CN103030111A - 生产甲醇所需的合成气的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产甲醇所需的合成气的制备方法，主要解决现有技术中存在出CO变换装置的合成气中(H2-CO2)/(CO+CO2)的比例不能满足甲醇生产需要的问题。本发明通过采用包括以下步骤：a)以水煤气为原料，将原料1分为物流2、物流3和物流4三部分；b)物流2进入CO变换反应器，使水煤气转化成含CO2和H2的物流5；c)物流4进入气体分离装置，分离后得到含CO的物流9和含H2的物流6；物流9排出界外；d)物流3、物流5和物流6进入酸性气体洗涤装置脱除硫化物和部分CO2后，即得到所述生产甲醇所需的合成气7的技术方案较好地解决了该问题，可应用于合成甲醇所需的合成气的工业生产中。

Description

生产甲醇所需的合成气的制备方法
技术领域
本发明涉及一种生产甲醇所需的合成气的制备方法。
背景技术
甲醇是一种重要的基本有机化工原料，它是碳一化学的基础，主要用于生产甲醛、甲基叔丁基醚(MTBE)、醋酸、对苯二甲酸、二甲酯(DMT)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、二甲基甲酰胺(DMF)等等。在有机原料范围内产量仅次于乙烯、丙烯及苯等基本化工原料。甲醇又是一种很好的有机溶剂和燃料，主要用于农药、医药、香料以及三大合成材料生产。总之，甲醇在化学工业、医药工业、轻纺工业以及能源、运输业、生物化工上都有着广泛的用途，在国民经济中占有十分重要的位置。
我国是石油资源匮乏而煤炭资源丰富的国家，化石能源总量(约46万亿吨标准煤)中，95.6％为煤炭，3.2％为石油，1.2％为天然气。预计未来20年内，中国能源消费将保持2.6％年均增长速度，能源消费结构以煤炭为主的格局不会有大的改变。大力发展新一代煤化工产业是我国技术经济发展过程中必须采取的一项措施。
以煤生产甲醇符合我国的能源结构，且实现了煤化工的综合利用，延伸了煤炭产业链，并可带动相关的重化工工业。投资省、能耗低，产品具有较强的竞争力。
以煤为原料生产甲醇时，碳过量而氢不足，因此，需将水煤气中的一氧化碳进行变换，调整气体中的氢碳比，以满足甲醇合成工艺的需要。
文献CN1019813B公开了甲醇原料气全气量中温变换方法。其特征是原料气全部通过中温变换炉，无需使用配气副线。其中温变换炉按下列工艺条件控制：1)变换压力：常压～8.0MPa；2)H2O/CO比例1.0～1.6；3)空速大于或等于1000小时-1；4)入中温变换炉原料气温度250～300℃；5)CO变换率为40～50％。该工艺采用的催化剂为耐硫的或不耐硫的铁-铬系催化剂。
文献CN200710087573.2公开了一种粉煤气化低水/气耐硫变换工艺。该工艺流程以Shell粗煤气为原料，原料气首先进入气液分离器，从分离器顶部出来的粗煤气被加热至180～220℃，进入脱毒槽脱除去杂质后，进入第一反应器进行变换反应，其中的第一反应器入口的水/气体积比为0.15～0.20，入口温度为180～220℃，第一反应器床层的热点温度为330～400℃，空速是6000～9000小时-1，反应压力3.0～4.0MPa，第一反应器入口粗煤气中干基CO的体积含量为55～70％。该工艺采用的催化剂为CO耐硫变换反应催化剂。
目前大部分变换工艺都是配套合成氨装置，变换的目的是使CO尽可能多地转化，得到H2，出变换工段气体中的CO干基含量一般可达到0.5～1.5％。而甲醇合成原料气要求(H2-CO2)/(CO+CO2)的摩尔比应在1.9～2.3之间，即出变换工段的CO干基含量应该控制在20～30％之间。而且与粉煤气化相比，水煤浆气化所得的合成气的水/气比较高，变换反应的推动力更大，因此如何控制变换反应的深度，使出变换装置的气体能够恰好满足甲醇合成工艺的要求，是目前水煤浆气化制甲醇装置需要解决的重要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在出CO变换装置的合成气中(H2-CO2)/(CO+CO2)的比例不能满足甲醇生产需要的问题，提供一种新的生产甲醇所需的合成气的制备方法。该方法得到的合成气能够满足甲醇合成工艺对原料气中(H2-CO2)/(CO+CO2)摩尔比的要求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种生产甲醇所需的合成气的制备方法，包括以下步骤：
a)以水煤气为原料，将原料1分为物流2、物流3和物流4三部分；其中，物流2体积为原料1总体积的10～50％，物流3体积为原料1总体积的10～40％，物流4体积为原料1总体积的35～60％；
b)物流2进入CO变换反应器，使水煤气转化成含CO2和H2的物流5；
c)物流4进入气体分离装置，分离后得到含CO的物流9和含H2的物流6；物流9排出界外；
d)物流3、物流5和物流6进入酸性气体洗涤装置脱除硫化物和部分CO2后，即得到所述生产甲醇所需的合成气7；或者，
物流3、物流5进入酸性气体洗涤装置脱除硫化物和部分CO2后，再与含H2的物流6混合，即得到所述生产甲醇所需的合成气7；
其中，酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为80～99％。
