СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕЗ-ГАЗА Российский патент 2018 года по МПК C10J3/00 C10L3/10 B01D53/02 C01B3/56 

Изобретение касается способа производства синтез-газа посредством парового риформинга, при котором для получения обедненного азотом загружаемого сырья для парового риформера, обогреваемого горелкой, из исходного вещества, содержащего углеводороды и азот, выделяется азот с образованием содержащего углеводороды остаточного газа, который впоследствии служит топливом.

Кроме того, изобретение касается устройства для выполнения предлагаемого изобретением способа.

Под синтез-газом ниже следует понимать газовые смеси, которые состоят преимущественно из водорода и окиси углерода, однако содержат также воду и двуокись углерода (CO₂). Путем очистки и разложения из синтез-газа в качестве продуктов получаются, прежде всего, окись углерода, водород и/или газовая смесь, состоящая из водорода и окиси углерода, т.н. оксогаз, которые находят разнообразное применение в промышленности.

Обедненным азотом в рамках настоящего изобретения считается загружаемое сырье для парового риформера, когда содержание в нем азота не превышает значения, равного 3 объемн.%.

Для разделения двух компонентов синтез-газа, водорода и окиси углерода, в промышленных условиях применяются, прежде всего, криогенные способы. Предпосылкой для возможности применения этих процессов является то, что поток веществ, подводимый к применяемому для выполнения способа криогенному разложителю газа, не содержит воды, двуокиси углерода и других веществ, которые при возникающих низких температурах приводили бы к образованию твердых веществ и вместе с тем к закупориваниям. Поэтому синтез-газ сначала подвергается очистке, состоящей из нескольких шагов, при которой наибольшая часть нежелательных в криогенном разложителе газа веществ удаляются при промывке CO₂. От прочих остатков синтез-газ очищается в следующей за промывкой CO₂ станции адсорберов.

В частности тогда, когда в качестве продукта должна получаться окись углерода с чистотой более 99 мол.%, выделение азота, который вводится с синтез-газом в криогенный разложитель газа, требует значительных аппаратных и энергетических затрат. Поэтому по уровню техники азот криогенным способом путем дестилляции выделяется уже из содержащего углеводороды и азот исходного вещества, так что произведенный в паровом риформере синтез-газ получается обедненным азотом. Такой способ описан, например, в EP0983218A1, при этом полученный путем парового риформинга синтез-газ подается для синтеза углеводородов. Для предотвращения утомления катализатора, применяемого в синтезе углеводородов, из содержащего углеводороды исходного вещества криогенным способом выделяется азот, при этом образуется обогащенный азотом, содержащий углеводороды остаточный газ, который впоследствии используется в качестве топлива. Однако недостатком при этом являются высокие затраты, возникающие при криогенном выделении азота, которые значительно снижают рентабельность способа.

Выделение путем адсорбции азота из содержащих углеводороды смесей веществ, в частности из природного газа, уже много лет известно из уровня техники. При этом подлежащая очистке газовая смесь направляется через резервуар, который наполнен специальным адсорбентом. В то время как содержащийся в газовой смеси азот удерживается адсорбентом, углеводороды в преобладающей части могут снова отгоняться из резервуара. Как только адсорбент насыщен азотом, поток газа прерывается, и адсорбент регенерируется, при этом давление в резервуаре ниже давления окружающей среды. Обогащенный десорбированными веществами (прежде всего азотом, а также углеводородами), промывной газ затем выходит из резервуара в виде остаточного газа. По сравнению с выделением путем дестилляции, удаление азота путем адсорбции, хотя и может выполняться с существенно более низкими затратами, однако недостатком является сравнительно низкий выход этого способа, который до сих пор исключает его применение для обогащения загружаемых сырьевых материалов для парового риформинга.

Поэтому задачей настоящего изобретения является указать способ, а также устройство описанного выше рода, которые позволят преодолеть недостатки описанного уровня техники.

Поставленная задача в отношении способа решается в соответствии с изобретением за счет того, что азот выделяется из исходного вещества путем адсорбции, и содержащий углеводороды остаточный газ используется для обогрева парового риформера.

