一种提高二氧化碳制甲醇转化率的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种提高二氧化碳制甲醇转化率的装置及方法，包括第一反应器、第二反应器第一气气换热器、第一冷却器、第一分离器、第二气气换热器、第二冷却器、第二分离器。本发明专利技术采用两级反应器串联流程，副产不同规格的蒸汽，第一反应器出口增加冷却和分液装置，降低第二反应器入口的醇分压和水分压，有利于提高第二反应器甲醇转化率，将二氧化碳和氢气梯级反应加入级间分液装置，有利于最大化提高整个装置的转化率，将反应器未反应的气体分离进入合成反应器循环使用，有利用提高二氧化碳总碳转化率，将新鲜合成气通过旁路引入第二反应器，在反应中末期第一反应器催化剂活性降低时，将反应后移到第二反应器，从而保证整个装置的转化率和产量。率和产量。率和产量。

【技术实现步骤摘要】
一种提高二氧化碳制甲醇转化率的装置及方法


[0001]本专利技术涉及化工生产
，具体指一种提高二氧化碳制甲醇转化率的装置及方法。

技术介绍

[0002]二氧化碳是一种常见的温室气体，在我国工业领域，尤其是依赖于煤炭资源的产业，每年有大量的CO2产生。
[0004]诺贝尔化学奖获得者乔治
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安德鲁
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欧拉于2005年提出了“甲醇经济”的概念，甲醇经济可作为应对油气时代过后能源问题的一条解决途径。他认为，以可再生能源制氢，再利用二氧化碳合成甲醇，甲醇可以直接用作燃料，或者通过甲醇制汽油(MTG)、甲醇制芳烃(MTA)、甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制丙烯(MTP)过程合成燃料或化学品，是具有前景的技术。
[0005]目前，国内多家科研院所、院校对CO2制甲醇催化剂和CO2制甲醇技术进行研发，已经趋于成熟，对国家碳达峰和碳中和目标起到积极推进作用。相较于一氧化碳制甲醇来说，二氧化碳制甲醇主要依赖于催化剂的使用及反应温度的控制。
[0006]现有催化剂制备技术，已经可以实现二氧化碳制甲醇的工业化需求。例如，公开号为CN110975938A的专利申请公布了一种用于二氧化碳加氢制甲醇的催化剂及其制备方法，采用骨架改性的金属有机骨架材料MIL
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101(Cr)
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NH2作为载体，利用MIL
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101(Cr)的孔道结构的择型选择性，提高甲醇的选择性；同时MIL
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101(Cr)具有高比表面积，对CO2具有很高的吸附量，有效提高了CO2的催化选择性。公告号为CN110833843B的中国专利技术专利公开了一种二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其将二硫化钼作为二氧化碳加氢合成甲醇催化剂的主要成分，这种二氧化碳加氢制甲醇催化剂具有价格低廉、操作简便、二氧化碳转化率高、产物中甲醇选择性高、稳定性好等特点。
[0007]公开号为CN105622344A的专利申请公布了一种二氧化碳制甲醇工艺，采用单级反应器，氢碳比（H2/CO2）为2.0~3.0，采用CO2逆水汽变换、合成甲醇反应以及气体再循环流程。公开号为CN113045383A的专利申请，采用单级反应器，氢碳比(H2+CO)/(CO+CO2)是3.05至3.1，该工艺引入CO，所以接近传统甲醇制造工艺。现有二氧化碳制甲醇工艺，多采用一级反应器，加冷却分离的流程，总碳转化率低，装置能耗大，产品甲醇含量低，后续精馏的负荷较大，综合能耗高。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种总碳转化率高、装置总能耗低的提高二氧化碳制甲醇转化率的装置。
[0009]本专利技术所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种总碳转化率高、装置总能耗低的提高二氧化碳制甲醇转化率的方法。
[0010]本专利技术解决至少一个上述技术问题所采用的技术方案为：一种提高二氧化碳制甲醇转化率的装置，包括：
第一反应器，供二氧化碳制甲醇进行反应；所述第一反应器的顶部开有供原料气输入的入口、底部开有供第一反应产物输出的出口；第二反应器，供二氧化碳制甲醇进行进一步反应；所述第二反应器的顶部开有供反应原料输入的入口、底部开有供第二反应产物输出的出口；第一气气换热器，连接于所述第一反应器的出口处；第一冷却器，与所述第一气气换热器的第一出口相连接；第一分离器，连接于第一冷却器的下游，用于将第一反应器输出的第一反应产物进行气液分离；所述第一分离器的顶部出口与第一气气换热器的入口相连接，所述第一气气换热器的第二出口与第二反应器的入口相连接；第二气气换热器，连接于第二反应器的出口处；第二冷却器，与所述第二气气换热器的第三出口相连接；以及第二分离器，连接于第二冷却器的下游，用于将第二反应器输出的第二反应产物进行气液分离；所述第二分离器的顶部出口与第二气气换热器的入口相连接，所述第二气气换热器的第四出口与第一反应器的入口相连接。
