Газохимический комплекс Российский патент 2019 года по МПК B01D53/00 

Газохимический комплекс, обеспечивающий переработку природных углеводородных газов различных месторождений, может быть использован в газовой промышленности в условиях ее интенсивного развития.

Природный газ, состоящий, в основном, из метана, содержит в себе ряд примесей: воду, азот, сероводород, диоксид углерода, гелий, меркаптаны, легкие углеводороды (этан, пропан, бутан), которые, с одной стороны, являются нежелательными примесями, ухудшающими в той или иной степени качество товарного топливного газа, а с другой стороны – ценными компонентами сырья газохимической промышленности (производство метанола, элементарной серы, карбамида, непредельных углеводородов и т.д.). Особый интерес среди продуктов газохимии представляет метанол, на основе которого производят широкий ассортимент крупнотоннажных дорогостоящих продуктов, например, последовательный передел метанола в поливинилацетат обеспечивает получение товарного продукта в 16 раз дороже, чем исходный метанол. В Российской Федерации производства метанола загружены практически полностью, при этом из 4,1 млн.т/год производимого метанола (2017 г.) 1,68 млн.т/год направляется на экспорт (URL: https://www.business-gazeta.ru/article/409613). Однако такой уровень производства и потребления метанола очень низок, особенно по сравнению с другими странами. Так, на 2016-2021 гг. был предсказан рост спроса на метанол в странах азиатского региона с 50 млн.т/год до 90 млн.т/год, одновременно эти страны являются крупнейшими в мире производителями метанола на основе природного газа (URL: https://mplast.by/novosti/2017-07-24-metanol-2017-itogi-otraslevoy-konferentsii/). При этом большое число патентов защищают кластеры для переработки природных углеводородных газов, но направлены, преимущественно, на решение частных задач, не обеспечивающих комплексного решения проблемы эффективного использования компонентов, входящих в состав природных углеводородных газов.

Известен способ переработки природного газа, который разделяют на две части: меньшую часть охлаждают и частично конденсируют, большую последовательно охлаждают – затем охлажденные потоки газа объединяют, сепарируют и отделяют сжиженные углеводороды, подаваемые после дросселирования в деметанизатор, отсепарированный газ разделяют на два потока, один из которых охлаждают, а другой обогащают азотом, после чего полученные потоки объединяют и передают на сепарирование, полученные после сепарации жидкость дросселируют, а газ расширяют и подают в колонну обогащения азота для получения метан-азотного газа и потока деазотированного сжиженного метана с этаном и более тяжелыми углеводородами, который дросселируют и частично испаряют, затем путем сепарации отделяют жидкую фракцию, которую после дросселирования и частичного испарения передают в деметанизатор для получения метана и жидкой фракции этана и более тяжелых углеводородов, отсепарированный метан-азотный газ последовательно охлаждают и после последующего сепарирования большую часть его и всю жидкость направляют в колонну разделения азота и метана, а меньшую часть после охлаждения в гелиевой колонне также направляют в колонну разделения азота и метана, из которой отбирают азотногелиевый газ для подачи в гелиевую колонну для выработки гелиевого концентрата и получения товарного гелия и отбора жидкого азота, который охлаждают, дросселируют и делят на две части, меньшую из которых после испарения в качестве питания, а большую в качестве орошения подают в колонну разделения азота и метана, азотометановую жидкость, полученную из колонны разделения азота и метана, охлаждают, дросселируют и вновь подают в колонну разделения азота и метана, из которой отбирают жидкий метан, сжимаемый и после испарения и нагрева эжектируемый в поток метана, полученный объединенный поток метана смешивают с циркуляционным метаном, полученным после охлаждения метан-азотного газа, последовательно охлаждают и сжимают для вывода товарного газа, часть которого отводят для получения упомянутого циркуляционного метана путем ее дополнительного сжатия, охлаждения и конденсирования, дросселирования и испарения (патент на изобретение RU № 2502545 С1, МПК B01D 53/00, F25J 3/00, С07С 7/00, заявлен 08.08.2012 г., опубликован 27.12.2013 г.). Недостатками данного изобретения являются:

- малоэффективное выделение жидких углеводородов С₂ и выше, так как данная фракция не является товарным продуктом и должна транспортироваться для дальнейшей переработки на иное предприятие, при этом сжижение этана требует реализации процесса фракционирования в условиях низких температур, приводя к излишним затратам;

- отсутствие очистки углеводородного газа от сероводорода и диоксида углерода, снижающих теплотворную способность вырабатываемого топливного газа.

