Способ производства синтез-газа

Способ производства синтез-газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к производству синтез-газа и его использования в системах и способах для производства аммиака. Более конкретно, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к системам и способам для регенерации тепла из синтез-газа и производства аммиака.

Описание предшествующего уровня техники

Синтез-газ или "сингаз" обычно представляет собой продукт риформинга углеродсодержащего материала в присутствии пара и/или окислителя при высоких температурах. В зависимости от исходных материалов, синтез-газ обычно является богатым моноксидом углерода и водородом, и может также содержать различные количества метана, диоксида углерода, азота и аргона.

Обычное получение синтез-газа может включать введение углеводорода в обогреваемый паровой риформер и приведение углеводорода в контакт с катализатором парового риформинга. Углеводород после первичного риформинга затем вводят во вторичный риформер, где водород и неподвергнутые риформингу углеводороды частично окисляются окислителем в присутствии катализатора. Стадии риформинга являются эндотермическими и требуют подвода тепла к риформерам для того, чтобы реакция протекала. Тепло для реакций риформинга обычно создается путем сжигания больших количеств топлива. Увеличение температуры вторичного риформера может обеспечить большую конверсию углеводорода в синтез-газ, но таковое действие требует окисления большего количества топлива.

Таким образом, существует потребность в системах и способах для конверсии большего количества углеводорода в синтез-газ, при этом снижая стоимость и размеры оборудования, и снижая количество топлива, требуемого для обеспечения тепла для реакции риформинга.

Краткое описание чертежей

Для более четкого понимания настоящего изобретения заявитель приводит ссылки на варианты осуществления, некоторые из которых проиллюстрированы в прилагаемых чертежах. Надо, однако, отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные варианты осуществления этого изобретения, и, таким образом, не должны считаться ограничивающими объем притязаний, так как изобретение может допускать другие равным образом эффективные варианты осуществления.

На фигуре 1 изображена система для производства синтез-газа в соответствии с одним или более из описанных вариантов осуществления.

На фигуре 2 изображена система для производства аммиака в соответствии с одним или более из описанных вариантов осуществления.

На фигуре 3 изображена система очистки для очистки синтез-газа для синтеза аммиака в соответствии с одним или более из описанных вариантов осуществления.

Подробное описание

Теперь будет приведено подробное описание. Каждый из пунктов прилагаемой формулы изобретения определяет отдельное изобретение, которое по причинам нарушения признается включающим эквиваленты различных элементов ограничений, приведенных в пунктах формулы изобретения. В зависимости от контекста, все ссылки на "изобретение" ниже могут в некоторых случаях относиться только к определенным конкретным вариантам осуществления. В других случаях будет признано, что ссылки на "изобретение" будут относиться к объекту изобретения, указанному в одном или более, но не обязательно во всех пунктах формулы изобретения. Каждое из изобретений будет теперь описано более подробно ниже, включая конкретные варианты осуществления, варианты и примеры, но изобретения не являются ограниченными этими вариантами осуществления, вариантами или примерами, которые включены для того, чтобы дать возможность среднему специалисту в данной области техники создать и использовать изобретения, когда информация из этого патента будет объединена с доступной информацией и технологией.

Созданы системы и способы для производства синтез-газа. По меньшей мере, в одном конкретном варианте осуществления углеводород можно подвергнуть риформингу в присутствии пара и одного или более первых катализаторов в первой реакционной зоне с получением выходящего потока, содержащего часть углеводорода, моноксид углерода, диоксид углерода и водород при первой температуре. Первая реакционная зона может включать одну или более содержащих катализатор трубок. Выходящий поток можно непрямым образом нагревать от первой температуры до второй температуры. Выходящий поток при второй температуре можно подвергнуть риформингу в присутствии одного или более окислителей, и одного или более вторых катализаторов в условиях, достаточных для получения синтез-газа, включающего водород, моноксид углерода, диоксид углерода и меньше, чем примерно 5 моль.% метана на сухое вещество. Синтез-газ можно использовать для нагрева выходящего потока непрямым образом от первой температуры до второй температуры.

Относительно фигур: на фигуре 1 изображена система 100 для производства синтез-газа в соответствии с одними или более вариантами осуществления. В одном или более из вариантов осуществления система 100 может включать один или более риформеров ("первичных риформеров") 105, один или более теплообменников 110 и один или более риформеров ("вторичных риформеров") 115. Углеводородное исходное сырье через линию 101 и пар через линию 103 можно ввести в один или более из первичных риформеров 105 для получения первого подвергнутого риформингу углеводорода ("выходящего потока") через линию 107.

