一种组合生产甲醇和氨的方法技术

本发明专利技术涉及一种组合生产甲醇(1)和氨(2)的方法，其中，将含碳能量载流(3)和来自产氧组件(5)的氧气流(4)进料至合成气反应器组件(6)以获得具有氢气和碳氧化物的合成气流(7)，其中，将合成气流(7)进料至甲醇反应器组件(8)以部分转化为甲醇(1)，并且其中，从甲醇反应器组件(8)获得残余气流(9)，从残余气流(9)获得含氢流(10)，所述含氢流(10)至少部分进料至氨反应器组件(11)，并且在氨反应器组件(11)处至少部分转化为氨(2)。所述方法的特征在于：在富集步骤中，在进料至甲醇反应器组件(8)之前，使从合成气体反应器组件(6)获得的合成气流(7)中的氢气摩尔分数相对于碳氧化物的摩尔分数增加。本发明专利技术还涉及一种用于生产燃料的方法。本发明专利技术还涉及一种用于组合生产甲醇(1)和氨(2)的相应系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种组合生产甲醇和氨的方法本专利技术涉及具有前文权利要求1的特征的一种组合生产甲醇和氨的方法、根据权利要求15的一种生产燃料的方法、以及具有前文权利要求16的特征的一种用于组合生产甲醇和氨的系统。用于甲醇和氨组合生产的各种方法是现有技术中已知的。公开的专利申请EP0011404描述了一种生产甲醇和氨的集成方法，其中，生产具有氢气、碳氧化物和氮气的合成气，并随后将其进料用于甲醇合成。从残留气体中去除剩余的碳氧化物，以获得具有氮气和氢气的流，将该流进料用于氨合成。然而，该方法的缺陷在于甲醇合成中带有的氮气不仅需要大尺寸的压缩机和反应器(这降低了经济可行性)，而且还在该过程中产生了不期望的物质(例如，三乙胺)。公开的专利申请DE102004013539A1还描述了一种用于共生产甲醇和氨的方法。此处，通过来自空气分离单元的氧进行部分催化氧化来获得合成气，从而消除了甲醇合成中的相当大的氮气含量。然后将该合成气分别送入各反应器组件，用于甲醇合成和氨合成，就该方法而言，甲醇合成和氨合成是平行排列的。在这种情况下，不利的是在氨合成的反应器组件的上游需要用于除去甲烷以及氩气和剩余的一氧化碳的复杂设备，即，具体来说是低温分离装置，这影响了经济可行性。本专利技术认为最接近的专利说明书US5,180,570也描述了用于由含碳能量载流生产甲醇和氨的集成方法。合成气在多级重整器组件中获得，其具有常规蒸汽重整和下游自热重整，同时供应氧气。该现有技术的缺点在于蒸汽重整(其导致将甲烷与水裂解成富氢合成气以达到甲醇合成中所需的氢过剩)只能在相对较低的压力下进行。因此，在甲醇合成之前，需要对整个合成气进行复杂的压缩。此外，在单级甲醇合成中并未实现使得碳充分全面地转化为甲醇，这就是在氨合成之前需要对未反应的再循环气体进行压缩和对残余气体进行低温洗涤的原因。这两种行为都使工作量显著增加。基于该现有技术，本专利技术的一个目的是提供一种更经济的组合生产甲醇和氨的方法。关于具有权利要求1前序部分的特征的组合生产甲醇和氨的方法，通过权利要求1的特征部分的特征来实现该目的。关于生产燃料的方法，通过权利要求15的特征部分的特征来实现该目的。关于具有权利要求16前序部分的特征的组合生产甲醇和氨的系统，通过权利要求16的特征部分的特征来实现该目的。本专利技术基于以下认识：在具有氧气的高压情况下合成气生产中所产生的氢分数不足——即使用于甲醇合成也是不足的——可以通过在生产合成气之后、但在将合成气进料至甲醇合成之前能够对合成气中的氢部分进行富集来补偿。该富集使得非常复杂和精细的蒸汽重整阶段是非必要的，所述蒸汽重整阶段对于在合成气流中提供足以用于甲醇合成和氨合成的氢气量通常是必须的。由于省略了蒸汽重整阶段，合成气生产本身和上述富集——无论是氢气的供应还是碳氧化物的去除——都可能进而在压力条件下发生，因为在甲醇合成之前可以省略压缩，或者在任意情况下可以使尺寸更小。此外，由于上述富集，可以在单一循环中就实现甲醇合成中一氧化碳的全面转化，从而消除了甲醇合成中对再循环压缩机的需要。以这种方式可以对通常对甲醇合成的经济可行性而言最重要的因素进行优化。从属权利要求2描述了通过去除二氧化碳来富集氢气的特别有利的选择。为此，不仅直接使得氢气的摩尔分数增加，而且同样也减少了通过二氧化碳合成甲醇中氢气的消耗。不同的是，从属权利要求3和4一方面涉及改变甲醇生产的相对权重的可能性，另一方面涉及改变氨生产的相对权重的可能性。