Способ получения синтез-газа (варианты) - RU2204527C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к способу производства синтез-газа, предназначенного для использования при синтезе бензина, метанола или диметилового эфира, посредством процесса GTL (газ-жидкость).

Синтез-газ, содержащий водород (H₂) и окись углерода (СО), используется в качестве исходного материала для синтеза бензина и тому подобного посредством процесса GTL (газ-жидкость) согласно системе реакций Фишера-Тропша.

Этот синтез-газ обычно производится с помощью следующего способа.

А именно, путем использования установки для синтеза газа, снабженной риформером (риформинг-установкой), содержащим реакционную трубку для парового риформинга, радиационную камеру сгорания, расположенную вокруг реакционной трубки, для нагрева реакционной трубки посредством сгорания топлива и конвекционную секцию, сообщающуюся с радиационной камерой сгорания, пар и двуокись углерода добавляют к природному газу, используемому в качестве исходного газа, с целью получения смешанного газа, который затем проходит через конвекционную секцию для того, чтобы нагреться до заданной температуры. Полученный предварительно нагретый смешанный газ затем вводят в реакционную трубку для парового риформинга природного газа вместе с двуокисью углерода, при этом производится синтез-газ, содержащий водород (Н₂) и окись углерода (СО). Поскольку температура реакционной трубки, которая должна нагреваться с помощью радиационной камеры сгорания, может быть понижена, благодаря предварительному нагреву этого смешанного газа, этот предварительный нагрев мог бы вносить вклад в уменьшение потребления топлива.

Известен способ получения синтез-газа путем прохождения природного газа, содержащего пар, через теплообменный риформер, частичное сгорание риформированного потока с получением вторичного потока, прохождение вторичного потока снаружи трубок теплообменного риформера с нагревом газа внутри трубок и охлаждением вторичного потока, дальнейшее охлаждение вторичного потока, выделение из него двуокиси углерода и подачу его в теплообменный риформер (WO 00/09441, oпубл. 24.02.2000).

Однако если природный газ, содержащий пар и двуокись углерода, нагревают предварительно до температуры от 550 до 600^oС или более в конвекционной секции риформера и в соответствии с обычным способом, происходит термическое разложение углеводородов, начиная с С₂ (этан) или более высокомолекулярных, в природном газе, при этом образуется углерод. Образующийся таким образом углерод стремится осесть на внутренней стенке секции для предварительного нагрева природного газа (трубопровода), тем самым ухудшая характеристики теплообмена трубопровода и, следовательно, ухудшая скорость теплообмена.

Кроме того, если температура поверхности секции для предварительного нагрева продолжает повышаться, секция предварительного нагрева может подвергнуться повреждению.

Кроме того, если образующийся таким образом углерод получает возможность доступа в слой катализатора, заключенный в реакционной трубке риформера и расположенный на выходной стороне секции предварительного нагрева, слой катализатора может забиться, тем самым отрицательно влияя на реакцию и теплообмен, или при определенных обстоятельствах как катализатор, так и реакционная трубка могут получить повреждения.

Следовательно, для предотвращения избыточного потребления природного газа в случае предварительного нагрева природного газа, содержащего пар и двуокись углерода, в конвекционной секции риформера в обычном способе производства синтез-газа требуется поддерживать температуру предварительного нагрева меньшую, чем 560^oС. В результате согласно обычному способу является сложным уменьшение потребления топлива риформером и эффективное осуществление извлечения тепла в конвекционной секции.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание способа для производства синтез-газа, который делает возможным введение природного газа, содержащего пар и двуокись углерода и нагретого до относительно высокой температуры, в риформинг-установку, тем самым делают возможным уменьшение потребления тепла риформинг-установкой и эффективное использование избыточного тепла установки.

А именно, настоящее изобретение предусматривает способ производства синтез-газа путем использования установки для синтеза, содержащей риформинг-установку (риформер), имеющую реакционную трубку для парового реформинга, радиационную камеру сгорания, создающуюся вокруг реакционной трубки, для нагрева реакционной трубки путем сгорания топлива, и конвекционную секцию, сообщающуюся с радиационной камерой сгорания, при этом способ содержит стадии:
добавление пара к природному газу для получения природного газа, содержащего пар;
прохождение природного газа, содержащего пар, через конвекционную секцию риформинг-установки, тем самым предварительно нагревают природный газ, содержащий пар;
предварительный нагрев двуокиси углерода путем прохождения двуокиси углерода через конвекционную секцию риформинг-установки;
введение предварительно нагретого природного газа, содержащего пар, и предварительно нагретой двуокиси углерода в реакционную трубку, при этом получают синтез-газ, содержащий водород и окись углерода.

Двуокись углерода извлекают из отходящего газа, образованного продуктами сгорания, генерируемого в радиационной камере сгорания риформинг-установки, или двуокись углерода извлекают из синтез-газа, получаемого на выходе риформинг-установки.

Настоящее изобретение предусматривает также способ производства синтез-газа путем использования установки для синтеза, содержащей риформинг-установку и предварительную риформинг-установку, которая предусматривается перед установкой по ходу процесса, риформинг-установка включает реакционную трубку для парового риформинга, радиационную камеру сгорания, создающуюся вокруг реакционной трубки, для нагрева реакционной трубки путем сгорания топлива, и конвекционную секцию, сообщающуюся с радиационной камерой сгорания, способ содержит стадии:
добавление пара к природному газу для получения природного газа, содержащего пар;
прохождение природного газа, содержащего пар, через конвекционную секцию риформинг-установки, тем самым предварительно нагревают природный газ, содержащий пар;
введение предварительно нагретого при помощи предварительной риформинг-установки природного газа, содержащего пар, в реакционную трубку;
предварительный нагрев двуокиси углерода путем прохождения двуокиси углерода через конвекционную секцию риформинг-установки;
введение двуокиси углерода, предварительно нагретой в проходе, который расположен между реакционной трубкой и предварительной риформинг-установкой, и прохождение предварительно нагретого природного газа, содержащего пар, в реакционную трубку, при этом получают синтез-газ, содержащий водород и окись углерода.

При этом двуокись углерода извлекают из отходящего газа, образованного продуктами сгорания, генерируемого в радиационной камере сгорания риформинг-установки, или двуокись углерода извлекают из синтез-газа, получаемого на выходе риформинг-установки.

Настоящее изобретение предусматривает также способ производства синтез-газа путем использования установки для синтеза, содержащей риформинг-установку и печь для частичного окисления, которая предусматривается за риформинг-установкой по ходу процесса, при этом риформинг-установка содержит реакционную трубку для парового риформинга, радиационную камеру сгорания, создающуюся вокруг реакционной трубки, для нагрева реакционной трубки путем сжигания топлива, и конвекционную секцию, сообщающуюся с радиационной камерой сгорания, способ содержит следующие стадии:
добавление пара к природному газу для получения природного газа, содержащего пар;
прохождение природного газа, содержащего пар, через конвекционную секцию риформинг-установки, тем самым предварительно нагревают природный газ, содержащий пар;
предварительный нагрев двуокиси углерода путем прохождения двуокиси углерода через конвекционную секцию риформинг-установки;
введение предварительно нагретого природного газа, содержащего пар, и предварительно нагретой двуокиси углерода в реакционную трубку, при этом получают синтез-газ, содержащий водород и моноокись углерода;
введение синтез-газа в печь для частичного окисления;
введение газа, содержащего кислород, в печь для частичного окисления, осуществляя таким образом реакцию между синтез-газом и кислородом.

