Low-tonnage methanol production plant with obtaining syngas by partial oxidation of natural gas with oxygen when correcting gas composition for optimal methanol synthesis

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Relevance. The concept of creating low-tonnage methanol production plants is proposed. They include two main nodes: a synthesis gas production complex by non-catalytic partial oxidation of natural gas with oxygen and a methanol synthesis complex using a direct-flow multi-reactor cascade with the release of condensed methanol after each reactor. The plant can enter a chemical cluster and process methanol into useful products.

Aim. Describe the technology and design the installation, determine its main indicators.

Methods. Design of the plant, mathematical and numerical modeling of chemical and technological processes.

Results and conclusions. The paper describes a new technological process of low-tonnage production for methanols. The main apparatus of the installation is an original small-sized syngas gas generator, which provides: high safety, reliability and maintainability; no need to use a catalyst for partial oxidation and the possibility of carrying out the process at high pressures up to 8.0 MPa, which do not require gas compression during subsequent catalytic synthesis of methanol; transportability and modularity of the installation. The paper introduces the results of numerical simulation of natural gas partial oxidation by oxygen. The authors have determined the rational modes of the process in syngas gas generator. The main parameters of the partial oxidation are: the coefficient of excess oxidizer, which should be in the range of 0.34–0.36, and the supply pressure of the components in the range of 6.0–7.0 MPa. The authors carried out the numerical simulation of the methanol synthesis without correction and with preliminary correction of the syngas composition. The data obtained allowed: calculating the degree of conversion of carbon from carbon oxides to methanol; when using a three-reactor cascade with an optimal composition of the gas mixture, the degree of conversion reaches 95%; estimating the maximum specific capacity of the installation up to 1250 kg/hour of methanol per 1000 m3/hour of natural gas and the maximum capacity of the installation up to 20000 tons of methanol per year.

About the authors

Yuriy V. Zagashvili

LLC «HTR»

Author for correspondence.
Email: y.zagashvili@yandex.ru

Dr. Sc., Professor, Scientific Supervisor

Russian Federation, 17/1, Zarechnaya street, St Petersburg, 194358

Aleksey M. Kuzmin

LLC «HTR»; National Research Tomsk Polytechnic University

Email: kuzmin.lex@gmail.com

Cand. Sc., Associate Professor, Deputy Vice-Rector for Educational Activities, Chief Executive Officer

Russian Federation, 17/1, Zarechnaya street, St Petersburg, 194358; 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Vasiliy N. Efremov

LLC «HTR»

Email: vne45@yandex.ru

Cand. Sc., Associate Professor, Chief Technologist

Russian Federation, 17/1, Zarechnaya street, St Petersburg, 194358

References

  1. Bertau M., Offermanns H., Plass L., Schmidt F., Wernicke H.-J. Methanol. The Basic Chemical and Energy Feedstock of the Future. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2014. 661 p. doi: 10.7868/S0028242118020077
  2. Arutyunov V.S., Golubeva I.A., Eliseev O.L., Zhagfarov F.G. Hydrocarbon Gas Processing Technology. Moscow, Yurait Publ., 2020. 723 p. (In Russ.)
  3. Kemalov R.A., Kemalov A.F. Technologies for the production and use of methanol. Kazan, Kazan University Publ., 2016. 167 p. (In Russ.)
  4. Makaryan I.A., Salgansky E.A., Arutyunov V.S., Sedov I.V. Non-catalytic partial oxidation of hydrocarbon gases to syngas and hydrogen: a systematic review. Energies, 2023, vol. 16, no. 2916. DOI: https://doi.org/10.3390/en16062916
  5. Dahl P.J., Christensen T.S., Winter-Madsen S., KingProven S.M. Autothermal reforming technology for modern large-scale methanol plants. Paris, Nitrogen+Syngas, 2014. 12 p.
  6. Prodan V.D., Klyushenkova M.I., Borodacheva E.I. Low-tonnage methanol production, Russia. Chemical and Petroleum Engineering, 2013, vol. 49 (7–8), pp. 443–446. doi: 10.1007/s10556-013-9771-z.
  7. Arutyunov V.S., Nikitin A.V., Strekova L.N. New concept for small-scale GTL. Chemical Engineering Journal, 2015, vol. 282, pp. 206–212. doi: 10.1016/j.cej.2015.02.082.
  8. Zagashvili Yu.V., Kuzmin A.M., Efremov V.N. Low-tonnage methanol production plant in field conditions. Elektronnyi nauchnyi zhurnal Neftegazovoe delo, 2024, no. 1, pp. 195–237. (In Russ.) DOI: https://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2024-1-195-237 .
  9. Zagashvili Yu.V., Efremov V.N., Kuzmin A.M., Golosman E.Z. Low-tonnage hydrogen production plants with a non-catalytic gas generator for partial oxidation of natural gas. Production, storage and use of hydrogen. New ideas and promising developments. Moscow, RAN, 2023. pp. 43–62. (In Russ.).
  10. Rozovskii A.Ya., Lin G.I. Theoretical foundations of the methanol synthesis process. Moscow, Khimiya Publ., 1990. 272 p. (In Russ.)
  11. Methanol synthesis – increasing plant efficiency and lifetime productivity. (In Russ.) Available at: https://www.clariant.com/en/Business-Units/Catalysts/Syngas-Catalysts/Methanol (accessed 8 December 2023).
  12. Zagashvili Yu.V., Kuzmin A.M. Operations of syngas composition for small methanol production plants. Science and Technology of Hydrocarbons, 2018, no. 3, pp. 54–59. (In Russ.)
  13. Kuzmin A.M., Barankevich A.A., Zagashvili Yu.V. Complex SG calculations. Computer Program RF, no. 2023610566, 2023. (In Russ.)
  14. Arutyunov V.S. Oxidative conversion of natural gas. Moscow, Krasand Publ., 2011. 590 p. (In Russ.).
  15. Lugvishchuk D.S., Kulchakovsky P.I., Mitberg E.B., Mordkovich V.Z. Soot formation in the methane partial oxidation process under conditions of partial saturation with water vapor. Petroleum Chemistry, 2018, vol. 58, no. 5, pp. 427–433. doi: 10.1134/S0965544118050109
  16. Xu Y., Dai Z., Li C. Numerical simulation of natural gas non-catalytic partial oxidation reformer. Int. J. Hydrogen Energy, 2014, vol. 39, no. 6, pp. 9149–9157. doi: 10.1016/j.ijhydene.2014.03.204
  17. Brüggemann P., Seifert P., Meyer B., Müller-Hagedorn M. Influence of temperature and pressure on the non-catalytic partial oxidation of natural gas. Chemical Product and Process Modeling, 2010, vol. 5, Iss. 1, Article 1, pp. 1–24. doi: 10.2202/1934-2659.1444
  18. Ghoneim S.A., El-Salamony R.A., El-Temtamy S.A. Review on innovative catalytic reforming of natural gas to syngas. World Journal of Engineering and Technology, 2016, no. 4, pp. 116–139. doi: 10.4236/wjet.2016.41011
  19. Guo W., Wu Y., Dong L., Chen C., Wang F. Simulation of non-catalytic partial oxidation and scale-up of natural gas reformer. Fuel Processing Technology, 2012, vol. 1, no. 6, pp. 45–50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2012.01.019
  20. Zagashvili Yu.V., Kuzmin A.M. Influence of hydrogen containing gas composition on methanol yield. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2020, vol. 331, no. 10, pp. 187–195. (In Russ.) doi: 10.18799/24131830/2020/10/2871.
  21. Cherepnova A.V., Lender A.A., Krasnyanskaya A.G., Bondareva N.A. Methanol synthesis in a system of flow reactors. Catalysis and petrochemistry, 2000, no. 5–6, pp. 69–74. (In Russ.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».