного пара, используемый для выработки энергии.

Осуществление изобретения

Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. Как показано на фигурах 1 и 2, установка получения бензина и выработки энергии согласно настоящему изобретению содержит основные компоненты, такие как реактор 10 парового риформинга, который выполнен с возможностью получения газа риформинга путем парового риформинга углеводородного газа, такого как природный газ, колонна 30 синтеза метанола, которая выполнена с возможностью синтезировать метанол из газа риформинга, полученного в реакторе парового риформинга, колонна 40 синтеза бензина, которая выполнена с возможностью синтезировать бензин из метанола, полученного в колонне синтеза метанола, теплообменник 25 водяного пара низкого давления, который расположен между реактором парового риформинга и колонной синтеза метанола и выполнен с возможностью получения водяного пара низкого давления из газа риформинга, перегреватель 50, который выполнен с возможностью перегревать водяной пар низкого давления, полученный с использованием указанного теплообменника, и турбина 60 водяного пара низкого давления, которая выполнена с возможностью выработки энергии с использованием водяного пара, перегретого в перегревателе.

Реактор 10 парового риформинга снабжен основными компонентами, такими как реакционная трубка 11 для парового риформинга, участок 12 горения (не показан), расположенный вокруг реакционной трубки 11, участок 12 рекуперации отработанного тепла, который выполнен с возможностью извлекать отработанное тепло дымового газа, образовавшегося в участке горения, и вытяжная труба 13, которая выполнена с возможностью выпуска дымового газа в атмосферу после извлечения из него отработанного тепла. Реакционная трубка 11, в которой содержится катализатор парового риформинга, загруженный внутрь трубки, представляет собой устройство для получения водорода, моноксида углерода и диоксида углерода из природного газа, содержащего метан в качестве основного ингредиента, путем протекания следующих ниже реакций. В качестве катализатора парового риформинга, например, могут быть использованы известные катализаторы, такие как катализатор на основе никеля.

Со стороны входного отверстия реакционной трубки 11 реактора 10 парового риформинга, присоединена линия 14 подачи сырья для подачи природного газа, который является сырьем, и линия 15 подачи водяного пара для подачи водяного пара из котла или тому подобного (не показано). Со стороны выходного отверстия реакционной трубки 11 присоединена линия 21 подачи газа риформинга, которая представляет собой линию для подачи газа риформинга, содержащего в качестве основных ингредиентов водород, монооксид углерода и диоксида углерода, образовавшиеся по реакции - парового риформинга, в колонну 30 синтеза метанола. Кроме того, к реактору 10 парового риформинга присоединена линия 16 подачи топлива для подачи топлива в участок горения (не показан) для нагревания реакционной трубки 11.

На линии 21 подачи газа риформинга предусмотрен теплообменник 23 водяного пара высокого давления, который выполнен с возможностью получения пара высокого давления из газа риформинга в указанной линии; теплообменник 25 водяного пара низкого давления, который выполнен с возможностью получения водяного пара низкого давления из газа риформинга в указанной линии, и компрессор 22, который выполнен с возможностью компримирования газа риформинга, который прошел через указанные теплообменники, чтобы получить давление, подходящее для синтеза метанола; причем указанные устройства расположены в указанном порядке со стороны реактора 10 парового риформинга. Теплообменники 23, 25 для водяного пара высокого давления и водяного пара низкого давления генерируют водяной пар путем осуществления теплообмена с газом риформинга. Компрессор 22 компримирует газ риформинга, температура которого снижена с помощью указанных теплообменников до заданного давления, до подачи указанного газа риформинга в колонну 30 синтеза метанола.

Теплообменник 23 водяного пара высокого давления снабжен линией 24 водяного пара высокого давления для подачи образовавшегося водяного пара высокого давления в оборудование для предусмотренного назначения. Теплообменник 25 водяного пара низкого давления снабжен линией 26 водяного пара низкого давления для подачи образовавшегося водяного пара низкого давления в турбину 60 водяного пара низкого давления, как показано на фигуре 2.

Колонна 30 синтеза метанола представляет собой устройство, выполненное с возможностью синтеза метанола из газа риформинга путем протекания следующих реакций.

