由富惰性物的合成氣生產甲醇的方法和設備技術

在由富惰性物的合成氣生產甲醇期間，將催化預反應器安裝在單級或多級合成回路的上游，第一部分的合成氣在催化預反應器中轉化為甲醇。此外，將惰性氣體分離段，例如變壓吸附系統或膜系統，連接到合成回路的下游，由此富氫合成氣料流可返回到合成回路。在富甲烷合成氣的處理中，惰性氣體分離段還可以包括自熱重整器，在該自熱重整器中甲烷被轉化為碳氧化物和氫氣，其也返回到合成回路中。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】由富惰性物的合成氣生產甲醇的方法和設備
本專利技術涉及一種用于生產甲醇的方法和實施該方法的設備。特別地，本專利技術涉及一種用于將合成氣轉化為甲醇的方法，所述合成氣具有高含量的惰性組分，因為例如通過用富氧空氣氣化天然氣或者通過用含氧氣體氣化生物質或煤獲得該合成氣。本專利技術還涉及一種用于對現有的生產甲醇用設備進行翻新改進的方法，其涉及從低惰性物合成氣的操作至富惰性物合成氣的操作。
技術介紹
長久以來，本領域技術人員已知通過催化轉化含氫氣和碳氧化物的合成氣來生產甲醇的方法。例如在 Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry (烏爾曼化工百科全書)，第6版，1998年電子發行，“Methanol” (甲醇)章，第5.2節“Synthesis”(合成)中描述了多種用于生產甲醇的基本方法。 從例如EP0790226B1中已知用于生產甲醇的更先進的兩步法。甲醇在循環方法中生產，其中將新鮮的和部分反應過的合成氣的混合物首先供應至水冷反應器，然后供應至氣冷反應器，在每個反應器中合成氣在銅基催化劑上轉化為甲醇。將該方法中生產的甲醇自合成氣分離以再循環，其然后作為冷卻劑逆流通過氣冷反應器并預熱至220至280°C的溫度，然后將其引入第一合成反應器。將待再循環的合成氣的一部分作為吹洗料流(所謂的吹洗流)自該過程移除，以防止惰性組分在合成循環中的富集。未審的德國專利申請DE2934332A1和歐洲專利申請EP1016643A1中也教導了該方法。在上文所述的兩種方法中不利的是，當處理具有高含量惰性組分的合成氣時必須增加循環比，這是因為與貧惰性物合成氣的的情況相比，反應物分壓越低，則每次通過合成反應器向甲醇的轉化越低。這導致所需壓縮機容量的增加，并且在給定的甲醇生產能力的情況下，這導致設備和管道的更大尺寸。一方面，惰性組分被理解為是無機氣體成分，例如氮氣或惰性氣體，其例如由從天然氣與相應組分開始的合成氣生產中獲得。這類天然氣例如由亞洲礦床獲得。在用空氣或富氧空氣氣化天然氣中，如目前所討論的，首先對于較小的位于遠離生產氧氣的氣體分離系統的設備，還存在獲得的富氮的合成氣體；這例如在國際專利申請W096 / 14279A1中提出。在另一方面，非轉化的甲烷，其在天然氣或煤的氣化期間可以包含在合成氣產物中，從甲醇合成的意義上被認為是惰性氣體，因為在該合成中其不進一步轉化。在相當長的時間前已經提出了在甲醇合成中富惰性物的合成氣的處理問題。已經提出了多種技術方案，然而這些技術方案由于它們的缺點而不能得到接受。在未審的德國專利申請DE1296133B中，例如提出了通過二甲苯洗滌來處理包含惰性組分例如氮氣、甲烷或氬氣的原料合成氣，由此應實現惰性組分含量的明顯減少。在此處不利的是，在進入到氣體洗滌器之前，合成氣的溫度必須降低至-10至-30°c，以顯著降低惰性組分的分壓。這導致了高的可用能損失。此外還獲得了負載的吸收劑，其必須后處理并且其含有與甲醇合成方法無關的組分二甲苯。相似的技術教導可得自未審德國專利申請DE10156092A1中，其中提出了在用于生產甲醇的每個催化反應系統的上游設置吸收段，其包含甲醇合成催化劑作為吸收劑并且其在如下的溫度下操作，該溫度低于用于催化轉化成甲醇的溫度。采用該方法固有的輔助物質作為吸收劑，但是仍然存在上述的兩個缺點:溫度上需要降低，和吸收劑的后處理或處置。