В одном или более из вариантов осуществления углеводород в линии 101 может включать один или более жидких или газообразных углеводородов, смесей таковых или любую комбинацию таковых. В одном или более из вариантов осуществления углеводород в линии 101 может включать метан, этан, пропан, бутан или любую комбинацию таковых. Например, концентрация метана в углеводороде в линии 101 может варьироваться от нижнего уровня примерно в 30% по объему, примерно 50% по объему или примерно 75% по объему до высшего уровня примерно в 95% по объему, примерно 99% по объему или примерно 99,9% по объему, при этом баланс включает углеводороды С₂, С₃ и более тяжелые. В одном или более из вариантов осуществления давление углеводорода в линии 101 может варьироваться от нижнего уровня примерно в 700 кПа, примерно 1000 кПа или примерно 1400 кПа до высшего уровня примерно в 4000 кПа, примерно 4750 кПа или примерно 5500 кПа. Хотя это и не показано, углеводород в линии 101 может быть предварительно нагрет перед вводом в один или более из первичных риформеров 105. В одном или более из вариантов осуществления углеводород в линии 101 может быть предварительно нагрет до температуры, изменяющейся от примерно 400°С до примерно 600°С.

В одном или более из вариантов осуществления пар, вводимый через линию 103, можно ввести в углеводород в линии 101 или в один или более из первичных риформеров 105. В одном или более из вариантов осуществления мольное соотношение пар-углерод внутри линий 103 и 101 соответственно, может варьироваться от примерно 2,5 до примерно 4, от примерно 2,5 до примерно 3,5 или от примерно 3 до примерно 4. В одном или более из вариантов осуществления давление пара в линии 103 может варьироваться от нижнего предела примерно в 700 кПа, примерно 1000 кПа или примерно 1400 кПа до высшего уровня примерно в 4000 кПа, примерно 4750 кПа или примерно 5500 кПа.

Выходящий поток в линии 107 имеет температуру ("первую температуру"), большую, чем у углеводорода в линии 101. Выходящий поток в линии 107 может включать (но не ограничивается ими) водород ("H₂"), диоксид углерода ("CO₂"), моноксид углерода ("CO"), азот, аргон, воду и метан. В одном или более из вариантов осуществления концентрация Н₂ в выходящем потоке в линии 107 может варьироваться от нижнего предела примерно в 31 моль.%, примерно 33 моль.% или примерно 35 моль.% до высшего предела примерно в 39 моль.%, примерно 41 моль.% или примерно 43 моль.%. В одном или более из вариантов осуществления концентрация СО в выходящем потоке в линии 107 может варьироваться от нижнего предела примерно в 3 моль.%, примерно 3,5 моль.% или примерно 4 моль.% до высшего предела примерно в 5 моль.%, примерно 5,5 моль.% или примерно 6 моль.%. В одном или более из вариантов осуществления концентрация СО₂ в выходящем потоке в линии 107 может варьироваться от нижнего предела примерно в 4 моль.%, примерно 4,5 моль.% или примерно 5 моль.% до высшего предела примерно в 6 моль.%, примерно 6,5 моль.% или примерно 7 моль.%. В одном или более из вариантов осуществления концентрация Н₂О в выходящем потоке в линии 107 может варьироваться от нижнего предела примерно в 38 моль.%, примерно 40 моль.% или примерно 42 моль.% до высшего предела примерно в 47 моль.%, примерно 49 моль.% или примерно 51 моль.%. В одном или более из вариантов осуществления концентрация метана в выходящем потоке в линии 107 может варьироваться от нижнего предела примерно в 6 моль.%, примерно 7 моль.% или примерно 8 моль.% до высшего предела примерно в 10 моль.%, примерно 11 моль.% или примерно 12 моль.%. Например, по меньшей мере, в одном конкретном варианте осуществления выходящий поток в линии 107 может содержать примерно 35 моль.% - примерно 39 моль.% Н₂, примерно 4 моль.% - примерно 5 моль.% СО, примерно 6 моль.% - примерно 8 моль.% СО₂, примерно 8 моль.% - примерно 10 моль.% метана и от примерно 42 моль.% до примерно 47 моль.% Н₂О.