Известна установка переработки углеводородного газа, содержащая блок охлаждения газа и выделения нестабильного конденсата с выходом подготовленного газа, узел выделения широкой фракции легких углеводородов, включающий ректификационную колонну с подогревателем в нижней части, снабженную выходами широкой фракции легких углеводородов и газа, выход широкой фракции легких углеводородов из ректификационной колонны соединен с объектом потребителя и/или объектами технологического процесса, дожимную компрессорную станцию, запорную и/или запорно-регулировочную арматуру, при этом установка снабжена дополнительной ректификационной колонной, обеспечивающей качество товарных продуктов – пропана автомобильного или пропан-бутана автомобильного, а также авиационного сконденсированного топлива (патент на полезную модель RU № 116980 U1, МПК, F25J 3/02, заявлен 11.01.2012 г., опубликован 10.06.2012 г.). Недостатками данной полезной модели являются:

- низкая калорийность получаемого отбензиненного газа, содержащего неорганические примеси в виде воды, сероводорода, диоксида углерода, азота, присутствующих в исходном сырье;

- дополнительные затраты на транспортировку отбензиненного газа потребителям из-за содержания неорганических примесей;

- большое содержание в получаемом отбензиненном газе этана, который экономически целесообразно использовать в качестве газохимического сырья.

Известен способ переработки природного и попутного нефтяного газа, включающий создание потока осушенного и очищенного от сернистых соединений и двуокиси углерода сжатого сырьевого газа, его криогенную переработку с извлечением и отводом в виде продуктов метановой фракции и фракций тяжелых углеводородов, а также переработку с извлечением гелия и с получением потока гелиевого концентрата, при этом переработку с извлечением гелия производят до криогенной переработки путем мембранного газоразделения с подачей потока сжатого сырьевого газа на вход высокого давления в основной мембранный газоразделительный блок, где его пропускают в мембранном аппарате вдоль поверхности селективно проницаемой по гелию мембраны, поток газа, проникшего через мембрану, отводят из блока в виде потока гелиевого концентрата низкого давления, а на криогенную переработку подают отводимый из блока поток газа высокого давления, не проникшего через мембрану (патент на изобретение RU № 2486945 С1, МПК B01D 53/22, B01D 61/00, F25J 3/00, заявлен 05.05.2012 г., опубликован 10.07.2013 г.). Недостатками данного изобретения являются:

- негативное влияние на окружающую среду выделяемых в процессе очистки природного газа сернистых соединений и диоксида углерода, которые сбрасывают в атмосферу без дополнительной переработки;

- использование в качестве компонентов топливного газа содержащихся в значительном количестве этана, пропана и более тяжелых углеводородов, которые экономически целесообразно использовать в качестве газохимического сырья.

Известен также способ переработки углеводородных газов нефтяных и газоконденсатных месторождений, включающий промысловую подготовку попутного нефтяного газа (ПНГ) или «сырого газа» с получением товарного осушенного газа и газового конденсата, подачу конденсата на стадию стабилизации с выделением из него сжиженных углеводородных газов (СУГ), очистку СУГ, реакционное превращение СУГ в смесь ароматических углеводородов на стадии платформинга, разделение продуктов реакции платформинга на водород, углеводородный газ и жидкие продукты реакции, после чего подают углеводородный газ в поток ПНГ или «сырого газа», поступающего на промысловую подготовку, а из жидких продуктов реакции выделяют ароматические углеводороды, по меньшей мере часть которых подают в магистральный нефтепровод в составе товарной нефти (патент на изобретение RU № 2435827 С1, МПК G10G 5/00, C10L 3/10, С07С 9/00, заявлен 15.11.2010 г., опубликован 10.12.2011 г.). Недостатками данного изобретения являются:

- низкая калорийность получаемого отбензиненного газа, содержащего значительное количество углеводородов С₂–С₅ с теплотворной способностью ниже метана;

- использование в качестве компонентов отбензиненного газа содержащихся в значительном количестве углеводородов С₂–С₅, которые целесообразно использовать в качестве газохимического сырья;

- узкий ассортимент выпускаемой продукции, ограниченный отбензиненным газом и смесью жидких углеводородов.

Известен также газоперерабатывающий и газохимический комплекс, включающий газоперерабатывающий сектор, где в качестве сырья звена подготовки сырья 1.1 подается природный углеводородный газ с получением очищенного и осушенного газа и кислого газа, направляемых, соответственно, в звено низкотемпературного фракционирования сырья 1.2 и в звено получения элементарной серы 1.5, звена получения товарной метановой фракции (товарного газа) 1.3 – метановая фракция со звена 1.2 с получением азота, гелиевого концентрата, направляемого на звено получения товарного гелия 1.6, и метановой фракции, звена получения суммы сжиженных углеводородных газов (СУГ) и пентан-гексановой фракции 1.4 – ШФЛУ со звена 1.2 с получением пропановой, бутановой, изобутановой и пентан-гексановой фракции, пропан-бутана технического и автомобильного, сектор по сжижению природных газов, состоящий из звена сжижения товарной метановой фракции (товарного газа) 1.12 и звена сжижения этановой фракции 1.13, газохимический сектор, в котором в качестве сырья звена получения этилена 1.7 подается со звена 1.2 этановая фракция с получением этилена и водорода, звена получения пропилена 1.8 – со звена 1.4 пропановая фракция, звена получения синтез-газа, метанола и высших спиртов, аммиака 1.10 – со звеньев 1.12, 1.1 и 1.7-1.8, соответственно, товарный газ, кислый газ и водород с получением метанола и аммиака, звена получения полимеров, сополимеров 1.9 – из звеньев 1.8 и 1.7, соответственно, пропилен и частично этилен с получением полиэтилена, сополимера и полипропилена, звена получения этиленгликолей 1.11 – со звена 1.7 оставшаяся часть этилена с получением моно-, ди- и триэтиленгликолей, сектор подготовки конденсата, в котором в качестве сырья звена стабилизации конденсата 1.14 – нестабильный газоконденсат, звена получения моторных топлив 1.15 – стабильный газоконденсат, пентан-гексановая фракция и водород, соответственно, со звеньев 1.14, 1.4 и 1.7-1.8 с получением высокооктанового автобензина, керосиновой и дизельной фракций, при этом отводимые предельные углеводородные газы со звена 1.15 и газ стабилизации со звена 1.14 направляются в звено 1.1 (патент на изобретение RU № 2570795 U1, МПК, C10G 5/00, B01D 53/00, B01D 61/00, С07С 7/00, F25J 3/00, заявлен 15.07.2014 г., опубликован 10.12.2015 г.). Недостатками данного изобретения являются:

