СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2018 года по МПК C07C2/84 C07C11/04 B01J7/00 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

[001] Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки U.S. №61/773669, поданной 6 марта 2013 г., и предварительной заявки U.S. №61/669523, поданной 9 июля 2012 г., каждая из которых включена в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[002] В мире существует разнообразная инфраструктура петрохимической переработки. Эта инфраструктура развернута практически на каждом континенте, включает в себя широкое разнообразие индустрии и использует широкий спектр разнообразных реализаций похожих или весьма отличающихся технологий.

[003] В качестве основной части инфраструктуры газовая промышленность включает множество составляющих, складывавшихся из разведывательной, добывающей, перерабатывающей и преобразующей технологий по преобразованию природного газа в конечный используемый продукт. В одних только Соединенных Штатах газовая промышленность использует от сотен до тысяч перерабатывающих и фракционирующих мощностей. Эти мощности обычно включают все необходимое оборудование для переработки и разделения природного газа в его составляющие и ценные компоненты, а также необходимую инфраструктуру по транспортировке газа, и инфраструктуру хранения и распределения для широкого спектра разнообразных продуктов, включающих жидкие продукты.

[004] Дальнейшая переработка, преобразование и (или) коммерциализация данных продуктов может требовать дополнительной инфраструктуры. К примеру, преобразование этана из газа в более ценные соединения, например, олефины, предполагает наличие значительного количества оборудования для парового крекинга и сопутствующей инфраструктуры. Аналогично, в других областях, производство олефина основывается на преобразовании побочных продуктов нефтепереработки или нефти через альтернативные операции крекинга для получения этилена и других олефинов.

[005] Очевидно, что стоимость каждого типа оборудования, описанным выше, может начинаться от десятков миллионов до сотен миллионов долларов каждый. Кроме того, имеются вводы и выводы этого оборудования, в плане энергии и материалов, имеющих дополнительную стоимость, финансовую и прочую, что может быть оптимизирована в дальнейшем в плане стоимости и эффективности. Далее, поскольку разное оборудование стараются оптимизировать под особенности (например, по продуктам, условиям переработки) рынка, на котором оно представлено, оно может быть негибко в своей работе, в некоторых вариантах без гибкости или возможности для оптимизации на своем заданном рынке, к примеру, конкретно нефтяного или газового.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[006] Настоящее изобретение описывает системы и способы для реакции метана в окислительной конденсации перерабатываемого метана («ОКМ») с выходными продуктами, содержащими углеводородные соединения с двумя или более атомами углерода (обозначаемыми здесь также С₂₊), и разделения продуктов на потоки для использования в разных последующих процессах. Система и способы ОКМ по изобретению могут быть интегрированы в разные углеводородные процессы. Настоящее изобретение описывает интегрированное оборудование для переработки для получения высших углеводородов из природного газа и другого углеводородного сырья.

[007] В некоторых примерах оборудование или системы переработки включает интегрированное реакторную систему ОКМ, обеспечивающую разнообразные составляющие продуктов ОКМ, или других выходов, как и вводы в разные системы в перерабатывающем оборудовании, включающем, к примеру, нефтеперерабатывающие заводы, системы экстракции, системы фракционирования и тому подобные. Альтернативно или дополнительно, устраивают интегрированные системы ОКМ реакторов, загружаемые разнообразными выходными потоками или выходами разных единиц или систем в этих перерабатывающих мощностях.

[008] Существующая инфраструктура переработки может быть выгодно применена для новых способов и систем переработки без значительных капитальных вложений в модернизацию этой инфраструктуры, в некоторых вариантах пользуясь разными подводами и продуктами этих мощностей для получения большей стоимости с помощью той же или похожей инфраструктуры, сырья и (или) рабочих процессов.

[009] В варианте реализации изобретения способ для окислительной конденсации метана для получения углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения С₂₊), включает (а) направление потока сырья, содержащего метан, из углеводородного процесса в реактор окислительной конденсации метана (ОКМ), где реактор ОКМ выполнен с возможностью получения из метана соединений С₂₊, и где углеводородный процесс представляет собой процесс не-ОКМ; выполнение одной или более реакций ОКМ в реакторе ОКМ с использованием метана для получения продукта, содержащего одно или более соединений С₂₊; и разделение потока продуктов на по меньшей мере первый поток и второй поток, где первый поток имеет более низкое содержание С₂₊, чем второй поток, и где второй поток имеет более высокое содержание С₂₊, чем итоговый поток.

[0010] В некоторых вариантах реализации изобретения углеводородный процесс представляет собой процесс нефтепереработки, процесс переработки газоконденсатов или крекинг. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере часть первого потока направляют в реактор ОКМ.

[0011] В некоторых вариантах содержание соединений С₂₊ во втором потоке менее чем около 90%. В некоторых вариантах реализации изобретения содержание соединений С₂₊ во втором потоке менее чем около 80%. В некоторых вариантах содержание соединений С₂₊ во втором потоке менее чем около 70%. В некоторых вариантах реализации изобретения содержание соединений С₂₊ во втором потоке менее чем около 60%. В некоторых вариантах первый поток имеет содержание соединений С₂₊ менее чем около 50%.

[0012] В некоторых вариантах поток нефтепродукта разделяется в не более чем трех блоках сепарации. В некоторых вариантах реализации изобретения поток нефтепродукта разделяется в не более чем двух разделительных блоках.

[0013] В некоторых вариантах сепарация происходит при помощи адсорбции при переменном давлении. В качестве альтернативы или в дополнение сепарация происходит при помощи криогенной сепарации. В качестве альтернативы или в дополнение сепарация происходит при помощи адсорбции при переменной температуре.

[0014] В другом варианте реализации изобретения способ для окислительной конденсации метана для получения углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения С₂₊), включает (а) направление потока сырья, содержащего метан, в реактор окислительной конденсации метана (ОКМ), где реактор ОКМ выполнен с возможностью получения из метана соединений С₂₊; (b) выполнение одной или более реакций ОКМ в реакторе ОКМ с использованием метана для получения продукта, содержащего одно или более соединений С₂₊; (с) разделение потока продуктов на по меньшей мере первый поток и второй поток, где первый поток имеет более низкое содержание С₂₊, чем второй поток, и где второй поток имеет более высокое содержание С₂₊, чем итоговый поток; и (d) направление второго потока в углеводородный процесс, где углеводородный процесс представляет собой не процесс ОКМ.

[0015] В некоторых вариантах реализации изобретения углеводородный процесс представляет собой процесс нефтепереработки, процесс переработки газоконденсатов или крекинг. В некоторых вариантах реализации изобретения поток нефтепродукта разделяется в не более чем трех разделительных блоках.

[0016] В некоторых вариантах содержание соединений С₂₊ во втором потоке находится в пределах около 20% от содержания соединений С₂₊ в части углеводородного процесса, в который направляют второй поток. В некоторых вариантах реализации изобретения содержание соединений С₂₊ во втором потоке находится в пределах около 5% содержания соединений С₂₊ в части углеводородного процесса, в который направляют второй поток.

[0017] В некоторых вариантах сепарация происходит при помощи адсорбции при переменном давлении. В некоторых вариантах реализации изобретения сепарация происходит при помощи криогенной сепарации. В некоторых вариантах реализации изобретения поток сырья направляют в реактор ОКМ при помощи нагнетательной системы.

[0018] В другом варианте реализации изобретения система окислительной конденсации метана (ОКМ) содержит (а) углеводородный процесс не-ОКМ, обеспечивающий поток сырья, содержащий метан; (b) реактор ОКМ, гидравлически сообщающийся с углеводородным процессом не-ОКМ, где реактор ОКМ (i) принимает впускящий поток сырья, и (ii) создает, из метана, поток продуктов, содержащий соединения С2+ и примеси не-C₂₊; и (с) по меньшей мере один разделительный блок, размещенный за реактором ОКМ и гидравлически сообщающийся с ним, причем по меньшей мере один разделительный блок (i) получает поток его продукта на свой вход в качестве сырья, и (ii) разделяет соединения С₂₊ из по меньшей мере подмножества не-С₂₊ примесей.

[0019] В некоторых вариантах углеводородный процесс не-ОКМ представляет собой переработку нефти, процесс переработки газоконденсата или крекинг. В некоторых вариантах реализации изобретения система также содержит углеводородный процесс не-ОКМ, проходящий после по меньшей мере одного разделительного блока. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один разделительный блок содержит блок адсорбции при переменном Давлении. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один разделительный блок содержит блок криогенной сепарации.

[0020] В некоторых вариантах реализации изобретения примеси не-C₂₊ содержат одну или более примесей, включающих азот (N₂), кислород (О₂), воду (Н₂О), аргон (Ar), монооксид углерода (СО), двуокись углерода (СО₂) и метан (CH₄).

[0021] В другом варианте реализации изобретения система окислительной конденсации метана (ОКМ) содержит (а) реактор ОКМ (i), принимающий на впуск поток сырья, содержащего метан, и (ii) создает, из метана, поток продуктов, содержащий соединения С₂₊ и примеси не-С₂₊; (b) по меньшей мере один разделительный блок, размещенный за реактором ОКМ и гидравлически сообщающийся с ним, причем по меньшей мере один разделительный блок (i) получает поток его продукта на свой впуск, и (ii) разделяет соединения С2+ из по меньшей мере подмножества не-C₂₊ примесей в технологический поток, содержащий по меньшей мере подмножество соединений С₂₊; и (с) углеводородный процесс не-ОКМ, располагающийся позади по меньшей мере одного разделительного блока и гидравлически сообщающийся с ним, причем данный процесс получает в качестве сырья технологический поток для использования в одном или более процессах не-ОКМ.

[0022] В некоторых вариантах реализации изобретения углеводородный процесс не-ОКМ представляет собой переработку нефти, процесс переработки газоконденсатов или крекинг. В некоторых вариантах реализации изобретения система также содержит углеводородный процесс не-ОКМ, проходящий после по меньшей мере одного разделительного блока. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере один разделительный блок содержит блок адсорбции при переменном давлении.

[0023] В некоторых вариантах по меньшей мере один разделительный блок содержит блок криогенной сепарации.

[0024] В другом варианте реализации изобретения способ для интеграции окислительной конденсации метана (ОКМ) с углеводородным процессом включает (а) направление потока сырья, содержащего метан, в реактор окислительной конденсации метана (ОКМ), при том, что реактор ОКМ выполнен с возможностью получения из метана соединений С₂₊; (b) выполнение одной или более реакций ОКМ в реакторе ОКМ с использованием метана для получения потока продуктов, содержащего одно или более соединений С₂₊; (с) разделение потока продуктов на по меньшей мере первый поток и второй поток, при том, что первый поток имеет более низкое содержание С₂₊, чем второй поток, и при том, что второй поток имеет более высокое содержание С₂₊, чем итоговый поток; и (d) направление второго потока в технологический поток в точке, в которой содержание соединений С₂₊ в технологическом потоке отличается на не более чем около 10% от содержания соединений С₂₊ во втором потоке.

[0025] В некоторых вариантах точка впуска второго потока в углеводородный процесс имеет содержание соединений С₂₊, отличающееся на не более чем около 5% от содержания одного или более соединений С₂₊ во втором потоке. В некоторых вариантах реализации изобретения содержание соединений С₂₊ во втором потоке больше содержания соединений С₂₊ в точке впуска второго потока в углеводородный процесса.

[0026] В некоторых вариантах реализации изобретения углеводородный процесс представляет собой переработку нефти, процесс переработки газоконденсата (ГК) или крекинг. В некоторых вариантах реализации изобретения поток продуктов дополнительно содержит примеси не-С₂₊. В некоторых вариантах реализации изобретения второй поток имеет содержание соединений не-C₂₊ меньшее, чем первый поток. В некоторых вариантах реализации изобретения, в (d), второй поток направляют в технологический поток в точке, при том, что содержание соединений С₂₊ не более чем на около 10% ниже содержания соединений С₂₊ во втором потоке.

[0027] В другом варианте реализации изобретения способ концентрирования углеводородов, имеющих по меньшей мере два атома углерода (С₂₊), включает (а) подачу флюида, содержащего одно или более соединений С₂₊ и примесей не-С₂₊, в бак при первом давлении, при том, что бак содержит адсорбирующую среду, причем во время подачи флюида в бак флюид находится в контакте с адсорбирующей средой; (b) изменение давления в баке до второго давления для сброса (i) по меньшей мере некоторых из одного или более соединений С₂₊ или (ii) примесей не-С₂₊ из адсорбирующей среды, вследствие чего отделяются по меньшей мере некоторые из одного или более соединений С₂₊ от примесей не-С₂₊; и (с) извлечение по меньшей мере части одного или более соединений С₂₊.

[0028] В некоторых вариантах реализации изобретения одно или более соединений С₂₊ представляют собой углеводороды с количеством атомов углерода от двух до пяти. В некоторых вариантах реализации изобретения соединения С₂₊ содержат этилен. В некоторых вариантах реализации изобретения адсорбент выбирают из группы, содержащей активированный уголь, силикагель, окись алюминия и цеолит. В некоторых вариантах реализации изобретения второе давление больше, чем первое давление. В некоторых вариантах реализации изобретения второе давление меньше, чем первое давление.

[0029] В варианте реализации изобретения способ восстановления углеводородов, имеющих два или более атомов углерода (С₂₊) из процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) включает (а) направление потока сырья, содержащего метан, в реактор окислительной конденсации метана (ОКМ), при том, что реактор ОКМ выполнен с возможностью получения из метана соединений С₂₊; (b) выполнение одной или более реакций ОКМ в реакторе ОКМ с использованием метана для получения потока продуктов, содержащего одно или более соединений С₂₊; (с) подвержение потока продуктов адсорбции при переменном давлении (АПД) для получения по меньшей мере первого потока и второго потока, при том, что первый поток имеет более низкое содержание С₂₊, чем второй поток.

[0030] В некоторых вариантах способ дополнительно включает, между (b) и (с), высушивание потока продуктов. В некоторых вариантах реализации изобретения подвержение потока продукта АПД отделяет С₂₊ от метана и примесей. В некоторых вариантах первый поток дополнительно содержит метан и примеси.

[0031] В некоторых вариантах реализации изобретения способ дополнительно включает последующее (с) отделение метана от примесей. В некоторых вариантах реализации изобретения способ дополнительно включает возврат по меньшей мере части метана в реактор ОКМ. В некоторых вариантах реализации изобретения примеси содержат аргон (Ar), азот (N₂), кислород (О₂), монооксид углерода (СО), двуокись углерода (СО₂) или любую их комбинацию. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере 95% примесей удаляют в блоке АПД.

[0032] В другом варианте реализации изобретения способ восстановления углеводородов, имеющих два или более атомов углерода (С₂₊) из процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) включает (а) направление потока сырья, содержащего соединения С₂₊, примеси и метан, в реактор окислительной конденсации метана (ОКМ); (b) разделение потока продуктов для обеспечения по меньшей мере (i) первого потока, богатого на примеси, (ii) второго потока, богатого на метан, и (iii) третьего потока, богатого на соединения С₂₊; и (с) охлаждение третьего потока для конденсации соединений С₂₊.

[0033] В некоторых вариантах упомянутый первый поток имеет содержание примесей по меньшей мере около 70%. В некоторых вариантах реализации изобретения второй поток имеет содержание метана по меньшей мере около 70%. В некоторых вариантах реализации изобретения третий поток имеет содержание С2+ по меньшей мере около 70%. В некоторых вариантах реализации изобретения примеси содержат аргон (Ar), водород (H₂), монооксид углерода (CO), двуокись углерода (СО₂), азот (N₂) или любую их комбинацию.

[0034] В некоторых вариантах реализации изобретения массовый расход третьего потока составляет менее чем 30% от массового расхода потока продуктов. В некоторых вариантах реализации изобретения способ дополнительно включает подачу второго потока в реактор. В некоторых вариантах реализации изобретения способ дополнительно включает подачу третьего потока в углеводородный процесс. В некоторых вариантах реализации изобретения способ дополнительно включает подачу потока сырья, содержащего метан, из углеводородного процесса в реактор ОКМ. В некоторых вариантах реализации изобретения третий поток охлаждают в блоке криогенной сепарации.

[0035] В еще одном варианте реализации изобретения способ интеграции процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) с углеводородным процессом включает (а) направление, из реактора ОКМ, потока продуктов, содержащего углеводородные соединения, имеющие два или более атомов углерода (С₂₊), и метан; (b) разделение потока продуктов на первый поток, обогащенный метаном, и второй поток, обогащенный соединениями С₂₊; и (с) сжигание метана из первого потока для обеспечения энергии для использования в углеводородном процессе.

[0036] В некоторых вариантах сжигаемый метан направляют через теплообменник, сообщающийся с технологическим потоком углеводородного процесса. В некоторых вариантах реализации изобретения углеводородный процесс представляет собой переработку нефти, процесс переработки газоконденсата (ГК) или крекинг.

[0037] В другом аспекте изобретение обеспечивает систему переработки природного газа, содержащую систему реактора ОКМ, содержащую по меньшей мере первый бак реактора, содержащий по меньшей мере первый катализатор ОКМ, размещенный в нем. Система также содержит одну или более систем экстракции для отделения по меньшей мере одного углеводородного соединения от по меньшей мере одного неуглеводородного соединения, и систему фракционирования для разделения по меньшей мере двух различных углеводородных соединений. Система также содержит соединительный трубопровод, гидравлически сообщающий один или более впусков и выходов системы реактора ОКМ с одной или более системами экстрагирования и системами фракционирования.

[0038] В другом аспекте изобретение обеспечивает систему и способы переработки природного газа, содержащую систему реактора ОКМ, содержащую по меньшей мере первый бак реактора, содержащий по меньшей мере первый катализатор ОКМ, размещенный в нем. Система также содержит одну или более систем экстракции для отделения по меньшей мере одного неуглеводородного соединения от по меньшей мере одного углеводородного соединения, и систему фракционирования для разделения по меньшей мере двух различных углеводородных соединений. А также содержит соединительный трубопровод, гидравлически сообщающий один или более впусков или выходов системы реактора ОКМ с одним или более впусков или выходов одной или более системы фракционирования и системы экстракции.

[0039] Также в данном документе представлены способы и системы получения углеводородных соединений. Способы включают приведение в контакт метана и воздуха/кислорода с катализатором ОКМ в условиях реакции ОКМ в первой реакторной системе для получения продукта ОКМ, который содержит два или более разных углеводородных соединений. Продукт ОКМ, создаваемый на этапе обеспечения контакта, передается затем в систему фракционирования, гидравлически сообщающуюся с первой реакторной системой. Затем от по меньшей мере одного углеводородного соединения в продукте ОКМ в системе фракционирования отделяется по меньшей мере одно углеводородное соединение в продукте ОКМ.

[0040] Другой вариант реализации изобретения обеспечивает способы и системы для получения углеводородных соединений, включающие приведение в контакт метана и воздуха/кислорода с катализатором ОКМ в условиях реакции ОКМ в первой реакторной системе для получения продуктов ОКМ, который содержит одно или более разных углеводородных соединений и по меньшей мере одно неуглеводородное соединение. Продукт ОКМ, создающийся на этапе обеспечения контакта, затем передают в систему экстрагирования, гидравлически сообщающуюся с первой реакторной системой. По меньшей мере одно углеводородное соединение в продукте ОКМ отделяют от по меньшей мере одного другого углеводородного соединения или неуглеводородного соединения в продукте ОКМ.

[0041] Также в данном документе приведена интегрированная система переработки углеводородов, содержащая систему парового крекинга, выполненную с возможностью преобразовывать один или более насыщенных углеводородов в один или более ненасыщенных углеводородов, и систему реактора ОКМ, выполненную с возможностью преобразовывать метан в этилен. Эти две системы гидравлически сообщаются своими выходами со впусками интегрированной системы фракционирования углеводородов, таким образом, что потоки, содержащие С₂₊, проходят из каждой крекинг-установки и реактора ОКМ в систему фракционирования.

[0042] Другой вариант реализации изобретения обеспечивает способы для получения одного или более необходимых углеводородных соединений, включая направление потока первого углеводородного сырья, содержащего насыщенные углеводороды, в установку парового крекинга для получения потока ненасыщенных углеводородов. Эти способы также включают направление потока второго углеводородного сырья, содержащего метан, в систему реактора ОКМ для получения этиленсодержащего потока. Итоговый поток, к примеру, поток ненасыщенных углеводородов и этиленсодержащий поток, направляют в интегрированную систему фракционирования, к примеру, общую интегрированную систему фракционирования, для получения одного или более необходимых углеводородных потоков продуктов.

