【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于甲醇合成，尤其是涉及二氧化碳和氢气合成甲醇的方法及系统。
技术介绍
1、随着社会的不断发展，人类所排放的温室气体不断增加，造成的温室效应不断加剧；作为主要温室气体的二氧化碳，其在大气中含量的提高是造成全球气候变暖的主要原因之一。二氧化碳减排是目前世界各国所急需面对和解决的重大问题之一。
2、我国的碳排放规模巨大且增长速度快，2020年我国的碳排放年增长率是3.4％，这不仅高于过去10年平均增长2.4％的平均水平，也高于同期碳排放增长0.5％的水平。面对严峻形势，我国正在大力推动绿色低碳发展，推动经济的绿色低碳转型，进一步塑造“低碳未来”。2020年，我国提出“双碳”目标，即二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。碳达峰、碳中和已成为我国发展的重要战略之一。
3、随着“双碳”目标的提出，二氧化碳的化学利用引起了业界广泛关注，许多化工企业正加快步伐开发新的技术，促进二氧化碳的资源化利用。比如以二氧化碳为原料生产尿素、水杨酸、甲醇、聚碳酸酯等高分子材料、清洁燃料等产品。其中，二氧化碳加氢转化被普遍认为是最重要的二氧化碳减排方法，有利于能源与环境的可持续发展。二氧化碳加氢转化不仅能降低大气中二氧化碳的含量，同时还能得到燃料和有价值的化工产品。二氧化碳是廉价、安全、可再生的碳源，是碳一化工的基本原料，可以用来生产有机化合物、材料和碳水化合物。但在工业上，二氧化碳并没有得到广泛的应用，主要是受二氧化碳的热力学稳定性所制约。诺贝尔化学奖得主、著名有机化学家乔治·奥拉曾提出，
4、二氧化碳加氢制甲醇主要存在直接法和间接法两条路线。所谓直接法即是直接将二氧化碳加氢制备甲醇，该法由于受到热力学平衡限制，二氧化碳平衡转化率在20％-30％，甲醇平衡收率≤20％，其优点是工艺流程简单，反应条件温和；间接法是先将二氧化碳通过逆水煤气变换生成一氧化碳，然后将一氧化碳、二氧化碳和氢气合成甲醇，该路线可打破平衡限制，二氧化碳平衡转化率在≥45％，甲醇平衡收率≥40％。
5、cn101386564b介绍了一种氢气和二氧化碳合成甲醇的工艺方法，该法将两个相同的反应器进行串联，通过铜基催化剂将氢气和二氧化碳直接合成甲醇，在第一反应器中，氢气和二氧化碳在铜基催化剂作用下反应得到甲醇、水、一氧化碳等产物，将第一反应产物进行冷凝、气液分离，含甲醇和水的液相物流作为产品被分离出，含一氧化碳、氢气、二氧化碳的气相物流进入第二反应器，在铜基催化剂作用下继续反应得到甲醇、水等产物，将第二反应产物进行冷凝、气液分离，含甲醇和水的液相物流作为产品被分离出，含一氧化碳、氢气、二氧化碳的气相物流返回至第一反应器，该法中两套反应系统相同。文献《carbon dioxidehydrogenation to form methanol via a reverse-water-gas-shift reaction》(ind.eng.chem.res.1999,38,1808-1802)介绍了一种二氧化碳加氢制甲醇的方法，该法采用间接法生产甲醇，主要包括两个等温反应器，在第一等温反应器中，二氧化碳进行逆水煤气变换反应生成一氧化碳，反应产物经过分离器除水后一部分循环返回至第一反应器，另一部分去第二等温反应器合成甲醇；第二反应产物经过气液分离后，液相粗甲醇产品去后续精馏塔进一步精制，未反应气体返回至第二反应器，循环利用。cn113045383a介绍了一种二氧化碳加氢制备甲醇的装置及工艺，该法包括至少三级串联的甲醇制备单元，每级甲醇制备单元包括预热器、甲醇合成塔、甲醇水冷器、甲醇分离器，原料混合气经过预热后进入甲醇合成塔进行反应，反应产物经过换热降温、甲醇水冷器冷却后进入甲醇分离器，甲醇分离器的气相出料进入下一级甲醇制备单元的预热器，以一级甲醇制备单元相同的工艺流程继续完成第二级和第三级的制备过程，得到甲醇水产品。现有技术中二氧化碳加氢直接合成甲醇反应存在气体循环量大、热量利用不充分的问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足提供了二氧化碳和氢气合成甲醇的方法及系统。通过新的方法合成甲醇，具有反应气体循环量小、热量利用效果好的特点。
2、为此，本专利技术第一方面提供了二氧化碳和氢气合成甲醇的方法，包括：将二氧化碳、氢气混合作为反应进料经第一反应步骤，反应后得到的第一反应出料经分离后得到第一甲醇产物和第一气相物料，所述第一气相物料经第二反应步骤，反应后得到的第二反应出料经分离后得到第二甲醇产物和第二气相物料；所述第一反应出料在分离前分别与第一反应步骤、第二反应步骤的反应进料进行换热。
3、在本专利技术的一些实施方式中，所述第二反应出料在分离前分别与第一反应步骤、第二反应步骤的反应进料进行换热。
4、在本专利技术的一些实施方式中，所述第一反应步骤与第二反应步骤为绝热反应或等温反应。
5、在本专利技术的一些实施方式中，第一反应步骤与第二反应步骤为不同的反应。
6、在本专利技术的一些实施方式中，所述第一反应步骤为绝热反应，所述第二反应步骤为等温反应。
7、在本专利技术的一些实施方式中，所述第一反应步骤的反应压力为5.0-9.0mpag。
8、在本专利技术的一些实施方式中，所述第二气相物料作为循环气返回第一反应步骤。
9、在本专利技术的一些实施方式中，所述第二气相物料的一部分作为循环气返回第一反应步骤。
10、在本专利技术的一些实施方式中，所述第二气相物料的体积百分比96％以上作为循环气。