Колонна 30 синтеза метанола содержит катализатор синтеза метанола, загруженный внутри трубки. В качестве катализатора синтеза метанола могут быть использованы известные катализаторы, такие как катализаторы на основе меди. Линия 31 подачи метанола соединена с колонной 30 синтеза метанола и представляет собой линию для подачи метанола, синтезированного в колонне 30 синтеза метанола, в колонну 40 синтеза бензина. Помимо синтезированного метанола в линию 31 подачи метанола поступает жидкий сырой метанол, содержащий воду, которая является побочным продуктом реакции по формуле (4).

Реакция синтеза метанола, протекающая в колонне 30 синтеза метанола, представляет собой экзотермическую реакцию. Следовательно, из указанной воды можно получить водяной пар среднего давления, с использованием термической энергии, выделяющейся в процессе синтеза метанола, протекающего в колонне 30 синтеза метанола в качестве теплового источника. Колонна 30 синтеза метанола снабжена линией 32 водяного пара среднего давления для подачи водяного пара среднего давления, который получен указанным выше способом, в оборудование для предусмотренного назначения, такое как перегреватель 50.

Колонна 30 синтеза бензина представляет собой устройство, выполненное с возможностью синтеза бензина из метанола, путем протекания реакций, которые выражены следующими формулами.

Как описано выше, метанол превращается в бензин по реакции синтеза бензина, выраженной формулой (6), через реакцию синтеза диметилового эфира (ДМЭ), выраженную формулой (5). В колонне 40 синтеза бензина предусмотрены два типа катализаторов, включая катализатор синтеза ДМЭ и катализатор синтеза бензина на двух ступенях, так что указанные две реакции могут протекать постадийно. В качестве катализатора синтеза ДМЭ могут быть использованы известные катализаторы, например, такие как катализатор алюмосиликатного типа на основе цеолита. Кроме того, в качестве катализатора синтеза бензина, также могут быть использованы известные катализаторы, например, такие как катализатор алюмосиликатного типа на основе цеолита.

Линия 41 подачи бензина соединена с колонной 40 синтеза бензина и представляет собой линию для подачи бензина, синтезированного в колонне 40 синтеза бензина, в оборудование хранения (не показано). Кроме того, описанная выше реакция, протекающая в колонне 40 синтеза бензина, представляет собой экзотермическую реакцию. Следовательно, из воды может быть получен водяной пар среднего давления с использованием термической энергии, выделившейся при протекании реакции в колонне 40 синтеза бензина, в качестве теплового источника. Колонна 40 синтеза бензина снабжена линией 42 водяного пара среднего давления для подачи водяного пара среднего давления, полученного вышеописанным образом, в оборудование для предусмотренного назначения, например, в перегреватель 50.

Как показано на фигуре 2, предусмотрен перегреватель 50 с линией 51 отбора водяного пара низкого давления для подачи части водяного пара низкого давления из линии 26 водяного пара низкого давления в перегреватель 50, линией 52 подачи перегретого водяного пара для подачи водяного пара низкого давления, перегретого в перегревателе 50, в турбину 60 водяного пара низкого давления, линией 53 отбора водяного пара среднего давления для подачи части водяного пара среднего давления из линии 32 водяного пара среднего давления в перегреватель 50 в качестве теплового источника для перегревания, и линией 54 отработанного водяного пара, в которой проходит отработанный водяной пар, использованный в перегревателе 50. Другими словами, перегреватель 50 представляет собой теплообменник, в котором осуществляется перегревание водяного пара низкого давления, образовавшегося в теплообменнике 25 водяного пара низкого давления, и его тепловым источником является водяной пар среднего давления, образовавшийся в колонне 30 синтеза метанола. Отмечается, что тепловой источник может представлять собой любой водяной пар среднего давления, то есть водяной пар, образовавшийся в колонне 30 синтеза метанола, водяной пар, образовавшийся в колонне 40 синтеза бензина, или они обе.

Турбина 60 водяного пара низкого давления снабжена генератором 61, который приводится в действие турбиной и выполнен с возможностью выработки энергии, и конденсатором 62 водяного пара, который выполнен с возможностью конденсировать водяной пар, использованный для приведения в действие турбины обратно в воду. Отводящая линия 63 соединена с конденсатором 62 водяного пара и представляет собой линию для отведения конденсата водяного пара в устройство генерации водяного пара для рециркуляции.