В одном или более из вариантов осуществления первая температура может варьироваться от нижнего предела примерно в 650°С, примерно 675°С или примерно 700°С до высшего предела примерно в 730°С, примерно 740°С или примерно 750°С. В одном или более из вариантов осуществления первая температура может составлять примерно 715°С, примерно 725°С или примерно 735°С. В одном или более из вариантов осуществления первая температура может составлять, по меньшей мере, 700°С, по меньшей мере 710°С, по меньшей мере 715°С или по меньшей мере 720°С.

В одном или более из вариантов осуществления выходящий поток при первой температуре внутри одного или более из первичных риформеров 105 можно отвести прямо из одного или более из первичных риформеров 105 и направить в один или более из теплообменников 110 без охлаждения. В одном или более из вариантов осуществления выходящий поток при первой температуре внутри одного или более из первичных риформеров 105 можно отвести прямо из одного или более из первичных риформеров и направить в один или более из теплообменников 110 без охлаждения выходящего потока при первой температуре внутри одного или более из первичных риформеров 105. Единственная потеря тепла выходящим потоком в линии 107 между одним или более из первичных риформеров 105 и одним или более из теплообменников 110 может представлять собой потерю тепла в окружающую среду во время транспортировки. Другими словами, на выходящий поток не оказывается никакого воздействия.

В одном или более из вариантов осуществления температуру углеводорода, введенного через линию 101, можно изменить, чтобы подавать выходящий поток через линию 107 имеющим монотонно увеличенную температуру. В том виде, как он используется в данном документе, термин "монотонно" означает изменение температуры, которая либо постоянно увеличивается, либо постоянно снижается, но не колеблется в относительном значении. Например, углеводород в линии 101, введенный в первичный риформер 105 с температурой в 500°С, можно монотонно увеличить до температуры примерно в 650°С или более, который можно извлечь из одного или более из первичных риформеров через линию 107.

В одном или более из вариантов осуществления выходящий поток в линии 107 при первой температуре можно нагреть с использованием одного или более из теплообменников 110. Сырой синтез-газ, введенный через линию 116, можно использовать для нагрева выходящего потока непрямым образом внутри одного или более из теплообменников 110. В одном или более из вариантов осуществления сырой синтез-газ в линии 116 может поставляться одним или более из вторичных риформеров 115. Выходящий поток имеет температуру ("вторую температуру"), большую, чем выходящий поток в линии 107. Сырой синтез-газ ("охлажденный сырой синтез-газ") в линии 117 имеет температуру, меньшую, чем сырой синтез-газ в линии 116.

В одном или более из вариантов осуществления вторая температура может варьироваться от нижнего предела примерно в 850°С, примерно 860°С или примерно 870°С до высшего предела примерно в 910°С, примерно 920°С или примерно 930°С. В одном или более из вариантов осуществления первая температура может составлять примерно 875°С, примерно 885°С или примерно 895°С.

В одном или более из вариантов осуществления сырой синтез-газ в линии 116 может иметь температуру, варьирующуюся от нижнего предела примерно в 960°С, примерно 970°С или примерно 980°С до высшего предела примерно в 1010°С, примерно 1020°С или примерно 1030°С. В одном или более из вариантов осуществления температура сырого синтез-газа в линии 116 может составлять примерно 995°С, примерно 1000°С или примерно 1005°С. В одном или более из вариантов осуществления охлажденный сырой синтез-газ в линии 117 может иметь температуру, варьирующуюся от нижнего предела примерно в 860°С, примерно 870°С или примерно 880°С до высшего предела примерно в 900°С, примерно 910°С или примерно 920°С. В одном или более из вариантов осуществления температура охлажденного сырого синтез-газа в линии 117 может составлять примерно 880°С, примерно 890°С или примерно 900°С.

В одном или более из вариантов осуществления температуру выходящего потока в линии 107 можно увеличить путем непрямого теплообмена в одном или более из теплообменников 110 на примерно 150°С или более, примерно 165°С или более, примерно 185°С или более, примерно 200°С или более или примерно на 215°С или более. В одном или более из вариантов осуществления температуру сырого синтез-газа в линии 116 можно понизить путем непрямого теплообмена в одном или более из теплообменников 110 примерно на 80°С или более, примерно на 100°С или более, примерно на 120°С или более, примерно на 130°С или более или примерно на 140°С или более.

