Спосіб отримання метанвмісного газу з синтез-газу та установка для його здійснення

Реферат: Винахід належить до способу отримання метанвмісного газу з синтез-газу, в якому синтез-газ, що містить монооксид вуглецю та водень, подають для метанізації в реакторну систему, яка містить каталізаторний матеріал, потік, що виходить з реакторної системи (1) технологічного газу, розділяють на потік продуктового газу і потік рециркуляційного газу, потік рециркуляційного газу для компенсації падіння тиску транспортують через ежектор (5) і разом з синтез-газом направляють в реакторну систему (1) для охолоджування. Згідно з винаходом, потік продуктового газу стискують до тиску, який більший тиску синтез-газу, що надходить в реакторну систему (1). У ежектор як переміщуюче середовище подають або стиснений продуктовий газ, або корисний газ з трубопровідної мережі (9) для корисного газу. Об'єктом винаходу є також установка отримання метану для здійснення вказаного способу. UA 108389 C2 (12) UA 108389 C2 UA 108389 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід відноситься до способу отримання метанвмісного газу з синтез-газу, в якому синтезгаз, що містить монооксид вуглецю і водень, подають для метанізації в реакторну систему з каталізаторним матеріалом, потік технологічного газу, що виходить з реакторної системи, розділяють на потік продуктового газу і потік рециркуляційного газу, і потік рециркуляційного газу транспортують через ежектор і направляють в реакторну систему (1) для охолоджування. Даним способом, наприклад, тверді речовини, такі як вугілля, біомаса у формі деревини і соломи, а також різні рідкі вуглецьвмісні едукти можуть бути перетворені на синтетичний природний газ, який може подаватися в транспортну мережу для природного газу. Перетворення монооксиду вуглецю і водню на метан з одного боку відбувається згідно рівнянню CO+3H2CH4+H2O. Окрім цього слід враховувати наступну рівноважну реакцію CO+H2O CCO2+H2 тому додатково відбувається утворення метану згідно реакції CCO2+4H2CH4+2H2O. Метанізація на каталізаторі відбувається зазвичай з виділенням великої кількості тепла. При цьому виявляється недолік, який полягає в тому, що унаслідок реакційної рівноваги вихід метану з підвищенням температури зменшується. Щоб охолоджувати реакторну систему, як відомо, потік технологічного газу, який покидає реакторну систему, розділяють на потік продуктового газу і потік рециркуляційного газу, причому після охолоджування потік рециркуляційного газу знову подають у впускний отвір реакторної системи. При поверненні рециркуляційного газу падіння тиску, що відбулося, повинне поповнюватися. Якщо для цієї мети використовується компресор, виникає проблема, що полягає в тому, що для роботи при підвищених температурах порядку 300ºС повинна значно ускладнюватися його конструкція, тому потік технологічного газу, що полишає реакторну систему, піддається зазвичай значному охолоджуванню, при якому також відбувається конденсація води, що міститься у технологічному газі. З GB 1 516 319 відомо, що для транспортування рециркуляційного газу і компенсації падіння тиску використовується струменевий насос, званий також ежектором. Ежектор просто влаштований і цілком може експлуатуватися при підвищених температурах, наприклад 300ºС. Як переміщаюче середовище ежектора передбачений підведений до реакторної системи синтез-газ або водяна пара. При використанні як переміщаюче середовище синтез-газу тиск його в ежекторі знижується, тому метанізація в реакторній системі відбувається при зниженому тиску. Унаслідок рівноважного характеру реакції метанізації в результаті зменшення тиску зменшується також вихід метану, тому зменшується ефективність способу. Недоліком використання водяної пари як переміщаючого середовища є те, що при цьому прискорюється процес старіння звичайних каталізаторних матеріалів. З вище відмічених причин в основі винаходу лежить завдання запропонувати спосіб отримання метанвмісного газу з синтез-газу, який може здійснюватися з підвищеною ефективністю і меншими витратами. Виходячи із способу з описаними спочатку ознаками, це завдання відповідно до винаходу вирішується за рахунок того, що потік продуктового газу стискують до тиску, який вище за тиск синтез-газу, що подається в реакторну систему, причому або стиснений таким чином продуктовий газ, або корисний газ з трубопровідної системи для корисного газу подають в ежектор як переміщаюче середовище. Щоб направити продуктовий газ на подальше використання, передбачено стискування, причому згідно першому варіанту здійснення винаходу частина цього стисненого продуктового газу передбачена як переміщаюче середовище для ежектора. Відмічені в рівні техніки недоліки, а саме зменшення тиску синтез-газу або прискорене старіння каталізаторного матеріалу за рахунок цього можуть виключатися. Частина продуктового газу, яка не використовується як переміщаюче середовище, може накопичуватися після прикладання тиску, наприклад, в ємкості для зберігання під тиском або спрямовуватися в трубопровідну