Способ производства синтез-газа, применяемого для синтеза бензина, керосина и газойля (варианты) - RU2199486C2

Код документа: RU2199486C2

Чертежи

Показать все 23 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к способу производства синтез-газа, применяемого для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша.

В нерассмотренной заявке на патент Японии 6-184559 раскрыт способ синтеза бензина и т.д., в котором сначала из природного газа получают синтез-газ, содержащий водород (H₂) и монооксид углерода (СО), и затем этот синтез-газ используют для синтеза бензина и т.д. путем осуществления процесса GTL (перехода газа в жидкость) с применением реакционной системы Фишера-Тропша. В этом способе природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, вводят вместе с водяным паром в риформинг-установку, снабженную катализатором риформинга, и риформинг-установку нагревают до заданной температуры для обеспечения взаимодействия содержащихся в природном газе углеводородов с водяным паром и получения, вследствие этого, синтез-газа.

Однако поскольку состав полученного этим способом синтез-газа является следующим: Н₂: СО: CO₂=5:1:0,5 (молярное отношение), содержание водородного газа для синтеза бензина является избыточным. В действительности, в реакционной системе Фишера-Тропша, в которой применяется кобальтовый катализатор, оптимальное молярное отношение Н₂/СО = 2. В том случае, когда в реакционной системе Фишера-Тропша применяется железный катализатор, оптимальное молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2.

При данных обстоятельствах, на фиг.3 и 4 нерассмотренной заявки на патент Японии 6-184559 раскрыта реакционная система для производства синтез-газа, которая включает систему риформинга, состоящую из конвекционной риформинг-установки, саморазогревающейся риформинг-установки (печи неполного окисления) и нагревателя конвекционной риформинг-установки; на стороне выхода системы риформинга расположена колонна для отгонки диоксида углерода; и на стороне выхода колонны для отгонки диоксида углерода расположен реактор Фишера-Тропша.

Согласно этой реакционной системе, конвекционная риформинг-установка нагревается с использованием тепла, полученного от нагревателя конвекционной риформинг-установки, и затем в конвекционную риформинг-установку подают природный газ, смешанный с водяным паром, и диоксид углерода, который был отделен и извлечен из синтез-газа (что будет объяснено далее), вследствие чего часть, главным образом, метана из природного газа и диоксид углерода взаимодействуют с водяным паром и таким образом происходит реакция риформинга. Затем образованный риформированный газ, природный газ и кислород подают в саморазогревающуюся риформинг-установку для того, чтобы вызвать сгорание большей части водородного газа, содержащегося в риформированном газе, и нагреть газообразную смесь до температуры, которая является подходящей для реакции между, главным образом, метаном, содержащимся в риформированном газе, и водяным паром, и вызвать образование синтез-газа.

Затем тепло этого синтез-газа улавливают в нагреватель конвекционной риформинг-установки, вследствие чего обеспечивается возможность использования тепла в качестве источника нагрева конвекционной риформинг-установки. После вышеуказанного улавливания тепла синтез-газ подают в колонну для отгонки СO₂, в которой содержащийся в синтез-газе диоксид углерода отделяют и удаляют из синтез-газа с тем, чтобы получить газ, имеющий заданное молярное отношение СО/Н₂, причем полученный в результате газ потом подают в реактор Фишера-Тропша. Часть извлеченного диоксида углерода смешивают с природным газом в участке на стороне входа конвекционной риформинг-установки, и оставшийся диоксид углерода выпускают за пределы системы.

Однако изобретению, раскрытому в вышеуказанной нерассмотренной заявке на патент Японии 6-184559, присуща проблема, связанная с тем, что поскольку конвекционная риформинг-установка нагревается с применением тепла из нагревателя конвекционной риформинг-установки, для риформинга вышеуказанного содержащего водяной пар природного газа в конвекционной риформинг-установке является доступным лишь недостаточное количество тепла, поэтому может быть риформирована лишь часть содержащегося в природном газе метана. Вследствие этого, риформированный газ из конвекционной риформинг-установки подают в саморазогревающуюся риформинг-установку (печь неполного окисления) с тем, чтобы вызвать сгорание водородного газа в риформированном газе с применением кислорода, который был подан в саморазогревающуюся риформинг-установку, и вследствие этого, нагрев газообразной смеси до температуры, необходимой для образования заданного синтез-газа.

В результате в саморазогревающуюся риформинг-установку необходимо подать большое количество кислорода. Поскольку кислород обычно получают в кислородной установке, где кислород выделяют из воздушной атмосферы путем низкотемпературной обработки, использование большого количества кислорода приводит не только к расходу огромного количества энергии, но также к увеличению масштабов установки и, вследствие этого, к увеличению расходов для производства синтез-газа.

С другой стороны, способ производства синтез-газа раскрыт также в "Chemical Engineering Progress", Wang, August 1987. pp. 46-53. Более конкретно, в левой колонке страницы 49 публикации описано получение кетоспирта реакцией олефина со смешанным газом, содержащим водород и монооксид углерода при отношении Н₂/СО = 1. В этой публикации в правой колонке страницы 49 описано также в виде способа 4А производство синтез-газа, содержащего водород и монооксид углерода при отношении Н₂/СО = 1 - 2, в котором в случае подачи десульфурированного природного газа в установку риформинга с водяным паром к природному газу снаружи (например, из находящейся по соседству установки для производства аммиака) добавляют монооксид углерода для обеспечения реакции между природным газом, водяным паром и диоксидом углерода. Хотя этот способ является выгодным по той причине, что получение водорода в избытке может быть сведено к минимуму без необходимости добавления кислорода, как описано в правой колонке, строки 8-11 страницы 49 публикации, однако в целом этот способ является невыгодным, главным образом потому, что для него необходим источник СО₂ (например, расположенная по соседству установка для производства аммиака). Поэтому вышеописанный способ 4А является бесполезным, за исключением случая, когда по соседству расположен источник СО₂, такой как установка для производства аммиака.

Предмет этого изобретения предусматривает способ производства синтез-газа, который делает возможным обеспечение СO₂ внутри установки для производства синтез-газа с применением реакционной системы Фишера-Тропша, вследствие чего обеспечивается возможность дешевого производства синтез-газа с помощью реакционной системы Фишера-Тропша, не ограниченной расположением источника газа СО₂, такого как установка для получения аммиака, причем синтез-газ содержит водородный газ и монооксид углерода при молярном отношении Н₂ /СО, которое является подходящим для синтеза бензина, керосина и газойля.

Другой предмет этого изобретения предусматривает способ производства синтез-газа, содержащего водородный газ и монооксид углерода при молярном отношении Н₂/СО, которое является подходящим для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша, в которой содержащий диоксид углерода природный газ подают в риформинг-установку и затем полученный в результате риформированный газ вводят из риформинг-установки в печь неполного окисления с тем, чтобы обеспечить сгорание водорода в риформированном газе в соответствии с его реакцией с кислородом, который был подан в печь неполного окисления, способ отличается тем, что он способен свести к минимуму количество кислорода, подаваемого в печь неполного окисления, вследствие чего обеспечивается возможность уменьшения размеров установки для получения кислорода.

Это изобретение предусматривает способ производства синтез-газа, содержащего СО и Н₂, который является подходящим для использования в синтезе бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша; способ включает стадии:
подачи смешанного с водяным паром природного газа в риформинг-установку, которая снабжена радиационной камерой горения для сгорания топлива, причем риформинг-установка обогревается радиационной камерой горения;
извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения;
добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу в участок на стороне впуска риформинг-установки, вследствие чего обеспечивается реакция риформинга, происходящая с получением синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, которое является подходящим для применения в синтезе бензина, керосина и газойля.

В способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением из синтез-газа, полученного в риформинг-установке, может быть извлечен диоксид углерода, при этом полученный диоксид углерода рециркулируют в зону на стороне впуска риформинг-установки.

В способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением процесс извлечения диоксида углерода из синтез-газа может быть осуществлен с использованием того же самого поглощающего раствора, который используется в процессе извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, применяемого для обогрева риформинг-установки. Процесс извлечения диоксида углерода из синтез-газа может быть осуществлен с использованием поглощающего раствора на основе амина или поглощающего раствора на основе карбоната калия, тогда как процесс извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения может быть осуществлен с применением аминоспирта, который по сравнению с традиционно используемым поглощающим раствором моноэтаноламина оказывает лишь минимальное отрицательное действие.

В способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением на стороне впуска риформинг-установки может быть расположена установка предварительного риформинга, при этом природный газ, к которому был добавлен водяной пар, подают в риформинг-установку через установку предварительного риформинга, извлеченный из отходящего газообразного продукта диоксид углерода подают в канал, соединяющий риформинг-установку и установку предварительного риформинга.

В способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением стадия добавления диоксида углерода к смешанному с паром природному газу может быть осуществлена с помощью размещения на последующей ступени риформинга увлажняющего устройства, введения в увлажняющее устройство синтез-газа из риформинг-установки, нагрева увлажняющего устройства отходящим теплом синтез-газа, подачи природного газа и воды в увлажняющее устройство и добавления к природному газу в увлажняющем устройстве водяного пара.

В способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением в зону на стороне впуска риформинг-установки может быть циркулирован продувочный газ, содержащий диоксид углерода, причем в случае синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша и использования синтез-газа, полученного в риформинг-установке, продувочный газ получают в реакционной системе Фишера-Тропша.

Это изобретение также предусматривает альтернативный способ производства синтез-газа, содержащего СО и Н₂, который является подходящим для использования в синтезе бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша; способ включает стадии:
подачи смешанного с водяным паром природного газа в риформинг-установку, которая снабжена радиационной камерой горения для сгорания топлива, причем риформинг-установка обогревается радиационной камерой горения;
извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения;
добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу в участок на стороне впуска риформинг-установки, вследствие чего обеспечивается протекание реакции риформинга;
введения риформированного газа из риформинг-установки в печь неполного окисления одновременно с введением кислорода в печь неполного окисления, вследствие чего риформированный газ взаимодействует с кислородом с получением синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, которое является подходящим в синтезе бензина, керосина и газойля,
В этом альтернативном способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением из синтез-газа, полученного в печи неполного окисления, может быть извлечен диоксид углерода, при этом полученный диоксид углерода рециркулирует в зону на стороне впуска риформинг-установки.

В этом альтернативном способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением процесс извлечения диоксида углерода из синтез-газа может быть осуществлен с использованием того же самого поглощающего раствора, который используется в процессе извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, выпущенного из радиационной камеры горения риформинг-установки. Процесс извлечения диоксида углерода из синтез-газа может быть осуществлен с использованием поглощающего раствора на основе амина или поглощающего раствора на основе карбоната калия, хотя процесс извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения может быть осуществлен с применением аминоспирта, который, по сравнению с традиционно используемым поглощающим раствором моноэтаноламина, оказывает лишь минимальное отрицательное действие.

В этом альтернативном способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением на стороне впуска риформинг-установки может быть расположена установка предварительного риформинга, при этом природный газ, к которому был добавлен водяной пар, подают в риформинг-установку через установку предварительного риформинга, извлеченный из отходящего газообразного продукта диоксид углерода подают в канал, соединяющий риформинг-установку и установку предварительного риформинга.

В этом альтернативном способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением стадия добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу может быть осуществлена с помощью размещения на последующей ступени риформинга увлажняющего устройства, введения в увлажняющее устройство синтез-газа из риформинг-установки, нагрева увлажняющего устройства отходящим теплом синтез-газа, подачи природного газа и воды в увлажняющее устройство и добавления к природному газу в увлажняющем устройстве водяного пара.

В этом альтернативном способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением кислород, смешанный с диоксидом углерода, предпочтительно подают в печь неполного окисления. Кроме того, в печь неполного окисления может быть подан водяной пар.

В этом альтернативном способе производства синтез-газа в соответствии с этим изобретением в зону на стороне впуска риформинг-установки может быть циркулирован продувочный газ, содержащий диоксид углерода, причем в случае синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша и использования синтез-газа, полученного в печи неполного окисления, продувочный газ получают в реакционной системе Фишера-Тропша.

Дополнительные цели и преимущества изобретения изложены в последующем описании и частично будут очевидными из описания, или могут быть изучены при реализации изобретения. Цели и преимущества изобретения могут быть осуществлены и получены с помощью далее указанных средств и способов.

Сопровождающие чертежи, которые включены в описание и составляют его часть, иллюстрируют предпочтительные варианты изобретения и вместе с вышеприведенным описанием общего характера и подробным описанием приведенных ниже предпочтительных вариантов служат для объяснения сущности изобретения.

Фиг. 1 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с первым вариантом изобретения.

Фиг. 5 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с пятым вариантом изобретения.

Фиг. 6 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с шестым вариантом изобретения.

Фиг. 8 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с восьмым вариантом изобретения.

Фиг.11 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с одиннадцатым вариантом изобретения.

Фиг.12 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с двенадцатым вариантом изобретения.

Фиг.13 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с тринадцатым вариантом изобретения.

Далее способ производства синтез-газа, который является подходящим для применения в синтезе бензина, керосина и газойля, будет объяснен со ссылкой на чертежи.

Первый вариант.

Как следует из фиг.1, риформинг-установка 10 содержит реакционную трубу 11, приспособленную к применению для риформинга водяного пара, радиационную камеру горения 12, расположенную вокруг реакционной трубы 11, и вытяжную трубу 14, которая сообщается через конвекционную камеру 13 (камеру извлечения отходящего тепла) с радиационной камерой горения 12. Реакционную трубу 11 заполняют, например, катализатором на основе никеля.

Канал для ввода топлива 20₃ сообщается с радиационной камерой горения 12 риформинг-установки 10. Канал для ввода неочищенного газа 20₁ сообщается через конвекционную камеру 13 риформинг-установки 10 с верхним концом реакционной трубы 11. Этот канал для ввода неочищенного газа 20₁ может быть снабжен десульфуризатором (не показан). Канал для ввода водяного пара 20₂ сообщается с каналом для ввода неочищенного газа 20₁, который расположен на стороне впуска конвекционной камеры 13.

В конвекционной камере 13 риформинг-установки 10 располагают первое устройство для извлечения диоксида углерода 31₁, обеспечивающее возможность извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, существующего в конвекционной камере 13. Первое устройство для извлечения диоксида углерода 31₁ сообщается через канал 20₄ с компрессором 32. Компрессор 32 сообщается через канал 20₅ с каналом для ввода неочищенного газа 20₁, который расположен на стороне впуска риформинг-установки 10.

Канал для потока синтез-газа 20₆ одним его концом сообщается с нижним концом реакционной трубы 11 риформинг-установки 10 и, кроме того, другим его концом сообщается с реакционной системой Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта. Кстати, загружаемый в реакционную систему ФТ 33 катализатор не может быть ограничен катализатором на основе кобальта, но может быть, например, катализатором на основе железа. В середине канала для потока синтез-газа 20₆, расположенного в вышеупомянутом порядке на стороне выпуска риформинг-установки 10, последовательно размещены теплообменник 34 и второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂. Теплообменник 34 пересекается с каналом 20₇ для обогрева, например, поступающей в этот канал 20₇ котельной воды, вследствие которого генерируется пар высокого давления. Второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂ сообщается через канал 20₈ с компрессором 32. Кстати, например, для протекания котельной воды с конвекционной камерой 13 риформинг-установки 10 пересекается канал 20₉, обеспечивающий теплообмен отходящего газообразного продукта горения с вышеуказанной котельной водой, вследствие чего отходящий газообразный продукт горения охлаждается и в то же самое время происходит нагрев котельной воды для генерации пара высокого давления.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.1.

Прежде всего, через канал для ввода топлива 20₃ в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 подают топливо для сжигания с целью обеспечения его сгорания вместе с воздухом, вследствие этого реакционная труба 11 нагревается до заданной температуры. Отходящий газообразный продукт горения, содержащий диоксид углерода и генерированный в радиационной камере горения 12, протекает через конвекционную камеру 13 в вытяжную трубу 14. Когда отходящий газообразный продукт горения проходит через конвекционную камеру 13, он подвергается теплообмену с природным газом, проходящим через канал для ввода неочищенного газа 20₁, а также с котельной водой, проходящей через канал 20₉, вследствие чего отходящий газообразный продукт горения охлаждается. Находящийся в охлажденном таким образом отходящем продукте горения диоксид углерода извлекают с помощью первого устройства для извлечения диоксида углерода 31₁ и затем перемещают через канал 20₄ в компрессор 32. Затем отходящий газообразный продукт горения, из которого удален диоксид углерода, выпускают через вытяжную трубу 14 в воздушную атмосферу.

В канал для ввода неочищенного газа 20₁ подают природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан. В этот момент времени через канал 20₅ к природному газу при заданном соотношении добавляют диоксид углерода, который был подвергнут сжатию под повышенным давлением компрессором 32. Кроме того, к природному газу при заданном отношении через канал для ввода водяного пара 20₂ добавляют также водяной пар. Кстати, что касается водяного пара, то может быть использован водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и синтез-газом в теплообменнике 34, а также водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и отходящим газообразным продуктом горения в конвекционной камере 13 риформинг-установки 10.

