甲醇生产方法和相关设备技术

在甲醇合成方法中，其中使天然气和水蒸气在初级转化部分中反应以获得包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］、化学计量过剩的Ｈ↓［２］、和ＣＨ↓［４］的气体混合物，之后在合成部分中使所述气体混合物反应以获得甲醇，从所述合成部分排出包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］和ＣＨ↓［４］的气体混合物并将其输送到Ｈ↓［２］分离单元中以获得基本上由Ｈ↓［２］组成的第一气相和包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］和ＣＨ↓［４］并且基本上没有Ｈ↓［２］的第二气相，并且其中将包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］和ＣＨ↓［４］并且基本上没有Ｈ↓［２］的所述第二气相回收到所述初级转化部分中。

【技术实现步骤摘要】

在其最普遍的方面，本专利技术涉及从由天然气转化获得的包含二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和氢气(H2)的合成气生产甲醇的方法。特别是，本专利技术涉及包括如下步骤的这种类型的甲醇合成方法-将包含天然气的气流和包含水蒸气的气流输送到初级转化部分中，-在所述初级转化部分中使所述天然气和所述水蒸气反应以获得包含CO、CO2、化学计量过剩的H2、CH4的气体混合物，-将所述的包含CO、CO2、化学计量过剩的H2、CH4的气体混合物输送到甲醇合成部分中并使其反应以得到甲醇，-从所述合成部分排出包含CO、CO2、H2和CH4的气流。本专利技术还涉及实施上述方法的甲醇生产设备以及用以改进现有的甲醇生产设备的方法。已知在甲醇生产领域中，对于建立易于实施，允许以低的操作和投入成本以及低能耗的方式达到逐渐增加的高的生产能力的方法的需要在日益增加。
技术介绍
众所周知，甲醇生产方法包括在合成部分中使包含CO、CO2和H2的气体混合物(或合成气)反应以获得甲醇，所述气体混合物是从如上说明的天然气转化中依次获得的。能够以各种方法实现所述转化，但是其中在无需使用纯氧的情况下使天然气与水蒸气反应以得到上述气体混合物的普通转化方法是很常见的，因为制备它们相对简单并具有成本效益。这种转化方法也称作初级转化。尽管从某些观点看上述类型的甲醇生产方法具有优势，但其具有的严重缺陷是相对于转化成甲醇所需的化学计量的量，从初级转化获得的气体混合物包含基本上过量的H2。在从初级转化获得的气体混合物中的过量H2对甲醇合成部分产生负面的影响，因为过量H2导致需要制造尺寸更大的相应的装置和仪器，随之加重生产成本。而且，上述过量H2充当惰性气体，还使传送到合成反应器中的气体混合物参与更少的甲醇转化，为了能够不妨碍预定的生产能力，这种反应器必须具有更大的尺寸，从而加重反应器的制造和维护成本。最后但并非最不重要的是，在这种情况下甲醇生产还消耗更多的能量。还应该注意的是在上述类型的方法中，从合成部分排出包括化学计量过剩的H2的气流，通过冲洗所述气流预先分离甲醇，然后用作初级转化中的燃料。尽管一方面这允许至少部分回收所述气流的能含量，但另一方面无可挽回地损失了最初气体合成混合物的部分碳含量，这部分碳含量可以转化成甲醇并且在上述排出气流中以CO、CO2和少量CH4的形式与H2一起从合成部分出来。因此，显然该方法降低了实现这种甲醇生产方法的设备的生产能力。正是由于所列举的缺点，要实现根据目前的现有技术的甲醇生产方法需要高投入和高能耗，以致对甲醇的最终生产成本不利。本专利技术所要解决的技术问题是提供一种甲醇生产方法，所述甲醇生产方法易于实现，并允许以低的操作和投入成本以及低能耗的方式获得高的生产能力。
技术实现思路
上述类型的甲醇生产方法解决了这种技术问题，所述甲醇生产方法的特征在于包括以下步骤-从所述排出气流分离H2，得到基本上由H2组成的第一气相和包含CO、CO2和CH4并且基本上没有H2的第二气相，-回收所述的包含CO、CO2和CH4并且基本上没有H2的第二气相以在所述初级转化部分中转化。本专利技术以如下事实为基础惊奇地发现，通过从排出气流分离H2以获得富含包含碳，换句话说，主要包含CO和CO2的气体组分的气相，并且回收所述气相以进行初级转化，获得甲醇生产能力相对于上述已知方法的实质性提高，所有均以简单的方法、低操作和投入成本以及低能耗的方式进行的。确实，应该注意的是在本专利技术中，将排出气流的含碳气体组分，主要是CO和CO2以及最初包含于初始天然气中并在初级转化中没有转化的CH4，有利地回收以转化成甲醇，而不是如在已知方法中作为燃料使用。将所述排出气流的这些含碳气体组分回收到初级转化部分中，从而有利地增加将要进行初级转化的包含天然气的气流中的碳含量。具体而言，尽管有利地回收上述放出气流的CO和CO2以转化成甲醇，但在初级转化部分中，将包含于所述排出气流的CH4再次有利地进行转化，将其转化为CO和CO2从而恢复其转化成甲醇的潜力。