在專利申請EP1819653A1中描述了由合成氣生產甲醇的方法，所述合成氣由天然氣的自熱氣化獲得，含有20至50 %的氫氣、一氧化碳和甲烷中的每種。關于在甲醇合成反應器的反應器產物中保留的甲烷，沒有采取任何特殊的措施，但氫氣含量通過轉化而升高，所述氫氣，可能還有同樣生產的二氧化碳，隨后被分離并且再次裝料到甲醇合成反應器中。反應物的分壓通過該措施而增加，但是由于高含量的惰性組分而保持高循環料流。總之，應當因此注意到，雖然所闡述的問題已經存在了相當長的時間，但是目前還未找到該目的令人滿意的技術方案。此外，上文討論的許多方法旨在通過盡可能的相應處理來減少包含惰性組分的吹洗料流。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的是避免上述缺點，并且提供更經濟的和技術上更簡單可行的方法，以用于通過使用富惰性物的合成氣作為離析氣體來生產甲醇，特別地，該方法特征在于低的能量需求、更小的設備尺寸并且避免與方法無關的輔助物質。通過根據權利要求1特征部分與其前序部分的特征協作的方法來實現上述目的。在根據本專利技術的用于由包含氫氣和碳氧化物且惰性組分含量高的合成氣生產甲醇的方法中，詳細地，實施了以下方法步驟:-將第一合成氣料流作為進料料流通過至少一個甲醇預反應器，其中催化轉化一部分碳氧化物和氫氣以獲得甲醇；分離生產的甲醇并且由此獲得第二合成氣料流，-將第二合成氣料流通過至少一個甲醇主反應器，其中催化轉化另外一部分碳氧化物和氫氣以獲得甲醇；分離生產的甲醇并且由此獲得第三合成氣料流，-將第三合成氣料流分成第四合成氣料流和第五合成氣料流，其中將第四合成氣料流再循環至甲醇主反應器，并且以這種方式形成內部合成循環，-將第五合成氣料流供應至至少一個惰性氣體分離段，其中獲得耗盡了惰性組分的第六再循環料流和富惰性組分的吹洗料流，-將耗盡惰性組分的第六再循環料流再循環至所述一個或多個甲醇主反應器，并且以這種方式形成外部合成循環。令人預料不到地發現，所述甲醇主反應器上游的甲醇預反應器有利地與該甲醇主反應器以及在該甲醇主反應器下游的惰性合成氣組分的分離協作，其原因在于，由于部分合成氣在預反應器中反應成甲醇，因此合成循環的氣體負載明顯地降低。因此，由吹洗氣體料流、所謂的吹洗流分離的合成氣組分能夠在無需如下參數大幅上升的情況下進行再循環: 所需壓縮機容量，在合成循環中使用的設備和管線的尺寸，和在甲醇主反應器中需要的催化劑的量。專利技術的優選方面根據本專利技術的優選的方面，規定所述惰性氣體分離段包括變壓吸附系統或膜系統。以這種方式，可獲得富氫且同時耗盡惰性組分的氣體料流，并且可將該氣體料流再循環至第一甲醇主反應器。有利地，所述惰性氣體分離段可包括自熱重整器，優選還包括變壓吸附系統。可有利地通過用含氧氣體氣化天然氣或生物質獲得第一合成氣料流。可選地，也可通過用含氧氣體氣化煤獲得第一合成氣料流。在最后提到的情形中，獲得的合成氣通常是特別富甲烷的，以致特別是在這種情形下，可推薦所述惰性氣體分離段包括自熱重整器，因為甲烷同樣被轉化并且可因此作為合成氣而獲得。在所述甲醇預反應器之后或在所述一個或多個甲醇主反應器之后分離的甲醇料流可供應至本身已知的甲醇產品加工，優選一起供應。該甲醇產品加工通常包括一個或多個蒸餾步驟，從而最終能夠獲得純的甲醇作為產物。在本專利技術另外的方面中，所述甲醇預反應器可絕熱地操作，或以冷卻的、優選水冷的方式操作。在所述甲醇預反應器的水冷操作中，可甲醇合成反應的放熱性可用于產生蒸汽。特別地，當將低化學計量數SN的低氫合成氣裝料至所述甲醇預反應器中時，SN被定義為SN= ((c (H2)-C (CO2)) / ((c (CO) +c (CO2))所述甲醇合成反應涉及高的放熱。因此，在本專利技術的另外的有利的方面，提出為所述甲醇預反應器裝備其自身的合成氣再循環。在甲醇預反應器中生產的甲本文檔來自技高網...

