甲醇和脲的联合生产制造技术

在不将大量二氧化碳排放至大气中的情况下从烃进料联合生产甲醇和脲的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】甲醇和脲的联合生产本专利技术涉及一种由烃进料联合生产甲醇和脲的方法。更具体地，本专利技术涉及一种由含烃原料生产甲醇和脲产物的连续和单程(once-through)(单程(singlepass))方法，借助于一级和二级转化(reforming)，中间甲醇和氨形成，以及单一过程序列中氨转化为脲产物，其中过量二氧化碳和氢气的产生大量减少。由氨和二氧化碳转化生产脲是一种公知的方法，以及通常在工业中使用。根据WO2011/020618，已知在使用空气分离设备的工艺中由合成气联合生产甲醇、氨和脲，其中在没有氮气存在下生产甲醇。由US专利申请No.2010/0133472进一步已知由合成气联合生产甲醇和氨，其中过量二氧化碳和氢气的产生减少。本专利技术的主要目的是提供一种由烃原料联合生产甲醇和脲的方法，其中过量二氧化碳和氢气的产生大量减少。术语“过量二氧化碳和氢气的产生大量减少”应以这样的方式理解，烃原料向合成气的转化在为甲醇和脲的产生提供基本化学计量的合成气的条件下进行，导致仅根据从甲醇和脲的联合生产中清除惰性气体的需要而释放二氧化碳和氢气。当在合并的蒸汽和二氧化碳一级烃转化和利用富氧空气的二级转化第二步骤中生产合成气时，实现本专利技术的主要目的。因此，本专利技术提供一种从烃原料联合生产甲醇和脲的方法，其包括以下连续步骤：(a)通过在一级转化阶段和随后在二级转化阶段蒸汽转化烃原料，生产含有氢气、一氧化碳和二氧化碳以及氮气的合成气；(b)使来自步骤(a)的合成气经历部分水气转换；(c)从来自步骤(b)的合成气中去除至少部分二氧化碳；(d)在单程甲醇合成阶段催化转化来自步骤(c)的合成气的一氧化碳、二氧化碳和氢气，取出含有甲醇的流出物以及含有氮气、氢气和未转化的一氧化碳和二氧化碳的气态流出物；(e)使来自步骤(d)的气态流出物经历催化甲烷化，以去除未转化的一氧化碳和二氧化碳；(f)在氨合成阶段催化转化来自步骤(e)的气态流出物中的氮气和氢气，和取出含有氨的流出物；和(g)将至少部分含氨的流出物通至脲合成阶段，通过与从步骤(c)中的合成气去除的至少部分二氧化碳反应，使流出物中的氨转化为脲，其中将步骤(c)中获得的一部分二氧化碳再循环至步骤(a)中的一级转化阶段，和/或其中步骤(a)中的二级转化阶段采用富氧空气操作。如本文中使用的，术语“合成气的部分水气转换”表示一部分合成气绕过水气转换反应并在反应之后与转换的合成气合并。如在本文中进一步使用的，术语“一级转化阶段”表示在常规蒸汽甲烷转化器(SMR)，例如管状转化器中进行的转化，利用由来自燃烧器，例如沿着管状转化器壁排列的燃烧器的辐射热提供的吸热转化所需的热。同样如在本文中使用的，术语“二级转化阶段”表示在自热式转化器或催化部分氧化反应器中进行的转化。如在本文中进一步使用的，术语“单程的甲醇合成阶段”表示甲醇在以单程结构工作的至少一个催化反应器中产生，即甲醇合成中产生的任何气体，特别是含有氢气和未转化的氧化碳的气体流出物的体积流量并不显著再循环(不超过5%)回到甲醇合成阶段的至少一个甲醇反应器中。用于本专利技术中的合适的烃原料包括甲烷、天然气、石脑油和高级烃。优选地，烃原料包含例如天然气、液化天然气(LNG)或代用天然气(SNG)形式的甲烷。当使用石脑油和高级烃时，优选在一级转化阶段之前使这些原料经历预转化步骤。但是，预转化可以用于所有类型的烃原料。借助于本专利技术，我们直接使用控制转化、甲醇合成、氨合成和脲合成的反应，使得可以在不排放由二级转化合成气去除的二氧化碳的情况下联合生产甲醇和脲。根据本专利技术的方法，来自步骤(b)的合成气中的二氧化碳和一氧化碳的量减去由步骤(c)再循环至步骤(a)的二氧化碳的量满足甲醇合成反应和脲反应中所需的化学计量的量：CO+2H2=CH3OHCO2+3H2=CH3OH+H2O2NH3+CO2=(NH2)2CO+H2O。同时，来自步骤(a)的合成气中的氢气和氮气的量匹配上述甲醇合成反应和氨合成中所需的化学计量的量：2N2+3H2=2NH3。这意味着来自步骤(b)的合成气中的H2、CO、CO2的摩尔含量将满足以下关系：M(H2)=3*M(N2)+2*M(CO)+3*(M(CO2)-M(N2)-REC)其中REC为从步骤(c)至步骤(a)的摩尔CO2再循环流量。这在当控制一级蒸汽转化反应：CH4+H2O=CO+3H2；和CH4+2H2O=CO2+4H2和/或随后的二级蒸汽转化中与富氧空气的部分氧化：CH4+1/2O2=CO+2H2和水-气转换反应：H2O+CO=CO2+H2时获得。为保持最终合成气中一氧化碳、二氧化碳和氢气的所需量，可以将控制量的从该气体中去除的二氧化碳再循环至一级转化阶段来抑制转换反应，以便避免产生超出甲醇、氨和脲合成中所用的所需量的氢气和二氧化碳。