从属权利要求6至10描述两级甲醇合成的优选构造，其特别适用于通过单个循环实现一氧化碳完全转化为甲醇，其也称为“一次通过”操作。在甲醇合成阶段之间的增压压缩机的布置(特别是在从属权利要求10中描述的设置)可以使得氨合成之前的压缩是非必要的。从属权利要求11和12涉及作为获得合成气流的有利方法的自热重整的基本特征。从属权利要求13涉及使用变压吸附系统从甲醇合成的残余气体中获得尽可能纯的氢气流。下面参考附图解释本专利技术的其它细节、特征、目标和优点，附图仅显示了根据该建议的系统的单个示例性实施方式。此外，描述了所提议的用于组合生产甲醇和氨的方法的三个示例性实施方式。在附图中：图1示意性显示所提议的用于组合生产甲醇和氨的系统的示例性实施方式的流程图。所提议的系统(其流程图示意性显示在图1中)用于甲醇1和氨2的组合生产，并且还构造成用于实施所提议的用于组合生产甲醇1和氨2的方法。在所提议的用于组合生产甲醇1和氨2的方法中，来自产氧组件5的氧气流4和含碳能量载流3(在该情况下，其具体是天然气流)进料至合成气反应器组件6以获得合成气流7。该产氧组件5原则上是任意的系统或装置，其具体从流体——即，从液体或气体、或从液体混合物或气体混合物中——获得分子氧。特别是，这可以通过将含氧流体裂解成其成分来进行。特别是，如在图1的示例性实施方式中，该产氧组件5可以是用于从空气中获得分子氧的空气分离单元(ASU)。该产氧组件5和合成气反应器组件6包括在所提议的组合生产甲醇1和氨2的系统中。由于从产氧组件5获得氧气流4，氧气流4具有氧气作为其主要成分。在任意情况下，氧气流4的氧气分数超过环境空气的氧气分数，并且氧气流4的氮气分数小于环境空气中的氮气分数。优选地，氧气流4的氧气分数为至少80％，更优选至少90％，特别是至少95％。氧气流4还可以基本由氧气构成，其中，特别是在氧气流4中可能存在小部分的氮气和稀有气体。根据建议，合成气流7包括氢气和碳氧化物，即，一氧化碳和二氧化碳。在该情况下，可以在提供现有技术中已知的氧气流4的同时用合成气生产方法从产氧组件5获得合成气流7。合成气生产的优选类型如下文所述。此外，合成气流7还可以包含小部分的其它物质，例如甲烷、氮气和惰性气体，优选各自的摩尔分数小于10％。根据所提议的方法，将合成气流7进料至甲醇反应器组件8以部分转化为甲醇1，并且获得来自甲醇反应器组件8的残余气流9。特别是，部分转化为甲醇1可以是催化进行。残余气流9可以包括甲醇以及合成气流7的未反应成分，即，特别是氢和碳氧化物。甲醇反应器组件8也包含在所提议的系统中。然后，所提议的方法进一步提供：由残余气流9获得含氢流10，将含氢流10至少部分、优选基本完全进料至氨反应器组件11(所述氨反应器组件11也包括在所提议的系统中)，并且至少部分、同样优选基本完全转化为氨2。转化为氨2也可以是催化进行。现在，所提议的方法的特征是：在富集步骤中，使得在进料至甲醇反应器组件8之前，从合成气体反应器组件6获得的合成气流7中氢气的摩尔分数相对于碳氧化物的摩尔分数增加。换言之，相对于合成气流7中碳氧化物的摩尔分数，在富集步骤之后合成气流7中的氢气的摩尔分数大于富集步骤之前，相对于所述过程，富集步骤在合成气反应器组件6和甲醇反应器组件8之间发生。原则上，合成气流7中涉及分子氢(H2)的该氢气的富集可以任意方式进行。另一方面，可以将额外的氢进料至合成气流7。因此，优选通过、特别是仅通过将氢气进料至合成气流7来使氢气的摩尔分数增加。另一方面，也可以从合成气流7去除碳氧化物。因此，优选通过、特别是仅通过从合成气流7至少部分去除碳氧化物(即，具体是一氧化碳和/或二氧化碳)来使氢气的摩尔分数增加。优选的构造提供了：在富集步骤中从合成气流7至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合生产甲醇(1)和氨(2)的方法，其中，将含碳能量载流(3)和来自产氧组件(5)的氧气流(4)进料至合成气反应器组件(6)以获得具有氢气和碳氧化物的合成气流(7)，其中，将合成气流(7)进料至甲醇反应器组件(8)以部分转化为甲醇(1)，并且其中，从甲醇反应器组件(8)获得残余气流(9)，从残余气流(9)获得含氢流(10)，所述含氢流(10)至少部分进料至氨反应器组件(11)，并且在氨反应器组件(11)处至少部分转化为氨(2)，其特征在于，在富集步骤中，使得在进料至甲醇反应器组件(8)之前，从合成气反应器组件(6)获得的合成气流(7)中的氢气摩尔分数相对于碳氧化物摩尔分数增加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.16 EP 16199136.9;2017.05.02 EP 17169058.91.