Природный газ, смешанный с диоксидом углерода и водяным паром, при прохождении через конвекционную камеру 13 риформинг-установки 10 протекает внутри канала для ввода неочищенного газа 20₁ и нагревается (предварительный нагрев). После этого смешанный природный газ подают в реакционную трубу 11. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий метан (СН₄) в качестве основного компонента, водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии помещенного в реакционную трубу 11 катализатора, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в синтез-газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии со следующими уравнениями (1) и (2);
CH₄H₂O ⇄ CO+3H₂; (1)
CO+H₂O ⇄ CO₂+H₂. (2)
В соответствии с уравнениями (1) и (2) реакции риформинга 4 моля водорода и один моль диоксида углерода могут быть получены реакцией между одним молем метана и двумя молями водяного пара. Однако в действительной реакционной системе может быть получен состав, который является близким к составу химического равновесия, которое может быть определено температурой и давлением на выходе риформинг-установки. Поэтому в случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, возможно путем установления отношений между природным газом, водяным паром и диоксидом углерода до таких значений, чтобы отношение между метаном (CH₄) и водяным паром (Н₂О) СН₄:Н₂О было равно от 1: 1,5 до 1: 3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (CO₂) CH₄:СО₂ было бы равно от 1:1 до 1:3.

Кстати, поскольку вышеприведенная реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней области реакционной трубы 11, например до температуры от 850 до 900^oС в вышеуказанной радиационной камере горения 12 риформинг-установки 10 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 20₇, полученный таким образом синтез-газ подают через канал для потока синтез-газа 20₆ в теплообменник 34, вследствие чего генерируется пар высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают во второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂, в котором извлекают включенный в синтез-газ диоксид углерода, и в то же самое время через канал 20₁₀ за пределы системы сливают одновременно полученную воду. Извлеченный таким образом диоксид углерода перемещают через канал 20₈ в компрессор 32 с тем, чтобы его сжать вместе с диоксидом углерода, который был извлечен в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 31₁, при этом полученный в результате сжатый диоксид углерода перемещают через канал 20₅ в канал для ввода неочищенного газа 20₁ и добавляют к природному газу, имеющемуся в канале для ввода неочищенного газа 20₁.

Синтез-газ, из которого удален, как объяснялось выше, диоксид углерода, перемещают затем через канал 20₆ в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с первым вариантом, в случае осуществления реакции риформинга смешанного с водяным паром природного газа путем подачи смешанного с водяным паром природного газа через канал для ввода неочищенного газа 20₁ в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, с целью нагрева реакционной трубы 11 риформинг-установки 10, вследствие того, что реакция риформинга является эндотермической реакцией, предусмотрена радиационная камера горения 12. После этого отходящий газообразный продукт горения, выпущенный из радиационной камеры горения 12, охлаждают и затем содержащийся в отходящем газообразном продукте горения диоксид углерода извлекают в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 31₁ и сжимают в компрессоре 32, причем полученный в результате. сжатый диоксид углерода перемещают через канал 20₅ в канал для ввода неочищенного газа 20₁, размещенный на стороне впуска риформинг-установки 10, для его добавления к природному газу, протекающему через канал для ввода неочищенного газа 20₁. Кроме того, диоксид углерода, содержащийся в синтез-газе, полученном в риформинг-установке 10, извлекают также во втором устройстве для извлечения диоксида углерода 31₂ и затем перемещают через канал 20₈ в компрессор 32 для того, чтобы его сжать вместе с диоксидом углерода, извлеченным в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 31₁, причем полученный в результате сжатый диоксид углерода перемещают через канал 20₅ в канал для ввода неочищенного газа 20₁ и добавляют к природному газу, протекающему через канал для ввода неочищенного газа 20₁.

Путем подачи таким образом диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5. Затем синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом, и обеспечивается возможность синтеза бензина, керосина и газойля.

Поэтому, поскольку можно получить диоксид углерода в установке для производства синтез-газа (главным образом, в риформинг-установке), которая включает реакционную систему Фишера-Тропша, не зависящую от отдельного источника диоксида углерода, в любом месте без ограничения места расположения источника газа СО₂, такого, как установка для получения аммиака, может быть дешево получен синтез-газ, содержащий водородный газ и монооксид углерода при молярном отношении Н₂/СО, которое является подходящим для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша.

Пример 1.

В примере 1 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным первым вариантом будет конкретно объяснено со ссылкой на фиг.1.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 со скоростью потока 625 кг•моль/час и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 12. Затем природный газ, водяной пар и диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения и синтез-газа, оба из которых были получены из риформинг-установки 10) вводили в канал для ввода неочищенного газа 20₁ при условиях, показанных в таблице 1, затем подвергали риформингу с водяным паром в реакционной трубе 11 риформинг-установки 10, вследствие этого получали синтез-газ. Состав полученного таким образом синтез-газа показан в таблице 1.

В таблице 1 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения 12 риформинг-установки 10, посредством первого устройства для извлечения диоксида углерода 31₁; обозначение (D) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из синтез-газа посредством второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂; обозначение (Е) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен посредством первого и второго устройств для извлечения диоксида углерода 31₁ и 31₂, причем извлеченный диоксид углерода после его сжатия компрессором 32 перемещают в канал для ввода 20₁; обозначение (F) представляет собой синтез-газ, который был произведен в риформинг-установке 10 и перемещен через теплообменник 34 во второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂, обозначение (G) представляет собой воду, слитую из второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂; и обозначение (Н) представляет собой синтез-газ, полученный после удаления диоксида углерода посредством второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂, причем синтез-газ в дальнейшем подают в реакционную систему ФТ 33. Указанные обозначения (А)-(Н) показаны также на фиг.1.

Как видно из таблицы 1, вследствие того, что в способе, в котором диоксид углерода, извлеченный посредством первого и второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₁ и 31₂, добавляли к смешанному с водяным паром природному газу, стало возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = примерно 2.

Второй вариант.

Фиг. 2 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии со вторым вариантом этого изобретения. На фиг.2 те же самые элементы схемы, которые применялись на вышеуказанной фиг.1, обозначены такими же цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Эта установка синтеза отличается тем, что в конвекционной камере 13 риформинг-установки 10 расположена первая поглотительная башня для диоксида углерода 35₁, и внутри первой поглотительной башни для диоксида углерода 35₁ помещен поглощающий раствор для поглощения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения в конвекционной камере 13. Кроме того, в канале для потока синтез-газа 20₆, который размещен на стороне выпуска теплообменника 34, размещена вторая поглотительная башня для диоксида углерода 35₂, в которую помещен такой же поглощающий раствор, как и в первую поглотительную башню для диоксида углерода 35₁. Первая и вторая поглотительные башни для диоксида углерода 35₁ и 35₂ связаны соответственно через каналы 20₁₁ и 20₁₂ с регенератором поглощающего раствора 31₃. Поглощающий раствор, применяемый для отделения и извлечения диоксида углерода в регенераторе поглощающего раствора 31₃, рециркулируют через канал 20₁₃ в первую поглотительную башню для диоксида углерода 35₁, и кроме того, рециркулируют через канал 20₁₄, который ответвлен от канала 20₁₃, во вторую поглотительную башню для диоксида углерода 35₂. Регенератор поглощающего раствора 31₃ сообщается через канал 20₁₅ с компрессором 32.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.2.

Прежде всего, через канал для ввода топлива 20₃ в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 подают топливо для сжигания с целью обеспечения его сгорания вместе с воздухом, вследствие этого реакционная труба 11 нагревается до заданной температуры. Отходящий газообразный продукт горения, содержащий диоксид углерода и генерированный в радиационной камере горения 12, протекает через конвекционную камеру 13 в вытяжную трубу 14. Когда отходящий газообразный продукт горения проходит через конвекционную зону 13, он подвергается теплообмену с природным газом, проходящим через канал для ввода неочищенного газа 20₁, а также с котельной водой, проходящей через канал 20₉, вследствие чего отходящий газообразный продукт горения охлаждается. Находящийся в охлажденном таким образом отходящем продукте горения диоксид углерода поглощается с помощью поглощающего раствора, помещенного внутри первой поглотительной башни для диоксида углерода 35₁. Поглощающий раствор, содержащий поглощенный в него диоксид углерода, перемещают через канал 20₁₁ в регенератор поглощающего раствора 31₃ для извлечения диоксида углерода, который затем через канал 20₁₅ перемещают в компрессор 32. Поглощающий раствор, из которого удален диоксид углерода, рециркулирует через канал 20₁₃ в первую поглотительную башню для диоксида углерода 35₁. Затем охлажденный отходящий газообразный продут горения, из которого удален диоксид углерода, выпускают через вытяжную трубу 14 в воздушную атмосферу.

В канал для ввода неочищенного газа 20₁ подают природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан. В этот момент времени через канал 20₅ к природному газу при заданном соотношении добавляют диоксид углерода, который был подвергнут сжатию под повышенным давлением компрессором 32. Кроме того, к природному газу при заданном отношении через канал для ввода водяного пара 20₂ добавляют также водяной пар. Кстати, что касается водяного пара, то может быть использован водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и синтез-газом в теплообменнике 34, а также водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и отходящим газообразным продуктом горения в конвекционной зоне 13 риформинг-установки 10.

Природный газ, смешанный с диоксидом углерода и водяным паром, при прохождении через конвекционную зону 13 риформинг-установки 10 протекает внутри канала для ввода неочищенного газа 20₁ и нагревается (предварительный нагрев). После этого смешанный природный газ подают в реакционную трубу 11. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий метан (СН₄) в качестве основного компонента, водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии помещенного в реакционную трубу 11 катализатора, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в синтез-газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

В реакции риформинга, случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода, производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, возможно путем установления отношений между природным газом, водяным паром и диоксидом углерода до таких значений, чтобы соотношение метана (CН₄) и водяного пара (Н₂О) СН₄:Н₂О было равно от 1:1,5 до 1:3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) СН₄:СО₂ было бы равно от 1:1 до 1:3.

Кстати, поскольку вышеприведенная реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней области реакционной трубы 11, например до 850 - 900^oС, в вышеуказанной радиационной камере горения 12 риформинг-установки 10 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 20₇, полученный таким образом синтез-газ подают через канал для потока синтез-газа 20₆ в теплообменник 34, вследствие чего генерируется пар высокого давления и сам синтез-газ охлаждается. Охлажденный синтез-газ затем перемещают во вторую поглотительную башню для диоксида углерода 35₂, содержащую такой же поглощающий раствор, который помещен в первую поглотительную башню для диоксида углерода 35₁, вследствие чего включенный в синтез-газ диоксид углерода поглощается поглощающим раствором и в то же самое время через канал 20₁₆ за пределы системы сливают одновременно полученную воду. Содержащий диоксид углерода поглощающий раствор перемещают затем через канал 20₁₂ в регенератор поглощающего раствора 31₃, в котором поглощенный диоксид углерода отделяют и извлекают из поглощающего раствора вместе с диоксидом углерода, поглощенным в поглощающий раствор, который был перемещен из первой поглотительной башни для диоксида углерода 35₁.

Извлеченный таким образом диоксид углерода затем перемещают через канал 20₁₅ в компрессор 32 с тем, чтобы его сжать в нем, при этом сжатый диоксид углерода затем перемещают через канал 20₅ в канал для ввода неочищенного газа 20₁ и добавляют к природному газу, имеющемуся в канале для ввода неочищенного 20₁. Поглощающий раствор, из которого диоксид углерода был удален в регенератор поглощающего раствора 31₃, рециркулируют через канал 20₁₄ во вторую поглотительную башню для диоксида углерода 35₂.

Синтез-газ, из которого был удален, как объяснялось выше, диоксид углерода, перемещают затем через канал 20₆ в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии со вторым вариантом можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, тем же самым способом, как в случае первого варианта. Этот синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, переносят затем в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и обеспечивается возможность синтеза бензина, керосина и газойля.

Кроме того, установку синтеза можно упростить, поскольку диоксид углерода, включенный в отходящий газообразный продукт горения, который был выпущен из радиационной камеры горения 12 риформинг-установки 10, а также диоксид углерода, включенный в синтез-газ, могут быть поглощены с применением одного и того же поглощающего раствора в первой и второй поглотительных башнях для диоксида углерода 35₁ и 35₂, и поглощенный таким образом в поглощающий раствор диоксид углерода в дальнейшем извлекают с помощью регенератора поглощающего раствора 31₃.

Пример 2
В примере 2 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным вторым вариантом будет конкретно объяснено со ссылкой на фиг.2.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 со скоростью потока 625 кг•моль/час и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 12. Затем природный газ, водяной пар и диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения и синтез-газа, оба из которых были получены из риформинг-установки 10) вводили в канал для ввода неочищенного газа 20₁ при условиях, показанных в таблице 2, и затем подвергали риформингу с водяным паром в реакционной трубе 11 риформинг-установки 10, вследствие этого получали синтез-газ. Состав полученного таким образом синтез-газа показан в таблице 2.

В таблице 2 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был поглощен таким же поглощающим раствором и извлечен посредством регенератора поглощающего раствора 31₃, причем извлеченный диоксид углерода перед его перемещением в канал для ввода неочищенного газа 20₁ сжимают компрессором 32; обозначение (D) представляет собой синтез-газ, который был произведен в риформинг-установке 10 для перемещения его через теплообменник 34 во вторую поглотительную башню для диоксида углерода 35₂; обозначение (Е) представляет собой воду, слитую из второй поглотительной башни для диоксида углерода 35₂; обозначение (F) представляет собой синтез-газ, полученный после удаления диоксида углерода посредством второй поглотительной башни для диоксида углерода 35₂, при этом синтез-газ в дальнейшем подают в реакционную систему ФТ 33. Обозначения (A)-(F) также показаны на фиг.2.

Как видно из таблицы 2, вследствие того, что в способе, в котором диоксид углерода, поглощенный одним и тем же поглощающим раствором и извлеченный в регенераторе поглощающего раствора 31₃, добавляли к смешанному с водяным паром природному газу, стало возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, равное примерно 2.

Третий вариант.

Фиг. 3 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с третьим вариантом этого изобретения. На фиг.3 те же самые элементы схемы, которые применялись на вышеуказанной фиг.1, обозначены такими же цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Эта установка синтеза отличается тем, что на стороне впуска риформинг-установки 10 размещена установка предварительного риформинга 36. Канал для ввода неочищенного газа 20₁ сообщается с верхней частью установки предварительного риформинга 36. Установка предварительного риформинга 36 сообщается через канал 20₁₇ с верхним концом реакционной трубы 11 риформинг-установки 10. Канал 20₁₇ сообщается через конвекционную зону 13 риформинг-установки 10 с реакционной трубой 11. Компрессор 32 сообщается через канал 20₅ с каналом 20₁₇, который размещен таким образом, что связывает установку предварительного риформинга 36 с риформинг-установкой 10.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.3.

Прежде всего, таким же способом, как и в первом варианте, для нагрева реакционной трубы 11 до заданной температуры в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 подают топливо для сжигания. Диоксид углерода, включенный в отходящий газообразный продукт горения, который был генерирован в радиационной камере горения 12 и впоследствии охлажден, извлекают в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 31₁ и затем переносят в компрессор 32.

В канал для ввода неочищенного газа 20₁ подают природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан. В этот момент времени через канал для ввода водяного пара 20₂ к природному газу при заданном соотношении добавляют также водяной пар. Природный газ, смешанный с водяным паром, при прохождении через конвекционную камеру 13 риформинг-установки 10 протекает внутри канала для ввода неочищенного газа 20₁ и нагревается (предварительный нагрев). После этого смешанный природный газ подают в установку предварительного риформинга 36. В установке предварительного риформинга 36 углеводороды природного газа, которые имеют два или более атомов углерода, главным образом этан, риформируются в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂.

Предварительно риформированный таким способом смешанный с водяным паром природный газ затем подают через канал 20₁₇ в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10. В этом случае диоксид углерода, который был сжат компрессором 32, подают при заданном соотношении через канал 20₅ в вышеуказанный предварительно риформированный природный газ, смешанный с водяным паром и протекающий через канал 20₁₇. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан (СН₄), водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии помещенного в реакционную трубу 11 катализатора, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в синтез-газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

В этой реакции риформинга, в случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода, производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, возможно путем установления отношений между природным газом (метаном), водяным паром и диоксидом углерода до таких значений, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) CH₄:H₂O было равно от 1: 1,5 до 1:3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) СН₄:СО₂ было бы равно от 1:1 до 1:3.

