Spôsob uskutočnenia Fischer-Tropschovej syntézy

Číslo patentu: E 11914

Dátum: 07.05.2009

Autor: Menzel Johannes

Je ešte 2 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Vynález sa týka spôsobu uskutočňovania Fischer-Tropschovej syntézy a príslušného zariadenia.0002 Tvorba uhľovodíkov pomocou Fischer-Tropschovej syntézy (FTS), je známa mnoho desaťročí a je podrobne opísaná napríklad v ULLMANSOVEJ encyklopédii priemyselnej chémie, 4. VYDANIE 14, strana 329 a ďalšie, nakladateľstvo Chemie, Weinheim (1977). V tomto procese sa surový plyn, ktorým je obvykle syntézny plyn zo splyňovania uhlia, ktorý po čiastočnej oxidácii koksovateľného uhlia zostáva predovšetkým z oxidu uholnatého (CO) a vodíka (H 2), prevedie heterogěnnou katalýzou na kvapalné uhľovodíky. Okrem zostávajúceho zvyškového plynu FTS sú kvapalné produkty najmä vo forme alifatických uhľovodíkov a olefinov. Vzhľadom k tomu, že V posledných rokoch sa ceny surovej ropy a rafmérských produktov neprestajne zvyšujú, nabýva uvedený proces FTS (FischerTropschovej syntézy) opät na význame. 0003 V súčasnosti prevádzkované systémy, ktoré využívajú Fischer-Tropschovu syntéznu jednotku (jednotka FTS), sa pri použití prevážne katalyzátorov s obsahom železa sa v reaktore jednotky FTS na dosiahnutie optimálneho výnosu udržuje zloženie plynu s molámym pomerom H 2 CO asi 2 l. Na lepšie využitie zložiek CO a H 2, obsiahnutých v privádzanom plyne, sa časť produkčného plynu FTS stlačí a vedie späť do prúdu privádzaného plynu. Pomer recírkulácie je pritom zvolený tak, aby se recirkulovalo až dvojnásobne množstvo privádzaného plynu. Pomer recírkulácie je obmedzený tým, že sa V dôsledku opakovanej recírkulácie postupne zvyšuje podiel inertných plynov, ako je dusík, argón a oxid uhličitý(C 02), pričom ďalšia recirkulácia nie je ekonomicky výhodná. Najmä sa v procesnom plyne neúmeme zvyšuje obsah C 02, pretože sa počas F ischer-Tropschovej syntézy časť použitého CO premení na C 02. To obmedzuje výťažok použitého surového plynu na recirkulačný pomer nižší než 2,5, pričom sa z procesu vypúšťa zvyškový plyn, ktorý ešte obsahuje CO a H 2. 0004 Molárny pomer H 2 CO syntézného plynu, získaného splyňovaním uhlia, činí asi l 3 a nie je teda principiálne vhodný na priame privádzanie do reaktora Fischer-Tropschovej syntézy. V súčasných konceptoch zariadenia sa preto časť surového plynu pred prívodom do jednotky FTS spracuje, pričom predbežné spracovanie procesného plynu spočíva v podstate v stupni odsírenia a stupni konverzie CO. Pritom existuje rozdiel medzi konverziou plynu s obsahom siry (Sour-Shift) a konverziou odsíreného plynu (Sweet-Shift). V oboch prípadoch sa molámy pomer H 2 CO v procesnom plyne upraví tak, aby časť obsiahnutého CO reagovala s vodnou parou na H 2 a C 02.0005 Vzhľadom k tomu, že pri tomto postupe vzniká okrem iného v dôsledku požadovaného výkonu kompresie relatívne vysoká spotreba energie, privádza sa na zlepšenie energetickej bilancie obvykle čiastočný prúd zvyškového plynu FTS do stupňa rekuperácie energie. Tu sa pomocou jednej alebo väčšieho počtu plynových turbín v kombinácii s jedným alebo väčším počtom generátorov vytvorí elektrický prúd, ktorý opäť slúži prevádzkovému zariadeniu. 