С помощью предлагаемого изобретением способа можно полностью или по меньшей мере частично покрывать потребность в топливе для обогрева парового риформера остаточным газом от адсорбционного выделения азота, так что в самом благоприятном случае можно полностью обойтись без дополнительно ввозимого топлива. При этом остаточный газ может использоваться в рамках производства синтез-газа в качестве ценного компонента, благодаря чему недостаток низкого выхода при адсорбционном выделении азота в значительной степени компенсируется, и практически полностью используется преимущество низких затрат.

Если количество образующегося при адсорбционном выделении азота остаточного газа превышает количество топлива, необходимого для обогрева парового риформера, то избыточное количество целесообразным образом вывозится в качестве топлива и, напр., используется для обогрева соседнего парового риформера.

Целесообразные варианты осуществления предлагаемого изобретением способа предусматривают, что из произведенного синтез-газа в качестве газообразного продукта получается окись углерода и/или водород и/или оксогаз.

Предпочтительно в качестве содержащего азот и углеводороды исходного вещества используется природный газ.

Предлагаемый изобретением способ позволяет получать из произведенного синтез-газа газообразные продукты, такие как окись углерода и/или оксогаз, с высокой чистотой, при этом в самом благоприятном случае можно совсем обойтись без дополнительного выделения азота. Если все же необходимо выделять азот из синтез-газа, то это возможно со сравнительно низкими затратами.

Кроме того, изобретение касается устройства для производства синтез-газа с помощью обогреваемого горелкой парового риформера, а также с помощью устройства для получения обедненного азотом загружаемого сырья для парового риформера, из исходного вещества, содержащего углеводороды и азот, которое соединено трубопроводом с горелкой таким образом, что образующийся при выделении азота из исходного вещества, содержащий углеводороды остаточный газ по трубопроводу может подводиться к горелке в качестве топлива.

Поставленная задача в отношении устройства в соответствии с изобретением решается за счет того, что устройство для получения обедненного азотом загружаемого сырья включает в себя адсорбер для выделения азота из исходного вещества, содержащего углеводороды и азот, который соединен трубопроводом с горелкой для обогрева парового риформера так, что образующийся в адсорбере, содержащий углеводороды остаточный газ по трубопроводу может подводиться к горелке в качестве топлива.

Адсорбер целесообразным образом наполнен адсорбентом, который способен преобладающим образом адсорбировать азот из исходного вещества и при пониженном давлении снова десорбировать.

Устройство для получения обедненного азотом загружаемого сырья имеет предпочтительно адсорберную станцию, в которой несколько адсорберов, которые известны из уровня техники, соединены друг с другом так, что как обедненное азотом загружаемое сырье, так и содержащий углеводороды остаточный газ может получаться в виде непрерывного потока.

Кроме того, предусмотрено, что предлагаемое изобретением устройство трубопроводом соединено с устройством для разложения, в котором из синтез-газа в качестве продукта может получаться оксогаз и/или окись углерода и/или водород.

Ниже изобретение поясняется более подробно на примере осуществления, схематично изображенном на фиг. 1.

На фиг. 1 показано предлагаемое изобретением устройство для производства обедненного азотом синтез-газа, из которого в подключенном устройстве для разложения могут получаться несколько газообразных продуктов.

По трубопроводу 1 исходное вещество, содержащее углеводороды и азот, которое, например, представляет собой природный газ, поступает в устройство T для получения обедненного азотом загружаемого сырья 4 для парового риформера D. В устройстве T исходное вещество 1 сначала попадает в адсорберную станцию N, в которой азот путем адсорбции выделяется из исходного вещества 1, при этом образуются содержащий азот и углеводороды остаточный газ 2, а также обедненный азотом поток 3 углеводородов. Для выделения одного или нескольких других веществ, таких как, например, сера, обедненный азотом поток 3 углеводородов направляется в разделительное устройство S, из которого отгоняется обогащенный углеводородами поток 4 и в качестве загружаемого сырья поступает в трубы R обогреваемого горелкой парового риформера D, где он при каталитической поддержке вместе с паром в эндотермической реакции преобразуется в синтез-газ 5, содержащий водород, окись углерода, двуокись углерода, а также воду, который обеднен азотом. Для получения тепла, необходимого для парового риформинга, часть 6 содержащего азот и углеводороды остаточного газа 2 подводится к горелке B, расположенной в топочной камере F парового риформера D, и сжигается. Не требующийся для отопления парового риформера D остаточный газ 7 вывозится в качестве топлива и, например, используется для отопления параллельно эксплуатируемого парового риформера (не изображено).