- негативное влияние на окружающую среду выделяемого в процессе подготовки природного углеводородного газа диоксида углерода, сбрасываемого в атмосферу без дополнительной переработки;

- использование в качестве компонентов моторных топлив выделенных пропана, бутана и пентан-гексановой фракции, которые экономически целесообразно использовать в качестве газохимического сырья;

- высокая концентрация производств газохимического сектора, редко встречающаяся на практике и требующая рассредоточения на несколько предприятий.

Известен также газохимический комплекс, включающий газоперерабатывающий завод, газохимический завод, завод по производству метанола и минеральных удобрений и объединяющую заводы друг с другом газотранспортную сеть, на газоперерабатывающий завод подают природный углеводородный газ одного или нескольких месторождений газодобывающего региона с содержанием этана более 3-4% об., последовательно подвергающийся очистке от ртути и метанола, кислых примесей в виде H₂S и СО₂, осушке и низкотемпературному фракционированию с разделением на метан, этан и широкую фракцию легких углеводородов: метан после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям и/или на завод по сжижению природного газа, этан используют в качестве сырья установки пиролиза этана газохимического завода с получением этилена, подвергаемого после предварительной подготовки полимеризации для получения полиэтилена, и метан-водородной фракции, разделяемой на метан и водород, а широкую фракцию легких углеводородов после предварительной очистки разделяют на пропан, используемый в качестве сырья установки дегидрирования пропана газохимического завода с получением пропилена, подвергаемого после предварительной подготовки полимеризации для получения полипропилена, и метан-водородной фракции, разделяемой на метан и водород, товарные бутан и углеводороды С₅ и выше в виде конденсата, выделенный на газоперерабатывающем заводе из природного углеводородного газа СО₂ подают на установку синтеза карбамида завода по производству метанола и минеральных удобрений, часть выделенного на установках пиролиза этана и дегидрирования пропана газохимического завода водорода направляют на установку синтеза аммиака завода по производству метанола и минеральных удобрений с подачей полученного аммиака на установку синтеза карбамида, а другую часть - на установки получения полиэтилена и полипропилена после предварительной подготовки, выделенный на установках пиролиза этана и дегидрирования пропана газохимического завода метан объединяют с метаном газоперерабатывающего завода и после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям (патент на изобретение RU № 2648077 С9, МПК B01D 53/00, заявлен 29.08.2017 г., опубликован 22.03.2018 г.). Основным недостатком данного изобретения является негативное влияние на окружающую среду диоксида углерода, поступающего в атмосферу во время эксплуатации газохимического комплекса, в частности при работе теплогенерирующих аппаратов, сжигающих углеводородное топливо, например, реакционных печей установок пиролиза газохимического завода, газоперекачивающих агрегатов завода по сжижению природного газа и др.

При создании изобретения была поставлена задача разработки высокоэффективного газохимического комплекса по переработке природных углеводородных газов одного или нескольких месторождений газодобывающего региона с выработкой максимально разнообразного ассортимента топливной, газохимической и химической товарной продукции с одновременным снижением загрязнения окружающей среды диоксидом углерода путем его переработки в газохимическую продукцию.

