Патент на изобретение №2205172

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА

(57) Реферат:

Изобретение относится к способу получения метанола, применяемого для газодобычи. Способ включает раздельную подачу в смеситель первой реакционной зоны реактора очищенного от капель и твердых дисперсных загрязнений природного газа под давлением 10-100 атм, предварительно нагретого до температуры 300-500^oС, и кислородсодержащего газа, в том числе воздуха, под давлением 10-100 атм и при температуре 40-50^oС, турбулентное перемешивание газов в смесителе первой реакционной зоны и окисление в ней за время 0,2-10 с при температуре 370-470^oС и концентрации кислорода не более 1,5 об.%, с последующим турбулентным перемешиванием газов в смесителе второй реакционной зоны реактора и окислением в ней кислородсодержащим газом, подаваемым в смеситель второй реакционной зоны, за время 0,2-10 с при температуре 370-470^oС, при этом проводят однородный нагрев газов до величины температуры реакции одновременно с турбулентным перемешиванием последовательно в смесителях обеих реакционных зон, с последующим охлаждением реакционной массы, выходящей после второй реакционной зоны реактора, в рекуперативном теплообменнике природным газом с отводом отходящих газов. При этом окисление в первой и во второй реакционных зонах проводят при давлении 10-100 атм, пропуская газовый поток через инертный пористый наполнитель, размещенный в реакционных зонах, при концентрации кислорода во второй реакционной зоне 2-12 об.%, а время прохождения газа через инертный пористый наполнитель превышает время диффузии продуктов реакции к его развитой внутренней поверхности, причем газовые потоки в реакционных зонах создают противоточными относительно направления их течения, обеспечивая при этом непрерывный теплообмен через стенки их боковой поверхности. Способ позволяет повысить селективность процесса и конверсию метана за один проход реактора, обеспечить непрерывность безгидратного режима газодобычи за счет непрерывной наработки на УКПГ метанола с накоплением и последующей его непрерывной подачей на УКПГ и/или в шлейф газового месторождения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способам получения метанола, применяемого для газодобычи прямым газофазным окислением метана, и может быть использовано для подготовки углеводородного газа к транспорту в нефтегазодобывающей промышленности.

Известен ряд способов получения метанола путем паровой конверсии метана в реагент-газы с образованием смеси СО и Н₂ при высокой температуре и повышенном давлении с последующим их каталитическим превращением в метанол (М. М. Караваев и др., Технология синтетического метанола, М.: Химия, 1984, с. 72-125 [1]).

Эта технология имеет ряд недостатков, а именно высокие требования к чистоте газа, большие энергозатраты на получение моноокиси углерода и водорода, а также нерентабельность малых и средних производств с мощностью менее 300000 т/год.

Известны способы получения метанола на рабочей площадке установки комплексной подготовки газа к транспорту или на месторождении природного газа для устранения гидратообразования в скважинах и шлейфах (Т.М. Бекиров и А.Т. Шаталов, Сбор и подготовка к транспорту природных газов, М.: Недра, 1986, с. 259, [2]).

Известен также способ прямого, минуя стадию получения реагентов-газов, газофазного окисления углеводородного газа (метана) в метанол при давлении до 100 атм и температуре от 300 до 500^oС (В.С. Арутюнов, В.Я. Басевич, В.И. Веденеев, Прямое газофазное окисление природного газа при высоких давлениях в метанол и другие оксигенаты, Ж. Успехи химии, 1996, т.65, 3, с.211-241 [3] ).

Известен способ получения метанола, включающий раздельную подачу в смеситель природного газа (метана) и кислородсодержащего газа, в том числе воздуха, последующую подачу турбулентно перемешенной смеси в реактор с инертной, внутренней поверхностью, газофазное окисление природного газа в реакторе в течение 10-1000 с под давлением 10-100 атм при температуре 300-500^oС в отсутствии катализатора при концентрации кислорода 2-20 об.%, отделение метанола от продуктов реакции охлаждением с конденсацией, рециркуляцию отходящих реакционных газов с непрореагировавшим метаном в первый реактор или их подачу во второй последующий реактор (Патент США 4618732, кл. С 07 С 29/48, 1986 [4]).

Недостатком данного способа является большое время реакции и малая производительность по метанолу, что практически не позволяет его использование для коммерческого производства целевого продукта прямым окислением природного газа в метанол для газодобычи при высоких давлениях и температурах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения метанола, включающий подачу в смеситель первой реакционной зоны реактора очищенного от капель и твердых дисперсных загрязнений природного газа под давлением 10-100 атм, предварительно нагретого до температуры 300-500^oС, и раздельную подачу в смеситель первой реакционной зоны реактора кислородсодержащего газа, в том числе воздуха, под давлением 10-100 атм и при 40-50^oС, турбулентное перемешивание газов в смесителе первой реакционной зоны и первичное окисление в ней за время 0,2-10 с при 370-470^oС, давлении 10-100 атм и концентрации кислорода не более 1,5 об.%, последующее турбулентное перемешивание газов в смесителе второй реакционной зоны реактора и окисление в ней без предварительного охлаждения газового потока за время 0,2-10 с при 370-470^oС, 10-100 атм и при повышенной концентрации кислорода, дополнительно подаваемого в смеситель второй реакционной зоны, использование целевого продукта для газодобычи и подачу отходящих газов в исходный природный газ. (Патент РФ 2057745, кл. С 07 С 29/50, 31/04, 1996, [5]) (прототип).

Недостатком вышеописанного способа является низкая селективность процесса по выходу метанола, а также малая степень конверсии метана за один проход реактора с двумя реакционными зонами, что ограничивает его производительность по метанолу и соответственно затрудняет коммерческое использование для получения метанола на рабочей площадке установки комплексной подготовки газа к транспорту или на месторождении природного газа для устранения гидратообразования в скважинах и шлейфах.

Техническим результатом предложенного способа производства метанола для газодобычи является повышение селективности процесса прямого газофазного окисления метана и конверсии метана за один проход реактора с двумя реакционными зонами для установки комплексной подготовки газа (УКПГ) или для подачи произведенного метанола в шлейф (скважину) газового месторождения, а также обеспечение непрерывности безгидратного режима газодобычи за счет непрерывной наработки на УКПГ метанола с накоплением и последующей его непрерывной подачей на УКПГ и/или в шлейф.

Для достижения указанного технического результата в способе получения метанола, включающем раздельную подачу в смеситель первой реакционной зоны реактора очищенного от капель и твердых дисперсных загрязнений природного газа, под давлением 10-100 атм, предварительно нагретого до температуры 300-500^oС, и кислородсодержащего газа, в том числе воздуха, под давлением 10-100 атм и при температуре 40-50^oС, турбулентное перемешивание газов в смесителе первой реакционной зоны и окисление в ней за время 0,2-10 с при температуре 370-470^oС и концентрации кислорода не более 1,5 об.%, с последующим турбулентным перемешиванием газов в смесителе второй реакционной зоны реактора и окислением в ней кислородсодержащим газом, подаваемым в смеситель второй реакционной зоны, за время 0,2-10 с при температуре 370-470^oС, при этом проводят однородный нагрев газов до величины температуры реакции одновременно с турбулентным перемешиванием последовательно в смесителях обеих реакционных зон, с последующим охлаждением реакционной массы, выходящей после второй реакционной зоны реактора, в рекуперативном теплообменнике природным газом,
отличающемся тем, что окисление в первой и во второй реакционных зонах проводят при давлении 10-100 атм, пропуская газовый поток через инертный пористый наполнитель, размещенный в реакционных зонах, при концентрации кислорода во второй реакционной зоне 2-12 об.%, при этом время прохождения газа через инертный пористый наполнитель превышает время диффузии продуктов реакции к его развитой внутренней поверхности, при этом газовые потоки в реакционных зонах создают противоточными относительно направления их течения, обеспечивая при этом непрерывный теплообмен через стенки их боковой поверхности.

Кроме того, турбулентное перемешивание и одновременный нагрев газов до температуры реакции, проходящих через пористый наполнитель, осуществляют при числе Рейнольдса, равном Re=VD/2=100-10000, предпочтительно при 1000-5000, причем характерный размер пор наполнителя составляет D=(0,01-10)L, предпочтительно (0,1-1)L, где , и – соответственно плотность, динамическая вязкость и степень турбулентности газового потока, V=Q/S – его линейная скорость, Q – объемный расход газового потока в реакционной зоне, L и S – соответственно толщина слоя и фронтальная по ходу потока геометрическая площадь пористого наполнителя.