При этом двуокись углерода извлекают из отходящего газа, образованного продуктами сгорания, генерируемого в радиационной камере сгорания (12) риформинг-установки, или двуокись углерода извлекают из синтез-газа, получаемого на выходе риформинг-установки. Газ, содержащий кислород, представляет собой кислород или представляет собой смешанный газ, содержащий кислород и двуокись углерода. Пар дополнительно вводят в печь для частичного окисления.

Настоящее изобретение предусматривает также способ производства синтез-газа путем использования установки для синтеза, содержащей риформинг-установку, предварительную риформинг-установку, которую размещают перед риформинг-установкой по ходу процесса, и печь для частичного окисления, которая предусматривается за установкой, причем риформинг-установка по ходу процесса содержит реакционную трубку для парового риформинга, радиационную камеру сгорания, создающуюся вокруг реакционной трубки, для нагрева реакционной трубки путем сжигания топлива, и конвекционную секцию, сообщающуюся с радиационной камерой сгорания, способ содержит следующие стадии;
добавление пара к природному газу для получения природного газа, содержащего пар;
прохождение природного газа, содержащего пар, через конвекционную секцию риформинг-установки для предварительного нагрева природного газа, содержащего пар;
введение предварительно нагретого с помощью предварительной риформинг-установки природного газа, содержащего пар, в реакционную трубку;
предварительный нагрев двуокиси углерода путем прохождения двуокиси углерода через конвекционную секцию риформинг-установки;
введение двуокиси углерода, предварительно нагретой в проходе, который находится между реакционной трубкой и предварительной риформинг-установкой, и прохождение предварительно нагретого природного газа, содержащего пар, в реакционную трубку, при этом получают синтез-газ, содержащий водород и окись углерода;
введение синтез-газа в печь для частичного окисления;
введение газа, содержащего кислород, в печь для частичного окисления, осуществляя тем самым реакцию между синтез-газом и кислородом.

При этом двуокись углерода извлекают из отходящего газа, образованного продуктами сгорания, генерируемого в радиационной камере сгорания риформинг-установки, или двуокись углерода извлекают из синтез-газа, получаемого на выходе риформинг-установки. Газ, содержащий кислород, представляет собой кислород или представляет собой смешанный газ, содержащий кислород и двуокись углерода, а в печь для частичного окисления дополнительно вводят пар.

Дополнительные задачи и преимущества настоящего изобретения будут представлены в следующем далее описании и частично станут очевидными из описания или могут быть изучены при осуществлении настоящего изобретения. Задачи и преимущества настоящего изобретения могут быть реализованы и достигнуты посредством устройств и их сочетаний, конкретно указанных далее.

Сопутствующие чертежи, которые прилагаются и составляют часть описания, иллюстрируют предпочтительные в настоящее время примеры воплощения настоящего изобретения, и вместе с общим описанием, приведенным выше, и с подробным описанием предпочтительных воплощений, приводимым ниже, служат для объяснения принципов настоящего изобретения.

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главные стадии производственного процесса синтеза газа в установке для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована согласно первому воплощению настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главные стадии производственного процесса синтеза газа в установке для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована согласно второму воплощению настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главные стадии производственного процесса синтеза газа в установке для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована согласно третьему воплощению настоящего изобретения.

Фиг. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главные стадии производственного процесса синтеза газа в установке для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована согласно четвертому воплощению настоящего изобретения;
Фиг. 5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главные стадии производственного процесса синтеза газа в установке для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована согласно пятому воплощению настоящего изобретения.

Теперь способ производства синтез-газа (который является пригодным для использования при синтезе бензина, керосина и газойля) будет объясняться со ссылками на чертежи.

Фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главную часть установки для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована при производстве синтез-газа согласно первому воплощению.

Обращаясь к фиг.1, риформер 10 включает реакционную трубку 11, приспособленную для использования парового риформинга, радиационную камеру сгорания 12, расположенную вокруг реакционной трубки 11 и сконструированную для нагрева реакционной трубки путем сжигания топлива, и вытяжную трубу 14, которая сообщается через конвекционную секцию (секция для извлечения избыточного тепла) 13 с радиационной камерой сгорания 12. Реакционная трубка 11 внутри наполнена катализатором, например, на основе никеля. Проход 21₁ для введения топлива сообщается с радиационной камерой сгорания 12 риформинг-установки (риформера) 10.

Проход 20₂ для введения исходного газа сообщается через конвекционную секцию 13 риформера 10 с верхней частью реакционной трубки 11. Этот проход 20₂ для введения исходного газа может быть снабжен десульфуратором (не показан). Проход 20₃ для введения пара сообщается с проходом 20₂ для введения исходного газа, который расположен во входной части конвекционной секции 13. Проход 20₄ для введения двуокиси углерода располагается таким образом, чтобы он проходил через область конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры сгорания 12 риформера 10 (то есть в области высоких температур внутри конвекционной секции 13), а затем сообщался с той частью прохода 20₂ для введения исходного газа, которая расположена дальше по ходу процесса по отношению к конвекционной секции 13, с которой пересекается проход 20₂ для введения исходного газа. Предпочтительно этот проход 20₄ для введения двуокиси углерода располагается так, чтобы он сообщался с той частью прохода 20₂ для введения исходного газа, которая расположена вблизи входного устройства реакционной трубки 11.

Нижняя часть реакционной трубки 11 риформера 10 сообщается посредством прохода 20₅ с устройством для разделения газа и жидкости 31. Этот проход 20₅ снабжен теплообменником 32. Этот теплообменник 32 пересекается с проходом 20₆ таким образом, чтобы нагревать, например, кипящую воду, проходящую через проход 20₆, при этом генерируется пар высокого давления. Воде, отделенной посредством устройства для разделения газа и жидкости 31, дают возможность выходить из риформера 10 через проход 20₇. Газу (синтез-газу), выделенному с помощью устройства для разделения газа и жидкости 31, предоставляют возможность поступать через проход 20₈ в реакционную систему Фишера-Тропша (FT) 33, которая заполнена, например, катализатором на основе кобальта. Катализатор, которым должна быть заполнена эта реакционная система FT 33, может не ограничиваться катализатором на основе кобальта, но может быть, например, катализатором на основе железа.

Проход 20₉ для прохождения кипящей воды пересекается, например, с конвекционной секций 13 риформера 10, тем самым делая возможным теплообмен отходящего газа, образованного продуктами сгорания, в конвекционной секции 13 с кипящей водой. В результате отходящий газ, образованный продуктами сгорания, охлаждается, и в то же самое время сама кипящая вода нагревается, при этом генерируя пар высокого давления.

