【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于从富含二氧化碳的合成气生产甲醇以及用于作为甲醇生产的副产物生产合成气的方法和设备，其中作为副产物形成的合成气可以在方法内用于甲醇生产。
技术介绍
1、在大的工业规模上，甲醇是从合成气生产的。合成气典型地是主要氢气(h2)、一氧化碳(co)和二氧化碳(co2)的混合物。一氧化碳和二氧化碳常常一起归入术语“碳氧化物”下。在固体甲醇合成催化剂上主要同时发生以下两个平衡反应(1)和(2)。
2、(1)
3、(2)
4、甲醇也可以从一氧化碳含量低或甚至不含一氧化碳的合成气生产。在这种情况下，适用于甲醇合成的主要是反应方程式(1)。这种所谓的基于二氧化碳的甲醇的生产尤其是在没有化石能源载体或化石投入的情况下或至少在最低可能量的化石能源载体或化石投入的情况下实现并且旨在产生最低可能的温室气体排放的方法中发挥作用。在wo 2016/034344 a1中披露了此种方法的实例。
5、因此，基于二氧化碳的甲醇例如在由化石投入的燃烧产生的二氧化碳和可再生产生的氢气的基础上可产生。可再生产生的氢气优选在可再生产生的电力的基础上通过水的电解产生。
6、二氧化碳可能源自各种各样的来源，例如源自来自化学、钢铁和水泥行业的废气以及生物气和天然气。二氧化碳可以通过碳捕获从相应的气体浓缩。工业规模上使用的已知碳捕获方法包括在合适溶剂中的物理和化学吸收、低温部分冷凝和通过膜分离气体。已知的物理分离方法是在升高的压力下在低温甲醇中吸收二氧化碳，随后通过减压进行解吸，并任选地用合适的汽提气体进行
7、用于甲醇合成的二氧化碳流可能含有各种杂质，特别是烃。烃可以由各种组分构成，这些组分是例如甲烷和其他低级烷烃(<c10)、低级烯烃、芳香族化合物、脂环族化合物和呋喃。
8、在二氧化碳流可以作为输入气体流用于甲醇合成之前，二氧化碳流的纯化可能是必需的。烃可以通过合适的纯化方法分离或分解。在这两种情况下，烃中结合的氢和碳随后不会被化学利用。如果烃没有被分离或分解，则这些烃作为惰性组分(在甲醇合成的条件下)与二氧化碳和氢气一起进入甲醇合成。由于甲醇合成的工业过程总是包括再循环工艺气体的合成回路，因此烃在回路中积聚并最终必须通过所谓的吹扫流从回路中排出。氢气可以任选地作为有价值气体从吹扫流中分离并且剩余气体例如用于另一工艺/在甲醇合成上游的工艺中的欠烧。因此，同样在这种情况下，至少烃中结合的碳没有被化学利用。
技术实现思路
1、本专利技术的总体目的是提出至少部分地克服了现有技术的缺点的方法或设备。
2、本专利技术的目的是提出就甲醇的合成而言改善烃中结合的碳和氢的化学利用的方法或设备。
3、本专利技术的目的是提出就甲醇的基于二氧化碳的合成而言改善烃中结合的碳和氢的化学利用的方法或设备。
4、独立权利要求有助于至少部分地实现上述目的中的至少一个。从属权利要求提供了优选实施例，其有助于至少部分地实现这些目的中的至少一个。根据本专利技术的一个类别的成分的优选实施例在相关的情况下对于根据本专利技术的相应的另一类别的相同命名的或对应的成分同样是优选的。术语“具有(having)”、“包括/包含(comprising)”或“含有(containing)”等不排除可能存在另外的要素、成分等。不定冠词“一个/种(a)”不排除可能存在多个/种。
5、上述目的至少部分地通过用于生产甲醇和合成气的方法得以实现，该方法包括以下方法步骤：
6、(a)提供含烃的二氧化碳流；
7、(b)提供电解产生的氢气流；
8、(c)将来自步骤(a)和(b)的这些流合并以提供含烃的合成气流；
9、(d)在甲醇合成反应器中使该含烃的合成气流和再循环气体流反应以获得作为反应产物的粗甲醇流和残余气体流，其中该残余气体流含有未转化为甲醇的合成气和烃；
10、(e)将该残余气体流分离成该再循环气体流和吹扫气体流；
11、(f)在重整步骤中在作为氧化剂的氧气存在下使该吹扫气体流反应以提供合成气流。
12、根据本专利技术，烃中结合的碳和氢通过在重整步骤中在氧气存在下使含烃的吹扫气体流反应以提供合成气流而被化学利用。特别地，吹扫气体流中的烃在重整步骤中在氧气存在下反应以提供合成气流。吹扫气体流不仅含有烃，而且含有在甲醇合成反应器中未转化的二氧化碳和氢气。由重整步骤产生的合成气流含有氢气、一氧化碳和二氧化碳。
