[發明專利]用于平行地聯合生產甲醇和氨的方法

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• 申請號: 201880041390.3
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN110799450A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: P·A·漢
• 申請（專利權）人: 托普索公司
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;C01B3/04;C01C1/04;C25B1/04;C01B3/38;C01B13/02;C07C29/151
• 代理公司: 72003 隆天知識產權代理有限公司
• 代理人: 呂鋒鋒;吳小瑛

本發明涉及一種用于平行地聯合生產甲醇和氨的方法，該方法基于用來自水的電解和空氣分離的富氧空氣進行自熱重整，以及用來自水電解的氫氣和來自空氣分離的氮氣制備氨。

發明領域

本發明涉及甲醇和氨的平行聯合生產。更特別地，本發明基于用于制備氫氣和氧氣的水的電解，以及用于制備氮氣和氧氣的空氣的分離。來自電解和空氣分離的氧氣用于通過烴原料的自熱蒸汽重整來制備甲醇合成氣，且在平行工藝階段中，來自空氣分離的氮氣和來自電解的氫氣用于氨合成。

發明背景

在常規的甲醇方法中，合成氣通常在所謂的兩步重整工藝中制備。在兩步重整工藝中，脫硫的烴原料，通常是天然氣，在燃燒的初級蒸汽甲烷重整器(SMR)中進行初級重整，隨后在絕熱的次級蒸汽重整器中使氫和烴發生部分氧化，以及使來自部分氧化步驟的殘余量的烴進行絕熱蒸汽重整。絕熱次級重整器用基本上純的氧操作，以用于部分氧化步驟。基本上純的氧通常由空氣分離單元(ASU)提供。

或者，對于兩步重整，可以使用獨立的SMR或獨立的自熱重整來制備合成氣。

無論使用獨立的SMR、兩步重整還是獨立的ATR，產物氣體將包括氫氣、一氧化碳和二氧化碳以及通常包括甲烷和蒸汽的其它組分。

氨合成氣通常通過使天然氣或高級烴的烴進料在燃燒管式蒸汽重整器中通過與蒸汽重整催化劑接觸進行吸熱蒸汽重整反應來制備。然后將初級重整氣體送入絕熱次級重整器，其中在次級重整催化劑存在下，用富氧工藝空氣部分氧化初級重整氣體中的部分氫氣和殘余量的烴。在次級重整器中，在上述蒸汽重整反應的原料反應過程中形成包含氫氣、氮氣、一氧化碳和二氧化碳的粗合成氣，且在次級重整步驟中通過加入空氣引入氣體中的氮氣。

最近，已經設想將用于生產氫氣的水電解與用于生產氮氣的空氣分離相組合來制備氨合成氣。將由此產生的氫氣和氮氣以化學計量比組合以形成用于生產氨的合成氣。然而，電解和空氣分離的組合的問題在于，在電解和空氣分離中產生氧氣作為副產物，其在氨合成中沒有用處，并且可被認為是能量損失。

目前用于甲醇和氨的聯合生產的工藝通常包括平行工藝，其中使用共同的重整段來產生合成氣，該合成氣被分成單獨的平行流，其中一個用于甲醇合成，另一個用于氨合成。甲醇和氨的聯合生產也可以順序或串聯進行，其中在重整段中產生的合成氣被首先轉化為甲醇，而含有碳氧化物和氫氣的未反應氣體隨后用于氨合成。合成氣流的水煤氣變換和/或二氧化碳去除步驟是需要的，這取決于甲醇產物與氨產物的所需比例，因此涉及CO₂向大氣中的釋放和用于進行變換轉化和二氧化碳去除的非常昂貴和復雜的裝置的投資。

發明內容

本發明基于自熱蒸汽重整的組合，其中在烴原料在自熱重整工藝中的部分氧化使用了來自水電解和空氣分離(ASU)的氧。在平行工藝中，將來自電解的氫和來自ASU的氮用于制備氨合成氣。

因此，本發明是一種用于平行地聯合生產甲醇和氨的方法，包括以下步驟

(a)提供烴原料；

(b)通過水電解制備單獨的氫氣流和單獨的氧氣流；

(c)通過空氣分離制備單獨的氧氣流和單獨的氮氣流；

(d)將至少一部分來自步驟(b)的單獨的氧氣流和至少一部分來自步驟(c)的單獨的氧氣引入自熱重整器中；

(e)在自熱重整器中，將來自步驟(a)的烴原料自熱重整為包含氫氣、碳氧化物的甲醇合成氣；

(f)在甲醇合成階段中，將甲醇合成氣轉化為粗甲醇；且平行地

(g)將來自步驟(b)的單獨的氫氣流的至少一部分和來自步驟(c)的單獨的氮氣流的至少一部分引入氨合成回路中，并將氮氣流和氫氣流轉化成氨。