一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲醇系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲醇系统及其方法，所述甲醇制备方法经过合成气制备、甲醇合成和甲醇纯化三个工段后，制备出高纯度的甲醇产品；所述甲醇合成工段中引入了卡琳娜循环技术，实现了低品位的热源向高品位的电能的转化，有效回收利用了余热；所述合成气制备工段和甲醇合成工段引入了热集成技术，充分利用了两个工段的余热。本发明专利技术的甲烷混合重整制甲醇工艺热力学效率高，能耗低，操作费用少，碳排放少，效率高，充分利用卡琳娜循环和热集成技术回收余热，并且实现了低品位能源向电能的转化，达到了经济环保的目的。达到了经济环保的目的。达到了经济环保的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲醇系统及其方法


[0001]本专利技术属于二氧化碳资源化利用和甲醇的节能生产方法。

技术介绍

[0002]化石燃料的过度使用产生了大量的温室气体，导致的温室效应已成为当前全球环境面临的最大问题。在所有人为排放的温室气体中，二氧化碳是最主要的贡献者，占比高达76％。为了减少二氧化碳的排放，将其作为原料用于各种工业生产，在减少排放的同时生产具有附加值的化学品是一种有效的节能减排策略。在各种二氧化碳的工业应用途径中，以二氧化碳为原料生产甲醇被认为是一种最有效的方式。甲醇是继乙烯和丙烯之后的全球第三大有机基础化学品，其年产量巨大、用途广泛，随着我国工业的不断发展，对甲醇的需求将大幅增长。
[0003]以天然气(甲烷)为原料的甲醇生产工艺包括空分制氧、天然气纯化、甲烷重整制合成气、甲醇合成、甲醇精馏纯化等步骤，其中空分制氧、天然气纯化、甲醇合成、甲醇精馏纯化的生产工艺已经比较成熟。而目前甲烷重整制合成气主要有以下三个工艺：甲烷水蒸汽重整，甲烷干重整和甲烷混合重整。其中，甲烷水蒸汽重整应用最为广泛，但反应的化学计量比决定了甲烷水蒸汽重整会产生过量的氢气。甲烷干重整工艺使用二氧化碳代替蒸汽，因而可以消耗更多的二氧化碳，然而，甲烷干重整也存在着以下局限性：第一，二氧化碳会因歧化反应和分解反应在催化剂上积碳，导致催化剂的失活。第二，与甲烷水蒸汽重整相比，甲烷干重整反应需要吸收更多的热量，因而反应的能耗更高。第三，甲烷干重整制备的合成气中氢气含量不足，会影响甲醇的产量。在甲烷混合重整过程中，同时发生甲烷水蒸汽重整和甲烷干重整反应，可以克服甲烷水蒸汽重整和甲烷干重整工艺的缺点，因而工业应用前景广阔。
[0004]现有技术中，通过混合重整反应将天然气中的甲烷转化为合成气，将其余热回收后并经过冷却器冷却后送入闪蒸器中实现合成气和水的分离，闪蒸器顶部出口的合成气经过三级压缩机压缩再经过加热器预热后送入甲醇制备反应器进行反应，制备出粗甲醇产品，对甲醇合成反应器出口的粗甲醇产品进行余热回收后依次送入两个闪蒸器中分别实现不溶性气体和溶于甲醇的气体与粗甲醇的分离，再将粗甲醇送入预热器预热后送入精馏塔中制备出甲醇产品。为降低系统能耗，工艺将合成气制备反应器出口高温合成气的能量回收制备中压蒸汽，并用甲醇合成反应器出口的高温粗甲醇产品预热合成气进料。为增加甲醇产量并降低甲醇合成反应器的体积，工艺将混合重整反应器合成气中的二氧化碳分离并循环回混合重整反应器进口。该工艺的优点是二氧化碳利用率高、甲醇产量高，缺点是能耗仍然较高，效率较低，造成碳排放量高。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲
醇系统及方法，其特征在于:
[0006]具有三个进气口的混合阀I的出口通过管道接入换热器HX1的第一流道。所述三个进气口分别通入二氧化碳、甲烷、水蒸汽气源。
[0007]所述换热器HX1的第一流道的出口通过管道接入预热器H1。系统中的全部换热器均至少包括两个流道，运行时，两种不同温度的物质分别流经两个流道，从而进行热交换。