Поставленная задача решается посредством того, что газохимический комплекс включает газоперерабатывающий завод, газохимический завод, завод по производству метанола и минеральных удобрений, завод по сжижению природного газа и объединяющую заводы друг с другом газотранспортную сеть, на газоперерабатывающий завод подают природный углеводородный газ одного или нескольких месторождений газодобывающего региона, последовательно подвергающийся очистке от ртути, метанола, кислых примесей в виде H₂S и СО₂, осушке и низкотемпературному фракционированию с разделением на метан, этан и широкую фракцию легких углеводородов: метан после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям и/или на завод по сжижению природного газа, этан используют в качестве сырья установки пиролиза этана газохимического завода с получением этилена и метановодородной фракции, а широкую фракцию легких углеводородов разделяют на пропан, бутан и товарные углеводороды С₅ и выше в виде конденсата, пропан используют в качестве сырья установок пиролиза этана и/или пропана и/или дегидрирования пропана газохимического завода с получением этилена и/или пропилена и метан-водородной фракции, часть выделенной на установках пиролиза этана и/или пропана и/или дегидрирования пропана газохимического завода метановодородной фракции и/или часть извлеченного из метановодородной фракции водорода направляют на установку синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений, часть извлеченного из метановодородной фракции водорода направляют на установки получения полиэтилена и полипропилена газохимического завода после предварительной подготовки, оставшуюся часть метановодородной фракции и/или извлеченный из метановодородной фракции метан объединяют с метаном газоперерабатывающего завода и после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям и/или используют на собственные нужды газохимического комплекса, выделенный на газоперерабатывающем заводе из природного углеводородного газа СО₂ подают на установку получения синтез-газа и/или установку синтеза карбамида завода по производству метанола и минеральных удобрений, при этом в качестве сырья для синтеза метанола дополнительно используют выделенный из дымовых газов трубчатых печей установок газохимического завода СО₂, причем установку получения синтез-газа завода по производству метанола и минеральных удобрений объединяют с установкой синтеза метанола, обеспечивая несколько технологических линий с использованием разных источников сырья. Использование диоксида углерода дымовых газов трубчатых печей позволяет резко снизить техногенное загрязнение атмосферы в промышленном регионе с одновременной конверсией отхода производства в ценный дефицитный продукт.

Целесообразно на установке синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений обеспечить одну или несколько технологических линий с использованием в качестве сырья выделенного при очистке природного углеводородного газа на газоперерабатывающем заводе СО₂ и выделенной на установках пиролиза этана и/или пропана и/или дегидрирования пропана газохимического завода метановодородной фракции и/или извлеченного из метановодородной фракции водорода и проведением реакции синтеза в гомогенном политропическом реакторе, что позволяет демпфировать колебания в количестве образующегося диоксида углерода, возникающие при изменении технологического режима установок газохимического завода, и резко сократить временные выбросы диоксида углерода в атмосферу при капитальном ремонте, модернизации или аварийном останове одной из технологических линий.

Целесообразно также в состав установки синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений для достижения требуемой производительности по метанолу ввести дополнительную технологическую линию с использованием в качестве сырья выделенного на газоперерабатывающем заводе метана и проведением реакции синтеза в гетерогенном каталитическом политропическом реакторе.

Целесообразно на установке синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений обеспечить технологическую линию с использованием в качестве сырья одновременно выделенного на газоперерабатывающем заводе метана и/или выделенного при очистке природного углеводородного газа на газоперерабатывающем заводе СО₂ и/или выделенного из дымовых газов трубчатых печей установок газохимического завода СО₂ и выделенной на установках пиролиза этана и/или пропана и/или дегидрирования пропана газохимического завода метановодородной фракции и/или извлеченного из метановодородной фракции водорода, что позволяет иметь в составе установки синтеза метанола технологическую линию гибридного типа, работающую на различных видах сырья: или на метане, или на смеси диоксида углерода и водорода, увеличивая за счет этого гибкость и вариативность работы установки синтеза метанола и обеспечивая, в частности, стабильность работы установки синтеза метанола при существенных колебаниях технологического режима газоперерабатывающего и газохимического заводов.

Полезно в случае использования в качестве сырья установки синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений метановодородной фракции метан и/или сдувочные газы, содержащие метан, объединять с метаном газоперерабатывающего завода и после компримирования направлять в виде товарного топливного газа потребителям и/или использовать на собственные нужды и/или сбрасывать на факел (свечу). Это позволяет после извлечения из метановодородной фракции водорода, направляемого далее на синтез метанола, полезно использовать образующийся поток метана, а также сдувочные газы, смешивая их с потоком метана газоперерабатывающего завода и формируя поток товарного топливного газа, направляемого потребителю, или направляя в качестве топлива для собственных нужд, например, в печи пиролиза газохимического завода. В аварийных ситуациях часть этого потока метана может сбрасываться (как правило, в небольших количествах) на факел (свечу).

Необходимо в состав газохимического завода ввести установку извлечения СО₂ из дымовых газов для его дальнейшей подачи на установки синтеза метанола и/или синтеза карбамида завода по производству метанола и минеральных удобрений, при этом на установке извлечения СО₂ из дымовых газов используют раствор селективного к СО₂ регенерируемого абсорбента. Целесообразно на установку извлечения СО₂ подавать также дымовые газы газовых турбин, используемых в качестве привода компрессоров на газоперерабатывающем заводе.

В качестве альтернативного способа извлечения СО₂ из дымовых газов в дымовые трубы трубчатых печей установок газохимического завода можно интегрировать устройства для извлечения СО₂ из дымовых газов.

Целесообразно подавать выделенный на газоперерабатывающем заводе из природного углеводородного газа метанол на завод по производству метанола и минеральных удобрений с целью увеличения производства товарного метанола.