上述技术方案中，物流2体积优选范围为原料1总体积的12～48％，更优选范围为15～45％。物流3体积优选范围为原料1总体积的12～38％，更优选范围为15～35％。物流4体积优选范围为原料1总体积的38～58％，更优选范围为40～55％。酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率优选范围为83～96％。所述变换反应器的反应条件为：入口温度为200～280℃，床层热点温度为350～460℃，空速为2000～7000小时-1，反应压力为3.0～8.5MPa(A)，所用催化剂为CO变换反应催化剂；优选范围为：入口温度为220～260℃，床层热点温度为350～460℃，空速为3000～6000小时-1，反应压力为5.0～6.5MPa(A)。优选范围为：入口温度为220～260℃，床层热点温度为350～460℃，空速为2000～6000小时-1，反应压力为5.0～6.5MPa(A)。其中所用催化剂为CO变换反应催化剂。原料水煤气中H2/CO的摩尔比为0.45～0.85(干基)，优选范围为0.50～0.75(干基)。物流6中H2的浓度为80～100％，优选范围为85～95％。得到的合成甲醇所需的合成气中(H2-CO2)/(CO+CO2)的摩尔比为1.9～2.3(干基)，优选范围为2.0～2.2(干基)。本发明方法优选方案为物流3经过余热回收装置回收热量。
本发明方法中的原料水煤气可以是粉煤合成气，也可以是水煤浆合成气。本发明方法中所述压力均指绝对压力。
本发明方法中CO变换装置是耐硫的或不耐硫的CO变换装置，其中所用的催化剂是耐硫的或不耐硫的铁-铬系变换催化剂，这都是本领域所熟知的。
本发明方法中所采用的气体分离装置是深冷分离装置，其操作条件是本领域所熟知的。
本发明方法采用原料气第一股进入CO耐硫变换装置进行深度变换，将部分一氧化碳和水蒸气在催化剂的作用下，转化为二氧化碳和氢气；第二股不需要进行组分的处理，走旁路与变换后的煤气掺混；第三股进入气体分离装置得到富含H2的气体，与第一股和第二股的混合气再度掺混。通过气体分离装置控制H2浓度为80～100％。通过酸性气体洗涤装置，一方面可以脱除硫化物H2S，避免对后续流程中合成甲醇催化剂的毒害；另一方面可以进一步脱除CO2，使CO2比例达到要求。采用本发明方法，使出变换工段、进入甲醇装置的原料气中(H2-CO2)/(CO+CO2)的摩尔比达到1.9～2.3，符合合成甲醇生产工艺的要求，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1和图2为本发明方法流程示意图。
图1和图2中，1、2、3、4为原料水煤气；5为出CO变换装置的物流；6为含H2物流；7为合成甲醇的合成气；8为脱除的气体，包括H2S和CO2；I为CO变换装置；II为气体分离装置；III为酸性气体脱除装置。
图1中，原料水煤气1分为物流2、物流3和物流4三部分；物流2进入CO变换反应器，使水煤气部分转化成含CO2和H2的物流5；物流4进入气体分离装置得到含H2的物流6；物流3、物流5混合后，进入酸性气体洗涤装置脱除气体8后，再与含H2的物流6混合，得到所述合成甲醇所需的合成气7。其中，优选方案为物流3经余热回收热量后再与物流5混合。
图2中，原料水煤气1分为物流2、物流3和物流4三部分；物流2进入CO变换反应器，使水煤气部分转化成含CO2和H2的物流5；物流4进入气体分离装置得到含H2的物流6；物流3、物流5与含H2的物流6混合后，进入酸性气体洗涤装置脱除气体8后，得到所述合成甲醇所需的合成气7。其中，优选方案为物流3经余热回收热量后再与物流5混合。
下面通过实施例对本发明作进一步阐述。
具体实施方式
【实施例1】
采用图1所示流程，物流1为来自气化工序的水煤气，其中CO的摩尔含量为21.4％，H2的摩尔含量为11.4％。将物流1分成三部分，第一部分物流2进入变换炉进行变换，使水煤气转化成含CO2和H2的物流5。第三部分物流4进入气体分离装置得到富含H2的物流6。第二部分物流3经余热回收后与物流5混合，进入酸性气体洗涤装置，脱除H2S和部分CO2后，与富含H2物流6混合，得到所述合成甲醇所需的合成气7。
其中，物流2进变换炉入口温度为245℃，反应压力为6.24MPa(A)，空速为2000小时-1，水气比为1.6，出变换炉的气体温度为447℃。物流2的气量占水煤气总气量的35.6％(体积比)，物流3的气量占水煤气总气量的19.3％(体积比)，物流4的气量占水煤气总气量的45.1％(体积比)。物流6中H2的浓度为83.7％。酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为85％。
结果：物流7中的H2含量为68.1％，CO含量为27.4％，CO2含量为3.7％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.06，满足甲醇合成工艺的要求。
【实施例2】
同【实施例1】，采用图1所示流程，水煤气中CO的摩尔含量为18.6％，H2的摩尔含量为14.0％。