Линия 54 отработанного водяного пара снабжена клапаном 55, который можно контролируемым образом открывать или закрывать в соответствии с давлением водяного пара в линии. Линия 54 отработанного водяного пара соединена с газожидкостным сепаратором 56. Газожидкостный сепаратор 56 представляет собой устройство, выполненное с возможностью осуществления разделения газа и жидкости для разделения водяного пара, введенного в него, на возвратный водяной пар и конденсированную воду. Газожидкостный сепаратор 56 снабжен возвратной линией 59 водяного пара для возврата возвратного водяного пара в линию 26 водяного пара низкого давления, и линией 57 конденсированной воды для отведения конденсированной воды в линию 63 конденсированной воды. Линия 26 водяного пара низкого давления может быть снабжена вспомогательной линией 64 (а, b, с) для подачи водяного пара, образовавшегося в котле рекуперации отработанного тепла (не показан), в линию водяного пара низкого давления, в случае необходимости. Линия 57 конденсированной воды снабжена клапаном 58, который можно контролируемым образом открывать или закрывать в соответствии с уровнем жидкости конденсированной воды в газожидкостном сепараторе 56.

В описанной выше конфигурации, сначала природный газ и водяной пар из котла (не показан) подают в реакционную трубку 11 реактора 10 парового риформинга через линию 14 подачи сырья и линию 15 подачи водяного пара, соответственно. С целью подавления осаждения углерода на катализаторе в реакционной трубке, водяной пар, предпочтительно, подают в молярном отношении 2 или больше, относительно водорода, который содержится в природном газе.

Топливо подают в участок горения (не показан) реактора 10 парового риформинга через линию 16 подачи топлива. В участке горения топливо сгорает вместе с воздухом, чтобы нагреть реакционную трубку 11 приблизительно до температуры от 800 до 900°C. Температура дымового газа, содержащего диоксид углерода, образовавшегося в участке горения, составляет приблизительно 1000°C, и после прохождения рециркуляционного тепла в участке 12 рекуперации отработанного тепла, дымовой газ выпускается через вытяжную трубу 13 в атмосферу.

С другой стороны, природный газ и водяной пар, которые были поданы в реакционную трубку 11, превращаются по реакции парового риформинга, проходящей в реакционной трубке 11, в газ риформинга. Температура газа риформинга составляет от 800 до 900°C, и сначала газ риформинга вводится в теплообменник 23 водяного пара высокого давления через линию 21 подачи газа риформинга. В теплообменнике 23 водяного пара высокого давления котловая вода или тому подобное нагревается газом риформинга, и таким образом, образуется водяной пар высокого давления, имеющий температуру, например, около 200°C или выше, и создается соответствующее давление насыщенного водяного пара, и таким образом рекуперируется тепло из газа риформинга. Водяной пар высокого давления поступает в оборудование предусмотренного назначения через линию 24 водяного пара высокого давления.

Температура газа риформинга снижается за счет рекуперации тепла, которая осуществляется с помощью теплообменника 23 водяного пара высокого давления, например, до температуры приблизительно от 200 до 300°C, до поступления в теплообменник 25 водяного пара низкого давления. В указанном теплообменнике 25 водяного пара низкого давления газ риформинга нагревает котловую воду или тому подобное и, таким образом, образуется водяной пар низкого давления, имеющий температуру, приблизительно от 100 до 180°C, например, предпочтительно температура составляет от 100 до 180°C, и соответствующее давление насыщенного пара, и таким образом, рекуперируется тепло из газа риформинга. Газ риформинга, охлажденный при рекуперации тепла до температуры приблизительно от 100 до 180°C, дополнительно охлаждается охлаждающей водой и в -воздушном охладителе, до поступления в компрессор 22. В указанном компрессоре 22 температуру газа риформинга регулируют до температуры, подходящей для реакции синтеза метанола (например, около 200°C), до подачи газа риформинга в колонну 30 синтеза метанола.

В колонне 30 синтеза метанола синтезируется метанол по реакциям, описанным формулами (3) и (4), из газа риформинга и газообразного диоксида углерода. Поскольку реакция синтеза метанола является экзотермической реакцией, благодаря термической энергии в колонне 30 синтеза метанола может образоваться водяной пар среднего давления с температурой около 250°C и соответствующим давлением насыщенного пара. Метанол, синтезированный в колонне 30 синтеза метанола, подают в колонну 40 синтеза бензина через линию 31 подачи метанола в виде сырого метанола, содержащего воду. Водяной пар среднего давления подают в оборудование предусмотренного назначения через линию 32 водяного пара среднего давления.

