EA048773B1 - Установка химического синтеза - Google Patents

Description

Область техники

Изобретение относится к установке, такой как углеводородная установка, в которой эффективно используют различные потоки, в частности, диоксид углерода. Кроме того, изобретение относится к способу получения потока продукта, такого как поток углеводородного продукта. Установка и способ по изобретению обеспечивают в целом более эффективное использование диоксида углерода.

Уровень техники

В свете увеличения выбросов СО2 в атмосферу в ходе промышленной революции все большую актуальность приобретают способы улавливания и использования углерода (CCU). В соответствии с одним из способов использования СО2, может осуществляться конверсия СО2 и Н2 в синтез-газ (газ, богатый СО и Н2), который в дальнейшем может быть преобразован в ценные продукты, такие как спирты (в том числе метанол), топливо (например, бензин, реактивное топливо, керосин и/или дизельное топливо, произведенное, например, с помощью синтеза Фишера-Тропша (F-T)), и/или олефины и т.д.

Существующие технологии в основном фокусируются на автономных процессах обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) для конверсии водяного газа СО2 и Н2 в синтез-газ. Затем может осуществляться преобразование синтез-газа в ценные продукты на дальнейших этапах процесса в соответствии с описанием выше. Реакция обратной конверсии водяного газа проходит в соответствии со следующим уравнением:

СО₂ + Н₂ θ СО + Н₂О (1).

Реакция ОКВГ (1) представляет собой эндотермический процесс, для которого требуются значительные затраты энергии для достижения необходимой степени конверсии. Высокие температуры необходимы для достижения достаточной степени конверсии диоксида углерода в монооксид углерода, чтобы обеспечить рентабельность процесса. Кроме того, может происходить образование нежелательных побочных продуктов, например, метана. Очевидно, что высокая степень конверсии диоксида углерода также может быть обеспечена за счет высокого отношения Н₂/СО₂. Тем не менее, из-за этого зачастую получают синтез-газа с очень слишком высоким отношением Н₂/СО для синтеза на последующих этапах.

В технологиях, использующих реакцию ОКВГ, существуют также и другие проблемы. В некоторых случаях подача углеводородов в процесс может осуществляться с использованием других исходных потоков. Например, подача углеводородов может осуществляться с последующих стадий синтеза (например, подача потока, богатого пропаном и бутаном, из стадии F-T, подача остаточного газа, содержащего различные углеводороды, из стадии F-T; подача потока бензиновой фракции из стадии F-T, подача потока, богатого пропаном и бутаном, из стадии синтеза бензина, подача потока углеводородов, полученного в результате синтеза олефинов и т.д.). Переработка таких углеводородов не может осуществляться в реакторе ОКВГ. Если углеводородные потоки с последующей стадии синтеза не используют, по меньшей мере, частично для производства дополнительных количеств синтез-газа, весь процесс может оказаться нерентабельным.

Для улучшения существующих технологий в настоящем документе описан новый способ получения синтез-газа и синтеза из указанного синтез-газа для получения продуктов из синтез-газа, преимущественно из исходных потоков СО₂, Н₂ и О₂. Предлагаемая концепция имеет, по меньшей мере, следующие преимущества:

1. Конверсия СО₂, Н₂ и О₂ в синтез-газ может осуществляться с необходимым отношением Н₂:СО без подачи углеводородного исходного потока для установки.

2. Использование любых углеводородов, образующихся на стадии синтеза, для производства синтез-газа.

3. Возможно более эффективное использование исходного потока диоксида углерода по сравнению с отдельной секцией ОКВГ. Одной из определенных целей является использование в качестве источника углерода большего количества исходного потока подачи СО₂ вместо углеводородного сырья, поступающего извне.

4. Если в качестве источника подачи части или всего водорода в процессе используют электролизер, в качестве источника кислорода, который требуется в предлагаемой схеме процесса, может использоваться часть кислорода или весь кислород, который производится в электролизере вместе с Н₂.

Краткое изложение сущности изобретения

Следовательно, в соответствии с первым аспектом настоящим изобретением предоставляется установка, включающая:

a. стадию получения синтез-газа, причем указанная стадия получения синтез-газа включает секцию метанации и/или секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) и секцию автотермического риформинга (АТР), и

b. стадию синтеза.

Указанная установка дополнительно включает:

первый исходный поток, содержащий водород, который подают на стадию получения синтез-газа;

второй исходный поток, содержащий диоксид углерода, который подают на стадию получения синтез-газа;

третий исходный поток, содержащий кислород, который подают в секцию АТР;

- 1 048773 причем на указанной стадии получения синтез-газа осуществляют получение потока синтез-газа и подачу указанного потока синтез-газа на стадию синтеза; и причем установка не включает подачу углеводородов из внешнего источника.

Кроме того, настоящим изобретением предоставляется способ получения потока продукта, в частности, потока углеводородного продукта с использованием вышеуказанной установки.

Подробное описание установки и способа приведено ниже в разделах Подробное описание изобретения, Чертежи и Формула изобретения.

Перечень чертежей

На фиг. 1-5 приведены схематичные изображения различных вариантов осуществления установки.

Подробное описание изобретения

Если не указано иное, указанные значения процентного содержания газа означают объемные проценты.

Частные варианты осуществления изобретения

Как указано выше, настоящее изобретение относится к установке, такой как углеводородная установка. Указанная установка включает:

a. стадию получения синтез-газа, причем указанная стадия получения синтез-газа включает секцию метанации и/или секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) и секцию автотермического риформинга (АТР), и

b. стадию синтеза.

В указанную установку осуществляют подачу различных исходных потоков. Во избежание неопределенности, термин исходный поток, когда он относится к установке, означает средство подачи указанного газа на соответствующую стадию, в реактор или в блок, такой как трубопровод, канал подачи и т.д. Первый исходный поток, содержащий водород, подают на стадию получения синтез-газа. Первый исходный поток состоит преимущественно из водорода. Первый исходный поток определяется как богатый водородом, это означает, что большую часть этого потока составляет водород; то есть водород составляет более 75%, например, более 85%, предпочтительно более 90%, более предпочтительно более 95%, еще более предпочтительно более 99% этого исходного потока. Первый водородосодержащий исходный поток может быть получен в одном или более электролизерах. В дополнение к водороду первый исходный поток может, например, содержать пар, азот, аргон, монооксид углерода, диоксид углерода и/или углеводороды. Первый исходный поток соответствующим образом содержит лишь незначительные количества углеводорода, например, менее 5% углеводородов, менее 3% углеводородов или менее 1% углеводородов.

Предоставляется второй исходный поток, содержащий диоксид углерода, который подают на стадию получения синтез-газа. Второй исходный поток состоит преимущественно из СО2. Второй исходный поток определяется как богатый СО2, это означает, что большую часть этого потока составляет СО2; то есть СО2 составляет более 75%, например, более 85%, предпочтительно более 90%, более предпочтительно более 95%, еще более предпочтительно более 99% этого исходного потока. Источником второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, может быть поток выходящих газов из одной или нескольких химических установок. Кроме того, источником второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, может быть диоксид углерода, который получен из одного или нескольких технологических потоков или из атмосферного воздуха. Другим источником второго исходного потока может быть СО₂, который улавливают или извлекают из газообразных продуктов горения, полученных, например, в огневых нагревателях, установках парового риформинга и/или в электростанциях. Перед добавлением на стадию получения синтез-газа первый и второй исходные потоки могут смешиваться. Второй исходный поток, помимо СО2, может содержать, например, пар, кислород, азот, оксигенаты, амины, аммиак, монооксид углерода и/или углеводороды. Второй исходный поток соответствующим образом содержит лишь незначительные количества углеводорода, например, менее 5% углеводородов, менее 3% углеводородов или менее 1% углеводородов.

Отношение Н2:СО2 на подаче в установку варьируется в диапазоне 1,0-9,0, предпочтительно 2,5-8, более предпочтительно 3,0-7,0; Фактическое соотношение будет зависеть от того, какой конечный продукт необходимо получить после стадии синтеза. Это отношение определяется как отношение любых количеств Н₂ и СО₂ во внешних потоках (т.е. это отношение не учитывает любые количества водорода и/или диоксида углерода в каких-либо потоках рециркуляции).

Перед добавлением на стадию получения синтез-газа первый и второй исходные потоки могут смешиваться.

Если стадия синтеза представляет собой стадию синтеза Фишера-Тропша (F-T), необходимое отношение Н2/СО в синтез-газе, как правило, составляет около 2,0. С упрощенной точки зрения, для конверсии каждой единицы СО2 в СО необходима одна единица водорода. Добавление О2 также потребует некоторого количества водорода, и, кроме того, водород будет необходим в качестве источника энергии для вспомогательных целей, например, для выработки электроэнергии. В целом, это означает, что для стадии синтеза F-T отношение Н₂:СО₂ на подаче в установку (т.е. без учета любых количеств водорода и/или диоксида углерода в каких-либо потоках рециркуляции) должно быть в диапазоне 3,0-7,0, более

- 2 048773 предпочтительно 3,0-6,0, наиболее предпочтительно 3,0-5,0. Аналогично, если целевым конечным продуктом является метанол или бензин (посредством синтеза метанола и получения из метанола бензина), в этих случаях также отношение Н2:СО2 на подаче в установку должно быть в диапазоне 3,0-7,0, более предпочтительно 3,0-6,0, наиболее предпочтительно 3,0-5,0.

Следует отметить, что в некоторых случаях могут использоваться отношения Н2:СО2 менее 3,0, например, 2,0-3,0.

Третий исходный поток, содержащий кислород, подают в секцию АТР. Соответствующим образом, третий исходный поток состоит преимущественно из кислорода. Третий исходный поток определяется как богатый О₂, это означает, что большую часть этого потока составляет О₂; то есть О₂ составляет более 75%, например, более 90% или 95%, например, более 99%. Такой третий исходный поток может также содержать другие компоненты, такие как азот, аргон, СО2 и/или пар. Такой третий исходный поток, как правило, содержит небольшое количество пара (например, 5-10%). Источником третьего исходного потока, содержащего кислород, может быть, по меньшей мере, одна воздухоразделительная установка (ВРУ) и/или, по меньшей мере, один мембранный блок. Источником кислорода также может быть, по меньшей мере, один электролизер. Весь первый исходный поток или его часть и весь третий исходный поток или его часть могут поступать, по меньшей мере, из одного электролизера. Электролизер означает блок для преобразования пара или воды в водород и кислород с использованием электроэнергии. К третьему исходному потоку, содержащему кислород, перед секцией АТР может добавляться пар.

На стадии получения синтез-газа может добавляться поток углеводородсодержащего отходящего газа (со стадии синтеза) в качестве четвертого исходного потока, содержащего углеводороды. Источником четвертого исходного потока может быть часть или весь поток, содержащий углеводороды, полученный на стадии синтеза. Четвертый исходный поток может дополнительно содержать другие компоненты, такие как СО₂ и/или СО и/или Н₂ и/или пар и/или другие компоненты, такие как азот и/или аргон. Такой поток может содержать, например, метан, этан, пропан и/или бутан. Другим примером является сжиженный углеводородный газ (СУГ), который представляет собой поток, богатый пропаном и бутаном. СУГ может быть получен, например, в установке синтеза бензина или в установке синтеза ФишераТропша. Еще одним примером является поток, содержащий нафту, который получают на стадии синтеза для получения жидкого топлива с использованием процесса синтеза Фишера-Тропша. Поток углеводородсодержащего отходящего газа может более чем на 5%, например, более чем на 15%, в частности, более чем на 30%, предпочтительно более чем на 40% состоять из углеводородов. Концентрация углеводородов в этом третьем потоке определяется до добавления пара (т.е. определяется как сухая концентрация). В различные точки стадии получения синтез-газа могут добавляться несколько потоков рециркуляции. Такие потоки могут быть смешанными или добавляться по отдельности, другими словами, этот четвертый исходный поток может представлять собой несколько отдельных или смешанных потоков.

