[發明專利]用于生產甲醇的設備及方法

在審

• 申請號: 202210173470.2
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN115073267A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 漢斯·科佩奇;布萊斯·威廉姆斯;J·奧恩;K·科維拉
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: C07C29/152
• 分類號: C07C29/152;C07C29/151;C07C31/04;C01B3/48;C01B3/36;F22B1/18
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;曲盛

提供了一種用于從合成氣生產甲醇的方法和設備(100，200)。該方法包括(i)在部分氧化(POX)室(102，202)中，通過用烴流和氧氣流進行部分氧化(POX)工藝來生產具有小于1.8的化學計量數的合成氣；(ii)在水煤氣變換反應器(204)中，使該合成氣在水煤氣變換催化劑上通過，以將至少一部分的一氧化碳和水轉化成氫氣和二氧化碳；(iii)通過使液體冷凝物與經變換的合成氣分離來產生干燥的經變換的合成氣；(iv)在循環壓縮機(104，210)中，將該干燥的經變換的合成氣與包含未反應的合成氣和富含氫氣的產物的循環合成氣組合，以形成混合的合成氣流；以及(v)在冷卻的甲醇合成反應器(214)中，將至少一部分的該混合的合成氣流轉化成甲醇。

技術領域

本披露總體上涉及甲醇生產；更具體地，本披露涉及用于從通過非催化部分氧化(POX)產生的合成氣生產甲醇的設備和方法。

背景技術

從烴氣流生產甲醇的最常用的工藝是催化蒸汽重整法。催化蒸汽重整法可以采用最多三個催化步驟，其中這些步驟包括預重整步驟、一級重整步驟和二級重整步驟；將這些步驟用于較大的工廠來生產最佳的合成氣，以用于甲醇生產。在較大的工廠中生產合成氣的標準做法是使用組合重整方法。在組合重整方法中，將烴氣流的第一部分在蒸汽甲烷重整器(SMR)中處理，并將SMR流出物連同烴氣流的第二部分在自熱重整器(ATR)中處理。在以上情況中，SMR是一級重整器，并且ATR是二級重整器。對于較小的工廠，單獨使用SMR來產生合成氣。但是，僅通過SMR產生的合成氣是含有過多氫氣的化學計量過量的合成氣。

較不常見的用于生產合成氣的方法是非催化部分氧化(POX)工藝。遺憾的是，非催化部分氧化(POX)工藝產生缺乏氫氣的不合適的、亞化學計量的合成氣。因此，需要采取措施，以增加進入甲醇合成回路的合成氣中的氫氣量。

關于甲醇合成，可以如下定義化學計量數(SN)，以表征朝向甲醇合成的氣體組成：

SN＝{H₂-CO₂}/{CO+CO₂}

其中H₂、CO和CO₂是氣體組合物中的摩爾分數或摩爾百分比。甲醇生產所需的SN是2.0。如前述段落中描述的，SMR產生具有大于約3的SN的合成氣。組合重整可以產生恰好2.0的SN，并且POX產生2的SN。每種重整工藝的確切的SN值取決于原料組成以及操作條件的設計和選擇。

一些現有的方法將一部分的亞化學計量的合成氣送到氫氣回收單元或用于回收并回用氫氣的膜，以調整合成氣的氫氣含量。但是，以上方法可能導致大量的尾氣并且關于甲醇生產的碳效率差。此外，對于極大規模生產量(即大于約7500公噸/日(mtpd)的甲醇生產量)的僅ATR的設計，常規上考慮將亞化學計量的合成氣送到氫氣回收單元或膜單元的做法，因為在用于該規模的合成氣生產的僅SMR或組合重整配置中，SMR不可能很大并因此不經濟。

其他現有的方法通過降低甲醇合成回路中的循環比來增加氫氣量。因此，它產生較大的吹掃氣流，從中將氫氣回收并再循環到補充氣體。但是，這導致碳效率低，并且對用于合成的新鮮合成氣的需求增加。

其他已知的方法將一定量的氫氣原料與合成氣組合，以調整用于甲醇合成的化學計量平衡。但是，這要求適當規模的合適氫氣源，這可能對生產經濟學不利。例如，通過電解生產的氫氣可用于這個目的；但是，其生產仍相對昂貴，并且在甲醇生產廠的現場并不總是可獲得的。可替代地，在甲醇生產廠的位置處，可能的確無法獲得來自任何外部來源的輸入氫氣供應。

典型地，甲醇生產工藝利用不同的催化重整步驟的組合以避免合成氣中缺乏氫氣。但是，催化重整法需要大量的資本支出，這對資本和工程成本對甲醇生產成本影響更大的較小工廠尤其不利。較小工廠的次要的關鍵問題是，由于所需要的工程工作，每個器械項目都對總投資成本和生產成本做出相當大的貢獻。