Кстати, поскольку вышеприведенная реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней реакционной трубы 11, например до 850 - 900^oС, в вышеуказанной радиационной камере горения 12 рилформинг-установки 10 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 20₇, полученный таким образом синтез-газ подают через канал для потока синтез-газа 20₆ в теплообменник 34, вследствие чего генерируется пар высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают во второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂, в котором извлекают включенный в синтез-газ диоксид углерода, и в то же самое время через канал 20₁₀ за пределы системы сливают одновременно полученную воду. Извлеченный таким образом диоксид углерода перемещают через канал 20₈ в компрессор 32 с тем, чтобы его сжать вместе с диоксидом углерода, который был извлечен в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 31₁, при этом полученный в результате сжатый диоксид углерода добавляют при заданном отношении через канал 20₅ к предварительно риформированному, смешанному с водяным паром природному газу, протекающему через канал 20₁₇.

В соответствии с третьим вариантом можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, тем же самым способом, как в случае первого варианта. Этот синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и обеспечивается возможность синтеза бензина, керосина и газойля.

Кроме того, поскольку на стороне впуска риформинг-установки 10 расположена установка предварительного риформинга 36, можно осуществить предварительный риформинг углеводородов природного газа, имеющих два или более атомов углерода, в основном этана, в имеющий один атом углерода метан, СО и Н₂, и уменьшить тепловую нагрузку в риформинг-установке 10. В результате может быть уменьшено количество топлива, подаваемого в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа с уменьшенным расходом топлива 32.

Пример 3
В примере 3 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным третьим вариантом будет конкретно объяснено со ссылкой на фиг.3.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 со скоростью потока 544 кг•моль/ч и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 12. Затем при условиях, показанных в таблице 3, природный газ и водяной пар вводили в канал для ввода неочищенного газа 20₁, тогда как диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения и синтез-газа, оба из которых были получены из риформинг-установки 10) добавляли при условиях, показанных в таблице 3, к предварительно риформированному, смешанному с водяным паром природному газу, протекающему через канал 20₁₇, который размещен таким образом, что связывает установку предварительного риформинга 36 с риформинг-установкой 10. В результате природный газ подвергается риформингу с водяным паром в реакционной трубе 11 риформинг-установки 10, вследствие которого обеспечивается производство синтез-газа. Состав полученного таким образом синтез-газа показан в таблице 3.

В таблице 3 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения 12 риформинг - установки 10, посредством первого устройства для извлечения диоксида углерода 31₁; обозначение (D) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из синтез-газа посредством второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂; обозначение (Е) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен посредством первого и второго устройств для извлечения диоксида углерода 31₁ и 31₂, причем извлеченный диоксид углерода впоследствии вводят в канал 20₁₇, который размещен таким образом, что связывает установку предварительного риформинга 36 с риформинг-установкой 10, и затем сжимают компрессором 32; обозначение (F) представляет собой синтез-газ, который был произведен в риформинг-установке 10 и перемещен через теплообменник 34 во второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂; обозначение (G) представляет собой воду, слитую из второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂; и обозначение (Н) представляет собой синтез-газ, полученный после удаления диоксида углерода посредством второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂, причем синтез-газ в дальнейшем подают в реакционную систему ФТ 33. Обозначения (А)-(Н) показаны также на фиг.3.

Как видно из таблицы 3, вследствие того, что в способе, в котором диоксид углерода, извлеченный посредством первого и второго устройств для извлечения диоксида углерода 31₁ и 31₂, добавляли к смешанному с водяным паром природному газу, который был предварительно риформирован, и затем полученную в результате газовую смесь подавали в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, стало возможным производство почти такого же количества синтез-газа, имеющего молярное отношение H₂/CO = примерно 2, которое было получено в вышеприведенном первом варианте, причем даже в том случае, если количество топлива, подаваемого в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10, уменьшали примерно на 20% по сравнению с количеством топлива, подаваемого в вышеприведенном первом варианте.

Четвертый вариант.

Фиг. 4 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с четвертым вариантом этого изобретения. На фиг.4 те же самые элементы схемы, которые применялись на вышеуказанной фиг.1, обозначены такими же цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.4.

Прежде всего, таким же способом, как и в первом варианте, для нагрева реакционной трубы 11 до заданной температуры в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 подают топливо для сжигания. Диоксид углерода, включенный в отходящий газообразный продукт горения, который был генерирован в радиационной камере горения 12 и впоследствии охлажден, извлекают в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 31 и затем переносят в компрессор 32.

В канал для ввода неочищенного газа 20₁ подают природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан. В этот момент времени через канал 20 к природному газу при заданном отношении добавляют диоксид углерода, сжатый компрессором 32. Природный газ, смешанный с диоксидом углерода (диоксид углерода - смешанный природный газ) протекает внутри канала для ввода неочищенного газа 20₁ и затем его подают в верхнюю часть увлажняющего устройства 37. Для увлажнения вышеуказанного природного газа, смешанного с диоксидом углерода, в верхнюю часть увлажняющего устройства 37 через канал 20₁₉ подают воду. Более конкретно, обеспечивают контактирование смешанного с диоксидом углерода природного газа с водой, подаваемой в увлажняющее устройство 37 из канала 20₁₉, вследствие которого природный газ, смешанный с диоксидом углерода, увлажняется водой, после чего смешанный с диоксидом углерода природный газ нагревают и дополнительно увлажняют посредством его теплообмена с высокотемпературным синтез-газом, который был подан из реакционной трубы 11 риформинг-установки 10 через канал 20₆.

Увлажненный природный газ, смешанный с диоксидом углерода, подают затем через канал 20₁₈ в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10. В этом случае в смешанный газ, протекающий через канал 20₁₈, из канала 20₂₀ подают водяной пар, посредством этого возмещается нехватка количества водяного пара. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий метан (СН₄) в качестве основного компонента, водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии помещенного в реакционную трубу 11 катализатора, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в синтез-газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

В этой реакции риформинга, в случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода, производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, возможно путем установления отношений между природным газом (метаном), водяным паром и диоксидом углерода до таких значений, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) СН₄:Н₂О было равно от 1: 1,5 до 1:3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) было бы равно от 1:1 до 1:3.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 20₇, полученный таким образом синтез-газ подают через канал для потока синтез-газа 20₆ в теплообменник 34, вследствие чего генерируется пар высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают в увлажняющее устройство 37 для использования в качестве источника нагрева при увлажнении вышеуказанного природного газа, смешанного с диоксидом углерода. Выпущенный из увлажняющего устройства 37 синтез-газ перемещают во второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂, в котором извлекают включенный в синтез-газ диоксид углерода, и в то же самое время через канал 20₁₀ за пределы системы сливают одновременно полученную воду. Извлеченный таким образом диоксид углерода перемещают через канал 20₈ в компрессор 32 с тем, чтобы его сжать вместе с диоксидом углерода, который был извлечен в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 31₁, при этом полученный в результате сжатый диоксид углерода добавляют через канал 20₅ при заданном отношении к смешанному с водяным паром природному газу, протекающему через канал для ввода неочищенного газа 20₁.

В соответствии с четвертым вариантом изобретения, можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, тем же самым способом, как в случае первого варианта. Этот синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля.

Кроме того, поскольку на стороне выпуска риформинг-установки 10 расположено увлажняющее устройство 37, предназначенное для увлажнения смешанного с диоксидом углерода природного газа, стало возможным уменьшение количества водяного пара, подаваемого через канал 20₂₀ в смешанный с диоксидом углерода природный газ. В результате может быть уменьшено количество водяного пара, подаваемого вместе с природным газом в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа с низкими затратами.

Пример 4
В примере 4 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным четвертым вариантом будет конкретно объяснено на фиг.4.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 со скоростью потока 625 кг• моль/ч и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 12. Затем при условиях, показанных в таблице 4, природный газ и диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения и синтез-газа, оба из которых были получены из риформинг-установки 10), подавали в увлажняющее устройство 37, тогда как водяной пар подавали при условиях, показанных в таблице 4, в заранее увлажненный природный газ, смешанный с диоксидом углерода и протекающий через канал 20₁₈. В результате смешанный газ, содержащий природный газ, водяной пар и диоксид углерода, подвергается риформингу с водяным паром в реакционной трубе 11 риформинг-установки 10, вследствие которого обеспечивается производство синтез-газа. Состав полученного таким образом синтез-газа показан в таблице 4.

В таблице 4 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал 20₁₈, через который протекает заранее увлажненный природный газ, смешанный с диоксидом углерода; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в реакционной камере горения 12 риформинг-установки 10, посредством первого устройства для извлечения диоксида углерода 31; обозначение (D) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из синтез-газа посредством второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂; обозначение (Е) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен посредством первого и второго устройств для извлечения диоксида углерода 31₁ и 31₂, причем извлеченный диоксид углерода впоследствии вводят в канал для ввода неочищенного газа 20₁ и затем сжимают компрессором 32; обозначение (F) представляет собой синтез-газ, который был произведен в риформинг-установке 10 и перемещен через теплообменник 34 и увлажняющее устройство 37 во второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂; обозначение (G) представляет собой воду, подаваемую в увлажняющее устройство 37; обозначение (Н) представляет собой воду, слитую из второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂; и обозначение (I) представляет собой синтез-газ, полученный после удаления диоксида углерода посредством второго устройства для извлечения диоксида углерода 31₂, причем синтез-газ в дальнейшем подают в реакционную систему ФТ 33. Обозначения (А)-(I) показаны также на фиг.4.

Как видно из таблицы 4, вследствие того, что в способе, в котором диоксид углерода, извлеченный посредством первого и второго устройств для извлечения диоксида углерода 31₁ и 31₂, добавляли к природному газу и затем полученную в результате газовую смесь подавали через увлажняющее устройство 37 в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, стало возможным производство почти такого же количества синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = примерно 2, которое было получено в вышеприведенном первом варианте, даже в том случае, если количество водяного пара, подаваемого в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10, уменьшали примерно на 1/3 по сравнению с количеством водяного пара, подаваемого в вышеприведенном первом варианте.

Пятый вариант.

Фиг. 5 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина, газойля, которая может быть использована в соответствии с пятым вариантом этого изобретения. На фиг.5 те же самые элементы схемы, которые применялись на вышеуказанной фиг.1, обозначены такими же цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Эта установка синтеза отличается тем, что в середине канала для потока синтез-газа 20₆, который расположен между теплообменником 34 и вторым устройством для извлечения диоксида углерода 31₂, расположенными на стороне выпуска риформинг-установки 10, размещено увлажняющее устройство 37 типа теплообменника. Канал для ввода неочищенного газа 20 сообщается с верхней частью увлажняющего устройства 37. Увлажняющее устройство 37 сообщается через канал 20₁₈ с верхней частью установки предварительного риформинга 36, расположенной на стороне впуска риформинг-установки 10. Установка предварительного риформинга 36 сообщается через канал 20₁₇ с верхним концом реакционной трубы 11 риформинг-установки 10. Канал 10₁₇ сообщается через конвекционную камеру 13 риформинг-установки 10 с реакционной трубой 11. Компрессор 32 сообщается через канал 20₅ с каналом 20₁₇, который размещен для связывания установки предварительного риформинга 36 с риформинг-установкой 10.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.5.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, подают через канал для ввода неочищенного газа 20₁ в верхнюю часть увлажняющего устройства 37. Природный газ увлажняют подачей воды в верхнюю часть увлажняющего устройства 37 через канал 20₁₉. Более конкретно, обеспечивают контактирование природного газа с водой, подаваемой из канала 20₁₉ в увлажняющее устройство 37, и полученный в результате увлажненный природный газ подвергают затем теплоообмену с высокотемпературным синтез-газом, поданным через канал 20₆ из реакционной трубы 11 риформинг-установки 10, вследствие чего обеспечивается возможность дополнительного увлажнения природного газа.

Увлажненный таким образом природный газ перемещают затем через канал 20₁₈ в установку предварительного риформинга 36. В этом случае в природный газ, протекающий через канал 20₁₈, из канала 20₂₀ подают водяной пар, вследствие этого возмещается нехватка количества водяного пара. Кроме того, увлажненный природный газ, смешанный с водяным паром, при прохождении через конвекционную камеру 13 риформинг-установки 10, протекает через канал 20₁₈ и нагревается (предварительный нагрев). В вышеуказанной установке предварительного риформинга 36 углеводороды природного газа, которые имеют два или более атомов углерода, главным образом этан, риформируются в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂ .

Предварительно риформированный таким образом природный газ, смешанный с водяным паром, подают затем через канал 20₁₇ в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10. В этом случае через канал 20₅ при заданном отношении в предварительно риформированный, как упоминалось выше, природный газ, смешанный с водяным паром и протекающий через канал 20₁₇, подают диоксид углерода, который был сжат компрессором 32. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий метан (СН₄) в качестве основного компонента, водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии помещенного в реакционную трубу 11 катализатора, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в синтез-газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

В этой реакции риформинга, в случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода, производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, возможно путем установления отношений между природным газом (метаном), водяным паром и диоксидом углерода до таких значений, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара СН₄:Н₂О было равно от 1:1,5 до 1:3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) СН₄:СО₂ было бы равно от 1:1 до 1:3.

Кстати, поскольку вышеприведенная реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней области реакционной трубы 11, например до 850 - 900^oС, в вышеуказанной радиационной камере 12 риформинг-установки 10 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 20₇, полученный таким образом синтез-газ подают через канал для потока синтез-газа 20₆ в теплообменник 34, вследствие чего генерируется пар высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают в увлажняющее устройство 37 для использования в качестве источника нагрева при увлажнении вышеуказанного смешанного с диоксидом углерода природного газа. Выпущенный из увлажняющего устройства 37 синтез-газ перемещают затем во второе устройство для извлечения диоксида углерода 31₂, в котором извлекают включенный в синтез-газ диоксид углерода, и в то же самое время через канал 20₁₀ за пределы системы сливают одновременно полученную воду. Извлеченный таким образом диоксид углерода перемещают через канал 20₈ в компрессор 32 с тем, чтобы его сжать вместе с диоксидом углерода, который был извлечен в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 31, при этом полученный в результате сжатый диоксид углерода добавляют при заданном отношении через канал 20₅ к предварительно риформированному, смешанному с водяным паром природному газу, протекающему через канал 20₁₇.

В соответствии с пятым вариантом можно осуществить производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, тем же самым способом, как в случае первого варианта. Синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему Фишера-Тропша 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и обеспечивается возможность синтеза бензина, керосина и газойля.

Кроме того, поскольку на стороне впуска риформинг-установки 10 расположена установка предварительного риформинга 36, вследствие этого можно осуществить предварительный риформинг углеводородов природного газа, имеющих два или более атомов углерода, в основном этана, в имеющий один атом углерода метан, СО и Н₂, и уменьшить тепловую нагрузку в риформинг-установке 10. В результате может быть уменьшено количество топлива, подаваемого в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа с низкими затратами.

Более того, поскольку на стороне выпуска риформинг-установки 10 расположено увлажняющее устройство 37, предназначенное для увлажнения природного газа, стало возможным уменьшение количества водяного пара, подаваемого через канал 20₂₀ в природный газ. В результате может быть уменьшено количество водяного пара, подаваемого вместе с природным газом в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа с низкими затратами.

Кстати, из всех приведенных вариантов, в соответствии с третьим-пятым вариантами, первая и вторая поглотительные башни для диоксида углерода, содержащие один и тот же вид поглощающего раствора для диоксида углерода и одно устройство для извлечения диоксида углерода, используемые в вышеприведенном втором варианте, могут быть заменены первым и вторым устройствами для извлечения диоксида углерода, используемыми в третьем-пятом вариантах производства синтез-газа.

Шестой вариант.

Как следует из фиг.6, риформинг-установка 10 содержит реакционную трубу 11, приспособленную к применению для риформинга водяного пара, радиационную камеру горения 12, расположенную вокруг реакционной трубы 11, и вытяжную трубу 14, которая сообщается через конвекционную камеру 13 (камеру извлечения отходящего тепла) с радиационной камерой горения 12. Реакционную трубу 11 заполняют, например, никелевым катализатором.

Канал для ввода неочищенного газа 20₁ сообщается через конвекционную камеру 13 риформинг-установки 10 с верхним концом реакционной трубы 11. Канал для ввода неочищенного газа 20₁ может быть снабжен десульфуризатором (не показан). Канал для ввода водяного пара 20₂ сообщается с каналом для ввода неочищенного газа, который расположен на стороне впуска конвекционной камеры 13.

С радиационной камерой горения 12 риформинг-установки 10 сообщается канал для ввода топлива 20₃.

В конвекционной камере 13 риформинг-установки 10 располагают устройство для извлечения диоксида углерода 31, обеспечивающее возможность извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, имеющегося в конвекционной камере 13. Устройство для извлечения диоксида углерода 31 сообщается через канал 20₄ с компрессором 32. Компрессор 32 сообщается через канал 20₅ с каналом для ввода неочищенного газа 20₁, который расположен на стороне впуска риформинг-установки 10.