Еще одной альтернативой является использование так называемого остаточного газа из блока синтеза Фишера-Тропша. Этот остаточный газ обычно содержит СО₂, СО, Н₂, метан и олефины.

В таблице ниже представлены несколько возможных примеров (не исчерпывающих) источников четвертого исходного потока и соответствующие стадии синтеза.

Технология стадии синтеза	Возможный источник четвертого исходного потока со стадии синтеза
Фишера-Тропша (F-T) Синтез метанол (МеОН) МеОН в бензин (MTG) Синтез высших спиртов (ВС) Синтез синтез-газа в олефины (STO)	Остаточный газ Поток, богатый пропаном/бутаном (СНГ) Поток, богатый бензино-лигроиновой фракцией Продувочный газ Продувочный газ Поток, богатый пропаном/бутаном (СНГ) Остаточный газ Поток богатый метанолом Отходящий газ, богатый СО2 Поток, богатый углеводородами

В некоторых случаях поток, содержащий углеводороды, перед подачей на стадию получения синтез-газа в качестве четвертого исходного потока может подвергаться предварительному риформингу. Например, если четвертый исходный поток представляет собой, например, поток СНГ и/или конечный поток бензино-лигроиновой фракции или поток природного газа, установка может дополнительно включать секцию предварительного риформинга, куда подают четвертый исходный поток перед стадией получения синтез-газа. Перед подачей в указанную секцию предварительного риформинга осуществляют

- 3 048773 смешивание потока пара с СУГ и/или конечным потоком нафты.

На стадии предварительного риформинга для конверсии высших углеводородов осуществляют следующие реакции: реакцию парового риформинга (эндотермическая) и реакцию (3) (экзотермическая). Происходит дополнительная конверсия водяного газа и метанация согласно уравнениям (1) и (3):

CnHm + η Н₂О θ пСО + (п + т/2)Н2 (где п>2, т > 4) (2)

СО₂ + 4Н₂ θ СН₄ + 2Н₂О (3)

Выходящий поток из предварительного риформера будет содержать СО2, СН4, Н₂О, и Н₂, как правило, вместе с меньшими количествами СО и возможными другими компонентами. Этап предварительного риформинга обычно проводят при температуре 350-600°С, более предпочтительно 400-550°С. Перед этапом предварительного риформинга к потоку углеводородного исходного потока добавляют пар. Этап предварительного риформинга может осуществляться в адиабатических условиях или в нагретом реакторе, заполненном катализаторами, включая, помимо прочего, катализаторы на основе Ni. Нагрев устройства предварительного риформинга может осуществляться с использованием горячего газа (например, с использованием отходящего газа из АТР) или в секции нагрева, например, с использованием огневого нагревателя. Для получения необходимого количества подводимого тепла может использоваться водород или другие горючие компоненты.

Углеводородный поток также может содержать олефины. В этом случае может осуществляться гидрогенизация олефинов с получением соответствующих парафинов перед добавлением олефинов в установку предварительного риформинга или на стадию получения синтез-газа в качестве третьего исходного потока.

В некоторых случаях углеводороды содержат незначительные количества вредных соединений, например, серу. В этом случае углеводороды могут подвергаться очистке, например, десульфуризации, на отдельном этапе или отдельной стадии.

В соответствии с одним аспектом установка дополнительно включает подачу пара на стадию получения синтез-газа.

Стадия получения синтез-газа

На стадии получения синтез-газа осуществляют получение потока синтез-газа (по меньшей мере, из указанного первого, второго и третьего потоков) и подачу указанного потока синтез-газа на стадию синтеза. Во избежание неопределенности, термины синтез-газ и синтетический газ являются синонимами. Кроме того, термин получение потока синтез-газа в этом контексте означает производство потока синтез-газа.

Стадия получения синтез-газа включает секцию метанации и/или секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) и секцию автотермического риформинга (АТР).

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения секция метанации и/или секция обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) расположены по ходу процесса перед секцией автотермического риформинга (АТР). В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения секция метанации и/или секция обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) расположены параллельно указанной секции автотермического риформинга (АТР).

При необходимости, стадия получения синтез-газа может включать дополнительные секции. Ниже приводится описание различных секций.

Секция ATP

Стадия получения синтез-газа включает секцию автотермического риформинга (АТР). Секция АТР может включать один или более реакторов автотермического риформинга (АТР). Ключевой частью секции АТР является реактор АТР. Все исходные потоки, при необходимости, предварительно нагревают. Как правило, реактор АТР включает горелку, камеру сгорания и слой катализатора, который находится в огнеупорном корпусе высокого давления. В реакторе АТР после частичного сгорания сырья, содержащего углеводород, с использованием субстехиометрических количеств кислорода осуществляют паровой риформинг потока водородного сырья, которое прошло частичное сгорание, в неподвижном слое катализатора парового риформинга. Из-за высоких температур паровой риформинг частично происходит в камере сгорания. Реакции парового риформинга сопутствует реакция конверсии водяного газа. Как правило, на выходе из реактора газ находится на уровне или близко к равновесию реакций парового риформинга и водяного газа. Более подробная информация об АТР и его полное описание можно известны из литературы, например, в работе Studies in Surface Science and Catalysis (Исследования в области химии поверхности и катализа), т. 152, Synthesis gas production for FT synthesis (Производство синтез-газа для синтеза Фишера-Тропша), глава 4, стр. 258-352, 2004.

Как правило, температура выходящего газа из реактора АТР составляет 900-1100°С. Выходящий газ, как правило, содержит Н₂, СО, СО₂ и пар. Кроме того, в выходящем газе в незначительных количествах могут присутствовать и другие компоненты, такие как метан, азот и аргон. Рабочее давление реактора АТР будет составлять 5-100 бар или более предпочтительно 15-60 бар.

Поток синтез-газа из реактора АТР охлаждают в цепи охлаждения, которая обычно включает один или более котлов-утилизаторов избыточного тепла (КУИТ) и один или более дополнительных теплооб

- 4 048773 менников. Охлаждающей средой в КУИТ является вода (исходный поток в котел), которая испаряется с получением пара. Поток синтез-газа дополнительно охлаждают до уровня ниже температуры конденсации, например, путем предварительного нагрева технического оборудования и/или частичного предварительного нагрева одного или более исходных потоков и охлаждения в воздушном и/или водяном охладителе. Конденсированная Н2О отводится в виде технологического конденсата в сепараторе с получением потока синтез-газа с низким содержанием Н₂О, который направляют на стадию синтеза.

Секция АТР может представлять собой секцию частичного окисления (40). Секция ЧО представляет собой секцию схожую с секцией АТР, за исключением того факта, что реактор АТР заменен реактором ЧО. Как правило, реактор ЧО включает горелку и камеру сгорания, которые находятся в огнеупорном корпусе высокого давления. Секция АТР также может представлять собой секцию каталитического частичного окисления (К40).

Секция метанации

В соответствии с одним аспектом стадия получения синтез-газа дополнительно включает секцию метанации, расположенную по ходу процесса перед секцией АТР. Секция метанации гидравлически соединена с указанной секцией АТР. Часть или весь первый исходный поток подают в секцию метанации; часть или весь второй исходный поток подают в секцию метанации.

Из-за тепла, генерируемого в процессе метанации, потребность во внешнем предварительном нагреве исходного потока, подаваемого в секцию автотермического риформинга, значительно снижается или полностью устраняется. Такой внешний предварительный нагрев может осуществляться, например, в огневом нагревателе. Необходимое тепло в таком огневом нагревателе генерируется, например, путем сжигания водорода и/или углеводорода. Первый случай требует потребления части водорода, содержащегося в исходном потоке, а второй случай приводит к образованию выбросов СО2. Кроме того, огневой нагреватель является дорогостоящим оборудованием, которое также занимает значительную площадь. Наконец, при размещении по ходу процесса перед секцией АТР секции метанации общая эффективность установки повышается по сравнению, например, с конструкцией с одной секцией АТР.

Как было указано ранее, в соответствии с известным уровнем техники производство синтез-газа из СО2 и водорода осуществляют с использованием селективной ОКВГ. По сравнению с этой схемой комбинация метанации и АТР имеет несколько преимуществ. Такая комбинация включает возможность использования углеводородсодержащего потока, который подают извне установки, так и использования внутренних рециркуляционных потоков. Кроме того, температура на выходе из реактора АТР в секции АТР, как правило, находится в диапазоне 900-1100°С. В большинстве случаев эта температура выше температуры возможной в конструкции с одним блоком ОКВГ. Из-за этого увеличивается производство монооксида углерода, так как для этого более высокие температуры являются более термодинамически благоприятными. Следует также отметить, что даже если в секции метанации образуется метан, содержание метана в продукте синтез-газе, который подают на стадию синтеза, является низким из-за высокой температуры на выходе из реактора АТР в секции АТР. Преимущественно температура на выходе из АТР составляет 1000-1100°С.

Для большинства применений низкое содержание метана в синтез-газе, который подают на стадию синтеза, является преимуществом. Для большинства типов стадий синтеза метан является инертным или побочным продуктом стадии синтеза. Следовательно, в соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления изобретения содержание метана в синтез-газе, который подают на стадию синтеза, составляет менее 5%, например, менее 3% или даже менее 2%.

Расположение секции метанации по ходу процесса перед секцией АТР представляется необоснованным. В секции метанации образуется метан, и затем в секции АТР происходит конверсия большей части образовавшегося метана. Тем не менее, заявителями было обнаружено, что теплота реакции метанации может использоваться для предварительного нагрева исходный поток, который подают в секцию АТР. Это позволяет избежать или уменьшить потребность в специальном оборудовании для предварительного нагрева исходного потока. Уменьшение потребности в специальном оборудовании для предварительного нагрева исходного потока также снизит требуемое количество сжигаемых материалов для обеспечения требуемой энергии и, следовательно, снизит выбросы СО₂ в случае, если предварительный нагреватель представляет собой огневой нагреватель с углеводородным топливом. Секция метанации может содержать один или более последовательных блоков метанации, например, два или более блоков метанации, три или более блоков метанации, четыре или более блоков метанации. В таких блоках метанации преимущественно осуществляют конверсию СО₂ и Н₂ в метан и пар посредством экзотермической реакции метанации. Каждый из блоков метанации может представлять собой адиабатический блок или блок, в котором осуществляют охлаждение, например, с использованием кипящей воды или путем нагревания, например, исходного потока газа. Температура выходящего потока из каждого блока метанации может составлять 250-900°С, предпочтительно 600-850°С, более предпочтительно 650-840°С, в зависимости от степени метанации и степени охлаждения. Возможно также параллельное расположение блоков метанации.