систему для корисного газу. Так, в рамках винаходу може бути отриманий, зокрема, синтетичний природний газ, який після додаткового стискування подається в транспортну мережу для природного газу. Зазвичай в такій трубопровідній системі для корисного газу тиск знаходиться в діапазоні від 60 до 80 бар, тоді як синтез-газ, що подається для метанізації в реакторну систему, як правило, має тиск від 30 до 50 бар. Унаслідок значної різниці тиску необхідна лише відносно невелика кількість переміщаючого середовища, щоб можна було заповнити втрати тиску потоку рециркуляційного газу. Якщо потік продуктового газу після додаткового стискування направляють в трубопровідну 1 UA 108389 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 систему для корисного газу, є можливість направляти в ежектор як переміщаюче середовище корисний газ з трубопровідної системи для корисного газу замість частини потоку продуктового газу. Зокрема, якщо трубопровідна система для корисного газу є транспортною мережею для природного газу, доцільно проводити знесірчення корисного газу, що направляється в ежектор як переміщаюче середовище, щоб захистити каталізаторний матеріал від пошкодження. Якщо як переміщаюче середовище для ежектора використовується корисний газ з трубопровідної системи для корисного газу, додатковою перевагою є те, що ежектор може використовуватися також для введення установки в дію. Об'єктом винаходу є також установка для отримання метану для здійснення описаного вище способу. Установка для отримання метану містить реакторну систему для метанізації, що містить каталізаторний матеріал, до впускного отвору якої підключений підводячий трубопровід для синтез-газу, причому на вихідній стороні реакторної системи приєднана трубопровідна система. У рециркуляційній лінії передбачений ежектор, причому сторона всмоктування ежектора приєднана до трубопровідної системи, а нагнітальна сторона ежектора приєднана до впускного отвору реакторної системи. Щоб охолодити рециркуляційний газ до потрібної температури, передбачений, принаймні, один охолоджувач, який встановлений в рециркуляційній лінії або переважно між реакторною системою і ежектором в трубопровідній системі. Зокрема, може бути передбачене спрямування всього потоку технологічного газу, що покидає реакторну систему, через передбачений для вироблення пари охолоджувач. Згідно винаходу в трубопровідну систему входить компресор, розташований, якщо дивитися по напрямку потоку, за відгалуженням рециркуляційної лінії, причому трубопровід для переміщаючого середовища, що входить у впускний отвір для переміщаючого середовища ежектора, розташованого, якщо дивитися по напрямку потоку, після компресора, приєднаний до трубопровідної системи або до пов'язаної з трубопровідною системою трубопровідної системи для корисного газу для метанвмісного газу, зокрема транспортної мережі для природного газу. Оскільки в окремо узятому реакторі унаслідок хімічної рівноваги досягається лише обмежений ступінь конверсії метану, наприклад 20 %, доцільно, щоб реакторна система включала декілька підключених послідовно реакторних ступенів, в кожній з яких є каталізаторний матеріал. У рамки винаходу входить також охолоджування продуктового газу між окремими реакторними ступенями. Залежно від цільового призначення можуть бути передбачені й інші стадії підготовки синтез-газу, як наприклад сушка газу і видалення СО2, причому ці стадії підготовки можуть реалізовуватися в межах реакторної системи або окремо від реакторної системи. Далі винахід розглядається з використанням креслень, що відображають варіанти здійснення винаходу, на яких: Фіг. 1 - установка для отримання метану, призначена для отримання метанвмісного газу з синтез-газу Фіг. 2 - варіант відображеною на Фіг. 1 установки для отримання метану. Фіг. 1 і 2 показують установку для отримання метану з реакторною системою 1, яка містить каталізаторний матеріал, для метанізації синтез-газу, що містить монооксид вуглецю і водень. До впускного отвору реакторної системи 1 приєднаний підводячий трубопровід 2 для синтезгазу, причому до вихідної сторони реакторної системи 1 примикає трубопровідна система 3. Виходячий з реакторної системи 1 потік технологічного газу розділяється на потік продуктового газу і потік рециркуляційного газу, причому потік рециркуляційного газу по рециркуляційній лінії 4 спрямовується назад до впускного отвору реакторної системи 1 ежектором 5. Для цього ежектор 5 стороною всмоктування приєднаний до трубопровідної системи 3, а стороною нагнітання до впускного отвору реакторної системи 1. Між реакторною системою 1 та ежектором 5 в трубопровідній системі 3 розташований охолоджувач 6. Трубопровідна система 3 включає, якщо дивитися у напрямку потоку, за відгалуженням рециркуляційній лінії 4 компресор 7, який додатково стискує потік продуктового газу. Між відгалуженням рециркуляційній лінії 4 і компресором 7 встановлений, принаймні, ще один охолоджувач 6". Він призначений для того, щоб знижувати температуру продуктового газу настільки, що відпадає необхідність спеціального виконання компресора 7 з розрахунку на високі температури. Згідно Фіг. 1 частину стисненого потоку продуктового газу після компресора 7 відокремлюють і направляють по трубопроводу 8 для переміщаючого середовища до ежектора 5. Тоді як синтез-газ в підводячому трубопроводі 2 прямує в реакторну систему 1 під тиском від 30 до 50 бар, тиск продуктового газу після компресора переважно складає від 60 до 80 бар. Завдяки значно вищому тиску достатньо невеликої частини потоку продуктового газу, щоб можна було транспортувати потік рециркуляційного газу і компенсувати відповідні втрати тиску. 