В колонне 40 синтеза бензина, из метанола синтезируют бензин за счет осуществления реакций по формулам (5) и (6). Поскольку реакция синтеза бензина также является экзотермической реакцией, благодаря термической энергии в колонне 40 синтеза бензина может образоваться водяной пар среднего давления с температурой около 250°C и соответствующим давлением насыщенного пара. Бензин, синтезированный в колонне 40 синтеза бензина, подают в оборудование хранения (не показано) через линию 41 подачи бензина. Водяной пар среднего давления подают в оборудование предусмотренного назначения через линию 42 водяного пара среднего давления.

Затем часть водяного пара низкого давления, который проходит через линию 26 водяного пара низкого давления, вводят в перегреватель 50 через линию 51 отбора водяного пара низкого давления, как показано на фигуре 2. Кроме того, часть водяного пара среднего давления, который проходит через линию 32 водяного пара среднего давления, вводят в перегреватель 50 через линию 53 отбора водяного пара среднего давления, чтобы осуществить перегревание водяного пара низкого давления. За счет осуществления перегревания, температура водяного пара низкого давления может быть повышена до точки выше температуры насыщенного водяного пара приблизительно на 50-100°C. Водяной пар низкого давления, который был перегрет указанным выше способом, подают в турбину 60 водяного пара низкого давления через линию 52 подачи перегретого водяного пара. В турбине 60 водяного пара низкого давления, перегретый водяной пар низкого давления резко расширяется, турбина приводится в действие за счет кинетической энергии расширенного водяного пара, и таким образом, генератор 61 вырабатывает энергию.

Поскольку водяной пар низкого давления, подаваемый в турбину 60 водяного пара низкого давления был перегрет, как описано выше, может быть снижен уровень влажности на стороне выходного отверстия из турбины водяного пара низкого давления, таким образом, перегретый пар низкого давления может расширяться, чтобы иметь давление водяного пара, соответствующее низкой степени вакуума, может быть получено высокое значение удельной энтальпии и, таким образом, можно значительно улучшить производительность турбины 60 водяного пара низкого давления. Водяной пар, который был использован в турбине 60 водяного пара низкого давления, конденсируют с помощью конденсатора 62 водяного пара, до его рециркуляции в устройство генерации водяного пара через линию конденсированной воды.

С другой стороны, водяной пар среднего давления, который был использован в перегревателе 50, поступает в газожидкостный сепаратор 56 через линию 54 отработанного водяного пара. В газожидкостном сепараторе 56 давление водяного пара среднего давления, температура которого была снижена за счет его использования для перегревания, снижается до такой же величины, как у водяного пара низкого давления, и затем проводится разделение газа и жидкости на возвратный водяной пар и конденсированную воду. Конденсированная вода отводится через линию 57 конденсированной воды. Водяной пар поступает в линию 26 пара низкого давления через возвратную линию 59 водяного пара, затем перегревается с помощью перегревателя 50, и перегретый водяной пар может быть повторно использован для выработки энергии с помощью турбины 60 водяного пара низкого давления.

Альтернативно, вместо использования перегревателя 50, водяной пар низкого давления можно перегревать за счет обеспечения линий 32 водяного пара среднего давления линией 68 смешения водяного пара и ее использованием, как показано на фигуре 2. Линия 68 смешения водяного пара представляет собой линию для смешивания части водяного пара среднего давления, который проходит через линию водяного пара среднего давления, с водяным паром низкого давления, который проходит через линию 51 отбора водяного пара низкого давления. Для описанной выше конфигурации температура водяного пара низкого давления может быть увеличена до точки, выше температуры насыщенного водяного пара приблизительно на 50 - 100°С.Конфигурация, в которой используется линия 68 смешения водяного пара, разумеется, может быть использована вместе с перегревателем 50. Путем обеспечения в линии 68 смешения водяного пара клапана 69 типа «открыт-закрыт», можно выбирать средство перегрева между теплообменом с помощью перегревателя 50 и смешиванием с помощью линии 68 смешения водяного пара.

