[發明專利]一種二氧化碳加氫生產甲醇工藝及裝置

在審

• 申請號: 202211288750.4
• 申請日: 2022-10-20
• 公開（公告）號: CN115738942A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 蘭榮亮;馬炯;王靚;李蒙;丁家祥;石明學
• 申請（專利權）人: 中石化南京工程有限公司;中石化煉化工程（集團）股份有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01J10/00;C07C29/152;C07C29/76;C07C31/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 韓正玉;徐冬濤

本發明屬于甲醇合成技術領域，涉及一種二氧化碳加氫生產甲醇裝置及方法。在工藝流程設計中，設置了兩臺具有不同功能和特性的反應器，其中1#反應器主要將二氧化碳和氫氣首先轉化為一氧化碳和水，并將水分離排出，以減少后續運行能耗；2#反應器主要進行一氧化碳和二氧化碳加氫合成甲醇的反應，技術成熟可靠，具有操作靈活，總碳轉化率高，易于大型化等優點，可獲得良好的運行效益。

技術領域

本發明屬于甲醇合成技術領域，涉及一種二氧化碳加氫生產甲醇工藝及裝置。

背景技術

甲醇是重要的基礎化工原料，也可作為燃料使用。甲醇的合成始于1923年，由德國BASF公司用一氧化碳(CO)和氫氣(H₂)在300～400℃和30～50MPa壓力的條件下，在鋅-鉻催化劑作用下合成出甲醇，并實現了工業化生產。自從英國ICI公司和德國魯奇公司分別于1966年和1971年開發成功低壓合成甲醇技術(5～10MPa，溫度210～270℃)，極大地促進了世界甲醇工業的發展。目前，工業上生產甲醇的原料主要有天然氣、煤炭、石油等，利用這些原料生成有效氣體(CO和H₂)，并在催化劑的作用下生成甲醇。

二氧化碳是作為廉價和豐富的碳資源，也是溫室效應氣體。近些年，隨著“碳達峰、碳中和”目標的提出，二氧化碳制甲醇作為二氧化碳大規模利用途徑之一日益受到重視，一方面能減少溫室氣體排放，實現碳的循環利用；另一方面可以與新能源電解制氫等結合，實現氫能儲存，為甲醇生產和儲能提供一種全新思路，具有良好的經濟效益和社會效益。

專利CN105622344公開了一種二氧化碳加氫合成甲醇的工藝方法，采用CO₂逆水汽變換、合成甲醇反應以及氣體再循環流程。其中變換反應和合成反應均在同一耦合反應器內上下半段進行，上半段變換反應中反應溫度為220～320℃，下半段合成反應采用傳統甲醇合成催化劑、210～280℃低溫合成反應，操作壓力為3.0～9.0MPa，空速為4000～20000h¹。由于該工藝將變換反應和合成反應均在同一耦合反應器內，導致下半段甲醇合成反應溫度將難以有效控制。發明專利CN112194566公開了一種基于二氧化碳加氫合成甲醇的裝置及工藝，該工藝將二氧化碳、氫氣和一氧化碳三股新鮮原料氣通過混合器進行混合，混合后的混合物進入反應器進行合成甲醇反應，但是在該工藝流程中二氧化碳的總轉化率較低。

目前，國內仍然沒有將二氧化碳加氫轉化為甲醇的工業測試裝置。國內研究機構集中于研究二氧化碳催化加氫生產甲醇的催化劑和反應條件，而針對工藝流程的研究較少，極大影響了二氧化碳加氫合成甲醇技術的工業化應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的不足之處，而提供了一種二氧化碳加氫生產甲醇工藝及裝置，工藝流程設計了兩臺不同功能的反應器，具有操作靈活，總碳轉化率高，易于大型化等優點。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一種二氧化碳加氫生產甲醇裝置，該裝置包括1#反應器和2#反應器；所述1#氣體緩沖罐的頂部氣相輸出管道經過1#進料加熱器后和1#反應器相連；

所述1#反應器出口通過管道依次與1#進料加熱器、1#冷卻器、1#氣液分離器相連，所述1#氣液分離器頂部出口氣相分為兩股，其中一股氣相通過管道與1#循環壓縮機入口相連，另外一股和2#循環壓縮機出口管道與2#氣體緩沖罐相連；所述2#氣體緩沖罐頂部氣相輸出管道依次經過合成氣壓縮機、2#進料加熱器和2#反應器相連；

所述2#反應器出口通過管道依次與2#進料加熱器、2#冷卻器、2#氣液分離器相連。

本發明技術方案中：所述2#氣液分離器頂部出口氣相分為兩股，其中一股通過管道與2#循環壓縮機入口相連，另外一股作為弛放氣進入洗滌塔后排至界外。