13、根据步骤(c)产生的含烃的合成气流包含合成气。合成气是至少包含碳氧化物(一氧化碳或二氧化碳)和氢气的气体混合物。根据步骤(c)产生的含烃的合成气流的合成气优选包含二氧化碳和氢气。根据步骤(f)产生的合成气流包含合成气。根据步骤(f)产生的合成气流的合成气优选包含一氧化碳、二氧化碳和氢气。
14、重整步骤原则上应理解为意指烃与氧气和/或蒸汽化学反应以提供合成气。按照根据步骤(f)的重整步骤，吹扫气体流中的烃至少在氧气存在下反应以提供合成气并且任选地在蒸汽的进一步存在下反应以提供合成气。
15、除了含烃的合成气流之外，通过重整吹扫气体流中的烃产生的合成气流也可以用于甲醇合成。
16、因此，根据本专利技术的方法的一个实施例的特征在于，除了含烃的合成气流之外，根据步骤(f)产生的合成气流在甲醇合成反应器中反应。
17、根据步骤(f)产生的合成气流包含一氧化碳。由于一氧化碳在甲醇合成中对氢气的反应性比二氧化碳好，因此根据步骤(f)产生的合成气流的方法内利用具有相应的有利效果。
18、重整步骤优选地是部分氧化。因此，根据本专利技术的方法的优选实施例的特征在于，重整步骤包括部分氧化。
19、部分氧化(pox)优选地在为其配置的反应器或pox反应器中进行。pox反应器可以是小的并且因此也适用于较小的材料流，如同通常要反应的吹扫气体流的情况。
20、对于作为烃的甲烷，最初根据以下反应方程式(3)进行部分氧化。
21、(3)
22、放热的部分氧化为随后的吸热蒸汽重整反应提供了蒸汽和所需的热能，该反应根据反应方程式(4)在无催化的情况下进行。
23、(4)
24、可以将蒸汽额外添加到pox反应器中以建立最佳的碳-蒸汽比。
25、方程式(4)的催化的变体被称为自热重整并且其与pox反应器中的“纯”部分氧化不同。
26、蒸汽重整反应伴随着根据反应方程式(5)的水煤气变换反应，该反应是放热的。
27、(5)
28、pox反应器的主要元件是燃烧器和燃烧室，它们布置在耐火材料衬里的压力容器中。在pox反应器中，含烃的输入流的部分氧化总是由于亚化学计算量的氧气而发生。反应器出口处的气体混合物的温度典型地在从1250℃至1450℃范围内。工艺压力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于生产甲醇和合成气的方法(1，2)，该方法包括以下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据步骤(f)反应之前，将该吹扫气体流(34)供应到氢气回收单元(18)以获得富含烃的吹扫气体流(36)和富含氢气的流(35)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该氢气回收单元(18)包括膜单元，其中在该膜单元的渗余物侧产生该富含烃的吹扫气体流(36)并且在该膜单元的渗透物侧产生该富含氢气的流(35)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在根据步骤(c)合并之前，在加氢脱硫单元(11)中处理该含烃的二氧化碳流(22)以去除硫化合物。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，该富含氢气的流(35)用于该加氢脱硫单元中的加氢。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，该富含氢气的流(35)被供应到该电解产生的氢气流然后根据步骤(c)合并和/或被供应到该含烃的合成气流然后根据步骤(d)反应。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该甲醇合成反应器(13)包括水冷反应器级，其中通过该水冷反应器级冷却产生蒸汽并且该蒸汽被作为工艺蒸汽用于根据步骤(f)的该重整步骤。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提供电解产生的氧气流(28)并且在根据步骤(f)的该重整步骤中，将该电解产生的氧气流(28)的氧气用作氧化剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该含烃的二氧化碳流(22)由碳捕获单元(10)提供。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过热分离工艺将根据步骤(d)产生的该粗甲醇流(31)分离成纯甲醇(33)和水，并且其中该热分离工艺分离烃作为副产物流(32)，并且将所得副产物流(32)供应到该吹扫气体流(34)以在根据步骤(f)的该重整步骤中使该吹扫气体流和该副产物流反应以提供该合成气流(25)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，除了该含烃的合成气流(22)之外，根据步骤(f)产生的该合成气流(25)也在该甲醇合成反应器中反应。