Теперь способ производства синтез-газа будет объясняться со ссылками на рассмотренную выше установку для синтеза, представленную на фиг.1.

Прежде всего топливо для сгорания вводится через проход 20₁ для введения топлива в радиационную камеру сгорания 12 риформера 10 таким образом, чтобы дать возможность топливу гореть вместе с воздухом, при этом нагревая внутреннее пространство реакционной трубки 11 до достаточно высокой температуры (например, 850-900^oС). Этот нагрев реакционной трубки 11 осуществляется благодаря тому, что эта реакция риформинга в риформере 10 представляет собой эндотермическую реакцию. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, содержащему двуокись углерода, и генерируемому в этой радиационной камере сгорания 12, предоставляют возможность поступать через конвекционную секцию 13 в вытяжную трубу 14. Когда отходящий газ, образованный продуктами сгорания, проходит через конвекционную секцию 13, отходящий газ, образованный продуктами сгорания, обменивается теплом с рассматриваемым ниже природным газом, содержащим пар, который проходит через проход 20₂ для введения исходного газа, с двуокисью углерода, поступающей через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, а также с кипящей водой, поступающей через проход 20₉, при этом охлаждая отходящий газ, образованный продуктами сгорания. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, охлажденному таким образом, затем дают возможность выйти в воздух атмосферы через вытяжную трубу 14.

Природный газ, содержащий метан в качестве основного компонента, вводится в проход 20₂ для введения исходного газа. В этот момент через проход 20₃ для введения пара к природному газу при заданном соотношении добавляют пар для получения природного газа, содержащего пар. Может, например, быть использован пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и синтез-газом в теплообменнике 32 (будет объяснено далее), а также пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и отходящим газом, образованным продуктами сгорания, в конвекционной секции 13 риформера 10.

Природному газу, содержащему пар, дают возможность поступать в проход 20₂ для введения исходного газа и нагрева (до температуры, при которой не могут разлагаться углеводороды С₂ или более высокомолекулярные, существующие в природном газе, например, нагрева до 400-550^oС), когда этот природный газ, содержащий пар, проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10, после чего этот природный газ, содержащий пар, нагретый таким образом, вводится в реакционную трубку 11, которая нагревается до достаточно высокой температуры. Двуокиси углерода дают возможность прохождения через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, который сообщается через область конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры сгорания 12 с проходом 20₂ для введения исходного газа, как рассмотрено выше. В результате двуокись углерода предварительно нагревается до температуры от 550 до 650^oС, которая является более высокой, чем температура указанного выше природного газа, содержащего пар, за то время, когда двуокись углерода проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10. Поскольку эта предварительно нагретая двуокись углерода вводится в область прохода 20₂ для введения исходного газа, которая располагается вблизи входного устройства реакционной трубки 11, таким образом, чтобы смешиваться с указанным выше природным газом, содержащим пар, в реакционную трубку 11 может вводиться природный газ, который смешивается с двуокисью углерода и паром и нагревается до более высокой температуры.

Смешанный газ, содержащий природный газ, включающий в качестве основного компонента метан (СН₄), пар и двуокись углерода, который вводится в реакционную трубку 11 риформера 10, затем подвергается процессу парового риформинга, где метан, в основном, подвергается паровому риформингу в присутствии катализатора, размещенного внутри реакционной трубки 11, при этом производится синтез-газ, содержащий газообразный водород, окись углерода и двуокись углерода при молярном отношении H₂/CO, изменяющемся в пределах от 1 до 2,5 согласно следующим уравнениям (1) и (2).

CH₄+H₂O ⇐⇒ CO+3H₂ (1)
CO+H₂O ⇐⇒ CO₂+H₂ (2)
В этих уравнениях (1) и (2) реакции риформинга 4 моля водорода и 1 моль двуокиси углерода могут быть получены путем взаимодействия 1 моля метана и 2 молей пара. В реальной реакционной системе, однако, может быть получена композиция, которая является близкой к химически равновесной композиции, которая может определяться температурой и давлением на выходе реакционной трубки.

Было бы предпочтительным в случае добавления пара и двуокиси углерода к природному газу поддерживать содержание метана в природном газе, пара и двуокиси углерода таким образом, чтобы молярное отношение между метаном (СН₄) и паром (H₂O) попадало в пределы: СН₄:Н₂O=1:1, 5-1:3; в то время как молярное отношение между метаном (СH₄) и двуокисью углерода (CO₂) попадало в пределы: СН₄:СO₂=1:1-1:3.

Синтез-газ, полученный таким образом, вводится через проход 20₅ в теплообменник 32, чтобы таким образом нагревать кипящую воду, протекающую через проход 20₆, для генерирования пара высокого давления. В это время сам синтез-газ охлаждается, а затем вводится в устройство для разделения жидкости и газа 31, в котором вода отделяется от синтез-газа, отделенная таким образом вода впоследствии выводится из системы через проход 20₇. Полученный таким образом синтез-газ затем подается через проход 20₈ в реакционную систему Фишера-Тропша (FT) 33, которая заполнена, например, катализатором на основе кобальта, при этом предоставляется возможность водороду и окиси углерода, содержащимся в синтез-газе, взаимодействовать друг с другом, при этом происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с этим первым примером воплощения риформер 10 конструируется таким образом, что он содержит реакционную трубку 11, радиационную камеру сгорания 12 для нагрева реакционной трубки 11 путем сжигания топлива с воздухом и конвекционную секцию 13, сообщающуюся с радиационной камерой сгорания 12. В этом случае при введении природного газа, содержащего пар, и двуокиси углерода в реакционную трубку 11 после их предварительного нагрева в конвекционной секции 13 риформера 10 природный газ, содержащий пар, и двуокись углерода вводятся через отдельные проходы соответственно, то есть природный газ, содержащий пар, вводится через проход 20₂ для введения исходного газа, который соединяется после прохождения через конвекционную секцию 13 риформера 10 с реакционной трубкой 11, в то время как двуокись углерода вводится через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, который соединяется после прохождения через конкретную область конвекционной секции 13 риформера 10 (конкретно, через область высоких температур конвекционной секции 13, которая располагается вблизи радиационной камеры сгорания 12) с проходом 20₂ для введения исходного газа, в результате чего поток природного газа, смешанного с паром, и поток двуокиси углерода объединяются вблизи входного устройства реакционной трубки 11. В результате может быть произведен предварительный нагрев двуокиси углерода, которая вводится через проход 20₄ для введения двуокиси углерода в конвекционную секцию 13 с тем, чтобы дать возможность двуокиси углерода нагреться до достаточно высокой температуры, не заботясь о разложении углеводородов из C₂ или более высокомолекулярных в природном газе, которое может происходить, когда природный газ, смешанный как с паром, так и с двуокисью углерода, пытаются предварительно нагревать в конвекционной секции 13. Следовательно, теперь является возможным введение природного газа, смешанного с паром и двуокисью углерода, в реакционную трубку риформера в условиях, когда природный газ предварительно нагрет до высокой температуры, при этом является возможным ингибирование или предотвращение разложения углеводородов из С₂ или более высокомолекулярных в природном газе. В результате поскольку количество топлива, которое необходимо вводить в радиационную камеру сгорания 12 риформера 10, может быть уменьшено, взаимодействие между природным газом (в основном, с метаном в природном газе), паром и двуокисью углерода может быть эффективно осуществлено в реакционной трубке с использованием минимального количества топлива, при этом производится синтез-газ, содержащий СО и Н₂. А именно, потребление топлива риформером может быть сведено к минимуму.