Для устранения потерь метанола осуществляют закалку целевого продукта на выходе из второй реакционной зоны понижением температуры реакционной смеси не менее чем на 150-200^oС в рекуперативном теплообменнике, охлаждаемом потоком природного газа из установки комплексной подготовки газа (УКПГ) или шлейфа.

Наконец, разделяют после реактора газовый поток на два, один из которых подают с целевым продуктом в установку комплексной подготовки газа и/или в шлейф, а из другого потока отбирают целевой продукт охлаждением и конденсацией с последующей его ректификацией и подачей для накопления в установку комплексной подготовки газа.

В первой реакционной зоне при пропускании смеси природного газа и кислорода с концентрацией не более 1,5 об.% через пористый наполнитель происходит высокоскоростное, турбулентное, однородное (предельное) перемешивание с одновременным однородным нагревом смеси до температуры реакции. Процесс перемешивания и выравнивания профиля температуры осуществляют при числе Рейнольдса Re= VD/2=100-10000, предпочтительно при 1000-5000, причем характерный размер пор наполнителя составляет D=(0,01-10)L, а время прохождения газа через пористый наполнитель должно превышать время диффузии продуктов реакции и молекул метана к его развитой внутренней поверхности. За счет осуществления предложенных режимов высокоскоростного предельного перемешивания и одновременного создания однородного профиля температуры как по длине, так и по сечению первой зоны реакции, при малой концентрации кислорода происходит запуск разветвленно-цепной реакции с последующим образованием целевого продукта с высокой селективностью по метанолу по сравнению с выходом формальдегида и воды при малых концентрациях продуктов глубокого окисления метана, прежде всего окислов углерода (СО, СО₂) и водорода.

Во второй реакционной зоне при пропускании газового потока с объемной концентрацией кислорода 2-12% через пористый наполнитель осуществляют высокоскоростное, однородное перемешивание смеси газов в турбулентном режиме с одновременным однородным нагревом за счет теплообмена с наполнителем. Процесс перемешивания и выравнивания профиля температуры осуществляют при числе Рейнольдса Re=VD/2=100-10000, предпочтительно при 1000-5000, причем характерный размер пор наполнителя составляет D=(0,01-10)L, а время прохождения газа через пористый наполнитель должно превышать время диффузии продуктов реакции и молекул метана к его развитой внутренней поверхности. Направления течения газового потока в коаксиальных, реакционных зонах через пористые наполнители создают противоточным с непрерывным теплообменом через их боковую поверхность. В результате уменьшают масштаб турбулентности во второй реакционной зоне за счет использования пористых наполнителей и коаксиального расположения первой реакционной зоны внутри второй зоны окисления и создают условия квазиизотермичности реакции в обеих зонах. Это позволяет осуществлять реакцию окисления во второй зоне при повышенных по сравнению с прототипом концентрациях кислорода, подаваемого в природный газ, и соответственно увеличить конверсию метана практически без уменьшения селективности выхода метанола за один проход газа через двухзонный реактор. Этот результат согласуется с расчетными данными по газофазному окислению метана в квазиизотермических условиях, трудно реализуемых на практике в реакторах с одной и/или с двумя (как в прототипе) последовательно установленными и разделенными по ходу потока зонами окисления без пористого наполнителя [3,5].

Экспериментально наблюдаемые неустойчивости процесса газофазного окисления метана нежелательны-недопустимы при промышленном получении метанола прямым окислением природного газа [1, 3-5]. В частности, известно [1, 3-5], что неустойчивости процесса обусловлены холоднопламенными и колебательными режимами окисления, неоднородностью профиля температуры, а также значительными масштабами турбулентности, частично соизмеримыми с размерами зоны реакции. В связи с этим во второй реакционной зоне поток газа пропускают последовательно через каскад разделенных слоев пористого инертного наполнителя, что приводит к повышению устойчивости процесса получения целевого продукта газофазным окислением природного газа за счет уменьшения масштаба турбулентности, повышения степени турбулентности потока и однородности температуры, устранения колебательных режимов окисления в зоне реакции.

На выходе из второй реакционной зоны газовый поток поступает в межтрубное пространство рекуперативного теплообменника, где отдает тепло холодному потоку природного газ из шлейфа и/или УКПГ с понижением температуры реакционной смеси не менее чем на 150-200^oС. В результате существенного охлаждения смеси селективность выхода по метанолу не уменьшается при гетерогенном взаимодействии молекул метанола с поверхностью реакционной зоны и соединительных труб, т.е. имеет место закалка продуктов реакции с сохранением их стехиометрического состава.

Для получения метанола с концентрацией от 75 до 95 мас.% газовый поток разделяют на два. Один из потоков с газообразным метанольным продуктом направляют в УКПГ и/или в шлейф, а другой поток охлаждают в холодильнике-конденсаторе с конденсацией жидких продуктов (метанол с примесями этанола, воды, ацетона, пропанола, формальдегида, уксусной и муравьиной кислоты и т.п. ). Полученную газожидкостную смесь пропускают через сепаратор и далее подвергают ректификации. Очищенный природный газ смешивают с другим потоком, содержащим метанольный продукт, и направляют в УКПГ и/или в шлейф. Ректифицированный метанол с концентрацией от 75 до 95 мас.% собирают в емкость УКПГ и в случае необходимости дополнительно используют, например, при аварии реактора для устранения процессов гидратобразования при увеличении влагосодержания, значительных выбросах воды с образованием капельной жидкости и/или при понижении температуры добываемого газа по стандартной методике [2]. Как известно, на УКПГ должен существовать аварийный запас метанола на 30-40 дней непрерывной газодобычи и подготовки газа к транспорту [2].

В результате в предложенном способе повышают селективность процесса по выходу метанола до 60-70 мас.% при степени конверсии метана до 10 об.% за один проход через реактор с двумя коаксиальными реакционными зонами с пористым наполнителем, что более чем в 1,2-1,5 раза превышает аналогичные данные прототипа по селективности метанола и конверсии метана. Кроме того, данный способ позволяет создавать резервные запасы метанола на случай возникновения внештатных (аварийных) ситуаций, и соответственно осуществлять непрерывную газодобычу и последующую непрерывную подготовку газа к транспорту на УКПГ.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для осуществления способа получения метанола для газодобычи: скважина или “куст” скважин природного газа – 1, шлейф – 2, установка комплексной подготовки газа (УКПГ) – 3, предварительный нагреватель потока природного газа (до температуры 300-500^oС) – 4, смеситель природного газа и кислорода с объемной концентрацией не более 1,5 об.% – 5, цилиндрические трубки для встречной, поперечной и коаксиальной подачи кислорода с расходом Q₁ в природный газ – 6, цилиндрические трубки для турбулентного перемешивания природного газа с потоком кислорода Q₁ – 7, компрессор кислородсодержащего газа (в том числе воздуха) – 8, реактор с цилиндрическим корпусом и двумя цилиндрическими реакционными зонами – 9, набор цилиндрических трубок первой реакционной зоны – 10, пористый наполнитель первой реакционной зоны – 11, смеситель смеси газов из первой реакционной зоны и кислорода с объемной концентрацией от 2 до 12 об.% – 12, цилиндрические трубки для встречной, поперечной и коаксиальной подачи кислорода с расходом Q₂ в природный газ с реакционной смесью из первой реакционной зоны – 13, цилиндрические трубки для турбулентного перемешивания природного газа с реакционной смесью из первой реакционной зоны с потоком кислорода Q₂ – 14, пористый наполнитель второй реакционной зоны с разделенными слоями – 15.1, 15.2, 15.3, выход газового потока из второй реакционной зоны – 16, рекуперативный теплообменник, охлаждаемый потоком природного газа Q_ПГ, – 17, охладитель газового потока – конденсатор – 18, газовый сепаратор для высокоэффективного улавливания капель – 19, ректификационная колонна – 20, метанолопровод к установке комплексной подготовки газа – 21, метанолопровод от установки комплексной подачи газа к шлейфу – 22, емкость установки комплексной подготовки газа для сбора ректифицированного метанола с концентрацией от 75 до 95% – 23. Регулировочные и запорные вентили – (В1-В9). Первая реакционная зона, состоящая из цилиндрических труб 10 и наполнителя 11, – I; вторая реакционная зона, включающая цилиндрический корпус реактора 9 и наружную поверхность цилиндрических труб 10 и слои наполнителя 15.1, 15.2 и 15.3, – II; расход природного газа – Q_ПГ,расход кислорода с объемной концентрацией не более 1,5 об.% – Q₁, расход кислорода с объемной концентрацией от 2 до 12 об.% – Q₂.