0006 Na základe uvedených skutočností je úlohou predkladaného vynálezu navrhnúť postup, pri ktorom je možné zvýšiť výťažnosť použitého plynu zo splyňovania uhlia, bez toho, že by bol v porovnaní so stávajúcim stavom techniky podstatne zvýšený náklad na aparatúru. Predmetom vynálezu a riešením tejto úlohy je spôsob podľa patentového nároku l. Pri spôsobe podľa vynálezu sa surový plyn s obsahom CO a H 2 zo splyňovania uhlia odsíri a následne privádza priamo vo forme vsázkového plynu do jednotky Fischer-Tropschovyjednotky, v ktorej sa katalytickou reakciou vytvárajú z oxidov uhlíka a vodíka uhľovodíky. Uhľovodíky sa oddelia vo forme kvapalných produktov. Prúd plynu s obsahom CO a C 02,opúšťajúci jednotku FTS syntézy, sa stlačí a privedie do stupňa konverzie, v ktorom sa CO a vodná para premení na H 2 a C 02. Plyn, opúšťajúci stupeň konverzie, sa po spracovaní, pri ktorom sa odstráni C 02 a/alebo ďalšie súčasti okrem H 2, privádza vo forme plynu s vysokým obsahom H 2 spoločne s odsíreným vsádzkovým plynom späť do jednotky FischerTropschovej syntézy. Pritom sa ako výhodná prejavila skutočnosť, že sa priamym privádzaním odsíreného surového plynu znížil náklad na odsirovanie, pretože sa odsiruje iba nekonvertovaný plyn. Okrem toho leží obsah CO procesného plynu pri vstupe do konverznej jednotky v dôsledku postupu pod 20. Preto je dostačujúce vybaviť stupeň konverzie iba jedným reaktorom. Pri bežných postupoch činí podiel CO pri vstupe do stupňa konverzie viac než 50, preto je pre konverziu požadovaný druhý reaktor a výmenník tepla.0007 Pokiaľ nie je podiel vodíka vrecirkulovanom plyne dostačujúci pre požadované nastavenie zloženia vsádzkového plynu pre Fischer-Tropschovu syntézu, oddelí sa podľa patentového nároku l čiastočný prúd odsíreného vsádzkového plynu a privedie sa pred stlačením do okruhu privádzaného prúdu plynu. Takým spôsobom je možné v prúde plynu,privádzanom do reaktora FTS, zvýšiť podiel H 2.0008 V tomto prúde plynu sa nastaví molámy pomer H 2 CO na hodnotu najmenej 1,5 l. Z hľadiska výťažku produktu FTS je výhodný pomer 2 l.0009 Pre úpravu plynu sa ponúkajú rôzne postupy odstráňovania C 02 z recirkulovanćho plynu. Úprava plynu z prúdu plynu, opúšťajúceho stupeň konverzie, môže zostávať z umývačky. Tento spôsob podľa vynálezu umožňuje vyšší výťažok surového plynu, pretože sa z recirkulovaného plynu FTS takmer celkom odstráni C 02, vytváraný V jednotke FTS, čím sa zmenší cyklus prúdu plynu. V porovnaní s doterajšími výrobnými konceptarni umožňuje tento postup vyššie obohatenie podielu ínertných plynov v procesnom plynu, čo vedie k tomu,že sú koncentrácie CO a H 2 v odvádzanom zvyškom plyne z Fischer-Tropschovej syntézy podstatne nižšie než u stávajúcich konceptov.0010 Vďalšom variante spôsobu sa počíta stým, že sa zprúdu plynu, ktorý opúšťa syntéznu jednotku, odvedie čiastočný prúd, čim sa zabráni príliš vysokému obohateníu ľahkými uhľovodíkmi a zložkami inertného plynu. Odvádzaný čiastočný prúd sa privádza k rekuperácii energie do plynovej turbíny.0011 Usporiadaním prevádzkových stupňov podľa vynálezu sa bud zvýši výťažok produktu FTS v reaktore pri rovnakom množstve prúdu vsádzkového plynu, alebo je možné pri rovnakom výťažku produktu FTS zmenšiť rozmer reaktora FTS, čo v konečnom dôsledku vedie na zníženie nákladov. Menšie rozmery reaktora vedú tiež k menšiemu prúdu recyklovaného plynu a umožňujú použitie menšieho kompresora.0012 Altematívne usporiadanie postupu podľa vynálezu spočíva vtom, že k úprave prúdu plynu, opúšťajúceho stupeň konverzie, použije adsorpcie pri zmene tlaku, pričom na tlakovej strane vzniká v podstate čistý vodík a obohatenie nežíadúcimi zložkami je tak zanedbateľné a nie je teda potrebný žiadny ďalší odvádzaný prúd. Takto získaný takmer čistý vodík sa zmieša so vsádzkovým plynom a vedie späť do syntéznej jednotky. Pritom ďalej vzniká pri malej úrovni tlaku zmes plynov, ktorá sa používa v kotli na odpadové teplo k produkcii pary. Takto vyrobená para sa vedie krekuperácii energie do parnej turbíny. Takým spôsobom odpadá okrem drahej plynovej práčky tiež nasadenie jednej alebo väčšieho počtu nákladných plynových turbín, ktoré sa používajú v bežných prevádzkových konceptoch. Výroba elektrického prúdu v plynovej turbíne, ktoré je predradený kotol na odpadové teplo a vyvíjač pary, má ďalšiu výhodu, že pri výpadku splyňovanía uhlia je možné zaistiť dodávku elektrického prúdu prostredníctvom stupňa rekuperácie energie pri použití altematívneho paliva s vyššou dostupnosťou. Okrem toho odpadá pri tomto variante postupu bez priameho vytvárania zvyškového plynu FTS zariadenia pre adsorpciu pri zmene tlaku pre výrobu H 2 prehydrogenáciu ťažkých Físcher-Tropschových produktov, ktoré je vyžadované pri bežných prevádzkových konceptoch. Ďalej je možne počítať stým, že sa prúd plynu, opúšťajúci adsorpciu pri zmene tlaku, stlačí a následne privedie do plynovej turbíny.0013 Predmetom vynálezu je ďalej zariadenie na uskutočňovanie Fischer-Tropschovej syntézy. K jeho základnej konštrukcii prináleží jednotka Fischer-Tropschovej syntézy, ktorá zahmuje reaktor F ischer-Tropschovej syntézy, oddeľovania kvapalného produktu a jednotka Heavy-End-Recovery (regenerácia ťažkej frakcie). Ku konštrukcii zariadenia podľa vynálezu prináleží okrem toho predradené zariadenie na odsirovanie surového plynu, vyrábaného odplyňovaním uhlia a obsahujúceho CO a H 2, a recirkulačné zariadenie na privádzaníe prúdu plynu, opoušťajúceho jednotku Fischer-Tropschovej syntézy, späť do jednotky FíscherTropschovej syntézy, vo forme odsíreného vsádzkového plynu. Recirkulačné vedenie na spätné vedenie prúdu plynu vykazuje kompresor, vodnou parou poháňaný konvertor na premenu C 0 na H 2 a C 02 a zariadenie na odstraňovanie C 02 z prúdu plynu, privádzaného do obehu.0014 Vzariadení podľa vynálezu je zariadenie na recírkuláciu prúdu plynu spojené pomocou odbočného potrubia s prívodným potrubím odsíreného vsádzkového plynu, pričom je odbočné vedenie pripojené k recírkulačnému zariadeniu v smere prúdu pred kompresorom. Toto zariadenie umožňuje napríklad pri spúšťani prevádzkového zariadenia privádzať malý čiastočný prúd odsíreného surového plynu priamo do stupňa konverzie, dokiaľ nie je k dispozícii dostatočné množstvo plynného produktu FTS.0015 Podľa ďalšej formy uskutočnenia zariadenia podľa vynálezu sa počíta stým, že zariadenie na odstraňovanie C 02 zahmuje plynovú práčku, pričom je možné plynovú práčku prevádzkovať voliteľné pomocou fyzíkálneho rozpúšťadla. Podľa jednej výhodnej formy uskutočnenia zariadenia podľa vynálezu vykazuje zariadenie na odstraňovanie C 02 adsorbér kadsorpcii pri zmene tlaku, pracujúci pri premenlivom tlaku. Takým spôsobom je možné zaistiť, aby bola adsorpcii pri zmene tlaku predradená plynová práčka, čim je umožnené oddeľovanie C 02 na sekvestráciu C 02.0016 Následne bude vynález bližšie objasnený na základe iba jedného príkladu uskutočnenia a priložených výkresov. Výkresy schématicky predstavujúObr. 