[0043] Другой вариант реализации изобретения обеспечивает способы и системы для получения углеводородных соединений, включающий приведение в приведение в контакт метана и воздуха/кислорода с катализатором ОКМ в условиях реакции ОКМ в первой реакторной системе для получения продукта ОКМ, который содержит одно или более разных углеводородных соединений. Продукт ОКМ, создающийся на этапе обеспечения контакта, передается в интегрированную систему олигомеризации для получения одного или более высших углеводородных соединений из одного или более углеводородных соединений в продукте ОКМ. Один или более высших углеводородов, полученых в системе олигомеризации, передается затем в систему фракционирования, гидравлически сообщающуюся с системой олигомеризации для выделения по меньшей мере одного углеводородного соединения в продукте ОКМ из по меньшей мере одного высшего углеводорода.

[0044] В другом варианте реализации изобретения системы и способы переработки природного газа содержит систему реактора ОКМ для переработки природного газа для получения продукта ОКМ, которая содержит систему извлечения термической энергии, термически сообщающейся с системой реактора ОКМ для удаления термической энергии из системы реактора ОКМ. Система также содержит блок фракционирования природного газа для выделения одного или более углеводородных компонентов в природном газе или одном или более продукте ОКМ из по меньшей мере одного другого углеводородного продукта в природном газе или продукте ОКМ. Также она содержит один или более теплообменников, термически сообщающихся с каждой из систем извлечения термической энергии, и блока фракционирования для передачи термической энергии из системы извлечения термической энергии в блок фракционирования для нагрева природного газа или продукта ОКМ в блоке фракционирования для отделения одного или более углеводородных компонентов природного газа или продукта ОКМ от по меньшей мере одного другого углеводородного продукта в природном газе или продукте ОКМ.

[0045] В другом варианте реализации изобретения системы и способы переработки природного газа содержит систему экстракции для отделения метана из ГК в природном газе, которая содержит выпускной канал эффлюента, обогащенного метаном, а также содержит систему реактора ОКМ, содержащую впускной канал, гидравлически сообщающийся с выпускным каналом обогащенного метаном эффлюента системы экстракции. Система также содержит систему удаления термической энергии для удаления термической энергии из системы реактора ОКМ, и теплообменник, термически сообщающийся с системой удаления термической энергии, а также гидравлические сообщения между выпускным каналом обогащенного метаном эффлюента и впускным каналом реактора ОКМ для нагрева обогащенного метаном эффлюента системы экстракции до более чем 400°С.

[0046] В другом варианте реализации изобретения системы и способы переработки природного газа включают систему реактора ОКМ, парогенератор, термически сообщающийся с реактором ОКМ для получения пара при помощи термической энергии, создаваемой реактором ОКМ, и электрический генератор, сообщающийся с парогенератором, для получения электричества из пара, создаваемого парогенератором.

[0047] Другой вариант реализации изобретения способы и системы для сбора СО₂ включают, в системе реактора ОКМ, приведение в приведение в контакт метана и воздуха/кислорода с катализатором ОКМ в условиях реакции ОКМ для получения потока продуктов, содержащего одно или более углеводородных соединений и СО₂, разделение СО₂ из одного или более углеводородных соединений в потоке продукта в системе извлечения, интегрированной с системой реактора ОКМ, и сбор СО₂, отделенного от потока продуктов.

[0048] Дополнительные аспекты и выгоды настоящего изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники из последующего детального описания изобретения, где будут показаны и описаны только иллюстративные варианты реализации настоящего изобретения. Как будет понятно, настоящее изобретение допускает и другие, отличающиеся варианты реализации, и возможны изменения его значимых деталей в многочисленных очевидных отношениях, без отступления от данного раскрытия. Соответственно, чертежи и описания следует рассматривать в качестве иллюстративного, а не ограничивающего характера.

ВКЛЮЧЕНИЕ ПОСРЕДСТВОМ ССЫЛКИ

[0049] Все публикации, патенты и заявки на патенты, упомянутые в настоящем описании, включены в настоящий документ посредством ссылки в том же объеме, как если бы каждая отдельная публикация, патент или заявка на патент были бы указаны конкретно и отдельно для включения посредством ссылки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0050] В дальнейшем будут описаны новейшие детали изобретения, с подробностями в присоединенной формуле изобретения. Наилучшее понимание деталей и выгод настоящего изобретения может быть получено прочтением последующего детального описания, в котором будут показаны иллюстративные варианты реализации изобретения, в которых используются принципы изобретения, и сопутствующими чертежами или фигурами (обозначенными в настоящем документе как Фиг.), в которых:

[0051] На Фиг. 1 представлена схематическая иллюстрация продуктов процесса окислительной конденсации метана (ОКМ), интегрированного в углеводородный процесс;

[0052] На Фиг. 2 представлена схематическая иллюстрация метана для процесса ОКМ, полученного при помощи углеводородного процесса;

[0053] На Фиг. 3 представлена схематическая иллюстрация метана для процесса ОКМ, полученного при помощи углеводородного процесса, причем продукт процесса ОКМ интегрирован с углеводородным процессом;

[0054] На Фиг. 4 представлена схематическая иллюстрация тепла из процесса ОКМ, интегрированного в углеводородный процесс;

[0055] На Фиг. 5 представлена схематическая иллюстрация процесса ОКМ, включающего модули разделения, содержащие осушитель и блок восстановления азота;

[0056] На Фиг. 6 представлена схематическая иллюстрация процесса ОКМ, включающего модули разделения, содержащие слой С₂₊ и (или) адсорбер переменного давления;

[0057] На Фиг. 7 представлена схематическая иллюстрация примера переработки;

[0058] На Фиг. 8 представлена схематическая иллюстрация примера газогенераторной установки;

[0059] На Фиг. 9 представлена схематическая иллюстрация примера интеграции процесса ОКМ с нефтепереработкой;

[0060] На Фиг. 10 представлена схематическая иллюстрация примера интеграции процесса ОКМ с газогенераторной установкой;

[0061] На Фиг. 11 представлена схематическая иллюстрация примера интеграции процесса окислительной дегидрогенизации этана до этилена или пропана до пропилена (ОДГ) с нефтепереработкой;

[0062] На Фиг. 12 представлена схематическая иллюстрация примера блока извлечения ароматических углеводородов;

[0063] На Фиг. 13 представлена схематическая иллюстрация примера интеграции процесса ОДГ и олигомеризации этилена (ethylene to liquids, ETL) с нефтепереработкой;

[0064] На Фиг. 14 схематически проиллюстрирован примера технологического оборудования переработки природного газа;

[0065] На Фиг. 15 схематически проиллюстрирован примера работы основного блока технологического оборудования парового крекинга;

[0066] Фиг. 16 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую возможные точки интеграции впусков и выходов системы реактора ОКМ в традиционную систему или оборудование переработки природного газа;

[0067] Фиг. 17 представляет собой схематическую иллюстрацию адиабатической системы реактора ОКМ, интегрированной в первое местоположение в оборудовании переработки природного газа;

[0068] Фиг. 18 представляет собой схематическую иллюстрацию адиабатической системы реактора ОКМ, интегрированной во второе местоположение в оборудовании переработки природного газа;

[0069] Фиг. 19 представляет собой схематическую иллюстрацию адиабатической системы реактора ОКМ и систему криогенной сепарации, интегрированные в оборудование парового крекинга; и

[0070] Фиг. 20 представляет собой схематическую иллюстрацию интеграции системы термической энергии из системы реактора ОКМ в процессы термического управления для других систем обработки в оборудовании переработки природного газа;

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0071] Несмотря на то, что в настоящем документе показаны и описаны некоторые варианты реализации настоящего изобретения, специалистам в данной области понятно, что такие варианты реализации представлены лишь в качестве примеров. Специалистам в данной области понятны многочисленные варианты, изменения и замещения, без отклонения от идеи настоящего изобретения. Следует понимать, что различные альтернативы вариантов реализации настоящего изобретения, описанных в настоящем изобретении, могут быть использованы при практическом осуществлении настоящего изобретения.

[0072] Термин „С₂₊", используемый в данном документе, относится к соединениям, содержащим два или более атомов углерода. Соединения С₂₊ включают, без ограничений, алканы, алкилены, алкины, альдегиды, кетоны, ароматические эфиры и карбоксильные кислоты, содержащие два или более атомов углерода. Примеры соединений С₂₊ включают этан, этилен, этин, пропан, пропилен и пропин.

[0073] Термин „примеси не-С₂₊", используемый в данном документе, обычно относится к веществам, не содержащим соединений С₂₊. Примеры примесей не-С₂₊ включают азот (N₂), кислород (О₂), воду (Н₂О), аргон (Ar), водород (H₂), окись углерода (CO), двуокись углерода (CO₂) и метан (СН₄).

[0074] Термин «оборудование для обработки природного газа», используемый в данном документе, обычно относится к оборудованию, получающему природный газ и (или) ГК и создающему более чем один продукт из данного сырья.

[0075] Термин «преобразование метана», используемый в данном документе, обычно относится к доле или фракции метана, представленной в реакции, которая преобразуется в отличающийся от метана продукт.

[0076] Термин «избирательность С₂₊», используемая в данном документе, обычно относится к доле всех углеродсодержащих продуктов реакции окислительной конденсации метана (ОКМ), которые необходимы или являются более предпочтительными продуктами С₂₊, к примеру, этаном, этиленом, пропаном, пропиленом, и т.д. Хотя она изначально определена как избирательность C₂+, желательно, чтобы избирательность могла быть установлена в переводе на любые необходимые продукты, к примеру, только С₂, или только С₂ и С₃.

[0077] Термин «выход С₂+», используемый в данном документе, обычно относится к количеству углерода, являющегося частью продуктов С₂+, как доля в количестве углерода, внесенного в реактор в форме метана. Он может быть в целом подсчитан как произведение преобразования и избирательности, деленное на количество атомов углерода в необходимом продукте. Выход С₂+ обычно дополняет выход разных компонентов С₂+, содержащихся в установленных компонентах С₂+, к примеру, выход этапа + выход этилена + выход пропана + выход пропилена и т.д.

[0078] Термин „процесс ОКМ", используемый в данном документе, обычно относится к процессам, использующим существенное действие реакции окислительной конденсации метана (ОКМ).

[0079] Термин „процесс не-ОКМ", используемый в данном документе, обычно относится к процессам, не использующим существенное действие реакции окислительной конденсации метана. Примеры процессов, которые могут быть процессами не-ОКМ, включают углеводородные процессы не-ОКМ, такие как, к примеру, нефтепереработка, процесс переработки газоконденсатов или крекинг.

[0080] Термин «существенный эквивалент», используемый в данном документе в контексте содержания метана, обычно означает, что содержание метана находится в пределах около 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20%, 10% или 5% от содержания метана, обычно поступающего в имеющуюся цепочку фракционирования, газовое оборудования или оборудования для крекинга.

Интеграция ОКМ с углеводородными процессами

[0081] Настоящее раскрытие приведено для интеграции процессов и систем окислительной конденсации метана («ОКМ») и, необязательно или дополнительно, окислительной дегидрогенизации этана до этилена или пропана до пропилена («ОДГ») в имеющиеся процессы и оборудование для переработки природного газа и другого петрохимического сырья для получения выгоды от гибкости в выборе сырья, энергоэффективности и гибкости в лучшем определении итогового выхода продуктов для этих процессов. Конкретнее, обеспечением интеграции процесса ОКМ с другими процессами можно получить выгоду от сОКМестимости процессов ОКМ с этими другими процессами газо- и нефтепереработки для улучшения любых или всех из следующих выгод: гибкости в выборе сырья, избирательности в выходе продуктов, энергоэффективности и других преимущественных параметров процесса. Данная интеграция обеспечивает выгоды для множества разных процессов и систем, и для простоты иллюстрации это более детально описано в отношении интеграции в имеющиеся углеводородные процессы (к примеру, процессы переработки газоконденсата, процессы получения олефина из этана, этана/пропана, и (или) нефти, а также переработка нефти).

[0082] Процесс ОКМ может получать на впуске метан и создавать в качестве продукта (или выхода) один или более углеводородов, таких как соединения С₂₊, а также тепло экзотермической реакции. Процесс ОКМ может быть облегчен при помощи катализатора. Примером процесса ОКМ является следующий: 2CH₄+О₂→С₂Н₄+2Н₂О.

[0083] Обратимся теперь к фигурам, где одинаковые цифры означают одинаковые же части. Очевидно, что фигуры и детали в данном документе не обязательно изображены в одном масштабе.

[0084] Поступление метана (CH₄) может быть обеспеченно разными источниками, а продукт(ы) из процесса ОКМ могут быть направлены в разные последующие процессы. Процесс ОКМ может быть интегрирован с углеводородным процессом любым количеством способов. Фиг. 1 иллюстрирует пример интеграции процесса ОКМ с углеводородным процессом 100. Углеводородный процесс может получать любое сырье 102 и преобразовывать его в один или более продуктов 104, используя любое количество операций (к примеру, 106 и 108), таких как нефтепереработка, фракционирование ГК, крекинг этана или другие операции углеводородного процесса. В некоторых вариантах в процессах ОКМ метан (например, из геологического, биологического или промышленного источника углеводородов) ПО поглощается в процессе ОКМ 112 (например, реакторе ОКМ) для получения соединений С₂₊. Соединения С₂₊ могут быть интегрированы с углеводородным процессом. В некоторых вариантах, соединения С₂₊ могут быть обогащены и (или) обеднены в сепарационном модуле 114, например, до по меньшей мере примерного соответствия состава потока в углеводородном процессе, содержащим соединения С₂₊ 108.

[0085] Фиг. 2 иллюстрирует другой пример интеграции с углеводородным процессом. В этому случае метан подается из потока углеводородного процесса, содержащего метан 106. Метан может быть преобразован в соединения С₂₊ в процессе 112, и, в некоторых вариантах, отделен в процессе 114 для обеспечения потока продуктов, содержащего соединения С₂₊ 200

[0086] Еще один пример проиллюстрирован на Фиг. 3. Здесь метан подается из потока углеводородного процесса, содержащего метан 106, преобразовывают в соединения С₂₊ в процессе 112, необязательно разделяют в процессе 114 и интегрируют с потоком углеводородного процесса 108, содержащего соединения С₂₊.

[0087] Процессы ОКМ могут быть экзотермическими процессами, а получаемое тепло может быть затем использовано в разнообразных процессах. В некоторых вариантах процесс ОКМ интегрирован и в отношении энергии, в некоторых вариантах в дополнение к интеграции потоков веществ. Фиг. 4 иллюстрирует пример, при том, что тепло 400 передается из реактора ОКМ 112 в часть углеводородного процесса, требующую тепла 106. В некоторых вариантах метан также изымается от углеводородного процесса и (или)соединений С₂₊, поглощаемых углеводородным процессом. Изъятый метан или его избыток может сжигаться для обеспечения энергии для углеводородного процесса.

[0088] Здесь описаны разные типы углеводородных процессов, которые могут быть интегрированы с процессом ОКМ, и примеры разделений (к примеру, «черновые» разделения), которые могут быть выполнены.

Интегрированные каталитические системы

[0089] В некоторых вариантах реализации изобретения имеющийся газовое или петрохимическое оборудование или система обработки интегрировано с новыми процессами и системами для получения синергетического и высокоценного всестороннего процесса. В некоторых вариантах в традиционное оборудование и системы обработки природного газа и другого петрохимического сырья интегрируются дополнительные каталитические реакционные процессы и реакторные системы для получения в одном или более продуктов этого оборудования и (или) обеспечения одного или более источников сырья для этого оборудования и системы для усиления эффективности выгод, полученных из сочетания этих процессов в дополнение к этим процессам по отдельности. В некоторых вариантах эти интегрированные системы каталитического реактора будут обычно (1) получать один или более итоговых или промежуточных потоков продуктов из процесса для выполнения на этом оборудовании каталитического преобразования этих итоговых или промежуточных потоков продукта в более ценные или легче используемые материалы, (2) содействовать дальнейшему преобразованию одному или более потокам итогового или промежуточного продукта в одном или более разных обрабатывающих блоках этого оборудования, и (или) (3) способствовать и (или) использовать термическую энергию, требующуюся этими обрабатывающими системами или создаваемую ими.

[0090] Итоговое интегрированное оборудование для обработки может иметь большую, улучшенную эффективность и рентабельность в плане создаваемых продуктов как функции от используемого сырья, типов используемого сырья, типов создаваемых продуктов, и в плане потребления энергии для работы данного оборудования. В результате негативное воздействие данного оборудования на окружающую среду может быть существенно уменьшено, в плане уменьшения ущерба и уменьшения потребления генерируемой энергии.

[0091] В некоторых вариантах интегрированные системы реакторов для проведения экзотермических каталитических реакций могут быть использованы для преобразования составляющих природного газа в более ценные компоненты, такие как для преобразования метана и этана в более высокие алканы, олефины и другие подобные продукты. Примеры таких реакций включают экзотермические каталитические реакции, к примеру, окислительной конденсации метана (ОКМ), как и окислительной дегидрогенизации (ОДГ), к примеру, этана, пропана и других углеводородов.

[0092] Окислительная конденсация метана («ОКМ») до этилена может использовать следующую реакцию: 2СН₄+О₂→С₂Н₄+2H₂O (См., к примеру, Zhang, Q., Journal of Natural Gas Chem., 12:81, 2003; Olah, G. "Hydrocarbon Chemistry", Ed. 2, John Wiley & Sons (2003)). Данная реакция экзотемична (ΔH=-67 ккал/моль) и, как правило, обнаруживается при весьма высоких температурах (>700°С). Хотя детальный механизм реакции не может быть полностью описан, и без теоретических ограничений, экспериментальное обоснование говорит нам о том, что может быть использована химия свободных радикалов (Lunsford, J. Chem. Soc., Chem. Comm., 1991; H. Lunsford, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 34:970, 1995). В этой реакции метан (CH₄) может быть активирован на поверхности катализатора, формирующего метальные радикалы, которые затем взаимодействуют в газовой фазе для формирования этана (C₂H₆), дегидрогенизирующегося затем до этилена (С₂Н₄). Для ОКМ демонстрируют активность несколько катализаторов, включающих разные формы оксида железа и оксидов ванадия, молибдена, кобальта, платины, родия, лития, циркония, золота, серебра, марганца, церия, магния, лантана, натрия, цинка и их комбинации (к примеру, V₂O₅, MoO₃, Co₃O₄, Pt-Rh, Li/ZrO₂, Ag-Au, Au/Co₃O₄, Co/Μn, CeO₂, MgO, La₂O₃, Mn₃O₄, Na₂WO₄, MnO, ZnO), на разных поддержках. В сочетании с приведенными выше катализаторами может также использоваться некоторое количество легирующих элементов.

[0093] С момента, когда реакция ОКМ была впервые описана свыше тридцати лет назад, она была целью большого научного и коммерческого интереса. В некоторых вариантах фундаментальные ограничения традиционного подхода к активации связи С-Н представляются ограничивающими выход этой интересной реакции при практических операционных условиях. Конкретно, многочисленные публикации промышленных и академических лабораторий последовательно демонстрируют характерное проявление высокой избирательности при низком преобразовании метана или низкой избирательности при высоком преобразовании (J.A. Labinger, Cat. Lett., 1:371, 1988). Выход объединенных С₂ (т.е., этана и этилена) у некоторых катализаторов ОКМ, ограниченных этой границей преобразования/избирательности, не превышает 20-25%. В некоторых вариантах такие высокие степени преобразования и избирательности получают при крайне высоких температурах (>800С), низких давлениях и низких газовых часовых объемных скоростях. Новейшие разработанные катализаторы и системы, однако, способны работать при низких температурах среды с высоким выходом/избирательностью (см. к примеру, патентные публикации U.S. №2012/0041246 и U.S. №2013/0023709.

[0094] Хотя изначально описана в плане интеграции система реактора ОКМ, может быть также интегрирована дополнительная реакторная система, такая как система реактора ОДГ. В некоторых вариантах окислительная дегидрогенизация (ОДГ) светлых алканов предлагает интересный способ для алкиленов, поскольку, подобно реакции ОКМ, реакция экзотермична и обходит термодинамические ограничения неокислительных способов при помощи получения воды в качестве побочного продукта. Кроме того, осаждение углерода во время ОДГ может быть резко уменьшено, приводя к стабильной каталитической активности. Однако выход алкиленов, получаемый при помощи ОДГ, может быть ограничен на большинстве катализаторов при помощи сжигания алкиленов до CO и CO₂ (к примеру, от CO_x).