На газоперерабатывающем заводе возможна реализация двух способов переработки широкой фракции легких углеводородов: с предварительной очисткой перед разделением на пропан, бутан и углеводороды С₅ и выше, а также с последовательными стадиями разделения на пропан, бутан и/или пропан-бутановую фракцию и углеводороды С₅ и выше и очистки выделенных продуктов.

На фигуре 1 представлена принципиальная схема одного из возможных вариантов реализации заявляемого газохимического комплекса с использованием следующих обозначений:

1 – газоперерабатывающий завод;

2 – завод по сжижению природного газа;

3 – газохимический завод;

4 – завод по производству метанола и минеральных удобрений;

1.1 – установка очистки природного углеводородного газа от ртути и метанола;

1.2 – установка аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей;

1.3 – установка осушки природного углеводородного газа;

1.4 – установка низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа;

1.5 – установка очистки широкой фракции легких углеводородов (далее ШФЛУ);

1.6 – газофракционирующая установка (далее ГФУ);

1.7 – установка Клауса;

1.8 – дожимная компрессорная станция;

2.1 – установка сжижения природного газа;

3.1 – установка пиролиза этана;

3.2, 3.8 – установка компримирования и очистки пирогаза;

3.3, 3.9 – установка разделения пирогаза;

3.4 – установка получения линейных альфа-олефинов;

3.5, 3.11 – установка подготовки сырья полимеризации;

3.6 – установка получения полиэтилена (далее ПЭ);

3.7 – установка дегидрирования пропана;

3.10 – установка короткоцикловой адсорбции;

3.12 – установка получения полипропилена (далее ПП);

3.13 – установка очистки дымовых газов от CO₂;

4.1 – установка синтеза метанола;

4.2 – установка выделения и очистки метанола;

4.3 – установка метанирования;

4.4 – установка синтеза аммиака;

4.5 – установка синтеза карбамида;

4.6 – установка гранулирования, хранения и отгрузки;

5-58 – трубопроводы.

Заявляемый газохимический комплекс согласно приведенной на фигуре 1 принципиальной схеме функционирует следующим образом.