Из синтез-газа 5 в охладителе W путем конденсации выделяется вода, прежде чем она по трубопроводу 8 попадает в устройство для выделения A двуокиси углерода, которое, например, представляет собой мойку aMDEA. Здесь выделяется двуокись углерода, при этом образуется газовая смесь 9, состоящая в значительной степени из окиси углерода и водорода, которая направляется дальше в криогенный разложитель CB газа. В криогенном разложителе CB газа, который выполнен без выделения азота, благодаря полному отсутствию азота в синтез-газе 5 в качестве продуктов могут получаться оксогаз 10, а также окись углерода 11 с высокой чистотой. Обогащенный водородом поток 12 поступает в адсорбер DWA с переменным давлением для получения водородного продукта 13 высокой чистоты путем отделения примесей.

Изобретение относится к способу и устройству производства синтез-газа. Способ производства синтез-газа (5) осуществляется посредством парового риформинга, при котором для получения обедненного азотом загружаемого сырья (4) для парового риформера (D), обогреваемого горелкой, из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, выделяют азот с образованием содержащего углеводороды остаточного газа (2), который впоследствии служит топливом (6). При этом азот выделяют из исходного вещества путем адсорбции (N), а содержащий углеводороды остаточный газ (2) используют для обогрева парового риформера (D). Технический результат заключается в получении газообразных продуктов с высокой чистотой из произведенного синтез-газа, а также в выделении азота из произведенного синтез-газа со сравнительно низкими затратами. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ производства синтез-газа (5) посредством парового риформинга, при котором для получения обедненного азотом загружаемого сырья (4) для парового риформера (D), обогреваемого горелкой, из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, выделяют азот с образованием содержащего углеводороды остаточного газа (2), который впоследствии служит топливом (6), отличающийся тем, что азот выделяют из исходного вещества путем адсорбции (N), а содержащий углеводороды остаточный газ (2) используют для обогрева парового риформера (D).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что не требующийся для обогрева парового риформера (D) остаточный газ вывозится в качестве топлива.

3. Способ по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что из произведенного синтез-газа (5) в качестве газообразного продукта получается окись углерода (11), и/или водород (13), и/или оксогаз (10).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходного вещества (1), содержащего азот и углеводороды, используется природный газ.

5. Устройство для производства синтез-газа (5) с помощью парового риформера (D), обогреваемого горелкой, а также устройства (T) для получения обедненного азотом загружаемого сырья (4) для парового риформера (D) из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, которое соединено трубопроводом (6) с горелкой (B) таким образом, что образующийся при выделении азота из исходного вещества содержащий углеводороды остаточный газ (2) по трубопроводу (6) может подводиться к горелке (В) в качестве топлива, отличающееся тем, что устройство (T) для получения обедненного азотом загружаемого сырья включает в себя адсорбер (N) для выделения азота из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, который соединен трубопроводом (6) с горелкой (B) для обогрева парового риформера (D) так, что образующийся в адсорбере (N) содержащий углеводороды остаточный газ (2) по трубопроводу (6) может подводиться к горелке (B) в качестве топлива.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что адсорбер (N) наполнен адсорбентом, который способен преобладающим образом адсорбировать азот из исходного вещества (1), содержащего азот и углеводороды, и снова десорбировать.

7. Устройство по одному из пп.5 или 6, отличающееся тем, что адсорбер (N) является частью адсорберной станции, в которой несколько адсорберов соединены друг с другом так, что как обедненное азотом загружаемое сырье (4), так и содержащий углеводороды остаточный газ (2) могут получаться в виде непрерывного потока.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно соединено с устройством для разложения, в котором из синтез-газа (5) в качестве газообразного продукта может получаться окись углерода (11), и/или водород (13), и/или оксогаз.