Хотя на фигуре 1 продемонстрирована колонна 40 синтеза бензина, может быть предусмотрена колонна синтеза ДМЭ, выполненная с возможностью получения ДМЭ путем осуществления процесса только до стадии синтеза ДМЭ по реакции, выраженной формулой (5), вместо колонны 40 синтеза бензина. Поскольку реакция синтеза ДМЭ также является экзотермической реакцией, водяной пар среднего давления может генерироваться с помощью колонны синтеза ДМЭ. Кроме того, в качестве альтернативы, если предусмотреть колонну синтеза, в которой осуществляется процесс Фишера-Тропша, вместо колонны 30 синтеза метанола и колонны 40 синтеза бензина, показанных на фигуре 1, можно получать дизельное топливо из газа риформинга. Поскольку реакция синтеза Фишера-Тропша также является экзотермической реакцией, водяной пар среднего давления также может генерироваться в указанной конфигурации.

В настоящем изобретении тепловой источник для перегревания водяного пара низкого давления не ограничивается теплом от водяного пара среднего давления, образовавшегося в колонне синтеза метанола и колонне синтеза бензина. Например, альтернативно, в качестве теплового источника могут быть использованы теплота газа риформинга, полученного в реакторе парового риформинга, и теплота дымового газа. В качестве конфигураций, которые могут быть использованы альтернативно конфигурации, показанной на фигуре 2, фигура 3 демонстрирует конфигурацию, в которой используется газ риформинга, образовавшийся в реакторе парового риформинга, и фигура 4 демонстрирует конфигурацию, в которой используется дымовой газ из реактора парового риформинга. На фигурах 3 и 4, компоненты, аналогичные тем, что показаны на фигуре 2, обозначены такими же номерами позиций, и их подробное описание не будет повторяться ниже.

Как показано на фигуре 3, для конфигурации, в которой газ риформинга, образовавшийся в реакторе парового риформинга, используется в качестве теплового источника для перегревания, предусмотрены: перегреватель 70 с линией 71 отбора водяного пара низкого давления для подачи части водяного пара низкого давления из линии 26 водяного пара низкого давления в перегреватель 70; линией 72 подачи перегретого водяного пара для подачи водяного пара низкого давления, перегретого в перегревателе 70, в турбину 60 водяного пара низкого давления; линией 73 отбора газа риформинга для подачи части газа риформинга из линии 21 подачи газа риформинга в перегреватель 70 в качестве источника перегрева; и линией 74 отведения газа риформинга, в которой проходит газ риформинга, который был использован в перегревателе 70. Относительно позиции соединения линии 73 отбора газа риформинга с линией 21 подачи газа риформинга, линия 73 отбора газа риформинга может быть подсоединена в местоположении между., реактором 10 парового риформинга и теплообменником 23 водяного пара высокого давления или в местоположении между теплообменником 23 водяного пара высокого давления и теплообменником 25 водяного пара низкого давления, которые показаны на фигуре 1. Линия 74 отведения газа риформинга соединена с компрессором 22, который показан на фигуре 1. Кроме того, линия 74 отведения газа риформинга снабжена газожидкостным сепаратором 75, который выполнен с возможностью удаления конденсированной воды из газа риформинга, который был использован для перегревания.

В описанной выше конфигурации часть водяного пара низкого давления, который проходит через линию 26 водяного пара низкого давления, вводят в перегреватель 70 через линию 71 отбора водяного пара низкого давления. Кроме того, часть газа риформинга, которая проходит через линию 21 подачи газа риформинга, вводят в перегреватель 70 через линию 73 отбора газа риформинга, чтобы перегревать водяной пар низкого давления. За счет осуществления перегревания температуру водяного пара низкого давления можно поднять выше температуры насыщенного водяного пара, например, приблизительно на 50-150°C. Водяной пар низкого давления, который был перегрет описанным выше способом, поступает в турбину 60 водяного пара низкого давления через линию 72 подачи перегретого водяного пара. Турбина 60 водяного пара низкого давления приводится в действие, как описано выше, и таким образом, вырабатывается энергия с помощью генератора 61. Кроме того, в этой конфигурации может быть значительно повышена производительность турбины 60 водяного пара низкого давления и может быть улучшен уровень влажности водяного пара, который был использован в турбине 60 водяного пара низкого давления, со стороны выходного, отверстия указанной турбины.