在采用富氧空气的二级转化器或自热式转化器中进行二级转化，以提供氨合成所需的氮气量和甲醇合成所需的一氧化碳、二氧化碳和氢气量，以及将二氧化碳再循环至一级转化器和将氨转化为脲所必需的二氧化碳量。通过在步骤(c)中去除二氧化碳之前，使部分合成气经历水气转换反应，获得一氧化碳/二氧化碳比率的最终控制，所述比率满足甲醇和氨合成所需的氮气、一氧化碳、二氧化碳和氢气量，以及将二氧化碳再循环至一级转化器和将氨转化为脲所必需的二氧化碳量。最终合成气通过上述测量调节至含有摩尔比率基本符合甲醇合成和氨合成中的化学计量的量的一氧化碳、二氧化碳、氢气和氮气，以及提供用于脲合成和任选用于一级转化阶段的所需二氧化碳量。因此，在本专利技术的优选实施方案中，来自步骤(b)中的部分转换的合成气中H2、CO、CO2和N2的摩尔含量满足以下关系I，精确度在10%内：I：M(H2)=3*M(N2)+2*M(CO)+3*(M(CO2)-M(N2)-REC)其中REC为从步骤(c)至步骤(a)的摩尔CO2再循环流量。通过将来自步骤(c)的二氧化碳再循环至步骤(a)中的一级转化阶段和/或通过用富氧空气进行步骤(a)中的二级转化阶段和/或通过部分转换来自步骤(a)的合成气，获得关系I。本专利技术的方法是环境友好的，因为没有将从二级转化的合成气中去除的CO2排放进周围环境中。除少量二氧化碳在吹扫气体中被排放至环境中之外，该方法中产生的几乎所有一氧化碳(和二氧化碳)用于甲醇和脲合成。可以如本领域中已知的，在物理或化学洗涤中用任何传统方法将二氧化碳从二级转化合成气中去除。优选地，通过已知的Benefield法去除二氧化碳，其允许容易地回收如上所述用于脲合成和任选用于再循环至一级转化阶段的吸收的二氧化碳。甲醇合成阶段优选由传统方法进行，使合成气在高压和高温，例如60-150巴和150-300℃下，通过包含至少一个甲醇催化剂固定床的至少一个甲醇反应器。特别优选的甲醇反应器为由合适的冷却剂，例如沸水冷却的固定床反应器，例如沸水反应器(BWR)。在一个特定实施方案中，使合成气通过一系列一个或多个沸水反应器和随后通过绝热的固定床反应器来进行步骤(d)中的甲醇合成阶段。优选地，一个或多个沸水反应器为缩合甲醇型的单反应器形式，其在普通外壳内包含甲醇催化剂颗粒固定床以及适合于用冷却剂间接冷却甲醇合成气的冷却装置，并且其优选在超过90巴和低于150巴，更优选超过110巴和低于13本文档来自技高网...

【技术保护点】
从烃原料联合生产甲醇和脲的方法，其包括以下连续步骤：(a) 通过在一级转化阶段和随后在二级转化阶段蒸汽转化所述烃原料，制备含有氢气，一氧化碳和二氧化碳以及氮气的合成气；(b) 使来自步骤(a)的合成气经历部分水气转换；(c) 从来自步骤(b)的合成气中去除至少部分二氧化碳；(d) 在单程甲醇合成阶段催化转化来自步骤(c)的合成气的一氧化碳，二氧化碳和氢气，取出含有甲醇的流出物以及含有氮气、氢气和未转化的一氧化碳和二氧化碳的气态流出物；(e) 使来自步骤(d)的气态流出物经历催化甲烷化，以去除未转化的一氧化碳和二氧化碳；(f) 在氨合成阶段催化转化来自步骤(e)的气态流出物中的氮气和氢气，和取出含有氨的流出物；和(g) 将至少部分含氨的流出物通至脲合成阶段，通过与从步骤(c)中的合成气去除的至少部分二氧化碳反应，使流出物中的氨转化为脲产物，其中将步骤(c)中获得的二氧化碳的一部分再循环至步骤(a)中的一级转化阶段和/或其中步骤(a)中的二级转化阶段采用富氧空气操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.04 DK PA2012000081.从烃原料联合生产甲醇和脲的方法，其包括以下连续步骤：(a)通过在一级转化阶段和随后在二级转化阶段蒸汽转化所述烃原料，制备含有氢气，一氧化碳和二氧化碳以及氮气的合成气；(b)使来自步骤(a)的合成气经历部分水气转换；(c)从来自步骤(b)的合成气中去除至少部分二氧化碳；(d)在单程甲醇合成阶段催化转化来自步骤(c)的合成气的一氧化碳、二氧化碳和氢气，取出含有甲醇的流出物以及含有氮气、氢气和未转化的一氧化碳和二氧化碳的气态流出物；(e)使来自步骤(d)的气态流出物经历催化甲烷化，以去除未转化的一氧化碳和二氧化碳；(f)在氨合成阶段催化转化来自步骤(e)的气态流出物中的氮气和氢气，和取出含有氨的流出物；和(g)将至少部分含氨的流出物通至脲合成阶段，通过与从步骤(c)中的合成气去除的至少部分二氧化碳反应，使流出物中的氨转化为脲产物，其中步骤(a)中的二级转化阶段采用富氧空气操作。2.根据权利要求1的方法，其中来自步骤(b)中的部分转换的合成气中H2、CO、CO2和N2的摩尔含量满足以下关系I，精确度在10%内：I：M(H2)=3*M(N2)+2*M(CO)+3*(M(CO2)-M(N2)-REC)其中REC为从步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ达尔，
申请(专利权)人：赫多特普索化工设备公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK