Обработка обогащенной диоксидом углерода фракции с установки получения водорода и моноксида углерода

Обработка обогащенной диоксидом углерода фракции с установки получения водорода и моноксида углерода

Реферат

Изобретение относится к способу обработки обогащенной диоксидом углерода газовой смеси, содержащей окисляющиеся вещества, которая образуется при получении синтез-газа, при котором сырье, содержащее углеводород, проводится через трубы, находящиеся в огневом пространстве отапливаемого горелками реактора парового риформинга, и при этом превращается в неочищенный синтез-газ, содержащий водород, моноксид углерода, диоксид углерода, а также углеводороды.

Водород и диоксид углерода часто получают в промышленности в установках (называемых далее установками H₂/CO), центральную часть которых образует реактор парового риформинга, в котором углеводороды превращаются в неочищенный синтез-газ, содержащий, помимо водорода и моноксида углерода, также большие количества воды и диоксида углерода, а также непрореагировавшие или лишь частично прореагировавшие углеводороды. На следующих технологических этапах, в которых, наряду с прочим, отделяется диоксид углерода, из неочищенного синтез-газа получают синтез-газ, который содержит только водород и моноксид углерода.

Реактор парового риформинга представляет собой трубчатую печь с наружной оболочкой, которая для теплоизоляции снабжена жаропрочной внутренней футеровкой, окружающей огневое пространство. В огневом пространстве находятся трубы риформинга, внутренние поверхности которых являются каталитически активными или которые в области огневого пространства полностью или по меньшей мере частично наполнены засыпкой подходящего каталитического материала или каталитически активной структурированной набивкой. Углеводороды проводятся вместе с технологическим паром через трубы риформинга и при этом в эндотермической реакции риформинга превращаются в неочищенный синтез-газ. Энергия, необходимая для реакции риформинга, обычно предоставляется горелками, которые выпускают свои горячие дымовые газы в огневое пространство. Часть тепла, содержащегося в дымовых газах, передается излучением и конвекцией на трубы риформинга, так что эти газы, хотя и несколько охлажденными, но все еще горячими попадают из огневого пространства в примыкающую к нему систему утилизации уходящего тепла. Через находящийся там теплообменник происходит дальнейший отбор тепла у дымовых газов, которое используется, например, для подогрева углеводородов или для образования технологического пара.

Если для удаления диоксида углерода из неочищенного синтез-газа применяется, например, промывка aMDEA, то получаемая фракция диоксида углерода содержит метан и другие окисляющиеся вещества, такие как водород и моноксид углерода. Во многих установках H₂/CO фракцию диоксида углерода возвращают и вместе с углеводородами вводят в риформер. Однако если в установке H₂/CO должно создаваться высокое отношение продуктов H₂/CO, то часто возможен возврат в цикл лишь части фракции диоксида углерода. В некоторых регионах мира часть фракции диоксида углерода, которая не может быть использована, до сих пор просто выбрасывается в атмосферу, однако ввиду все более строгих экологических норм в будущем это будет допустимо во все меньшем числе мест.

Поэтому задачей настоящего изобретения является разработать способ описанного во введении типа, который устраняет недостатки уровня техники.

Эта задача решена тем, что по меньшей мере часть обогащенной диоксидом углерода газовой фракции, содержащей окисляющиеся вещества, подвергается термообработке в кислородсодержащей атмосфере, причем окисляющиеся вещества сгорают.

Обычно огневое пространство реактора парового риформинга отапливается с избытком воздуха, чтобы как в огневом пространстве, так и в системе утилизации уходящего тепла имелась атмосфера со свободным кислородом, температура которого достаточно высока, чтобы обеспечить полное сгорание окисляющихся веществ, присутствующих в обогащенной диоксидом углерода газовой фракции. Один предпочтительный вариант осуществления способа согласно изобретению предусматривает поэтому, чтобы предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода и содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции полностью или частично вводилась в огневое пространство и/или систему утилизации уходящего тепла реактора парового риформинга.

Предназначенную для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода и содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции можно вводить в огневое пространство разными способами. Так, можно, например, провести ее через одну или несколько горелок, которыми может обогреваться огневое пространство реактора парового риформинга. Для этого можно смешивать часть газовой фракции с предназначенным для горелки горючим газом и/или с предписанным для горелки окислителем, чтобы смесь через каналы, предусмотренные для горючего газа, соответственно окислителя, в головке горелки могла войти в огневое пространство.

Дополнительно или альтернативно можно вводить предусмотренную для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции в огневое пространство реактора парового риформинга через отдельный подводящий канал, проходящий через горелку.

Кроме того, предлагается предназначенную для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции вводить прямо в огневое пространство реактора парового риформинга через отдельный подводящий канал, независимо от горелки или горелок.

Один целесообразный вариант способа согласно изобретению предусматривает подачу предназначенной для термообработки части обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции на факел, и/или на установку каталитического или регенерационного дожигания, и/или на работающую параллельно реактору парового риформинга печь, чтобы сжечь окисляющиеся вещества.

Другой целесообразный вариант способа согласно изобретению предусматривает осуществление удаления диоксида углерода таким образом, чтобы образовывались по меньшей мере две фракции диоксида углерода, причем первая, меньшая фракция диоксида углерода содержит большую часть окисляющихся веществ, а вторая, большая фракция диоксида углерода по существу не содержит вредных для окружающей среды компонентов и поэтому может быть выпущена в атмосферу. Первую фракцию диоксида углерода можно либо вернуть в реактор парового риформинга, либо подвергнуть термообработке, какая описана выше. Если для удаления диоксида углерода применяется абсорбционная очистка газов, две фракции диоксида углерода можно получить, например, путем промежуточного снятия давления.