С другой стороны, газ риформинга, который был использован перегревателем 70, вводят в газожидкостный сепаратор 75 через линию 74 отведения газа риформинга. Конденсированная вода отделяется с помощью газожидкостного сепаратора 75, затем конденсированная вода подается в колонну 30 синтеза метанола через компрессор 22, показанный на фигуре 1, в качестве сырья для реакции синтеза метанола.

Как показано на фигуре 4, для конфигурации, в которой дымовой газ из реактора парового риформинга используется в качестве теплового источника для перегревания, предусмотрен перегреватель 80 на участке 12 рекуперации отработанного тепла в реакторе 10 парового риформинга. Перегреватель 80 снабжен линией 81 отбора водяного пара низкого давления для подачи части водяного пара низкого давления из линии 26 водяного пара низкого давления в перегреватель 80, и линией 82 подачи перегретого водяного пара для подачи водяного пара низкого давления, который был перегрет в перегревателе 80, в турбину 60 водяного пара низкого давления.

В описанной выше конфигурации часть водяного пара низкого давления, который проходит через линию 26 водяного пара низкого давления, вводят в перегреватель 80 через линию 81 отбора водяного пара низкого давления. Указанный водяной пар низкого давления перегревается дымовым газом, который проходит через участок 12 рекуперации отработанного тепла в реакторе 10 парового риформинга. За счет осуществления перегревания температуру водяного пара низкого давления можно поднять выше температуры насыщенного водяного пара, например, приблизительно на 50-150°C. Водяной пар низкого давления, который был перегрет описанным выше способом, подают в турбину 60 водяного пара низкого давления через линию 82 подачи перегретого водяного пара. Турбина 60 водяного пара низкого давления приводится в действие, как описано выше, и таким образом, вырабатывается энергия с помощью генератора 61. Кроме того, в этой конфигурации может быть значительно повышена производительность турбины 60 водяного пара низкого давления и может быть улучшен уровень влажности водяного пара, который был использован в турбине 60 водяного пара низкого давления, со стороны выходного отверстия указанной турбины.

Примеры

Было проведено моделирование водяного пара, подлежащего подаче в паровую турбину, который может быть получен путем перегревания, проводимого в соответствии с вариантами осуществления, продемонстрированными на фигурах 2-4. Результаты моделирования представлены в таблице 1. Условия для водяного пара низкого давления, который подвергали перегреванию в каждом варианте осуществления, были следующими:

Температура: 143°C,

Избыточное давление: 3 кг/см² и

Расход: 114,3 т/ч.

Согласно фигурам 2-4, с помощью перегревания получается водяной пар с температурой 210°C и избыточным давлением 3 кг/см². Если этот водяной пар будет использоваться для приведения в действие турбины, вырабатывающей энергию, то получается количество теплоты 95 ккал/кг, путем вычитания 590 ккал/кг из 685 ккал/кг, и в результате турбина вырабатывает 12620 киловатт. С другой стороны, если насыщенный водяной пар с избыточным давлением 3 кг/см будет использоваться для приведения в действие турбины, вырабатывающей энергию, получается количество теплоты 47 ккал/кг, путем вычитания 608 ккал/кг из 655 ккал/кг, и в результате турбина вырабатывает 6240 киловатт. Следовательно, за счет осуществления перегревания, как продемонстрировано на фигурах 2 и 4, производительность турбины можно практически удвоить.

Кроме того, обычно отгоняют воду, содержащуюся в метаноле, образовавшемся в колонне синтеза метанола. В реакции синтеза бензина из метанола, вода образуется наряду с бензином, как представлено в формулах (5) и (6). Следовательно, в конфигурации показанной на фигуре 1, обеспечение дистилляционной колонны между колонной синтеза метанола и колонной синтеза бензина можно исключить. В установке, которая содержит реактор парового риформинга и колонну синтеза метанола и производит 2500 тонн метанола в сутки, для дистилляции требуется термическая энергия в количестве около 60×10⁶ ккал, и для конфигурации, в которой исключается дистилляционная колонна, может генерироваться насыщенный водяной пар с избыточным давлением 3 кг/см² с помощью теплообменника для газа риформинга из реактора парового риформинга при расходе 114 т/ч.