В некоторых случаях может быть предпочтительно избегать слишком высоких температур в блоке метанации, например, чтобы ограничить степень дезактивации катализатора из-за спекания. Это особен

- 5 048773 но верно, если блок или реактор метанации являются адиабатическими. В адиабатическом блоке метанации, как правило, самая высокая температура бывает на выходе. Следовательно, может быть желательно контролировать температуру на выходе из одного или более блоков метанации, например, до температуры в диапазоне 600-750°С, например, до температуры приблизительно 650°С, 675°С, 700°С или 725°С. Это может быть достигнуто путем управления исходными потоками, которые подают отдельные блоки метанации в секции метанации, если присутствует более одного блока метанации. Температуру на выходе из адиабатического блока метанации можно контролировать путем регулирования молярных отношений между частью первого исходного потока и частью второго исходного потока, а также молярным отношением между частью первого исходного потока и частью пятого исходного потока (при его наличии), который добавляют в блок метанации. Очевидно, что для этого также можно использовать температуру исходных потоков на подаче.

Для получения нужного состава синтез-газа можно также регулировать отношения различных исходных потоков, которые подают в каждый блок метанации, и отношения различных исходных потоков, которые подают в секцию метанации и непосредственно в секцию метанации.

В секции метанации первый исходный поток, содержащий водород, может подаваться по частям по отдельности в разные блоки метанации, или может осуществляться подача всего количества первого исходного потока, содержащего водород, в блок метанации, расположенный первым по направлению потока в секции метанации. Аналогичным образом, в секции метанации второй исходный поток, содержащий диоксид углерода, может подаваться по частям по отдельности в разные блоки метанации, или может осуществляться подача всего количества второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, в блок метанации, расположенный первым по направлению потока в секции метанации.

В частном варианте осуществления все количество первого исходного потока, содержащего водород, подают в первый из блоков метанации вместе с частью второго исходного потока, содержащего диоксид углерода. Оставшаяся часть диоксида углерода распределяется между оставшимися блоками метанации, а температура на выходе из последнего блока метанации составляет 650-900°С, например, 750850°С.

В различные части секции метанации может осуществляться подача дополнительных количеств Н₂ и/или СО2. Например, часть водорода или СО2 может подаваться во второй (или в третий) блок метанации. Кроме того, часть выходящего потока из одного блока метанации может охлаждаться и рециркулироваться на подачу в указанный блок метанации и/или на подачу в любой дополнительный блок метанации, расположенный перед указанным одним блоком метанации. При необходимости, может осуществляться охлаждение выходящего потока из секции метанации до уровня ниже температуры конденсации, и может осуществляться удаление части воды из этого потока перед его рециркуляцией на подачу в этот блок метанации или в любой блок метанации, расположенный ранее по направлению потока.

Кроме того, поток, содержащий Н₂ и/или СО2, также может извлекаться в расположенной далее по ходу процесса секции АТР и рециркулироваться в секцию метанации.

Кроме того, может осуществляться добавление пара в секцию метанации и/или между секцией метанации и секцией АТР.

В этом аспекте для предварительного нагрева исходного потока в АТР может использоваться то, что реакция метанации происходит с выделением тепла. Может предпочтителен или необходим некоторый нагрев секции АТР с использованием внешних устройств, например, чтобы обеспечить более точное регулирование температур в секции АТР. Таким образом, теплота реакции метанации может использоваться лишь для частичного повышения температур перед секцией АТР.

Реакция метанации может быть выражена следующим уравнением:

СО₂+4Н₂ θ СН₄ + 2Н₂О (3).

Обычно в блоке метанации также имеют место ОКВГ (реакция (1) и/или реакция конверсии водяного газа (реакция обратная реакции (1)). Во многих случаях состав газа на выходе из каждого блока метанации будет находиться на уровне близком к химическому равновесию или на уровне химического равновесия в отношении реакции конверсии водяного газа/обратной конверсии водяного газа и реакций метанации при температуре и давлении, которые имеются на выходе из указанного блока метанации.

Реакция (3) метанации проходит с выделением большого количества тепла. В некоторых случаях желательно отрегулировать температуру на выходе из блока метанации или из секции метанации до заданного значения, которое может находиться в диапазоне 550-800°С, например, в диапазоне 600-700°С. Добавление в блок метанации части или всего четвертого исходного потока, содержащего углеводороды, снизит температуру на выходе из-за того, что будет иметь место реакция парового риформинга (обратная реакция (3) и/или реакция (2)).

Если в блок метанации добавляют поток, выходящий со стадии предварительного риформинга, температура на выходе из такого блока метанации обычно будет ниже по сравнению со схемой, когда такой поток не добавляется. Метан в выходящем потоке с этапа предварительного риформинга будет реагировать в соответствии с эндотермической реакцией парового риформинга:

СН₄ + Н₂О θ СО + ЗН₂ (4)

Присутствие метана в сырье ограничивает степень реакции метанации из-за химического равнове

- 6 048773 сия.

Поток, выходящий из секции метанации, представляет собой поток, содержащий СО2, Н2, СО, Н2О и СН₄.

Остаточный газ со стадии синтеза F-T, как правило, не добавляют в установку метанации, а подают непосредственно в секцию АТР. Если имеется избыток остаточного газа со стадии синтеза F-T, его можно гидрогенизировать и подавать в секцию метанации.

В соответствии с одним из вариантов осуществления температура на подаче, по меньшей мере, в один из блоков метанации будет составлять 300-500°С.

Для получения нужного состава синтез-газа можно также регулировать отношения различных исходных потоков, которые подают в каждый блок метанации, и отношения различных исходных потоков, которые подают в секцию метанации и непосредственно в секцию метанации.

Степень метанации (и, следовательно, состав газа в секции АТР) зависит от ряда факторов, включая отношение исходных потоков, которые подают в секцию метанации, а также температуру на подаче каждый блок метанации и на выходе из каждого блока метанации, а также степень удаления воды (при ее наличии) из секции метанации. При определенном составе и определенной температуре газа на подаче в секцию АТР свойства синтез-газа, выходящего из АТР, зависят от количества добавленного кислорода. При увеличении количества кислорода температура на выходе из реактора АТР увеличивается, в результате чего отношение Н2/СО снижается.

В еще одном варианте осуществления (показанном на фиг. 2с) стадия получения синтез-газа (А) включает секцию (II) метанации, расположенную параллельно указанной секции (I) АТР. По меньшей мере, часть первого исходного потока и, по меньшей мере, часть второго исходного потока подают в секцию (II) метанации, и в указанной секции (II) метанации осуществляют конверсию указанной по меньшей мере части первого исходного потока и по меньшей мере части второго исходного потока в первый поток синтез-газа. Третий исходный поток, содержащий кислород, подают в секцию (I) АТР; при этом в указанной секции (I) АТР осуществляют конверсию части или всего количества рециркулируемых в установке потоков углеводородов и указанного третьего исходного потока, содержащего кислород, вместе с остальными частями первого и второго потоков с получением второго потока синтез-газа. Первый поток синтез-газа из секции (II) метанации может объединяться со вторым потоком синтез-газа из секции (I) АТР; объединенный поток синтез-газа может подаваться на стадию синтеза (В).

По сравнению с вариантом, когда секции метанации и АТР расположены последовательно, в этом варианте осуществления необходимое количество кислорода снижено.

Секция обратной конверсии водяного газа (ОКВГ)

В соответствии с еще одним аспектом стадия получения синтез-газа включает секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) по ходу процесса перед указанной секцией АТР. Секция обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) гидравлически соединена с указанной секцией АТР. Часть или весь первый исходный поток подают в секцию ОКВГ; часть или весь второй исходный поток подают в секцию ОКВГ.

Как указывалось ранее, в соответствии с известным уровнем техники производство синтез-газа из СО₂ и водорода осуществляют с использованием селективной ОКВГ. По сравнению с этой схемой комбинация ОКВГ и АТР имеет несколько преимуществ. Такая комбинация включает возможность использования внутренних рециркуляционных потоков. Такие потоки могут добавляться в секцию АТР и использоваться для производства дополнительных количеств синтез-газа по сравнению с таким количеством, которое может быть получено в варианте с отдельной секцией селективной ОКВГ. Кроме того, температура на выходе из реактора АТР в секции АТР, как правило, находится в диапазоне 900-1100°С. В большинстве случаев эта температура выше температуры возможной в конструкции с одним блоком ОКВГ. Из-за этого увеличивается производство монооксида углерода, так как для этого более высокие температуры являются более термодинамически благоприятными.

В соответствии с одним аспектом секция ОКВГ включает один или более последовательных блоков ОКВГ, например, два или более блоков ОКВГ, три или более блоков ОКВГ. В таких блоках ОКВГ осуществляют конверсию СО₂ и Н₂ с получением СО и Н₂ посредством реакции (1), описанной выше. Возможно также параллельное расположение блоков обратной конверсии водяного газа.

В секции ОКВГ части первого исходного потока, содержащего водород, могут подаваться по отдельности в разные блоки ОКВГ, или может осуществляться подача всего количества первого исходного потока, содержащего водород, в блок ОКВГ, расположенный первым по направлению потока в секции ОКВГ.

Аналогичным образом, в секции ОКВГ части второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, могут подаваться по отдельности в разные блоки ОКВГ, или может осуществляться подача всего количества второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, в блок ОКВГ, расположенный первым по направлению потока в секции ОКВГ.

Каждый из блоков ОКВГ может представлять собой адиабатический или нагретый реактор. Нагревание может осуществляться с использованием горячего потока, выходящего из АТР, или использования теплоты сгорания, например, потока, содержащего углеводороды, и/или потока, содержащего водород. Поток, выходящий из секции ОКВГ представляет собой поток, содержащий СО₂, Н₂, СО, Н₂О. Темпера

- 7 048773 тура выходящего потока из блока ОКВГ может составлять 400-900°С, предпочтительно 500-900°С, более предпочтительно 500-750°С, в зависимости от степени ОКВГ и степени нагрева.

Поток, выходящий из секции ОКВГ, подают в секцию АТР. В соответствии с одним частным вариантом осуществления секция метанации может размещаться между секцией ОКВГ и секцией АТР. В этом случае поток, выходящий из секции ОКВГ, подают в секцию метанацию, а поток, выходящий из секции метанации, подают в АТР.

Секция обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), альтернативная конструкция

В соответствии с еще одним аспектом стадия получения синтез-газа включает секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), которая расположена параллельно с указанной секцией АТР. Секция обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) гидравлически соединена с указанной секцией АТР. Часть или все количество первого исходного потока подают в секцию ОКВГ; часть или все количество второго исходного потока подают в секцию ОКВГ; при этом в указанной секции ОКВГ осуществляют конверсию по меньшей мере части первого исходного потока и по меньшей мере части второго исходного потока с получением потока синтез-газа, содержащего Н2, СО, СО2 и Н2О.

Третий исходный поток, содержащий кислород, при необходимости, вместе с частью первого исходного потока, содержащего водород, и/или, при необходимости, с частью второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, подают в секцию (I) АТР; при этом в указанной секции АТР осуществляют конверсию указанных исходных потоков в еще один поток синтез-газа, Н2, СО, СО2, СН₄ и Н2О. Третий исходный поток, содержащий кислород, и четвертый исходный поток, содержащий углеводороды, также добавляют в эту секцию АТР.

В этом аспекте потоки синтез-газа из секции ОКВГ и секции АТР могут объединятся для получения конечного потока синтез-газа; при этом указанный конечный поток синтез-газа подают на стадию синтеза.