Канал для потока синтез-газа 20₆ одним его концом сообщается с нижним концом реакционной трубы 11 риформинг-установки 10 и, кроме того, другим его концом сообщается с реакционной системой Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта. Реакционная система ФТ 33 сообщается через канал для потока продувочного газа 20₂₁ с каналом для ввода неочищенного газа 20₁, который расположен на стороне впуска риформинг-установки 10. Кстати, загружаемый в реакционную систему ФТ 33 катализатор не может быть ограничен катализатором на основе кобальта, но может быть, например, катализатором на основе железа. В середине канала для потока синтез-газа 20 расположен теплообменник 34. Теплообменник 34 пересекается с каналом 20₇ для обогрева, например, проходящей через этот канал 20₇ котельной воды, вследствие которого генерируется пар высокого давления. Кстати, например, для протекания котельной воды с конвекционной камерой 13 риформинг-установки 10 пересекается канал 20₉, обеспечивающий теплообмен отходящего газообразного продукта горения с вышеуказанной котельной водой, вследствие чего отходящий газообразный продукт горения охлаждается и в то же самое время происходит нагрев котельной воды для генерации пара высокого давления.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.6.

Прежде всего, через канал для ввода топлива 20₃ в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 подают топливо для сжигания с целью обеспечения его сгорания вместе с воздухом, вследствие этого реакционная труба 11 нагревается до заданной температуры. Отходящий газообразный продукт горения, содержащий диоксид углерода и генерированный в радиационной камере горения 12, протекает через конвекционную камеру 13 в вытяжную трубу 14. Когда отходящий газообразный продукт горения проходит через конвекционную камеру 13, он подвергается теплообмену с природным газом, проходящим через канал для ввода неочищенного газа 20₁, и также с котельной водой, проходящей через канал 20₉, вследствие чего отходящий газообразный продукт горения охлаждается. Находящийся в охлажденном таким образом отходящем продукте горения диоксид углерода извлекают с помощью устройства для извлечения диоксида углерода 31 и затем перемещают через канал 20₄ в компрессор 32. Затем отходящий газообразный продукт горения, из которого удален диоксид углерода, выпускают через вытяжную трубу 14 в воздушную атмосферу.

В соответствии с вышеприведенной реакцией риформинга, в случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода, производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, возможно путем установления отношений между природным газом, водяным паром и диоксидом углерода до таких значений, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) СН₄:Н₂О было равно от 1:1,5 до 1:3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) СН₄:СО₂ было бы равно от 1:1 до 1:3.

В соответствии с шестым вариантом, в случае осуществления реакции риформинга смешанного с водяным паром природного газа путем подачи смешанного с водяным паром природного газа через канал для ввода неочищенного газа 20₁ в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, с целью нагрева реакционной трубы 11 риформинг-установки 10, вследствие того, что реакция риформинга является эндотермической реакцией, предусмотрена радиационная камера горения 12. После этого отходящий газообразный продукт горения, выпущенный из радиационной камеры горения 12, охлаждают и затем содержащийся в отходящем газообразном продукте горения диоксид углерода извлекают в устройстве для извлечения диоксида углерода и сжимают в компрессоре 32, причем полученный в результате сжатый диоксид углерода перемещают через канал 20₅ в канал для ввода неочищенного газа 20₁, размещенный на стороне впуска риформинг-установки 10 для его добавления к природному газу, протекающему через канал для ввода неочищенного газа 20₁. Кроме того, к природному газу, имеющемуся в канале для ввода неочищенного газа 20₁, через канал 20₂₁ добавляют продувочный газ, содержащий диоксид углерода, генерированный в реакционной системе Фишера-Тропша (ФТ) 33.

Путем подачи таким образом диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и H₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5. Затем синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и обеспечивается возможность синтеза бензина, керосина и газойля.

Поэтому, поскольку можно получить диоксид углерода в установке для производства синтез-газа (главным образом, в риформинг-установке), которая включает реакционную систему Фишера-Тропша, не зависящую от отдельного источника диоксида углерода, в любом месте без ограничения места расположения источника газа СО₂, такого как установка для получения аммиака, может быть дешево получен синтез-газ, содержащий водородный газ и монооксид углерода при молярном отношении Н₂/СО, которое является подходящим для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша.

Кроме того, поскольку в природный газ подают в качестве источника диоксида углерода продувочный газ, содержащий диоксид углерода, генерированный в реакционной системе Фишера-Тропша, больше нет необходимости в размещении отдельного устройства для извлечения диоксида углерода, включенного в синтез-газ, которое необходимо в случае любого из вышеописанных первого-пятого вариантов, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа для синтеза бензина, керосина и газойля с использованием дешевой установки.

Пример 5
В примере 5 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным первым вариантом будет конкретно объяснено со ссылкой на фиг.6.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 со скоростью потока 625 кг•моль/ч и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 12. Затем природный газ, водяной пар и диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения риформинг-установки 10 и продувочного газа, генерированного в реакционной системе Фишера-Тропша 33) вводили в канал для ввода неочищенного газа 20₁ при условиях, показанных в таблице 5, и затем подвергали риформингу с водяным паром в реакционной трубе 11 риформинг-установки 10, вследствие этого получали синтез-газ. Состав полученного таким образом синтез-газа показан в таблице 5.

В таблице 5 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 20₁; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен в устройстве для извлечения диоксида углерода 31, причем извлеченный диоксид углерода перед его перемещением в канал для ввода неочищенного газа 20₁ подвергают сжатию компрессором 32; обозначение (D) представляет собой продувочный газ, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша 33; и обозначение (Е) представляет собой синтез-газ, полученный в риформинг-установке 10, причем синтез-газ в дальнейшем подают через теплообменник 34 в реакционную систему Фишера-Тропша 33. Обозначения (А)-(Н) показаны также на фиг.6.

Как видно из таблицы 5, производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = около 2, возможно путем подачи смешанного газа в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, где смешанный газ был получен добавлением диоксида углерода, который был извлечен посредством устройства для извлечения диоксида углерода 31, в смешанный с водяным паром природный газ, и в то же самое время путем добавления смешанного с диоксидом углерода газа, генерированного в реакционной системе Фишера-Тропша 33, к смешанному с водяным паром природному газу.

Седьмой вариант.

Фиг. 7 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с седьмым вариантом этого изобретения. На фиг.7 те же самые элементы схемы, которые применялись на вышеуказанной фиг.6, обозначены такими же цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Эта установка синтеза отличается тем, что в середине канала для потока синтез-газа 20₆, который расположен между теплообменником 34 и реакционной системой Фишера-Тропша 33, расположенными на стороне выпуска риформинг-установки 10, размещено увлажняющее устройство 37 типа теплообменника. Канал для ввода неочищенного газа 20₁ сообщается с верхней частью увлажняющего устройства 37. Увлажняющее устройство 37 сообщается через канал 20₁₈ с верхней частью установки предварительного рлформинга 36, расположенной на стороне впуска риформинг-установки 10. Установка предварительного риформинга 36 сообщается через канал 20₁₇ с верхним концом реакционной трубы 11 риформинг-установки 10. Канал 20₁₇ сообщается через конвекционную камеру 13 риформинг-установки 10 с реакционной трубой 11. Компрессор 32 сообщается через канал 20₅ с каналом 20₁₇, который размещен для соединения установки предварительного риформинга 36 с риформинг-установкой 10. Реакционная система ФТ 33 сообщается через канал 20₂₁, который предназначен для подачи продувочного газа, с каналом для ввода неочищенного газа 20₁.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.7.

Прежде всего, таким же способом, как и в шестом варианте, для нагрева реакционной трубы 11 до заданной температуры в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10 подают топливо для сжигания. Диоксид углерода, включенный в отходящий газообразный продукт горения, который был генерирован в радиационной камере горения 12 и впоследствии охлажден, извлекают в устройстве для извлечения диоксида углерода 31 и затем переносят в компрессор 32.

Через канал для ввода неочищенного газа 20₁ в верхнюю часть увлажняющего устройства 37 подают природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан. Природный газ увлажняют подачей воды в верхнюю часть увлажняющего устройства 37 через канал 20₁₉, в увлажняющее устройство 37, и полученный в результате увлажненный природный газ затем подвергают теплообмену с высокотемпературным синтез-газом, который был подан через канал 20₆ из реакционной трубы 11 риформинг-установки 10, вследствие этого обеспечивается возможность дополнительного увлажнения природного газа.

Увлажненный таким образом природный газ перемещают затем через канал 20₁₈ в установку предварительного риформинга 36. В этом случае к природному газу, протекающему через канал 20₁₈, подают водяной пар из канала 20₂₀, вследствие этого возмещается нехватка количества водяного пара. Затем смешанный с водяным паром увлажненный природный газ (при прохождении через конвекционную камеру 13 риформинг-установки 10) протекает через канал 20₁₈ и нагревается (предварительный нагрев). В вышеуказанной установке предварительного риформинга 36 углеводороды природного газа, которые имеют два или более атомов углерода, в основном этан, а также углеводороды, включенные в продувочный газ, полученный из реакционной системы Фишера-Тропша 33 (объяснено далее), и имеющие два и более атомов углерода, риформируют в метан, имеющий один атом углерода, СО и H₂.

Предварительно риформированный таким образом, смешанный с водяным паром природный газ подают затем через канал 20₁₇ в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10. В этом случае диоксид углерода, который был сжат компрессором 32, подают при заданном отношении через канал 20₅ в вышеуказанный риформированный, смешанный с водяным паром природный газ, протекающий через канал 20₁₇. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан (СН₄), водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии катализатора, помещенного в реакционную трубу 11, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в синтез-газ, содержащий водород, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

В этой реакции риформинга, в случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода, производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, возможно путем установления отношений между природным газом (метаном), водяным паром и диоксидом углерода до таких значений, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) СН₄:Н₂О было равно от 1: 1,5 до 1:3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) СН₄:СО₂ было бы равно от 1:1 до 1:3.

Кстати, поскольку вышеприведенная реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней поверхности реакционной трубы 11, например до 850 - 900^oС в вышеуказанной радиационной камере горения 12 риформинг-установки 10 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 20₇, полученный таким образом синтез-газ подают через канал для потока синтез-газа 20₆ в теплообменник 34, вследствие чего происходит генерация пара высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают в увлажняющее устройство 37 для использования в качестве источника нагрева при увлажнении вышеуказанного природного газа, смешанного с диоксидом углерода. Выпущенной из увлажняющего устройства 37 синтез-газ перемещают в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля. Кроме того, в реакции синтеза происходит генерация продувочного газа, содержащего диоксид углерода и не прореагировавший природный газ. Затем этот продувочный газ добавляют в качестве источника диоксида углерода через канал 20₂₁ к имеющемуся в канале для ввода неочищенного газа 20₁ природному газу. Кстати, включенные в продувочный газ углеводороды, имеющие два или более атомов углерода, риформируются в установке предварительного риформинга 36 в метан, имеющий один атом углерода, СО и H₂.

В соответствии с седьмым вариантом производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, можно осуществить тем же самым способом, как и в случае шестого варианта. Затем синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают в реакционную систему ФТ 33, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом, и становится возможным осуществление синтеза бензина, керосина и газойля.

Кроме того, поскольку продувочный газ, содержащий диоксид углерода, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша (ФТ) 33, подают в качестве источника диоксида углерода в природный газ, отсутствует необходимость в размещении отдельного устройства для извлечения диоксида углерода, включенного в синтез-газ, которое необходимо в случае любого из вышеуказанных первого-пятый вариантов, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа и синтеза бензина, керосина и газойля с использованием дешевой установки.

Кроме того, поскольку на стороне впуска риформинг-установки 10 расположена установка предварительного риформинга 36, возможно осуществление предварительного риформинга углеводородов природного газа, имеющих два или более атомов углерода, в основном этана, в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂, вследствие чего в риформинг-установке 10 может быть уменьшена тепловая нагрузка. В результате может быть уменьшено количество топлива, подаваемого в радиационную камеру горения 12 риформинг-установки 10, и обеспечивается возможность производства синтез-газа при уменьшенном расходе топлива.

Более того, поскольку на стороне выпуска риформинг-установки 10 расположено увлажняющее устройство 37, предназначенное для увлажнения природного газа, может быть уменьшено количество водяного пара, подаваемого через канал 20₂₀ в природный газ. В результате может быть уменьшено количество водяного пара, подаваемого вместе с природным газом в реакционную трубу 11 риформинг-установки 10, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа с низкими затратами.

Кстати, в седьмой вариант можно не включать увлажняющее устройство или установку предварительного риформинга. В первом случае из двух названных (когда не включают увлажняющее устройство) в канал для ввода неочищенного газа 20₁, где протекает природный газ, подают водяной пар, и полученный в результате природный газ, смешанный с водяным паром, непосредственно подают через канал для ввода неочищенного газа 20₁ в установку предварительного риформинга 36. Во втором случае (когда не включают установку предварительного риформинга) диоксид углерода, который был извлечен в устройстве для извлечения диоксида углерода 31 и затем сжат компрессором 32, подают в канал для ввода неочищенного газа 20₁, где протекает природный газ, и полученный в результате природный газ, смешанный с диоксидом углерода, перемещают через канал для ввода неочищенного газа 20₁ в увлажняющее устройство 37, вследствие чего смешанный с диоксидом углерода природный газ увлажняется. Однако в любом из этих случаев продувочный газ, содержащий диоксид углерода, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша, используется в качестве источника диоксида углерода и его направляют в канал для ввода неочищенного газа 20₁, где протекает природный газ.

Восьмой вариант.

Как следует из фиг.8, риформинг-установка 110 содержит реакционную трубу 111, приспособленную для риформинга с водяным паром, радиационную камеру горения 112, расположенную вокруг реакционной трубы 111, и вытяжную трубу 114, которая сообщается через конвекционную камеру 113 (камера для извлечения отходящего тепла) с радиационной камерой горения 112. Реакционную трубу 111 заполняют, например, катализатором на основе никеля.

Канал для ввода топлива 120₃ сообщается с радиационной камерой горения 112 риформинг-установки 110.

Канал для ввода неочищенного газа 120₁ сообщается через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 с верхним концом реакционной трубы 111. Канал для ввода неочищенного газа 120₁ может быть снабжен десульфуризатором (не показан). Канал для ввода водяного пара 120₂ сообщается с каналом для ввода неочищенного газа 120₁, расположенным на стороне впуска конвекционной камеры 113.

В конвекционной камере 113 риформинг-установки 110 размещено первое устройство для извлечения диоксида углерода 131₁, обеспечивающее возможность извлечения диоксида углерода из имеющегося в конвекционной камере 113 отходящего газообразного продукта горения. Первое устройство для извлечения диоксида углерода 131₁ сообщается через канал 120₄ с компрессором 132. Компрессор 132 сообщается через канал 120₅ с каналом для ввода неочищенного газа 120₁, расположенным на стороне впуска риформинг-установки 110.

Нижний конец реакционной трубы 111 риформинг-установки 110 сообщается через канал для потока синтез-газа 120₆ с печью неполного окисления 133. С печью неполного окисления 133 сообщается канал для ввода кислорода 120₇. Печь неполного окисления 133 сообщается через канал 120₈ со вторым устройством для извлечения диоксида углерода 131₂. Кстати, в середине канала 120₈ размещен теплообменник 134. Для нагрева, например, котельной воды, протекающей через канал 120₉, с ним пересекается теплообменник 134, вследствие чего происходит генерация пара высокого давления. Второе устройство для извлечения диоксида углерода 131₂ сообщается через канал 120₁₀ с компрессором 132. Второе устройство для извлечения диоксида углерода 131₂ сообщается через канал 120₁₀ с реакционной системой Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта. Кстати, помещаемый в реакционную систему ФТ 135 катализатор не может быть ограничен катализатором на основе кобальта, но может быть также, например, катализатором на основе железа.

Для теплообмена отходящего газообразного продукта горения конвекционной камеры 113 с котельной водой канал 120₁₂, предназначенный для протекания, например, котельной воды, пересекается также с конвекционной камерой 113 риформинг-установки 110, вследствие чего происходит охлаждение отходящего газообразного продукта горения и в то же время нагрев котельной воды для генерации пара высокого давления.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.8.

Прежде всего, в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 через канал для ввода топлива 120₃ подают топливо для сжигания для обеспечения его горения вместе с воздухом, вследствие чего происходит нагрев реакционной трубы 111 до достаточно высокой температуры (например, до 850 - 900^oС). Отходящий газообразный продукт горения, содержащий диоксид углерода и генерированный в радиационной камере горения 112, протекает через конвекционную камеру 113 в вытяжную трубу 114. Отходящий газообразный продукт горения при прохождении через конвекционную камеру 113 подвергается теплообмену с природным газом, проходящим через канал для ввода неочищенного газа 120₁, а также с котельной водой, протекающей через канал 120₁₂, при этом отходящий газообразный продукт горения охлаждается. Диоксид углерода извлекают из отходящего газообразного продукта горения, охлажденного таким образом, с помощью первого устройства для извлечения диоксида углерода 131₁ и затем перемещают через канал 120₄ в компрессор 132. Затем охлажденный отходящий газообразный продукт горения, из которого был удален диоксид углерода, выпускают в воздушную атмосферу через вытяжную трубу 114.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, подают канал для ввода неочищенного газа 120₁. В этот момент времени при заданном отношении к природному газу через канал 120₅ добавляют диоксид углерода, который был сжат компрессором 132. Кроме того, к природному газу через канал для ввода водяного пара 120₂ при заданном отношении добавляют также водяной пар. В случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода молярное отношение водяного пара и диоксида углерода к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) было равно от 1:1, 5 до 1:3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) было бы равно от 1:0,5 до 1: 2. Кстати, что касается водяного пара, то может быть использован водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и синтез-газом в теплообменнике 134, а также водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и отходящим газообразным продуктом горения в конвекционной камере 113 риформинг-установки 110.