Кроме того, поскольку не только проход 20₂ для введения исходного газа, но также и проход 20₄ для введения двуокиси углерода имеет возможность проходить через конвекционную секцию 13 риформера 10 (конкретно, через область конвекционной секции 13, которая находится вблизи радиационной камеры 12) таким образом, чтобы сделать возможным предварительный нагрев двуокиси углерода во время прохождения двуокиси углерода через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, избыточное тепло от риформера 10 может быть эффективно использовано.

Этот синтез-газ, содержащий СО и Н₂, может вводиться в реакционную систему Фишера-Тропша (FT) 33, которая заполнена, например, катализатором на основе кобальта, при этом водороду и моноокиси углерода, содержащимся в синтез-газе, предоставляется возможность взаимодействовать друг с другом, тем самым делая возможным синтез бензина, керосина и газойля.

Следовательно, теперь является возможным сокращение количества топлива, которое необходимо вводить в радиационную камеру сгорания риформера, и эффективное использование избыточного тепла от риформера в случае производства синтез-газа, содержащего СО и Н₂, который предназначен для синтеза бензина, керосина и газойля посредством, например, реакционной системы Фишера-Тропша (FT), путем введения природного газа, содержащего пар, и двуокиси углерода в риформер.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главную часть установки для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована при производстве синтез-газа согласно второму воплощению. На фиг. 2 такие же компоненты, как на указанной выше фиг.1, обозначаются теми же номерами, чтобы избежать их объяснения.

Эта установка для синтеза характеризуется тем, что в конвекционной секции 13 риформера 10 располагается устройство для извлечения двуокиси углерода 34, тем самым делая возможным извлечение двуокиси углерода из отходящего газа, образованного продуктами сгорания, из конвекционной секции 13. Это устройство для извлечения двуокиси углерода 34 соединено через проход 20₁₀ с компрессором 35. Этот компрессор 35 сообщается через проход 20₁₁ для введения двуокиси, который расположен так, чтобы проходить через область конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры 12 риформера 10 (то есть, в области высоких температур внутри конвекционной секции 13), с частью прохода 20₂ для введения исходного газа, которая расположена дальше по ходу процесса по отношению к конвекционной секции 13 и с которой пересекается проход 20₂ для введения исходного газа. Предпочтительно этот проход 20₁₁ для введения двуокиси углерода располагается так, чтобы он сообщался с той частью прохода 20₂ для введения исходного газа, которая располагается вблизи входного устройства реакционной трубки 11.

Теперь способ производства синтез-газа будет описан со ссылками на рассмотренную выше установку для синтеза, представленную на фиг.2.

Прежде всего топливо для сгорания вводится через проход 20₁ для введения топлива в радиационную камеру сгорания 12 риформера 10 таким образом, чтобы дать возможность топливу гореть вместе с воздухом, при этом нагревая внутреннее пространство реакционной трубки 11 до достаточно высокой температуры (например, 850-900^oС). Этот нагрев реакционной трубки 11 осуществляется благодаря тому, что эта реакция риформинга в риформере 10 представляет собой эндотермическую реакцию. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, содержащему двуокись углерода и генерируемому в этой радиационной камере сгорания 12, предоставляют возможность поступать через конвекционную секцию 13 в вытяжную трубу 14. Когда отходящий газ, образованный продуктами сгорания, проходит через конвекционную секцию 13, отходящий газ, образованный продуктами сгорания, обменивается теплом с рассматриваемым ниже природным газом, содержащим пар, который проходит через проход 20₂ для введения исходного газа, с двуокисью углерода, поступающей через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, а также с кипящей водой, поступающей через проход 20₉, при этом охлаждая отходящий газ, образованный продуктами сгорания. Двуокись углерода, содержащаяся в отходящем газе, образованном продуктами сгорания, охлажденном таким образом, извлекается с помощью устройства для извлечения двуокиси углерода, а затем вводится через проход 20₁₀ в компрессор 35. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, из которого удалена двуокись углерода, затем дают возможность выйти в воздух атмосферы через вытяжную трубу 14.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, вводится в проход 20₂ для введения исходного газа. В этот момент через проход 20₃ для введения пара к природному газу при заданном соотношении добавляют пар для получения природного газа, содержащего пар. Может, например, быть использован пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и синтез-газом в теплообменнике 32 (будет объяснено далее), а также пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и отходящим газом, образованным продуктами сгорания, в конвекционной секции 13 риформера 10.

Природному газу, содержащему пар, позволяют поступать в проход 20₂ для введения исходного газа и нагреваться (до температуры, при которой не могут разлагаться углеводороды С₂ или более высокомолекулярные, существующие в природном газе, например, предварительно нагреваться до 400-550^oС), когда этот природный газ, содержащий пар, проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10, после чего этот природный газ, содержащий пар, нагретый таким образом, вводится в реакционную трубку 11, которая нагревается до достаточно высокой температуры. Двуокись углерода, давление которой повышается с помощью компрессора 35, получает возможность поступать в проход 20₁₁ для введения двуокиси углерода, который сообщается после прохождения через область конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры сгорания 12 с проходом 20₂ для введения исходного газа, как указано выше. В результате двуокись углерода предварительно нагревается до температуры от 550 до 650^oС, которая является более высокой, чем температура указанного выше природного газа, содержащего пар, за то время, когда двуокись углерода проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10. Поскольку эта предварительно нагретая двуокись углерода вводится в область прохода 20₂ для введения исходного газа, которая располагается вблизи входного устройства реакционной трубки 11, таким образом, чтобы смешиваться с указанным выше природным газом, содержащим пар, природный газ, который смешивается с двуокисью углерода и паром и нагревается до более высокой температуры, может вводиться в реакционную трубку 11.

Смешанный газ, содержащий природный газ, включающий в качестве основного компонента метан (СН₄), пар и двуокись углерода, который вводится в реакционную трубку 11 риформера 10, затем подвергается процессу парового риформинга, где метан в основном подвергается паровому риформингу в присутствии катализатора, размещенного внутри реакционной трубки 11, при этом производится синтез-газ, содержащий газообразный водород, окись углерода и двуокись углерода при молярном отношении Н₂/СО, изменяющемся в пределах от 1 до 2,5 согласно указанным выше уравнениям (1) и (2).

Было бы предпочтительным в случае добавления пара и двуокиси углерода к природному газу поддерживать содержание метана в природном газе, пара и двуокиси углерода таким образом, чтобы молярное отношение между метаном (СН₄) и паром (H₂O) попадало в пределы: СН₄:Н₂О=1:1,5-1:3; в то время как молярное отношение между метаном (СН₄) и двуокисью углерода (СO₂) попадало в пределы: СН₄:СO₂=1:1-1:3.