Как указывалось ранее, в соответствии с известным уровнем техники производство синтез-газа из СО2 и водорода осуществляют с использованием селективной ОКВГ. По сравнению с этой схемой параллельное расположение ОКВГ и АТР имеет несколько преимуществ. Такая комбинация включает возможность использования внутренних рециркуляционных потоков. Конверсия части СО₂ в секции ОКВГ позволяет снизить общее потребление кислорода, что является преимуществом.

Как указано выше, секция ОКВГ может включать один или более последовательных блоков ОКВГ, например, два или более блоков ОКВГ, три или более блоков ОКВГ. В таких блоках ОКВГ осуществляют конверсию СО2 и Н2 с получением СО и Н2 посредством реакции (1), описанной выше. Возможно также параллельное расположение блоков обратной конверсии водяного газа.

В секции ОКВГ части первого исходного потока, содержащего водород, могут подаваться по отдельности в разные блоки ОКВГ, или может осуществляться подача всего количества первого исходного потока, содержащего водород, в блок ОКВГ, расположенный первым по направлению потока в секции ОКВГ. Аналогичным образом, в секции ОКВГ части второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, могут подаваться по отдельности в разные блоки ОКВГ, или может осуществляться подача всего количества второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, в блок ОКВГ, расположенный первым по направлению потока в секции ОКВГ.

Каждый из блоков ОКВГ может представлять собой адиабатический или нагретый реактор. Нагревание может осуществляться с использованием горячего потока, выходящего из АТР, или использования теплоты сгорания, например, потока, содержащего углеводороды, и/или потока, содержащего водород. Поток, выходящий из секции ОКВГ представляет собой поток, содержащий СО2, Н2, СО, Н2О. Температура выходящего потока из блока ОКВГ может составлять 400-900°С, предпочтительно 500-900°С, более предпочтительно 500-750°С, в зависимости от степени ОКВГ и степени нагрева.

Блок конверсии СО2 после АТР

В соответствии с еще одним аспектом установка включает блок или реактор последующей конверсии (КПА), расположенную после секции АТР.

Блок КПА может быть адиабатическим реактором или реактором с нагревом, в котором используют, например, катализатор на основе Ni и/или катализатор на основе благородных металлов, таких как Ru, Rh, Pd и/или Ir, в качестве активного материала. В такой установке КПА поток, содержащий диоксид углерода, например, часть второго исходного потока и часть синтез-газа или весь синтез-газ из секции АТР, смешивают и направляют в блок КПА. В блоке КПА происходит конверсия смешанного потока с получением синтез-газа с более высоким содержанием монооксида углерода с использованием обеих реакций (3) и (1) выше. Как правило, реакции (3) и (1) на выходе из блока КПА близки к равновесию. Поток, выходящий из секции КПА, представляет собой поток, содержащий СО2, Н2, СО, Н2О и СН4. Температура выходящего потока из каждого блока КПА может составлять 700-1000°С, предпочтительно 800-950°С, более предпочтительно 850-920°С. Преимущество использования блока КПА заключается в возможности получить синтез-газ с более низким отношением Н2/СО по сравнению с потоком, выходящим из секции АТР. Кроме того, если поток, содержащий диоксид углерода, например, часть второго исходного потока, вместо секции АТР подают в блок КПА (например, адиабатический блок КПА), это позволяет уменьшить размер секции АТР. В некоторых случаях это позволяет снизить общие затраты.

- 8 048773

Выходящий поток из блока КПА охлаждают в соответствии с описанием выше, чтобы получить поток синтез-газа для стадии синтеза.

Такой блок конверсии СО2 (КПА) может использоваться в соответствии с любым из вышеописанных аспектов.

Стадия синтеза

На стадии синтеза, как правило, осуществляют конверсию потока синтез-газа, по меньшей мере, в поток продукта. Зачастую на стадии синтеза образуется поток углеводородсодержащего отходящего газа. Соответствующим образом, по меньшей мере, часть указанного углеводородсодержащего отходящего газа подают на стадию получения синтез-газа в качестве четвертого исходного потока.

Стадия синтеза

На стадии синтеза, как правило, осуществляют конверсию потока синтез-газа, по меньшей мере, в поток продукта. Зачастую на стадии синтеза образуется поток углеводородсодержащего отходящего газа. Соответствующим образом, по меньшей мере, часть указанного углеводородсодержащего отходящего газа подают на стадию получения синтез-газа в виде четвертого исходного потока перед указанной секцией АТР и предпочтительно между указанной секцией метанации и/или секцией обратной реакции конверсии водяного газа (ОКВГ) и указанной секцией АТР.

Как уже указывалось, в установке не осуществляют подачу углеводородов, например, природного газа, из внешнего источника. Следовательно, единственным источником углерода, который подают на стадию получения синтез-газ, является второй исходный поток, содержащий диоксид углерода, и поток рециркуляции со стадии синтеза.

Отношение Н2:СО в потоке синтез-газа на входе на указанную стадию синтеза соответствующим образом находится в диапазоне 1,00-4,00, предпочтительно 1,50-3,00, более предпочтительно 1,50-2,10. Если стадия синтеза представляет собой стадию синтеза F-T, отношение Н₂:СО предпочтительно находится в диапазоне 1,50-2,10.

В еще одном варианте осуществления изобретения отношение (Н₂ -СО₂)/(СО + СО₂) в потоке синтез-газа на входе на указанную стадию синтеза соответствующим образом находится в диапазоне 1,502,50, предпочтительно 1,80-2,30, более предпочтительно 1,90-2,20.

Несколько примеров возможной стадии синтеза представлены ниже.

Стадия синтеза Фишера-Тропша

В соответствии с одним аспектом стадия синтеза представляет собой стадию синтеза ФишераТропша (F-T). Стадия F-T включает секцию синтеза Фишера-Тропша (F-T), на которой вначале осуществляют конверсию синтез-газа из стадии получения синтез-газа с получением, по меньшей мере, неочищенного продукта, содержащего углеводороды, и углеводородсодержащего потока отходящего газа в виде потока отходящего газа из стадии F-T, после которой следуют секции гидрообработки и гидрокрекинга, на которых осуществляют конверсию указанного неочищенного продукта с получением, по меньшей мере, одного или более потоков углеводородного продукта. Состав неочищенного продукта из секции синтеза F-T зависит от типа катализатора, температуры реакции и т.д., которые используют в способе.

В качестве побочного продукта получают поток углеводородсодержащего отходящего газа в виде потока остаточного газа синтеза F-T. Поток остаточного газа синтеза F-T, как правило, содержит монооксид углерода (10-40 об.%), водород (10-40 об.%), диоксид углерода (10-50 об.%) и метан (10-40 об.%). Кроме того, в меньших количествах могут присутствовать дополнительные компоненты, такие как аргон, азот, олефины и парафины с двумя и более атомами углерода.

По меньшей мере, часть указанного остаточного газа синтеза F-T предназначена для подачи на стадию получения синтез-газа в виде четвертого исходного потока, содержащего углеводороды. Соответственным образом, чтобы избежать чрезмерного накопления инертных компонентов, которые могут присутствовать в указанном остаточном газе синтеза F-T, на стадию получения синтез-газа подают только часть указанного потока остаточного газа в виде четвертого исходного потока, а другая часть может использоваться для продувки и/или в качестве топлива или может быть преобразована в энергию. В соответствии с одним из вариантов осуществления указанная энергия может использоваться в качестве (частичного) источника энергии для электролизера, при его наличии. В качестве альтернативы, может осуществлять экспорт энергии. Обратите внимание, что подача остаточного газа со стадии F-T будет, как правило, осуществляться в точку между секцией метанации и секцией АТР.

В соответствии с одним из вариантов осуществления основной продукт стадии синтеза F-T, как правило, представляет собой реактивное топливо и/или керосин (который содержит преимущественно, например, С₁₂-С₁₅) и/или дизельное топливо (которое содержит преимущественно, например, С15-С₂₀). Кроме того, на стадии синтеза F-T также производятся потоки бензиновой фракции (например, поток, содержащий преимущественно С₅-С₁₂) и СНГ (например, поток, содержащий преимущественно С₃-С₄). Часть или весь такой поток (потоки) СНГ и/или бензиновой фракции из стадии синтеза F-T также можно использовать в виде четвертого исходного потока, содержащего углеводороды. Часть или весь такой поток СНГ и/или бензиновой фракции может добавляться в секцию метанации и/или непосредственно в секцию АТР. В еще одном варианте осуществления часть или весь такой поток СНГ и/или бензиновой

- 9 048773 фракции могут подаваться в секцию предварительного риформинга до подачи в секцию метанации и/или в секцию АТР.

Таким образом, в соответствии с одним частным вариантом осуществления стадия синтеза представляет собой стадию синтеза Фишера-Тропша (F-T), в ходе которой осуществляют конверсию указанного потока синтез-газа с указанной стадии получения синтез-газа с получением, по меньшей мере, потока углеводородного продукта, который представляет собой поток дизельного топлива, и потока продукта СНГ и/или бензиновой фракции, и/или потока конечного керосина или реактивного топлива, и причем, по меньшей мере, часть указанного потока продукта СНГ и/или бензиновой фракции подают на стадию получения синтез-газа. В соответствии с одним аспектом, по меньшей мере, часть остаточного газа синтеза Фишера-Тропша, по меньшей мере, часть СНГ и, по меньшей мере, часть потока конечной бензиновой фракции подают на стадию получения синтез-газа. В соответствии с еще одним аспектом, по меньшей мере, часть остаточного газа синтеза Фишера-Тропша и, по меньшей мере, часть СНГ подают на стадию получения синтез-газа. Поток (потоки) СНГ и/или бензиновой фракции могут подвергаться обработке путем предварительного риформинга перед подачей на стадию получения синтез-газа.

Обратите внимание, что термин стадия F-T в контексте настоящего изобретения может включать дополнительные стадии процесса, такие как гидрообработка неочищенного выходящего потока из реактора F-T.

Стадия синтеза метанола

В еще одном варианте осуществления стадия синтеза представляет собой стадию синтеза метанола (МеОН). Эта стадия включает секцию синтеза МеОН, на которой вначале осуществляют конверсию синтез-газа из стадии получения синтез-газа с получением потока неочищенного МеОН, после чего следует секция очистки, в которой осуществляют очистку указанного потока неочищенного МеОН с получением потока конечного МеОН. На стадии синтеза МеОН осуществляют получение потока продувочного газа, который, как правило, содержит водород, диоксид углерода, монооксид углерода и метан. Кроме того, в меньших количествах могут присутствовать дополнительные компоненты, такие как аргон, азот, оксигенаты с двумя и более атомами углерода.

По меньшей мере, часть указанного продувочного газа МеОН предназначен для подачи на стадию получения синтез-газа в дополнение к указанному третьему исходному потоку, содержащему углеводороды. Перед подачей на стадию получения синтез-газа поток продувочного газа МеОН может подвергаться очистке. Соответственным образом, чтобы избежать чрезмерного накопления инертных компонентов, которые могут присутствовать в указанном продувочном газе МеОН, на стадию получения синтез-газа подают только часть указанного потока продувочного газа МеОН, а другая часть может использоваться для продувки и/или в качестве топлива.