При прохождении вышеуказанного смешанного природного газа через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 природный газ, смешанный с диоксидом углерода и водяным паром, протекает в канале для ввода неочищенного газа 120₁ и нагревается (предварительный нагрев). Затем этот смешанный природный газ подают в реакционную трубу 111. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан (СН₄), водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии катализатора, помещенного в реакционную трубу 111, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в риформированный газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

В соответствии с этими уравнениями (1) и (2) реакции риформинга, 4 моля водорода и один моль диоксида углерода могут быть получены посредством реакции между одним молем метана и 2 молями водяного пара. Однако в действительной реакционной системе может быть получен состав, который является близким к составу химического равновесия, которое может быть определено температурой и давлением на выходе реакционной трубы 111.

Кстати, поскольку вышеприведенная реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней поверхности реакционной трубы 111 в радиационной камере горения 112 риформинг-установки 110 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Полученный таким образом риформированный газ подают через канал 120₆ в печь неполного окисления 133, в которой сжигают находящийся в риформированном газе водород с кислородом, введенным из канала для ввода кислорода 120₇. В этом случае, вследствие нагрева риформированного газа до высокой температуры, в соответствии с вышеприведенным уравнением реакции (1) происходит генерация СО и Н₂. Кроме того, поскольку количество водорода в риформированном газе в печи неполного окисления 133 уменьшается, становится возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, посредством операции неполного окисления в печи 133.

Синтез-газ, из которого таким образом был удален диоксид углерода, перемещают через канал 120₁₁ в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с восьмым вариантом риформинг-установка 110 состоит из реакционной трубы 111 и радиационной камеры горения 112, предназначенной для нагрева реакционной трубы 111 за счет сгорания топлива и воздуха, вследствие чего в случае подачи смешанного с водяным паром природного газа через канал для ввода неочищенного газа 120₁ в реакционную трубу 111 обеспечивается возможность нагрева внутренней области реакционной трубы 111 до достаточно высокой температуры (например, до 850 - 900^oС) с помощью радиационной камеры горения 112. В результате можно обеспечить эффективное протекание реакции между, главным образом, метаном в природном газе и водяным паром, вследствие которой получается риформированный газ, содержащий СО и Н₂. В этом случае выпущенный из радиационной камеры горения 112 отходящий газообразный продукт горения охлаждается и затем содержащийся в отходящем газообразном продукте горения диоксид углерода извлекают в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 131₁ и перемещают в компрессор 132. С другой стороны, диоксид углерода, содержащийся в полученном таким образом синтез-газе, извлекают во втором устройстве для извлечения диоксида углерода 131₂ и затем перемещают через канал 120₁₀ в компрессор 132, чтобы сжать вместе с диоксидом углерода, извлеченным в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 131₁, причем полученный сжатый диоксид углерода перемещают через канал 120₅ в канал для ввода неочищенного газа 120₁ и добавляют к природному газу, протекающему через канал для ввода неочищенного газа 120₁. Таким образом в реакционной трубе 111 происходит реакция между диоксидом углерода и водяным паром, вследствие которой получается СО и Н₂, и в то же самое время в риформированный газ может быть введен источник кислорода. В результате, в случае горения водорода риформированного газа с применением извне подаваемого кислорода в печь неполного окисления 133, введением риформированного газа в печь неполного окисления 133 можно уменьшить количество водорода в риформированном газе с применением подачи уменьшенного количества кислорода, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5. Кроме того, вследствие обеспечения печи неполного окисления 133, остаточный метан может быть эффективно риформирован в СО и Н₂. Затем синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействует друг с другом и обеспечивается возможность синтеза бензина, керосина и газойля.

Поэтому в способе производства синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, которое является подходящим для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша (ФТ) (способ производства включает стадии подачи водяного пара и природного газа, смешанного с диоксидом углерода, в риформинг-установку, введения риформированного газа из риформинг-установки в печь неполного окисления и подачи в печь неполного окисления кислорода для сжигания содержащегося в риформированном газе водорода количество кислорода, подаваемого в печь неполного окисления, может быть уменьшено, вследствие чего обеспечивается возможность уменьшения размеров кислородной установки для производства кислорода и, следовательно, подавления увеличения производственных расходов, связанных с производством кислорода.

Кроме того, поскольку извлекают диоксид углерода, генерированный в установке для производства синтез-газа (риформинг-установке), которая включает реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ), и в то же время извлекают диоксид углерода, содержащийся в синтез-газе, причем весь извлеченный диоксид углерода в дальнейшем подают в природный газ на стороне впуска рйформинг-установки, вследствие этого диоксид углерода можно использовать в качестве неочищенного газа для риформированного газа и уменьшить или предотвратить выпуск диоксида углерода, который может стать причиной подогрева земного шара, за пределы установки для производства синтез-газа.

Пример 6.

В примере 6 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным восьмым вариантом изобретения будет подробно объяснено со ссылкой на фиг, 8.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 со скоростью потока 519 кг•моль/ч и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 112. Кроме того, при условиях, показанных в таблице 6, в канал для ввода неочищенного газа 120₁ подавали природный газ, водяной пар и диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения и синтез-газа, оба из которых были получены из риформинг-установки 110) и подвергали риформингу с водяным паром в реакционной трубе 111 риформинг-установки 110. Полученный в результате риформированный газ вводили в печь неполного окисления 133 и в то же время через канал для ввода кислорода 120₇ в печь неполного окисления 133 при условиях, показанных в таблице 6, вводили кислород, таким образом обеспечивали производство синтез-газа. Состав полученного таким способом синтез-газа показан в таблице 6.

В таблице 6 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения 112 риформинг-установки 110, посредством первого устройства для извлечения диоксида углерода 131₁; обозначение (D) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из синтез-газа посредством второго устройства для извлечения диоксида углерода 131₂; обозначение (Е) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен посредством первого и второго устройства для извлечения углерода 131₁ и 131₂, причем извлеченный диоксид углерода после его сжатия компрессором 132 подают в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (F) представляет собой кислород, подаваемый в печь неполного окисления 133; обозначение (G) представляет собой синтез-газ, который был получен в печи неполного окисления 133 для его перемещения через теплоприемник 134 во второе устройство для извлечения диоксида углерода 131₂; обозначение (Н) представляет собой воду, слитую из второго устройства для извлечения диоксида углерода 131₂; и обозначение (I) представляет собой синтез-газ, полученный после удаления диоксида углерода посредством второго устройства для извлечения диоксида углерода 131₂, причем синтез-газ в дальнейшем подают в реакционную систему ФТ 135. Обозначения (А)-(1) показаны также на фиг.8.

Как видно из таблицы 6, поскольку в способе диоксид углерода извлеченный посредством первого и второго устройств для извлечения диоксида углерода 131₁ и 131₂ добавляли к смешанному с водяным паром природному газу, затем образованную в результате газовую смесь риформировали в реакционной трубе 111 риформинг-установки 110, которая была нагрета до заданной температуры, и в случае введения риформированного газа в печь неполного окисления 133 скорость потока кислорода, подаваемого в печь неполного окисления 133, устанавливали равной 174 кг•моль/ч, стало возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, равное примерно 2. Такая подача кислорода соответствует примерно половине подачи количества кислорода, применяемого в способе производства синтез-газа, который показан на фиг.3 и 4 нерассмотренный опубликованной заявки на патент Японии 6-184559, что указывает на значительное уменьшение количества кислорода, подаваемого в печь неполного окисления.

Девятый вариант.

Фиг. 9 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с девятым вариантом этого изобретения. На фиг.9 те же самые элементы схемы, которые использованы на вышеуказанной фиг. 8, обозначены теми же самыми цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Эта установка синтеза отличается тем, что в конвекционной камере 113 риформинг-установки 110 расположена первая поглотительная башня для диоксида углерода 136₁ и внутри первой поглотительной башни для диоксида углерода 136₁ помещен поглощающий раствор, предназначенный для поглощения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения в конвекционной камере 113. Кроме того, через канал 120₈ с печью неполного окисления 133 сообщается вторая поглотительная башня для диоксида углерода 136₂, содержащая такой же поглощающий раствор, как и первая поглотительная башня для диоксида углерода 136₁. Первая и вторая поглотительные башни для диоксида углерода 136₁ и 136₂ сообщаются соответственно через каналы 120₁₄ и 120₁₅ с регенератором поглощающего раствора 137. Поглощающий раствор, используемый для отделения и извлечения диоксида углерода в регенераторе поглощающего раствора 137, рециркулируют через канал 120₁₆ в первую поглотительную башню для диоксида углерода 136₁ и, кроме того, рециркулируют через канал 120₁₇, который ответвлен от канала 120₁₆, во вторую поглотительную башню для диоксида углерода 136₂. Регенератор поглощающего раствора 137 сообщается через канал 120₁₈ с компрессором 132.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.9.

Прежде всего, в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 через канал для ввода топлива 120з подают топливо для сжигания для обеспечения его горения вместе с воздухом, вследствие чего происходит нагрев реакционной трубы 111 до достаточно высокой температуры (например, до температуры от 850 до 900^oС). Отходящий газообразный продукт горения, содержащий диоксид углерода и генерированный в радиационной камере горения 112, протекает через конвекционную камеру 113 в вытяжную трубу 114. Отходящий газообразный продукт горения при прохождении через конвекционную камеру 113 подвергается теплообмену с природным газом, проходящим через канал для ввода неочищенного газа 120₁ , а также с котельной водой, протекающей через канал 120₁₂, при этом отходящий газообразный продукт горения охлаждается. Диоксид углерода поглощают из отходящего газообразного продукта горения, охлажденного таким образом, с помощью поглощающего раствора для диоксида углерода, помещенного в первую поглотительную башню для диоксида углерода 136₁. Поглощающий раствор, содержащий поглощенный в него диоксид углерода, перемещают через канал 120₁₄ в регенератор поглощающего раствора 137 для извлечения диоксида углерода, который перемещают затем через канал 120₁₈ в компрессор 132. Поглощающий раствор, из которого удален диоксид углерода, рециркулируют через канал 120₁₆ в первую поглотительную башню для диоксида углерода 136₁. Охлажденный газообразный продукт горения, из которого удален диоксид углерода, выпускают в воздушную атмосферу через вытяжную трубу 114.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, подают в канал для ввода неочищенного газа 120₁. В этот момент времени при заданном отношении к природному газу через канал 120₅ добавляют диоксид углерода, который был сжат компрессором 132. Кроме того, к природному газу через канал для ввода водяного пара 120₂ при заданном отношении добавляют также водяной пар. В случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода молярное отношение водяного пара и диоксида углерода к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) было равно от 1:1,5 до 1:3; тогда как соотношение метана (CН₄) и диоксида углерода (СО₂) было бы равно от 1:0,5 до 1: 2. Кстати, что касается водяного пара, то может быть использован водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и синтез-газом в теплообменнике 134, а также водяной пар, который был генерирован посредствам теплообмена между котельной водой и отходящим газообразным продуктом горения в конвекционной камере 113 риформинг-установки 110.

При прохождении вышеуказанного смешанного природного газа через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 природный газ, смешанный с диоксидом углерода и водяным паром, протекает в канале для ввода неочищенного газа 120₁ и нагревается (предварительный нагрев). Затем этот смешанный природный газ подают в реакционную трубу 111. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии катализатора, помещенного в реакционную трубу 111, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в риформированный газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1)и (2).

Полученный таким образом риформированный газ подают через канал 120₆ в печь неполного окисления 133, в которой сжигают находящийся в риформированном газе водород с кислородом, введенным из канала для ввода кислорода 120₇. В этом случае, вследствие нагрева риформированного газа до высокой температуры, в соответствии с вышеприведенным уравнением реакции (1) происходит генерация СО и H₂. Кроме того, поскольку количество водорода в риформированном газе в печи неполного окисления 133 уменьшается, становится возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, равное от 1 до 2,5, посредством операции неполного окисления в печи 133.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 120₉, синтез-газ, полученный в печи неполного окисления 133, подают через канал 120₈ в теплообменник 134, вследствие чего происходит генерация пара высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают во второе устройство для извлечения диоксида углерода 131₂, содержащее тот же самый поглощающий раствор, который содержится в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 131₁. В этом случае включенный в синтез-газ диоксид углерода поглощается поглощающим раствором, и в то же время через канал 120₁₉ за пределы системы сливают одновременно полученную воду. Поглощающий раствор, содержащий диоксид углерода, перемещают через канал 120₁₅ в регенератор поглощающего раствора 137, в котором поглощенный в поглощающий раствор диоксид углерода перемещен из первого устройства для извлечения диоксида углерода 131₁ в регенератор поглощающего устройства 137. Извлеченный таким образом диоксид углерода направляют через канал 120₁₈ в компрессор 132 для его сжатия, при этом полученный в результате сжатый диоксид углерода перемещают через канал 120₅ в канал для ввода неочищенного газа 120₁ и добавляют к имеющемуся в канале для ввода неочищенного газа 120₁ природному газу. Поглощающий раствор, из которого в регенераторе поглощающего раствора 137 был удален диоксид углерода, рециркулируют через канал 120₁₇ во вторую поглотительную башню для извлечения диоксида углерода 136₂.

В соответствии с девятым вариантом можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, тем же самым способом, как в случае восьмого варианта. Этот синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему ФТ 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом, и поэтому можно осуществить синтез бензина, керосина и газойля.

Кроме того, поскольку диоксид углерода, включенный в отходящий газообразный продукт горения, который был выпущен из радиационной камеры горения 112 риформинг-установки 110, а также диоксид углерода, включенный в синтез-газ, могут быть поглощены с использованием одного и того же вида поглощающего раствора в первой и второй поглотительных башнях для извлечения диоксида углерода 136₁ и 136₂, и поглощенный таким образом в поглощающий раствор диоксид углерода впоследствии извлекают с помощью регенератора поглощающего раствора 137, установка синтеза может быть упрощена.

Пример 7.

В примере 7 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным девятым вариантом будет конкретно объяснено со ссылкой на фиг.9.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 со скоростью потока 519 кг•моль/ч и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 112. Кроме того, при условиях, показанных в таблице 7, в канал для ввода неочищенного газа 120₁ подавали природный газ, водяной пар и диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения и синтез-газа, оба из которых получены из риформинг-установкн 110) и подвергали риформингу с водяным паром в реакционней трубе 111 риформинг-установки 110. В печь неполного окисления 133 вводили риформированный газ и в то же время через канал для ввода кислорода 120₇ в печь неполного окисления 133 при условиях, показанных в таблице 7, вводили кислород, таким образом обеспечивали производство синтез-газа. Состав полученного синтез-газа показан в таблице 7.

В таблице 7 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был поглощен одним и тем же поглощающим раствором и извлечен посредством регенератора поглощающего раствора 131₃, причем извлеченный диоксид углерода перед его перемещением в канал для ввода неочищенного газа 120₁ сжимали компрессором 132; обозначение (D) представляет собой кислород, подаваемый в печь неполного окисления 133; обозначение (Е) представляет собой синтез-газ, подаваемый через теплообменник 134 во вторую поглотительную башню для диоксида углерода 136₂; обозначение (F) представляет воду, слитую из второй поглотительной башни для диоксида углерода 136₂; и обозначение (G) представляет собой синтез-газ, подаваемый в реакционную систему ФТ, из которого диоксид углерода был удален во вторую поглотительную башню 136₂. Обозначения (А)-(G) показаны также на фиг.9.

Как видно из таблицы 7, поскольку в способе диоксид углерода, поглощенный одним и тем же поглощающим раствором и извлеченный в регенераторе поглощающего раствора 137, добавляли к смешанному с водяным паром природному газу и затем полученный в результате смешанный природный газ риформировали в реакционной трубе 111 риформинг-установки 110, которую нагревали до заданной температуры, и в случае введения полученного риформированного газа в печь неполного окисления 133, скорость подачи кислорода в печь неполного окисления устанавливали равной 174 кг•моль/ч, стало возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, равное примерно 2.

Десятый вариант.

Фиг.10 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с десятым вариантом этого изобретения. На фиг.10 те же самые элементы схемы, которые использованы на вышеуказанной фиг. 8, обозначены теми же самыми цифрами, вследствие чего их описание не приведено.