[0095] В варианте реализации изобретения настоящее раскрытие приводит модульную систему реактора ОКМ, которая может быть выполнена в виде дополнения к имеющемуся оборудованию переработки природного газа, и, в некоторых аспектах, интегрирована в него. Как таковой, газоперерабатывающий завод может получать природный газ в качестве сырья и создавать подготовленный к трубопроводной транспортировке природный газ, а также в виде ГК, или получать его в виде ГК и фракционировать его для получения из него двух или более разных продуктов ГК. В некоторых вариантах конкретное исполнение и тип перерабатывающего завода будет зависеть от полученного сырья и продуктов, производимых из него, и может охватывать во многих вариантах, к примеру, заводы экстракции ГК, фракционаторы, промежуточные заводы (straddle plant) и подобные, соответствующие вышеупомянутому критерию.

[0096] В некоторых вариантах реализации обрабатывающее оборудование содержит один или более экстрагирующих блоков и фракционирующих блоков, и необязательно один или более дополнительных обрабатывающих блоков (к примеру, без значительной адаптации и подгонки к такому оборудования). Далее, интегрированная система реактора ОКМ может быть интегрирована и выполнена с возможностью получения одного или более потоков эффлюентов из разных обрабатывающих блоков в этом оборудовании в качестве потоков сырья в систему реактора ОКМ, получая один или более потоков эффлюентов в один или более разных обрабатывающих блоков использования термической энергии в других системах и обрабатывающих блоках где-то еще в оборудовании.

[0097] Как описано в данном документе, система реактора ОКМ обычно содержит один или более носителей реактора, содержащих подходящий материал катализатора ОКМ, обычно в сочетании с дополнительными компонентами системы. Ранее были описаны разные катализаторы ОКМ, такие как, к примеру, в патенте U.S. №5712217, U.S. №6403523 и U.S. №6576803, включенные в данный документ во всей полноте посредством ссылки. Несмотря на то, что эти катализаторы показаны для катализации реакции ОКМ, для большинства этих катализаторов реакции проводятся в условиях менее практичных или экономичных, т.е., при очень больших температурах и (или) давлениях (к примеру, более чем 800°С). Степень преобразования и избирательность некоторых катализаторов допустимы для экономичного преобразования метана при практичных условиях операций. Примеры таких катализаторов изложены в, к примеру, публикации патента U.S. №2012/0041246 и публикации патента U.S. №2013/0023709, включенные в данный документ во всей полноте посредством ссылки.

[0098] Продукты, созданные при помощи этих каталитических реакций, обычно включают CO, CO₂, H₂, Н₂О, углеводороды С₂+, такие как этилен, этан и большие алканы и алкилены. В некоторых вариантах реализации изобретения системы реактора ОКМ действуют для преобразования метана, к примеру, метанового компонента или природного газа, в необходимый высокоуглеводородный продукт (этана, этилен, пропан, пропилен, бутаны, пентаны и пр.), в общем случае описываемый как соединения С₂+, с высокой продуктивностью. В частности, прохождение реакции ОКМ в общем описывается как преобразование метана, избирательность С₂+ и выход С₂+.

[0099] В некоторых вариантах система реактора ОКМ обычно обеспечивает преобразование метана на по меньшей мере 10% на проход процесса в системе единственного интегрированного реактора (к примеру, системе единственного изотермического реактора или системе интегрированного многостадийного адиабатического реактора) с избирательностью С₂+ по меньшей мере 50%, при реакторных температурах на впуске от 400 до 600°С, и при давлениях на впуске в реактор от 15 фунтов на кв. дюйм манометрический (psig) до 150 psig. В некоторых вариантах единичное преобразование на 10% или более с избирательностью в 60% или более, и в некоторых вариантах преобразование в 15% или более с избирательностью в 50% или более, или даже избирательность в 60% или более. Подобным образом, в некоторых вариантах, реакторное давление на впуске находится в диапазоне от 15 и около 135 psig, в некоторых вариантах менее чем около 120 psig, или менее чем около 100 psig, или менее чем 90 psig, или менее чем около 85 psig, или менее чем около 80, или даже менее чем около 70 psig. В некоторых вариантах реакторное давление на впуске находится в диапазоне от 30 и около 100 psig, или даже менее чем около 30 psig, а также около 90, или 85, или 80 psig (к примеру, при достижении избирательностей и степеней преобразования, описанных выше). В некоторых вариантах катализатор, используемый в реакторных системах, в состоянии обеспечить описанную степень преобразования и избирательность при описанных реакторных РТ-условиях. В некоторых вариантах температуры на впуске в реактор или температуры сырья обычно, по существу, соответствуют минимуму «точки розжига» или температуре инициации реакции для катализатора или системы. Другими словами питающие газы могут контактировать с катализатором при температуре, при которой может начаться реакция ОКМ при поступлении в реактор. Поскольку реакция ОКМ экзотермична, то как только достигнута точка гашения, можно ожидать тепла от реакции для поддержки реакции при каталитически подходящих температурах, и даже получения избыточного тепла.

[0100] В некоторых вариантах реализации изобретения реакторы ОКМ и реакторные системы при проведении реакции ОКМ действуют при давлении в диапазоне от 15 и около 125 psig при описанных выше температурах, обеспечивая степень преобразования и избирательность, описанные выше, и, в некоторых вариантах, менее чем около 100 psig (к примеру, в диапазоне от около 15 psig и около 100 psig, или даже менее чем около 90 psig).

[0101] Примеры материалов катализаторов изложены в, к примеру, публикации патента U.S. №2012/0041246 и публикации патента U.S. №2013/0023709, включенные в данный документ во всей полноте посредством ссылки. Катализаторы могут включать сплошные материалы, к примеру, имеющие относительно неопределенную морфологию, или, в некоторых вариантах, включать, по меньшей мере как часть, нановолокна, содержащие каталитические материалы. В любой форме катализаторы, используемые в согласовании с настоящим изобретением, могут быть использованы конкретно в полном диапазоне условий реакции, описанных выше, или в любом более узком описанном диапазоне условий. Аналогично, материалы катализаторов могут быть обеспечены в диапазоне разных крупномасштабных форм и составов, к примеру, как смеси материалов, имеющих разную каталитическую активность, смеси катализаторов и относительно инертных или наполнительных материалов, инкорпорированных в экструдаты, паллеты или монолитные формы, или подобные. Диапазоны примерных каталитических форм и составов описаны в, к примеру, патентной заявке U.S. №13/901319, поданной 23 мая 2013 г., в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей.

[0102] Реакторные носители, используемые для проведения реакции ОКМ в системах реактора ОКМ изобретения, могут содержать один или более дискретных реакторных носителей, каждый из которых содержит материал катализатора ОКМ, гидравлически сообщающийся с источником метана и источником окислителя, как будет дополнительно описано в данном документе. Сырьевой газ, содержащий метан, может контактировать с материалом катализатора в условиях, подходящих для инициации и развития реакции в реакторе для катализации преобразования метана до этилена и других продуктов.

[0103] К примеру, система реактора ОКМ может содержать один или более ступенчатых носителей реактора, действующих при изотермических или адиабатических условиях, для проведения реакций ОКМ. Для адиабатических реакторных систем система реактора может содержать один, два, три, четыре, пять или более ступенчатых реакторных носителей, выстроенных последовательно и гидравлически сообщающихся так, что эффлюент или «газ-продукт» одного реактора направлялся, по меньшей мере частично, на впуск последующего реактора. Такие ступенчатые последовательные реакторы могут обеспечить более высокий выход процесса в целом, допуская каталитическое преобразование предварительно непрореагировавшего метана. Такие адиабатические реакторы в целом характеризуются отсутствием интегрированной системы термического управления, используемой для поддержки небольшого температурного градиента или его отсутствия по реактору. Без интегрированной системы управления температурой экзотермическая природа реакции ОКМ может привести к температурному градиенту по реактору, показывающему развитие реакции, при том, что температура на впуске может быть в диапазоне от около 400°С до около 600°С, а температура на выходе быть в диапазоне от около 700°С до около 900°С. Обычно такие температурные градиенты могут быть в диапазоне от около 100°С до около 500°С. В некоторых вариантах адиабатические реакторы устроены ступенчато, с межстадийной системой охлаждения для прохождения более полной каталитической реакции без получения крайних температур, к примеру, выше 900°С.

[0104] Во время работы метансодержащий сырьевой газ может быть введен через впускную сторону реакторного носителя, к примеру, первого реактора в системе ступенчатых реакторов. В реакторе метан может быть преобразован в углеводороды С₂+, а также в другие продукты, как описано выше. По меньшей мере часть получаемого газового потока может быть охлаждена до подходящих температур и введена в последующую реакторную ступень для продолжения каталитической реакции. В некоторых вариантах эффлюент предыдущего реактора, который в некоторых вариантах может содержать непрореагировавший метан, может по меньшей мере частично обеспечить источник метана для последующего реактора. Источники окислителя и метана, которые отделены от непрореагировавшего метана из первой реакторной ступени, могут также обычно взаимодействовать на впуске каждого последующего реактора.

[0105] В некоторых вариантах реакторные системы могут содержать один или более «изотермических» реакторов, поддерживающих относительно низкий температурный градиент по длине и глубине всего реакторного слоя, к примеру, между впускящим газом и выходящим газ-продуктом, при помощи включения интегрированных температурных управляющих элементов, таких как системы охлаждения, контактирующих поверхностями теплообменников с реактором для удаления избыточного тепла, и поддерживающих нулевую разницу или незначительный температурный градиент между впускящими и исходящими потоками реактора. Обычно такие реакторы используют расплавленную соль или другие охладительные системы, действующие при температурах ниже 593°С. Как и в случае адиабатических систем, системы изотермических реакторов могут содержать один, два, три или больше реакторов, которые могут быть выполнены в последовательной или параллельной ориентации. Системы реакторов для проведения таких каталитических реакций также описаны в патентной заявке U.S. №13/900898, поданной 23 мая 2013 г., в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей.

[0106] Системы реакторов ОКМ обычно также содержат системы термического управления, выполненные для поддержания необходимого термического или температурного профиля на протяжении всей системы реакторов или отдельного реакторного носителя. В контексте систем адиабатических реакторов системы термического управления могут содержать, к примеру, теплообменники, размещенные до реакторов, за ними или между последовательными реакторами внутри всей системы для поддержания необходимого температурного профиля по одному или более реакторам. В контексте реакторов, проводящих экзотермические реакции, подобные ОКМ, такие системы термического управления также необязательно содержат системы управления для модуляции потока реагентов, к примеру, метансодержащих питающих газов и окислителя, в баки реакторов в ответ на обратную температурную связь для модуляции реакций для достижения термических профилей реакторов в пределах необходимых температурных диапазонов. Эти системы также описаны в патентной заявке U.S. №13/900898, в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей.

[0107] Для изотермических реакторов такие системы температурного управления могут содержать вышеизложенное, а также интегрированные компоненты теплообменников, такие как интегрированные теплообменники, встроенные в реакторы, такие как труба/корпус реактора/теплообменники, при том, что пустое пространство обеспечивается вокруг бака реактора или через которое проходит один или более реакторных баков или труб. Через пустое пространство может затем проходить теплоноситель, отводя тем самым тепло от отдельных труб реактора. Теплоноситель может затем быть направлен ко внешним теплообменникам для его охлаждения перед рециркуляцией в реактор.

[0108] В некоторых вариантах продукты систем реакторов ОКМ, интегрированные в обрабатывающее оборудование, передаются дополнительным компонентам процесса для получения высших углеводородов, к примеру, углеводородов С₃+ из продуктов реакции ОКМ. В частности, углеводороды С₂+, полученные из процесса реакции ОКМ, и которые необязательно включают процессы экстракции, описанные выше, или расположенные перед такими процессами экстракции, подлежат дополнительной обработки для преобразования углеводородов С₂+, подобных этилену, в даже более высокомолекулярные углеводороды, такие как С₃+, ГК, циклические углеводороды или линейные и цепочечные алканы, ароматические углеводороды. В некоторых вариантах, несмотря на описанный в целом выход системы реактора ОКМ, выход из отдельных реакторных ступеней может быть направлен на этапы обработки, включающие, к примеру, деметанизацию, при том, что отдельные соединения С₂+ направляются в разные процессы, причем богатые метаном потоки проходят через последующие реакторные ступени. В результате эффективность обработки и реакционное равновесие могут быть хорошо управляемыми на протяжении нескольких этапов.

[0109] Для простоты изложения такие дополнительные обработки в целом описываются в данном документе как процессы «олигомеризации», хотя этот термин охватывает диапазон разных типов реакций. Подобным же образом блоки или системы обработки для проведения этих реакций в целом описываются в данном документе как «системы олигомеризации» или «блоки», хотя такая терминология включает диапазон разных реакций преобразования высших углеводородов из углеводородов С₂, например, этана и этилена. Примеры таких реакций включают, к примеру; направленную олигомеризацию этилена, необязательно с последующей гидрогенизацией с созданием узких распределений линейных или цепочечных алканов, таких как бутаны, гексаны, октаны, деканы, додеканы, тетрадеканы и т.д., ненаправленную олигомеризацию этилена, необязательно с последующей гидрогенизацией с формированием широких распределений линейных или цепочечных алканов, таких как углеводороды с диапазоном С₄-С₁₆+, димеризацию этилена до бутена с последующей гидрогенизацией с формированием смеси ароматических углеводородов, алканов, алкиленов, номинально представляющих собой компоненты смешения бензинов, ненаправленную олигомеризацию этилена, необязательно с последующей гидрогенизацией с формированием смеси цепочечных, нецепочечных и циклических алканов, номинально являющихся компонентами дизельного или реактивного топлива, ненаправленную олигомеризацию этилена с формированием узких распределений ароматических углеводородов, таких как бензин, толуол, ксилон («БТК»), или бензин, толуол, этил-бензин, ксилон («БТЭК»), для использования в качестве химического сырья. В общем, множество из этих процессов олигомеризации использует каталитические реакции и реакторные системы для преобразования углеводородов С₂+ в большие углеводороды. Природа и устройство олигомеризационного реактора и каталитической системы могут зависеть от конкретного типа необходимого продукта. В некоторых вариантах реализации изобретения реакция олигомеризации имеет место при гетерогенном катализаторе в неподвижном слое реактора (адиабатическом или изотермическом), хотя подходят также и способы и процессы для гомогенных катализаторов, и они могут быть использованы в сочетании таком как гетерогенный процесс димеризации этилена до бутена и гомогенный процесс для бутена до октенов. Множество таких процессов преобразования, могущих быть интегрированными в процессы, описанные в данном документе, также описаны в патентной заявке U.S. №61/734865, поданной 7 декабря 2012 г., в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей.

[0110] В некоторых вариантах выход дополнительных процессов, к примеру, процессов олигомеризации, может быть направлен через интегрированные операции блоков газоперерабатывающего оборудования, оборудования для крекинга или другого перерабатывающего оборудования. К примеру, процессы разделения могут быть равным образом применимы к продуктам олигомеризации, как и к продуктам ОКМ и продуктам крекинга. Далее, продукты олигомеризации могут быть направлены в предыдущие блоки обработки, включающих блоки собственно крекинга, для дополнительного крекинга линейных альфа-олефинов (ЛАО) или других высших углеводородов для получения более разнообразных продуктов.

[0111] Для простоты изложения, в дополнение к одному или более бакам реакторов и связанным с ними трубопроводам и проводникам, фраза «система реактора ОКМ» также обычно подразумевает элементы, допускающие интеграцию процесса ОКМ в имеющийся способ переработки газа или завод. Как таковые, такие системы реакторов ОКМ могут содержать теплообменники для поднятия температуры газового сырья для достижения подходящих температур для катализа, так и охлаждения газовых продуктов для достижения температур, требующихся для последующих этапов обработки. Аналогично, такие реакторные системы могут содержать компрессоры, насосы и прочие подобное оборудование, для приложения подходящего давления для доставки газового сырья или перерабатываемых потоков в реакторные системы и (или) потоков продуктов в другие блоки обработки, к примеру, блоки сепарации или фракционирования.

Разделения

[0112] Высшие углеводороды (С₂₊), созданные реактором ОКМ, могут быть интегрированы с (к примеру, быть поглощаемыми) обработкой углеводородов в соответствии с описанием выше. В некоторых вариантах интеграция с углеводородным процессом может использовать оборудование сепарации из углеводородного процесса, тем самым полностью устраняя или уменьшая количество сепарационного оборудования, требующего добавления компонента ОКМ к существующему углеводородному процессу. Но тем не менее, в некоторых вариантах разделение выполняют на потоке продукта ОКМ до его подачи в углеводородный процесс. Разделения могут достигать любого количества целей, включающих, но не ограничиваясь ими, соответствие состава потока продуктов ОКМ потоку углеводородного процесса, в который он интегрируется и (или) уменьшение объема потока (к примеру, частичным обогащением С₂₊). Также в данном документе приводятся процессы и системы для выполнения описанных способов.

[0113] Некоторые процессы разделения для извлекаемых из потоков продуктов ОКМ соединений С₂₊ включают использование криогенной сепарации, в соответствии с описанным в патентной заявке U.S. №13/739954 ("PROCESS FOR SEPARATING HYDROCARBON COMPOUNDS"), которая включена в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей. Однако криогенная сепарация может быть дорогой в результате своих высокоэнергетических потребностей, поэтому настоящее изобретение обеспечивает способы выполнения начального «чернового» разделения для удаления примесей и инертный соединений, концентрируя тем самым поток С₂+ и эффективно уменьшать количество газа, поступающего в блок криогенной сепарации на единицу необходимого продукта, уменьшая тем самым стоимость криогенной сепарации. Такое черновое разделение может быть выгодным, если источником кислорода для реакции ОКМ является воздух.

[0114] Разделения могут быть выполнены в модуле сепарации, содержащим любое количество отдельных частей оборудования (операционных блоков), работающих вместе для достижения разделения. В некоторых вариантах сепарационный модуль имеет 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 или более частей оборудования. Сепарационные блоки могут быть размещены последовательно, параллельно или комбинировано (к примеру, некоторые размещены последовательно, а другие - параллельно).

[0115] В варианте реализации изобретения способ извлечения углеводородов, имеющих два или более атомов углерода (С₂₊) из процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) включает подачу потока продуктов ОКМ, содержащих углеводороды С₂₊, примеси и непрореагировавший метан. В некоторых вариантах поток продуктов ОКМ подается при помощи выполнения реакции ОКМ. В углеводороды С₂₊ может быть преобразовано любое количество подходящего метана (к примеру, по меньшей мере 1%, по меньшей мере 3%, по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 20%)

[0116] Способ может затем включать выполнение разделения, обеспечивающего первый поток, содержащий примеси и (или) инертные компоненты, второй поток, богатый метаном, и третий поток, богатый соединениями С₂₊. Три потока могут подаваться при помощи выполнения сепарации. В некоторых вариантах сепарация включает адсорбцию при переменном давлении Способ может включать адсорбцию при переменной температуре (АПТ), охлаждение, сжатие и (или) вакуумную откачку третьего потока для конденсации углеводородов С₂₊. К примеру, способ включает АПТ, охлаждение, сжатие, вакуумную откачку, а затем охлаждение третьего потока для конденсации углеводородов С₂₊.

[0117] В некоторых вариантах второй поток поступает в реактор ОКМ, возвращая тем самым в оборот непрореагировавший метан. В некоторых вариантах второй поток сжигают или используют в качестве топлива в переработке углеводородов. Как описано в данном документе, тепло, создаваемое реактором ОКМ, может быть интегрировано с любой подходящей частью углеводородного процесса. В некоторых вариантах третий поток (содержащий углеводороды С₂₊) поступает в углеводородный процесс.

[0118] Третий поток может содержать любую подходящую большую часть примесей и (или)инертных компонентов (т.е., уменьшая количество веществ, поступающих в блок криогенной сепарации). В некоторых вариантах в первый поток разделяются около 60%, около 70%, около 80%, около 90% или около 95% примесей и (или) инертных компонентов, выходящих из реактора ОКМ. В некоторых примерах в первый поток разделяются по меньшей мере 60%, по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90% или по меньшей мере 95% примесей и (или) инертных компонентов, выходящих из реактора ОКМ. В некоторых вариантах примеси и (или) инертные компоненты поступают из воздуха. Примеси и (или) инертные компоненты могут быть любыми соединениями, но в некоторых вариантах содержат аргон (Ar), водород (H₂), моноокись углерода (CO), двуокись углерода (CO₂), воду (Н₂О), азот (N₂) или любое их сочетание.

