[發明專利]一種煤基合成氣合成天然氣聯產低碳醇的方法和系統

有效

• 申請號: 201410725256.9
• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN104479775A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 余長春;周紅軍;李然家;王曉勝;吳全貴
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京);北京中石大新能源研究院有限公司
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08;C07C29/153;C07C31/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮

技術領域

本發明屬于煤基合成氣綜合利用技術領域，具體涉及一種煤基合成氣合成天然氣聯產低碳醇的方法和系統。

背景技術

隨著國民經濟的不斷發展，中國的能源供給問題日益突出。由于我國具有“富煤貧油少氣”的獨特能源結構，煤化工的發展對解決我國對外原油進口的依賴問題意義重大。現階段，煤制合成氣、煤經合成氣制天然氣、合成氣制甲醇等工藝較為成熟，在我國已有工業應用。但這些工藝的產物都存在附加值較低、裝置運行抗風險能力較差等不足，而且甲醇等傳統產品存在產能過剩的問題。從長遠來看，這些技術的大規模應用對我國的能源供給與產業結構調整都有不利影響。

低碳醇主要指C₁-C₅醇的混合物，具有較高的辛烷值，良好的抗爆震性能，既可以摻入汽油作為燃料使用，也可以分離出單醇作為化工原料使用。低碳醇中的乙醇、丙醇及丁醇等產品用途廣泛，附加值較高。利用合成氣制取低碳醇是提高合成氣產品附加值的有效手段，其技術最早可追溯至1935年，發展至今已有以Zn-Cr-K、Cu-Co-M-K、MoS₂-M-K及Cu-Zn-Al-K為代表的四類催化劑及相應的MAS、IFP、Dow及Lurgi工藝。若能將合成氣制低碳醇工藝與制天然氣工藝組合使用，則可在充分利用合成氣中碳資源、減少循環量的同時大大提高合成氣產物的附加值、改善裝置運行的經濟性。

現階段還未見有合成氣制天然氣聯產低碳醇工藝的報道，其重點和難點在于設計能耗低、熱量利用合理、裝置簡單、組合方便的工藝及選用配套的催化劑。CN103553861A公開了一種利用合成氣合成甲醇并聯產甲烷的系統及工藝，合成甲醇和合成甲烷反應器采用并聯或串聯的方式連接，合成甲醇反應器放在除末端位置以外的任何位置，末端為合成甲烷反應器，合成氣不循環。但此法不能從根本上改變甲醇過剩的現狀，而且聯產的甲烷附加值較低。CN102531819A公開了一種合成氣制甲烷并聯產甲醇的方法，將合成氣通過裝有甲醇合成催化劑的反應器進行反應，制備甲烷并聯產甲醇。雖然此法能夠在一定范圍內調節產物中甲烷與甲醇分布，但由于甲醇與甲烷合成在同一反應器內進行，改變產物分布需調整裝置操作條件，容易造成裝置操作不穩定。以上工藝在技術上具有可行性，雖然能夠對天然氣和甲醇產物的分布進行調節，但二者附加值都較低，裝置運行的經濟性較差。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種煤基合成氣合成天然氣聯產低碳醇的方法，將煤基合成氣用于制備天然氣和低碳醇，低碳醇可作為燃料或化工原料。

本發明的另一目的在于提供一種煤基合成氣合成天然氣聯產低碳醇的系統。

為達到上述目的，本發明提供了一種煤基合成氣合成天然氣聯產低碳醇的方法，包括以下步驟：

將煤基合成氣與合成低碳醇催化劑接觸進行反應，其中，反應溫度為200-400℃，壓力為2.0-8.0MPa，體積空速為1000-10000h^-1，所述煤基合成氣中H₂與CO的摩爾比為0.5-3.0:1，所述合成低碳醇催化劑由Cu、Cr₂O₃、K₂O和ZnO組成，各組分金屬元素的摩爾比為15-40:1-20:5-15:25-60(Cu：Cr：K：Zn)；

對反應后的氣體進行換熱冷凝分液，得到液相組分和尾氣，液相組分為低碳醇；

使所述尾氣與合成天然氣催化劑接觸進行反應，其中，反應溫度為250-600℃，壓力為2.0-8.0MPa，體積空速為1000-8000h^-1，所述合成天然氣催化劑為鎳系催化劑，Ni擔載量為10-20wt％，其余為氧化鋁載體；

反應后的氣體經換熱冷凝脫水，得到合成的粗天然氣。

煤基合成氣在與合成低碳醇催化劑接觸前，通過調整H₂/CO比例，使H₂與CO的摩爾比在0.5-3.0:1范圍內；反應過程中，各氣體不進行循環回用。

在上述方法中，優選地，氣體與低碳醇催化劑、合成天然氣催化劑等的接觸反應可以采用多段催化反應的方式，即在反應過程中，使氣體連續與多段的同一類催化劑進行接觸反應。氣體與催化劑接觸反應后需先經換熱冷凝，得到液體組分和尾氣，尾氣經換熱調溫后再與另一個催化劑接觸反應，反應過程中，各氣體不進行循環回用。