Спосіб риформінгу для одержання синтез-газу та установка для його здійснення

1. Спосіб риформінгу для одержання синтезгазу із суміші вуглеводнів, який включає першу стадію - попереднього риформінгу, на якій технологічну суміш, яка містить суміш вуглеводнів і водяну пару, піддають реакції попередньої каталітичної конверсії з одержанням продукту часткової конверсії, який містить водень, оксиди вуглецю та вуглеводні, і другу стадію - основного риформінгу, на якій продукт часткової конверсії піддають завершальній реакції конверсії з одержанням синтезгазу, який відрізняється тим, що стадію попереднього риформінгу здійснюють у псевдоізотермічному режимі та принаймні частину продукту часткової конверсії, одержаного на стадії попереднього риформінгу, піддають нагріванню та використовують на стадії попереднього риформінгу як робоче текуче середовище для непрямого теплообміну, а тепло, необхідне для згаданого нагрівання принаймні частини продукту часткової конверсії, відводять від гарячих газів, які одержують на стадії основного риформінгу, або від відповідної окремої печі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що стадію попереднього риформінгу здійснюють при температурі від 400 до 650 °С. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що суміш вуглеводнів додатково піддають попередньому нагріванню. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що продукт часткової конверсії, одержаний на стадії по 2 (19) 1 3 Даний винахід стосується загалом способу одержання синтез-газу, тобто суміші, яка містить водень і оксиди вуглецю, яка є основою для одержання різних продуктів, у тому числі добрив, метанолу та його похідних, а також різних сполук органічної хімії. Зокрема, даний винахід стосується способу риформінгу для одержання синтез-газу із суміші вуглеводнів, який включає першу стадію або стадію попереднього риформінгу, на якій технологічна суміш, яка містить зазначену суміш вуглеводнів і водяну пару, піддається попередній реакції каталітичної конверсії з одержанням продукту часткової конверсії, який містить водень, оксиди вуглецю та вуглеводні, і другу стадію або стадію основного риформінгу, на якій зазначений продукт часткової конверсії піддається завершальній реакції конверсії з одержанням синтез-газу. Відомо, що в промисловому масштабі синтезгаз одержують: - шляхом реакції каталітичної конверсії вуглеводнів у присутності водяної пари, звичайно здійснюваної в апараті для конверсії з водяною парою (так називаній установці риформінгу з водяною парою), або - шляхом реакції часткового окиснення вуглеводнів у риформінг-апараті для некаталітичного часткового окиснення (так називаному апараті для часткового окиснення), або - шляхом реакції часткового окиснення вуглеводнів у риформінг-апараті для каталітичного часткового окиснення (так називаному автотермічному риформінг-апараті). У даній заявці вираз "основний риформінг" означає будь-який з вищезгаданих трьох процесів або їх комбінацію. Крім того, добре відома потреба в одержанні синтез-газу, збагаченого воднем, наприклад, з вмістом водню в інтервалі 40-50% (у перерахунку на суху речовину), без використання риформінгапарату будь-якого із трьох вищезгаданих типів, який є дуже складним, як з погляду витрат на капітальні вкладення, так і з погляду витрат на керування, технічне обслуговування та ремонт. Із цією метою у відомому рівні техніки використовується спосіб риформінгу для одержання синтез-газу з газової суміші вуглеводнів, у якому передбачена стадія попереднього риформінгу, яка передує стадії основного риформінгу, для того щоб риформінг-апарат міг працювати з газовою сумішшю, у якій вже відбулася часткова конверсія вуглеводнів з одержанням синтез-газу. Стадія попереднього риформінгу здійснюється шляхом реакції каталітичної конверсії вуглеводнів у присутності водяної пари у відповідному хімічному реакторі, відомому також як апарат для попереднього риформінгу, який є менш складним, ніж риформінгапарат. Він має вигляд адіабатичного реактора, який звичайно має один шар каталізатора. До реактора може бути також передбачена секція рекуперації тепла для регенерації тепла з газової технологічної суміші, яка містить вищевказану газову суміш вуглеводнів і водяну пару, яка приймає участь у реакції. 