Нагретый выходящий поток в линии 112 можно ввести в один или более из вторичных риформеров 115 для получения сырого синтез-газа через линию 116. В одном или более из вариантов осуществления через линию 114 можно ввести окислитель во вторичный риформер 115. В одном или более из вариантов осуществления окислитель можно сжать с использованием одного или более компрессоров для подачи сжатого окислителя через линию 114. В одном или более из вариантов осуществления окислитель может представлять собой воздух, содержащий примерно 21 моль.% кислорода, примерно 78 моль.% азота и примерно 1 моль.% аргона. В одном или более из вариантов осуществления окислитель может представлять собой обогащенный кислородом воздух, обогащенный азотом воздух или бедный азотом воздух, т.е. меньше чем 5 моль.% азота. Давление сжатого окислителя в линии 114 может варьироваться от нижнего предела примерно в 700 КПа, примерно 1000 КПа или примерно 1400 КПа до высшего предела примерно в 4000 КПа, примерно 4750 КПа или примерно 5500 КПа. Хотя это и не показано, окислитель можно предварительно нагреть до температуры примерно 500°С или более, примерно 550°С или более, примерно 600°С или более, примерно 700°С или более, или примерно 800°С или более.

В одном или более из вариантов осуществления сырой синтез-газ в линии 116 может содержать (но не ограничивается этим) Н₂, СО₂, СО, азот, аргон, воду и метан. Сырой синтез-газ в линии 116 может содержать меньше чем примерно 5 моль.% сухой массы метана, меньше, чем примерно 3 моль.% сухой массы метана, меньше, чем примерно 1 моль.% сухой массы метана, меньше, чем примерно 0,7 моль.% сухой массы метана, меньше, чем примерно 0,5 моль.% сухой массы метана, меньше, чем 0,4 моль.% сухой массы метана или меньше, чем примерно 0,3 моль.% сухой массы метана.

В одном или более из вариантов осуществления увеличение температуры выходящего потока в линии 107 от первичного риформера 105 может улучшить реакции парового риформинга внутри вторичного риформера 115. Еще большую часть углеводородов, присутствующих в выходящем потоке, например, метан и/или другие углеводороды можно конвертировать в Н₂ и СО, по мере того, как температура выходящего потока увеличивается. Большая конверсия углеводородов, присутствующих в выходящем потоке, в Н₂ и СО может снизить количество углеводородов, требуемых по линии 101, количество пара, требуемое по линии 103, количество топлива, требуемого для нагрева первичного риформера 115 и других потоков процессов. Например, углеводород по линии 101 и пар по линии 103 можно снизить примерно на 7%, примерно на 10% или примерно на 13%, однако то же количество Н₂ и СО можно подать в сырой синтез-газ по линии 116 из-за увеличения в скорости конверсии углеводородов. Дополнительным преимуществом в переносе тепла от сырого синтез-газа в линии 116 к выходящему потоку в линии 107 может быть снижение размеров оборудования, которое также снижает капитальные затраты.

В одном или более из вариантов осуществления топливо, требуемое для нагрева одного или более из первичных риформеров 105, можно снизить примерно на 5% или более, примерно на 7% или более, примерно на 9% или более, или примерно на 11% или более. Другим преимуществом увеличения температуры выходящего потока в линии 107 до ввода в один или более из вторичных риформеров 115 может быть снижение в количестве углеводородов, присутствующих в сыром синтез-газе в линии 116, подаваемом вторичным риформером 115. Дальнейшая конверсия углеводородов в Н₂ и СО во вторичном риформере 115 может уменьшить сбросный газ ниже по потоку и/или оборотный газ (не показано). Например, поток сбросного газа ниже по потоку можно уменьшить примерно на 8%, примерно на 10% или примерно на 13%, таким образом, увеличивая эффективность процесса. В одном или более из вариантов осуществления потребление энергии можно снизить примерно на 0,1 ГКал/Мт аммиака или более, примерно на 0,12 ГКал/Мт аммиака или более, или примерно на 0,14 ГКал/Мт аммиака или более.

