使用部分氧化生产甲醇的方法和系统技术方案

本申请公开了用于生产甲醇的方法和系统，其采用了蒸汽甲烷转化(SMR)和/或自热(ATR)合成气生产系统，以及部分氧化系统。在甲醇生产方法中的用于生产合成气的双模系统和方法通过使用基于部分氧化的转化系统作为合成气的独立来源优化了甲醇设备的效率和生产力。可配置所公开的方法和系统作为对现有甲醇生产设施的改型或作为成套设备将其配置在新构造的甲醇生产设施内。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本申请公开了用于生产甲醇的方法和系统，其采用了蒸汽甲烷转化(SMR)和/或自热(ATR)合成气生产系统，以及部分氧化系统。在甲醇生产方法中的用于生产合成气的双模系统和方法通过使用基于部分氧化的转化系统作为合成气的独立来源优化了甲醇设备的效率和生产力。可配置所公开的方法和系统作为对现有甲醇生产设施的改型或作为成套设备将其配置在新构造的甲醇生产设施内。【专利说明】使用部分氧化生产甲醇的方法和系统 专利
本专利技术涉及生产甲醇的方法和系统，其中将烃进料流的部分氧化或自热转化结合 在所述方法和系统内。 背景 甲醇生产方法通常包括在提高的温度和压力下将包含氢气、一氧化碳和二氧化碳的压 缩合成气导向甲醇转换反应堆，其含有甲醇合成催化剂例如铜和锌氧化物催化剂的一个或 更多个床。在所述合成气中的一氧化碳和二氧化碳与氢气反应以横跨所述催化剂形成甲 醇。通常在环管内操作所述甲醇合成方法，其中一部分的压缩合成气转换成甲醇(各自经过 所述甲醇转换反应堆）。将大部分的未转换的气体回收至甲醇转换器。吹扫一小部分以阻止 惰性气体例如氮气、氩和甲烷的积聚。通过冷却甲醇产物气体流至低于甲醇的露点的温度 来回收甲醇产物，从而冷凝出包含粗甲醇和水的产物组合物，并且经由甲醇转换反应堆回 收剩余气体。通常使在甲醇转换反应堆中生产的粗甲醇和水在排出储罐或"闪蒸"器中降 压。由于大部分的粗甲醇含有一系列包括较高级醇的杂质，必须纯化粗甲醇以去除这类杂 质，从而生产化学级质量的甲醇。用于甲醇纯化的优选技术为蒸馏法。 用于甲醇合成的合成气的特征通常在于化学计量比(H2 - C02)/(C0 + C02)，其 通常被称为模数或化学计量数，其中H2、C02和C0分别表示氢气、二氧化碳和一氧化碳在合 成气中的摩尔分数。约2.0的模数定义了用于生产甲醇的合成气的期望的化学计量比。在甲 醇生产中的合成气的其它重要性质包括一氧化碳与二氧化碳的比率以及在合成气中惰性 气体的浓度。高的一氧化碳与二氧化碳的比率通常增加甲醇形成的反应速率以及可达到的 单程转化率，而同时减少了水的形成，由此降低了催化剂的减活率。在合成气中的高浓度的 惰性气体例如甲烷、氩气、氮气等通常降低了活性反应物的分压。由于甲醇转换反应为放热 的，较低的温度有利于合成气向甲醇的转化。压力也会影响甲醇转化反应，其中增加压力也 会有利于甲醇的形成。 在许多甲醇生产设施中，通常使进入的压缩合成气与回收的未反应的气体流混合以形 成合成气流，其被供应至甲醇转换反应堆。可吹扫一部分未反应的气体流以阻止惰性气体 在甲醇转换反应堆中的积聚。吹扫流的量通常在总的未反应的气体流的1%至10%的范围内 任意地变化并且通常依赖于惰性气体在进入的合成气中的量，其中较高水平的惰性气体一 般需要较多的吹扫流和较低水平的惰性气体一般需要较少的吹扫流。 一些现有技术的吹扫流的用途包括在吹扫流中使用氢气和/或甲烷逃逸(slip)作为进 料或燃料源，其将被使用在前端蒸汽甲烷转化(SMR)法、部分氧化(POx)法、自热转化(ATR) 法。其它现有技术已建议从吹扫流回收氢气并且将回收的氢气与合成气混合以改善用于甲 醇生产的合成气的模数。 如本文中所使用的，蒸汽甲烷转化(SMR)为包括甲烷和轻质烃的天然气的催化转 化至含有氢气和一氧化碳的合成气(通过与蒸汽反应）。所述反应为吸热的，因此需要大量 的能量输入。在高温下在烧结炉内的填充有催化剂的管内实施蒸汽甲烷转化法。所用的蒸 汽的量超过反应化学计量的需要，如所需地阻止催化剂的焦化。在蒸汽甲烷转化中没有使 用氧气。 另一方面，部分氧化为非催化的方法，其中使亚化学计量的量的氧气与天然气反应，在 高温下产生蒸汽和二氧化碳。剩余的甲烷通过与高温蒸汽和二氧化碳的反应而转化产生合 成气。