1 Schéma technologického postupu s práčkou C 02,Obr. 2 Schéma technologického postupu s adsorbérom pre adsorpciu pri zmene tlaku.0017 K spôsobu podľa vynálezu, ktorý je schématicky zobrazený na výkresoch, zásadne patrí, že sa surový plyn, obsahujúci CO a H 2, pri splyňovaní uhlia l najprv odsíri v odsirovacom zariadení 2 a následne privádza vo forme vsádzkového plynu s pomerom H 2 C 0 minimálne 1,5 l do jednotky Fischer-Tropschovej syntézy 3, v ktorej sa katalytickými reakciami vytvárajú uhľovodiky, ktore sa oddelía vo forme kvapalných produktov 4. Prúd plynu sobsahom C 0 a C 02, opúšťajúci jednotku Fischer-Tropschovej syntézy, sa stlačí vkompresore 5 a následne privedie do konvertor-a 6, v ktorom sa C 0 svodnou parou postupom Sweet-Shiñ prevedie na H 2 a C 02. Z konvertora sa prúd plynu vedie k úprave plynu, kde sa oddeli C 02. Z úpravy plynu sa procesný plyn, obohatený H 2, privádza spoločne s odsireným vsádzkovým plynom späť do jednotky F ischer-Tropschovej syntézy 3. Okrem toho sa v spôsobe podľa vynálezu, znázomenom na obrázku, pomocou odbočného potrubia 8,opatreného ventilom 7, oddeli čiastočný prúd odsíreného vsádzkového plynu a privedie pred kompresorom 5 do cykla vedeného prúdu plynu.0018 V schématickom zobrazení podľa obr. l je úprava prúdu plynu, opoušťajúceho stupeň konverzie, tvorená plynovou práčkou 9. C 02 sa z procesu odvádza vo forme odpadového plynu 10. Z prúdu plynov, ktorý opúšťa jednotku Fischer-Tropschovej syntézy 3, sa odvediečiastočný prúd a privedie k rekuperácii energie do plynovej turbíny ll, ktorá je pripojená na generátorovom module 12. Táto plynová turbína môže byť podľa jedného variantu zariadenia predradená jednotke regenerácie ťažkého podielu (Heavy-End). Plyn, ktorý zostane v zariadeni na rekuperáciu energie, sa môže odviesť ako odpadový procesný plyn 13.0019 Zo spôsobu podľa obr. 2 je možné odvodiť, že úprava plynu v prúde plynu,opúšťajúceho stupeň konverzie 6, spočíva v adsorpcii pri zmene tlaku, pričom na tlakovej strane adsorbéra 14 vzniká v podstate čistý vodík, ktorý sa zmieša so vsádzkovým plynom a privádza späť do jednotky Fischer-Tropschovej syntézy 3. Pritom ďalej vzniká pri zníženej hodnote tlaku zmes plynov, ktorá sa použije v kotli na odpadové teplo k výrobe pary, ktorou je poháňaná parná turbína na výrobu prúdu, ktorá je pripojená kmodulu generátora 12. Odpadový procesný plyn 13 sa odvádza zo stupňa rekuperácie energie.

MPK / Značky

MPK: C01B 3/12, C10J 3/00, C10G 2/00

Značky: spôsob, fischer-tropschovej, uskutočnenia, syntézy

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/10-e11914-sposob-uskutocnenia-fischer-tropschovej-syntezy.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob uskutočnenia Fischer-Tropschovej syntézy</a>

Podobne patenty