Один или более из первичных риформеров 105, один или более из вторичных риформеров 115 или оба могут включать один или более катализаторов. Один или более из катализаторов могут включать (но не ограничиваются этим) благородные металлы, кобальт, никель, оксиды таковых, производные таковых или комбинации таковых. Один или более из материалов-подложек могут включать (но не ограничиваются этим) оксид алюминия, кислотоупорный оксид алюминия, алюминат магния, алюминат кальция, титанат-алюминат кальция, диоксид циркония, модифицированный церием диоксид циркония или любые комбинации таковых. Иллюстративный катализатор, включающий никель, может иметь содержание никеля, варьирующееся от нижнего предела примерно в 5 масс.%, примерно в 10 масс.% или примерно 12 масс.% до высшего предела примерно в 15 масс.%, примерно в 20 масс.% или примерно в 25 масс.%. Один или более из катализаторов, размещающихся внутри одного или более из первичных риформеров 105, может быть тем же самым, что и один или более из катализаторов, размещающихся внутри одного или более из вторичных риформеров 110. Один или более из катализаторов, размещающихся внутри одного или более из первичных риформеров 105, может отличаться от одного или более из катализаторов, размещающихся внутри одного или более из вторичных риформеров 110. Например, никельсодержащий катализатор, располагающийся внутри одного или более из первичных риформеров 105, может содержать от примерно 15 масс.% никеля до примерно 20 масс.% никеля, и никельсодержащий катализатор, располагающийся внутри одного или более из вторичных риформеров 110, может содержать от примерно 10 масс.% никеля до примерно 15 масс.% никеля.

Катализаторы можно изготовить в любой желаемой форме различными способами, например, брикетированием, таблетированием и т.д. Форма катализатора может быть в виде экструдированных, брикетированных или таблетированных цилиндров, многолобальных формовок, сфер, колец, полых цилиндров, монолитных цилиндров, полых цилиндров с бороздками на внутренних и/или внешних поверхностях или в любой другой подходящей геометрической форме.

Один или более из первичных риформеров 105 могут представлять собой любой подходящий тип риформера. Например, один или более из первичных риформеров 105 могут представлять собой множество радиально обогреваемых одностенных трубок, содержащих катализатор. Один или более из первичных риформеров 105 может включать 200 или более трубок, 400 или более трубок, 500 или более трубок, 600 или более трубок, 700 или более трубок, 800 или более трубок, 900 или более трубок или 1000 или более трубок. В одном или более из вариантов осуществления трубки могут иметь внутренний диаметр, варьирующийся от нижнего предела примерно в 40 мм, примерно в 50 мм или примерно в 65 мм до высшего предела примерно в 90 мм, примерно в 100 мм или примерно в 115 мм или более. Например, внутренний диаметр одной или более из трубок может составлять примерно 70 мм, примерно 75 мм или примерно 80 мм. В одном или более из вариантов осуществления диаметр одной или более из каталитических трубок может снизить или минимизировать радиальный градиент температуры трубок.

В одном или более из вариантов осуществления углеводород, введенный через линию 101 в один или более из первичных риформеров 105, может течь через множество трубок, и может быть выделен при помощи коллекторной системы сбора (не показана), которая может находиться в гидравлическом соединении с линией 107. Например, множество трубок можно смонтировать горизонтально, вертикально или под любым углом между этим, и углеводород, введенный по линии 101, может течь от первого конца трубок в гидравлическом соединении с линией 101 до второго конца множества трубок, который может находиться в гидравлическом соединении с линией 107.

В одном или более из вариантов осуществления один или более из вторичных риформеров 115 могут представлять собой любой подходящий тип риформера. Например, один или более из вторичных риформеров 115 могут представлять собой риформер с внутренней изоляцией, который также можно охлаждать снаружи при помощи одной или более охлаждающих систем, например, водяной рубашкой. Один или более из вторичных риформеров 115 могут включать один или более катализаторов в любом расположении, конфигурации и/или ориентации. Один или более из слоев катализатора могут включать неподвижные слои, псевдоожиженные слои, кипящие слои, слои взвешенного осадка, подвижные слои, пенные слои, любой другой подходящий тип слоя катализатора или комбинации таковых. В одном или более из вариантов осуществления один или более из вторичных риформеров 115 могут включать, например, неподвижный одиночный слой никелевого катализатора, установленный в два слоя.

На фигуре 2 изображена иллюстративная система 200 для производства аммиака в соответствии с одним или более из вариантов осуществления. В одном или более из вариантов осуществления система 200 может включать один или более из первичных риформеров 105, вторичных риформеров 115, систему конвертеров 125, системы очистки синтез-газа (показаны две, 135, 140), системы синтеза аммиака 145, и один или более из теплообменников (показаны три, 110, 120, 130). В одном или более из вариантов осуществления первичный риформер 105 и вторичный риформер 115, и теплообменник 110 могут быть такими, как обсуждено и описано выше по отношению к фигуре 1.