原则上，可在不添加任何蒸汽的情况下进行部分氧化反应。自热转化为部分氧化法的 变型，但其使用催化剂以允许在比部分氧化法更低的温度下发生转化。通常需要适量的蒸 汽以阻止催化剂焦化。 许多合成气生成方法还采用预转化(pre-reforming)和二段转化。当原料含有显 著量的重质烃时，通常在SMR和ATR法之前进行预转化步骤。如在本领域中一般已知的，预转 化为催化剂基方法，其使高级烃转化为甲烷、氢气、一氧化碳和二氧化碳。包括在预转化中 的反应通常为吸热的。绝热运作大部分的预转化反应器，和因此预转化的原料离开时的温 度比原料进入预转化反应器时的温度低。二段转化法常规指的是进料来自SMR法的产物的 自热转化法。因此，向二段转化法的进料主要为来自SMR的合成气。取决于最终的应用，一些 天然气可绕过SMR法并直接被引入二段转化法。同样地，当在SMR法之后进行二段转化法时， 可在较低的温度下例如650°C至800°C相对850°C至950°C运作SMR。
技术实现思路
本专利技术的特征为生产包含甲醇的产物组合物的方法，所述方法包括以下步骤： (i) 通过在催化剂的存在下转化第一烃进料流和蒸汽，在蒸汽甲烷转化器(SMR)中或 在后跟自热转化器的蒸汽甲烷转化器中生产具有大于2.0模数的合成气的第一气流； (ii) 通过第二烃进料流的部分氧化或自热转化，生产具有比合成气的第一气流的模 数小的模数的合成气的第二气流； (iii) 结合合成气的第一气流和合成气的第二气流以形成结合的合成气流;以及 (iv) 在甲醇合成反应器中使结合的合成气产物流合成为包含甲醇的产物组合物。 优选地，合成气的第二气流具有在约1.4和2.0之间的模数;小于约4.5体积百分比 且更优选地小于约2.0体积百分比的甲烷逃逸；以及在约1.5和2.4之间的氢气与一氧化碳 的比率。 导向甲醇合成反应器的结合的合成气流的模数优选在约2.0至2.8之间。同样地，优选 地将来自甲醇合成段的全部或一部分吹扫气体回收至SMR。在一些实施方案中，还可将一部 分的吹扫气体回收至基于部分氧化的合成气生成系统，以便与第二烃进料流混合，或作为 燃料燃烧以生成热的氧气流，其用于部分氧化或用作蒸汽发生或发电的燃料。 用于生成合成气的第二气流的氧气来源优选为空气分离设备，其使用深冷技术或 VPSA技术并且产生一定纯度的氧气，所述纯度确保合成气的第二气流的惰性气体含量可与 第一合成气的惰性气体含量相比，即比第一合成气的惰性气体含量高至多10 v〇l .%，且优 选地小于或等于第一合成气的惰性气体含量。这通常用在85-95%范围内的氧气纯度来实 现。 本专利技术另一方面的特征是增加来自现有设施(其生产包含甲醇的产物组合物）的 甲醇产量的方法，其中所述现有设施通过在催化剂的存在下转化第一烃进料流和蒸汽来生 产来自原有蒸汽甲烷转化器(SMR)或后跟自热转化器的结合的蒸汽甲烷转化器的合成气的 第一气流，，所述方法包括以下步骤： (i) 通过第二烃进料流的部分氧化或自热转化来生产具有比合成气的第一气流低的 模数的合成气的第二气流； (ii) 结合合成气的第一气流和合成气的第二气流以形成结合的合成气流，其具有比 第一合成气流的模数更小的模数;以及 (iv)在甲醇合成反应器内使结合的合成气产物流合成为包含甲醇的产物组合物。 用于生成合成气的第二气流的氧气来源优选为空气分离设备，其使用深冷技术或VPSA 技术并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产包含甲醇的产物组合物的方法，所述方法包括以下步骤：(i)通过在催化剂的存在下转化第一烃进料流和蒸汽，在蒸汽甲烷转化器(SMR)中或在后跟自热转化器的蒸汽甲烷转化器中生产具有大于2.0的模数的第一合成气流；(ii)通过第二烃进料流的部分氧化或自热转化来生产具有比第一合成气流的模数小的模数的第二合成气流；(iii)结合第一合成气流和第二合成气流以形成结合的合成气流；以及(iv)在甲醇合成反应器中使结合的合成气产物流合成为包含甲醇的产物组合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S查克拉瓦蒂，M沙，RF德尔内维奇，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US