11、在本专利技术的一些实施方式中，作为循环气的所述第二气相物料与二氧化碳进料的质量比值为1.5-3，优选为1.8-2.7。
12、在本专利技术的一些实施方式中，所述第二气相物料的另一部分作为驰放气排出。
13、在本专利技术的一些实施方式中，所述第一反应出料在分离前分成两股第一反应出料；第一股所述第一反应出料与第一反应步骤的第一反应进料进行换热，第二股所述第一反应出料与第二反应步骤的第二反应进料进行换热。
14、在本专利技术的一些实施方式中，第一股所述第一反应出料的质量流量与第一反应出料的总质量流量比值为0.25-0.75，优选为0.3-0.7。
15、在本专利技术的一些实施方式中，所述第二反应出料在分离前分成两股第二反应出料；第一股所述第二反应出料与第二反应步骤的第二反应进料进行换热，第二股所述第二反应出料与第一反应步骤的第一反应进料进行换热。
16、在本专利技术的一些实施方式中，第一股所述第二反应出料的质量流量与第二反应出料的总质量流量比值为0.25-0.75，优选为0.3-0.7。
17、在本专利技术的一些实施方式中，所述反应进料中氢气与二氧化碳的摩尔比值为3-3.5，例如为3。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.二氧化碳和氢气合成甲醇的方法，其特征在于，包括：将二氧化碳、氢气混合作为反应进料经第一反应步骤，反应后得到的第一反应出料经分离后得到第一甲醇产物和第一气相物料，所述第一气相物料经第二反应步骤，反应后得到的第二反应出料经分离后得到第二甲醇产物和第二气相物料；所述第一反应出料在分离前分别与第一反应步骤、第二反应步骤的反应进料进行换热；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一反应步骤与第二反应步骤为绝热反应或等温反应，优选第一反应步骤与第二反应步骤为不同的反应；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二气相物料作为循环气返回第一反应步骤；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一反应出料在分离前分成两股第一反应出料；第一股所述第一反应出料与第一反应步骤的第一反应进料进行换热，第二股所述第一反应出料与第二反应步骤的第二反应进料进行换热；优选地，第一股所述第一反应出料的质量流量与第一反应出料的总质量流量比值为0.25-0.75，优选为0.3-0.7；
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述绝热反应步骤的进料温度为220-260℃；和/或，所述等温反应步骤的进料温度为220-290℃；
8.二氧化碳和氢气合成甲醇的系统，其特征在于，包括：连通连接的绝热反应器和等温反应器，所述绝热反应器连通连接有第一出料管线和第二出料管线，第一出料管线和第二出料管线远离绝热反应器一端分别与绝热反应出料混合管线相连通连接；所述第一出料管线与绝热反应器的进料管线之间设置有绝热反应第二换热器；和/或，所述第二出料管线与等温反应器的进料管线之间设置有等温反应第二换热器；
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括；所述绝热反应器通过绝热反应出料混合管线与绝热反应气液分离罐相连通连接；和/或，所述等温反应器通过等温反应出料管线与等温反应气液分离罐相连通连接；
10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述绝热反应器为轴向或径向绝热固定床反应器；和/或，所述等温反应器为等温列管式固定床反应器。
...【技术特征摘要】
1.二氧化碳和氢气合成甲醇的方法，其特征在于，包括：将二氧化碳、氢气混合作为反应进料经第一反应步骤，反应后得到的第一反应出料经分离后得到第一甲醇产物和第一气相物料，所述第一气相物料经第二反应步骤，反应后得到的第二反应出料经分离后得到第二甲醇产物和第二气相物料；所述第一反应出料在分离前分别与第一反应步骤、第二反应步骤的反应进料进行换热；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一反应步骤与第二反应步骤为绝热反应或等温反应，优选第一反应步骤与第二反应步骤为不同的反应；
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二气相物料作为循环气返回第一反应步骤；
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一反应出料在分离前分成两股第一反应出料；第一股所述第一反应出料与第一反应步骤的第一反应进料进行换热，第二股所述第一反应出料与第二反应步骤的第二反应进料进行换热；优选地，第一股所述第一反应出料的质量流量与第一反应出料的总质量流量比值为0.25-0.75，优选为0.3-0.7；
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述反应进料中氢气与二氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，王启华，卢和泮，何志，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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