【技術保護點】
由含有氫氣和碳氧化物且惰性組分含量高的合成氣生產甲醇的方法，其中?將第一合成氣料流作為進料料流通過至少一個甲醇預反應器，其中催化轉化一部分碳氧化物和氫氣以獲得甲醇，分離生產的甲醇并且由此獲得第二合成氣料流，?將第二合成氣料流通過至少一個甲醇主反應器，其中催化轉化另外一部分碳氧化物和氫氣以獲得甲醇，分離生產的甲醇并且由此獲得第三合成氣料流，?將第三合成氣料流分成第四合成氣料流和第五合成氣料流，其中將第四合成氣料流再循環至所述甲醇主反應器并且以這種方式形成了內部合成循環，?將第五合成氣料流供應至至少一個惰性氣體分離段，其中獲得耗盡了惰性組分的第六再循環料流和富惰性組分的吹洗料流，?將耗盡惰性組分的第六再循環料流再循環至所述一個或多個甲醇主反應器并且以這種方式形成外部合成循環。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.04.15 DE 102011017300.51.由含有氫氣和碳氧化物且惰性組分含量高的合成氣生產甲醇的方法，其中 -將第一合成氣料流作為進料料流通過至少一個甲醇預反應器，其中催化轉化一部分碳氧化物和氫氣以獲得甲醇，分離生產的甲醇并且由此獲得第二合成氣料流， -將第二合成氣料流通過至少一個甲醇主反應器，其中催化轉化另外一部分碳氧化物和氫氣以獲得甲醇，分離生產的甲醇并且由此獲得第三合成氣料流， -將第三合成氣料流分成第四合成氣料流和第五合成氣料流，其中將第四合成氣料流再循環至所述甲醇主反應器并且以這種方式形成了內部合成循環， -將第五合成氣料流供應至至少一個惰性氣體分離段，其中獲得耗盡了惰性組分的第六再循環料流和富惰性組分的吹洗料流， -將耗盡惰性組分的第六再循環料流再循環至所述一個或多個甲醇主反應器并且以這種方式形成外部合成循環。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述惰性氣體分離段包括變壓吸附系統或月吳系統。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述惰性氣體分離段包括自熱重整器，優選地包括自熱重整器與變壓吸附系統。4.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于通過用含氧氣體氣化天然氣或生物質獲得所述第一合成氣料流。5.權利要求1或3所述的方法，其特征在于通過用含氧氣體氣化煤獲得所述第一合成氣料流。6.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于將獲得的甲醇供應至進一步的產品加工。7.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于以水冷、氣冷或絕熱的方式操作所述一個...

【專利技術屬性】
技術研發人員：菲利普·馬里烏斯·哈克爾，雷納·莫根羅特，安德烈亞斯·博爾曼，維諾尼嘉·格倫納曼，
申請(專利權)人：魯奇有限責任公司，
類型：
國別省市：