Способ осуществляют следующим образом.

Природный газ из скважины или куста скважин 1 подают по шлейфу 2 на УКПГ 3 для подготовки газа к транспорту по стандартной методике [2]. Для получения метанола для газодобычи и подготовки природного газа к транспорту его отбирают из шлейфа или УКПГ с объемным расходом Q_ПГ и подают через рекуперативный теплообменник 17 в подогреватель 4, где нагревают до температуры 300-500^oС. Нагретый газовый поток смешивают в смесителе 5 с потоком кислородсодержащего газа из компрессора 8, в том числе воздуха, с расходом Q₁ при температуре Т=(40-50)^oС так, что его объемная концентрация в природном газе не превышает 1,5 об.%. Перемешивание газов происходит при турбулентном смешивании струй, подаваемых в смеситель через гребенки цилиндрических трубок 6 (кислород) и 7 (природный газ). Давление газов на входе в реактор 9 варьируют от 10 до 100 атм. Реактор газофазного окисления метана в метанол состоит из двух реакционных зон. В зоне I газовый поток движется внутри набора параллельных цилиндрических трубок 10 с пористым наполнителем 11. В качестве наполнителя применяют, например, шарики и/или трубки пирекса, тефлона, карбида кремния и оксидов алюминия.

Первую реакционную зону используют для первой стадии окисления метана в процессе запуска разветвленной цепной реакции с последующим образованием целевого продукта с большой селективностью по метанолу (более 60 мас.%) при малой концентрации формальдегида, воды и продуктов глубокого окисления метана (СО, СО₂, H₂) за счет использования малой концентрации кислорода и однородного, турбулентного перемешивания смеси газов с одновременным нагревом до температуры реакции 370-470^oС в пористом наполнителе 11 при числе Рейнольдса Re=100-10000, предпочтительно при 1000-5000. Скорость движения газа в реакционной зоне выбирают такой, чтобы время диффузии молекул природного газ к развитой поверхности пористого наполнителя было меньше времени течения газового потока через слой наполнителя длиной L. В результате, из оценки коэффициента турбулентной диффузии в пористом наполнителе оценивают диапазон размеров пор наполнителя D=(0,01-10)L, предпочтительно (0,1-1)L. Величина = 0,01-0,05. Выходящий из зоны 1 газовый поток смешивают в смесителе 12 с потоком кислородсодержащего газа с расходом ₂ с объемной концентрацией от 2 до 12% при давлении и температуре 10-100 атм и 40-50^oС. Газы для смешивания подают через гребенки цилиндрических трубок 13 (кислород) и 14 (реакционная смесь). Далее перемешенная смесь газов движется во второй зоне с наполнителем 15.1 – 15.3 с D=(0,01-10)L, предпочтительно (0,1-1)L при Re=100-10000, предпочтительно при 1000-5000. Величина =0,01-0,05. Количество слоев пористого наполнителя варьируют в зависимости от объемного расхода природного газа и соответственно размеров реактора. Скорость движения газа в этой реакционной зоне выбирают такой, чтобы время диффузии молекул природного газ к развитой поверхности пористого наполнителя в каждом слое было меньше времени течения газового потока через слой наполнителя. Направление течения газовых потоков в реакционных зонах создают противоположным и между ними осуществляют непрерывный теплообмен для создания квазиизотермических условий экзотермического газофазного окисления метана в обеих зонах. Создание квазиизотермических условий проведения реакции окисления однородно перемешенной смеси газов за счет турбулентного течения газового потока через слои наполнителя с одновременным выравниванием профиля температуры в реакционных зонах позволяет увеличить концентрацию кислорода до 12 об.% в второй реакционной зоне и соответственно степень конверсии метана до 10 об.% за один проход реактора (без рециркуляции газа) при достаточно высокой селективности целевого продукта (>60 мас.%) на выходе из реактора, а также уменьшить концентрацию побочных продуктов окисления (формальдегида, воды, водорода и окислов углерода).