В частности, когда стадия получения синтез-газа представляет собой стадию синтеза метанола, модуль, как определено выше, для потока синтез-газа на выходе из указанной стадии получения синтез-газа находится в диапазоне 1,80-2,30, предпочтительно 1,90-2,20. Термин модуль определяется следующим образом:

(Н₂ - СО₂) (СО + СО₂)

Стадия синтеза метанола в бензин (MTG)

В еще одном варианте осуществления стадия синтеза представляет собой стадию синтеза МеОН в бензин, которая включает секцию синтеза МеОН, на которой вначале осуществляют конверсию синтезгаза из стадии получения синтез-газа с получением потока неочищенного МеОН, после чего следует секция синтеза бензина, в которой осуществляют конверсию указанного потока неочищенного МеОН с получением потока конечного бензина.

На стадии синтеза MTG также образуется поток продувочного газа. Этот поток продувочного газа может использоваться в соответствии с описанием в предыдущем разделе Стадия синтеза метанола.

На стадии синтеза MTG производятся преимущественно СНГ (например, поток, содержащий преимущественно С3-С4). Часть или весь такой поток СНГ из стадии синтеза MTG также можно использовать в виде четвертого исходного потока, содержащего углеводороды, для стадии получения синтез-газа. Часть или весь этот поток СНГ может добавляться в секцию метанации и/или непосредственно в секцию АТР. В еще одном варианте осуществления часть или весь такой поток СНГ могут подвергаться предварительному риформингу до подачи в секцию метанации и/или в секцию АТР.

Синтез высших спиртов (ВС)

В еще одном варианте осуществления стадия синтеза представляет собой стадию синтеза высших спиртов (НА), включающую секцию синтеза ВС, где вначале осуществляют конверсию синтез-газа из стадии получения синтез-газа с получением потока неочищенного спирта, после чего следует секция очистки, где осуществляют очистку указанного потока неочищенного спирта с получением конечного потока ВС.

На стадии синтеза ВС также может осуществляться получение потока остаточного газа, который, как правило, содержит водород, диоксид углерода и монооксид углерода. Кроме того, в меньших коли

- 10 048773 чествах могут присутствовать дополнительные компоненты, такие как аргон, азот, метан, оксигенаты с двумя и более атомами углерода.

На стадии синтеза ВС также может осуществляться получение потока, богатого метаном, который, как правило, содержит метан, водород и монооксид углерода. Кроме того, в меньших количествах могут присутствовать дополнительные компоненты, такие как аргон, азот, диоксид углерода, оксигенаты с двумя и более атомами углерода.

По меньшей мере, часть указанного остаточного газа и/или указанных потоков богатых метаном может подаваться на стадию получения синтез-газа. Соответственным образом, чтобы избежать чрезмерного накопления инертных компонентов, которые могут присутствовать в указанном остаточном газе и/или указанных потоках, богатых метаном, на стадию получения синтез-газа может подаваться только часть указанного отходящего газа и/или указанных потоков, богатых метаном; а другая часть может использоваться для продувки и/или в качестве топлива.

Синтез синтез-газа в олефины (STO)

В еще одном варианте осуществления стадия синтеза представляет собой стадию синтеза синтезгаза в олефины (STO), которая включает секцию синтеза STO, в которой вначале осуществляют конверсию синтез-газа из стадии получения синтез-газа с получением неочищенного потока, богатого олефинами, после чего следует секция очистки, в которой осуществляют очистку указанного неочищенного потока олефинов с получением потока олефинового продукта.

На стадии синтеза STO также может осуществляться получение потока остаточного газа, который, как правило, содержит водород, диоксид углерода и монооксид углерода. Кроме того, в меньших количествах могут присутствовать дополнительные компоненты, такие как аргон, азот, метан, углеводороды с двумя и более атомами углерода.

На стадии синтеза STO также может осуществляться получение потока, богатого углеводородом, который, как правило, содержит метан и высшие углеводороды с двумя и более атомами углерода. Высшие углеводороды могут представлять собой как олефины, так и парафины. Кроме того, в меньших количествах могут присутствовать дополнительные компоненты, такие как водород, диоксид углерода, монооксид углерода, аргон, азот.

По меньшей мере, часть указанного остаточного газа и/или указанных потоков богатых углеводородом предназначен для подачи на стадию получения синтез-газа. Соответственным образом, чтобы избежать чрезмерного накопления инертных компонентов, которые могут присутствовать в указанном остаточном газе и/или указанных потоках, богатых углеводородами, на стадию получения синтез-газа может подаваться только часть указанного отходящего газа и/или указанных потоков, богатых углеводородами в виде четвертого исходного потока; а другая часть может использоваться для продувки и/или в качестве топлива.

Синтез синтез-газа в оксид этилена (STEtO)

В еще одном варианте осуществления стадия синтеза представляет собой стадию синтеза синтезгаза в оксид этилена (STEtO). Стадия STEtO включает секцию синтеза синтез-газа в олефин (STO), где вначале осуществляют конверсию синтез-газа в олефиновый продукт (в основном в этилен), после которой следует секция синтеза оксида этилена.

На стадии синтеза STO также может осуществляться получение потока остаточного газа, который, как правило, содержит водород, диоксид углерода и монооксид углерода. Кроме того, в меньших количествах могут присутствовать дополнительные компоненты, такие как аргон, азот, метан, углеводороды с двумя и более атомами углерода.

На стадии синтеза STO также может осуществляться получение потока, богатого углеводородом, который, как правило, содержит метан и высшие углеводороды с двумя и более атомами углерода. Высшие углеводороды могут представлять собой как олефины, так и парафины. Кроме того, в меньших количествах могут присутствовать дополнительные компоненты, такие как водород, диоксид углерода, монооксид углерода, аргон, азот.

По меньшей мере, часть указанного остаточного газа и/или указанных потоков богатых углеводородом может подаваться на стадию получения синтез-газа. Соответственным образом, чтобы избежать чрезмерного накопления инертных компонентов, которые могут присутствовать в указанном остаточном газе и/или указанных потоках, богатых углеводородами, на стадию получения синтез-газа может подаваться только часть указанного отходящего газа и/или указанных потоков, богатых углеводородами; а другая часть может использоваться для продувки и/или в качестве топлива.

В секции синтеза оксида этилена может использоваться, по меньшей мере, часть четвертого исходного потока (О2). При синтезе оксида этилена в качестве побочного продукта образуется большое количество СО2. Может осуществляться рециркуляция побочного продукта СО2, и он может использоваться, по меньшей мере, в качестве части первого исходного потока, который подают на стадию получения синтез-газа.

Комбинированное производство бензина и дизельного топлива

В еще одном варианте осуществления изобретения стадия синтеза может представлять собой комбинацию секции F-T и секций синтеза метанола в бензин (MTG), которые расположены параллельно, с

- 11 048773 общей подачей синтез-газа из стадии подачи синтез-газа. В секции F-T получают средние дистилляты (дизельное топливо/реактивное топливо/керосин и т.д.), а в секции MTG получают бензин с необходимым октановым числом. В этом варианте осуществления на стадии получения синтез-газа получают синтез-газ необходимого качества, который может использоваться как в секции синтеза F-T, так и в секции MTG, расположенных параллельно. По меньшей мере, часть рециркулируемого газа из стадии синтеза FT и/или, по меньшей мере, часть потока СНГ из секции MTG и/или, по меньшей мере, часть потока продувки из секции синтеза МеОН может использоваться в качестве четвертого исходного потока для стадии получения синтез-газа.

Электролизер

Установка может дополнительно включать электролизер, предусмотренный для конверсии воды или пара, по меньшей мере, в водородсодержащий поток и кислородсодержащий поток, при этом меньшей мере часть указанного водородсодержащего потока из электролизера подают на стадию получения синтез-газа в качестве указанного первого исходного потока, и/или причем, по меньшей мере, часть указанного кислородсодержащего потока из электролизера подают на стадию получения синтез-газа в качестве указанного третьего исходного потока. Электролизер может содержать один или более блоков электролиза, например, на основе электролиза твердых оксидов.

Таким образом, в одном предпочтительном варианте осуществления установка дополнительно включает электролизер, расположенный по ходу процесса перед стадией получения синтез-газа. В электролизере может осуществляться конверсия воды или пара, по меньшей мере, в водородсодержащий поток и кислородсодержащий поток.

По меньшей мере, часть водородсодержащего потока из электролизера подают на стадию получения синтез-газа в качестве указанного первого исходного потока. В качестве альтернативы или дополнительно, по меньшей мере, часть кислородсодержащего потока из электролизера подают на стадию получения синтез-газа в качестве указанного третьего исходного потока. Это может эффективно использоваться в качестве источника первого и третьего исходных потоков.

В предпочтительном аспекте весь водород в первом исходном потоке и весь кислород в третьем исходном потоке получают с использованием электролиза. Таким образом, водород и кислород, необходимые для установки, производятся с использованием пара и электричества. Кроме того, если электричество производится только из возобновляемых источников, водород и кислород в первом и третьем сырье, соответственно, производятся без использования ископаемого сырья или топлива.

Предпочтительно, получение воды или пара, которые подают в электролизер, может осуществляться в одном или более блоков или на одной или более стадий в указанной установке. Электролизер может использоваться в комбинации с любым из описанных в настоящем документе вариантов осуществления.

Дополнительные аспекты

При необходимости, установка может включать шестой исходный поток, содержащий водород, по ходу процесса перед стадией синтеза. Такой шестой исходный поток может иметь тот же состав, что и первый исходный поток, содержащий водород, это означает, что большую часть этого потока может составлять водород, то есть водород составляет более 75%, например, более 85%, предпочтительно более 90%, более предпочтительно более 95%, еще более предпочтительно более 99% этого исходного потока.

Шестой исходный поток может использоваться для регулирования состава синтез-газа (например, для регулирования отношения Н2/СО), при необходимости. В предпочтительном аспекте, по меньшей мере, часть водородсодержащего потока из электролизера подают в поток синтез-газа по ходу процесса перед стадией синтеза в качестве шестого исходного потока, содержащего водород. Этим обеспечиваются дополнительные возможности для системы, для которой не требуется подача дополнительных количеств газа извне установки, и это позволяет полностью регулировать состав газа по ходу процесса перед стадией синтеза.

Состав синтез-газа из стадии синтез-газа может регулироваться другими способами. Например, между указанной стадией получения синтез-газа и указанной стадией синтеза установка может дополнительно включать секцию удаления водорода для удаления по меньшей мере части водорода из потока синтез-газа. В этом случае, по меньшей мере, часть водорода, удаленного из потока синтез-газа в указанной секции удаления водорода, может подвергаться сжатию и подаваться в качестве части указанного первого исходного потока на стадию получения синтез-газа. Блоки удаления водорода могут представлять собой, помимо прочего, блоки адсорбции при переменном давлении (АПД) или мембранные блоки.

Кроме того, между указанной стадией получения синтез-газа и указанной стадией синтеза установка может дополнительно включать секцию удаления диоксида углерода для удаления по меньшей мере части диоксида углерода из потока синтез-газа. В этом случае, по меньшей мере, часть диоксида углерода, удаленного из потока синтез-газа в указанной секции удаления диоксида углерода, может подвергаться сжатию и подаваться в качестве части указанного второго исходного потока на стадию получения синтез-газа. Блоки удаления диоксида углерода могут представлять собой, помимо прочего, блоки аминовой очистки или мембранные блоки.