[0011]优选地，所述第二气气换热器的入口上连接有进料管线，所述第二分离器顶部产出的气相作为循环气通过第一接点输入该进料管线中，新鲜合成气通过第二接点输入该进料管线中。
[0012]优选地，所述第一气气换热器的第二出口与第二反应器入口之间连接有回流管线，所述进料管线与回流管线之间连接有旁线，且该旁线上设置有用于根据温度控制其开度大小的阀门。
[0013]从以下反应式可以看出：二氧化碳制甲醇是放热反应，二氧化碳制甲醇比传统的一氧化碳制甲醇耗氢多、生成的水也多，生成一份子甲醇就同时产生一份子水，根据化学反应动力学的特点，水多会抑制甲醇反应正向进行，所以，如果在反应过程中及时排水和甲醇，并且降低反应温度，提高二氧化碳和氢气浓度，都可以有效地推动整个反应向甲醇的生成方向进行，提高甲醇产率。
[0014]CO2+3H2≒CH3OH+H2OCO+2H2≒CH3OH本专利技术将部分新鲜气直接引入第二反应器入口，降低第二反应器的入口温度，提高二氧化碳和氢气分压，有利于提高第二反应器入口推动力，从而进一步提高第二反应器内甲醇转化率。
[0015]优选地，所述旁线与进料管线的连接处位于第一接点与第二接点之间。
[0016]优选地，所述新鲜合成气的输入处设置有第一压缩机，所述循环气的输入处设置有第二压缩机。
[0017]优选地，所述第一反应器的顶部连接有1#汽包，所述第二反应器的底部连接有2#汽包，所述1#汽包与2#汽包之间相互连通且设置有供锅炉水输入的管道。
[0018]一种提高二氧化碳制甲醇转化率的方法，包括以下步骤：新鲜合成气在第一反应器的高温下、在催化剂存在下进行反应，生成含有甲醇的第一反应产物，第一反应产物中含有大量的未反应气二氧化碳和氢气；使第一反应产物降温后进行第一次分离，在第一分离器中分离成气相和液相，液
相为甲醇和水、进入下游精馏系统，气相主要为未反应的二氧化碳和氢气、进入第二反应器继续反应，得到第二反应产物；第二反应物的甲醇浓度大于第一反应产物；第一反应产物降温后进行第一次分离，在第一分离器中分成气相和液相，工艺气中甲醇含量从2~6%（moL）降低到1~2.5%（moL），水含量从2~6%（moL）降低到0.5~2%（moL），第二反应器入口工艺气中醇分压2~6%（moL）降低到1~2.5%（moL）和水分压从2~6%（moL）降低到0.5~2%（moL），第二反应器内反应推动力增高，未反应的二氧化碳和氢气继续参与反应，生成含有甲醇的第二反应产物，与提高整个甲醇合成系统的二氧化碳转化率和甲醇产率。
[0019]本专利技术采用双级甲醇可以将甲醇合成系统的CO2单程转化率从传统的10~20%提高到15~35%，采用未反应工艺气加压循环流程，将CO2总转化率从单程转化率10~20%提高到80~95%。
[0020]优选地，所述第一反应器进口温度为230 ~ 280℃，用于产生高等级蒸汽；所述第一反应器的出口温度为250 ~ 300℃，用于预热第二反应器入口温度。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高二氧化碳制甲醇转化率的装置，其特征在于包括：第一反应器，供二氧化碳制甲醇进行反应；所述第一反应器的顶部开有供原料气输入的入口、底部开有供第一反应产物输出的出口；第二反应器，供二氧化碳制甲醇进行反应；所述第二反应器的顶部开有供反应原料输入的入口、底部开有供第二反应产物输出的出口；第一气气换热器，连接于所述第一反应器的出口处；第一冷却器，与所述第一气气换热器的第一出口相连接；第一分离器，连接于第一冷却器的下游，用于将第一反应器输出的反应液进行气液分离；所述第一分离器的顶部出口与第一气气换热器的入口相连接，所述第一气气换热器的第二出口与第二反应器的入口相连接；第二气气换热器，连接于第二反应器的出口处；第二冷却器，与所述第二气气换热器的第三出口相连接；以及第二分离器，连接于第二冷却器的下游，用于将第二反应器输出的反应液进行气液分离；所述第二分离器的顶部出口与第二气气换热器的入口相连接，所述第二气气换热器的第四出口与第一反应器的入口相连接。2.根据权利要求1所述的提高二氧化碳制甲醇转化率的装置，其特征在于：所述第二气气换热器的入口上连接有进料管线，所述第二分离器顶部产出的气相作为循环气通过第一接点输入该进料管线中，新鲜合成气通过第二接点输入该进料管线中。3.根据权利要求2所述的提高二氧化碳制甲醇转化率的装置，其特征在于：所述第一气气换热器的第二出口与第二反应器入口之间连接有回流管线，所述进料管线与回流管线之间连接有旁线，且该旁线上设置有用于根据温度控制其开度大小的阀门。4.根据权利要求3所述的提高二氧化碳制甲醇转化率的装置，其特征在于：所述旁线与进料管线的连接处位于第一接点与第二接点之间。5.根据权利要求2所述的提高二氧化碳制甲醇转化率的装置，其特征在于：所述新鲜合成气的输入处设置有第一压缩机，所述循环气的输入处设置有第二压缩机。6.根据权利要求1 ~ 4中任一权利要求所述的提高二氧化碳制甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾英，陈金锋，耿淑远，刘泽远，
申请(专利权)人：中石化宁波技术研究院有限公司中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：