92002 4 Хоча спосіб риформінгу для одержання синтез-газу, який відповідає способу, схематично описаному вище, і має переваги з різних точок зору, у ньому виявлені недоліки, основний з яких полягає в тому, що продукт часткової конверсії, одержаний на стадії попереднього риформінгу, має дуже обмежений ступінь конверсії вуглеводнів у синтезгаз, наприклад, забезпечується конверсія в синтезгаз від 5 до 25% вихідної газової суміші вуглеводнів, що є не цілком задовільним результатом для наступної стадії основного риформінгу. Технічна проблема, яка лежить в основі даного винаходу, полягає в розробці способу риформінгу для одержання синтез-газу, розглянутого вище типу, здатного задовольняти вищевказаним вимогам і в той же час що дозволяє забезпечити на стадії попереднього риформінгу більш високий ступінь конверсії вуглеводнів у синтез-газ у порівнянні з відомим рівнем техніки, простим і економічним чином. Відповідно до даного винаходу ця проблема вирішена в способі риформінгу вищезгаданого типу для одержання синтез-газу із суміші вуглеводнів, який відрізняється тим, що зазначена стадія попереднього риформінгу здійснюється в псевдоізотермічному режимі. Таким чином, підтримуючи, по суті, постійну температуру каталізатора, використовуваного на стадії попереднього риформінгу, можна на виході зі стадії попереднього риформінгу одержати продукт часткової конверсії, у якому ступінь конверсії вуглеводнів у синтез-газ буде складати від 15 до 40%. Інші особливості та переваги способу риформінгу для одержання синтез-газу відповідно до даного винаходу будуть очевидними з наступного опису кращого прикладу його здійснення, наведеного з метою його розкриття, а не обмеження, з посиланнями на прикладені креслення, на яких: на Фіг. 1 схематично представлена установка риформінгу для одержання синтез-газу, на якій здійснюється спосіб риформінгу відповідно до даного винаходу. Докладний опис кращого варіанта винаходу На Фіг. 1 показана установка риформінгу для одержання синтез-газу, в цілому позначена цифрою 10, на якій здійснюється спосіб одержання синтез-газу 12 відповідно до даного винаходу. Відповідно до вищезгаданого способу риформінг для одержання синтез-газу здійснюється із суміші вуглеводнів 14. Суміш вуглеводнів 14 переважно є газовою, і тому нижче в даному описі дається посилання на суміш такого типу. У газову суміш вуглеводнів 14 вводять водяну пару 16, одержуючи газову технологічну суміш 18, яка містить вуглеводні та водяну пару. Переважно, газову суміш вуглеводнів 14 нагрівають, перш ніж вводять до неї водяну пару 16. Спосіб включає першу стадію або стадію попереднього риформінгу, на якій вищевказана технологічна газова суміш 18 піддається реакції попередньої каталітичної конверсії з одержанням продукту 22 часткової конверсії, який містить водень, оксиди вуглецю та вуглеводні. 5 92002 6 Після вищевказаної стадії попереднього ририформінгу, або для цього може бути передбачеформінгу здійснюється друга стадія або стадія на спеціально сконструйована піч. основного риформінгу, на якій вищевказаний проНижче описано, як працює установка 10 ридукт 22 часткової конверсії піддається завершальформінгу відповідно до даного винаходу. ній реакції конверсії з одержанням вищевказаного Газову суміш вуглеводнів 14, використовувану синтез-газу 12. як сировину для виробництва синтез-газу, вводять Відповідно до особливості даного винаходу у секцію 26 попереднього нагрівання, де її нагрівищевказана стадія попереднього риформінгу вають, наприклад, до 550°С і десульфують. здійснюється в псевдоізотермічному режимі. ВиПісля виходу із секції 26 попереднього нагріщевказану стадію попереднього риформінгу бажавання в газову суміш вуглеводнів 14 вводять воно здійснюється при температурі від 400 до 650°С. дяну пару 16, одержуючи технологічну газову суТаким чином, було виявлено, що в продукті 22 міш 18, яка містить вуглеводні та водяну пару, що часткової конверсії конверсія вуглеводнів у синтезподається в секцію 28 попереднього риформінгу. газ становить, наприклад, більше 30%. Відповідно до кращого прикладу здійснення Оскільки реакція попередньої каталітичної даного винаходу, який тут не представлений, воконверсії, здійснювана на стадії попереднього ридяну пару 16 також нагрівають у секції 26 попереформінгу, є ендотермічною, у шар каталізатора днього нагрівання. У зв'язку із цим передбачено, необхідно подавати тепло. наприклад, введення водяної пари 16 у газову Установка 10 риформінгу включає взаємозасуміш вуглеводнів 14 до її подачі в секцію 26 полежні одна з одною і послідовно з'єднані: можливу переднього нагрівання. секцію 26 попереднього нагрівання, секцію 28 поТехнологічна газова суміш 18 проходить через переднього риформінгу, яка включає зону першої шар каталізатора в псевдоізотермічному реакторі реакції 20, у якій здійснюється вищевказана стадія 34, і в ході реакції відбувається часткова конверсія попереднього риформінгу, і секцію 30 основного вуглеводнів з утворенням водню та оксидів вуглериформінгу, яка включає зону другої реакції 24, у цю. Теплообмінний пристрій 36 віддає тепло, неякій здійснюється вищевказана стадія основного обхідне для такої часткової конверсії, шару каталіриформінгу. затора в псевдоізотермічному реакторі 34. Крім того, у секції 26 попереднього нагрівання Потім, одержаний у