Природный углеводородный газ одного или нескольких месторождений газодобывающего региона подают на газоперерабатывающий завод 1 с последовательным прохождением по трубопроводу 5 установки очистки природного углеводородного газа от ртути и метанола 1.1, по трубопроводу 6 – установки аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей 1.2 с удалением H₂S и СО₂ с помощью аминового абсорбента и по трубопроводу 7 – установки осушки природного углеводородного газа 1.3. Далее очищенный от нежелательных примесей и осушенный природный углеводородный газ по трубопроводу 8 подают на установку низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа 1.4, где его разделяют на метан, отводимый по трубопроводу 15 на дожимную компрессорную станцию 1.8 для дальнейшего направления в виде товарного топливного газа потребителям по трубопроводу 16; этан, отводимый по трубопроводу 19 на газохимический завод 3 для последующего передела, и ШФЛУ, направляемую по трубопроводу 9 на установку очистки ШФЛУ 1.5, а затем по трубопроводу 10 – на ГФУ 1.6, где очищенную ШФЛУ разделяют на пропан, отводимый по трубопроводу 34 на газохимический завод 3 для последующего передела, товарные бутан и углеводороды С₅ и выше в виде конденсата, направляемые потребителям по трубопроводам 11 и 12, соответственно. Выделенные на установке аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей 1.2 примеси перерабатываются следующим образом: H₂S по трубопроводу 13 поступает на установку Клауса 1.7 для производства элементарной серы, а СО₂ по трубопроводу 14 поступает в качестве сырья на установку синтеза метанола 4.1 завода по производству метанола и минеральных удобрений 4. Часть товарного топливного газа, направляемого с газоперерабатывающего завода 1 потребителям по трубопроводу 16, поступает по трубопроводу 17 на завод по сжижению природного газа 2, включающий, помимо ключевой установки сжижения природного газа 2.1, установки предварительной подготовки природного газа, а также резервуары для хранения сжиженного природного газа (на схеме не указаны), откуда по трубопроводу 18 сжиженный природный газ отгружается на транспортные танкеры-газовозы. Выделенный на установке низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа 1.4 газоперерабатывающего завода 1 этан поступает в качестве сырья по трубопроводу 19 на установку пиролиза этана 3.1 газохимического завода 3, где после предварительной очистки подвергается пиролизу с получением пирогаза, содержащего целевой продукт – этилен и другие нежелательные продукты, например, водяной пар, примеси метана и более тяжелых углеводородов. Полученный пирогаз подают сначала по трубопроводу 20 на установку компримирования и очистки пирогаза 3.2, где отделяют нежелательные примеси, а затем – по трубопроводу 21 на установку разделения пирогаза 3.3, где посредством фракционирования происходит отделение от этилена метановодородной фракции, отводимой по трубопроводу 33 на установку короткоцикловой адсорбции 3.10 для разделения на метан и водород, этана, отводимого по трубопроводу 22 в качестве рецикла на установку пиролиза этана 3.1 для смешения с сырьевым потоком, и пропан-пропиленовой фракции, отводимой по трубопроводу 32 на смешение с пирогазом, полученным на установке дегидрирования пропана 3.7, для дальнейшего компримирования и очистки. Выделенный на установке разделения пирогаза 3.3 этилен по трубопроводу 23 поступает на установку подготовки сырья полимеризации 3.5, при этом часть этилена может быть направлена по трубопроводу 24 на установку получения линейных альфа-олефинов 3.4, где посредством олигомеризации этилена получают линейные альфа-олефины с разными длинами цепочек непредельных углеводородов: С₄, С₆ и C₈, которые по трубопроводам 25, 26 и 27, соответственно, подаются на установку подготовки сырья полимеризации 3.5. После концентрирования сырья полимеризации с добавлением инициаторов, стабилизаторов и других реагентов на установке подготовки сырья полимеризации 3.5 подготовленная реакционная смесь по трубопроводам 28, 29 и 30 поступает на установку получения ПЭ 3.6, при этом полученные сорта ПЭ далее подвергаются обработке и грануляции для производства товарной продукции, направляемой потребителям. Выделенный на ГФУ 1.6 газоперерабатывающего завода 1 пропан поступает в качестве сырья по трубопроводу 34 на установку дегидрирования пропана 3.7 газохимического завода 3, где после предварительной очистки подвергается дегидрированию с получением пирогаза, содержащего целевой продукт – пропилен и другие побочные продукты, например, водород, метан, примеси более тяжелых углеводородов и т.д. Полученный пирогаз подают сначала по трубопроводу 35 на установку компримирования и очистки пирогаза 3.8, где отделяют нежелательные примеси, а затем – по трубопроводу 36 совместно с пропан-пропиленовой фракцией, поступающей с установки разделения пирогаза 3.3 по трубопроводу 32, на установку разделения пирогаза 3.9, где посредством фракционирования происходит отделение от пропилена метановодородной фракции, отводимой по трубопроводу 38 на установку короткоцикловой адсорбции 3.10 для разделения на метан и водород, и пропана, отводимого по трубопроводу 37 в качестве рецикла на установку дегидрирования пропана 3.7 для смешения с сырьевым потоком. Выделенный на установке разделения пирогаза 3.9 пропилен по трубопроводу 40 поступает на установку подготовки сырья полимеризации 3.11. После концентрирования сырья полимеризации в виде пропилена с добавлением инициаторов, стабилизаторов и других реагентов на установке подготовки сырья полимеризации 3.11 подготовленная реакционная смесь по трубопроводам 43, 44 и 45 поступает на установку получения ПП 3.12, при этом полученные сорта ПП далее подвергаются обработке и грануляции для производства товарной продукции, направляемой потребителям. Разделенные на установке короткоцикловой адсорбции 3.10 газохимического завода 3 метан и водород используют следующим образом: метан по трубопроводу 39 отправляют на смешение с метаном, выделенным на установке низкотемпературного фракционирования природного углеводородного газа 1.4 и поступающим по трубопроводу 15 на дожимную компрессорную станцию 1.8, для дальнейшего направления в виде товарного топливного газа потребителям по трубопроводу 16, и/или подают по трубопроводу 31 непосредственно на установку синтеза метанола 4.1 завода по производству метанола и минеральных удобрений 4, а водород разделяют между трубопроводами 41 и 42 для подачи на установки подготовки сырья полимеризации 3.5 и 3.11, соответственно, газохимического завода 3 и трубопроводами 46 и 47 для подачи в качестве сырья на установку синтеза метанола 4.1 и установку метанирования 4.3, соответственно, завода по производству метанола и минеральных удобрений 4. Выделенный на установке аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей 1.2 газоперерабатывающего завода 1 СО₂ по трубопроводу 14 поступает в качестве сырья на установку синтеза метанола 4.1 завода по производству метанола и минеральных удобрений 4, при этом часть СО₂ может быть направлена по трубопроводу 48 на установку синтеза карбамида 4.5. На установке получения синтеза метанола 4.1 получают метиловый спирт-сырец, который по трубопроводу 49 следует на установку выделения и очистки метанола 4.2, осуществляемую посредством проведения ректификации для получения товарного метанола, отводимого по трубопроводу 50 на налив в тару для последующей отправки потребителям. Избыток непрореагировавшего синтез-газа по трубопроводу 51 подают на установку метанирования 4.3 для объединения с дополнительным количеством водорода, поступающего по трубопроводу 47 с установки короткоцикловой адсорбции 3.10 газохимического завода 3, и их реакционного взаимодействия. Реакционная смесь по трубопроводу 52 поступает на установку синтеза аммиака 4.4, сырьем для которой выступают избыток водорода реакционной смеси после установки метанирования 4.3 и азот (на схеме не указан). Полученный на установке синтеза аммиака 4.4 аммиак используют далее в качестве компонента сырья, подаваемого по трубопроводу 53, на установке синтеза карбамида 4.5, куда также в качестве второго компонента сырья направляют по трубопроводу 48 СО₂, поступающий по трубопроводу 14 с установки аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей 1.2 газоперерабатывающего завода 1. Образовавшийся карбамид по трубопроводу 54 отводят на установку гранулирования хранения и отгрузки 4.6 для производства товарного продукта.