通过介入转化和转移反应，所述排出气流的CO和CO2还使初级转化的产量增加。因此总的结果是相对于上述已知方法，在根据本专利技术的方法中从初级转化出来的气体合成混合物富含CO和CO2，换句话说，富含用于转化为甲醇的含碳气体。这使得化学计量过剩的H2减少，并增加甲醇合成部分的生产能力。采用根据本专利技术的方法获得的增加的生产能力还允许在保持产量相同的情况下减小甲醇合成部分的反应器、仪器和其它装置的尺寸，从而在此情况下实现低的操作和投入成本以及低能耗。还应该注意的是根据本专利技术的方法不排除从合成部分排出的过量氢气的能量回收，因为还可以将从排出气流分离的富含H2的气相回收到初级转化部分，以如上述已知方法中所用的相同方式作为燃料使用。在根据本专利技术的方法中，通过将所述排出气流输送到一种气体半渗透材料以实现H2从该排出气流的分离。优选在膜和分子筛之间选择所述气体半渗透材料。术语“膜”通常意指优先可渗透氢气的常规材料。另一方面，术语“分子筛”通常指包括具有能够优先吸收在气体混合物中包含的CO、CO2和CH4的微孔的所有常规材料。根据本专利技术的优选实施方案，为了在所述初级转化部分中转化，所述的包含CO、CO2和CH4并且基本上没有H2的第二气相的回收是通过如下步骤实现的 -将包含CO、CO2和CH4并且基本上没有H2的所述第二气相和所述的包含天然气的气流混合，和-将由所述混合得到的混合物输送到所述初级转化部分中。根据本专利技术的一个选择性实施方案，上述甲醇生产方法包括在将这种包含天然气的气流输送到初级转化部分以前，从所述的包含天然气的气流分离氮气的预备步骤。这种预备步骤可能是重要的，因为用于转化的天然气通常还包含显著量的氮气。以这种方式，防止将氮气引入甲醇生产设备，而将氮气引入甲醇生产设备肯定导致反应气的稀释效应，随之带来甲醇转化产量的降低。优选所述的氮气从上述包含天然气的气流的分离是通过将所述的包含天然气的气流输送到气体半渗透材料或者通过深冷分离而实现。优选在膜和分子筛之间选择所述气体半渗透材料。本专利技术还涉及一种甲醇生产设备，其包含-用于获得包含CO、CO2、化学计量过剩的H2、CH4的气体混合物的初级转化部分，-用于分别将包含天然气的气流和包含水蒸气的气流输送到所述初级转化部分中的连接装置，-用于获得甲醇的合成部分，-用于将所述的包含CO、CO2、化学计量过剩的H2、CH4的气体混合物输送到所述甲醇合成部分中的连接装置，-用于从所述合成部分排出包含CO、CO2、H2和CH4的气流的排出装置，所述设备的特征在于其包含-用于从所述排出气流分离H2的单元，-用于将所述的包含CO、CO2、H2和CH4的排出气流输送到所述H2分离单元中以获得基本上由H2组成的第一气相和包含CO、CO2和CH4并且基本上没有H2的第二气相的连接装置，-用于在初级转化部分中转化的所述的包含CO、CO2和CH4并且基本上没有H2的第二气相的回收装置。本专利技术还涉及用于改进现有类型的甲醇生产设备的方法，所述这种类型的甲醇生产设备包含用于获得包含CO、CO2、化学计量过剩的H2、CH4的气体混合物的初级转化部分，用于分别将包含天然气的气流和包含水蒸气的气流输送到所述初级转化部分中的连接装置，用于获得甲醇的合成部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
甲醇合成方法，其包括如下步骤：　　　　－将包含天然气的气流和包含水蒸气的气流输送到初级转化部分中，　　　　－使天然气和水蒸气在初级转化部分中反应以获得包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］、化学计量过剩的Ｈ↓［２］、ＣＨ↓［４］的气体混合物，　　　　－将所述的包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］、化学计量过剩的Ｈ↓［２］、ＣＨ↓［４］的气体混合物输送到甲醇合成部分中并使其反应以获得甲醇，　　　　－从所述合成部分排出包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］、Ｈ↓［２］和ＣＨ↓［４］的气流，　　　　其特征在于还包括如下步骤：　　　　－从所述的排出气流中分离Ｈ↓［２］以获得基本上由Ｈ↓［２］组成的第一气相和包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］和ＣＨ↓［４］并且基本上没有Ｈ↓［２］的第二气相，　　　　－回收所述的包含ＣＯ、ＣＯ↓［２］和ＣＨ↓［４］并且基本上没有Ｈ↓［２］的第二气相以在所述初级转化部分中转化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E菲利皮，
申请(专利权)人：卡萨尔甲醇公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]