Поток отходящего газа может подвергаться обработке для удаления одного или более компонентов или для изменения химических свойств одного или более компонентов перед подачей на стадию синтез- 12 048773 газа. Отходящий газ, например, остаточный газ синтеза F-T, может содержать олефины. Олефины увеличивают риск нагарообразования и/или металлического запыливания при высоких температурах. Следовательно, установка может дополнительно включать гидрогенизатор, в который подают поток рециркуляции остаточного газа синтеза Фишера-Тропша. Гидрогенизатор предназначен для гидрогенизации третьего исходного потока перед подачей на стадию получения синтез-газа. Таким образом, перед подачей на стадию получения синтез-газа олефины могут эффективно превращаться в насыщенные углеводороды.

Поток отходящего газа или часть потока отходящего газа, которые не рециркулируют на стадию получения синтез-газа или которые используют для других целей, могут использоваться для получения дополнительных количеств синтез-газа в отдельном генераторе синтез-газа. В таком генераторе синтезгаза могут использоваться технологии, известные специалистам, например, АТР, паровой риформинг (SMR) и/или адиабатический предварительный риформинг, тем не менее, известны и другие технологии. Такой дополнительный синтез-газ предназначен для подачи на стадию синтеза. В качестве примера, может осуществляться конверсия остаточного газ из стадии синтеза Фишера-Тропша с получением дополнительного синтез-газа с использованием известных специалистам способов, таких как гидрогенизация с последующей конверсией водяного газа и автотермический риформинг.

Способ

Настоящее изобретение относится к способу получения потока продукта, включающему следующие этапы:

предоставление установки, как определено в настоящем документе;

подачу первого исходного потока, содержащего водород, на стадию получения синтез-газа;

подачу второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, на стадию получения синтезгаза;

подачу третьего исходного потока, содержащего кислород, в секцию АТР;

конверсию указанного первого, второго, третьего и, при необходимости, четвертого исходных потоков на указанной стадии получения синтез-газа в поток синтез-газа и подачу указанного потока синтезгаза на стадию синтеза;

конверсию указанного потока синтез-газа, по меньшей мере, в поток продукта и поток углеводородсодержащего отходящего газа; и при необходимости, подачу по меньшей мере части указанного потока углеводородсодержащего отходящего газа или по меньшей мере части указанного потока продукта на стадию получения синтезгаза в виде четвертого исходного потока, содержащего углеводороды, по ходу процесса перед указанной секцией АТР и предпочтительно между секцией метанации и/или секцией обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) и указанной секцией АТР.

Все вышеприведенные аспекты, относящиеся к установке, в равной степени применимы к способу, в котором используют указанную установку. Термин исходный поток в контексте способа по изобретению относится к подаче потока указанного газа на соответствующую стадию, в реактор или в соответствующий блок. В частности, выделяются следующие аспекты, имеющие особое значение для способа по изобретению:

конверсия указанного потока синтез-газа на указанной стадии синтеза, по меньшей мере, в поток продукта, и, при необходимости, поток углеводородсодержащего отходящего газа;

подача по меньшей мере части указанного углеводородсодержащего отходящего газа в качестве четвертого исходного потока, содержащего углеводороды, перед указанной секцией АТР и предпочтительно между указанной секцией метанации и/или секцией обратной реакции конверсии водяного газа (ОКВГ) и указанной секцией АТР;

стадия синтеза может представлять собой стадию синтеза Фишера-Тропша (F-T) для конверсии указанного потока синтез-газа, по меньшей мере, в поток углеводородного продукта и поток углеводородсодержащего отходящего газа в виде потока остаточного газа F-T;

перед стадией синтез-газа может быть расположен электролизер, и способ может дополнительно включать конверсию воды или пара, по меньшей мере, в водородсодержащий поток и кислородсодержащий поток. Способ может дополнительно включать следующие этапы: подачу по меньшей мере части указанного водородсодержащего потока из электролизера на стадию получения синтез-газа в качестве указанного первого исходного потока, содержащего водород и/или подачу по меньшей мере части указанного кислородсодержащего потока из электролизера на стадию получения синтез-газа в качестве указанного четвертого исходного потока, содержащего кислород. Способ может дополнительно включать получение воды или пара, которые подают в электролизер, в виде конденсата или пара, полученного в одном или нескольких блоках или на одной или нескольких стадиях в указанной установке;

Подробное описание чертежей

На фиг. 1 приведено схематичное изображение первого варианта осуществления установки.

А стадия получения синтез-газа;

В стадия синтеза;

первый исходный поток (содержащий водород), который подают на стадию получения синтез

- 13 048773 газа (А);

второй исходный поток (содержащий диоксид углерода), который подают на стадию получения синтез-газа (А);

третий исходный поток (содержащий кислород), который подают на стадию получения синтезгаза (А);

100 конечный синтез-газ, полученный на стадии получения синтез-газа (А);

500 продукт, полученный на стадии синтеза (В).

На фиг. 1 приведено схематичное изображение первого варианта осуществления установки, включая рециркуляцию углеводородсодержащих потоков в качестве четвертого сырья, содержащего углеводороды. Номера позиций означают те же элементы, что и на фиг. 1, плюс:

4а часть четвертого исходного потока, полученная на стадии синтеза (например, остаточный газ синтеза F-T), которую подают на стадию получения синтез-газа (А);

4b еще одна часть четвертого исходного потока, полученная на стадии синтеза (например, поток СУГ с этапа синтеза F-T), которую подают на стадию получения синтез-газа (А);

4с еще одна часть четвертого исходного потока, полученная на стадии синтеза (например, поток СУГ или нафты с этапа синтеза F-T), которую подают на стадию получения синтез-газа (А).

На фиг. 2 приведено схематичное изображение еще одного варианта осуществления установки, при котором стадия получения синтез-газа включает секцию (II) метанации и секцию (I) ATP. Выходящий поток из секции (II) метанации подают в секцию (I) ATP. Номера позиций означают те же элементы, что и на предыдущих фигурах, плюс:

(I) секция АТР;

(II) секция метанации;

выходящий поток из секции (II) метанации, который подают в секцию (I) АТР.

На фиг. 2а показан вариант схемы, описанной на фиг. 2. В этом варианте осуществления установки осуществляться обработка углеводородных исходных потоков в секции (Ia) предварительного риформинга перед подачей в секцию (II) метанации, за которой следует секция (I) АТР. В секцию предварительного риформинга подают пятый исходный поток (5). Номера позиций означают те же элементы, что и на предыдущих фигурах, плюс:

(Ia) секция предварительного риформинга;

1а часть первого исходного потока, которую подают в секцию (Ia) предварительного риформинга;

1b часть первого исходного потока, которую подают в секцию (I) АТР;

углеводород, прошедший предварительный риформинг, который подают в секцию (II) метанации;

пятый исходный поток (пар).

На фиг. 2b приведено схематичное изображение еще одного варианта осуществления установки, при котором стадия получения синтез-газа включает секцию (Ia) предварительного риформинга, секцию (II) метанации и секцию (I) АТР, при этом осуществляют добавление пара (5b) в секцию (II) метанации и добавление пара (5а) в секцию (Ia) предварительного риформинга. Выходящий поток из секции (II) метанации подают в секцию (I) ATP. Номера позиций означают те же элементы, что и на предыдущих фигурах, плюс:

а часть пятого исходного потока, которую подают в секцию (Ia) предварительного риформинга;

5b часть пятого исходного потока, которую подают в секцию (II) метанации.

На фиг. 2с приведено схематичное изображение еще одного варианта осуществления установки, при котором стадия получения синтез-газа включает секцию (Ia) предварительного риформинга, секцию (II) метанации и секцию (I) АТР, при этом секция (II) метанации и секция (I) ATP расположены параллельно. Номера позиций означают те же элементы, что и на предыдущих фигурах, плюс:

первый поток синтез-газа из секции (II) метанации;

второй поток синтез-газа из секции (I) АТР;

100 объединенный поток синтез-газа.

На фиг. 3 приведено схематичное изображение еще одного варианта осуществления установки, при котором стадия получения синтез-газа включает секцию (Ia) предварительного риформинга и секцию (III) ОКВГ, а также секцию (I) АТР. Номера позиций означают те же элементы, что и на предыдущих фигурах, плюс:

(III) секция ОКВГ;

1с часть первого исходного потока, которую подают в секцию (III) ОКВГ;

углеводород, прошедший предварительный риформинг, который подают в секцию (I) АТР;

выходящий поток из секции (III) ОКВГ, который подают в секцию (I) АТР.

На фиг. 3 а приведено схематичное изображение еще одного варианта осуществления установки, при котором стадия получения синтез-газа включает секцию (III) ОКВГ и секцию (I) АТР. В этой схеме секция (III) ОКВГ и секция (I) АТР расположены параллельно. Номера позиций означают те же элементы, что и на предыдущих фигурах, плюс:

первый поток синтез-газа из секции (III) ОКВГ;

- 14 048773 второй поток синтез-газа из секции (I) ATP.

На фиг. 3b приведено схематичное изображение еще одного варианта осуществления углеводородной установки, изображенного на фиг. 3 а. В схеме на фиг. 3b поток синтез-газа 50 из секции (I) АТР нагревает секцию (III) ОКВГ. Выходящий поток из секции (I) АТР охлаждают за счет теплообмена с секцией ОКВГ, превращаясь в поток синтез-газа 60, а затем объединяют с потоком синтез-газа 41 из секции (III) ОКВГ.

охлажденный поток синтез-газа из секции (I) АТР, полученный после охлаждения в секции (III) ОКВГ.

На фиг. 4 приведено схематичное изображение еще одного варианта осуществления установки, при котором между стадией получения синтез-газа (А) и стадией синтеза (В) присутствует стадия извлечения компонентов (С), т.е. извлечения и рециркуляции водорода или большего количества СО2. Номера позиций означают те же элементы, что и на предыдущих фигурах, плюс:

С стадия извлечения компонентов;

150 рециркулируемый газ со стадии извлечения компонентов;

200 синтез-газ со стадии извлечения компонентов.

Примеры

В этом разделе приведены количественные данные о преимуществах нового процесса использования сырья, богатого СО₂, и приведено сравнение с обычной установкой, в которой осуществляют использование углеводородного сырья.

В примере С1 показаны ключевые технологические параметры обычной стадии получения синтезгаза (А), на которой, в основном, происходит поглощение углеводородного сырья. На этой стадии получения синтез-газа, включающей секцию автотермического риформинга (АТР) (I), осуществляют получение синтез-газа для стадии синтеза (В) для производства жидкого топлива с использованием процесса синтеза Фишера-Тропша (FT). В этом примере эффективность использования СО₂ на обычной стадии получения синтез-газа была максимально увеличена без ущерба для целостности оборудования. Тем не менее, становится менее эффективным использование внутренней рециркуляции углеводородного потока со стадии синтеза (В).

В Примерах С2-С4 в качестве исходных потоков первично использовали поток, богатый СО₂ (2), и поток, богатый Н2 (1). В этом случае на стадии получения синтез-газа (А) после секции (II) метанации расположена секция (I) ATP. Третий исходный поток (3), содержащий кислород, используют в секции (I) ATP вместе с рециркулируемым внутри установки углеводородным потоком со стадии синтеза (В), на которой осуществляют производство жидкого топлива на основе синтеза Фишера-Тропша.