Синтез-газ, полученный таким образом, вводится через проход 20₅ в теплообменник 32, чтобы таким образом нагревать кипящую воду, протекающую через проход 20₆, для генерирования пара высокого давления. В это время сам синтез-газ охлаждается, а затем вводится в устройство для разделения жидкости и газа 31, в котором вода отделяется от синтез-газа, отделенная таким образом вода впоследствии выводится из системы через проход 20₇. Полученный таким образом синтез-газ затем транспортируется через проход 20₈ в реакционную систему Фишера-Тропша (FT) 33, которая заполнена, например, катализатором на основе кобальта, при этом предоставляется возможность водороду и окиси углерода, содержащимся в синтез-газе, взаимодействовать друг с другом, при этом происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с этим вторым воплощением теперь является возможным таким же способом, как и в случае первого воплощения, сократить количество топлива, которое необходимо вводить в радиационную камеру сгорания риформера, и эффективно использовать избыточное тепло риформера в случае производства синтез-газа, содержащего СО и Н₂, который пригоден для использования при синтезе бензина, керосина и газойля посредством, например, реакционной системы Фишера-Тропша (FT), путем введения природного газа, содержащего пар, и двуокиси углерода в риформер.

Кроме того, поскольку является возможным производить двуокись углерода без необходимости в каком-либо другом источнике двуокиси углерода благодаря тому, что двуокись углерода, генерируемая внутри производственной установки (в основном, в риформере) для синтеза газа, которая включает реакционную систему Фишера-Тропша, может быть извлечена, и окись углерода, извлеченная таким образом, может быть добавлена после предварительного нагрева к природному газу, содержащему пар, в точке на входе риформера с тем, чтобы быть использованной в качестве исходного газообразного материала для ри-форминга газа, синтез-газ, содержащий газообразный водород и окись углерода при молярном отношении Н₂/СО, которое пригодно для использования при синтезе бензина, керосина и газойля посредством реакционной системы Фишера-Тропша, может быть дешево произведен в любом месте, не будучи ограниченным расположением источника газообразного СО₂, такого как установка для получения аммония. Более того, становится возможным подавлять двуокись углерода, которая, как предполагается, вызывает глобальное потепление, когда она выделяется из производственной установки.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главную часть установки для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована при производстве синтез-газа согласно третьему воплощению. На фиг.3 такие же компоненты, как на указанной выше фиг.1, обозначаются теми же номерами, чтобы избежать их объяснения.

Эта установка для синтеза характеризуется тем, что устройство для извлечения двуокиси углерода 36 соединяется с проходом 20₅, который размещен между теплообменником 32 и устройством для разделения газа и жидкости 31. Это устройство для извлечения двуокиси углерода 36 соединено через проход 20₁₂ с компрессором 35. Этот компрессор 35 сообщается через проход 20₁₁ для введения двуокиси, который расположен так, чтобы проходить через область конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры сгорания 12 риформера 10 (то есть, через область высоких температур внутри конвекционной секции 13), с частью прохода 20₂ для введения исходного газа, которая расположена дальше по ходу процесса по отношению к конвекционной секции 13 и с которой пересекается проход 20₂ для введения исходного газа. Предпочтительно этот проход 20₁₁ для введения двуокиси углерода располагается так, чтобы он сообщался с той частью прохода 20₂ для введения исходного газа, которая располагается вблизи входного устройства реакционной трубки 11.

Теперь способ производства синтез-газа будет объясняться со ссылками на рассмотренную выше установку для синтеза, представленную на фиг.3.

Прежде всего топливо для сгорания вводится через проход 20₁ для введения топлива в радиационную камеру сгорания 12 риформера 10 таким образом, чтобы дать возможность топливу гореть вместе с воздухом, при этом нагревая внутреннее пространство реакционной трубки 11 до достаточно высокой температуры (например, до 850-900^oС). Этот нагрев реакционной трубки 11 осуществляется благодаря тому, что эта реакция риформинга в риформере 10 представляет собой эндотермическую реакцию. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, содержащему двуокись углерода и генерируемому в этой радиационной камере сгорания 12, предоставляют возможность поступать через конвекционную секцию 13 в вытяжную трубу 14. Когда отходящий газ, образованный продуктами сгорания, проходит через конвекционную секцию 13, отходящий газ, образованный продуктами сгорания, обменивается теплом с рассматриваемым ниже природным газом, содержащим пар, который проходит через проход 20₂ для введения исходного газа, с двуокисью углерода, поступающей через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, а также с кипящей водой, поступающей через проход 20₉, при этом охлаждая отходящий газ, образованный продуктами сгорания. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, из которого удалена двуокись углерода, затем дают возможность выйти в воздух атмосферы через вытяжную трубу 14.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, вводится в проход 20₂ для введения исходного газа. В этот момент через проход 20₃ для введения пара к природному газу добавляют пар при заданном отношении для получения природного газа, содержащего пар. Кстати, относительно этого пара, например, может быть использован пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и синтез-газом в теплообменнике 32 (будет объяснено далее), а также пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и отходящим газом, образованным продуктами сгорания, в конвекционной секции 13 риформера 10.

Природному газу, содержащему пар, позволяют поступать в проход 20₂ для введения исходного газа и предварительно нагреваться (до температуры, при которой не могут разлагаться углеводороды из С₂ или более высокомолекулярные, существующие в природном газе, например, предварительно нагреваться до 400-550^oС), когда этот природный газ, содержащий пар, проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10, после чего этот природный газ, содержащий пар, нагретый таким образом, вводится в реакционную трубку 11, которая нагревается до достаточно высокой температуры. Двуокись углерода, которая извлекается из синтез-газа посредством устройства для извлечения двуокиси углерода 36 (будет объяснено ниже), затем вводится через проход 20₁₂ в компрессор 35 для повышения давления в ней. Двуокись углерода, давление которой повышается таким образом, получает возможность вместе с двуокисью углерода, которая поступает из прохода 20₁₃, поступать в проход 20₁₁ для введения двуокиси углерода, который сообщается после прохождения области конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры сгорания 12 с проходом 20₂ для введения исходного газа, как указано выше. В результате двуокись углерода предварительно нагревается до температуры от 550 до 650^oС, которая является более высокой, чем температура указанного выше природного газа, содержащего пар, за то время, когда двуокись углерода проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10. Поскольку эта предварительно нагретая двуокись углерода вводится в область прохода 20₂ для введения исходного газа, которая располагается вблизи входного устройства реакционной трубки 11, таким образом, чтобы смешиваться с указанным выше природным газом, содержащим пар, природный газ, который смешивается с двуокисью углерода и паром и нагревается до более высокой температуры, может вводиться в реакционную трубку 11.