[0008]所述预热器H1的出口通过管道接入合成气制备反应器R1的入口。
[0009]所述合成气制备反应器R1的出口通过管道接入换热器HX1的第二流道。
[0010]所述换热器HX1的第二流道的出口通过管道接入换热器HX2的第二流道。
[0011]所述换热器HX2的第二流道的出口通过管道接入冷凝器C1。
[0012]所述冷凝器C1的出口通过管道接入闪蒸罐F1。
[0013]系统运行时，所述闪蒸罐F1内进行气液体分离，液体通过管道排放，气体出口通过管道接入压缩机CP2。
[0014]所述压缩机CP2的压缩气体出口通过管道接入混合阀II。所述混合阀还有一个入口接入循环回用气源。
[0015]所述混合阀II的出口通过管道接入换热器HX4的第二流道。
[0016]所述换热器HX4的第二流道的出口通过管道接入换热器HX2的第一流道。
[0017]所述换热器HX2的第一流道的出口通过管道接入预热器H2。
[0018]所述预热器H2的的出口通过管道接入甲醇合成反应器R2。
[0019]所述反应器R2的出口通过管道接入换热器HX3的第一流道。
[0020]所述换热器HX3的第一流道的出口通过管道接入冷凝器C2。
[0021]所述冷凝器C2的出口通过管道接入闪蒸罐F2。
[0022]系统运行时，所述闪蒸罐F2内将不溶于甲醇的气体和甲醇分离。输出经闪蒸罐F2分离后的不溶于甲醇的气体的管道接入分流器S。
[0023]输出经闪蒸罐F2分离后的甲醇的管道接入闪蒸罐F3中。
[0024]系统运行时，分流器S将惰性气体分离排出，输出剩余气体的管道接入混合阀II，将剩余气体作为输入混合阀II的循环回用气源。
[0025]系统运行时，闪蒸罐F3中分离溶于甲醇的杂质。输出经闪蒸罐F3分离后的溶于甲醇的杂质的管道接入混合阀III。输出经闪蒸罐F3分离后的甲醇的管道接入预热器H3。
[0026]所述预热器H3的出口通过管道接入精馏塔T1中。
[0027]输出所述精馏塔T1的塔顶蒸汽的管道接入混合阀III。
[0028]输出所述精馏塔T1的塔顶馏出物流的管道采出甲醇。
[0029]输出所述精馏塔T1的塔底物流的管道接入废水处理系统。
[0030]所述混合阀III的进口接入来自于精馏塔T1、闪蒸罐F3和CO2原料气源储存装置的管道。所述混合阀III的出口接入压缩机CP1。
[0031]所述压缩机CP1的出口通过输出二氧化碳的管道接入混合阀I的进气口。
[0032]升压泵P的出口通过管道接入冷凝器C3。
[0033]所述冷凝器C3的出口通过管道接入换热器HX3的第二流道。
[0034]换热器HX3的第二流道的出口通过管道接入闪蒸罐F4。
[0035]系统运行时，所述闪蒸罐F2内将工作流体氨水进行气液相分离。输出气相氨水的
管道接入涡轮机CP3进行发电。输出液相氨水的管道接入换热器HX4的第一流道。
[0036]所述涡轮机CP3的出口通过管道接入混合阀IV。
[0037]所述换热器HX4的第一流道的出口通过管道接入泄压阀V3。
[0038]所述泄压阀V3的出口通过管道接入混合阀IV。
[0039]所述混合阀IV的出口通过管道接入空冷器HX5的入口。
[0040]所述空冷器HX5的出口通过管道接入升压泵P。
[0041]进一步，所述合成气制备反应器R1的管子数目为2000～3000，管子长度为11～14m，直径为0.05～0.07m，催化剂装填量为880～900kg，床层孔隙率为0.45～0.60。
[0042]进一步，所述甲醇合成反应器R2管子数目为6000～9000，管子长度为6～8m，直径为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲醇系统，其特征在于:具有所述三个进气口的混合阀I的出口通过管道接入换热器HX1的第一流道；所述三个进气口分别通入二氧化碳、甲烷、水蒸汽气源；所述换热器HX1的第一流道的出口通过管道接入预热器H1；所述预热器H1的出口通过管道接入合成气制备反应器R1的入口；所述合成气制备反应器R1的出口通过管道接入换热器HX1的第二流道；所述换热器HX1的第二