[0119] Черновое разделение, описанное в данном документе, может уменьшить объемный расход третьего потока по сравнению с объемным расходом потока продуктов ОКМ. В некоторых вариантах реализации изобретения объемный расход третьего потока составляет около 5%, около 10%, около 15%, около 20%, около 30%, около 35%, около 40%, около 45%, или около 50% от объемного расхода потока продуктов ОКМ при постоянных температуре и давлении. В некоторых вариантах объемный расход третьего потока составляет не более чем около 5%, не более чем около 10%, не более чем около 15%, не более чем около 20%, не более чем около 30%, не более чем около 35%, не более чем около 40%, не более чем около 45%, или не более чем около 50% от объемного расхода потока продуктов ОКМ при постоянных температуре и давлении.

[0120] Фиг. 5 приводит пример процесса для выполнения сепарации (например, перед интеграцией с углеводородным процессом). В некоторых вариантах метан (к примеру, природный газ) 502 нагревают 504 и нагнетают в реактор ОКМ 506. Источник кислорода (к примеру, воздух) 508 также может быть нагрет 510 и нагнетен в реактор ОКМ. В некоторых вариантах природный газ и воздух нагревают в одном и том же нагревателе.

[0121] В некоторых вариантах продукты реактора ОКМ (к примеру, углеводороды С₂₊) сепарируются из эффлюента реактора ОКМ при помощи химической абсорбции. Пример химической абсорбции может быть получен при помощи обеспечения контакта газообразной смеси реакторного эффлюента с жидким или органическим раствором, содержащим металлические ионы (такие как медь и серебро), способные связываться с олефинами, содержащимися в реакторном эффлюенте. Олефины, содержащиеся в растворе, могут быть затем изъяты в операционном блоке подходящего исполнения (к примеру, насадочной или тарелочной колонны) при помощи уменьшения давления и (или) увеличения температуры.

[0122] Продукты, созданные реактором ОКМ (к примеру, углеводороды С₂₊), а также примеси, инертные компоненты (к примеру, углеводороды) и непрореагировавший метан, могут быть поданы в сепарационный модуль, содержащий один или более операционных блоков, как проиллюстрировано на пунктирной границе 512 В некоторых вариантах сепарационный модуль уменьшает последующее сжатие третьего потока на около 40%, около 50%, около 60%, около 70%, около 80% или около 90% по сравнению с криогенной сепарацией. В некоторых вариантах реализации изобретения сепарационный модуль уменьшает последующее сжатие третьего потока на по меньшей мере около 40%, по меньшей мере около 50%, по меньшей мере около 60%, по меньшей мере около 70%, по меньшей мере около 80%, по меньшей мере около 90%, по меньшей мере около 95%. Сепарационный модуль может снять необходимость в установке аминной очистки и (или) в блоках криогенной сепарации. Блок криогенной сепарации в некоторых вариантах может быть заменен меньшей холодильной установкой.

[0123] В некоторых вариантах сепарационный модуль содержит осушитель 514 и блок восстановления азота 516. Как показано в данном документе, продукты реактора ОКМ могут быть сначала поданы на осушитель 514, где удаляется вода 535. Может быть удалено любое подходящее количество воды, включая по меньшей мере 80%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 99% или по меньшей мере 99,9%.

[0124] После осушителя 514 остальные компоненты могут быть поданы в блок восстановления азота (БВА) 516. БВА может быть любого типа этого операционного блока. В некоторых вариантах БВА представляет собой блок адсорбции при переменном давлении (АПД). БВА обычно отделяет углеводороды 518 (к примеру, метан и высшие углеводороды) от других газов, таких как примеси и инертные компоненты 520. Примеси и (или) инертные компоненты включают, не ограничиваясь ими, аргон (Ar), водород (Н2), моноокись углерода (СО), двуокись углерода (СО₂) и азот (N₂). В некоторых вариантах примеси и инертные компоненты включают некоторое количество непрореагировавшего метана (CH₄). БВА 516 обычно удаляет основную часть примесей и инертных компонентов 520, однако некоторая часть примесей и инертных компонентов может быть удалена другими частями процесса (к примеру, в потоке 535). В некоторых вариантах БВА удаляет около 60%, около 70%, около 80%, около 90%, около 95%, около 97%, около 99% или около 99,5% примесей и инертных компонентов (к примеру, по сравнению с массовым расходом потока 520 с потоком 535). В некоторых вариантах реализации изобретения БВА удаляет по меньшей мере около 60%, по меньшей мере около 70%, по меньшей мере около 80%, по меньшей мере около 90%, по меньшей мере около 95%, по меньшей мере около 97%, по меньшей мере около 99% или по меньшей мере около 99,5% примесей и инертных компонентов.

[0125] Углеводородный поток 518 из БВА 516 может подаваться при помощи одного или более компрессоров 522. Компрессоры обычно требуют меньше места и (или) энергии, чем требовали бы при отсутствии сепарационного модуля 512 (т.е., из-за основной части примесей и инертных компонентов). В некоторых вариантах компрессоры составляют около 10%, около 20%, около 30%, около 40%, около 50%, около 60%, около 70% или около 80% размера, который имели бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых вариантах компрессоры на около 10%, около 20%, около 30%, около 40%, около 50%, около 60%, около 70% или на около 80%, меньше по размеру, который имели бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых примерах размеры компрессоров составляют от около 10% до около 60% размера, который требовался бы им в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых вариантах компрессоры требуют около 10%, около 20%, около 30%, около 40%, около 50%, около 60%, около 70% или около 80% энергии, которую требовали бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых вариантах компрессоры требуют на около 10%, около 20%, около 30%, около 40%, около 50%, около 60%, около 70% или на около 80% меньше энергии, чем требовали бы в отсутствие сепарационного модуля.

[0126] Сжатый поток углеводородов 524 может быть подан в холодильную установку 526. Холодильная установка может уменьшить температуру сжатых углеводородов так, чтобы один или более углеводородов сконденсировались. В некоторых вариантах температура уменьшается ступенчато, так, что конденсируется серия разных углеводородов в соответствии с их точками кипения. К примеру, углеводороды, имеющие три или более атомов углерода, могут сконденсироваться в первую очередь 528 (к примеру, при температуре ниже -42°С). Температура может опуститься далее, так, что сконденсируется 530 этан (C₂H₆). В некоторых вариантах температура уменьшается (за один или несколько этапов) так (например, менее чем -103°С), что конденсируется 532 этилен (C₂H₄).

[0127] В некоторых вариантах непрореагировавший метан 533 возвращают в реактор ОКМ 506, напрямую или через нагреватель 504. Примеси и инертные компоненты могут быть удалены из любой части процесса, включая охладительную установку 535.

[0128] Охладительная(ые) установка(и) обычно требует(ют) меньше места и (или) энергии, чем требовали бы при отсутствии сепарационного модуля 512 (т.е., из-за основной части примесей и инертных компонентов). В некоторых вариантах размеру охладительной установки составляет около 10%, около 20%», около 30%, около 40%, около 50%, около 60%, около 70% или около 80% от размера, который она имела бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых вариантах охладительная установка на около 10%, около 20%, около 30%, около 40%, около 50%, около 60%, около 70% или на около 80%, меньше по размеру, который имела бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых примерах размеры охладительной установки составляют от около 10% до около 60% размера, который требовался бы ей в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых вариантах размеру охладительной установки составляет около 10%, около 20%, около 30%, около 40%, около 50%, около 60%, около 70% или около 80% от размера, который она имела бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых вариантах потребление охладительной установки составляет менее чем около 10%, менее чем около 20%, менее чем около 30%, менее чем около 40%, менее чем около 50%, менее чем около 60%, менее чем около 70% или менее чем около 80% от энергии, которую она требовала бы в отсутствие сепарационного модуля.

[0129] Добавление в сепарационный модуль 512 слоя С₂₊ (к примеру, слоя отделения или концентрации), проиллюстрированное на Фиг. 5, может уменьшить требуемые размер и (или) энергопотребление охладительной установки и (или) блока криогенной сепарации. Слой С₂₊ может быть любым блоком, увеличивающим содержание соединений С₂₊ (к примеру, блоком адсорбции при переменном давлении (АПД), блоком адсорбции при переменной температуре (АПТ), мембранным сепаратором, блоком адсорбции поглотительным маслом, блоком адсорбцией серебром (Ag) и другими подобными). Настоящее изобретение обеспечивает использование адсорбции при переменном давлении (АПД) для концентрирования углеводородов, имеющих два атома углерода или более (С₂₊), в некоторых вариантах между двумя и пятью атомами углерода (С_2-5).

[0130] В варианте реализации изобретения способ концентрирования углеводородов, имеющих два или более атомов углерода (С_2-5), включает подачу флюида (к примеру, потока продуктов ОКМ), включающего соединения С₂₊, в некоторых вариантах соединения С_2-5, в бак при первом давлении. Бак может содержать адсорбирующую среду.

[0131] Адсорбирующая среда может быть любой средой, подходящей для выполнения АПД. В некоторых вариантах среда представляет собой молекулярное сито. Среда может представлять микропористый материал, который может выборочно адсорбировать газы и (или) жидкости. В некоторых вариантах она представляет собой синтетические цеолиты, такие как кристаллические металлические алюмосиликаты. Среда может иметь любой подходящий размер пор, включая около 1 ангстрема, около 2 ангстрем, около 3 ангстрем, около 4 ангстрем, около 5 ангстрем, около 6 ангстрем, около 7 ангстрем, около 8 ангстрем, около 9 ангстрем, или около 10 ангстрем. В некоторых вариантах среда имеет размер пор не более чем около 1 ангстрема, не более чем около 2 ангстрем, не более чем около 3 ангстрем, не более чем около 4 ангстрем, не более чем около 5 ангстрем, не более чем около 6 ангстрем, не более чем около 7 ангстрем, не более чем около 8 ангстрем, не более чем около 9 ангстрем, или не более чем около 10 ангстрем. В некоторых вариантах среда имеет размер пор по меньшей мере около 1 ангстрема, по меньшей мере около 2 ангстрем, по меньшей мере около 3 ангстрем, по меньшей мере около 4 ангстрем, по меньшей мере около 5 ангстрем, по меньшей мере около 6 ангстрем, по меньшей мере около 7 ангстрем, по меньшей мере около 8 ангстрем, по меньшей мере около 9 ангстрем, или по меньшей мере около 10 ангстрем.

[0132] В других вариантах адсорбент может быть выполненным подходящим для химического связывания с выбранными компонентами реакторного эффлюента. К примеру, адсорбент может содержать конкретные металлы (такие как медь или серебро), так, чтобы связываться с олефинами реакторного эффлюента.

[0133] Далее, давление в баке изменяется до второго давления. Первое давление может быть выше, чем второе давление, или второе давление может быть выше, чем первое давление. Способ может также включать циклирование двух или более давлений, или изменение любым подходящим образом, таким, что соединения С₂₊ (к примеру, С_2-5) разделяются. Например, давление может увеличиваться при помощи компрессора. Например, давление может уменьшаться при помощи насоса.

[0134] К примеру, давление может быть увеличено для получения движущей силы, перемещающей соединения С₂₊ в адсорбирующую среду. Давление может быть уменьшено для десорбции соединений С₂₊ из адсорбирующей среды. АПД может работать для предотвращения адсорбции или десорбции одного или нескольких видов по сравнению с другими видами. К примеру, адсорбирующая среда может быть выбрана так, чтобы с изменением давления соединения С₂₊ адсорбировались в нее или десорбировались из нее, в то время как другие виды, такие как соединения не-C₂₊ (к примеру, N₂, О₂, Н₂О) не адсорбировались или десорбировались адсорбирующей средой.

[0135] В некоторых вариантах поток продуктов из реактора ОКМ направляют в блок АПД при первом давлении (Р1). Далее, давление изменяется от первого давления до второго давления (Р2) для выборочного отделения соединений С₂₊ в потоке продукта от соединений не-C₂₊. Давление может быть выбрано так, что соотношение между первым и вторым давлениями (Р2/Р1) равно по меньшей мере около 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 1000, 10000 или 100000.

[0136] Далее, соединения С₂₊ возвращают из бака. Соединения С₂₊ могут содержать этан, этилен, пропан, пропилен, бутан или более высокие по углероду углеводороды, или любое их сочетание. В некоторых примерах соединения С₂₊ представляют собой соединения С_2-5.

[0137] В варианте реализации изобретения способ восстановления углеводородов, имеющих два или более атомов углерода (С₂₊) из процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) включает осушение газового продукта из реактора ОКМ, выполнение адсорбции с переменным давлением (АПД) для отделения соединений С₂₊ от метана и примесей, отделение метана от примесей, и возвращение метана в реактор ОКМ.

[0138] В примере процесса, проиллюстрированного на Фиг. 6, где одинаково пронумерованные элементы представляют одинаковые детали и (или) потоки материалов, по сравнению с Фигурой 5 сепарационный модуль может содержать слой С₂₊ 602. Слой С₂₊ может быть сепарационным и (или) концентрационным слоем. В некоторых вариантах слой C₂₊ представляет собой блок адсорбции при переменном давлении (АПД).

[0139] В некоторых вариантах слой С₂₊ восстанавливает высокую долю соединений С₂₊, созданных реактором ОКМ 506. К примеру, слой С₂₊ может восстановить около 75%, около 80%, около 85%, около 90%, около 95%, около 97%, около 99%, около 95,5% или около 99,9% соединений С₂₊, созданных реактором ОКМ. В некоторых вариантах слой С₂₊ восстанавливает по меньшей мере около 75%, по меньшей мере около 80%), по меньшей мере около 85%, по меньшей мере около 90%, по меньшей мере около 95%, по меньшей мере около 97%, по меньшей мере около 99%, по меньшей мере около 95,5% или по меньшей мере около 99,9% соединений С₂₊, созданных реактором ОКМ.

[0140] В некоторых вариантах слой С₂₊ восстанавливает соединения С₂₊ при их высоком содержании. К примеру, поток, обогащенный соединениями С₂₊, может содержать около 20%, около 30%, около 40%, около 50%, около 60%, около 70%, около 80%, около 90%, или около 95%, соединения С₂₊ по массе. К примеру, поток, обогащенный соединениями С₂₊, может содержать по меньшей мере около 20%, по меньшей мере около 30%, по меньшей мере около 40%, по меньшей мере около 50%), по меньшей мере около 60%, по меньшей мере около 70%, по меньшей мере около 80%, по меньшей мере около 90%, или по меньшей мере около 95%, соединения С₂₊ по массе.

[0141] Поток, содержащий восстановленные соединения С₂₊ 604 может быть подан в компрессор 522 и холодильную установку 526 для фракционирования в соответствии с описанием в данном документе. Поток, обедненный соединениями С₂₊ 606 может быть подан в блок восстановления азота (БВА) в соответствии с описанием в данном документе. Как проиллюстрировано на Фиг. 6, БВА 516 может восстановить непрореагировавший метан и подать его в компрессор 608. Компрессор может увеличить давление до любого подходящего давления (к примеру, давления реактора ОКМ 506). В некоторых вариантах компрессор поднимает давление от около 10 до около 20 ф/кв. дюйм. Сжатый метан может быть извлечен в реактор ОКМ 506.

[0142] Включение слоя С₂₊ 602 в сепарационный модуль 512 может еще более уменьшить требования к размеру и энергопотреблению холодильной установки 526 (т.е., холодильная установка, проиллюстрированная на Фиг. 6, может быть меньше и (или) требовать меньше энергии, чем холодильная) установка, проиллюстрированная на Фиг. 5). Дальнейшее уменьшение размера и (или) энергопотребления холодильной установки может произойти в результате удаления непрореагировавшего метана из обогащенного соединениями С₂₊ потока 604 и (или) удаления большей части (например, по меньшей мере, 80%, по меньшей мере, 90%, или, по меньшей мере, 95%) примесей и (или) инертных компонентов из обогащенного соединениями С₂₊ потока 604.

[0143] В некоторых вариантах размер охладительной установки составляет около 0,5%, около 1%, около 2%, около 3%, около 4%, около 5%, около 6%, около 7%, около 8%, около 10%, около 12%, около 15%, или около 20% от размера, который она имела бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых вариантах размер охладительной установки менее чем около 0,5%, менее чем около 1%, менее чем около 2%, менее чем около 3%, менее чем около 4%, менее чем около 5%, менее чем около 6%, менее чем около 7%, менее чем около 8%, менее чем около 10%, менее чем около 12%, менее чем около 15%, или менее чем около 20% от размера, который она имела бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых примерах размеры охладительной установки составляют от около 2% до около 5% размера, который требовался бы ей в отсутствие сепарационного модуля.

[0144] В некоторых вариантах охладительная установка требует на около 0,5%, около 1%, около 2%, около 3%, около 4%, около 5%, около 6%, около 7%, около 8%, около 10%, около 12%, около 15%, или около 20% меньше энергии, которую она требовала бы в отсутствие сепарационного модуля. В некоторых вариантах потребление охладительной установки составляет менее чем около 0,5%, менее чем около 1%, менее чем около 2%, менее чем около 3%, менее чем около 4%, менее чем около 5%, менее чем около 6%, менее чем около 7%, менее чем около 8%, менее чем около 10%, менее чем около 12%, менее чем около 15%, или менее чем около 20% от энергии, которую она бы требовала в отсутствие сепарационного модуля.

[0145] В некоторых вариантах сепарация не дает полностью очищенный поток продуктов. Состав потока продуктов ОКМ может быть настроен с использованием способов разделения, описанных в данном документе. В некоторых вариантах поток продуктов ОКМ настраивают для большего соответствия состава потока углеводородного процесса, в который интегрирован поток продуктов ОКМ.

[0146] В варианте реализации изобретения способ интеграции процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) с углеводородным процессом включает выполнение реакции ОКМ на потоке сырья, содержащего метан, для получения потока продуктов, содержащего соединения C₂₊, выполнение разделения потока продуктов для получения обогащенного потока и направление обогащенного потока в углеводородный процесс. Углеводородный процесс представляет собой, без ограничения, переработку нефти, процесс переработки газоконденсата (ГК) или крекинг.

[0147] В некоторых вариантах обогащенный поток не содержит обедненных соединений С₂₊. Таким образом, содержание соединений С₂₊ может быть 10 масс. %, около 20 масс. %, около 30 масс. %, около 40 масс. %, около 50 масс. %, около 60 масс. %, около 70 масс. %, около 80 масс. % или около 90 масс. %. В некоторых вариантах содержание соединений С₂₊ менее чем около 10 масс. %, менее чем около 20 масс. %, менее чем около 30 масс. %, менее чем около 40 масс. %, менее чем около 50 масс. %, менее чем около 60 масс. %, менее чем около 70 масс. %, менее чем около 80 масс. % или менее чем около 90 масс. %.

[0148] Обогащенный поток может быть в большей степени обогащен соединениями С₂₊, чем поток продуктов ОКМ. В некоторых вариантах соотношение содержания соединений С₂₊ в обогащенном потоке к потоку продукта ОКМ около 1,1, около 1,3, около 1,5, около 2, около 3, около 3,5, около 4, около 4,5, около 5, около 6, около 8, около 10, около 15, около 20 или около 50. В некоторых вариантах соотношение содержания соединений С₂₊ в обогащенном потоке к потоку продукта ОКМ по меньшей мере около 1,1, по меньшей мере около 1,3, по меньшей мере около 1,5, по меньшей мере около 2, по меньшей мере около 3, по меньшей мере около 3,5, по меньшей мере около 4, по меньшей мере около 4,5, по меньшей мере около 5, по Меньшей мере около 6, по меньшей мере около 8, по меньшей мере около 10, по меньшей мере около 15, по меньшей мере около 20 или по меньшей мере около 50.

[0149] Черновое разделение может быть использовано для примерного соответствия состава потока продуктов ОКМ составу потока углеводородов, в который он интегрируется. Выполнение чернового разделения может дать так, что при интегрировании с ОКМ настраивать операционные параметры углеводородного процесса не требуется. Поток продуктов ОКМ может содержать разнообразные соединения С₂₊, примеси, инертные компоненты и непрореагировавший метан в любом их сочетании, которое может приблизительно соответствовать содержанию углеводородного потока, в которой который интегрирован поток продуктов ОКМ. В некоторых вариантах одно или более концентраций соответствуют на около 0,5%, около 1%, около 2%, около 5%, около 7%, около 10%, около 15%, Около 20%, около 30%, около 40% или около 50%. В некоторых вариантах одно или более концентраций соответствуют в пределах не более 0,5%, в пределах не более 1%, пределах не более 2%, пределах не более 5%, пределах не более 7%, пределах не более 10%, пределах не более 15%, пределах не более 20%, пределах не более 30%, пределах не более 40% или пределах не более 50%.