Эта установка синтеза отличается тем, что на стороне впуска риформинг-установки 110 расположена установка предварительного риформинга 138. Канал для ввода неочищенного газа 120₁ сообщается с верхней частью установки предварительного риформинга 133. Установка предварительного риформинга 138 сообщается через канал 120₂₀ с верхним концом реакционной трубы 111 риформинг-установки 110. Канал 120₂₀ сообщается через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 с реакционной трубой 111. Компрессор 132 сообщается через канал 120₅ с каналом 120₂₀, который размещен для связывания установки предварительного риформинга 138 с риформинг-установкой 110.

Далее способ производства сиктез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.10.

Прежде всего, в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 тем же самым способом, который описан в восьмом варианте, подают топливо для сжигания с целью нагрева реакционной трубы 111 до заданной температуры (например, 850 - 900^oС). Диоксид углерода, включенный в отходящий газообразный продукт горения, который был генерирован в радиационной камере горения 112 и затем охлажден, извлекают в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 131₁ и затем перемещают в компрессор 132.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, подают в канал для ввода неочищенного газа 120₁. В этот момент времени к природному газу через канал для ввода водяного пара 120₂ при заданном отношении добавляют также водяной пар. В случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода молярное отношение водяного пара и диоксида углерода к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) было равно 1:1,5 - 1:3. При прохождении вышеуказанного смешанного природного газа через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 природный газ, смешанный с водяным паром, протекает в канале для ввода неочищенного газа 120₁ и нагревается (предварительный нагрев). Затем этот смешанный природный газ попадает в установку предварительного риформинга 138. В установке предварительного риформинга 138 углеводороды природного газа, которые имеют два или более атомов углерода, в основном этан, превращаются в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂.

Предварительно риформированный таким образом смешанный с водяным паром природный газ подают через канал 120₂₀ в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110. В этом случае диоксид углерода, который был сжат компрессором 132, добавляют при заданном отношении через канал 120₅ к вышеуказанному предварительно риформированному, смешанному с водяным паром природному газу, протекающему через канал 120₂₀. В случае добавления диоксида углерода к предварительно риформированному природному газу, молярное отношение водяного пара и диоксида углерода к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) было равно от 1:0,5 до 1:2.

Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан (СН₄), водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии катализатора, помещенного в реакционную трубу 111, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в риформированный газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода, диоксид углерода, в соответствии с вышеуказанными уравнениями (1) и (2).

Кстати, поскольку вышеприведенная реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней поверхности реакционной трубы 111 в вышеуказанной радиационной камере горения 112 риформинг-установки 110 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Полученный таким образом риформированный газ подают через канал 120₆ в печь неполного окисления 133, в которой сжигают находящийся в риформированном газе водород вместе с кислородом, введенным из канала для ввода кислорода 120₇. В этом случае, вследствие нагрева риформированного газа до высокой температуры, в соответствии с вышеприведенным уравнением реакции (1) происходит генерация СО и Н₂. Кроме того, поскольку количество водорода в риформированном газе в печи неполного окисления уменьшается, становится возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, посредством операции неполного окисления в печи 133.

Синтез-газ, из которого таким образом был удален диоксид углерода, перемещают затем через канал 120₁₁ в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с десятым вариантом можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении H₂/CO = 1 - 2,5, тем же самым способом, как в случае восьмого варианта. Этот синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом, и поэтому можно осуществить синтез бензина, керосина и газойля.

Кроме того, поскольку на стороне впуска риформинг-установки 110 размещена установка предварительного риформинга 138, вследствие этого обеспечивается возможность предварительного риформинга углеводородов природного газа, имеющих два или более атомов углерода, в основном этана, в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂, и уменьшение тепловой нагрузки в риформинг-установке 110. В результате может быть уменьшено количество топлива, подаваемого в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110, вследствие чего можно осуществить производство синтез-газа с уменьшенным расходом топлива.

Пример 8.

В примере 8 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным десятым вариантом будет конкретно объяснено со ссылкой на фиг.10.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 со скоростью потока 443 кг•моль/ч и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 112. Кроме того, при условиях, показанных в таблице 8, в канал для ввода неочищенного газа 120₁ вводили природный газ и водяной пар, а также при условиях, показанных в таблице 8, к предварительно риформированному, смешанному с водяным паром природному газу, протекающему в канале 120₂₀, размещенному для связывания установки предварительного риформинга 138 с риформинг-установкой 110, добавляли диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения и синтез-газа, оба из которых были получены из риформинг-установки 110), вследствие чего природный газ подвергался риформингу с водяным паром в реакционной трубе 111 риформинг-установки 110. Далее полученный ринформированный газ вводили в печь неполного окисления 133, и в то же самое время при условиях, показанных в таблице 8, через канал для ввода кислорода 120₇ в печь неполного окисления 133 вводили кислород, таким образом обеспечивали производство синтез-газа. Состав полученного синтез-газа показан в таблице 8.

В таблице 8 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из отходящего газообразного продукта, генерированного в радиационной камере горения 112 риформинг-установки 110, посредством первого регенератора поглощающего раствора 131₁; обозначение (D) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из синтез-газа посредством второго регенератора поглощающего раствора 131₂; обозначение (Е) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен посредством первого и второго устройств для извлечения диоксида углерода 131₁ и 132₂, причем после сжатия природного газа компрессором 132 этот извлеченный диоксид углерода вводили в канал 120₂₀, размещенный для связывания установки предварительного риформинга 138 с риформинг-установкой 110; обозначение (F) представляет собой кислород, подаваемый в печь неполного окисления 133; обозначение (G) представляет собой синтез-газ, который был произведен в риформинг-установке 110 и затем подан через теплообменник 134 во второе устройство для извлечения диоксида углерода 131₂; обозначение (Н) представляет собой воду, слитую из второго устройства для извлечения диоксида углерода 131₂; и обозначение (I) представляет собой синтез-газ, полученный после удаления из него диоксида углерода во втором устройстве для извлечения диоксида углерода 131₂, причем полученный синтез-газ затем подают в реакционную систему ФТ 135. Обозначения (А)-(1) показаны также на фиг.10.

Как видно из таблицы 8, поскольку в способе диоксид углерода, извлеченный в первом и втором устройствах для извлечения диоксида углерода 131₁ и 131₂, добавляли к смешанному с водяным паром природному газу, затем образованную смесь природного газа риформировали в реакционной трубе 111 риформинг-установки 110, которая была нагрета до заданной температуры, и, в случае введения полученного риформированного газа в печь неполного окисления 133, скорость потока кислорода, подаваемого в печь неполного окисления 133, устанавливали равной 174 кг•моль/ч, стало возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение H₂/CO, равное примерно 2, даже если количество кислорода. подаваемого в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110, уменьшали примерно на 20% по сравнению с количеством кислорода, используемого в вышеприведенном восьмом варианте.

Одиннадцатый вариант.

На фиг. 11 те же самые элементы схемы, которые использованы на вышеуказанной фиг.8, обозначены теми же самыми цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.11.

Прежде всего, как и в восьмом варианте, в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 для нагрева реакционной трубы 111 до заданной температуры (например, до 850 - 900^oС) подают топливо для сжигания. Включенный в отходящий газообразный продукт горения диоксид углерода, который был генерирован в радиационной камере горения 112 и затем охлажден, извлекают в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 131₁ и затем перемещают в компрессор 132.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, подают в канал для ввода неочищенного газа 120₁. В этот момент времени при заданном отношении к природному газу через канал 120₅ добавляют диоксид углерода, сжатый компрессором 132. В случае добавления к природному газу диоксида углерода молярное отношение диоксида углерода к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) было равно от 1:0,5 до 1:2. Природный газ, смешанный с диоксидом углерода, протекает внутри канала для ввода неочищенного газа 120₁ и его подают в верхнюю часть увлажняющего устройства 139. Для увлажнения вышеупомянутого природного газа, смешанного с диоксидом углерода, через канал 120₂₂ в верхнюю часть увлажняющего устройства 139 подают воду. Более конкретно, обеспечивают контактирование смешанного с диоксидом углерода природного газа с водой, которая была подана из канала 120₂₂ в увлажняющее устройство 139, вследствие чего происходит увлажнение водой смешанного с диоксидом углерода природного газа, после которого смешанный с диоксидом углерода природный газ нагревают и дополнительно увлажняют посредством его теплообмена с высокотемпературным синтез-газом, который был подан через канал 120₈ из печи неполного окисления 133.

Увлажненный природный газ, смешанный с диоксидом углерода, подают затем через канал 120₂₁ в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110. В этом случае в смешанный газ, протекающий через канал 120₂₁ из канала 120₂₃, подают водяной пар, вследствие чего возмещается нехватка количества водяного пара. В случае добавления водяного пара к смешанному с диоксидом углерода природному газу через увлажнение, а также через канал 120₂₃, молярное отношение водяного пара к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) было равно от 1:1,5 до 1:3. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан (CH₄), водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором, главным образом, метан риформируется с водяным паром в присутствии катализатора, помещенного в реакционную трубу 111, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в риформированный газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

Полученный таким образом риформированный газ подают через канал 120₆ в печь неполного окисления 133, в которой сжигают находящийся в риформированном газе водород с кислородом, введенным из канала для ввода кислорода 120₇. В этом случае, вследствие нагрева риформированного газа до высокой температуры, в соответствии с вышеприведенным уравнением реакции (1) происходит генерация СО и Н₂. Кроме того, поскольку количество водорода в риформированном газе в печи неполного окисления уменьшается, становится возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, посредством операции неполного окисления в печи 133.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 120₉, синтез-газ, полученный в печи неполного окисления 133, подают через канал 120₈ в теплообменник 134, вследствие чего происходит генерация пара высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают в увлажняющее устройство 139 для применения в качестве источника нагрева при увлажнении смешанного с диоксидом углерода природного газа. Выпущенный из увлажняющего устройства 139 синтез-газ направляют во второе устройство для извлечения диоксида углерода 131₂, в котором извлекают диоксид углерода, включенный в синтез-газ, и в то же самое время через канал 120₁₃ за пределы системы сливают одновременно полученную воду. Извлеченный таким образом диоксид углерода перемещают через канал 120₁₀ в компрессор 132, чтобы его сжать вместе с диоксидом углерода, который был извлечен в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 131₁, причем полученный в результате сжатый диоксид углерода добавляют через канал 120₅ к имеющемуся в канале для ввода неочищенного газа 120₁ природному газу.

Синтез-газ, из которого таким способом был удален диоксид углерода, перемещают затем через канал 120₁₁ в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с одиннадцатым вариантом можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, тем же самым способом, как и в случае восьмого варианта. Этот синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом, таким образом становится возможным синтез бензина, керосина и газойля.

Кроме того, поскольку на стороне выпуска риформинг-установки 110 расположено увлажняющее устройство 139, предназначенное для увлажнения природного газа, можно уменьшить количество водяного пара, подаваемого через канал 120з в смешанный с диоксидом углерода природный газ. В результате может быть уменьшено количество водяного пара, подаваемого вместе с природным газом в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа с низкими затратами.

Пример 9
В примере 9 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным одиннадцатым вариантом будет подробно объяснено со ссылкой на фиг.11.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 со скоростью потока 519 кг•моль/ч и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 112. Кроме того, при условиях, показанных в таблице 9, через канал для ввода неочищенного газа 120₁ в увлажняющее устройство 139 вводили природный газ и диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения и синтез-газа, оба из которых были получены из риформинг-установки 110) и, кроме того, к предварительно увлажненному природному газу, смешанному с диоксидом углерода, протекающему в канале 120₂₁, при условиях, показанных в таблице 9, добавляли водяной пар, вследствие этого весь природный газ, водяной пар и диоксид углерода подвергались риформингу с водяным паром в реакционной трубе 111 риформинг-устройства 110. Полученный в результате риформированный газ вводили затем в печь неполного окисления 133, и в то же время через канал для ввода кислорода 120₇ в печь неполного окисления 133 при условиях, показанных в таблице 9, вводили кислород, таким образом обеспечивали производство синтез-газа. Состав полученного таким способом синтез-газа показан в таблице 9.

В таблице 9 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁, через который протекает предварительно увлажненный, смешанный с диоксидом углерода природный газ; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения 112 риформинг-установки 110, посредством первого регенератора поглощающего раствора 131₁; обозначение (D) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен из синтез-газа посредством второго регенератора поглощающего раствора 131₂; обозначение (Е) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен посредством первого и второго устройств для извлечения диоксида углерода 131₁ и 131₂, причем извлеченный диоксид углерода после сжатия природного газа компрессором 132 подают в канал 120₁; обозначение (F) представляет собой кислород, подаваемый в печь неполного окисления 133; обозначение (G) представляет собой синтез-газ, который был произведен в риформинг-установке 110 и затем подан через теплообменник 134 и увлажняющее устройство 139 во второе устройство для извлечения диоксида углерода 131₂; обозначение (Н) представляет собой воду, подаваемую в увлажняющее устройство 139; обозначение (I) представляет собой воду, слитую из второго устройства для извлечения диоксида углерода 131₂; и обозначение (J) представляет собой синтез-газ, полученный после удаления из него диоксида углерода во втором устройстве для извлечения диоксида углерода 131₂; причем синтез-газ затем подают в реакционную систему ФТ 135. Обозначение (A)-(J) показаны также на фиг.11.

Как видно из таблицы 9, поскольку в способе диоксид углерода, извлеченный в первом и втором устройствах для извлечения диоксида углерода 131₁ и 131₂, добавляли к смешанному с водяным паром природному газу, образованную в результате смесь природного газа пропускали через увлажняющее устройство 139 и затем риформировали в реакционной трубе 111 риформинг-установки 110, которая была нагрета до заданной температуры и, в случае введения риформированного газа в печь неполного окисления 133, скорость потока кислорода, подаваемого в печь неполного окисления 133, устанавливали равной 174 кг•моль/ч, стало возможным производство почти такого же количества синтез-газа, имеющего молярное отношение H₂/CO = примерно 2, даже если количество подаваемого водяного пара уменьшали примерно до 1/3 от количества водяного пара, применяемого в вышеприведенном восьмом варианте.

Двенадцатый вариант.

На фиг. 12 те же самые элементы схемы, которые использованы на вышеуказанной фиг.8, обозначены теми же самыми цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Эта установка синтеза отличается тем, что в середине канала 120₈, расположенного между теплообменником 134 и вторым устройством для извлечения диоксида углерода 131₂, размещенными на стороне выпуска риформинг-установки 110, расположено увлажняющее устройство типа теплообменника 139. Канал для ввода неочищенного газа 120₁ сообщается с верхней частью увлажняющего устройства 139. Увлажняющее устройство 139 сообщается через канал 120₂₁ с верхней частью установки предварительного риформинга 138, размещенной на стороне впуска риформинг-установки 110. Установка предварительного риформинга 138 сообщается через канал 120₂₀ с верхним концом реакционной трубы 111 риформинг установки 110. Канал 120₂₀ сообщается через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 с реакционной трубой 111. Компрессор 132 сообщается через канал 120₅ с каналом 120₂₀, который размещен для связывания установки предварительного риформинга 138 с риформинг-установкой 110.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.12.

Прежде всего, таким же способом, как и в восьмом варианте, в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 для нагрева реакционной трубы 111 до достаточно высокой температуры (например, до 850 - 900^oС) подают топливо для сжигания. Включенный в отходящий газообразный продукт горения диоксид углерода, который был генерирован в радиационной камере горения 112 и затем охлажден, извлекают в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 131₁ и затем перемещают в компрессор 132.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, подают через канал для ввода неочищенного газа 120₁ в верхнюю часть увлажняющего устройства 139. Для увлажнения вышеуказанного смешанного с диоксидом углерода природного газа в верхнюю часть увлажняющего устройства 139 через канал 120₂₂ подают воду. Более конкретно, обеспечивают контактирование природного газа с водой, которая была подана в увлажняющее устройство 139 из канала 120₂₂, вследствие чего природный газ увлажняется водой и затем увлажненный природный газ нагревают и дополнительно увлажняют посредством его теплообмена с высокотемпературным синтез-газом, который был подан через канал 120₈ из печи неполного окисления 133.

Увлажненный природный газ подают затем через канал 120₂₁ в установку предварительного риформинга 138. В этом случае в природный газ, протекающий через канал 120₂₁ из канала 120₂₃, подают водяной пар, вследствие чего возмещается нехватка количества водяного пара. В случае добавления водяного пара к смешанному с диоксидом углерода природному газу через увлажнение, а также через канал 120₂₃, молярное отношение водяного пара к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (CH₄) и водяного пара (Н₂О) было равно от 1:1,5 до 1:3.

При пропускании природного газа через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 увлажненный, смешанный с водяным паром природный газ проходит через канал 120₂₁ и нагревается (предварительный нагрев). В вышеуказанной установке предварительного pиформинга 138 углеводороды природного газа, которые имеют два или более атомов углерода, в основном этан, риформируется в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂.

Предварительно риформированный, смешанный с водяным паром природный газ подают затем через канал 120₂₀ в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110. В этом случае диоксид углерода, который был сжат компрессором 132, подают при заданном отношении через канал 120₃ в предварительно риформированный, как указывалось выше, смешанный с диоксидом углерода природный газ, протекающий через канал 120₂₀. Б случае добавления диоксида углерода к природному газу, молярное отношение диоксида углерода к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) было равно от 1:0,5 до 1:2.

Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан (СН₄), водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 111 риформинг установки 110, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии катализатора, помещенного в реакционную трубу 111, вследствие чего смешанный газ превращается в риформированный газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

Кстати, поскольку вышеприведенная реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней поверхности реакционной трубы 111 в радиационной камере горения 112 риформинг установки 110 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Полученный таким образом риформированный газ подают через канал 120₆ в печь неполного окисления 133, в которой сжигают находящийся в риформированном газе водород с кислородом, введенным из канала для ввода кислорода 120₇. В этом случае, вследствие нагрева риформированного газа до высокой температуры, в соответствии с вышеприведенным уравнением реакции (1) происходит генерация СО и Н₂. Кроме того, поскольку количество водорода в риформированном газе в печи неполного окисления 133 уменьшается, становится возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение H₂/CO = 1 - 2,5, посредством операции неполного окисления в печи 133.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 120₉, синтез-газ, полученный в печи неполного окисления 133, подают через канал 120₈ в теплообменник 134, вследствие чего происходит генерация пара высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают в увлажняющее устройство 139 для применения в качестве источника нагрева при увлажнении смешанного с диоксидом углерода природного газа. Выпущенный из увлажняющего устройства 139 синтез-газ направляют во второе устройство для извлечения диоксида углерода 131₂, в котором извлекают диоксид углерода, включенный в синтез-газ, и в то же самое время через канал 120₁₃ за пределы системы сливают одновременно полученную воду. Извлеченный таким образом диоксид углерода перемещают через канал 120₁₀ в компрессор 132, чтобы сжать его вместе с диоксидом углерода; который был извлечен в первом устройстве для извлечения диоксида углерода 131, причем полученный в результате сжатый диоксид углерода добавляют через канал 120₅ к имеющемуся в канале для ввода неочищенного газа 120₂₀ природному газу. Синтез-газ, из которого таким способом был удален диоксид углерода, перемещают затем через канал 120₁₁ в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля.

В соответствии с двенадцатым вариантом можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и H₂ при молярном отношении H₂/CO = 1 - 2,5, тем же самым способом, как и в случае восьмого варианта. Этот синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом, таким образом становится возможным синтез бензина, керосина и газойля.

Кроме того, поскольку на стороне впуска риформинг-установки 110 расположена установка предварительного риформинга 138, обеспечивается возможность предварительного риформинга углеводородов природного газа, которые имеют два или более атомов углерода, в основном этана, в метан, имеющий один атом углерода СО и Н₂, вследствие этого можно уменьшить тепловую нагрузку в риформинг-установке 110, в результате может быть уменьшено количество топлива, подаваемого в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез газа с низкими затратами.

Более того, поскольку на стороне выпуска риформинг-установки 110 предусмотрено увлажняющее устройство типа теплообменника 139, предназначенное для увлажнения природного газа, можно уменьшить количество водяного пара, подаваемого через канал 120₂₃ в природный газ. В результате может быть уменьшено количество водяного пара, подаваемого вместе с природным газом в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, вследствие чего можно осуществить производство синтез-газа с низкими затратами.

Кстати, во всех из вышеприведенных вариантов, в соответствии с десятым-двенадцатым вариантами, первая и вторая поглотительные башни для диоксида углерода, содержащие один и тот же поглощающий раствор для диоксида углерода и один регенератор поглощающего раствора, которые используются в вышеприведенном девятом варианте, могут быть заменены первым и вторым устройствами для извлечения диоксида углерода, применяемыми для производства синтез-газа в десятом-двенадцатом вариантах.

Тринадцатый вариант.

Как следует из фиг.13, риформинг-установка 110 содержит реакционную трубу 111, приспособленную для риформинга с водяным паром, радиационную камеру горения 112, расположенную вокруг реакционной трубы 111, и вытяжную трубу 114, которая сообщается через конвекционную камеру 113 (камера для извлечения отходящего тепла) с радиационной камерой горения 112. Реакционную трубу 111 заполняют, например, катализатором на основе никеля.

Канал для ввода топлива 120₃ сообщается с радиационной камерой горения 112 риформинг-установки 110.

В конвекционной камере 113 риформинг-установки 110 размещено устройство для извлечения диоксида углерода 131, обеспечивающее возможность извлечения диоксида углерода из имеющегося в конвекционной камере 113 отходящего газообразного продукта горения. Устройство для извлечения диоксида углерода 131 сообщается через канал 120₄ с компрессором 132. Компрессор 132 сообщается через канал 120₅ с каналом для ввода неочищенного газа 120₁, расположенным на стороне впуска риформинг-установки 110.

Нижний конец реакционной трубы риформинг-установки 110 сообщается через канал 120₆ с печью неполного окисления 133. Канал для ввода кислорода 120₇ сообщается также с печью неполного окисления 133. Печь неполного окисления 133 сообщается через канал 120₈ с реакционной системой Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта. Реакционная система ФТ 135 сообщается через канал для потока продувочного газа 120₂₄, предназначенный для подачи продувочного газа, с каналом для ввода неочищенного газа, расположенным на стороне впуска риформинг-установки 110. Кстати, помещаемый в реакционную систему ФТ 135 катализатор не может быть ограничен катализатором на основе кобальта, но может быть также, например, катализатором на основе железа. В середине канала 120₈ размещен теплообменник 134. Теплообменник 134 пересекается с каналом 120₉ для нагрева, например, протекающей через канал 120₉ котельной воды, вследствие чего происходит генерация пара высокого давления. Для теплообмена отходящего газообразного продукта горения конвекционной камеры 113 с котельной водой, канал 120₁₂, предназначенный для протекания, например котельной воды, пересекается также с конвекционной камерой 113 риформинг-установки 110, вследствие чего происходит охлаждение отходящего газообразного продукта горения и в то же самое время нагрев котельной воды для генерации пара высокого давления.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.13.

Прежде всего, в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 через канал для ввода топлива 120₃ подают топливо для сжигания для обеспечения его горения вместе с воздухом, вследствие чего происходит нагрев реакционной трубы 111 до достаточно высокой температуры (например, 850 - 900^oС). Отходящий газообразный продукт горения, содержащий диоксид углерода и генерированный в радиационной камере горения 112, протекает через конвекционную камеру 113 в вытяжную трубу 114. Отходящий газообразный продукт горения при прохождении через конвекционную камеру 113 подвергается теплообмену с природным газом, проходящим через канал для ввода неочищенного газа 120₁, а также с котельной водой, протекающей через канал 120₁₂, при этом отходящий газообразный продукт горения охлаждается. Диоксид углерода извлекают из отходящего газообразного продукта горения, охлажденного таким образом, с помощью устройства для извлечения диоксида углерода 131 и затем перемещают через канал 120₄ в компрессор 132. Затем отходящий газообразный продукт горения, из которого был удален диоксид углерода, выпускают в воздушную атмосферу через вытяжную трубу 114.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, подают в канал для ввода неочищенного газа 120₁. В этот момент времени при заданном отношении к природному газу через канал 120₅ добавляют диоксид углерода, который был сжат компрессором 132. Кроме того, к природному газу через канал для ввода водяного пара 120₂ при заданном отношении добавляют также водяной пар. В случае добавления к природному газу водяного пара и диоксида углерода молярное отношение водяного пара и диоксида углерода к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) было равно от 1:1,5 до 1:3; тогда как соотношение метана (СН₄) и диоксида углерода (СО₂) было бы равно от 1:0,5 до 1:2. Кстати, что касается водяного пара, то может быть использован водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и синтез-газом в теплообменнике 134, а также водяной пар, который был генерирован посредством теплообмена между котельной водой и отходящим газообразным продуктом горения в конвекционной камере 113 риформинг-установки 110.

При прохождении вышеуказанного смешанного природного газа через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 природный газ, смешанный с диоксидом углерода и водяным паром, протекает для ввода неочищенного газа в канале 120₁ и нагревается (предварительный нагрев). Затем этот смешанный природный газ подают в реакционную трубу 111. Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан (СН₄), водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, подвергают затем риформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии катализатора, помещенного в реакционную трубу 111, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в риформированный газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

Кстати, поскольку вышеупомянутая реакция риформинга является эндотермической реакцией, для нагрева внутренней поверхности реакционной трубы 111 в радиационной камере горения 112 риформинг-установки 100 необходимо сжигать топливный газ вместе с воздухом.

Полученный таким образом риформированный газ подают через канал 120₆ в печь неполного окисления 133, в которой сжигают находящийся в риформированном газе водород с кислородом, введенным из канала для ввода кислорода 120₇. В этом случае, вследствие нагрева риформированного газа до высокой температуры в соответствии с вышеприведенным уравнением реакции (1) происходит генерация СО и Н₂. Кроме того, поскольку количество водорода в риформированном газе в печи неполного окисления уменьшается, становится возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5, посредством операции неполного окисления в печи 133.

Кроме того, в этой реакции синтеза генерируется продувочный газ, содержащий диоксид углерода и не прореагировавший природный газ. Затем продувочный газ добавляют в качестве источника диоксида углерода через канал 120₂₄ к имеющемуся в канале для неочищенного газа 120₁ природному газу.

В соответствии с тринадцатым вариантом риформинг-установка 110 состоит из реакционной трубы 111 и радиационной камеры горения 112, предназначенной для нагрева реакционной трубы 111 за счет сгорания топлива и воздуха, вследствие чего, в случае подачи смешанного с водяным паром природного газа через канал для ввода неочищенного газа 120₁ в реакционную трубу 111, обеспечивается возможность нагрева внутренней области реакционной трубы 111 до достаточно высокой температуры (например, до 850 - 900^oС) посредством радиационной камеры горения 112. В результате можно обеспечить эффективное протекание реакции между, главным образом, метаном в природном газе и водяным паром, вследствие которой получается риформированный газ, содержащий СО и Н₂. В этом случае, выпущенный из радиационной камеры горения 112 отходящий газообразный продукт горения охлаждается и затем содержащийся в отходящем газообразном продукте горения диоксид углерода извлекают в устройстве для извлечения диоксида углерода 131 и перемещают в компрессор 132 для сжатия, полученный в результате сжатый диоксид углерода перемещают через канал 120₅ в канал для ввода неочищенного газа 120₁ и добавляют к природному газу, протекающему через канал для ввода неочищенного газа 120₁. Кроме того, к природному газу, имеющемуся в канале для ввода неочищенного газа 120₁, через канал 120₂₄ добавляют продувочный газ, содержащий диоксид углерода, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша (ФТ) 135.

При подаче таким образом диоксида углерода в смешанный с водяным паром природный газ можно обеспечить в реакционной трубе 111 протекание реакции между диоксидом углерода и водяным паром с получением СО и Н₂, и в то же время в риформированный газ может быть введен источник кислорода. В результате, в случае горения водорода риформированного газа с применением извне подаваемого кислорода в печь неполного окисления 133, введением риформированного газа в печь неполного окисления 133 можно уменьшить количество водорода в риформированном газе с применением подачи уменьшенного количества кислорода, вследствие чего обеспечивается производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО = 1 - 2,5. Кроме того, вследствие обеспечения печи неполного окисления 133, остаточный метан может быть эффективно риформирован в СО и Н₂. Синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и обеспечивается возможность синтеза бензина, керосина и газойля.

Поэтому в способе производства синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, которое является подходящим для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша (способ производства включает стадии подачи водяного пара и природного газа, смешанного с диоксидом углерода, в риформинг-установку, введение риформированного газа из риформинг-установки в печь неполного окисления и подачи в печь неполного окисления кислорода для сжигания содержащегося в риформированном газе водорода) количество кислорода, подаваемого в печь неполного окисления, может быть уменьшено, вследствие чего обеспечивается возможность уменьшения размеров кислородной установки для производства кислорода и, следовательно, подавления увеличения производственных затрат, связанных с производством кислорода.

Кроме того, поскольку извлекают диоксид углерода, генерированный в установке для производства синтез-газа (риформинг-установке), которая включает реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, и в то же время извлекают диоксид углерода, содержащийся в синтез-газе, причем весь извлеченный диоксид углерода в дальнейшем добавляют к природному газу на стороне впуска риформинг-установки, поэтому диоксид углерода можно использовать в качестве неочищенного газа для риформированного газа и тем самым уменьшить или предотвратить выпуск диоксида углерода, который может стать причиной подогрева земного шара, за пределы установки для производства синтез-газа.

Более того, поскольку продувочный газ, содержащий диоксид углерода, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша (ФТ) 135, подают в качестве источника диоксида углерода в природный газ, больше нет необходимости размещать отдельное устройство для извлечения диоксида углерода, включенного в синтез-газ, которое необходимо в случае любого из восьмого-двенадцатого вариантов, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа и синтеза бензина, керосина и газойля с применением дешевой установки.

Пример 10.

В примере 10 производство синтез-газа в соответствии с вышеприведенным тринадцатым вариантом будет подробно объяснено со ссылкой на фиг.13.

Топливо (природный газ) подавали в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 со скоростью потока 550 кг•моль/ч и сжигали вместе с воздухом в радиационной камере горения 112. Далее, при условиях, показанных в таблице 10, в канал для ввода неочищенного газа 120₁ подавали природный газ, водяной пар и диоксид углерода (который был извлечен из отходящего газообразного продукта горения риформинг-установки 110 и продувочного газа, генерированного в реакционной системе Фишера-Тропша 135) и подвергали риформингу с водяным паром в реакционной трубе 111 риформинг-установки 110. Затем полученный в результате риформированный газ вводили в печь неполного окисления 133 и в то же время через канал для ввода кислорода 120₇ в печь неполного окисления 133 при условиях, показанных в таблице 10, вводили кислород, таким образом обеспечивали производство синтез-газа. Состав полученного таким способом синтез-газа показан в таблице 10.

В таблице 10 обозначение (А) представляет собой природный газ, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (В) представляет собой водяной пар, подаваемый в канал для ввода неочищенного газа 120₁; обозначение (С) представляет собой диоксид углерода, который был извлечен в устройстве для извлечения диоксида углерода 131, причем извлеченный диоксид углерода перед его перемещением в канал для ввода неочищенного газа 120₁ сжимали компрессором 132; обозначение (D) представляет собой продувочный газ, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша 135; обозначение (Е) представляет собой кислород, подаваемый в печь неполного окисления 133; и обозначение (F) представляет собой синтез-газ, произведенный в риформинг-установке 110, который затем подают через теплообменник 134 в реакционную систему Фишера-Тропша 135. Обозначения (A)-(F) показаны также на фиг.13.

Как видно из таблицы 10, поскольку в способе к смешанному с водяным паром природному газу добавляли не только смешанный с водяным паром диоксид углерода, который был извлечен в устройстве для извлечения диоксида углерода 131, но также и продувочный газ, содержахций диоксид углерода, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша, полученную в результате смесь природного газа риформировали в реакционной трубе 111 риформинг-установки 110, нагретой до заданной температуры, и, в случае введения риформированного газа в печь неполного окисления, скорость потока кислорода, подаваемого в печь неполного окисления 133, устанавливали равной 213 кг•моль/ч, стало возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, равное примерно 2. Количество кислорода, подаваемого в печь неполного окисления 133, соответствует примерно половине количества, используемого в традиционном способе производства синтеза, представленном на фиг. 3 и 4 нерассмотренной опубликованной заявки на патент Японии 6-184559, вследствие чего обеспечивается возможность значительного уменьшения количества кислорода подаваемого в печь неполного окисления.

Четырнадцатый вариант.

Фиг.14 представляет собой технологическую схему, иллюстрирующую основные стадии производства синтез-газа, применяемого в установке синтеза бензина, керосина и газойля, которая может быть использована в соответствии с четырнадцатым вариантом этого изобретения. На фиг.14 те же самые элементы схемы, которые использованы на вышеуказанной фиг.13, обозначены теми же самыми цифрами, вследствие чего их объяснение не приведено.

Эта установка синтеза отличается тем, что в середине канала 120₈, расположенного между теплообменником 134 и реакционной системой Фишера-Тропша 135, размещенными на стороне выпуска риформинг-установки 110, расположено увлажняющее устройство типа теплообменника 139. Канал для ввода неочищенного газа 120₁ сообщается с верхней частью увлажняющегося устройства 139. Увлажняющее устройство 139 сообщается через канал 120₂₁ с верхней частью установки предварительного риформинга 138, расположенной на стороне впуска риформинг-установки 110. Установка предварительного риформинга 138 сообщается через канал 120₂₀ с верхним концом реакционной трубы 111 риформинг-установки 110. Канал 120₂₀ сообщается через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 с реакционной трубой 111. Компрессор 132 сообщается через канал 120₅ с каналом 120₂₀, размещенным для связывания установки предварительного риформинга 138 с риформинг-установкой 110. Реакционная система Фишера-Тропша 135 сообщается через канал для подачи продувочного газа 120₂₄ с каналом для ввода неочищенного газа 120₁.