В одном или более из вариантов осуществления сырой синтез-газ через линию 117 может быть выделен из вторичного риформера 115, как обсуждено и описано выше по отношению к фигуре 1. Сырой синтез-газ по линии 117 можно ввести в один или более из теплообменников 120 для получения далее охлажденного синтез-газа по линии 122. Тепло можно непрямым образом перенести в один или более из теплообменников 120 от сырого синтез-газа, введенного по линии 117, в среду теплопереноса, введенную по линии 118. Подходящие среды теплопереноса, вводимые по линии 118, могут включать (но не ограничиваются ими) воду, сточную воду, сырье другого процесса изнутри установки, смеси таковых или комбинации таковых. Например, среда теплопереноса в линии 118 может представлять собой котловую питательную воду. В одном или более из вариантов осуществления можно выделить пар по линии 121 и продукт - охлажденный сырой синтез-газ по линии 122.

Пар, полученный от непрямого теплообмена по линии 121, может представлять собой пар низкого давления, пар среднего давления или пар высокого давления. В одном или более из вариантов осуществления пар в линии 121 может иметь температуру примерно в 200°С или более, 300°С или более, 400°С или более, 450°С или более, 475°С или более или в 500°С или более. В одном или более из вариантов осуществления давление пара в линии 121 может варьироваться от нижнего предела примерно в 200 КПа, примерно в 400 КПа или примерно 600 КПа до высшего предела примерно в 4200 КПа, примерно 6200 КПа, примерно 8500 КПа или примерно 12500 КПа или более.

Один или более из теплообменников 120 могут представлять собой или включать любую систему, устройство или комбинацию систем и/или устройств, пригодных для переноса тепла непрямым образом от одной жидкости к другой жидкости. Например, теплообменник 120 может представлять собой или включать один или более из кожухотрубных, пластинчатых, со спиральной навивкой, U-образных трубчатых и/или теплообменников байонетного типа. В одном или более из вариантов осуществления один или более из теплообменников 120 может включать усиленные поверхностью трубки (например, оребрение, статические смесители, нарезку, теплопроводное уплотнение, вызывающая турбулентность проекционная литография или любая комбинация таковых), и подобные.

В одном или более из вариантов осуществления охлажденный сырой синтез-газ можно по линии 122 ввести в одну или более из систем конвертеров 125 для получения конвертированного сдвигом синтез-газа по линии 127. Одна или более из систем конвертеров 125 может подстраивать соотношение углерода и моноксида углерода ("H₂:CO") в синтез-газе путем конверсии моноксида углерода в диоксид углерода. Внутри одного или более конвертеров реакция конверсии водяного газа может привести к реакции, по меньшей мере, части моноксида углерода в охлажденном сыром синтез-газе, введенном по линии 122, с водой в присутствии катализатора и/или высокой температуры с образованием водорода и диоксида углерода. Один или более из конвертерных реакторов могут включать (но не ограничиваются ими) одностадийные адиабатические реакторы с неподвижным слоем, многостадийные адиабатические реакторы с неподвижным слоем с межстадийным охлаждением, реакторы генерации пара или быстрого охлаждения, трубчатые реакторы со стационарным слоем с образованием пара и охлаждением, реакторы с псевдоожиженным слоем, или любые комбинации таковых. Например, можно использовать усиленный сорбцией процесс конверсии водяного газа ("SEWGS") с использованием адсорбционной установки с перепадом давления, имеющей множество реакторов с неподвижным слоем, наполненных катализатором сдвига, и высокотемпературным (около 475°С) адсорбентом диоксида углерода.

В одном или более из вариантов осуществления одна или более из систем конвертеров 125 может включать два или более реакторов, расположенных в ряд и/или параллельно. Одна или более из систем конвертеров 125 может включать один или более из высокотемпературных конвертеров ("HTSC"), один или более из среднетемпературных конвертеров ("MTSC"), один или более из низкотемпературных конвертеров ("LTSC") или любую комбинацию таковых. В одном или более из вариантов осуществления, по меньшей мере, часть синтез-газа можно ввести по линии 122 в один или более из HTSC, MTSC и/или LTSC в любом порядке и/или в комбинации таковых.

Конвертированный сдвигом синтез-газ, подаваемый по линии 127, может содержать меньше моноксида углерода, чем охлажденный сырой синтез-газ, введенный по линии 122. Конвертированный синтез-газ по линии 127 может содержать примерно 5 моль.% или менее сухой массы моноксида углерода, примерно 3 моль.% или менее сухой массы моноксида углерода, примерно 2 моль.% или менее сухой массы моноксида углерода, примерно 1 моль.% или менее сухой массы моноксида углерода или примерно 0,5 моль.% или менее сухой массы моноксида углерода.