Описание номеров позиций

10: Реактор парового риформинга

11: Реакционная трубка

12: Участок рекуперации отработанного тепла

13: Вытяжная труба

14: Линия подачи сырья

15: Линия подачи водяного пара

16: Линия подачи топлива

21: Линия подачи газа риформинга

22: Компрессор

23: Теплообменник водяного пара высокого давления

24: Линия водяного пара высокого давления

25: Линия водяного пара низкого давления

26: Линия водяного пара низкого давления

30: Колонна синтеза метанола

31: Линия подачи метанола

32: Линия водяного пара среднего давления

40: Колонна синтеза бензина

41: Линия подачи бензина

42: Линия водяного пара среднего давления

50, 70, 80: Перегреватели

51, 71, 81: Линии отбора водяного пара низкого давления

52, 72, 82: Линия подачи перегретого водяного пара

53: Линия отбора водяного пара среднего давления

54: Линия отработанного водяного пара

55: Клапан

56: Газожидкостный сепаратор

57: Линия конденсированной воды

58: Клапан

59: Возвратная линия водяного пара

60: Турбина водяного пара низкого давления

61: Генератор

62: Конденсатор водяного пара

63: Линия конденсированной воды

73: Линия отбора газа риформинга

74: Линия отведения газа риформинга

75: Газожидкостный сепаратор

Изобретение относится к способу и установке для получения жидкого топлива из углеводородного газа. Заявлен способ получения жидкого топлива из углеводородного газа и выработки энергии, в котором осуществляют риформинг углеводородного газа для получения газа риформинга путем реакции парового риформинга углеводородного газа; осуществляют синтез бензина, диметилового эфира или дизельного топлива из газа риформинга через метанол; извлекают тепло термической энергии газа риформинга для получения насыщенного водяного пара, имеющего температуру не более 180°C, до использования указанного газа риформинга на стадии синтеза; осуществляют перегревание указанного насыщенного водяного пара с использованием теплового источника, имеющего температуру по меньшей мере 200°C, образовавшегося в указанном способе, чтобы получить перегретый водяной пар; и осуществляют выработку энергии с использованием указанного перегретого водяного пара, причем в качестве теплового источника для перегревания на стадии перегревания используют водяной пар, образовавшийся за счет экзотермической реакции на стадии синтеза. Технический результат - эффективная выработка энергии путем использования низкотемпературного отходящего тепла процесса. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

1. Способ получения жидкого топлива из углеводородного газа и выработки энергии, в котором:
осуществляют риформинг углеводородного газа для получения газа риформинга путем реакции парового риформинга углеводородного газа;
осуществляют синтез бензина, диметилового эфира или дизельного топлива из газа риформинга через метанол;
извлекают тепло термической энергии газа риформинга для получения насыщенного водяного пара, имеющего температуру не более 180°C, до использования указанного газа риформинга на стадии синтеза;
осуществляют перегревание указанного насыщенного водяного пара с использованием теплового источника, имеющего температуру по меньшей мере 200°C, образовавшегося в указанном способе, чтобы получить перегретый водяной пар; и
осуществляют выработку энергии с использованием указанного перегретого водяного пара,
причем в качестве теплового источника для перегревания на стадии перегревания используют водяной пар, образовавшийся за счет экзотермической реакции на стадии синтеза.

2. Установка для получения жидкого топлива из углеводородного газа и для выработки энергии, содержащая:
устройство парового риформинга для получения газа риформинга путем реакции риформинга углеводородного газа;
колонну синтеза для получения бензина, диметилового эфира или дизельного топлива из газа риформинга через метанол;
устройство теплообмена для получения насыщенного водяного пара, имеющего температуру не более 180°C, за счет теплообмена газа риформинга до введения указанного газа риформинга в колонну синтеза;
устройство перегревания для перегревания насыщенного водяного пара с использованием теплового источника, имеющего температуру по меньшей мере 200°C, образовавшегося внутри указанной установки, чтобы получить перегретый водяной пар; и
устройство выработки энергии для генерации энергии с использованием указанного перегретого водяного пара,
причем тепловой источник, используемый в устройстве перегревания, представляет собой водяной пар, образовавшийся за счет экзотермической реакции в колонне синтеза.