Смешанный газ, содержащий природный газ, включающий в качестве основного компонента метан (СН₄), пар и двуокись углерода, который вводится в реакционную трубку 11 риформера 10, затем подвергается процессу парового риформинга, где метан в основном подвергается паровому риформингу в присутствии катализатора, размещенного внутри реакционной трубки 11, при этом производится синтез-газ, содержащий газообразный водород, окись углерода и двуокись углерода при молярном отношении Н₂/СО, изменяющемся в пределах от 1 до 2,5 согласно указанным выше уравнениям (1) и (2).

Было бы предпочтительным в случае добавления пара и двуокиси углерода к природному газу поддерживать содержание метана в природном газе, пара и двуокиси углерода таким образом, чтобы молярное отношение между метаном (СH₄) и паром (H₂O) попадало в пределы: СН₄:Н₂О=1:1,5-1:3; в то время как молярное отношение между метаном (СН₄) и двуокисью углерода (СО₂) попадало в пределы: СН₄ :СO₂=1:1-1:3.

Синтез-газ, полученный таким образом, вводится через проход 20₅ в теплообменник 32, чтобы таким образом нагревать кипящую воду, протекающую через проход 20₆, для генерирования пара высокого давления. В это время сам синтез-газ охлаждается, а затем вводится в устройство для извлечения двуокиси углерода 36, из которого извлекается двуокись углерода. Извлеченная таким образом двуокись углерода вводится через проход 20₁₂ в компрессор 35. Двуокись углерода, у которой давление повышено таким образом с помощью компрессора 35, вводится вместе с природным газом, содержащим пар, в реакционную трубку 11. Синтетический газ, из которого выделена двуокись углерода, вводиться в устройство для разделения газа и жидкости 31, в котором вода отделяется от синтез-газа, выделенная таким образом вода затем выводится из системы через проход 20₇. Полученный таким образом синтез-газ затем транспортируется через проход 20₈ в реакционную систему Фишера-Тропша (FT) 33, которая заполнена, например, катализатором на основе кобальта, при этом водороду и окиси углерода, содержащимся в синтез-газе, предоставляется возможность взаимодействовать друг с другом, при этом происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с этим третьим воплощением теперь является возможным таким же способом, как и в случае первого воплощения, сократить количество топлива, которое необходимо вводить в радиационную камеру сгорания риформера, и эффективно использовать избыточное тепло риформера в случае производства синтез-газа, содержащего СО и Н₂, который пригоден для использования при синтезе бензина, керосина и газойля посредством, например, реакционной системы Фишера-Тропша (FT), путем введения природного газа, содержащего пар, и двуокиси углерода в риформер.

Кроме того, поскольку двуокись углерода, существующая в синтез-газе, извлекается для того, чтобы быть добавленной после предварительного нагрева вместе с двуокисью углерода, который подается отдельно, к природному газу, содержащему пар, в точке на входе риформера с тем, чтобы быть использованной в качестве исходного газообразного материала для газового риформинга, количество двуокиси углерода, необходимое для процесса, может быть уменьшено по сравнению со способом, где для получения исходного газообразного материала используется отдельная установка. Более того, становится возможным подавлять двуокись углерода, которая, как предполагается, вызывает глобальное потепление, когда она выделяется из производственной установки.

Фиг.4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главную часть установки для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована при производстве синтез-газа согласно четвертому воплощению. На фиг.4 такие же компоненты, как на указанной выше фиг.1, обозначаются теми же номерами, чтобы избежать их объяснения.

Эта установка для синтеза характеризуется тем, что предварительный риформер 37 располагается на входной стороне риформера 10. Проход для введения исходного газа 20₂ сообщается с верхней частью предварительного риформера 37. Этот предварительный риформер 37 сообщается через проход 20₁₄ с верхней частью реакционной трубки 11 риформера 10. Этот проход 20₁₄ сообщается через конвекционную секцию 13 риформера 10 с реакционной трубкой 11. Проход для введения двуокиси углерода 20₄ сообщается после прохождения через область конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры сгорания 12 риформера 10 (то есть, через область высоких температур внутри конвекционной секции 13) с той частью прохода 20₁₄, которая расположена дальше по ходу процесса по отношению к конвекционной секции 13, с которой пересекается проход 20₁₄. Предпочтительно этот проход для введения двуокиси углерода 20₄ располагается так, чтобы он сообщался с той частью прохода 20₁₄, которая располагается вблизи входного устройства реакционной трубки 11.

Теперь способ производства синтез-газа будет объясняться со ссылками на рассмотренную выше установку для синтеза, представленную на фиг.4.

Прежде всего топливо для сгорания вводится через проход 20₁ для введения топлива в радиационную камеру сгорания 12 риформера 10 таким образом, чтобы дать возможность топливу гореть вместе с воздухом, при этом нагревая внутреннее пространство реакционной трубки 11 до достаточно высокой температуры (например, до 850-900^oС). Этот нагрев реакционной трубки 11 осуществляется благодаря тому, что эта реакция риформинга в риформере 10 представляет собой эндотермическую реакцию. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, содержащему двуокись углерода, и генерируемому в этой радиационной камере сгорания 12, предоставляют возможность поступать через конвекционную секцию 13 в вытяжную трубу 14. Когда отходящий газ, образованный продуктами сгорания, проходит через конвекционную секцию 13, отходящий газ, образованный продуктами сгорания, обменивается теплом с рассматриваемым ниже природным газом, содержащим пар, который проходит через проход 20₂ для введения исходного газа, с природным газом, содержащим пар, полученным предварительно и проходящим через проход 20₁₄, с двуокисью углерода, проходящей через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, а также с кипящей водой, поступающей через проход 20₉, при этом охлаждая отходящий газ, образованный продуктами сгорания. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, охлажденному таким образом, затем дают возможность выйти в воздух атмосферы через вытяжную трубу 14.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, вводится в проход 20₂ для введения исходного газа. В этот момент через проход 20₃ для введения пара к природному газу добавляют пар при заданном соотношении для получения природного газа, содержащего пар. Кстати, относительно этого пара, например, может быть использован пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и синтез-газом в теплообменнике 32 (будет объяснено далее), а также пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и отходящим газом, образованным продуктами сгорания, в конвекционной секции 13 риформера 10.

Природному газу, содержащему пар, позволяют поступать в проход 20₂ для введения исходного газа и предварительно нагреваться (до температуры, при которой не могут разлагаться углеводороды из С₂ или более высокомолекулярные, существующие в природном газе, например, предварительно нагреваться до 400-550^oС), когда этот природный газ, содержащий пар, проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10, после чего этот природный газ, содержащий пар, нагретый таким образом, вводится в предварительный риформер 37. В этом предварительном риформере 37 углеводороды из природного газа, которые имеют два или более атомов углерода, в основном этан, путем риформинга преобразуются в метан, имеющий один атом углерода (C₁), CO и Н₂.