Таблица 1

Параметры	Единица	С1	С2	сз	С4
Содержание Н2 в первом исходном потоке(1)	моль%	99.0	99.0	99.0	99.0
Содержание СО2 во втором исходном потоке (2)	моль%	99.9	99.9	99.9	99.90
Отношение первый исходный поток (1)/второй исходный поток (2)		2.97	4.95	4.51	3.77
Отношение внешний поток углеводородов/второй исходный поток(2)		1.34	0.00	0.00	0.00
Отношение третий исходный поток (3)/первый исходный поток (1)		0.38	0.14	0.15	0.16
Отношение пар/первый исходный поток (1)	-	0.31	0.03	0.03	0.04
Отношение Н2/СО в продукте (100) синтез-газе	-	2.08	2,42	2,15	1.89
Отношение СО в продукте (100) синтез-газа/общее количество С в исходных потоках (внешних и внутренних)	%	74.46	80.73	80.59	77.76

- 15 048773

Относительный выброс СО2 на стадии получения синтез-газ (А)/1000 н.м.3 (Н2+СО) продукта

%

100

0

0

0

В табл. 1 приведена оценка относительных выбросов СО2 в сравнении с выбросами СО2 в варианте С1, которые взяты за основу. Как видно из примеров С2-С4, горения углеводородов не происходит, в результате чего не происходит эмиссии СО₂ на стадии получения синтез-газа (А). Более того, с использованием исходного потока, богатого СО₂, на стадии получения синтез-газа (А) может быть достигнута аналогичная или даже лучшая степень конверсии сырья в СО в синтез-газе. Примеры также демонстрируют, что схема является достаточно гибкой для производства синтез-газа с различными отношениями Н2/СО, который может использоваться на последующей стадии синтеза (В).

Настоящим изобретением предоставляются перечисленные ниже аспекты.

Аспект 1. Установка, включающая:

c. стадию получения синтез-газа, включающую секцию метанации и/или секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), и секцию автотермического риформинга (АТР), и

d. стадию (В) синтеза;

причем указанная установка включает:

первый исходный поток, содержащий водород, который подают на стадию получения синтез-газа;

второй исходный поток, содержащий диоксид углерода, который подают на стадию получения синтез-газа;

третий исходный поток, содержащий кислород, который подают в секцию АТР;

причем указанная стадия получения синтез-газа предусмотрена для получения потока синтез-газа и подачи указанного потока синтез-газа на стадию синтеза; и причем установка не включает подачу углеводородов извне.

Аспект 2. Установка согласно аспекту 1, отличающаяся тем, что стадия получения синтез-газа включает секцию (II) метанации и/или секцию (III) обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), расположенную по ходу процесса перед секцией (I) автотермического риформинга (АТР).

Аспект 3. Установка согласно аспекту 1, отличающаяся тем, что стадия получения синтез-газа включает секцию (II) метанации и/или секцию (III) обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), расположенную параллельно секции (I) автотермического риформинга (АТР).

Аспект 4. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что стадия синтеза предусмотрена для конверсии указанного потока синтез-газа, по меньшей мере, в поток продукта и, при необходимости, поток углеводородсодержащего отходящего газа.

Аспект 5. Установка согласно аспекту 4, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть указанного потока углеводородсодержащего отходящего газа или, по меньшей мере, часть указанного потока продукта подают на стадию получения синтез-газа в виде четвертого исходного потока, содержащего углеводороды, по ходу процесса перед указанной секцией АТР и предпочтительно между указанной секцией метанации и/или указанной секцией обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), и указанной секцией АТР.

Аспект 6. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что поток синтез-газа подают непосредственно из стадии получения синтез-газа на стадию синтеза.

Аспект 7. Установка согласно любому из аспектов 1-6, отличающаяся тем, что установка включает секцию последующей конверсии, расположенную между указанной стадией получения синтез-газа и указанной стадией синтеза, и подачу потока, содержащего СО2, в указанную секцию последующей конверсии, предусмотренную для смешения с потоком синтез-газа между стадией получения синтез-газа и секцией последующей конверсии.

Аспект 8. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, дополнительно включающая подачу пятого исходного потока пара на стадию получения синтез-газа.

Аспект 9. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что стадия получения синтез-газа включает секцию метанации и секцию автотермического риформинга (АТР).

Аспект 10. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что часть или весь первый исходный поток подают в секцию метанации; и часть или весь второй исходный поток подают в секцию метанации.

Аспект 11. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что секция метанации включает два или более блоков метанации, например, три или более блоков метанации.

Аспект 12. Установка согласно аспекту 11, отличающаяся тем, что части первого исходного потока, содержащего водород, подают отдельно в различные блоки метанации в секции метанации; или весь первый исходный поток, содержащий водород, подают в блок метанации, расположенный наиболее удаленно вверх по потоку в секции метанации.

Аспект 13. Установка согласно любому из аспектов 11-12, отличающаяся тем, что части второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, подают отдельно в различные блоки метанации в секции метанации; или весь второй исходный поток, содержащий диоксид углерода, подают в блок метана

- 16 048773 ции, расположенный наиболее удаленно вверх по потоку в секции метанации.

Аспект 14. Установка согласно любому из аспектов 11-13, отличающаяся тем, что части четвертого исходного потока, содержащего углеводороды, подают отдельно в различные блоки метанации в секции метанации; либо весь четвертый исходный поток, содержащий углеводороды, подают в один блок метанации в секции метанации.

Аспект 15. Установка согласно любому из аспектов 11-14, отличающаяся тем, что часть выходящего потока из одного блока метанации охлаждают и рециркулируют на вход указанного блока метанации и/или на вход любого дополнительного блока метанации, расположенного по ходу процесса перед указанным одним блоком метанации.

Аспект 16. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что стадия получения синтез-газа включает секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) и секцию автотермического риформинга (АТР).

Аспект 17. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что часть или весь первый исходный поток подают в секцию ОКВГ; и часть или весь второй исходный поток подают в секцию ОКВГ.

Аспект 18. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что секция ОКВГ включает два или более блоков, например, три или более блоков ОКВГ.

Аспект 19. Установка согласно аспекту 18, отличающаяся тем, что в секции ОКВГ части первого исходного потока, содержащего водород, подают по отдельности в разные блоки ОКВГ; или весь первый исходный поток, содержащий водород, подают в блок ОКВГ, расположенный наиболее удаленно вверх по потоку в секции ОКВГ.

Аспект 20. Установка согласно любому из аспектов 18-19, отличающаяся тем, что в секции ОКВГ части второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, подают по отдельности в разные блоки ОКВГ; или весь второй исходный поток, содержащий диоксид углерода, подают в блок ОКВГ, расположенный наиболее удаленно вверх по потоку в секции ОКВГ.

Аспект 21. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что отношение водород/монооксид углерода в потоке синтез-газа на входе на указанную стадию синтеза находится в диапазоне 1,00-4,00; предпочтительно 1,50-3,00, более предпочтительно 1,50-2,10.

Аспект 22. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что модуль, как определено выше, для потока синтез-газа на выходе из указанной секции АТР находится в диапазоне 1,90-2,30.

Аспект 23. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что отношение Н₂:СО₂ на входе в установку составляет 1,0 -9,0, предпочтительно 2,5-8,0, более предпочтительно 3,0-7,0.

Аспект 24. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что стадия синтеза представляет собой стадию синтеза

Фишера-Тропша (F-T), и причем отношение Н₂:СО₂ на входе в установку находится в диапазоне 1,0-9,0, предпочтительно 2,5-8,0, более предпочтительно 3,0-7,0.

Аспект 25. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что первый исходный поток состоит главным образом из водорода, то есть более 75%, например, более 85%, предпочтительно более 90%, более предпочтительно более 95%, еще более предпочтительно более 99% первого исходного потока составляет водород.

Аспект 26. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что второй исходный поток состоит главным образом из диоксида углерода, то есть более 75%, например, более 85%, предпочтительно более 90%, более предпочтительно более 95%, еще более предпочтительно более 99% второго исходного потока составляет диоксид углерода.

Аспект 27. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что третий исходный поток состоит главным образом из кислорода, то есть более 75%, например, более 90% или 95%, например, более 99% третьего исходного потока составляет кислород.

Аспект 28. Установка согласно любому из аспектов 5-27, отличающаяся тем, что указанный четвертый исходный поток дополнительно содержит СО₂ и/или СО, и/или Н₂.

Аспект 29. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что третий исходный поток дополнительно содержит пар.

Аспект 30. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что стадия синтеза представляет собой стадию синтеза Фишера-Тропша (F-T), предусмотренную для конверсии указанного потока синтез-газа, с получением, по меньшей мере, потока углеводородного продукта и потока углеводородсодержащего отходящего газа в виде потока остаточного газа синтеза Фишера-Тропша.

Аспект 31. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что стадия синтеза представляет собой стадию синтеза Фишера-Тропша (F-T), предусмотренную для конверсии указанного потока синтезгаза в, по меньшей мере, поток углеводородного продукта, который представляет собой поток дизельного топлива; и поток продукта СНГ и/или бензиновой фракции, и причем, по меньшей мере, часть

- 17 048773 указанного потока продукта СНГ и/или бензиновой фракции подают на стадию получения синтез-газа.

Аспект 32. Установка согласно аспекту 31, отличающаяся тем, что части указанной части указанного потока продукта СНГ и/или бензиновой фракции подают на стадию получения синтез-газа отдельно в различные блоки метанации в секции метанации; или всю указанная часть указанного потока продукта СНГ и/или бензиновой фракции подают на стадию получения синтез-газа совместно в один блок метанации в секции метанации.

Аспект 33. Установка согласно любому из аспектов 1-28, в которой стадия синтеза включает стадию синтеза метанола, предусмотренную для получения, по меньшей мере, потока продукта метанола и потока отходящего газа метанола, и причем, по меньшей мере, часть указанного потока отходящего газа метанола подают на стадию получения синтез-газа.

Аспект 34. Установка согласно аспекту 33, в которой стадия синтеза дополнительно включает стадию синтеза метанола в бензин (MTG), предусмотренную для получения потока продукта метанола из стадии синтеза метанола и его конверсии в, по меньшей мере, поток бензина и поток продукта СНГ, и причем, при необходимости, часть указанного потока продукта СНГ подают на стадию получения синтез-газа.

Аспект 35. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что в случае, когда поток продукта СНГ и/или бензиновой фракции подают на стадию получения синтез-газа, указанная установка дополнительно включает секцию предварительного риформинга, расположенную в потоке продукта СНГ и/или бензиновой фракции, по ходу процесса перед стадией получения синтез-газа, и причем исходный поток пара предназначен для смешивания с потоком продукта СНГ и/или бензиновой фракции, перед подачей в указанную секцию предварительного риформинга.

Аспект 36. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что выходящий газ из секции АТР предусмотрен для нагрева секции предварительного риформинга.

Аспект 37. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, дополнительно включающая электролизер, предусмотренный для конверсии воды или пара, по меньшей мере, в водородсодержащий поток и кислородсодержащий поток, и причем, по меньшей мере, часть указанного водородсодержащего потока из электролизера подают на стадию получения синтез-газа в качестве части или всего указанного первого исходного потока, и/или причем, по меньшей мере, часть указанного кислородсодержащего потока из электролизера подают на стадию получения синтез-газа в качестве части или всего указанного третьего исходного потока.

Аспект 38. Установка согласно аспекту 37, отличающаяся тем, что воду или пар, подаваемые в электролизер, получают в одном или более блоков или стадий в указанной установке.