[0150] В некоторых вариантах реакция ОКМ происходит при температуре на впуске в диапазоне от 400°С до 600°С. Способ может также включать подачу обогащенного потока в углеводородный процесс, такой как переработка нефти, процесс переработки газоконденсата (ГК) или крекинг.

[0151] В варианте реализации изобретения способ интеграции процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) с углеводородным процессом включает выполнение реакции ОКМ на потоке сырья, содержащего метан, для получения потока продуктов, содержащего соединения С₂₊, выполнение разделения потока продуктов для обогащения соединениями С₂₊ и получения обогащенного потока; и подачу обогащенного потока в углеводородный процесс в точке углеводородного процесса, при том, что содержание соединений С₂₊ приблизительно соответствует содержанию соединений С₂₊ в обогащенном потоке. В некоторых вариантах углеводородный процесс представляет собой переработку нефти, процесс переработки газоконденсата (ГК) или крекинг.

[0152] В варианте реализации изобретения способ интеграции процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) с углеводородным процессом включает выполнение реакции ОКМ на потоке сырья, содержащего метан, для получения потока продуктов, содержащего соединения С₂₊ и примеси, выполнение разделения потока продуктов для удаления примесей с получением очищенного от примесей потока; и подачу в точке, где обогащенного потока в углеводородный процесс в точке углеводородного процесса, где содержание примесей отличается от содержания примесей в обогащенном потоке менее чем на 10%, В некоторых вариантах углеводородный процесс представляет собой переработку нефти, процесс переработки газоконденсата (ГК) или крекинг.

Интеграция с нефтепереработкой

[0153] Нефтеперерабатывающий или нефтеочистительный завод представляет собой промышленный перерабатывающий завод, где сырая нефть перерабатывается и в более пригодные к использованию продукты, такие как лигроин, бензин, дизельное топливо, асфальтовое основание, мазут, керосин и сжиженный нефтяной газ. Нефтеперерабатывающие заводы обычно большие, раскинувшиеся промышленные комплексы, пронизанные развитым трубопроводным транспортом, несущим потоки флюидов между большими блоками химической обработки. Во многих отношениях нефтеперерабатывающие заводы используют многое из технологии химических заводов, или могут представлять собой его тип. Исходную сырую нефть, как правило, перерабатывают на нефтеперерабатывающих заводах. Оно обычно представляет собой нефтехранилище (резервуарную станцию) рядом с установками нефтепереработки для хранения поступающей исходной сырой нефти, а также жидких нефтепродуктов.

[0154] Процесс ОКМ может быть интегрирован с нефтепереработкой любым подходящим способом, таким как извлечение из любого метансодержащего потока и подача соединений С₂₊ в процесс нефтепереработки в любом месте потока, содержащим или имеющим возможность принять соединения С₂₊, и (или) передачу тепла между процессом ОКМ и нефтепереработкой.

[0155] В некоторых вариантах нефтепереработка создает «отходящий газ», содержащий метан, который может быть преобразован до соединений С₂₊ в процессе ОКМ. В некоторых вариантах отходящий газ сжигают в печи или в другой системе обрабатывающего оборудования, к примеру, для получения теплоты, или сжигают бесцельно на нефтеперерабатывающем заводе. Интеграция нефтепереработки с процессом ОКМ обеспечивает возможность для нефтепереработки для компенсации дополнительной стоимости с нефтяного сырья при помощи возврата стоимости того, что обычно считающимся мусорным газом или малоценным компонентом, к примеру, газовым топливом.

[0156] Фиг. 7 представляет собой схематическую иллюстрацию примера нефтепереработки. Дополнительные детали можно найти в «Petroleum Refining in Nontechnical Language, 4^th Edition» за авторством William Leffler, опубликованной 13 ноября 2008 г., содержание которой включено в данный документ посредством ссылки во всей полноте. Как показано, нефтяное сырье 700 может быть разделено между колонкой разгонки 702 и установкой висбрейкинга 704 Колонка разгонки может питать установку висбрейкинга и блок каталитического крекинга (БКК) 706. Установка висбрейкинга может уменьшить количество нефтяного остатка, создаваемого дистилляцией сырой нефти, и увеличить выход средних дистиллятов (к примеру, с помощью термического крекинга больших углеводородных молекул нагреванием в печи для уменьшения вязкости и получения небольшого количества легких углеводородов). БКК может преобразовать высокомолекулярные углеводородные фракции (к примеру, молекулярная масса в диапазоне от 200 до 600 г/моль) в низкомолекулярные бензин, газообразные олефины и другие продукты. В некоторых вариантах БКК представляет собой жидкостный каталитический крекер, принимающий материалы, имеющие начальную точку кипения в 340°С и выше. Часть материалов из БКК может быть подана в блок алкиляции 708. В некоторых вариантах блок алкиляции преобразует изобутан и низкомолекулярные алкилены (к примеру, пропен и бутен) в присутствии сильного кислотного катализатора. Установка для разделения сырой нефти может также создавать остаточное топливо 730.

[0157] Материал, поступающий в блок дистилляции 710, может быть получен из нефти 700 или ее производных. Высокомолекулярные соединения из блока дистилляции 710 могут быть поданы в БКК. Среднекипящие компоненты, которые могут быть получены в виде разнообразных фракций, могут быть преобразованы в дистиллятное топливо 712 и реактивное топливо 714, к примеру. В некоторых вариантах фракции гидроочищены 716 (к примеру, для удаления серы). Фиг. 7 иллюстрирует два гидроочистителя 716 (т.е., один для дистилляции топлива 712 и другой - для реактивного топлива 714), но возможно любое их количество. Соединения, кипящие при более низкой температуре в дистилляционной колонне, могут быть поданы в делитель 716, разделяющий поступающий поток между риформинговой установкой 718 и изомеризатором 720. В некоторых вариантах риформинговая установка, также известная как каталитический риформер, преобразует нефть, обычно имеющую низкое октановое число, в высокооктановый жидкий продукт, называемый реформатом, компонентом бензина 722. В некоторых вариантах изомеризатор преобразует линейные молекулы в высокооктановые ветвистые молекулы для разбиения на газолин или сырье для блока алкиляции.

[0158] Газы из блока(ов) дистилляции 710 могут быть поданы в газогенераторную установку 724. Газогенератор может создавать, среди прочих вещей, сернистый газ 726 и газовое топливо 728.

[0159] Фиг. 8 иллюстрирует схематический чертеж примерного газогенератора 724. Газ 800 может быть подан в компрессор 802, находящийся после фазового сепаратора 804. Фазы из фазового сепаратора могут быть разделены между абсорбером 806 и дебутанизатором 808. Некоторая часть материала из дебутанизатора может быть возвращена в абсорбер 806, а некоторая может быть направлена в депропанизатор 810. Депропанизатор может создавать пропановую фракцию 812 и подавать бутан на дебутанизатор 814. Дебутанизатор может делить поступающий поток бутана на фракции изобутана 816 и н-бутана 818. Абсорбер 806 может также подавать низкомолекулярные газы (С_2-) в губчатый абсорбер 820. В некоторых вариантах реализации изобретения газы С_2- 822 интегрируются с процессами ОКМ и ОДГ в соответствии с описанием данного документа.

[0160] Фиг. 9 иллюстрирует пример интеграции процесса ОКМ 900 с газогенератором 724 нефтепереработки. Метан может быть подан из геологических и (или) биологических источников 902 (к примеру, природный газ) и (или) из газогенератора 904 или другой подходящей части нефтепереработки. В некоторых вариантах продукт ОКМ 906 подают в газогенератор 724, где он может быть разделен на одну или более фракций. В некоторых вариантах разделение выполняют перед тем, как поток продуктов ОКМ будет подан в газогенератор (не показано). В некоторых вариантах расширенную двуокись углерода из газогенератора 908 используют для увеличения нефтеотдачи пласта (УНО). Фиг. 10 иллюстрирует пример интеграции процесса ОКМ с газогенератором в более детально, где одинаково пронумерованные элементы означают то же самое, что описано на Фиг. 8 и 9.

[0161] В некоторых вариантах реализации изобретения процессы ОКМ, ОДГ и (или) олигомеризации этилена (ETL), описанные в данном документе, интегрированы с нефтепереработкой. Фиг. 11 иллюстрирует дополнительные примеры такой интеграции с газогенератором 724. Пропан 1100 может быть извлечен из газогенератора и пропущен через процесс ОДГ 1102 для получения пропилена. Пропилен 1104 может быть отделен от непрореагировавшего пропана 1106 в сепараторе 1108. Поток непрореагировавшего пропана 1106 может быть иначе возвращен в реактор ОДГ 1102 Поток непрореагировавшего пропана 1106 может быть иначе использован в качестве разбавителя для реактора ETL (не показан). Некоторая часть пропилена 1110 может быть подана блок алкиляции 708. В некоторых примера реактор ETL (не показан) может создавать бутан (к примеру, изобутан, н-бутан или их комбинация), который может быть подан в блок алкиляции 708. В некоторых вариантах количество пропилена, подаваемого в блок алкиляции, больше, чем должно быть в случае отсутствия интеграции ОКМ, ОДГ и (или) ETL. Альтернативно, если эффлюент ОКМ подвергают разделению за счет газогенератора, как описано выше, отделяемый водород может быть подан в блоки гидроочистки 716.

[0162] В некоторых вариантах процессы ОКМ, ОДГ и (или) ETL создают газы (к примеру, продукты, со-продукты, непрореагировавшие газы и (или) газы, вносимые из воздуха, использующегося в качестве окислителя). Эти газы могут быть разделены в газогенераторе. Как проиллюстрировано на Фиг. 11, водород (Н₂) из газогенератора 1112 может быть подан в один или более гидроочистительных блоков 716. В некоторых вариантах водород имеется в большем количестве, чем должно было бы иметься в случае отсутствия интеграции ОКМ, ОДГ и (или) ETL.

[0163] Как описано в данном документе, нефтепереработка может создавать смесь ароматических углеводородов, в общем случае известных как ВТК (бензин, толуол, ксилон). Фиг. 12 иллюстрирует пример блока извлечения ароматических углеводородов, который представляет собой процесс восстановления БТК из нефтепереработки. Углеводороды, содержащие БТК 1200 (к примеру, прямогонный бензин и (или) реформат) могут быть поданы в первый разделительный блок 1202, удаляющий углеводороды, которые легче, чем бензин (т.е., имеющие меньшую молекулярную массу и (или) меньшую точку кипения) 1204. Оставшийся материал может быть подан во второй разделительный блок 1206, удаляющий углеводороды тяжелее толуола (т.е., имеющие большую молекулярную массу и (или) высокую точку кипения) 1208. Оставшийся материал из второго разделительного блока () может быть подан в блок извлечения ароматических углеводородов 1210. Блок извлечения ароматических углеводородов 1210 может отделять основную фракцию на БТК 1212 и бензин-рафинат 1214. В некоторых вариантах бензин-рафинат является допустимым компонентом смешения с газолином.

[0164] В некоторых вариантах реализации изобретения процессы олигомеризации этилена («ETL»), или процессы ОКМ и ETL, и (или) процессы ОДГ и ETL, описанные в данном документе, интегрированы с нефтепереработкой (к примеру, нефтепереработкой, содержащей блок извлечения ароматических углеводородов). Фиг. 13 иллюстрирует нефтепереработку и блоком извлечения ароматических углеводородов 1300 для получения БТК 1302 (с побочным продуктом бензином-рафинатом 1304, являющимся примером подходящего для смешения с газолином). В некоторых вариантах реализации изобретения блок извлечения ароматических углеводородов дополняют углеводородами из интегрированных процессов ОКМ, ОДГ и (или) ETL.

[0165] Как проиллюстрировано на Фиг. 13, этан 1306 может быть изъят из газогенератора 724 и преобразован в этилен в реакторе ОДГ 1308. Сепарационный модуль 1310 может отделить этилен от непрореагировавшего метана 1312. В некоторых вариантах в сепарационный модуль 1310 подают дополнительный этилен 1320. Этилен может быть подан в процесс олигомеризации этилена (ETL) 1314 для преобразования в более высокомолекулярные углеводороды (С₂₊). Высокомолекулярные углеводороды могут быть переданы в блок сепарации ETL 1316, где пропан и бутан 1318 необязательно возвращают в газогенератор или блок алкиляции. Другие фракции из блока сепарации ETL могут быть смешаны с бензином 722 или поданы в блок восстановления ароматических углеводородов 1300.

[0166] Экзотермические реакции могут быть обнаружены в одном или более блоков ОКМ, ОДГ и ETL. Реакционное тепло может быть использовано для получения пара, часть которого может быть использована для обеспечения тепла или для получения энергии для самих блоков ОКМ, ОДГ и ETL. Оставшаяся часть пара может быть подана в нефтеперерабатывающее оборудования или может быть использована для получения энергии, отправляемой за границы батареи блоков ОКМ, ОДГ и ETL.

[0167] Разные фигуры, иллюстрирующие интеграцию с нефтепереработкой, являются лишь иллюстративными и не носят ограничивающий характер. Дополнительные варианты реализации изобретения могут быть легко созданы комбинированием примером, иллюстрированных на Фиг. с 7 по 13. В некоторых примерах термическая энергия и (или) электричество могут быть интегрированы с нефтепереработкой (к примеру, тепло из экзотермической реакции ОКМ может быть передано в любое место нефтепереработки, требующее тепла).

Интеграция с переработкой природного газа.

[0168] По сравнению с сырой нефтью природный газ в настоящее время имеет относительно избыточное предложение, в частности, доступное в местах, таких как Северная Америка. При взгляде на национальный уровень, газовые запасы в Соединенных Штатах в настоящее время среди наибольших в мире, обеспечивая не только высокоценный природный ресурс, но и потенциал для большой энергонезависимости страны. Разработка этих запасов, однако, может создать проблемы, отличные от проблем нефтяной промышленности. В некоторых вариантах крупномасштабная транспортировка природного газа обычно решается при помощи трубопроводов, которые могут создать дорогостоящие инфраструктурные потребности. Дальние газопроводы обычно требуют постоянного и предсказуемого качества газа для экономического и безопасного функционирования. К примеру, плотность энергии и давление пара в газе, перемещаемом на большие расстояния, как правило, обязаны подпадать под заданные спецификации. В результате газовая промышленность прибегает к сооружению обрабатывающих станций, близких к газовым месторождениям, на которых поступающий сырой природный газ, содержащий примеси, такие как СО₂, N₂, воду, обычные соединения, такие как тяжелые металлы, и ценные компоненты, включающие С₁, С₂, С₃, С₄, и С₅+, разделяют на более удобные в обращении газы и жидкости, которые можно, к примеру, транспортировать за меньшую стоимость и более подходящими средствами, к примеру, трубопроводами общего пользования, железнодорожным транспортом, автомобильным и т.д.

[0169] Такие станции обычно получают природный газ, который, в зависимости от источника газа, обычно включает смесь разного количества метана, высших углеводородов (к примеру, С₂₊), водяного пара, сероводорода (H₂S), двуокиси углерода, гелия, азота и других соединений.

[0170] Обработка природного газа обычно включает отделение разных примесей, высших углеводородов и жидкостей от газа для получения сухого природного газа, того, что обычно называют «трубопроводного качества», подготовленного к трубопроводной транспортировке газа. Основные транспортные трубопроводы обычно налагают ограничения на состав природного газа, допустимый для трубопровода. Это означает, что перед тем, как природный газ может быть транспортирован, он должен быть соответствующим образом обработан для соответствия требованиям трубопровода. Этан, пропан, бутан, пентан и другие высшие углеводороды, удаляемые из этого природного газа, в целом известны как газоконденсат (ГК). ГК может быть ценным побочным продуктом обработки природного газа, и поэтому также обычно извлекается на этих станциях. ГК может содержать этан, пропан, бутан, изобутан и природный бензин. Эти ГК обычно продаются отдельно от подготовленного к трубопроводной транспортировке газа и могут использоваться по-разному; включая использование в качестве сырья для нефтепереработки или нефтехимических заводов, и как источника энергии, причем другие отделенные компоненты используются иначе, к примеру для улучшения нефтеотдачи пластов.

[0171] В то время как некоторая часть необходимой переработки может быть выполнена поблизости от газовой скважины (полевая обработка), как отмечено в данном документе, полная обработка природного газа обычно имеет место на одном или более перерабатывающих заводов, обычно размещенных в пределах газодобывающей области. Извлеченный природный газ может быть транспортирован на эти заводы по сети сборных трубопроводов, имеющих обычно небольшой диаметр и низкое давление. Комплексная сборная система может содержать тысячи километров труб, объединяющих перерабатывающие заводы и свыше 100 скважин в области.

[0172] В дополнение к переработке, заканчивающейся у устья скважины, и на централизованных перерабатывающих заводах, определенная дополнительная переработка выполняется на промежуточных извлекающих заводах («straddle extraction plants»). Эти заводы обычно размещены на главных трубопроводных системах. Хотя природный газ, приходящий на эти заводы, обычно уже имеет трубопроводное качество, в некоторых вариантах он может продолжать содержать небольшие количества ГК или других примесей, которые могут быть извлечены на промежуточных заводах.

[0173] Практика обработки природного газа до трубопроводных уровней чистоты может быть довольно комплексной, но обычно использует четыре основных процесса удаления разных примесей; съем нефти и конденсата, удаление воды, абсорбционная осушка гликолем и осушка твердым адсорбентом. В дополнение к этим четырем процессам, также часто устанавливают нагреватели и скрубберы, обычно возле или неподалеку от устья скважины. Скрубберы служат главным образом для удаления песка и других примесей крупных частиц. Нагреватели могут дать возможность температуре газа не падать слишком низко (к примеру, так, чтобы не было нежелательной конденсации воды). У природного газа, содержащего даже небольшие количества воды, при температурных скачках есть тенденция формирования природных газогидратов. Эти гидраты обычно представляют собой твердые или полутвердые соединения, похожие на льдоподобные кристаллы, и их накопление может затруднить проход природного газа через клапаны и накопительные системы. Для уменьшения образования гидратов вдоль сборного трубопровода, где только могут формироваться гидраты, обычно устанавливают небольшие газопламенные нагревательные элементы.

[0174] Как описано выше, природный газ, проходящий напрямую из скважины, может содержать много природного газоконденсата, который в общем случае удаляется. Основная часть ГК удаляется для достижения соответствия общих трубопроводных спецификаций, часто относящихся к требованию удаления. При появлении к ГК значительной экономической ценности как у отдельного продукта может стать экономически выгодным удалять более чем минимальное количество ГК, содержащегося в газовом потоке; этот сценарий часто относится к отдельной скважинной разработке. Удаление газоконденсата обычно имеет место на относительно централизованных перерабатывающих заводах, и использует технику, похожую на ту, которая используется для дегидратации природного газа. В целом имеется два основных этапа обработки газоконденсатов в потоке природного газа. Во-первых, из природного газа удаляются конденсаты. Во-вторых, данные газоконденсаты разделяются сами по себе, до их базы или более чистых компонентов.

Интеграция с добычей ГК

[0175] ГК первоначально могут быть извлечены из потока природного газа. В обычной газопереработке имеется две принципиальных техники удаления ГК из потока природного газа: метод абсорбции и обработка криогенным детандером. В соответствии с Обществом переработчиков газа эти два процесса в настоящее время относятся к около 90% общего производства газоконденсатов.

[0176] При абсорбции ГК абсорбирующее масло, имеющее афинность к ГК, обычно используется таким же образом, как гликоль (имеющий афинность к воде, когда используется в процессе обезвоживания). Перед тем, как абсорбционное масло соберет любые ГК, оно в целом называется «обедненное» (десорбированное) абсорбционное масло. В некоторых вариантах, по мере того, как природный газ проходит через абсорбционную колонну, он приходит в контакт с абсорбционным маслом, которое впитывает или абсорбирует большую долю ГК. «Богатое» абсорбционное масло, теперь содержащее ГК, может покинуть абсорбционную колонну через низ. Теперь это обычная смесь абсорбционного масла, пропана, бутана, пентана и других тяжелых углеводородов. Богатое масло может быть подано в маслоотделитель, при том, что смесь может быть нагрета до температуры выше точки кипения ГК, но ниже точки кипения масла. Этот процесс, как правило, позволяет восстановить около 75% бутанов и от 85 до 90% пентанов и тяжелых углеводородов из потока природного газа.