Природный газ, содержащий пар, подвергнутый предварительному риформингу таким образом, затем вводится через проход 20₁₄ в реакционную трубку 11 риформера 10. Двуокиси углерода дают возможность протекания через проход для введения двуокиси углерода 20₄, который сообщается после прохождения через область конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры сгорания 12 с проходом 20₂ для введения исходного газа. В результате двуокись углерода предварительно нагревается до температуры от 550 до 650^oС, которая является более высокой, чем температура указанного выше природного газа, содержащего пар, за то время, когда двуокись углерода проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10. Поскольку эта предварительно нагретая двуокись углерода вводится в ту область прохода 20₁₄, которая располагается вблизи входного устройства реакционной трубки 11 таким образом, чтобы смешиваться с указанным выше природным газом, содержащим пар, в реакционную трубку 11 может вводиться природный газ, который смешивается с двуокисью углерода и паром и нагревается до более высокой температуры.

Смешанный газ, содержащий природный газ, включающий в качестве основного компонента метан (СН₄), пар и двуокись углерода, который вводится в реакционную трубку 11 риформера 10, затем подвергается процессу парового риформинга, где метан в основном подвергается паровому риформингу в присутствии катализатора, размещенного внутри реакционной трубки 11, при этом производится синтез-газ, содержащий газообразный водород, окись углерода и двуокись углерода при молярном отношении H₂/CO, изменяющемся в пределах от 1 до 2,5 согласно указанным выше уравнениям (1) и (2).

В этих уравнениях (1) и (2) для реакции риформинга 4 моля водорода и 1 моль двуокиси углерода могут быть получены путем взаимодействия 1 моля метана и 2 молей пара. В реальной реакционной системе, однако, может быть получена композиция, которая является близкой к химически равновесной композиции, которая может определяться температурой и давлением на выходе реакционной трубки.

Было бы предпочтительным в случае добавления пара и двуокиси углерода к природному газу поддерживать содержание метана в природном газе, пара и двуокиси углерода таким образом, чтобы молярное отношение между метаном (СН₄) и паром (Н₂О) попадало в пределы: CH₄:H₂O=1:1,5-1:3; в то время как молярное отношение между метаном (СН₄) и двуокисью углерода (СО₂) попадало в пределы: СН₄:СО₂=1:1-1:3.

Синтез-газ, полученный таким образом, вводится через проход 20₅ в теплообменник 32, чтобы таким образом нагревать кипящую воду, протекающую через проход 20₆, для генерирования пара высокого давления. В это время сам синтез-газ охлаждается, а затем вводится в устройство для разделения газа и жидкости 31, в котором вода отделяется от синтез-газа, выделенная таким образом вода выводится из системы через проход 20₇. Полученный таким образом синтез-газ затем транспортируется через проход 20₈ в реакционную систему Фишера-Тропша (FT) 33, которая заполнена, например, катализатором на основе кобальта, при этом предоставляется возможность водороду и окиси углерода, содержащимся в синтетическом газе, взаимодействовать друг с другом, при этом происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с этим четвертым воплощением теперь является возможным таким же способом, как и в случае первого воплощения, сократить количество топлива, которое необходимо вводить в радиационную камеру сгорания риформера, и эффективно использовать избыточное тепло риформера в случае производства синтез-газа, содержащего СО и Н₂, который пригоден для использования при синтезе бензина, керосина и газойля посредством, например, реакционной системы Фишера-Тропша (FT), путем введения природного газа, содержащего пар и двуокись углерода, в риформер.

Кроме того, поскольку предварительный риформер 37 располагается перед входом в риформер 10, при этом появляется возможность предварительного риформинга углеводородов из природного газа, которые имеют два или более атомов углерода, в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂, появляется возможность уменьшения тепловой нагрузки на риформер 10. В результате количество топлива, которое необходимо вводить в радиационную камеру сгорания 12 риформера 10, может быть уменьшено, что делает возможным производство синтез-газа с уменьшенным количеством топлива.

Фиг.5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую главную часть установки для синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована при производстве синтез-газа согласно пятому воплощению. На фиг.5 такие же компоненты, как на указанной выше фиг.1, обозначаются теми же номерами, чтобы избежать их объяснения.

Эта установка для синтеза характеризуется тем, что предусматривается печь 38 для частичного окисления в области прохода 20₅, которая располагается на выходной стороне риформера 10 и между нижним краем реакционной трубки 11 и теплообменником 32. Проход 20₁₅ для введения газа (для введения кислорода) сообщается с печью 38 для частичного окисления.

Теперь способ производства синтез-газа будет объясняться со ссылками на рассмотренную выше установку для синтеза, представленную на фиг.5.

Прежде всего топливо для сгорания вводится через проход 20₁ для введения топлива в радиационную камеру сгорания 12 риформера 10 таким образом, чтобы дать возможность топливу гореть вместе с воздухом, при этом нагревая внутреннее пространство реакционной трубки 11 до достаточно высокой температуры (например, до 850-900^oС). Этот нагрев реакционной трубки 11 осуществляется благодаря тому, что эта реакция риформинга в риформере 10 представляет собой эндотермическую реакцию. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, содержащему двуокись углерода и генерируемому в этой радиационной камере сгорания 12, предоставляют возможность поступать через конвекционную секцию 13 в вытяжную трубу 14. Когда отходящий газ, образованный продуктами сгорания, проходит через конвекционную секцию 13, отходящий газ, образованный продуктами сгорания, обменивается теплом с рассматриваемым ниже природным газом, содержащим пар, который проходит через проход 20₂ для введения исходного газа, с двуокисью углерода, проходящей через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, а также с кипящей водой, поступающей через проход 20₉, при этом охлаждая отходящий газ, образованный продуктами сгорания. Отходящему газу, образованному продуктами сгорания, охлажденному таким образом, затем дают возможность выйти в воздух атмосферы через вытяжную трубу 14.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, вводится в проход 20₂ для введения исходного газа. В этот момент через проход 20₃ для введения пара к природному газу добавляют пар при заданном соотношении для получения природного газа, содержащего пар. Кстати, относительно этого пара, например, может быть использован пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и синтез-газом в теплообменнике 32 (будет объяснено далее), а также пар, который генерируется во время теплообмена между кипящей водой и отходящим газом, образованным продуктами сгорания, в конвекционной секции 13 риформера 10.

Природному газу, содержащему пар, позволяют поступать в проход 20₂ для введения исходного газа и предварительно нагреваться (до температуры, при которой не могут разлагаться углеводороды из С₂ или более высокомолекулярные, существующие в природном газе, например, предварительно нагреваться до 400-550^oС), когда этот природный газ, содержащий пар, проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10, после чего этот смешанный природный газ, нагретый таким образом, вводится в реакционную трубку 11 риформера 10. Двуокиси углерода дают возможность протекания через проход 20₄ для введения двуокиси углерода, который сообщается после прохождения области конвекционной секции 13 вблизи радиационной камеры сгорания 12 с проходом 20₂ для введения исходного газа. В результате двуокись углерода предварительно нагревается до температуры от 550 до 650^oС, которая является более высокой, чем температура указанного выше природного газа, содержащего пар, за то время, когда двуокись углерода проходит через конвекционную секцию 13 риформера 10. Поскольку эта предварительно нагретая двуокись углерода вводится в ту область прохода 20₄ для введения исходного газа, которая располагается вблизи входного устройства реакционной трубки 11, таким образом, чтобы смешиваться с указанным выше природным газом, содержащим пар, в реакционную трубку 11 может вводиться природный газ, который смешивается с двуокисью углерода и паром и нагревается до более высокой температуры.