2 UA 108389 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно Фіг. 1 частина не використаного як переміщаюче середовище продуктового газу може без обмеження спрямовуватися для подальшого використання в накопичувальний резервуар під тиском або транспортну систему для корисного газу. Фіг. 2 показує варіант здійснення, в якому на відміну від Фіг. 1 весь продуктовий газ після стискування компресором 7 подається в транспортну систему 9 для корисного газу, наприклад в транспортну мережу для природного газу. Трубопровід 8 для переміщаючого середовища при цьому приєднаний до трубопровідної системи для корисного газу. За допомогою зображеної установки для отримання метану синтетичний природний газ (SNG) може спрямовуватися в транспортну мережу для природного газу. Досягається перевага, що трубопровід 8 для переміщаючого середовища може використовуватися також для введення в дію установки для отримання метану. Щоб захистити реакторну систему 1 від речовин, що містять сірку, які можуть міститися в корисному газі, згідно Фіг. 2 в трубопроводі 8 для переміщаючого середовища передбачений пристрій 10 для знесірчення. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Спосіб отримання метанвмісного газу з синтез-газу, в якому: синтез-газ, що містить монооксид вуглецю і водень, подають для метанізації в реакторну систему (1), що містить каталізаторний матеріал, потік технологічного газу, що виходить з реакторної системи (1), розділяють на потік продуктового газу і потік рециркуляційного газу, потік рециркуляційного газу транспортують через ежектор (5) і направляють в реакторну систему (1) для охолодження, який відрізняється тим, що потік продуктового газу стискують до тиску, який більший тиску синтез-газу, що надходить в реакторну систему (1), і тим, що стиснений продуктовий газ подають в ежектор (5) як переміщуюче середовище. 2. Спосіб отримання метанвмісного газу з синтез-газу, в якому: синтез-газ, що містить монооксид вуглецю і водень, подають для метанізації в реакторну систему (1), що містить каталізаторний матеріал, потік технологічного газу, що виходить з реакторної системи (1), розділяють на потік продуктового газу і потік рециркуляційного газу, потік рециркуляційного газу транспортують через ежектор (5) і направляють в реакторну систему (1) для охолодження, який відрізняється тим, що продуктовий газ стискують до тиску, який більший тиску синтезгазу, що надходить в реакторну систему (1), тим, що продуктовий газ подають в трубопровідну систему (9) для корисного газу, і тим, що корисний газ з трубопровідної системи (9) для корисного газу подають в ежектор (5) як переміщуюче середовище. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що корисний газ, що подається в ежектор (5) як переміщуване середовище, піддають знесірченню. 4. Спосіб за п. 2 або 3, який відрізняється тим, що трубопровідна система (9) для корисного газу є транспортною мережею для природного газу. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що синтез-газ подають в реакторну систему (1) з тиском від 30 до 50 бар. 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що потік продуктового газу стискують до тиску від 60 до 80 бар. 7. Установка отримання метану для здійснення способу за будь-яким з пп. 1-6, яка містить: реакторну систему (1) для метанізації, що містить каталізаторний матеріал, до впускного отвору якої приєднаний трубопровід (2) для синтез-газу, трубопровідну систему (3), приєднану до випускної сторони реакторної системи (1), ежектор (5), розташований в рециркуляційній лінії (4), причому сторона всмоктування ежектора (5) приєднана до трубопровідної системи (3), а сторона нагнітання ежектора (5) - до впускного отвору реакторної системи (1), принаймні, один охолоджувач (6), розташований в рециркуляційній лінії (4) або між реакторною системою (1) та ежектором (5) в трубопровідній системі (3), яка відрізняється тим, що трубопровідна система (3) містить компресор (7), розташований після по ходу потоку від відгалуження рециркуляційної лінії (4), причому трубопровід (8) для переміщуючого середовища, що входить у впускний отвір для переміщуючого середовища ежектора (5), приєднаний після по ходу потоку від компресора (7) до трубопровідної системи (3) або до пов'язаної з трубопровідною системою (3) трубопровідної системи (9) для метанвмісного газу. 3 UA 108389 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4