流道的出口通过管道接入换热器HX2的第二流道；所述换热器HX2的第二流道的出口通过管道接入冷凝器C1；所述冷凝器C1的出口通过管道接入闪蒸罐F1；系统运行时，所述闪蒸罐F1内进行气液体分离，液体通过管道排放，气体出口通过管道接入压缩机CP2；所述压缩机CP2的压缩气体出口通过管道接入混合阀II；所述混合阀还有一个入口接入循环回用气源；所述混合阀II的出口通过管道接入换热器HX4的第二流道；所述换热器HX4的第二流道的出口通过管道接入换热器HX2的第一流道；所述换热器HX2的第一流道的出口通过管道接入预热器H2；所述预热器H2的的出口通过管道接入甲醇合成反应器R2；所述反应器R2的出口通过管道接入换热器HX3的第一流道；所述换热器HX3的第一流道的出口通过管道接入冷凝器C2；所述冷凝器C2的出口通过管道接入闪蒸罐F2；系统运行时，所述闪蒸罐F2内将不溶于甲醇的气体和甲醇分离；输出经闪蒸罐F2分离后的不溶于甲醇的气体的管道接入分流器S；输出经闪蒸罐F2分离后的甲醇的管道接入闪蒸罐F3中；系统运行时，分流器S将惰性气体分离排出，输出剩余气体的管道接入混合阀II，将剩余气体作为输入混合阀II的循环回用气源；系统运行时，闪蒸罐F3中分离溶于甲醇的杂质；输出经闪蒸罐F3分离后的溶于甲醇的杂质的管道接入混合阀III；输出经闪蒸罐F3分离后的甲醇的管道接入预热器H3；所述预热器H3的出口通过管道接入精馏塔T1中；输出所述精馏塔T1的塔顶蒸汽的管道接入混合阀III；输出所述精馏塔T1的塔顶馏出物流的管道采出甲醇；输出所述精馏塔T1的塔底物流的管道接入废水处理系统。所述混合阀III的进口接入来自于精馏塔T1、闪蒸罐F3和CO2原料气源储存装置的管道；所述混合阀III的出口接入压缩机CP1；所述压缩机CP1的出口通过输出二氧化碳的管道接入混合阀I的进气口；升压泵P的出口通过管道接入冷凝器C3；所述冷凝器C3的出口通过管道接入换热器HX3的第二流道；换热器HX3的第二流道的出口通过管道接入闪蒸罐F4；系统运行时，所述闪蒸罐F2内将工作流体氨水进行气液相分离；输出气相氨水的管道接入涡轮机CP3进行发电；输出液相氨水的管道接入换热器HX4的第一流道；
所述涡轮机CP3的出口通过管道接入混合阀IV；所述换热器HX4的第一流道的出口通过管道接入泄压阀V3；所述泄压阀V3的出口通过管道接入混合阀IV；所述混合阀IV的出口通过管道接入空冷器HX5的入口；所述空冷器HX5的出口通过管道接入升压泵P。2.根据权利要求1所述的一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲醇系统，其特征在于：所述合成气制备反应器R1的管子数目为2000～3000，管子长度为11～14m，直径为0.05～0.07m，催化剂装填量为880～900kg，床层孔隙率为0.45～0.60。3.根据权利要求1或2所述的一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲醇系统，其特征在于：所述甲醇合成反应器R2管子数目为6000～9000，管子长度为6～8m，直径为0.03～004m，催化剂密度为1.8～2.2kg/m3，床层孔隙率为0.45～0.60。4.根据权利要求1所述的一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲醇系统，其特征在于：所述精馏塔T1的塔板数为15～40。5.根据权利要求2或3所述的一种基于卡琳娜循环和热集成的节能型甲烷混合重整制甲醇系统，其特征在于：所述合成气制备反应器R1中的催化剂为Ni
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CeO2/MgAl2O4，所述合成反应器R2的催化剂为Cu/Zn...

【专利技术属性】
技术研发人员：李航，张莉梅，董立春，秦莉晓，罗阳发，王秋莲，李卓栋，姚潇涵，
申请(专利权)人：重庆市三峡水务渝北排水有限责任公司，
类型：发明
国别省市：