В усовершенствование способа согласно изобретению предлагается по меньшей мере часть фракции диоксида углерода примешивать к синтез-газу на входе в установку абсорбции при переменном давлении (PSA), в которой из обогащенной водородом, выделенной из синтез-газа газовой фракции получают продуктовый водород. В результате окисляющиеся вещества из фракции диоксида углерода поступают в продувочный газ установки PSA, который и так уже разогрет в риформере. Преимуществом этого технологического процесса является повышенный выход водорода в установке PSA. Правда, требуется делать PSA соответственно большего размера.

Далее изобретение будет подробнее пояснено на одном примере осуществления, схематически представленном на фиг. 1.

Фиг. 1 показывает установку H₂/CO с реактором парового риформинга, в котором продуктовый моноксид углерода получают в криогенной установке разделения газов, а продуктовый водород получат с помощью абсорбера, работающего по принципу PSA.

По линии 1 первая часть обогащенного углеводородами массового потока 2, например имеется в виду природный газ, вводится в трубы R реактора парового риформинга D, где она с помощью катализатора реагирует с паром с получением неочищенного синтез-газа 4, содержащего водород, моноксид углерода, диоксид углерода, а также углеводороды. Вторая часть 5 обогащенного углеводородами массового потока 2 используется как горючее для обогрева труб R риформера и для этого вводится через горелку B в огневое пространство F реактора D парового риформинга. Из неочищенного синтез-газа 4 в конденсаторе C конденсируется вода, после чего он по линии 5 поступает на удаление W диоксида углерода, которое представляет собой, например, промывку посредством aMDEA. Здесь отделяют диоксид углерода, причем образуется газовая смесь 6, состоящая преимущественно из моноксида углерода и водорода, а также обогащенный диоксидом углерода газовый поток, содержащий окисляющиеся вещества, такие как водород, моноксид углерода и углеводород, который из-за его состава нельзя выпускать в атмосферу. Поэтому часть 7 обогащенного диоксидом углерода, содержащего окисляющиеся вещества газового потока, объем которого ограничен минимально возможным соотношением H₂/CO в неочищенном синтез-газе, уменьшающимся с количеством возвращаемого диоксида углерода, возвращают через компрессор P и линию 8 перед реактором D парового риформинга и смешивают с массовым потоком 1. Газовая смесь 6, состоящая в основном из моноксида углерода и водорода, для удаления оставшегося диоксида углерода и воды проводится дальше на станцию адсорберов A, из которой по линии 9 отбирается состоящий из моноксида углерода и водорода синтез-газ, и для разделения на продуктовый моноксид углерода 10 и содержащую моноксид углерода фракцию водорода 11 вводится в криогенную установку разделения газов CB. Фракция водорода 11 используется как регенерирующий газ на станции адсорберов A и затем как газовый поток 12 проводится в PSA-абсорбер. В результате удаления примесей в абсорбере короткоцикловой адсорбции PSA из газового потока 12 образуется высокочистый продуктовый водород 13, причем одновременно скапливается поток продувочного газа 14. Не возвращаемый в цикл перед реактором D парового риформинга остаток 15 обогащенного диоксидом углерода, содержащего окисляющиеся вещества газового потока с удаления W диоксида углерода соединяется с потоком продувочного газа 14 с образованием обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции 16 и затем вместе горючим газом 5 вводится в огневое пространство F реактора D парового риформинга. Из-за содержащегося в атмосфере огневого пространства кислорода и установившихся в огневом пространстве F высоких температур окисляющиеся вещества сжигаются до веществ, выделение которых в атмосферу не вызывает проблем.

1. Способ обработки обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции, которая образуется при получении синтез-газа, при котором сырье, содержащее углеводород, проводится через трубы, находящиеся в огневом пространстве отапливаемого горелками реактора парового риформинга, и при этом превращается в неочищенный синтез-газ, содержащий водород, моноксид углерода, диоксид углерода, а также углеводороды, из которого отделяют обогащенную диоксидом углерода, содержащую окисляющиеся вещества газовую смесь, отличающийся тем, что по меньшей мере часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции подвергают термообработке в кислородсодержащей атмосфере, причем окисляющиеся вещества сжигают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции вводится в огневое пространство и/или систему утилизации уходящего тепла реактора парового риформинга.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции смешивается с горючим газом для горелки, находящейся в огневом пространстве реактора парового риформинга.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции смешивается с окислителем для горелки, находящейся в огневом пространстве реактора парового риформинга.

5. Способ по одному из пп. 2-4, отличающийся тем, что обогащенная диоксидом углерода, содержащая окисляющиеся вещества газовая фракция вводится в огневое пространство реактора парового риформинга через отдельный подводящий канал в горелке, расположенной в огневом пространстве реактора парового риформинга.

6. Способ по одному из пп. 2-4, отличающийся тем, что предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции вводится в огневое пространство реактора парового риформинга напрямую через отдельный подводящий канал.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции вводится в огневое пространство реактора парового риформинга напрямую через отдельный подводящий канал.

8. Способ по одному из пп. 1-4 или 7, отличающийся тем, что предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции проводится на факел, и/или на устройство каталитического или регенерационного дожигания, и/или в работающую параллельно реактору парового риформинга печь.

9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции проводится на факел, и/или на устройство каталитического или регенерационного дожигания, и/или в работающую параллельно реактору парового риформинга печь.

10. Способ по п. 6, отличающийся тем, что предназначенная для термообработки часть обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества газовой фракции проводится на факел, и/или на устройство каталитического или регенерационного дожигания, и/или в работающую параллельно реактору парового риформинга печь.