Аспект 39. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, включающая шестой исходный поток, содержащий водород, в поток синтез-газа, по ходу процесса перед стадией синтеза.

Аспект 40. Установка согласно аспекту 39, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть водородсодержащего потока из электролизера подают в поток синтез-газа, по ходу процесса перед стадией синтеза в качестве шестого исходного потока, содержащего водород.

Аспект 41. Установка согласно любому из аспектов 5-40, отличающаяся тем, что указанная установка дополнительно включает гидрогенизатор, предусмотренный для гидрогенизации четвертого исходного потока перед поступлением указанного четвертого исходного потока на стадию получения синтез-газа.

Аспект 42. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, дополнительно включающая секцию удаления водорода, расположенную между указанной стадией получения синтез-газа и указанной стадией синтеза, и предусмотренную для удаления водорода из потока синтез-газа.

Аспект 43. Установка согласно аспекту 42, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть водорода, удаленного из потока синтез-газа в указанной секции удаления водорода, сжимают и подают в качестве части указанного первого исходного потока на стадию получения синтез-газа.

Аспект 44. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, дополнительно включающая секцию удаления диоксида углерода, расположенную между указанной стадией получения синтез-газа и указанной стадией синтеза, и предусмотренную для удаления диоксида углерода из потока синтез-газа

Аспект 45. Установка согласно аспекту 44, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть диоксида углерода, удаленного из потока синтез-газа в указанной секции удаления диоксида углерода, сжимают и подают в качестве части указанного второго исходного потока на стадию получения синтез-газа.

Аспект 46. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что стадия получения синтез-газа дополнительно включает секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) и секцию метанации; и причем секция обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) расположена по ходу процесса перед секцией метанации, а секция метанации расположена по ходу процесса перед секцией АТР.

Аспект 47. Установка согласно любому из предшествующих аспектов, отличающаяся тем, что стадия (А) получения синтез-газа включает секцию (III) обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), расположенную параллельно указанной секции (I) АТР;

причем, по меньшей мере, часть первого исходного потока (1) и, по меньшей мере, часть второго

-

Claims (16)

1. исходного потока (2) предназначены для подачи в секцию (III) ОКВГ, и указанная секция (III) ОКВГ предусмотрена для конверсии указанной по меньшей мере части первого исходного потока (1) и по меньшей мере части второго исходного потока (2) в первый поток (40) синтез-газа;

   причем третий исходный поток (3), содержащий углеводороды, и четвертый исходный поток (4), содержащий кислород, предназначены для подачи в секцию (I) АТР; и причем указанная секция (I) АТР предусмотрена для конверсии указанного третьего исходного потока (3), содержащего кислород, и указанного четвертого исходного потока (4), содержащего углеводороды, во второй поток (50) синтезгаза; причем первый поток (41) синтез-газа из секции (III) ОКВГ предназначен для объединения со вторым потоком (50) синтез-газа из секции (I) ATP; и объединенный поток (100) синтез-газа предназначен для подачи на стадию (В) синтеза.

   Аспект 48. Установка согласно аспекту 47, отличающаяся тем, что перед объединением первого и второго потоков синтез-газа второй поток (50) синтез-газа из секции (I) ATP предназначен для предоставления по меньшей мере части энергии, необходимой для эндотермической реакции в секции (III) ОКВГ.

   Аспект 49. Установка согласно любому из аспектов 1-46, отличающаяся тем, что стадия (А) получения синтез-газа включает секцию (II) метанации, расположенную параллельно указанной секции (I) ATP;

   причем, по меньшей мере, часть первого исходного потока (1) и, по меньшей мере, часть второго исходного потока (2) предназначены для подачи в секцию (II) метанации, и указанная секция (III) ОКВГ предусмотрена для конверсии указанной по меньшей мере части первого исходного потока (1) и по меньшей мере части второго исходного потока (2) в первый поток (31) синтез-газа, причем третий исходный поток (3), содержащий углеводороды, и четвертый исходный поток (4), содержащий кислород, предназначены для подачи в секцию (I) АТР; и причем указанная секция (I) ATP предусмотрена для конверсии указанного третьего исходного потока (3), содержащего кислород, и указанного четвертого исходного потока (4), содержащего углеводороды, во второй поток (50) синтез-газа, причем первый поток (31) синтез-газа из секции (II) метанации предназначен для объединения со вторым потоком (50) синтез-газа из секции (I) АТР; и объединенный поток (100) синтез-газа предназначен для подачи на стадию (В) синтеза.

   Аспект 50. Способ получения потока продукта, включающий следующие этапы:

   предоставление установки согласно любому из предшествующих аспектов;

   подачу первого исходного потока, содержащего водород, на стадию получения синтез-газа;

   подачу второго исходного потока, содержащего диоксид углерода, на стадию получения синтезгаза;

   подачу третьего исходного потока, содержащего кислород, в секцию АТР; и конверсию указанных первого, второго, третьего и четвертого исходных потоков на указанной стадии получения синтез-газа в поток синтез-газа и подачу указанного потока синтез-газа на стадию синтеза;

   конверсию указанного потока синтез-газа на указанной стадии синтеза в, по меньшей мере, поток продукта и поток углеводородсодержащего отходящего газа; и подачу по меньшей мере части указанного потока углеводородсодержащего отходящего газа или по меньшей мере части указанного потока продукта на стадию получения синтез-газа в виде четвертого исходного потока, содержащего углеводороды, по ходу процесса перед указанной секцией АТР и предпочтительно между секцией метанации и/или секцией обратной конверсии водяного газа (ОКВГ) и указанной секцией АТР.

   Аспект 51. Способ согласно аспекту 50, в соответствии с которым стадия синтеза представляет собой стадию синтеза Фишера-Тропша (F-T), предусмотренную для конверсии указанного потока синтезгаза, по меньшей мере, в поток углеводородного продукта и поток углеводородсодержащего отходящего газа в виде потока остаточного газа синтеза Фишера-Тропша.

   ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Установка (X) для получения потока продукта, включающая:

   a. узел (А) получения синтез-газа, содержащий секцию (II) метанации и/или секцию (III) обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), и секцию (I) автотермического риформинга (АТР), и

   b. узел (В) синтеза;

   при этом указанная установка включает:

   пе рвое средство подачи, выполненное с возможностью подачи потока (1), содержащего водород, в узел (А) получения синтез-газа; второе средство подачи, выполненное с возможностью подачи потока (2), содержащего диоксид углерода, в узел (А) получения синтез-газа; третье средство подачи, выполненное с возможностью подачи потока (3), содержащего кислород, в секцию (I) АТР;

   причем указанный узел (А) получения синтез-газа выполнен с возможностью получения потока (100) синтез-газа и подачи указанного потока (100) синтез-газа в узел (В) синтеза; и причем установка не

   - 19 048773 включает средство подачи углеводородов извне, причем узел получения синтез-газа включает секцию (II) метанации и/или секцию (III) обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), расположенную по ходу процесса перед секцией (I) автотермического риформинга (АТР), причем узел (В) синтеза выполнен с возможностью конверсии указанного потока (100) синтез-газа, по меньшей мере, в поток (500) продукта и поток (4а, 4b, 4с) углеводородсодержащего отходящего газа, и причем указанная установка включает четвертое средство подачи, выполненное с возможностью подачи по меньшей мере части указанного потока углеводородсодержащего отходящего газа (4а, 4b, 4с) или по меньшей мере части указанного потока (500) продукта в узел (А) получения синтез-газа по ходу процесса перед указанной секцией (I) АТР и между указанной секцией (II) метанации и/или указанной секцией (III) обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), и указанной секцией (I) АТР.
2. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что указанный узел (А) получения синтез-газа выполнен с возможностью непосредственной подачи указанного потока (100) из узла (А) получения синтез-газа в узел (В) синтеза.
3. 3. Установка по любому из пп.1, 2, отличающаяся тем, что установка дополнительно включает секцию последующей конверсии, расположенную между указанным узлом (А) получения синтез-газа и указанным узлом (В) синтеза, и средство подачи, выполненное с возможностью подачи потока, содержащего СО₂, в указанную секцию последующей конверсии, смешиваемого с потоком синтез-газа между узлом (А) получения синтез-газа и секцией последующей конверсии.
4. 4. Установка по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающая пятое средство подачи, выполненное с возможностью подачи потока (5) пара в узел (А) получения синтез-газа.
5. 5. Установка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что узел (А) получения синтез-газа содержит секцию (II) метанации, расположенную по ходу процесса перед указанной секцией (I) автотермического риформинга (АТР).
6. 6. Установка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что первое средство подачи выполнено с возможностью подачи части или всего указанного потока (1) в секцию (II) метанации; и второе средство подачи выполнено с возможностью подачи части или всего указанного потока (2) в секцию (II) метанации.
7. 7. Установка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что секция (II) метанации включает два или более блоков метанации, например, три или более блоков метанации.
8. 8. Установка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отношение водород/монооксид углерода в потоке (100) синтез-газа на входе в указанный узел (В) синтеза находится в диапазоне 1,0-4,0; предпочтительно 1,5-3,0, более предпочтительно 1,5-2,1.
9. 9. Установка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что отношение Н₂:СО₂ на входе в установку составляет 1,0-9,0, предпочтительно 2,5-8,0, более предпочтительно 3,0-7,0.
10. 10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что узел (В) синтеза представляет собой узел синтеза Фишера-Тропша (F-T), а отношение Н₂:СО₂ на входе в установку находится в диапазоне 3,0-7,0 или более предпочтительно 3,0-6,0 и наиболее предпочтительно 3,0-5,0.
11. 11. Установка по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что узел (В) синтеза представляет собой узел синтеза Фишера-Тропша (F-T), выполненный с возможностью конверсии указанного потока (100) синтез-газа, по меньшей мере, в поток (500) углеводородного продукта и поток углеводородсодержащего отходящего газа в виде потока (4а) остаточного газа синтеза Фишера-Тропша.
12. 12. Установка по любому из пп.1-9, в которой узел (В) синтеза включает узел синтеза метанола, выполненный с возможностью получения, по меньшей мере, потока продукта метанола и потока отходящего метанола, и средство подачи, выполненное с возможностью подачи по меньшей мере части указанного потока отходящего метанола в узел (А) получения синтез-газа.
13. 13. Установка по любому из предшествующих пунктов, дополнительно включающая электролизер, выполненный с возможностью конверсии воды или пара, по меньшей мере, в водородсодержащий поток и кислородсодержащий поток, и причем первое средство подачи выполнено с возможностью подачи по меньшей мере части указанного водородсодержащего потока из электролизера в узел (А) получения синтез-газа в качестве части или всего указанного потока (1), и/или причем третье средство подачи выполнено с возможностью подачи по меньшей мере части указанного кислородсодержащего потока из электролизера в узел (А) получения синтез-газа в качестве части или всего указанного потока (3).
14. 14. Установка по любому из предшествующих пунктов, включающая шестое средство подачи, выполненное с возможностью подачи потока водорода в поток синтез-газа, по ходу процесса перед стадией (В) синтеза.
15. 15. Установка по п.1, отличающаяся тем, что первое средство подачи выполнено с возможностью подачи части или всего указанного потока (1) в секцию метанации и/или секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ); и второе средство подачи выполнено с возможностью подачи части или всего указанного потока (2) в секцию метанации и/или секцию обратной конверсии водяного газа (ОКВГ).
16. 16. Способ получения потока продукта с использованием установки (X) по любому из предшест

    -