Синтез-газ по линии 122 можно распределить равным или неравным образом по любому одному или более из HTSC, MTSC, LTSC. Например, примерно 75 об.% охлажденного сырого синтез-газа по линии 122 можно ввести в HTSC, и примерно 25% можно ввести в MTSC. Конвертированный синтез-газ из HTSC и MTSC можно затем ввести в один или более из теплообменников 130 и/или систему очистки 135.

В одном или более из вариантов осуществления один или более из HTSC, MTSC и/или LTSC могут содержать один или более катализаторов. Один или более из HTSC, MTSC и LTSC могут конвертировать моноксид углерода в охлажденном сыром синтез-газе в линии 122 в диоксид углерода путем реакции моноксида углерода в присутствии одного или более катализаторов в одном или более из HTSC, MTSC и/или LTSC, при температуре, достаточной для окисления моноксида углерода. Катализатор внутри одного или более из HTSC может включать (но не ограничивается этим) оксид железа, феррит цинка, магнетит, оксиды хрома, производные таковых или любую комбинацию таковых. Один или более из HTSC может эксплуатироваться при температуре от примерно 325°С до примерно 550°С. Катализатор, располагающийся внутри одного или более из MTSC, может включать (но не ограничивается этим) оксид железа, оксид хрома, производные таковых или любую комбинацию таковых. Один или более из MTSC может эксплуатироваться при температуре от примерно 250°С до примерно 300°С. Катализатор, располагающийся внутри одного или более из LTSC может включать (но не ограничивается этим) медь, цинк, активированное медью хромовое покрытие, производные таковых или любую комбинацию таковых. Один или более из LTSC может эксплуатироваться при температуре от примерно 180°С до примерно 220°С.

В одном или более из вариантов осуществления синтез-газ по линии 127 можно ввести в один или более из теплообменников 130 для получения охлажденного конвертированного сдвигом синтез-газа по линии 132. Тепло можно непрямым образом перенести от конвертированного сдвигом синтез-газа, введенного по линии 127, к среде теплопереноса, введенной по линии 128. В одном или более из вариантов осуществления одну или более из подходящих сред теплопереноса можно ввести по линии 128 в один или более из теплообменников 130. Среда теплопереноса, введенная по линии 128, может представлять собой (но не ограничивается этим) воду, сточную воду, сырье другого процесса изнутри установки, смеси таковых или комбинации таковых. В одном или более из вариантов осуществления можно подать по линии 133 пар, который может представлять собой пар низкого давления, пар среднего давления или пар высокого давления. Хотя это и не показано, синтез-газ в линии 127 можно напрямую охладить путем ввода одной или более из сред теплопереноса в линии 118 в синтез-газ в линии 127.

Один или более из теплообменников 120 могут представлять собой или включать любую систему, устройство или комбинацию систем и/или устройств, пригодных для переноса тепла непрямым образом от одной жидкости к другой жидкости. Например, теплообменник 120 может представлять собой или включать один или более из кожухотрубных, пластинчатых, со спиральной навивкой, U-образных трубчатых и/или теплообменников байонетного типа. В одном или более из вариантов осуществления один или более из теплообменников 120 может включать усиленные поверхностью трубки (например, оребрение, статические смесители, нарезку, теплопроводное уплотнение, вызывающая турбулентность проекционная литография или любая комбинация таковых), и подобные.

В одном или более из вариантов осуществления охлажденный конвертированный сдвигом синтез-газ по линии 132 можно ввести в систему очистки синтез-газа 135. В одном или более из вариантов осуществления система очистки синтез-газа 135 может включать (но не ограничивается этим) одну или более из систем удаления диоксида углерода, метанаторы, сушилки или любую комбинацию таковых. В одном или более из вариантов осуществления охлажденный конвертированный сдвигом синтез-газ можно ввести по линии 132 в одну или более из систем удаления диоксида углерода для удаления, по меньшей мере, части диоксида углерода.

Одна или более из систем удаления диоксида углерода внутри системы очистки синтез-газа 135 могут селективно отделить диоксид углерода от конвертированного синтез-газа для получения бедного диоксидом углерода синтез-газа и диоксида углерода. Отделенный диоксид углерода можно выделить по линии 138. В одном или более из вариантов осуществления бедный диоксидом углерода синтез-газ можно необязательно ввести в один или более из метанаторов и/или в одну или более из сушилок внутри системы очистки 135.