секції 28 попереднього є вузол очищення, тобто вузол десульфурації гариформінгу продукт 22 часткової конверсії, який зової суміші вуглеводнів 14. містить водень, оксиди вуглецю та вуглеводні, Секція 30 основного риформінгу може складанаправляється в секцію 30 основного риформінгу, тися з риформінг-апарату для конверсії з водяною де відбувається повна конверсія вуглеводнів з парою, апарату для часткового окиснення або аводержанням необхідного синтез-газу 12. тотермічного риформінг-апарату, або комбінації Після секції 30 основного риформінгу передцих апаратів. бачена секція 32 рекуперації тепла, звичайно у Відповідно до особливості даного винаходу вигляді котла-утилізатора, у якому одержаний синзона першої реакції 20 у секції 28 попереднього тез-газ 12 охолоджується з метою рекуперації териформінгу виконана у вигляді шару каталізатора пла. псевдоізотермічного реактора 34; у вищевказаноВ іншому варіанті конструкції установки рифому шарі каталізатора встановлений теплообмінний рмінгу відповідно до винаходу до секції 30 основпристрій 36, у якому проходить робоче текуче сеного риформінгу передбачена додаткова секція редовище-теплоносій; вищевказаний теплообмінпопереднього нагрівання (не показана на кресленний пристрій 36 віддає тепло шару каталізатора. ні) продукту 22 часткової конверсії до оптимальної Як альтернатива може бути передбачено декілька температури, наприклад, до 680°С, для реакції теплообмінних пристроїв. риформінгу, яка здійснюється в секції 30 основноТеплообмінний пристрій 36 бажано включає по го риформінгу. Тепло, необхідне для додаткової суті відомі пластинчасті теплообмінники: в основсекції попереднього нагрівання, переважно може ному вони мають корпуси коробкового типу із пловідводитися від гарячих димових газів, які утворюскою поверхнею, по суті з конфігурацією прямокуються в секції 30 основного риформінгу, або для тного паралелепіпеда, яка визначає межі цього може бути передбачена спеціально сконствідповідних внутрішніх камер, через які проходить руйована піч. вищевказане робоче текуче середовищеЗ попереднього опису очевидно, що спосіб теплоносій. риформінгу для одержання синтез-газу відповідно У кращому прикладі здійснення даного винадо даного винаходу вирішує технічну проблему й ходу гази на виході із псевдоізотермічного реактозабезпечує численні переваги, перша з яких поляра 34 частково направляються в пристрій 38 рекугає в тому, що завдяки можливості точного регуперації тепла для нагрівання: потім ці гази лювання профілю температур шару каталізатора в вводяться в теплообмінний пристрій 36 (у випадку псевдоізотермічному реакторі в секції попередньовикористання пластинчастих теплообмінників ці го риформінгу забезпечується надзвичайно висогази вводяться у внутрішні камери самих теплообкий ступінь конверсії, це стає можливим у резульмінників) і утворюють вищевказане робоче текуче таті наявності в шарі каталізатора теплообмінного середовище-теплоносій. пристрою та, зокрема, завдяки тому, що викорисТепло, необхідне для пристрою 38 рекуперації товувані теплообмінні елементи (наприклад, пластепла переважно може відводитися з гарячих дитинчасті теплообмінники) забезпечують прямий мових газів, які утворюються в секції 30 основного теплообмін з каталізатором, який знаходиться в шарі каталізатора. 7 92002 8 Іншою перевагою даного винаходу є можлифікації вже наявної секції попереднього риформінвість оптимізації конструкції секції основного ригу відповідно до даного винаходу. формінгу, мінімізації навантаження на неї; звичайДодаткова перевага даного винаходу у варіанно конструкція цієї секції є набагато більш ті із секцією основного риформінгу з автотермічскладною й дорогою в порівнянні із секцією попеним риформінг-апаратом полягає в одержанні синреднього риформінгу. У випадку використання тез-газу, наприклад, для синтезу метанолу, з автотермічного риформінг-апарату або апарату більш сприятливим стехіометричним відношенням для часткового окиснення зменшується потреба в для вищевказаного синтезу й у той же час у зменчистому кисні й, отже, відповідний розмір установшенні витрати кисню для автотермічного рифорки для розділення повітря з метою одержання тамінг-апарату. кого чистого кисню. Зрозуміло, спеціаліст у даній галузі техніки, з Наступна перевага даного винаходу полягає в метою задоволення спеціальних і залежних від тому, що якщо вже є діючі установки риформінгу, певних обставин вимог, може вносити численні можна збільшити виробничу потужність шляхом зміни у вищеописаний спосіб риформінгу для одемонтажу нової секції попереднього риформінгу із ржання синтез-газу, які входять в обсяг охорони псевдоізотермічним реактором або шляхом модиданого винаходу, визначений у наступній формулі винаходу. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601