其中，物流2进变换炉入口温度为260℃，反应压力为6.22MPa(A)，空速为2000小时-1，水气比为1.4，出变换炉的气体温度为433℃。物流2的气量占水煤气总气量的20.4％(体积比)，物流3的气量占水煤气总气量的27.8％(体积比)，物流4的气量占水煤气总气量的51.8％(体积比)。物流6中H2的浓度为88.5％。酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为95％。
结果：物流7中的H2含量为67.3％，CO含量为28.5％，CO2含量为2.9％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.05，满足甲醇合成工艺的要求。
【实施例3】
同【实施例1】，采用图1所示流程，水煤气中CO的摩尔含量为27.4％，H2的摩尔含量为13.9％。
其中，物流2进变换炉入口温度为250℃，反应压力为6.22MPa(A)，空速为2500小时-1，水气比为1.45，出变换炉的气体温度为442℃。物流2的气量占水煤气总气量的36.8％(体积比)，物流3的气量占水煤气总气量的19.0％(体积比)，物流4的气量占水煤气总气量的44.2％(体积比)。物流6中H2的浓度为85.6％。酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为90％。
结果：物流7中的H2含量为67.4％，CO含量为27.7％，CO2含量为3.5％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.05，满足甲醇合成工艺的要求。
【实施例4】
采用图2所示流程，物流1为来自气化工序的水煤气，其中CO的摩尔含量为19.0％，H2的摩尔含量为14.5％。将物流1分成三部分，第一部分物流2进入变换炉进行变换，使水煤气转化成含CO2和H2的物流5。第三部分物流4进入气体分离装置得到富含H2的物流6。第二部分物流3经余热回收后与物流5和富含H2物流6混合，进入酸性气体洗涤装置，脱除H2S和部分CO2后，得到所述合成甲醇所需的合成气7。
其中，物流2进变换炉入口温度为245℃，反应压力为6.24MPa(A)，空速为2000小时-1，水气比为1.4，出变换炉的气体温度为437℃。物流2的气量占水煤气总气量的20.2％(体积比)，物流3的气量占水煤气总气量的29.7％(体积比)，物流4的气量占水煤气总气量的50.1％(体积比)。物流6中H2的浓度为90.2％。酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为90％。
结果：物流7中的H2含量为67.4％，CO含量为29.2％，CO2含量为2.4％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.04，满足甲醇合成工艺的要求。
【实施例5】
同【实施例1】，采用图1所示流程，水煤气中CO的摩尔含量为20.7％，H2的摩尔含量为14.1％。
其中，物流2进变换炉入口温度为238℃，反应压力为6.24MPa(A)，空速为2500小时-1，水气比为1.4，出变换炉的气体温度为441℃。物流2的气量占水煤气总气量的23.5％(体积比)，物流3的气量占水煤气总气量的27.3％(体积比)，物流4的气量占水煤气总气量的49.2％(体积比)。物流6中H2的浓度为87.6％。酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为90％。
结果：物流7中的H2含量为66.8％，CO含量为29.0％，CO2含量为2.5％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.04，满足甲醇合成工艺的要求。
【实施例6】
同【实施例1】，采用图1所示流程，只是物流3不回收热量，水煤气中CO的摩尔含量为20.1％，H2的摩尔含量为12.5％。
其中，物流2进变换炉入口温度为245℃，反应压力为6.22MPa(A)，空速为2000小时-1，水气比为1.4，出变换炉的气体温度为446℃。物流2的气量占水煤气总气量的28.3％(体积比)，物流3的气量占水煤气总气量的24.2％(体积比)，物流4的气量占水煤气总气量的47.5％(体积比)。物流6中H2的浓度为85.7％。酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为88％。
结果：物流7中的H2含量为66.9％，CO含量为28.2％，CO2含量为3.0％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.05，满足甲醇合成工艺的要求。
【对比例1】
来自水煤浆气化工序的粗煤气全部进入变换炉进行变换，使粗煤气转化成含CO2和H2的物流。其中，原料粗煤气中CO的摩尔含量为18.8％，H2的摩尔含量为13.6％。变换炉入口温度为235℃，反应压力为6.2MPa(A)，空速为2500小时-1，水气比为1.4，出变换炉的气体温度为417℃。
变换后气体中的H2含量为36.4％，CO含量为6.8％，CO2含量为27.8％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝0.25，不能满足甲醇合成工艺的要求。
【对比例2】
物流1为来自气化工序的水煤气，其中CO的摩尔含量为25.2％，H2的摩尔含量为15.8％。将物流1分成两部分，第一部分物流2进入变换炉进行变换，使水煤气转化成含CO2和H2的物流5。第二部分物流3与物流5混合，得到所述合成甲醇所需的合成气。
其中，物流2进变换炉入口温度为230℃，反应压力为6.24MPa(A)，空速为2500小时-1，水气比为1.4，出变换炉的气体温度为439℃。物流3的气量占水煤气总气量的19.6％(体积比)。
混合后气体中的H2含量为64.4％，CO含量为30.2％，CO2含量为4.5％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝1.73，不满足甲醇合成工艺的要求。
【对比例3】
同【对比例2】，只是水煤气中CO的摩尔含量为22.3％，H2的摩尔含量为12.6％。物流2进变换炉入口温度为222℃，反应压力为6.24MPa(A)，空速为2000-1小时，水气比为1.4，出变换炉的气体温度为437℃。物流3的气量占水煤气总气量的87.5％(体积比)。
混合后气体中的H2含量为40.7％，CO含量为55.9％，CO2含量为2.3％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝0.66，不满足甲醇合成工艺的要求。
【对比例4】
同【对比例2】，只是水煤气中CO的摩尔含量为26.2％，H2的摩尔含量为13.8％。物流2进变换炉入口温度为222℃，反应压力为6.24MPa(A)，空速为2500小时-1，水气比为1.4，出变换炉的气体温度为446℃。物流3的气量占水煤气总气量的9.1％(体积比)。
混合后气体中的H2含量为72.9％，CO含量为20.4％，CO2含量为5.8％，(H2-CO2)/(CO+CO2)＝2.56，不满足甲醇合成工艺的要求。

Claims (10)

1.一种生产甲醇所需的合成气的制备方法，包括以下步骤：
a)以水煤气为原料，将原料1分为物流2、物流3和物流4三部分；其中，物流2体积为原料1总体积的10～50％，物流3体积为原料1总体积的10～40％，物流4体积为原料1总体积的35～60％；
b)物流2进入CO变换反应器，使水煤气转化成含CO2和H2的物流5；
c)物流4进入气体分离装置，分离后得到含CO的物流9和含H2的物流6；物流9排出界外；
d)物流3、物流5和物流6进入酸性气体洗涤装置脱除硫化物和部分CO2后，即得到所述生产甲醇所需的合成气7；或者，
物流3、物流5进入酸性气体洗涤装置脱除硫化物和部分CO2后，再与含H2的物流6混合，即得到所述生产甲醇所需的合成气7；
其中，酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为80～99％。
2.根据权利要求1所述的生产甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于物流2体积为原料1总体积的15～45％，物流3体积为原料1总体积的15～35％，物流4体积为原料1总体积的40～55％；酸性气体洗涤装置中CO2的脱除率为83～96％。
3.根据权利要求1所述的生产甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于所述变换反应器的反应条件为：入口温度为200～280℃，床层热点温度为350～460℃，空速为2000～7000小时-1，反应压力为3.0～8.5MPa(A)，所用催化剂为CO变换反应催化剂。
4.根据权利要求1所述的生产甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于原料水煤气中H2/CO的摩尔比为0.45～0.85。
5.根据权利要求4所述的生产甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于原料水煤气中H2/CO的摩尔比为0.50～0.75。
6.根据权利要求1所述的生产甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于物流6中H2的浓度为80～100％。
7.根据权利要求6所述的生产甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于物流6中H2的浓度为85～95％。
8.根据权利要求1所述的生产甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于得到的合成甲醇所需的合成气中(H2-CO2)/(CO+CO2)的摩尔比为1.9～2.3。
9.根据权利要求8所述的生产甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于得到的合成甲醇所需的合成气中(H2-CO2)/(CO+CO2)的摩尔比为2.0～2.2。
10.根据权利要求1所述的合成甲醇所需的合成气的制备方法，其特征在于物流3可经过余热回收装置回收热量。
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