Далее способ производства синтез-газа будет объяснен со ссылкой на вышеуказанную установку синтеза, показанную на фиг.14.

Прежде всего, как и в тринадцатом варианте, в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110 для нагрева реакционной трубы 111 до достаточно высокой температуры подают
топливо для сжигания. Включенный в отходящий газообразный продукт горения диоксид углерода, который был генерирован в радиационной камере горения 112 и затем охлажден, извлекают в устройстве для извлечения диоксида углерода 131 и затем перемещают в компрессор 132.

Природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан, подают через канал для ввода неочищенного газа 120₁ в верхнюю часть увлажняющего устройства 139. Для увлажнения природного газа в верхнюю часть увлажняющего устройства 139 через канал 120₂₂ подают воду. Более конкретно, обеспечивает контактирование природного газа с водой, поданной из канала 120₂₂ в увлажняющее устройство 139, вследствие чего происходит увлажнение природного газа водой, после которого увлаженный природный газ нагревают и дополнительно увлажняют посредством его теплообмена с высокотемпературным синтез-газом, который был подан через канал 120₈ из печи неполного окисления 133.

Затем увлаженный природный газ подают через канал 120₂₁ в установку предварительного риформинга 138. В этом случае в природный газ, протекающий через канал 120₂₁ из канала 120₂₃, подают водяной пар, вследствие чего возмещается нехватка количества водяного пара. В случае добавления водяного пара к смешанному с диоксидом углерода природному газу через увлажнение, а также через канал 120₂₃, молярное отношение водяного пара к природному газу должно быть предпочтительно установлено таким образом, чтобы соотношение метана (СН₄) и водяного пара (Н₂О) было равно от 1:1,5 до 1:3.

При прохождении природного газа через конвекционную камеру 113 риформинг-установки 110 увлаженный, смешанный с водяным паром природный газ проходит через канал 120₂₁ и нагревается (предварительный нагрев). В вышеуказанной установке предварительного риформинга 138 углеводороды природного газа, имеющие два или более атомов углерода, в основном этан, риформируются в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂.

Смешанный газ, включающий природный газ, содержащий в качестве основного компонента метан (СН₄), водяной пар и диоксид углерода, который был подан в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, подвергают затем реформингу с водяным паром, при котором в основном метан риформируется с водяным паром в присутствии катализатора, помещенного в реакционную трубу 111, вследствие чего происходит превращение смешанного газа в риформированный газ, содержащий водородный газ, монооксид углерода и диоксид углерода, в соответствии с вышеприведенными уравнениями (1) и (2).

Полученный таким образом риформированный газ подают через канал 120₆ в печь неполного окисления 133, в которой сжигают находящийся в риформированном газе водород с кислородом, введенным из канала для ввода кислорода 120₇. В этом случае, вследствие нагрева риформированного газа до высокой температуры, в соответствии с вышеприведенным уравнением реакции (1) происходит генерация СО и Н₂. Кроме того, поскольку количество водорода в риформированном газе в печи неполного окисления 133 уменьшается, становится возможным производство синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, равное 1, посредством операции неполного окисления в печи 133.

Для нагрева котельной воды, протекающей через канал 120₉, синтез-газ, полученный в печи неполного окисления 133, подают через канал 120в в теплообменник 134, вследствие чего происходит генерация пара высокого давления. Одновременно сам синтез-газ охлаждается и затем его подают в увлажняющее устройство 139 для применения в качестве источника нагрева при увлажнении смешанного с диоксидом углерода природного газа. Выпущенный из увлажняющего устройства 139 синтез-газ направляют в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом и происходит синтез бензина, керосина и газойля. Кроме того, в реакции синтеза происходит генерация продувочного газа, содержащего диоксид углерода и непрореагировавший природный газ. Затем этот продувочный газ добавляют в качестве источника диоксида углерода через канал 120₂₄ к имеющемуся в канале для ввода неочищенного газа 120₁ природному газу.

В соответствии с четырнадцатым вариантом можно осуществить производство синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, тем же самым способом, как в случае тринадцатого варианта. Этот синтез-газ, имеющий такое молярное отношение Н₂/СО, перемещают затем в реакционную систему Фишера-Тропша (ФТ) 135, которую заполняют, например, катализатором на основе кобальта, вследствие чего весь включенный в синтез-газ водород и монооксид углерода взаимодействуют друг с другом, и поэтому можно осуществить синтез бензина, керосина и газойля.

Более того, поскольку продувочный газ, содержащий диоксид углерода, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша 135, подают в качестве источника диоксида углерода в природный газ, больше нет необходимости в размещении отдельного устройства для извлечения диоксида углерода, включенного в синтез-газ, которое необходимо в случае любого из вышеуказанных восьмого-двенадцатого вариантов, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа и синтеза бензина, керосина и газойля с использованием дешевой установки.

Кроме того, поскольку на стороне впуска риформинг-установки 110 расположена установка предварительного риформинга 138, возможно осуществление предварительного риформинга углеводородов природного газа, имеющих два или более атомов углерода, в основном этана, в метан, имеющий один атом углерода, СО и Н₂, вследствие чего в риформинг-установке 110 может быть уменьшена тепловая нагрузка. В результате может быть уменьшено количество топлива, подаваемого в радиационную камеру горения 112 риформинг-установки 110, и обеспечивается возможность производства синтез-газа с низкими затратами.

Более того, поскольку на стороне выпуска риформинг-установки 110 расположено увлажняющее устройство 139, предназначенное для увлажнения природного газа, может быть уменьшено количество водяного пара, подаваемого через канал 120₂₃ в природный газ. В результате может быть уменьшено количество водяного пара, подаваемого вместе с природным газом в реакционную трубу 111 риформинг-установки 110, вследствие чего обеспечивается возможность производства синтез-газа с низкими затратами.

Кстати, в четырнадцатый вариант можно не включать увлажняющее устройство или установку предварительного риформинга. В первом случае из двух названных (когда не включают увлажняющее устройство) в канал для ввода неочищенного газа 120₁, где протекает природный газ, подают водяной пар, и полученный в результате природный газ, смешанный с водяным паром, непосредственно подают через канал для ввода неочищенного газа 120₁ в установку предварительного риформинга. Во втором случае (когда не включают установку предварительного риформинга) диоксид углерода, который был извлечен в устройстве для извлечения диоксида углерода 131 и затем сжат компрессором 132, подают в канал для ввода неочищенного газа 120₁, где протекает природный газ, и полученный в результате природный газ, смешанный с диоксидом углерода, перемещают через канал для ввода неочищенного газа 120₁ в увлажняющее устройство 139 для увлажнения смешанного с диоксидом углерода природного газа. Однако в любом из этих случаев продувочный газ, содержащий диоксид углерода, который был генерирован в реакционной системе Фишера-Тропша, используется в качестве источника диоксида углерода и его направляют в канал для ввода неочищенного газа 120₁, где протекает природный газ.

Хотя риформированный газ и кислород подают в печь неполного окисления в любом из вышеперечисленных восьмом-четырнадцатом вариантов, кислород может быть заменен смешанным газом, содержащим кислород и диоксид углерода. В этом случае диоксид углерода может быть предпочтительно добавлен в количестве 10 - 300% по объему в расчете на объем кислорода. Когда вместо чистого кислорода используют смешанный газ, реакция, протекающая в печи неполного окисления между водородом, включенным в риформированный газ, и кислородом, может быть более медленной, вследствие чего можно избежать возможности взрыва.

В вышеприведенных восьмом-четырнадцатом вариантах в печь неполного окисления можно подать водяной пар. Когда в печь неполного окисления подают водяной пар, генерация в печи неполного окисления свободного углерода может быть замедлена или предотвращена.

Как объяснялось выше, в соответствии с этим изобретением может быть предусмотрен способ производства синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, которое является подходящим для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша, указанный способ обеспечивает возможность получения СО₂ в установке для производства синтез-газа с применением реакционной системы Фишера-Тропша, вследствие чего синтез-газ может быть дешево получен в любом месте без ограничения места расположения источника газа СО₂, такого как установка для получения аммиака.

Кроме того, в соответствии с этим изобретением может быть также предусмотрен способ производства синтез-газа, имеющего молярное отношение Н₂/СО, которое является подходящим для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша, в котором природный газ, содержащий диоксид углерода, подают в риформинг-установку и затем полученный в результате риформированный газ вводят из риформинг-установки в печь неполного окисления для сжигания находящегося в риформированном газе водорода посредством его реакции с кислородом, который был подан в печь неполного окисления, вследствие чего обеспечивается возможность уменьшения количества кислорода, подаваемого в печь неполного окисления и размеров установки для производства кислорода.

Для специалистов в данной области являются очевидными дополнительные преимущества и модификации. Поэтому изобретение в соответствии с его более широкими аспектами не ограничивается конкретными деталями и типичными показанными и описанными в нем вариантами. Соответственно без отклонения от сущности или объема общей изобретательской идеи, определенной приложенной формулой изобретения и ее эквивалентами, могут быть осуществлены различные модификации.

Реферат

Изобретение относится к способу производства синтез-газа, применяемого для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша. Способ включает стадии подачи смешанного с водяным паром природного газа в риформинг-установку, снабженную радиационной камерой горения для сжигания топлива, причем риформинг-установка обогревается радиационной камерой горения; извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения; добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу в зону на стороне впуска риформинг-установки, вследствие чего обеспечивается реакция риформинга, происходящая с получением синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5. Изобретение позволяет обеспечить дешевое производство синтез-газа. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 14 ил., 10 табл.

Формула

1. Способ производства синтез-газа, содержащего СО и Н₂, применяемый для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша, включающий стадии подачи смешанного с водяным паром природного газа в риформинг-установку (10), которая снабжена радиационной камерой горения (12) для сжигания топлива, причем риформинг-установку (10) обогревают радиационной камерой горения (12); извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения (12); добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу в зону на стороне впуска риформинг-установки (10), вследствие чего происходит реакция риформинга, с получением синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, который является подходящим для использования в синтезе бензина, керосина и газойля.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из синтез-газа, полученного в риформинг-установке (10), извлекают диоксид углерода, причем извлеченный таким образом диоксид углерода рециркулируют в зону на стороне впуска риформинг-установки (10).

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что процесс извлечения диоксида углерода из синтез-газа осуществляют с использованием того же поглощающего раствора, который используют в процессе извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, выпущенного из риформинг-установки (10).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стороне впуска риформинг-установки (10) расположена установка предварительного риформинга (36), природный газ, к которому добавлен водяной пар, подают в риформинг-установку (10) через установку предварительного риформинга (36), извлеченный из отходящего газообразного продукта горения диоксид углерода подают в канал, соединяющий риформинг-установку (10) и установку предварительного риформинга (36).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что стадию добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу осуществляют с помощью размещения на последующей ступени риформинг-установки (10) увлажняющего устройства (37), введения в увлажняющее устройство (37) синтез-газа из риформинг-установки (10), нагрева увлажняющего устройства (37) отходящим теплом синтез-газа, подачи природного газа и воды в увлажняющее устройство (37) и добавления к природному газу в увлажняющем устройстве (37) водяного пара.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что установка предварительного риформинга (36) расположена на стороне впуска риформинг-установки (10), природный газ, к которому добавлен водяной пар, подают в риформинг-установку (10) через установку предварительного риформинга (36), извлеченный из отходящего газообразного продукта горения диоксид углерода подают в канал, соединяющий риформинг-установку (10) и установку предварительного риформинга (36), и стадию добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу осуществляют с помощью размещения на последующей ступени риформинг-установки (10) увлажняющего устройства (37), введения в увлажняющее устройство (37) синтез-газа из риформинг-установки (10), нагрева увлажняющего устройства (37) отходящим теплом синтез-газа, подачи природного газа и воды в увлажняющее устройство (37) и добавления к природному газу в увлажняющем устройстве (37) водяного пара.

7. Способ по пп.1, 4, 5 или 6, отличающийся тем, что в зоне на стороне впуска риформинг-установки (10) циркулирует продувочный газ, содержащий диоксид углерода, причем в случае синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша и использования синтез-газа, полученного в риформинг-установке (10), продувочный газ получают в реакционной системе Фишера-Тропша.

8. Способ производства синтез-газа, содержащего СО и Н₂, применяемый для синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша, включающий стадии подачи смешанного с водяным паром природного газа в риформинг-установку (110), которая снабжена радиационной камерой горения (112) для сжигания топлива, причем риформинг-установку (110) обогревают радиационной камерой горения (112); извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, генерированного в радиационной камере горения (112); добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу в зону на стороне впуска риформинг-установки (110), вследствие чего происходит реакция риформинга; введения риформированного газа из риформинг-установки (110) в печь неполного окисления (133) одновременно с введением в печь неполного окисления (133) кислорода, вследствие чего риформированный газ взаимодействует с кислородом с получением синтез-газа, содержащего СО и Н₂ при молярном отношении Н₂/СО = 1 - 2,5, который является подходящим для использования в синтезе бензина, керосина и газойля.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что из синтез-газа, полученного в печи неполного окисления (133), извлекают диоксид углерода, причем извлеченный таким образом диоксид углерода рециркулируют в зону на стороне впуска риформинг-установки (110).

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что процесс извлечения диоксида углерода из синтез-газа осуществляют с использованием того же поглощающего раствора, который используют в процессе извлечения диоксида углерода из отходящего газообразного продукта горения, выпущенного из радиационной камеры горения (112) риформинг-установки (110).

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что на стороне впуска риформинг-установки (110) расположена установка предварительного риформинга (138), природный газ, к которому добавлен водяной пар, подают в риформинг-установку (110) через установку предварительного риформинга (138), извлеченный из отходящего газообразного продукта горения диоксид углерода подают в канал, соединяющий риформинг-установку (110) и установку предварительного риформинга (138).

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что стадию добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу осуществляют с помощью размещения на последующей ступени риформинг-установки (110) увлажняющего устройства (139), введения в увлажняющее устройство (139) синтез-газа из риформинг-установки (110), нагрева увлажняющего устройства (139) отходящим теплом синтез-газа, подачи природного газа и воды в увлажняющее устройство (139) и добавления к природному газу в увлажняющем устройстве (139) водяного пара.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что установка предварительного риформинга (138) расположена на стороне впуска риформинг-установки (110), природный газ, к которому добавлен водяной пар, подают в риформинг-установку (110) через установку предварительного риформинга (138), извлеченный из отходящего газообразного продукта горения диоксид углерода подают в канал, соединяющий риформинг-установку (110) и установку предварительного риформинга (138), и стадию добавления диоксида углерода к смешанному с водяным паром природному газу осуществляют с помощью размещения на последующей ступени риформинг-установки (110) увлажняющего устройства (139), введения в увлажняющее устройство (139) синтез-газа из риформинг-установки (110), нагрева увлажняющего устройства (139) отходящим теплом синтез-газа, подачи природного газа и воды в увлажняющее устройство (139) и добавления к природному газу в увлажняющем устройстве (139) водяного пара.

14. Способ по пп. 8, 11, 12 или 13, отличающийся тем, что в зоне на стороне впуска риформинг-установки (110) циркулирует продувочный газ, содержащий диоксид углерода, причем в случае синтеза бензина, керосина и газойля с помощью реакционной системы Фишера-Тропша и использования синтез-газа, полученного в печи неполного окисления (133), продувочный газ получают в реакционной системе Фишера-Тропша.

15. Способ производства синтез-газа по п.8, отличающийся тем, что в печь неполного окисления (133) подают смешанный с диоксидом углерода кислород.

Приоритет по пунктам:
30.05.2000 с уточнениями от 22.08.2000 по пп. 1-15.

Документы, цитированные в отчёте о поиске

Способ конверсии углеводородов паровым риформингом и установка для его осуществления

Патенты аналоги

Способ конверсии углеводородов паровым риформингом и установка для его осуществления

Авторы

ИИДЗИМА Масаки (JP)

КОБАЯСИ Казуто (JP)

МОРИТА Казухиро (JP)

IIDZIMA MASAKI

KOBAJASI KAZUTO

MORITA KAZUKHIRO

IIDZIMA MASAKI

KOBAJASI KAZUTO

MORITA KAZUKHIRO

Патентообладатели

MITSUBISHI HEAVY IND LTD

MITSUBISI KHEHVI INDASTRIZ LTD.

Заявители

МИЦУБИСИ ХЭВИ ИНДАСТРИЗ ЛТД. (JP)

MITSUBISHI HEAVY IND LTD

MITSUBISI KHEHVI INDASTRIZ LTD.

СПК: C01B3/382 C01B3/384 C01B2203/0811 C01B2203/0816 C01B2203/0866 C01B2203/142 C01B2203/143 C01B2203/148 C10G2/30 C10G2300/1025 C10G2300/807 C10G2400/02 C10G2400/06 C10G2400/08

Публикация: 2003-02-27

Дата подачи заявки: 2001-02-27

РОССТИП

Поиск по товарам

Добавить свой товар

Сообщества

Товары

Участники

Патенты

Запросов

Поставщикам

О сервисе

Блогерам

Помощь