[0177] Основной процесс абсорбции, описанный выше, может быть изменен для привлечения большей эффективности или для цели экстракции конкретных ГК, к примеру. В способе маслоабсорбции с охлаждением, когда десорбированное масло охлаждают с помощью холодильной установки, восстановление пропана может быть более 90% в некоторых вариантах, и в некоторых вариантах может быть извлечено около 40% этана из потока природного газа. Извлечение других, тяжелых ГК при использовании этого процесса может быть близко к 100% (к примеру, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95%, по меньшей мере 99% или по меньшей мере 99,9%)

[0178] Криогенный процесс экстракции может также использоваться для экстракции ГК из природного газа, и используется сегодня более широко. В то время, как способы абсорбции могут извлечь большую часть тяжелых ГК (к примеру, по меньшей мере 95%), более легкие углеводороды, такие как этан, часто более сложны для извлечения из потока природного газа. В некоторых вариантах, экономичнее является просто оставить более легкие ГК в потоке природного газа. Однако если экономичнее является все же извлечь этан и другие легкие углеводороды, для высокой степени извлечения могут быть использованы криогенные процессы. В некоторых вариантах криогенных процессы включают сброс температуры газового потока до около -120°F. В некоторых вариантах сконденсированный ГК затем транспортируется в последующие процессы обработки, в то время как газовые компоненты (к примеру, метан, азот и другие газы) извлекаются в газовой форме.

[0179] В некоторых вариантах система извлечения, используемая в данном документе, действует для отделения неуглеводородных соединений, таких как CO₂, N₂ и воды от углеводородных соединений, к примеру, ГК, а также для деметанизации газового потока (к примеру, отделения метана от высших углеводородов и ГК). Как таковые, блоки экстрагирования могут отделять одно или более неуглеводородных соединений от одного или более углеводородных соединений, или, при работе в качестве блока деметанизации, может отделять по меньшей мере одно углеводородный компонент, к примеру, метан, от по меньшей мере одного другого углеводородного компонента, т.е., соединений С₂+.

[0180] Могут быть множество разных способов охлаждения газа до таких температур, но в целом наиболее эффективен турбодетандерный процесс. В этом процессе для охлаждения потока природного газа могут быть использованы внешние охладительные установки. Затем для быстрого расширения охлаждаемых газов может быть использована расширительная турбина, которая может вызвать резкое падение температуры. Этот резкий температурный скачок может сконденсировать этан и другие углеводороды в газовом потоке, пока метан поддерживается в газовой форме. Этот процесс может позволить извлечь от около 90% до 95% этана, исходно находящегося в газовом потоке. В дополнение, расширительная турбина, как правило, способна преобразовать часть энергии, сбрасываемой, когда поток природного газа расширяется в повторно сжимаемый газообразный метановый эффлюент, сохраняя таким образом стоимость энергии, связанной с извлечением этана.

[0181] Извлечение ГК из потока природного газа может создать более чистый, беспримесный природный газ, как и позволить более комплексное извлечение ценных углеводородов, чем сами по себе ГК (по сравнению с неизвлекаемыми ГК).

Интеграция с фракционированием газоконденсата

[0182] Как только высшие углеводороды, к примеру, этан и ГК были извлечены из потока природного газа, их обычно разбивают на их основные компоненты, каждый из которых имеет отдельную стоимость. Процесс, который обычно используют для выполнения этой задачи, называется фракционированием. Процесс фракционирования обычно действует, основываясь на разных точках кипения разных углеводородов в потоке ГК. В некоторых вариантах фракционирование проводится в том же оборудовании, что и более ранние этапы переработки газа, к примеру, обезвоживание, нейтрализация кислотности и экстракция/деметанизация, в то время как в других вариантах фракционирование имеет место в отдельном оборудовании, в которое подаются составные ГК.

[0183] Весь процесс фракционирования может быть разбит на этапы, начиная с удаления легких ГК из потока. При работе фракционирование может иметь место на этапах, где разные углеводороды выкипают, один за другим, где название конкретной установки для фракционирования отражает ее функцию, традиционно называясь названием выкипающего углеводорода. Соответственно, процесс обычно включает, по порядку, деэтанизатор, отделяющий этан от остающегося потока ГК, депропанизатор, отделяющий пропан от остающегося потока ГК, и дебутанизатор, в котором выкипает бутан. В некоторых вариантах остающийся поток затем в основном содержит пентаны и тяжелые углеводороды в потоке ГК. Отделенный бутан также обычно подают через разделитель бутана или деизобутанизатор, разделяющий изо- и нормальный бутаны. В некоторых вариантах система фракционирования, именующаяся во всей полноте или в соответствии с отдельными фракционирующими блоками, к примеру, депропанизатором, обычно работает, отделяя по меньшей мере один углеводородный компонент, такой как пропан, от по меньшей мере одного другого углеводородного компонента, такого как бутан, пентан, и т.д. В некоторых вариантах разделение завершается не полностью. К примеру, деэтанизатор может удалить менее чем 100% этана из остающегося потока ГК. Также последующие отдельные фракционирующие блоки могут удалить менее чем 100% соответствующих компонентов. В целом, эти фракционирующие этапы могут удалить существенное количество и большую часть соединения, для которого они предназначены, от остающегося потока ГК, к примеру, более чем 50%, более чем 60%, более чем 75% и даже более чем 90% или 95%.

[0184] Фиг. 14 представляет собой схематическую иллюстрацию основного процесса компонентов и систем в обычном оборудовании обработки природного газа. Как проиллюстрировано на этом примере, сырой газ из газовой скважины или другого источника 1402, который может быть обработан возле скважины или другого непосредственного блока обработки или оборудования для удаления воды и других конденсатов, к примеру, на этапе 1404, транспортируется к перерабатывающему оборудованию. Поступающий сырой газ 1406 затем обрабатывается в блоке/этапе удаления высокосернистого газа 1408 для удаления любого сероводорода или других корродирующих газов 1410. Удаленные сернистые соединения или «высокосернистый газ» могут быть направлены на дополнительную обработку, к примеру, в серный блок 1412, и дополнительную обработку для получения элементарной серы и отходящих газов, которые могут быть в дальнейшем обработаны и (или) сожжены.

[0185] Обескисленный газ 1414 затем пропускают через блок осушения 1416 для дальнейшего удаления воды, а затем пропущен через один или более дополнительных блоков очищения 1418, к примеру Очищенный природный газ затем подают в блок экстракции 1420, который может быть криогенным экстрактором, содержащим блок криогенного турбодетандера 1420а и блок криогенного удаления азота 1420b, для удаления метана в обогащенном метаном потоке 1422а и азота 1422b из потока ГК 1424. Полученные обогащенные метаном компоненты затем подают в виде готового к трубопроводной передаче природного газа, к примеру, подают в коммерческие газопроводы для продажи или, как было описано более детально выше, могут подавать на дальнейшую переработку. Как отмечено в данном документе, система экстракции 1420 может необязательно содержать блок экстракции десорбированного масла в месте размещения блока криогенной экстракции.

[0186] Итоговый деметанизированный ГК-содержащий продукт 1424, содержащий этап и другие высшие углеводороды (обычно называемые в данном документе как компоненты С₂+), затем пускают через цепочку фракционирования 1426, которая обычно содержит блок деэтанизации 1428, выкипающий углеводороды С₂ 1430 и пропускающий оставшиеся флюиды или «низы» 1432 в блок депропанизации 1434. Блок депропанизации, в свою очередь, выкипает газы С₃ 1436 и пропускают остающиеся низы 1438 в блок дебутанизации 1440, выкипающий бутаны 1442, оставляя пентаны и высшие углеводороды по порядку в потоке 1444. Каждый из потоков высших углеводородов 1430, 1436, 1442 и 1444 могут быть затем поданы на дополнительную переработку, к примеру, через установку обессеривания или делители бутана.

Интеграция с паровым крекингом

[0187] Как описано выше, другие важные петрохимические переработки могут быть связанными с производством олефинов и других высших углеводородов из природного газа или нефтяных дистиллятов, подобных лигроину. В частности, насыщенные углеводороды могут быть переработаны или преобразованы в ненасыщенные углеводороды с помощью процесса, называемого паровым крекингом. При паровом крекинге газообразное или жидкое углеводородное сырье, подобное лигроину, газойль, сжиженный нефтяной газ («СНГ») или этан могут быть разбавлены паром и кратковременно нагреты в печи без присутствия кислорода. Обычно температура реакции очень высокая, около 850°С или выше, но реакция может пройти только очень быстро. В современный крекинговых печах время нахождения уменьшено до миллисекунд для выхода, получающегося при газовых скоростях больших, чем скорость звука. В некоторых вариантах после того, как была достигнута температура крекинга, газ быстро останавливают для остановки реакции в линии передачи теплообменника или внутри квенчинга с использованием жидкого квенча. Итоговые продукты затем перерабатываются далее для выделения отдельных ценных продуктов, такие как олефины, из нежелательных побочных продуктов и непрореагировавшего газового сырья.

[0188] В некоторых вариантах многие варианты реализации процесса в традиционном оборудовании парового крекинга разделяют те же лежащие в основе принципы работы, использующиеся в оборудовании для переработки газоконденсата или другом перерабатывающем оборудовании. К примеру, многие разделительные системы, такие как депропанизатор и (или) деэтанйзатор и делители С2, обычно размещаются внутри крекингового оборудования для отделения непрореагировавших компонентов, таких как метан и этан, или нежелательных побочных продуктов из потоков олефинов, исходящих из крекинговой печи.

[0189] На Фиг. 15 представлена схематическая иллюстрация примера процесса и системы парового крекинга. Как проиллюстрировано на ней, поток газового сырья 1502, такой как лигроин или этан из оборудования переработки ГК, описанного выше, поступает вместе со впускящим паром (не показан) в крекинговую печь 1504. По мере продолжения крекинга продукт затем охлаждается квенчем, к примеру, в закалочно-испарительном аппарате 1506. Полученный газ затем передается через сжатие и этапы обработки (1508 и 1510), включающими, к примеру, многоэтапное газовое сжатие, с последующими охлаждением и удалением жидких углеводородов и воды после каждого этапа, а также Обработка газа для удаления кислогазовых компонентов, к примеру, H₂S и СО₂, а также осушения для удаления воды перед передачей в криогенную секцию (холодильник) 1511 для поэтапного охлаждения и конденсации разных компонентов с целью удаления СО и водорода на выходе 1514. Разные жидкие компоненты затем подают в деметанизатор 1512 для выделения компонентов C1 1516, таких как метан, из более высоких углеводородов, к примеру, соединений С2+ в потоке 1518 После деметанизации поток, обогащенный С2+ 1518, затем передают через дальнейшие этапы фракционирования в, к примеру, деэтанизатор 1522 для отделения компонентов С2 из высших углеводородов в потоке 1528, ацетиленовый реактор 1524 для преобразования ацетилена в поток, обогащенный С2 до этилена и этана, и делитель С2 1526 для отделения этилена от любого оставшегося этана. Поток, обогащенный этиленом 1530 затем извлекается в качестве продукта, в то время как остаточный этан, извлекаемый из делителя С2, возвращается назад через крекинговую печь 1504 в рециркуляционный поток 1532.

Интеграция газовой переработки ОКМ

[0190] Системы и процессы реакторов ОКМ могут быть интегрированы в имеющееся оборудование переработки природного газа и другого петрохимического сырья в одной или более разных конкретных точках в нем, и в соответствии с количеством разных впусков и выходов систем ОКМ и (или) процессов блоков всего перерабатывающего оборудования в целом. В частности, системы реакторов ОКМ могут быть интегрированы в традиционные перерабатывающие заводы в качестве одного или двух источников потоков сырья для одного или более перерабатывающих блоков перерабатывающего оборудования, и (или) в качестве потребителя потоков продуктов из одного или более перерабатывающих блоков перерабатывающего оборудования.

[0191] В некоторых вариантах интеграция включает диапазон разных типов интеграции, включающих, к примеру, процесс интеграции через гидравлические или газовое сообщение в пределах технологического потока. Жидкостная интеграция или гидравлические сообщения или соединение обычно относится к постоянному гидравлическиму соединению или гидравлическиму сообщению между двумя системами в пределах системы или оборудования в целом. Такое постоянное гидравлические сообщения обычно относится к межсистемным трубопроводным сетям, соединяющим одну систему с другой. Такие межсистемные трубопроводы могут также включать дополнительные элементы между двумя системами, такие как управляющие элементы, к примеру, теплообменники, насосы, клапаны, компрессоры, турбодетандеры, датчики, а также другие системы гидравлический или газовой транспортировки и (или) хранения, к примеру, трубопроводы, коллекторы, баки для хранения и прочее подобное, но в целом являются закрытыми системами, как отличающимися от двух систем, где материалы переходят от одной системы к другой через любые неинтегрированные компоненты, к примеру, рельсовый или автомобильный транспорт или систему размещенную не в том же месте, что и оборудование, или не в непосредственной близости от оборудования. Термин гидравлические соединение и (или) гидравлические сообщения, использующийся в данном документе, включает полное гидравлические сообщения, к примеру, где все эффлюенты из заданной точки, такие как выход реактора, направляют на впуск другого блока, с которым реактор гидравлически сообщается. Также в таких жидкостных соединениях или сообщениях включены частичные соединения, к примеру, где только часть эффлюента из заданного первого блока направляют во гидравлически присоединенный второй блок. Далее, хотя в термине обозначены жидкостные соединения, такие соединения включают соединения для переноса жидкостей и (или газов).

[0192] В некоторых вариантах интеграция относится к термической или энергетической интеграции, к примеру, системы реактора ОКМ в энергетическую инфраструктуру оборудования. Такая интеграция может также включать пространственную интеграцию системы реактора ОКМ в физический перерабатывающий завод, к примеру, «в пределах границ установки», или она может быть интегрирована иначе, вне пределов границ оборудования.

[0193] Фиг. 16 схематически иллюстрирует некоторое количество точек интеграции для системы реактора ОКМ на всем пути процесса работы оборудования переработки природного газа, проиллюстрированного на Фиг. 14. В частности, как проиллюстрировано на этом примере, впуск ОКМ, схематически обозначенный как блок 1602, проиллюстрирован как интегрированный во множество точек технологического потока и гидравлически с ним сообщающийся, где выход продукта конкретного перерабатывающего блока подается на впуск системы реактора ОКМ. К примеру, как показано, реактор ОКМ показан необязательно гидравлически сообщающимся с выходом, к примеру, блока осушки 1416 или блока очистки 1418, блока экстракции 1420b и блока деэтанизатора 1428.

[0194] Альтернативно или дополнительно, выход реактора ОКМ, схематически иллюстрированного как блок 1604, показано как интегрированный, к примеру, гидравлически сообщающимся, с множеством точек в технологическом потоке, где потоки продуктов реактора ОКМ подают во множество перерабатывающих блоков оборудования в целом. Например, выход ОКМ 1604 может необязательно быть гидравлически сообщающимся со впуском блока экстрагирования 1420, цепочки фракционирования 1426, к примеру, блоков фракционирования 1428, 1434 или 1440 или блоков дальнейшей обработки (не показаны).

Интеграция с подачей газа в ОКМ

[0195] В некоторых вариантах реализации изобретения система реактора ОКМ присоединена после одного или более обрабатывающих блоков газоперерабатывающего оборудования, вследствие чего потоки продуктов из обрабатывающего блока подаются в виде впускящий поток системы реактора ОКМ. В частности, обрабатывающие блоки, содержащие в качестве впускящих один или более метансодержащих и (или) обогащенных метаном потоков, могут обеспечить подачу газов в систему реактора ОКМ для преобразования метана в высшие углеводороды. Подобным же образом выходы системы ОКМ могут быть в целом обеспечить подачу потоков сырья в традиционные блоки обработки, используемые для разделения, изменения и очистки углеводородных смесей, и использование инфраструктуры ряда систем.

[0196] В некоторых вариантах система реактора ОКМ обеспечивает интеграцию в имеющееся перерабатывающее оборудование для получения по меньшей мере части чистого, сухого подготовленного к трубопроводной транспортировке природного газа для преобразования метана, содержащегося в этом газе, в высшие углеводороды вместо пропускания этой части сухого газа через блоки экстракции и фракционирования. В некоторых вариантах впуск системы реактора ОКМ может гидравлически сообщаться с выходом блоком удаления кислых газов 1408, блоком осушения 1416 или, как показано, дополнительным блоком очистки 1418. Как отмечено, гидравлические сообщения может содержать один или более теплообменников, насосов, компрессоров и прочего для подачи сухого газа в систему реактора ОКМ при подходящих для начала каталитической реакции ОКМ условиях, к примеру, впускящей температуры в диапазоне от 450°С до 600°С и давлении от одной атмосферы и выше, и предпочтительно от около 15 фунтов/кв. дюйм избыточном (psig) до около 150 psig, от 15 psig до около 125 psig, или менее чем 100 psig, или от около 15 psig до около 100 psig.

[0197] Альтернативно или дополнительно, система реактора ОКМ может гидравлически сообщаться с одни или более выходов блока(ов) экстрагирования 1420 для направления обогащенных метаном эффлюентов из блока экстрагирования 1420 в систему реактора ОКМ для преобразования метана в этилен и другие углеводороды, которые могут быть пропущены через блок экстрагирования для отделения этилена и других компонентов С2+ от газовых компонентов, к примеру, СО, СО₂, N₂ и непрореагировавшего метана. В некоторых вариантах эти и другие выходы традиционного перерабатывающего оборудования используются с выгодой. К примеру, в некоторых вариантах СО₂, извлекаемая из продуктов реактора ОКМ и отделяемая в блоке экстракции, может быть передана с помощью трубопровода или автотранспортом, используемым локально, или в противном случае использоваться с выгодой при увеличении нефтеотдачи пласта (УНО). Подобным же образом N₂, извлекаемый из продуктов реактора ОКМ и отделяемый в блоке экстракции, может быть необязательно извлечен и передан с помощью трубопровода или автотранспортом, используемым локально, или в противном случае использоваться с выгодой при увеличении нефтеотдачи пласта (УНО). Похожим образом H2O, извлекаемая из продуктов реактора ОКМ и отделяемая в блоке экстракции, может быть необязательно извлечена и передана с помощью трубопровода или автотранспортом, используемым локально, или в противном случае использоваться с выгодой, к примеру, в качестве жидкости гидроразрыва пласта.

[0198] В некоторых вариантах обогащенные этаном потоки из цепочки фракционирования 1426, к примеру, обогащенный этаном эффлюент из блока деэтанизации 1428, который может содержать небольшие количества не удаленного предварительно метана, могут быть возвращены в реактор ОКМ, сами по себе или в сочетании с одним или более обогащенным метаном потоками, для преобразования любого остаточного метана в реакторе ОКМ в высшие углеводороды. Далее, в качестве промежуточного процесса в ОКМ, при тех же условиях реакции, что и ОКМ, этан, находящийся в сырье ОКМ, может реагировать и преобразовываться в этилен в реакторе ОКМ.

[0199] Обогащенные этаном потоки из деэтанизатора могут таким же образом быть направлены в системы преобразования этана. Такие системы преобразования этана содержать, к примеру, блоки парового крекинга, преобразующие этан в этилен при помощи неокислительной дегидрогенизации. В некоторых вариантах этан может быть направлен в дополнительные системы реакторов, содержащих катализаторы для окислительной дегидрогенизации (ОДГ) этана в присутствии источника кислорода для получения этилена. Катализаторы и системы для проведения реакций ОДГ описаны, к примеру, в Cavani, et al., Catalysis Today (2007), Vol. 127 (1-4), 113-131, полное описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей. С другой стороны, выходные потоки всех этих систем могут быть дополнительно переработаны или перенаправлены по необходимости в другие обрабатывающие блоки оборудования.

Интеграция с продуктом ОКМ

[0200] В некоторых вариантах реализации изобретения система реактора ОКМ присоединена перед одним или более обрабатывающими блоками газоперерабатывающего оборудования, вследствие чего потоки продуктов из системы реактора ОКМ под названием «потоки продуктов ОКМ» или «газообразные продукты ОКМ» обрабатываются разными обрабатывающими блоками этого оборудования.