Наличие нестабильностей по селективности целевого продукта и степени конверсии метана в технологии газофазного получения метанола недопустимо при ее промышленном использовании [3,5]. Использование пористого наполнителя позволяет уменьшить экспериментально наблюдаемые нестабильности процесса получения метанола, обусловленные, в частности, колебательными режимами и большими масштабами турбулентности в зоне реакции. Это не только расширяет возможности коммерческого использования разработанного способа, но и позволяет увеличить (по сравнению с прототипом) селективность выхода целевого продукта и степень конверсии метана.

Реакционную смесь с температурой около 350^oС на выходе из реактора пропускают через трубное пространство рекуперативного теплообменника 17 с резким понижением ее температуры не менее чем на 150-200^oС. Одновременно, в теплообменник подают природный газ из шлейфа 2 или УКПГ 3. Охлаждение осуществляют за счет теплообмена между реакционной смесью и природным газом в межтрубном пространстве. В результате повышают температуру природного газа, перед подачей в нагреватель 4 и далее в реактор 9, и одновременно проводят закалку целевого продукта для устранения возможного разложения горячего парообразного метанола на внутренней поверхности металлических трубопроводов.

Для непрерывной газодобычи необходимо иметь дополнительный запас метанола на 30-40 дней постоянной работы в случае возникновения внештатных ситуаций (резкое повышение влагосодержания, существенные изменения температуры и значительные выбросы воды в виде капельной жидкости, авария системы наработки метанола и др.). Поэтому после теплообменника 17 предусмотрено разделение газового потока на два. Один из потоков с целевым продуктом направляют по метанолопроводу 21 в УКПГ для подготовки добываемого газа к транспорту и/или далее по метанолопроводу 22 в шлейф 2 для устранения возможного образования газовых гидратов при газодобычи [2]. Другой поток подвергают охлаждению в воздушном холодильнике-конденсаторе 18 с последующим высокоэффективным улавливанием образовавшихся капель в сепаратор 19. Перед подачей газожидкостной смеси из холодильника-конденсатора в сепаратор ее кислотные примеси (преимущественно муравьиная кислота) нейтрализуют. После сепаратора собранную жидкость ректифицируют в колонне 20 и очищенный (до 75-95 мас.%) метанол собирают в накопительную емкость 23 для его последующего использования на УКПГ и/или подачи в шлейф.

Пример осуществления способа.

Скорость течения газа в реакционных зонах (V) – 98,6 см/с
Вязкость газа в реакционных зонах () – 2,110^-4 пyaз
Плотность газа в реакционных зонах () – 21,6 кг/м³
Характерный размер пор пористого наполнителя (D) – 0,3 см
Величина степени турбулентности () – 0,03
Число Рейнольдса в реакционных зонах (Re) – 1880
Толщина слоя пористого наполнителя в зоне I – 15 см
Толщина слоя пористого наполнителя в зоне II – 15 см
Количество слоев пористого наполнителя в зоне II – 2
Материал пористого наполнителя – Шарики пирекса
Давление газа в реакционных зонах – 75 атм
Температура – 400^oС
Объемный расход природного газа (Q_ПГ) – 1700 нм³/ч
Объемный расход кислорода в зоне I (Q₁) – 25,5 нм³/ч
Объемный расход кислорода в зоне II (Q₂) – 200 нм³/ч
Степень превращения кислорода в зоне II – 95 об.%
Степень конверсии метана в двухзонном реакторе – 9,5 об.%
Среднее время реакции – 2,3 с
Выход на 1000 нм³ пропущенного газа
Метанольный продукт – 49,5 кг/1000 нм³
Метанол – 32 кг/1000 нм³
Производительность по метанолу – 55 кг/ч
Средний состав метанольного продукта-сырца, мас.%:
Метанол – 65
Формальдегид – 6
Вода – 28
Муравьиная кислота – 0,3
Прочие (этанол, пропанол, ацетон и т.д.) – 0,7
Сравнение описанного способа с прототипом показывает, что предложенный способ получения метанола для газодобычи позволяет увеличить на 20-40% селективность выхода метанола путем газофазного окисления метана при более высокой степени его конверсии (до 10 об.%) за один проход реактора. По прототипу степень конверсии метана не превышает (5-6 об.%), а селективность выхода по метанолу составляет менее 50 мас.%. Кроме того, за счет непрерывной наработки и создания резервного запаса метанола на УКПГ с концентрацией от 75 до 95 мас.% данный способ позволяет обеспечить непрерывность его подачи на УКПГ и/или в шлейф для безгидратного режима газодобычи [2].

Формула изобретения

1. Способ получения метанола, включающий раздельную подачу в смеситель первой реакционной зоны реактора очищенного от капель и твердых дисперсных загрязнений природного газа под давлением 10-100 атм, предварительно нагретого до температуры 300-500^oС, и кислородсодержащего газа, в том числе воздуха, под давлением 10-100 атм и при температуре 40-50^oС, турбулентное перемешивание газов в смесителе первой реакционной зоны и окислении в ней за время 0,2-10 с при температуре 370-470^oС и концентрации кислорода не более 1,5 об. %, с последующим турбулентным перемешиванием газов в смесителе второй реакционной зоны реактора и окислением в ней кислородсодержащим газом, подаваемым в смеситель второй реакционной зоны, за время 0,2-10 с при температуре 370-470^oС, при этом проводят однородный нагрев газов до величины температуры реакции одновременно с турбулентным перемешиванием последовательно в смесителях обеих реакционных зон, с последующим охлаждением реакционной массы, выходящей после второй реакционной зоны реактора, в рекуперативном теплообменнике природным газом, с отводом отходящих газов, отличающийся тем, что окисление в первой и во второй реакционных зонах проводят при давлении 10-100 атм, пропуская газовый поток через инертный пористый наполнитель, размещенный в реакционных зонах, при концентрации кислорода во второй реакционной зоне 2-12 об. %, при этом время прохождения газа через инертный пористый наполнитель превышает время диффузии продуктов реакции к его развитой внутренней поверхности, при этом газовые потоки в реакционных зонах создают противоточными относительно направления их течения, обеспечивая при этом непрерывный теплообмен через стенки их боковой поверхности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что турбулентное перемешивание и одновременный нагрев газов до температуры реакции, проходящих через пористый наполнитель в первой и второй реакционных зонах, осуществляют при числе Рейнольдса, равном Re= VD/2= 100-10000, предпочтительно при 1000-5000, при этом характерный размер пор наполнителя составляет D= (0,01-10)L, предпочтительно (0,1-1)L, где , и – плотность, динамическая вязкость и степень турбулентности газового потока в реакционных зонах соответственно, а линейную скорость потока определяют из равенства V= Q/S, где V – линейная скорость, Q – объемный расход газового потока в реакционной зоне, L и S – соответственно, толщина слоя и фронтальная по ходу потока геометрическая площадь пористого наполнителя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пористый наполнитель во второй реакционной зоне размещен послойно по направлению течения газа.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что производят закалку целевого продукта на выходе из второй реакционной зоны путем понижения температуры реакционной смеси не менее чем на 150-200^oС в рекуперативном теплообменнике, охлаждаемом потоком природного газа из установки комплексной подготовки газа или шлейфа.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отходящие газы, выходящие из рекуперативного теплообменника, разделяют на два потока, – один из которых подают вместе с целевым продуктом в установку комплексной подготовки и, при необходимости, из нее подают в шлейф газового месторождения, а из другого потока отбирают метанол посредством охлаждения и конденсации, с последующей его ректификацией и подачей для накопления в емкость для сбора ректификационного метанола в установке комплексной подготовки газа для последующего использования.

РИСУНКИ

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 06.04.2004

Извещение опубликовано: 27.02.2006 БИ: 06/2006

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.03.2006 БИ: 07/2006