Бедный диоксидом углерода синтез-газ можно ввести в один или более из метанаторов внутри системы очистки 135 для конверсии, по меньшей мере, части любого количества моноксида углерода и/или диоксида углерода в метан и воду. Например, общее содержание моноксида углерода и диоксида углерода в синтез-газе может составлять меньше, чем примерно 1000 м.д. масс., меньше, чем примерно 750 м.д. масс., или меньше, чем примерно 500 м.д. масс. от общего содержания моноксида углерода и диоксида углерода. В одном или более из вариантов осуществления бедный моноксидом углерода и диоксидом углерода синтез-газ можно ввести в одну или более из сушилок внутри системы очистки 135 для получения воды по линии 139 и осушенного синтез-газа. Одна или более из сушилок могут удалить или отделить, по меньшей мере, часть любого количества воды в бедном моноксидом углерода и диоксидом углерода синтез-газе для получения осушенного синтез-газа.

Система очистки 135 может подать синтез-газ по линии 137, который может иметь концентрацию водорода, варьирующуюся от нижнего предела примерно в 40 моль.%, примерно в 50 моль.% или примерно в 55 моль.% до высшего предела примерно в 75 моль.%, примерно в 80 моль.% или примерно в 85 моль.%. Синтез-газ в линии 137 может иметь концентрацию азота, варьирующуюся от нижнего предела примерно в 10 моль.%, примерно в 20 моль.% или примерно в 25 моль.% до высшего предела примерно в 40 моль.%, примерно в 45 моль.% или примерно в 50 моль.%. Синтез-газ в линии 137 может иметь концентрацию метана меньше чем примерно 4 моль.%, меньше чем примерно 3 моль.%, меньше чем примерно 2 моль.%, меньше чем примерно 1 моль.% или меньше чем примерно 0,9 мольн.%. Синтез-газ в линии 137 может иметь концентрацию кислорода от примерно в 0,1 моль. до примерно 5 моль.%, примерно 0,5 моль.% - примерно 4 моль.% или примерно 0,8 моль.% - примерно 3 моль.%. Синтез-газ в линии 137 может иметь концентрацию аргона, варьирующуюся от примерно 0,05 моль.% до примерно 2 моль.%, примерно 0,1 моль.% - примерно 1,5 моль.% или примерно 0,1 моль.% - примерно 1 моль.%. Мольное соотношение водорода и азота (H₂:N₂) может варьироваться от примерно 1,5:1 до примерно 5:1, от примерно 2:1 до примерно 4:1 или от примерно 2,2:1 до примерно 3,2:1. Мольное соотношение H₂:N₂ может составлять примерно 1,6:1, примерно 1,8:1, примерно 1,9:1, примерно 2,1:1, примерно 2,2:1, примерно 2,3:1 или примерно 2,4:1.

Давление синтез-газа в линии 137 может варьироваться от примерно 1000 КПа до примерно 20800 КПа, примерно 2000 КПа - примерно 13700 КПа или примерно 3000 КПа - примерно 10400 КПа. Температура синтез-газа в линии 137 может варьироваться от примерно -100°С до примерно 100°С, примерно -50°С - примерно 50°С или примерно -25°С - примерно 25°С.

Одна или более из систем удаления диоксида углерода могут включать любую одну или комбинацию физических, механических, электрических и/или химических систем, сконфигурированных в ряд, в параллель или в любую комбинацию таковых. В одном или более из вариантов осуществления одна или более из систем удаления диоксида углерода могут включать одну или более из физических систем разделения, включающих (но не ограничивающихся этим) системы мембранного типа и основанные на растворителях системы. Например, одна или более из систем удаления диоксида углерода могут включать (но не ограничиваются этим) основанные на растворителях системы удаления абсорбционного/десорбционного типа. Система удаления диоксида углерода может вводить синтез-газ, введенный по линии 132, в контакт с одним или более абсорбентами для удаления, по меньшей мере, части диоксида углерода. Селективные к диоксиду углерода адсорбенты могут включать (но не ограничиваются ими) моноэтаноламин ("MEA"), диэтаноламин ("DEA"), триэтаноламин ("TEA"), карбонат калия, метилдиэтаноламин ("MDEA"), активированный метилдиэтаноламин