[0201] К примеру, поток продуктов системы реактора ОКМ, обычно содержащий углеводороды С2+, а также потенциально СО, СО₂, N₂ и непрореагировавший метан и другие продукты, пропускают через блок экстрагирования 1420 такие как два этапа криогенных блоков экстрагирования 1420а и 1420b, для отделения этилена, этана и других углеводородов С3 до С5+ от CO и CO₂, а также от метана и любых других остаточных газовых компонентов. Пример системы криогенной экстракции обработки потоков продуктов ОКМ описан в патентной заявке U.S. №13/739954, поданной 11 января 2013 г., которая включена в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей. Вкратце, системы криогенной экстракции обычно содержать по меньшей мере первый и второй разделительные блоки (к примеру, разделительные блоки 1420а и 1420b), где первый блок (1420а) уменьшает температуру поступающего газа, к примеру, ГК-содержащего природного газа, или газового продукта ОКМ. С целью описания разделительная система описана в плане газового продукта ОКМ. Первый разделительный блок системы криогенной сепарации обычно работает как деметанизатор, поскольку уменьшение температуры сжижает компоненты С₂+, приводя к обогащению С₂+ нижней части блока, в то время как оставшиеся газовые компоненты, содержащие основную часть метана и N₂, удаляются из верхней части блока. Эти метансодержащие компоненты затем пропускают через второй разделительный блок (1420b), работающий как блок удаления азота с помощью сжижения метановой части и выбрасывающий азотную часть.

[0202] Аналогично, система реактора ОКМ может также быть гидравлически сообщающейся с блоком экстракции десорбированного масла для отделения легких углеводородных компонентов от других газовых компонентов.

[0203] В некоторых вариантах поток продуктов из системы реактора ОКМ, или необязательно системы олигомеризации, необязательно направляют через систему фракционирования или одного или более отдельных блоков фракционирования традиционного газоперерабатывающего оборудования для отделения тяжелых углеводородов, к примеру, углеводородов и ГК С₃, С₄ или С₅+ от легких углеводородов, к примеру, этана и этилена. В таких процессах этан может быть извлечен как продукт или, как отмечено в данном документе, перенаправлен назад в систему реактора ОКМ или в процесс преобразования этана, к примеру, как описано выше. В некоторых вариантах продукт ОКМ может быть направлен через полную цепочку системы фракционирования, к примеру, многоэтапных блоков фракционирования, или может быть направлен через любые отдельные или любой набор блоков фракционирования во всей системе фракционирования, к примеру, только деэтанизатор, или только деэтанизатор и (или) депропанизатор, и т.д.

[0204] В некоторых вариантах интеграция системы реактора ОКМ в предшествующем или последующем исполнении с одним или более обрабатывающих блоков газоперерабатывающего оборудования не является чем-то взаимоисключающим, так как во многих вариантах реактор ОКМ будет получать сырье из множества разных обрабатывающих блоков перерабатывающего оборудования и обеспечивать выход в них, и во многих вариантах будет получать на впуск из отдельных обрабатывающих блоков и получать сырье из них, к примеру, блока криогенной экстракции или блока фракционирования.

[0205] Фиг. 17 представляет собой схематическую иллюстрацию системы реактора ОКМ, интегрированной в традиционное оборудование переработки природного газа. Конкретно, проиллюстрирована многостадийная система адиабатического реактора ОКМ 1702, сообщающаяся с выходом блока очистки 1418 газового оборудования. Как проиллюстрировано, поток чистого сухого газа 1720 из блока очистки 1418, который может быть частью или всем выходом блока очистки 1418 в конкретное время, направляют на впуск первого реактора 1704 многостадийной системы адиабатического реактора ОКМ 1702. поток продуктов 1722 из реактора 1704 затем, по меньшей мере частично, подают на впуск реактора 1706, чей поток продуктов 1724 по меньшей мере частично подают на впуск реактора 1708. Хотя проиллюстрированна трехэтапная система адиабатического реактора 1702, очевидно, что в адиабатической системе могут быть задействованы два, три, четыре или более этапов. Такие многоэтапные адиабатические системы описаны в патентной заявке U.S. №13/900898, поданной 23 мая 2013 г., в полном объеме включено в настоящий документ посредством ссылки во всей полноте для всех целей.

[0206] Как показано, дополнительный чистый сухой газ из блока очистки 1418 может также быть подан в последовательные реакторы 1706 и 1708 в дополнение к потоку продукта предшествующего реактора, к примеру, потоков продуктов 1722 и 1724 соответственно, как показано пунктирными стрелками 1728 и 1730, для обеспечения этих последующих реакторов дополнительным источником метана.

[0207] В дополнение к получению по меньшей мере части потока продуктов из блока(ов) очистки 1418 оборудования поток продуктов ОКМ из всей системы реактора ОКМ, к примеру, показанный как поток эффлюента 1726 из реактора 1708, могут также быть поданы в последовательную обработку дальнейшими блоками обработки газоперерабатывающего оборудования.

[0208] В частности, как проиллюстрировано на Фиг. 17, выход системы реактора ОКМ 1702 гидравлически сообщается со впуском блока экстрагирования 1420 так, что поток продуктов ОКМ 1726 подается в блок экстрагирования 1420 для отделения высших углеводородов, к примеру, компонентов С₂+, в потоке 1424, от любых остаточного метана и азота в потоке газопродуктов ОКМ 1726, к примеру, в блоке криогенной деметанизации 1420а. Эти высшие углеводороды затем необязательно передаются по цепочке фракционирования 1426, к примеру, блоки 1428, 1434 и 1440, для отделения разнообразных составляющих С₂+ от потока деметанизированного продукта 1424. Блок фракционирования также упоминается в данном документе как блок фракционирования С₂+. Метан- и азотсодержащие компоненты затем необязательно передаются через блок удаления азота, к примеру, блок 1420b, для отделения азота от метана, который необязательно может затем быть возвращен в систему реактора ОКМ 1702 не показана. Как отмечено выше, блок криогенной деметанизации, криогенная система 1420 целиком, или аналогичный разделительный блок могут быть размещены для получения газового эффлюента с отдельных реакторных этапов, к примеру, этапов 1704 и 1706, в противоположность всего лишь получению итогового газового продукта системы реактора ОКМ (потока 1726), для снятия соединений С2+ из потока 1722 и 1724 соответственно, при прохождении метана в последующие реакторные этапы для переработки. Итоговые С2+-содержащие потоки должны быть затем направлены в последующую переработку, к примеру, в цепочку фракционирования 1426. Как было отмечено, это должно дать эффективность в плане уменьшения потерь продуктов С₂+ от этапа к этапу, а также увеличить эффективность реакций, основанных на сдвиге равновесия, к примеру, относительно высокие содержания реагентов в каждом последующем этапе

[0209] Фиг. 18 схематически иллюстрирует пример сообщения системы реактора ОКМ и систему 1702 с блоком экстрагирования 1420, и конкретно блока криогенной сепарации 1420b и системы фракционирования, к примеру, через деэтанизатор 1428. В частности, как показано, поток обогащенного метаном газового эффлюента 1820 из блока криогенного экстрагирования 1420b подают в качестве газового сырья на впуск реактора 1704. Как отмечено выше, газовый продукт из реактора первого этапа по меньшей мере частично подают в последующие реакторы 1706 и 1708 вместе с необязательным дополнительным метансодержащим сырьем 1822 и 1824 из выхода блока криогенной экстракции 1420b. Итоговый газовый поток 1726 из системы реактора ОКМ 1702 затем подается в цепочку фракционирования 1426 для выделения разных составляющих продуктов С₂+. Как показано выше, ОКМ необязательно пускают через необязательный блок олигомеризации 1832 для преобразования углеводородов С₂+, к примеру, этилена, в высшие углеводороды, к примеру, углеводороды С₃+, которые затем передают в систему фракционирования для выделения разных высших углеводородов. Необязательно выход блока олигомеризации 1832 может быть передан в систему фракционирования в разных точках, включающих, не ограничиваясь ими, впуск или выход блоков 1428, 1434, 1440.

[0210] Альтернативно или дополнительно, поток продуктов из системы реактора ОКМ возвращают через блоки экстрагирования 1420, как показано пунктирной линией 1826, из выхода реактора 1708 для отделения любого остаточного метана и (или) азота из необходимых продуктов ОКМ, к примеру, продуктов С₂+, как описано выше.

[0211] Альтернативно или дополнительно, поток продуктов из системы олигомеризации возвращают через блоки экстрагирования 1420 для отделения любого остаточного метана и (или) азота из необходимых продуктов ОКМ, к примеру, продуктов С₂+, как описано выше.

Интеграция крекинга ОКМ

[0212] Как и в случае оборудования переработки природного газа, описанного выше, от интеграции системы реактора ОКМ в имеющееся оборудование для крекинга, такое как оборудование для крекинга этана или лигроина, может быть получена существенная выгода. На Фиг. 19 представлена схематическая иллюстрация интеграции системы ОКМ в оборудование для крекинга. Как проиллюстрировано на упрощенной схеме Фигуры 15, обычный блок крекинга, к примеру, блок крекинга лигроина, содержит крекинговую печь 1504 и тесно связанные квенчевые системы 1506. Газообразные продукты С₂+ из оборудования для крекинга затем пропускают через подходящую систему обработки и сжатия 1508 и 1510 соответственно, перед их передачей в криогенный охладитель и деметанизатор 1512 для отделения любого остаточного метана и водорода, присутствующих в крекерном эффлюенте. Поток C₂+ 1518 затем направляют через систему разделения или фракционирования, которая обычно содержит деэтанизатор 1522 для отделения компонентов С₂ от высших углеводородов, к примеру, С₃+, ацетиленовый конвертер 1524, преобразующий ацетилен, создаваемый во время операции крекинга, в этилен, и делитель С₂ 1526 для отделения этилена (поток 1530) от этана (поток 1532) в газовый продукт, который возвращают назад в крекинговую печь 1504.

[0213] В некоторых вариантах система реактора ОКМ интегрирована в более традиционное оборудования для крекинга для обеспечения разных выгод, включающих гибкость в выборе сырья, избирательности в выходе продуктов и энергоэффективности.

[0214] Иллюстрация этой интеграции схематически проиллюстрирована на Фиг. 19, к примеру. Как показано, система реактора ОКМ 1702 может содержать один, два, три или более реакторов ОКМ, таких как многоступенчатые адиабатические реакторы 1704, 1706 и 1708, или один, два, три или более последовательных или параллельных изотермических реакторов (не показаны). В противоположность к определенным интеграциям в газоперерабатывающем оборудовании в пределах процесса крекинга система реактора ОКМ может не разделять сырье с лежащим в основе оборудованием. В частности, как отмечено выше, реактор ОКМ использует метан и природный газ в качестве основного сырья, к примеру, в потоке газового сырья 1902, в то время как сырье для крекингового оборудования (поток 1502) будет в общем состоять из этана из ГК, СНГ или лигроина. Однако с помощью обеспечения альтернативного источника этилена, несмотря на то, что лежащее в основе множество тех же действий блоков для его получения, система интегрированного реактора ОКМ в крекинговом оборудовании обеспечивает значительные выгоды в гибкости в выборе сырья. В частности, неблагоприятные изменения в ценах на сырье и (или) доступность лигроина или этана из ГК может быть частично, существенно или полностью нивелироваться с помощью частичного или значительного перехода крекингового оборудования, использующего в качестве сырья лигроин или этан, на оборудование ОКМ, использующее метановое сырье. В некоторых вариантах метановое сырье для ОКМ может поступать из метана, создаваемого процессом парового крекинга, который, как правило, сжигают для получения энергии для процесса эндотермического крекинга.

[0215] Как показано, метансодержащее газовое сырье 1902, обычно содержащее окислительный газовый компонент, к примеру, воздух или обогащенный воздух, поступает в систему реактора ОКМ 1702 и контактирует в ней с катализатором ОКМ при условиях реакции, описанных выше. Как показано, газовый продукт ОКМ 1726, к примеру, содержащий этилен, метан, этан и азот, а также другие газы, такие как СО и СО₂, пропускают через теплообменник и компрессор (не показан) перед тем, как будет подан в блок криогенной сепарации 1906 (содержащий, к примеру, блоки криогенной сепарации 1420а и 1420b на Фиг. 14) для отделения азота, СО и СО₂, и удаления по меньшей мере части остаточного метана, содержащегося в газе ОКМ. Поток, обогащенный С₂+, из блока сепарации (поток 1908), содержащий этилен, этан, углеводороды С₃+, а также дополнительный остаточный метан, затем передают в последующие обрабатывающие блоки крекингового оборудования, с котором тот гидравлически сообщается, к примеру, соединен через гидравлические сообщения или соединение. В частности, эти итоговые эффлюенты из блока криогенной сепарации 1906 могут быть направлены в, к примеру, холодильник 1511 и деметанизатор 1512 для отделения любого остаточного метана, как и любого остающегося водорода, СО и СО₂. Для такой интеграции удаление метана в деметанизаторной части криогенного блока, связанного с реактором ОКМ, к примеру, блоком криогенной деметанизации 1420а, может быть предпочтительно с учетом выходных концентраций метана/С₂+, которые приблизительно равны концентрациям, на которые нацелен крекинговый деметанизатор, к примеру, деметанизатор 1512. В результате опоры на имеющуюся емкость крекингового оборудования блок криогенной сепарации, связанный с реактором ОКМ, к примеру, криоблок 1906, разгружается, и может быть выполнен с соответствующим уменьшением емкости, что дает значительную экономию капитала. В некоторых вариантах похожий подход может быть применен в реализации газоперерабатывающего оборудования, описанного выше. В частности, и со ссылкой на Фигуру 17, в потоке 1726 могут быть включены дополнительные действия по деметанизации так, чтобы получить по существу содержание метана, эквивалентное выходу ОКМ с рабочей метановой загрузкой имеющегося блока экстрагирования в оборудовании, к примеру, блока 1420. В крекинговом оборудовании и реализации газопереработки это приводит к существенному уменьшению капитальных вложений, допуская менее дорогие операции для интеграции в имеющиеся дорогостоящие операции по разделению.

[0216] Продукты С2+ могут быть затем направлены в крекинговую цепочку фракционирования, к примеру, деэтанизатор 1522, ацетиленовый реактор 1524 и делитель С₂ 1526 для извлечения этилена и возврата этана назад в крекинговую печь 1504.

[0217] В дополнение к обеспечению гибкости в выборе сырья для крекингового оборудования, интегрированная система реактора ОКМ также может обеспечить гибкость в выборе перечня продуктов, позволяя снижение жесткости процесса крекинга. В частности, соотношение этилена к побочным продуктам, к примеру, пропилену и пр. в процессе крекинга является функцией жесткости крекинга, которая сама по себе является функцией от условий реакции. Поскольку на этилен обычно наивысший спрос, крекинговое оборудование стараются выполнить для максимизации выхода этилена и минимизации побочных продуктов, обычно с соотношением этилен-пропилен в, к примеру, более чем 2, с использованием лигроинового сырья. Однако, дополняя выход этилена с помощью использования интегрированной системы реактора ОКМ, специалист может настроить жесткость процесса крекинга, к примеру, до соотношения этилен-пропилен менее 2, около 1,5 или менее, около 1,25 или менее, около 1 или менее с использованием лигроинового сырья для получения большего количества побочных продуктов, что может быть экономически благоразумнее, чем текущие рыночные условия. Оптимизация перечня продуктов может быть частично полезной в среде лигроинового крекинга, где получение побочных продуктов является более осмысленным, чем в среде этанового крекинга, где значимые побочные продукты, как правило, не создаются.

[0218] В некоторых вариантах крекинговое оборудование дополняется использованием системы реактора ОКМ в объеме большем, чем около 5 масс. % создаваемого этилена от исходной массы, более чем около 10 масс. % создаваемого этилена от исходной массы. В некоторых вариантах крекинговое оборудование дополняется использованием системы реактора ОКМ в объеме, по меньшей мере около 20 масс. %, по меньшей мере около 30 масс. %, и в некоторых вариантах более чем около 40 масс. % или даже 50%. В некоторых вариантах реализации изобретения по меньшей мере 2%, по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 40% или по меньшей мере 50% этилена, создаваемого интегрированным оборудованием, создается напрямую из части реактора ОКМ.

[0219] В некоторых вариантах реализации изобретения вклад интегрированной системы ОКМ, рассчитанный по массе для массы сырья, учитывающий этилен, создаваемый с помощью ОКМ как полная масса этилена, созданная из сырья реактора ОКМ (т.е., включая этилен, созданный напрямую из реакции ОКМ, а также этилен из подвергнутого крекингу этана, созданного реакторами ОКМ), находится в диапазоне от около 10% до около 50%, в диапазоне от около 20% до около 50%, в диапазоне от около 30% до около 50% или в диапазоне от около 40% до около 50%.

[0220] В некоторых вариантах реализации изобретения для обеспечения даже большей гибкости в производительности эффлюент ОКМ может быть необязательно направлен в блок олигомеризации этилена (адиабатический или изотермический реакторы, описанные выше), выполненный для получения узкой группы ароматических углеводородов, к примеру, бензина, толуола и ксилола (БТК), или бензина, толуола, этиленбензина и ксилолов (БТЭК) для части потока выхода ОКМ. В сочетании с описанной выше операциональной гибкостью такая конфигурация может конкретно обеспечить возможность изменения жесткости работы блоков крекинга в сочетании с блоком ОКМ и необязательно блоком олигомеризации этилена для выхода необходимой смеси этилена, пропилена, олефинов С4 и С5, и обеспечить дополнительную гибкость в выборе перечня продуктов всей системы для получения большего количества высокоценных ароматических соединений.

Энергетическая интеграция.

[0221] Тепло, электричество, механическая работа или любые другие формы энергии могут быть переданы между процессами, описанными выше (к примеру, ОКМ, ОДГ) и углеводородными и другими процессами (к примеру, процессами не-ОКМ, такими как нефтепереработка, оборудование газопереработки, крекинговым). Энергия может быть передана процессу ОКМ или от процесса ОКМ в любой подходящей точке и любым подходящим образом (к примеру, и использованием теплообменника).

[0222] В дополнение к интеграции сырья и продуктов реактора ОКМ в традиционное оборудование углеводородной переработки, к примеру, оборудование переработки природного газа, нефтепереработки, крекинга и т.д., или их компонентов, блоков или систем, в данном документе приведена энергетическая интеграция процесса ОКМ в имеющиеся системы. В частности, эксплуатацией термической энергии, создаваемой высокоэкзотермической реакцией ОКМ, она может дополнять термические системы имеющегося оборудования, к примеру, нагревателей и бойлеров, для потенциального уменьшения общей энергии, требующейся для раздельного получения, для управления другими обрабатывающими блоками оборудования.

[0223] Как было замечено выше, ОКМ представляет собой высокоэкзотермическую реакцию, которая, при некоторых обстоятельствах, действует при температурах в диапазоне от около 400°С до 950°С, в зависимости от реакторного процесса и используемой системы, и в любой случае при температурах поступающего реакторного сырья в диапазоне от 400°С до 600°С. Соответственно, при инициации реакции ОКМ стремятся достигнуть начального впуска термической энергии для поднятия температуры реагентов и катализаторов до подходящих для начала реакции, или «температуре поджига». После инициации экзотермическая природа реакции обычно создает достаточно термической энергии для поддержания реакции. Дополнительно, поскольку каталитический процесс ОКМ стремится создавать термическую энергию, может возникнуть необходимость удаления термической энергии из одной или более реакторных систем и (или) потоков газового продукта для управления эффективностью каталитической реакцией и последующими этапами обработки. В некоторых вариантах этот избыток Термической энергии может быть использован как источник термической и (или) другой энергии для других операций оборудования. В некоторых исполнениях общие температуры реакции могут охватывать диапазон от температур поджига от 400°С до 600°С до максимальных реакторных выходных температур в 950°С, в зависимости от того, управляется реакторная система в изотермическом или адиабатическом исполнении.

[0224] В некоторых вариантах и со ссылкой на, к примеру, оборудования фракционирования природного газа, термическая энергия, создаваемая реакцией ОКМ, может быть удалена из потоков газовых продуктов ОКМ, или в случае изотермической реакторной системы, других теплообменных носителей, для нагрева разных компонентов других фракционирующих блоков, к примеру, деэтанизатора и пр. Другими словами, вместо того, чтобы отдельно создавать термическую энергию для возбуждения аспектов процессов перерабатывающего оборудования, система реактора ОКМ обеспечивает часть или всю эту термическую энергию. Это обеспечивает дополнительную добавленную стоимость системой реактора ОКМ, наряду с созданием высокоценных углеводородных продуктов.