13.一种用于生产甲醇和合成气的设备，该设备包括以下彼此操作连接的设备部件：
14.根据权利要求13所述的设备，其进一步包括布置在该反应器(f)(14)上游的氢气回收单元(18)和被配置为将该吹扫气体流(34)供应到所述氢气回收单元(18)的装置，其中该氢气回收单元(18)被配置为产生富含烃的吹扫气体流(36)和富含氢气的流(35)，并且其中该设备包括用于将该富含烃的吹扫气体流(36)供应到该反应器(f)(14)的装置。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，该氢气回收单元(18)包括膜单元，其中该膜单元被配置为使得在该膜单元的渗余物侧可产生该富含烃的吹扫气体流(36)并且在该膜单元的渗透物侧可产生该富含氢气的流(35)。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的设备，其中，该反应器(f)(14)被配置为POX反应器。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的设备，其中，该设备包括被配置为在该甲醇合成反应器(d)(13)中除了使该含烃的合成气流反应之外使根据(f)可产生的该合成气流(25)反应的装置。
...【技术特征摘要】
1.一种用于生产甲醇和合成气的方法(1，2)，该方法包括以下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据步骤(f)反应之前，将该吹扫气体流(34)供应到氢气回收单元(18)以获得富含烃的吹扫气体流(36)和富含氢气的流(35)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该氢气回收单元(18)包括膜单元，其中在该膜单元的渗余物侧产生该富含烃的吹扫气体流(36)并且在该膜单元的渗透物侧产生该富含氢气的流(35)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在根据步骤(c)合并之前，在加氢脱硫单元(11)中处理该含烃的二氧化碳流(22)以去除硫化合物。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，该富含氢气的流(35)用于该加氢脱硫单元中的加氢。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，该富含氢气的流(35)被供应到该电解产生的氢气流然后根据步骤(c)合并和/或被供应到该含烃的合成气流然后根据步骤(d)反应。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该重整步骤包括部分氧化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该甲醇合成反应器(13)包括水冷反应器级，其中通过该水冷反应器级冷却产生蒸汽并且该蒸汽被作为工艺蒸汽用于根据步骤(f)的该重整步骤。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，提供电解产生的氧气流(28)并且在根据步骤(f)的该重整步骤中，将该电解产生的氧气流(28)的氧气用作氧化剂。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该含烃的二氧化碳流(22)由碳捕获单元(...
【专利技术属性】
技术研发人员：托比亚斯·欧尔曼，蒂姆·舒曼，马蒂亚斯·利尼西斯，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：
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