Смешанный газ, содержащий природный газ, включающий в качестве основного компонента метан (СН₄), пар и двуокись углерода, который вводится в реакционную трубку 11 риформера 10, затем подвергается процессу парового риформинга, где метан в основном подвергается паровому риформингу в присутствии катализатора, размещенного внутри реакционной трубки 11, при этом производится синтез-газ, содержащий газообразный водород, окись углерода и двуокись углерода согласно указанным выше уравнениям (1) и (2).

В этих уравнениях (1) и (2) для реакции риформинга 4 моля водорода и 1 моль двуокиси углерода могут быть получены путем взаимодействия 1 моля метана и 2 молей пара. В реальной реакционной системе, однако, может быть получена композиция, которая является близкой к химически равновесной композиции, которая может определяться температурой и давлением на выходе реакционной колонны.

Было бы предпочтительным в случае добавления пара и двуокиси углерода к природному газу поддерживать содержание метана в природном газе, пара и двуокиси углерода таким образом, чтобы молярное отношение между метаном (CH₄) и паром (Н₂О) попадало в пределы: СН₄:Н₂О=1:1,5-1:3; в то время как молярное отношение между метаном (СН₄) и двуокисью углерода (СО₂) попадало в пределы: СН₄:СО₂=1:1-1:3.

Синтез-газ, подвергнутый риформингу, полученный таким образом, вводится через проход 20₅ в печь 38 для частичного окисления, в которой водороду в подвергнутом риформингу газе дают возможность гореть в кислороде, вводимом через проход 20₁₅. В этом случае, поскольку подвергнутый риформингу газ нагревается до более высокой температуры, активируется генерация СО и Н₂O в указанной выше реакции по уравнению (1). Далее, поскольку количество водорода в подвергнутом риформингу газе в печи 38 для частичного окисления уменьшается, становится возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО от 1 до 2,5.

Синтез-газ, полученный в печи 38 для частичного окисления, вводится через проход 20₅ в теплообменник 32, чтобы при этом нагревать кипящую воду, протекающую через проход 20₆, для генерирования пара высокого давления. В это время сам синтез-газ охлаждается, а затем вводится в устройство 31 для разделения газа и жидкости. В этом устройстве 31 для разделения газа и жидкости вода отделяется от синтез-газа, выделенная таким образом вода выводится из системы через проход 20₇. Полученный таким образом синтез-газ затем транспортируется через проход 20₈ в реакционную систему Фишера-Тропша (FT) 33, которая заполнена, например, катализатором на основе кобальта, при этом предоставляется возможность водороду и окиси углерода, содержащимся в синтез-газе, взаимодействовать друг с другом, при этом происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с этим пятым воплощением природный газ, содержащий пар, и двуокись углерода вводятся в риформер, и полученный в результате газ, подвергнутый риформингу, вводится из риформера в печь для частичного окисления, в которой водороду, содержащемуся в подвергнутом риформингу газе, дается возможность гореть вместе с кислородом, отдельно вводимым в печь для частичного окисления. В результате теперь является возможным производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂, который пригоден для использования при синтезе бензина, керосина и газойля посредством, например, реакционной системы Фишера-Тропша (FT), а также является возможным уменьшение количества топлива, которое необходимо вводить в радиационную камеру сгорания риформера, и в то же самое время эффективно использовать избыточное тепло риформера.

Кстати, предварительный риформер, описанный в указанном выше четвертом воплощении, также может быть использован в установках для синтеза из указанных выше второго и третьего воплощений.

Кроме того, хотя подвергнутый риформингу газ и кислород вводятся в печь для частичного окисления в указанном выше пятом воплощении, смешанный газ, содержащий кислород и двуокись углерода, может быть использован вместо них. В этом случае двуокись углерода предпочтительно должна включаться в смешанный газ при отношении от 30 до 200 об.% по отношению к кислороду. Когда используется такой смешанный газ, содержащий кислород и двуокись углерода, взаимодействие между водородом и кислородом в подвергнутом риформингу газе в печи для частичного окисления становится более медленным, при этом появляется возможность свести к минимуму возможность взрыва.

В настоящем пятом воплощении является также возможным подводить пар к печи для частичного окисления. Когда в печь для частичного окисления подается пар, становится возможным подавление или предотвращение образования генерации свободного углерода, который замедлял бы реакцию синтеза FT в печи для частичного окисления.

Печь для частичного окисления, описанная в пятом воплощении, может быть установлена в установках для синтеза из указанных выше второго - четвертого воплощений. В этом случае смешанный газ, содержащий подвергнутый риформингу газ, кислород и двуокись углерода, может вводиться в печь для частичного окисления. Является также возможным во втором - четвертом воплощениях подавать пар в печь для частичного окисления.

В первом - пятом воплощениях синтез-газ, производимый в риформере, поступает в реакционную систему Фишера-Тропша таким образом, чтобы синтезировать бензин и тому подобное. Однако синтез-газ, производимый в риформере, также может быть использован для синтеза метанола или диметилового эфира.

Как объяснялось выше, согласно настоящему изобретению является возможным введение природного газа, содержащего пар и двуокись углерода и нагретого предварительно до высокой температуры, в риформер с тем, чтобы уменьшить потребление топлива риформером, а также для эффективного использования избыточного тепла, генерируемого в риформере. А именно, согласно настоящему изобретению является возможным создание способа производства синтез-газа, который является пригодным для использования при синтезе бензина, керосина и газойля посредством реакционной системы Фишера-Тропша или для синтеза метанола или диметилового эфира, с низкой себестоимостью.

Дополнительные преимущества и модификации легко могут быть осуществлены специалистами в данной области. Следовательно, настоящее изобретение в его более широких аспектах не является ограниченным конкретными деталями и представленными воплощениями, описанными выше. Соответственно, различные модификации могут быть осуществлены без отклонения от духа или объема общей концепции изобретения, как она описывается в прилагаемой формуле изобретения и в ее эквивалентах.

Реферат

Изобретение относится к способу производства синтез-газа, предназначенного для использования при синтезе бензина, метанола или диметилового эфира. Способ производства синтез-газа, который использует установку для синтеза, содержащую риформинг-установку, имеющую реакционную трубку для парового риформинга, радиационную камеру сгорания, создающуюся вокруг реакционной трубки, для нагрева реакционной трубки и конвекционную секцию, сообщающуюся с радиационной камерой сгорания. Природный газ, содержащий пар, создается путем добавления пара к природному газу. Природный газ, содержащий пар, предварительно нагревается путем прохождения природного газа через конвекционную секцию установки, затем предварительно нагретый природный газ вводится в реакционную трубку. После предварительного нагрева в конвекционной секции двуокись углерода вводится в реакционную трубку, при этом производится синтез-газ, содержащий водород и окись углерода. Данное изобретение позволяет уменьшить потребление тепла риформинг-установкой и эффективно использовать избыточное тепло установки. 4 с. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула