[發明專利]一種組合生產甲醇和氨的方法

有效

• 申請號: 201780070923.6
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN109952271B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 烏爾里希·科斯;迪爾克·穆勒;烏爾里?！ね吒窦{
• 申請（專利權）人: 蓋斯康泰克技術有限公司
• 主分類號: C01C1/04
• 分類號: C01C1/04;C07C29/151;C07C1/10;C01B3/02;C07C31/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 王穎;蔡文清

本發明涉及一種組合生產甲醇(1)和氨(2)的方法，其中，將含碳能量載流(3)和來自產氧組件(5)的氧氣流(4)進料至合成氣反應器組件(6)以獲得具有氫氣和碳氧化物的合成氣流(7)，其中，將合成氣流(7)進料至甲醇反應器組件(8)以部分轉化為甲醇(1)，并且其中，從甲醇反應器組件(8)獲得殘余氣流(9)，從殘余氣流(9)獲得含氫流(10)，所述含氫流(10)至少部分進料至氨反應器組件(11)，并且在氨反應器組件(11)處至少部分轉化為氨(2)。所述方法的特征在于：在富集步驟中，在進料至甲醇反應器組件(8)之前，使從合成氣體反應器組件(6)獲得的合成氣流(7)中的氫氣摩爾分數相對于碳氧化物的摩爾分數增加。本發明還涉及一種用于生產燃料的方法。本發明還涉及一種用于組合生產甲醇(1)和氨(2)的相應系統。

本發明涉及具有前文權利要求1的特征的一種組合生產甲醇和氨的方法、根據權利要求15的一種生產燃料的方法、以及具有前文權利要求16的特征的一種用于組合生產甲醇和氨的系統。

用于甲醇和氨組合生產的各種方法是現有技術中已知的。公開的專利申請EP 0011 404描述了一種生產甲醇和氨的集成方法，其中，生產具有氫氣、碳氧化物和氮氣的合成氣，并隨后將其進料用于甲醇合成。從殘留氣體中去除剩余的碳氧化物，以獲得具有氮氣和氫氣的流，將該流進料用于氨合成。然而，該方法的缺陷在于甲醇合成中帶有的氮氣不僅需要大尺寸的壓縮機和反應器(這降低了經濟可行性)，而且還在該過程中產生了不期望的物質(例如，三乙胺)。

公開的專利申請DE 10 2004 013 539 A1還描述了一種用于共生產甲醇和氨的方法。此處，通過來自空氣分離單元的氧進行部分催化氧化來獲得合成氣，從而消除了甲醇合成中的相當大的氮氣含量。然后將該合成氣分別送入各反應器組件，用于甲醇合成和氨合成，就該方法而言，甲醇合成和氨合成是平行排列的。在這種情況下，不利的是在氨合成的反應器組件的上游需要用于除去甲烷以及氬氣和剩余的一氧化碳的復雜設備，即，具體來說是低溫分離裝置，這影響了經濟可行性。

本發明認為最接近的專利說明書US 5,180,570也描述了用于由含碳能量載流生產甲醇和氨的集成方法。合成氣在多級重整器組件中獲得，其具有常規蒸汽重整和下游自熱重整，同時供應氧氣。該現有技術的缺點在于蒸汽重整(其導致將甲烷與水裂解成富氫合成氣以達到甲醇合成中所需的氫過剩)只能在相對較低的壓力下進行。因此，在甲醇合成之前，需要對整個合成氣進行復雜的壓縮。此外，在單級甲醇合成中并未實現使得碳充分全面地轉化為甲醇，這就是在氨合成之前需要對未反應的再循環氣體進行壓縮和對殘余氣體進行低溫洗滌的原因。這兩種行為都使工作量顯著增加。

基于該現有技術，本發明的一個目的是提供一種更經濟的組合生產甲醇和氨的方法。

關于具有權利要求1前序部分的特征的組合生產甲醇和氨的方法，通過權利要求1的特征部分的特征來實現該目的。關于生產燃料的方法，通過權利要求15的特征部分的特征來實現該目的。關于具有權利要求16前序部分的特征的組合生產甲醇和氨的系統，通過權利要求16的特征部分的特征來實現該目的。

本發明基于以下認識：在具有氧氣的高壓情況下合成氣生產中所產生的氫分數不足——即使用于甲醇合成也是不足的——可以通過在生產合成氣之后、但在將合成氣進料至甲醇合成之前能夠對合成氣中的氫部分進行富集來補償。該富集使得非常復雜和精細的蒸汽重整階段是非必要的，所述蒸汽重整階段對于在合成氣流中提供足以用于甲醇合成和氨合成的氫氣量通常是必須的。

由于省略了蒸汽重整階段，合成氣生產本身和上述富集——無論是氫氣的供應還是碳氧化物的去除——都可能進而在壓力條件下發生，因為在甲醇合成之前可以省略壓縮，或者在任意情況下可以使尺寸更小。此外，由于上述富集，可以在單一循環中就實現甲醇合成中一氧化碳的全面轉化，從而消除了甲醇合成中對再循環壓縮機的需要。以這種方式可以對通常對甲醇合成的經濟可行性而言最重要的因素進行優化。

從屬權利要求2描述了通過去除二氧化碳來富集氫氣的特別有利的選擇。為此，不僅直接使得氫氣的摩爾分數增加，而且同樣也減少了通過二氧化碳合成甲醇中氫氣的消耗。