一种组合生产甲醇(1)和氨(2)的方法，其中，将含碳能量载流(3)和来自产氧组件(5)的氧气流(4)进料至合成气反应器组件(6)以获得具有氢气和碳氧化物的合成气流(7)，其中，将合成气流(7)进料至甲醇反应器组件(8)以部分转化为甲醇(1)，并且其中，从甲醇反应器组件(8)获得残余气流(9)，从残余气流(9)获得含氢流(10)，所述含氢流(10)至少部分进料至氨反应器组件(11)，并且在氨反应器组件(11)处至少部分转化为氨(2)，其特征在于，在富集步骤中，使得在进料至甲醇反应器组件(8)之前，从合成气反应器组件(6)获得的合成气流(7)中的氢气摩尔分数相对于碳氧化物摩尔分数增加。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在富集步骤中，从合成气流(7)中至少部分去除二氧化碳，优选将合成气流(7)的至少一个分流进料至二氧化碳洗涤部(12)以部分去除二氧化碳，特别是进料至甲醇反应器组件(8)的合成气流(7)的二氧化碳摩尔分数为至多3％。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在富集步骤中，将合成气流(7)的至少一个分流(13)、特别是另外的分流(13)进料至变换转化部(14)，其中，一氧化碳通过与水蒸气的反应至少部分转化成氢气和二氧化碳，优选地，相对于所述过程，将分支至变换转化部(14)的分流(13)设置在二氧化碳洗涤部(12)的上游，更优选地，进料至变换转化部(14)的分流(13)随后进料至二氧化碳洗涤部(12)。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，变换转化部(14)基本专门进行高温水气变换反应，优选在至少450℃下进行，进一步优选进料至变换转化部(14)的分流(13)、特别是其它分流(13)的合成气流(7)中的摩尔分数适用于调整由转化获得的甲醇(1)与由转化获得的氨(2)的比率。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，进料至甲醇反应器组件(8)的合成气流(7)中的一氧化碳基本完全转化为甲醇(1)，使得残余气流(9)中的一氧化碳摩尔分数为至多4％。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，甲醇反应器组件(8)具有用于甲醇(1)合成的第一反应器阶段(16a)以及用于甲醇(1)合成的第二反应器阶段(16b)，使得进料至甲醇反应器组件(8)的合成气流(7)进料至第一反应器阶段(16a)，并且使得来自第一反应器阶段(16a)的未反应残余气体(17)进料至第二反应器阶段(16b)，优选使第一流体进料至第一反应器阶段(16a)以使其冷却和/或使得第二流体进料至第二反应器阶段(16b)以使其冷却，特别是，第一反应器阶段(16a)以等温方式进行操作，并且/或者，第二反应器阶段(16b)以等温方式进行操作。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进料至第二反应器阶段(16b)的未反应残余气体(17)大致包含来自第一反应器阶段(16a)的所有未反应碳氧化物，优选合成气流(7)的碳氧化物仅通过第一反应器阶段(16a)一次。8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，残余气流(9)基本包含来自第二反应器阶段(16b)的所有未反应碳氧化物，优选碳氧化物仅通过第二反应器阶段(16b)一次。9.如权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，相对于所述过程，将第一冷凝阶段(18a)设置在第一反应器阶段(16...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里希·科斯，迪尔克·穆勒，乌尔里希·瓦格纳，
申请(专利权)人：盖斯康泰克技术有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE