CN110699135A - 一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法 - Google Patents

一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法，首先利用热交换的方法对粗合成气进行物理降温处理，以使粗合成气中的气态二氧化碳转化为液态二氧化碳，同时保证一氧化碳和氢气依然为气态。然后将液态二氧化碳与气态的一氧化碳和氢气进行分离，并对气态的一氧化碳和氢气进行收集以得到低温合成气，并将液态的二氧化碳收集至容器中进行储存。如此设置，直接利用物理降温的方法将二氧化碳转化成与一氧化碳和氢气的状态不同的状态，从而将二氧化碳分离出来，工艺过程简单，有利于降低甲醇生产成本；且将二氧化碳转化为液态二氧化碳，便于对二氧化碳的收集储存，将液态二氧化碳运送至空调设施可以对其冷能进行利用，节能环保。

Description

一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法
技术领域
本发明涉及甲醇生产技术领域，尤其涉及一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法。
背景技术
以煤为原料生产甲醇时，得到的粗合成气中含有大量的CO2，在甲醇的生产过程中往往需要将粗合成气中的CO2脱除，即脱碳操作。现有大型甲醇厂采用低温甲醇洗工艺脱除CO2，以冰机制冷系统的液氨提供低温冷量，使甲醇溶液在低温下对合成气中二氧化碳进行溶解吸收，之后再通过高温将CO2从甲醇溶液中解析出来使甲醇溶液热再生，工艺复杂，生产运行成本及能耗较高，不利于节能降耗。CO2解析出来之后为气体，压力低，还需继续净化、液化才能对其进行利用。低温甲醇洗系统放空的二氧化碳不仅造成了资源的浪费，而且污染周围空气，造成地球环境状况变差，对人类生存造成威胁。
因此，如何解决在甲醇生产过程中，利用低温甲醇洗工艺对粗合成气进行脱碳的工艺过程复杂，且CO2没有作为资源被利用导致的成本及能耗较高，不利于环保的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其能够解决在甲醇生产过程中，利用低温甲醇洗工艺对粗合成气进行脱碳的工艺过程复杂，且CO2没有作为资源被利用导致的成本及能耗较高，不利于环保的问题。
本发明是这样实现的：一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法，包括以下步骤：
利用热交换的方法对粗合成气进行物理降温处理，以使所述粗合成气中的二氧化碳转化为液态，一氧化碳和氢气保持气态；
将液态的所述二氧化碳与气态的所述一氧化碳和氢气进行分离，将气态的所述一氧化碳和氢气作为低温合成气进行收集，并将液态的所述二氧化碳收集至容器中进行储存。
优选地，所述物理降温处理包括对所述粗合成气进行预降温以形成低温粗合成气的一次处理和对所述低温粗合成气继续进行降温的二次处理。
优选地，利用所述低温合成气与所述粗合成气进行热交换实现所述一次处理，所述低温合成气经所述一次处理后形成洁净合成气，所述粗合成气经所述一次处理后形成低温粗合成气。
优选地，利用制冷剂与所述低温粗合成气进行热交换实现所述二次处理，所述低温粗合成气经所述二次处理后形成低温气液混合物。
优选地，所述制冷剂为液化天然气，所述液化天然气经所述二次处理后形成压缩天然气。
优选地，利用所述压缩天然气中的残余能量。
优选地，利用所述压缩天然气与工厂废热进行热交换，所述压缩天然气升温后形成中温天然气。
优选地，利用所述中温天然气膨胀对外做功产生的机械能，所述中温天然气经膨胀对外做功形成常温天然气，将所述常温天然气输送至用户燃气管网。
优选地，所述低温粗合成气经所述二次处理后的温度控制在零下115摄氏度至零下100摄氏度。
优选地，所述工厂废热包括废蒸汽或废热气。
本申请提供的技术方案包括以下有益效果：
本申请提供的一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法，首先利用热交换的方法对粗合成气进行物理降温处理，以使粗合成气中的气态二氧化碳转化为液态二氧化碳，同时保证一氧化碳和氢气依然为气态。然后将液态二氧化碳与气态的一氧化碳和氢气进行分离，并对气态的一氧化碳和氢气进行收集以得到低温合成气，并将液态的二氧化碳收集至容器中进行储存。如此设置，直接利用物理降温的方法将二氧化碳转化成与一氧化碳和氢气的状态不同的状态，从而将二氧化碳分离出来，相对于低温甲醇洗中对二氧化碳的低温吸收、高温解析的工艺过程而言，工艺过程简单，有利于降低甲醇生产成本；且将二氧化碳转化为液态二氧化碳，便于对二氧化碳的收集储存和运输，将液态二氧化碳运送至空调设施可以对其冷能进行利用，节能环保。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例示出的一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本具体实施方式的目的在于提供一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法，直接利用物理降温的方法将二氧化碳转化为与一氧化碳和氢气不同的状态，从而将二氧化碳分离出来，工艺过程简单，有利于降低甲醇生产成本；将二氧化碳转化为液态二氧化碳，便于对二氧化碳的收集储存，将液态二氧化碳运送至空调设施可以对其冷能进行利用，节能环保。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
参照图1，示出了一些示例性实施例中用于生产甲醇合成气的脱碳方法的流程图。本实施例提供的一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法，用于将粗合成气中的二氧化碳脱除，并对脱除的二氧化碳进行收集储存以进行利用。需要进行脱碳的粗合成气的温度为30℃，压力为4.0MPa，流量为100kmol/h，粗合成气中一氧化碳的流量为25kmol/h，二氧化碳的流量为35kmol/h，氢气的流量为40kmol/h。
脱碳过程中，首先利用低温介质通过热交换的方法对粗合成气进行物理降温处理，由于二氧化碳的沸点比一氧化碳和氢气的沸点高，在对粗合成气进行物理降温的过程中，温度优先降至二氧化碳的沸点。对粗合成气进行物理降温处理的过程中将粗合成气的温度降至二氧化碳的沸点以下，并保证该温度高于一氧化碳和氢气的沸点，使粗合成气中的气态二氧化碳转化为液态二氧化碳，同时保证一氧化碳和氢气依然为气态，为方便阐述，以下将对粗合成气进行物理降温处理后的物质称为低温气液混合物，低温气液混合物包括液态二氧化碳以及气态的一氧化碳和氢气。然后将液态二氧化碳与气态的一氧化碳和氢气进行分离和收集。收集低温气液混合物中的气体以得到低温合成气，低温合成气中的二氧化碳含量极低，从而完成了对粗合成气的脱碳净化过程。收集低温气液混合物中的液体以得到液态二氧化碳，将液态的二氧化碳收集至容器中进行储存。液态的二氧化碳具有大量的冷能，通过将液态的二氧化碳运输至农业大棚或产品储存仓库等具有空调设施的地方，为空调设施提供冷源，使二氧化碳作为资源被利用。
如此设置，直接利用物理降温的方法将二氧化碳转化成与一氧化碳和氢气的状态不同的状态，从而将二氧化碳分离出来，相对于低温甲醇洗中对二氧化碳的低温吸收、高温解析的工艺过程而言，工艺过程简单，有利于降低甲醇生产成本。将二氧化碳转化为液态二氧化碳，便于对二氧化碳的收集储存和运输，将液态二氧化碳运送至空调设施可以对其冷能进行利用，节能环保，且液态二氧化碳作为冷却降温的介质，可以形成其生产与应用产业。
优选实施例中，为保证粗合成气中的气态二氧化碳转化为液态二氧化碳的转化率，一般在物理降温处理过程中将温度降至-115～-100℃，低温合成气的温度也为-115～-100℃，具体地的，可将温度降至-109℃。经试验，在此温度下对低温气液混合物中的气体进行收集时，一氧化碳的流量为24.174kmol/h，二氧化碳的流量为0.722kmol/h，氢气的流量为39.892kmol/h；对低温气液混合物中的液体进行收集时，一氧化碳的流量为0.826kmol/h，二氧化碳的流量为34.278kmol/h，氢气的流量为0.108kmol/h，脱碳率高达97.937％。
经上述物理降温处理及气液分离过程之后，得到的低温合成气具有较低的温度，而工业上利用一氧化碳和氢气生产甲醇时，往往需要高温，故由上述过程得到的低温合成气生产甲醇时，还需进行升温。本实施例中，可以利用低温合成气与粗合成气进行热交换，利用低温合成气的冷能对粗合成气进行降温的同时，低温合成气吸收热量，温度升高，避免了粗合成气中的热量浪费，且减少了额外对低温合成气进行升温时的能耗。
由于热交换过程的发生取决于温度差，单独利用低温合成气对粗合成气进行降温无法保证二氧化碳转化为液态二氧化碳的转化率，故本实施例中，采用分段式对粗合成气进行降温，即上述物理降温处理包括对粗合成气进行预降温以形成低温粗合成气的一次处理和对低温粗合成气继续进行降温的二次处理。
具体地，上述一次处理的过程即利用低温合成气与粗合成气进行热交换的处理过程，低温合成气经上述一次处理后形成洁净合成气，可用于生产甲醇；粗合成气经上述一次处理后形成低温粗合成气。粗合成气经该一次处理过程后，形成的低温粗合成气的温度为-45～-30℃，具体地，低温粗合成气的温度可为-37℃。
上述二次处理的过程则是利用额外的制冷剂与低温粗合成气进行热交换的处理过程，低温粗合成气经二次处理后形成低温气液混合物。
优选实施例中，二次处理过程中采用的制冷剂可以选为液化天然气(简称LNG)。由于液化天然气的体积约为同量气态天然气体积的1/625，在现有技术中，一般将气田生产的天然气净化处理，经一连串超低温液化后，利用液化天然气船运送。而液化天然气在通过管线输往家庭用户、发电厂和工业用户前，需对液化天然气进行升温以将液化天然气还原为气态天然气。本实施例中则是利用现有技术中上述对天然气的处理过程，利用液化天然气的冷能对低温粗合成气进行换热降温。液化天然气的温度一般为-163℃，低温粗合成气的温度为-45～-30℃，从而使低温粗合成气经该换热过程后形成的低温气液混合物的温度能够达到-115～-100℃，液化天然气经二次处理后形成压缩天然气，液化天然气在换热过程中，吸收低温粗合成气的热量，温度可升高至-47～-35℃，具体地，压缩天然气的温度可达-41℃。
需要说明的是，在一次处理过程中，将粗合成气的压力控制在4.0MPa。在二次处理过程中，将低温粗合成气的压力控制在4.0MPa，将液化天然气的压力控制在1MPa。
实施中，压缩天然气的温度与可供至家庭用户、发电厂和工业用户的天然气的温度还有一定的温差，故压缩天然气中还有一定的冷能可供利用。
具体地，可利用压缩天然气与工厂废热进行热交换，以对工厂废热进行降温。在该热交换过程中，压缩天然气吸收热量，温度升高，形成中温天然气，其中，中温天然气的温度为100-125℃，具体地，中温天然气的温度可为120℃。
上述工厂废热包括工厂中的废蒸汽或废热气，将废蒸汽或废热气降温后形成工厂物料再排放，有利于环保。
进一步地，还可通过膨胀机利用中温天然气膨胀对外做功产生的机械能。中温天然气经膨胀对外做功形成常温天然气，压力为0.4MPa，该常温天然气可以输送至用户燃气管网以供用户使用。
需要说明的是，上述提到的换热过程和热交换过程均在换热器中进行，将液态二氧化碳与气态的一氧化碳和氢气分离的过程在气液分离器中进行，利用中温天然气膨胀对外做功向外输出机械能的过程通过膨胀机实现。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用热交换的方法对粗合成气进行物理降温处理，以使所述粗合成气中的二氧化碳转化为液态，一氧化碳和氢气保持气态；
将液态的所述二氧化碳与气态的所述一氧化碳和氢气进行分离，将气态的所述一氧化碳和氢气作为低温合成气进行收集，并将液态的所述二氧化碳收集至容器中进行储存。
2.根据权利要求1所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，所述物理降温处理包括对所述粗合成气进行预降温以形成低温粗合成气的一次处理和对所述低温粗合成气继续进行降温的二次处理。
3.根据权利要求2所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，利用所述低温合成气与所述粗合成气进行热交换实现所述一次处理，所述低温合成气经所述一次处理后形成洁净合成气，所述粗合成气经所述一次处理后形成低温粗合成气。
4.根据权利要求2所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，利用制冷剂与所述低温粗合成气进行热交换实现所述二次处理，所述低温粗合成气经所述二次处理后形成低温气液混合物。
5.根据权利要求4所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，所述制冷剂为液化天然气，所述液化天然气经所述二次处理后形成压缩天然气。
6.根据权利要求5所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，利用所述压缩天然气中的残余能量。
7.根据权利要求6所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，利用所述压缩天然气与工厂废热进行热交换，所述压缩天然气升温后形成中温天然气。
8.根据权利要求7所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，利用所述中温天然气膨胀对外做功产生的机械能，所述中温天然气经膨胀对外做功形成常温天然气，将所述常温天然气输送至用户燃气管网。
9.根据权利要求2所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，所述低温粗合成气经所述二次处理后的温度控制在零下115摄氏度至零下100摄氏度。
10.根据权利要求7所述的用于生产甲醇合成气的脱碳方法，其特征在于，所述工厂废热包括废蒸汽或废热气。
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