[0225] К примеру, со ссылкой на процесс, проиллюстрированный на Фиг. 20, потоки газового продукта ОКМ, к примеру, промежуточные потоки продукта ОКМ 1722 и (или) 1724, и (или) итоговые потоки продукта ОКМ 1726 могут быть пропущены через один или более теплообменников, к примеру, теплообменники 2002 и 2004, для уменьшения температуры газового продукта ОКМ до температуры, подходящей для подачи в последующие реакторы 1706 и 1708 соответственно. Таким же образом поток газового продукта ОКМ 1726 может быть пропущен через теплообменник 2006 для уменьшения температуры потока до уровней, подходящих для последующих этапов обработки. Пар, вода или любой другой теплоноситель, проходящий через теплообменники 2002, 2004 и (или) 2006, направляют через один или более деэтанизаторов 1428, депропанизаторов 1434 и (или) дебутанизаторов 1440 для обеспечения термической энергии, используемой для выкипания компонентов в процессе фракционирования. Эта термическая энергия может быть использована сама по себе или в дополнение к имеющимся мощностям кипения и уменьшает количество энергии, требуемой для этой кипятильной мощности.

[0226] Кроме того, термическая энергия, удаляемая из системы реактора ОКМ или потоков продуктов, может также использоваться для нагрева других технологических потоков в оборудовании. К примеру, в дополнение к уже используемому для нагрева потоку сырья системы реактора ОКМ до подходящих каталитических температур термическая энергия из потоков продуктов ОКМ или систем реакторов может быть использована для нагрева охлажденных потоков ГК, проходящих криогенное экстрагирование из этих ГК потока природного газа газового продукта реактора ОКМ. Это схематически проиллюстрировано на Фиг. 20.

[0227] В некоторых вариантах при использовании термопереноса между охлажденным потоком ГК из криогенного экстрактора он одновременно нагревает поток ГК, одновременно охлаждая теплоноситель, используемый для охлаждения потоков продуктов ОКМ.

[0228] Альтернативно или дополнительно, термическая энергия, удаляемая из системы ОКМ, может быть преобразована в электрическую энергию. К примеру, газовые продукты, или в случае изотермических реакторов - теплоноситель, удаляющий тепло из реактора, может быть пропущен через теплообменник для получения потока, используемого для приведения в движение турбины электрогенератора. Получаемая электроэнергия может быть затем использована для дополнения энергии, используемой для приведения в действие дополнительных систем оборудования, такого как освещения, офисные системы, насосы и другие управляющие системы. В таких вариантах электрогенерирующая система составляет обрабатывающий блок для интеграции энергии реакторов ОКМ в перерабатывающий завод. В частности, термическая энергия системы реактора ОКМ подается на электрический генератор для получения электричества из пара, после чего эта электроэнергия, в свою очередь, подается на один или более разных обрабатывающих блоков завода или на другие операции в пределах завода, или даже возвращается назад в электрическую сеть.

[0229] Как отмечено выше в отношении сырья и продуктов интеграции систем реакторов ОКМ в газоперерабатывающем оборудовании или системе, системы реакторов ОКМ могут иметь многоточечную интеграцию в газоперерабатывающую систему в плане сырья, продукта, термической энергии и электроэнергии, и могут в некоторых вариантах быть интегрированными в большую часть или во все из перечисленного. К примеру, сырье реактора ОКМ может быть получено из эффлюента блока экстрагирования, в то время как продукт системы реактора ОКМ может быть подан в блок экстрагирования всего оборудования в целом. Термическая энергия, полученная из экзотермической системы реактора ОКМ, может одновременно использоваться для дополнительной мощности бойлера, используемого для работы системы фракционирования и (или) нагрева газообразного сырья, используемого в системе реактора ОКМ. Далее, избыточная парогенерация из системы экзотермической реактора ОКМ может одновременно использоваться в электрической генерации с использованием традиционных пароэлектрических систем генерации. Может быть реализована любое сочетание многоточечной интеграции.

[0230] Как и в случае ГК-перерабатывающего оборудования, описанного выше, сохранение энергии и повторное ее использование может также быть применимо в крекинговом оборудовании для целей специально с целью парогенерации, к примеру, для приведения в движение турбин, бойлеров, компрессоров и т.д.. В частности, тепло, созданное системами реакторов ОКМ, может быть использовано для дополнения или замены бойлеров, обычно используемых в работе крекингового оборудования. Подобным же образом и охлажденные потоки или потоки теплоносителя могут циркулировать через теплообменники в системе реактора ОКМ для охлаждения эффлюентов из этой системы. Далее, тепловая энергия может снова быть преобразована в электрическую энергию, как описано выше.

[0231] В некоторых вариантах интегрированные системы могут быть использованы в создании и сборе двуокиси углерода для использования в совсем других процессах переработки природного газа. В частности, масса двуокиси углерода находит применение в нефте- и газодобывающей промышленности в, к примеру, процессах увеличении нефтеотдачи пласта (УНО). В процессах УНО СО₂ нагнетают в нефтяной резервуар для вытеснения нефти из пористых пород, также обеспечивая тем самым уменьшение вязкости.

[0232] Двуокись углерода (CO₂), создаваемая как побочный продукт реакции ОКМ, может быть отделена в процессе экстрагирования. Вместо того чтобы быть выброшенной, однако, CO₂ может быть собрана для использования. Собранная СО₂ может быть складирована в месте размещения оборудования или может быть транспортирована на место, где будет использована, такое как район месторождения нефти. Такая транспортировка может привлекать и использовать грузовики, железнодорожный или трубопроводный транспорт, в зависимости от используемого количества СО₂. В дополнение к использованию «мусорного» продукта из всей системы в полезном применении выгодное использование CO₂ может также обеспечить операторов газового оборудования углеродными квотами для продажи или торговли с другими производителями парниковых газов. Такие квоты могут обеспечить дополнительную ценность для операторов оборудования при помощи интегрированных систем ОКМ, описанных выше.

[0233] Использование непрореагировавшего метана в качестве топлива в углеводородном процессе.

[0234] Реакции ОКМ обычно не выполняют с полным преобразованием (к примеру, в углеводороды С₂₊ преобразуется не весь метан, поступающий в реактор ОКМ). Непрореагировавший метан может быть возвращен назад в реактор ОКМ в некоторых вариантах (к примеру, продолжения разделения). Другое использование непрореагировавшего метана, описанное выше, представляет собой сжигание метана в углеводородном процессе (к примеру, для обеспечения энергией).

[0235] В варианте реализации изобретения способ интеграции процесса окислительной конденсации метана (ОКМ) с углеводородным процессом включает поток продуктов ОКМ, содержащий углеводороды С₂₊ и непрореагировавший метан, выполнение разделения, обеспечивающего первый поток, обогащенный метаном, и второй поток, обогащенный углеводородами С₂₊, и сжигание первого потока для обеспечения энергии для углеводородного процесса. Углеводородный процесс может быть, без ограничений, нефтепереработкой, переработкой газоконденсатов (ГК) или крекингом.

[0236] Следует понимать, что из вышеизложенного следует, что в то время, как были проиллюстрированы и описаны конкретные реализации изобретения, в них могут быть внесены и описаны различные модификации. Также предполагается, что изобретение не ограничено конкретными примерами, приведенными в описании. В то время как изобретение было описано со ссылкой на вышеупомянутое описание, описания и иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления в данном документе не следует рассматривать в ограничительном смысле. Кроме того, следует понимать, что все аспекты настоящего изобретения не ограничиваются конкретными изображениями, исполнениями или относительными пропорциями, указанными в данном описании, которые зависят от различных условий и переменных. Для специалиста в данной области техники будут очевидны различные модификации в форме и деталях из вариантов осуществления изобретения. Поэтому предполагается, что изобретение также охватывает любые такие модификации, вариации и эквиваленты. Подразумевается, что следующая формула изобретения определяет рамки настоящего изобретения, и таким образом охватываются способы и структуры в этой формуле, а также их эквиваленты.

Изобретение относится к способу окислительной конденсации метана для получения углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C₂₊). Способ включает: (a) направление потока сырья, содержащего метан, из углеводородного процесса в реактор окислительной конденсации метана (ОКМ), при температуре на впуске в диапазоне от 400°C до 600°C, причем реактор ОКМ функционирует в по существу адиабатических условиях и выполнен с возможностью осуществления одной или более реакций ОКМ для получения из указанного метана, содержащего соединения C₂₊, выходного потока из реактора, и указанный углеводородный процесс представляет собой процесс не-ОКМ, где в ходе одной или более реакций ОКМ в реакторе ОКМ имеет место положительный температурный профиль вдоль реактора ОКМ, причем данный положительный температурный профиль включает первую температуру потока сырья на впуске в реактор и вторую температуру выходного потока из реактора, где вторая температура является более высокой, чем первая температура; (b) выполнение указанных одной или более реакций ОКМ в реакторе ОКМ с использованием указанного метана для получения выходного потока из реактора, содержащего одно или более соединений C₂₊; (c) разделение выходного потока из реактора на по меньшей мере первый поток и второй поток, причем первый поток имеет более низкое содержание C₂₊, чем указанный второй поток, и указанный второй поток имеет более высокое содержание C₂₊, чем указанный поток продуктов ОКМ; и (d) направление указанного второго потока в указанный углеводородный процесс. Предложенное изобретение может быть интегрировано в различные процессы. Также изобретение относится к вариантам системы переработки природного газа. 3 н. и 43 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Способ окислительной конденсации метана для получения углеводородных соединений, содержащих по меньшей мере два атома углерода (соединения C₂₊), включающий:

(a) направление потока сырья, содержащего метан, из углеводородного процесса в реактор окислительной конденсации метана (ОКМ), при температуре на впуске в диапазоне от 400°C до 600°C, причем реактор ОКМ функционирует в по существу адиабатических условиях и выполнен с возможностью осуществления одной или более реакций ОКМ для получения из указанного метана, содержащего соединения C₂₊, выходного потока из реактора, и указанный углеводородный процесс представляет собой процесс не-ОКМ,

где в ходе одной или более реакций ОКМ в реакторе ОКМ имеет место положительный температурный профиль вдоль реактора ОКМ, причем данный положительный температурный профиль включает первую температуру потока сырья на впуске в реактор и вторую температуру выходного потока из реактора, где вторая температура является более высокой, чем первая температура;

(b) выполнение указанных одной или более реакций ОКМ в реакторе ОКМ с использованием указанного метана для получения выходного потока из реактора, содержащего одно или более соединений C₂₊;

(c) разделение выходного потока из реактора на по меньшей мере первый поток и второй поток, причем первый поток имеет более низкое содержание C₂₊, чем указанный второй поток, и указанный второй поток имеет более высокое содержание C₂₊, чем указанный поток продуктов ОКМ; и

(d) направление указанного второго потока в указанный углеводородный процесс.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что углеводородный процесс представляет собой нефтепереработку, переработку газоконденсатов или крекинг.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере часть указанного первого потока направляют в указанный реактор ОКМ.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание соединений C₂₊ в указанном втором потоке менее чем около 90%.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что содержание соединений C₂₊ в указанном втором потоке менее чем около 80%.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что содержание соединений C₂₊ в указанном втором потоке менее чем около 70%.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что содержание соединений C₂₊ в указанном втором потоке менее чем около 60%.

8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что указанный первый поток имеет содержание соединений C₂₊ менее чем около 50%.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный выходной поток из реактора разделяется в не более чем трех блоках сепарации.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что указанный выходной поток из реактора разделяется в не более чем двух блоках сепарации.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанную сепарацию осуществляют с помощью адсорбции при переменном давлении.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанная сепарация представляет собой криогенную сепарацию.

13. Система переработки природного газа, содержащая:

(a) систему реактора окислительной конденсации метана (ОКМ), содержащую по меньшей мере один бак реактора, содержащий по меньшей мере один катализатор ОКМ, размещенный в нем, и выполненную с возможностью функционировать при температуре на впуске в диапазоне от 400°C до 600°C, с получением потока продуктов, содержащего по меньшей мере два различных углеводородных соединения, причем катализатор ОКМ содержит наноструктурный компонент, который содержит нановолоконный компонент;

(b) одну или более систем из (i) системы экстрагирования для отделения по меньшей мере одного углеводородного соединения от по меньшей мере одного неуглеводородного соединения как части потока продуктов или потока сырья в по меньшей мере один бак реактора, и (ii) системы фракционирования для разделения по меньшей мере двух различных углеводородных соединений; и

(c) соединительный трубопровод, гидравлически сообщающий (i) впуск системы реактора ОКМ с выпуском системы экстрагирования и/или системы фракционирования или (ii) выпуск системы реактора ОКМ с впуском системы экстрагирования и/или системы фракционирования.

14. Система переработки по п. 13, отличающаяся тем, что система экстрагирования содержит впуск обогащенного метаном эффлюента, при этом впуск системы реактора ОКМ гидравлически сообщается с выпуском обогащенного метаном эффлюента системы экстрагиования для передачи обогащенного метаном эффлюента из системы экстрагирования в реакторный бак.

15. Система переработки по п. 13, отличающаяся тем, что система фракционирования содержит один или более блоков деэтанизации, блоков депропанизации и блоков дебутанизации, а выпуск системы реактора ОКМ гидравлически сообщается со впуском системы фракционирования для передачи продукта ОКМ в потоке продуктов в систему фракционирования.

16. Система переработки по п. 15, отличающаяся тем, что впуск системы реактора ОКМ гидравлически сообщается с выпуском блока деэтанизации системы фракционирования для передачи продукта ОКМ в блок деэтанизации.

17. Система переработки по п. 13, отличающаяся тем, что выпуск системы реактора ОКМ гидравлически сообщается с впуском блока системы экстрагирования для передачи продукта ОКМ в систему экстрагирования.

18. Система переработки по п. 14 или 17, отличающаяся тем, что система экстрагирования выбрана из криогенной системы экстрагирования и системы экстракции поглотительным маслом.

19. Система переработки по п. 14 или 17, отличающаяся тем, что система экстрагирования содержит криогенную систему экстрагирования, при этом криогенная система экстрагирования содержит блок удаления азота и криогенный блок деметанизации для отделения метана от продуктов ОКМ.

20. Система переработки по п. 13, отличающаяся тем, что по меньшей мере один катализатор ОКМ катализирует реакцию ОКМ метана и кислорода при температуре на впуске в реактор в диапазоне от 400°C до 600°C и давлении менее чем 150 psig, при этом реакция преобразует метан по меньшей мере на 10% при однократном проходе и имеет избирательность C2+ по меньшей мере 50%.

21. Система переработки по п. 13, отличающаяся тем, что нановолоконные компоненты содержат каталитические нановолоконные компоненты.

22. Система переработки по п. 13, отличающаяся тем, что впуск системы реактора ОКМ гидравлически сообщается с выпуском системы очистки, выпуском системы экстрагирования или выпуском системы фракционирования, а выпуск системы реактора ОКМ гидравлически сообщается с впуском одной или более из систем экстрагирования и систем фракционирования.

23. Система переработки природного газа, содержащая:

(a) систему реактора окислительной конденсации метана (ОКМ), содержащую по меньшей мере один бак реактора, содержащий по меньшей мере один катализатор ОКМ, размещенный в нем, и выполненную с возможностью функционировать при температуре на впуске в диапазоне от 400°C до 600°C, с получением потока продуктов, содержащего по меньшей мере два различных углеводородных соединения, причем катализатор ОКМ содержит: наноструктурный компонент, который содержит нановолоконный компонент;

(b) систему экстрагирования для отделения по меньшей мере одного неуглеводородного соединения от по меньшей мере одного углеводородного соединения как части потока продуктов или потока сырья в по меньшей мере один бак реактора;

(c) систему фракционирования для разделения по меньшей мере двух различных углеводородных соединений; и

(d) соединительный трубопровод, гидравлически связывающий (i) один или более впусков системы реактора ОКМ с выпуском системы фракционирования и/или системы экстрагирования, или (ii) выпуск системы реактора ОКМ с впуском системы экстрагирования и/или системы фракционирования .

24. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный первый поток и указанный второй поток направляют в углеводородный процесс.

25. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание соединений C₂₊ в указанном втором потоке находится в пределах около 20% от содержания соединений C₂₊ в части указанного углеводородного процесса, в который направляют второй поток.

26. Способ по п. 1, в котором указанный выходной поток из реактора дополнительно содержит примеси не-C₂₊.

27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что указанные примеси не-C₂₊ содержат одну или более примесей, включающих азот (N₂), кислород (O₂), воду (H₂O), аргон (Ar), монооксид углерода (CO), двуокись углерода (CO₂) и метан (CH₄).

28. Способ по п. 26, отличающийся тем, что указанный второй поток имеет содержание указанных соединений не-C₂₊ меньшее, чем указанный первый поток.

29. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное одно или более соединений C₂₊ представляют собой углеводороды с количеством атомов углерода от двух до пяти.

30. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединения C₂₊ содержат этилен.

31. Способ по п. 1, отличающийся тем, что массовый расход второго потока составляет менее чем 30% от массового расхода потока части углеводородного процесса, в который направляют второй поток.

32. Способ по п. 1, в котором указанное разделение выполняют с помощью системы экстрагирования поглотительным маслом.

33. Способ по п. 1, в котором указанное разделение включает:

подачу указанного выходного потока из реактора, содержащего одно или более соединений C₂₊ и примесей не- C₂₊, в бак при первом давлении, при этом бак содержит адсорбирующую среду, причем во время подачи указанного выходного потока из реактора в указанный бак указанный выходной поток из реактора находится в контакте с данной адсорбирующей средой;

изменение давления в баке до второго давления для сброса (i) по меньшей мере некоторых из указанных одного или более соединений C₂₊ или (ii) указанных примесей не- C₂₊ из указанной адсорбирующей среды, вследствие чего по меньшей мере некоторые из указанных одного или более соединений C₂₊ отделяются от указанных примесей не- C₂₊; и

извлечение по меньшей мере части одного или более соединений C₂₊.

34. Способ по п. 1, в котором указанное разделение выполняют с помощью одного или более блоков из блоков деэтанизации, блоков депропанизации и блоков дебутанизации.

35. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление в реакторе ОКМ составляет менее чем 150 psig и что при этом одна или более реакций ОКМ преобразует метан по меньшей мере на 10% при однократном проходе и имеет избирательность C₂₊ по меньшей мере 50%.

36. Способ по п. 1, который дополнительно включает следующую после стадии (b) и перед стадией (c) стадию передачи выходного потока из реактора в систему олигомеризации для получения одного или более высших углеводородных соединений из C₂₊ соединений в выходном потоке из реактора.

37. Способ по п. 1, в котором указанное разделение выполняют с помощью по меньшей мере части термической энергии, генерируемой в указанных одной или более реакциях ОКМ.

38. Система переработки по п. 23, отличающаяся тем, что система экстрагирования содержит выпускной канал обогащенного метаном эффлюента и что впуск системы реактора ОКМ гидравлически соединен с выпускным каналом системы экстрагирования для обогащенного метаном эффлюента, чтобы обеспечить транспортирование обогащенного метаном эффлюента из системы экстракции в по меньшей мере один бак реактора

39. Система переработки по п. 23, отличающаяся тем, что система фракционирования содержит один или более блоков из блоков деэтанизации, блоков депропанизации и блоков дебутанизации, и выпуск системы реактора ОКМ гидравлически соединен с впуском системы фракционирования для передачи продукта ОКМ в потоке продукта в систему фракционирования.

40. Система переработки по п. 38, отличающаяся тем, что выпуск системы реактора ОКМ гидравлически соединен с впуском блока деэтанизации системы фракционирования для передачи продукта ОКМ в блок деэтанизации.

41. Система переработки по п. 23, отличающаяся тем, что выпуск системы реактора ОКМ гидравлически соединен с впуском системы экстрагирования для передачи продукта ОКМ в систему экстрагирования.

42. Система переработки по п. 23, отличающаяся тем, что система экстрагирования выбрана из криогенной системы экстрагирования и системы экстрагирования поглотительным маслом.

43. Система переработки по п. 23, отличающаяся тем, что система экстрагирования включает криогенную систему экстрагирования, где криогенная система экстрагирования содержит блок удаления азота и криогенный блок деметанизации для отделения метана от продуктов ОКМ.

44. Система переработки по п. 23, отличающаяся тем, что катализатор ОКМ катализирует реакцию ОКМ метана и кислорода при температуре на впуске в реактор в диапазоне от 400°C до 600°C и давлении менее чем 150 psig, при этом реакция преобразует метан по меньшей мере на 10% при однократном проходе и имеет избирательность C₂₊ по меньшей мере 50%.

45. Система переработки по п. 23, отличающаяся тем, что нановолоконные компоненты содержат каталитические нановолоконные компоненты.

46. Система переработки по п. 23, отличающаяся тем, что впуск системы реактора ОКМ гидравлически соединен с выпуском системы очистки, выпуском системы экстрагирования или выпуском системы фракционирования, а выпуск системы реактора ОКМ гидравлически соединен с впуском одной или более систем из системы экстрагирования и системы фракционирования.