Для увеличения объема производства метанола на установке синтеза метанола 4.1 завода по производству метанола и минеральных удобрений 4 формируют дополнительные ресурсы сырья:

а) дымовые газы трубчатых печей установки пиролиза этана 3.1 газохимического завода 3 по трубопроводу 57 поступают на установку очистки дымовых газов от CO₂ 3.13 газохимического завода 3, откуда выделенный CO₂ по трубопроводу 58 подается на установку синтеза метанола 4.1;

б) часть выделенной из пирогаза метановодородной фракции, подаваемой по трубопроводам 33 и 38 на установку короткоцикловой адсорбции 3.10, отводится по трубопроводам 55 и 56, соответственно, на установку синтеза метанола 4.1;

в) часть товарного топливного газа после дожимной компрессорной станции 1.8 газоперерабатывающего завода 1 из трубопровода 16 поступает по трубопроводу 31 на установку синтеза метанола 4.1.

Для представленной на фигуре 1 принципиальной схемы одного из возможных вариантов реализации заявляемого газохимического комплекса было проведено математическое моделирование.

В таблице 1 представлены сырьевые и продуктовые потоки установки синтеза метанола и установки выделения и очистки метанола с указанием компонентного состава потоков в трубопроводах согласно прототипу (RU 2648077), когда в качестве сырья используются выделенный на установке аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей газоперерабатывающего завода диоксид углерода и отделенный от метана на установке короткоцикловой адсорбции газохимического завода водород.

В таблице 2 представлены сырьевые и продуктовые потоки установки синтеза метанола и установки выделения и очистки метанола с указанием компонентного состава потоков в трубопроводах согласно заявляемому изобретению, когда в качестве сырья используются диоксид углерода, выделенный на установке аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей газоперерабатывающего завода и на установке очистки дымовых газов от CO₂ газохимического завода, а также отделенный от метана на установке короткоцикловой адсорбции газохимического завода водород и часть товарного топливного газа после дожимной компрессорной станции газоперерабатывающего завода.

В таблице 3 представлены сырьевые и продуктовые потоки установки синтеза метанола и установки выделения и очистки метанола с указанием компонентного состава потоков в трубопроводах согласно заявляемому изобретению, когда в качестве сырья используются диоксид углерода, выделенный на установке аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей газоперерабатывающего завода и полученный после установки очистки дымовых газов от CO₂ газохимического завода, а также часть выделенной из пирогаза метановодородной фракции и часть товарного топливного газа после дожимной компрессорной станции газоперерабатывающего завода.

Сравнение таблиц показывает, что использование только CO₂, выделенного на установке аминовой очистки природного углеводородного газа от кислых примесей газоперерабатывающего завода, не позволяет достичь высокой производительности по товарному метанолу, ограничиваясь только 297 тыс. т/год. Дополнительные же источники сырья увеличивают выработку метанола до 1 млн. т/год, обеспечивая гибкость и вариативность работы установки синтеза метанола, а также стабильность работы установки синтеза метанола при существенных колебаниях технологического режима газоперерабатывающего и газохимического заводов.

Таким образом, заявляемое изобретение решает поставленную задачу разработки высокоэффективного газохимического комплекса по переработке природных углеводородных газов одного или нескольких месторождений газодобывающего региона с выработкой максимально разнообразного ассортимента топливной, газохимической и химической товарной продукции с одновременным снижением загрязнения окружающей среды диоксидом углерода за счет его переработки в газохимическую продукцию.

Газохимический комплекс, обеспечивающий переработку природных углеводородных газов различных месторождений, может быть использован в газовой промышленности в условиях ее интенсивного развития. Газохимический комплекс включает газоперерабатывающий завод, газохимический завод, завод по производству метанола и минеральных удобрений, завод по сжижению природного газа и объединяющую заводы друг с другом газотранспортную сеть, часть выделенной на установках газохимического завода метановодородной фракции и/или часть извлеченного из метановодородной фракции водорода направляют на установку синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений, выделенный на газоперерабатывающем заводе из природного углеводородного газа СО₂ подают на установку получения синтез-газа и/или установку синтеза карбамида завода по производству метанола и минеральных удобрений, при этом в качестве сырья для синтеза метанола дополнительно используют выделенный из дымовых газов трубчатых печей установок газохимического завода СО₂, причем установку получения синтез-газа завода по производству метанола и минеральных удобрений объединяют с установкой синтеза метанола, обеспечивая несколько технологических линий с использованием разных источников сырья. Заявляемое изобретение решает задачу разработки высокоэффективного газохимического комплекса по переработке природных углеводородных газов одного или нескольких месторождений газодобывающего региона с выработкой максимально разнообразного ассортимента топливной, газохимической и химической товарной продукции с одновременным снижением загрязнения окружающей среды диоксидом углерода за счет его переработки в газохимическую продукцию. 11 з.п. ф-лы, 1 ил. 3 табл.

1. Газохимический комплекс, включающий газоперерабатывающий завод, газохимический завод, завод по производству метанола и минеральных удобрений, завод по сжижению природного газа и объединяющую заводы друг с другом газотранспортную сеть, на газоперерабатывающий завод подают природный углеводородный газ одного или нескольких месторождений газодобывающего региона, последовательно подвергающийся очистке от ртути, метанола, кислых примесей в виде H₂S и СО₂, осушке и низкотемпературному фракционированию с разделением на метан, этан и широкую фракцию легких углеводородов: метан после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям и/или на завод по сжижению природного газа, этан используют в качестве сырья установки пиролиза этана газохимического завода с получением этилена и метановодородной фракции, а широкую фракцию легких углеводородов разделяют на пропан, бутан и товарные углеводороды С₅ и выше в виде конденсата, пропан используют в качестве сырья установок пиролиза этана и/или пропана и/или дегидрирования пропана газохимического завода с получением этилена и/или пропилена и метановодородной фракции, часть выделенной на установках пиролиза этана и/или пропана и/или дегидрирования пропана газохимического завода метановодородной фракции и/или часть извлеченного из метановодородной фракции водорода направляют на установку синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений, часть извлеченного из метановодородной фракции водорода направляют на установки получения полиэтилена и полипропилена газохимического завода после предварительной подготовки, оставшуюся часть метановодородной фракции и/или извлеченный из метановодородной фракции метан объединяют с метаном газоперерабатывающего завода и после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям и/или используют на собственные нужды газохимического комплекса, выделенный на газоперерабатывающем заводе из природного углеводородного газа СО₂ подают на установку получения синтез-газа и/или установку синтеза карбамида завода по производству метанола и минеральных удобрений, отличающийся тем, что в качестве сырья для синтеза метанола дополнительно используют выделенный из дымовых газов трубчатых печей установок газохимического завода СО₂, при этом установку получения синтез-газа завода по производству метанола и минеральных удобрений объединяют с установкой синтеза метанола, обеспечивая несколько технологических линий с использованием разных источников сырья.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что на установке синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений обеспечивают одну или несколько технологических линий с использованием в качестве сырья выделенного при очистке природного углеводородного газа на газоперерабатывающем заводе СО₂ и выделенной на установках пиролиза этана и/или пропана и/или дегидрирования пропана газохимического завода метановодородной фракции и/или извлеченного из метановодородной фракции водорода и проведением реакции синтеза в гомогенном политропическом реакторе.

3. Комплекс по п. 2, отличающийся тем, что в состав установки синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений для достижения требуемой производительности по метанолу вводят дополнительную технологическую линию с использованием в качестве сырья выделенного на газоперерабатывающем заводе метана и проведением реакции синтеза в гетерогенном каталитическом политропическом реакторе.

4. Комплекс по п. 3, отличающийся тем, что на установке синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений обеспечивают технологическую линию с использованием в качестве сырья одновременно выделенного на газоперерабатывающем заводе метана и/или выделенного при очистке природного углеводородного газа на газоперерабатывающем заводе СО₂ и/или выделенного из дымовых газов трубчатых печей установок газохимического завода СО₂ и выделенной на установках пиролиза этана и/или пропана и/или дегидрирования пропана газохимического завода метановодородной фракции и/или извлеченного из метановодородной фракции водорода.

5. Комплекс по п. 4, отличающийся тем, что в случае использования в качестве сырья установки синтеза метанола завода по производству метанола и минеральных удобрений метановодородной фракции метан и/или сдувочные газы, содержащие метан, объединяют с метаном газоперерабатывающего завода и после компримирования направляют в виде товарного топливного газа потребителям и/или используют на собственные нужды и/или сбрасывают на факел (свечу).

6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в состав газохимического завода вводят установку извлечения СО₂ из дымовых газов для его дальнейшей подачи на установки синтеза метанола и/или синтеза карбамида завода по производству метанола и минеральных удобрений.

7. Комплекс по п. 6, отличающийся тем, что на установке извлечения СО₂ из дымовых газов используют раствор селективного к СО₂ регенерируемого абсорбента.

8. Комплекс по п. 6, отличающийся тем, что на установку извлечения СО₂ подают дымовые газы газовых турбин, используемых в качестве привода компрессоров на газоперерабатывающем заводе.

9. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в дымовые трубы трубчатых печей установок газохимического завода интегрируют устройства для извлечения СО₂ из дымовых газов.

10. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что выделенный на газоперерабатывающем заводе из природного углеводородного газа метанол подают на завод по производству метанола и минеральных удобрений.

11. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что на газоперерабатывающем заводе широкую фракцию легких углеводородов подвергают предварительной очистке перед разделением на пропан, бутан и углеводороды С₅ и выше.

12. Комплекс по п. 11, отличающийся тем, что на газоперерабатывающем заводе широкую фракцию легких углеводородов разделяют на пропан, бутан и/или пропан-бутановую фракцию и углеводороды С₅ и выше и выделенные продукты подвергают очистке.