CN112533890A - 生产甲醇的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于生产甲醇的方法。所述方法包括提供高氧含量的氧化剂以燃烧烃，特别是甲烷，然后使用所得的热气体加热天然气以将天然气转化为合成气。所述合成气用于在甲醇合成反应器中生产甲醇。至少一些来自所述热气体的二氧化碳被进料到甲醇合成反应器中以制备甲醇。

Description

生产甲醇的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月6日提交的美国临时专利申请系列号62/715,194的优先权的权益，其全部内容通过整体引用并入本文。
技术领域
本发明大体涉及甲醇的生产。更具体地，本发明涉及通过包括使用来自加热介质的二氧化碳(CO2)作为甲醇生产的原料之一的方法来生产甲醇，其中所述加热介质向重整过程提供热量。
背景技术
一种生产甲醇的常规方法包括从甲烷生产合成气，然后在催化剂存在下使一氧化碳(CO)、氢气(H2)和合成气反应以生产甲醇。甲烷的蒸气重整形成合成气的反应式以及一氧化碳和氢气反应形成甲醇的反应式如下所示。
CH4+H2O→CO+3H2
CO+2H2→CH3OH.
传统上，甲醇生产设备利用重整器燃烧器中的过量空气来燃烧天然气(燃料)，以产生将天然气(原料)进行蒸汽重整以形成合成气所需的能量。在蒸汽重整甲烷以产生合成气中，对于形成的每摩尔一氧化碳，形成三摩尔的氢气。但是在形成甲醇时，每消耗一摩尔一氧化碳，仅消耗两摩尔氢气。因此，蒸汽重整产生过量的氢气。蒸汽重整过程中产生的过量氢气通过导入二氧化碳并使导入的二氧化碳与过量氢气反应生成甲醇而用于甲醇生产，如下所示。
CO2+3H2→CH3OH+H2O。
消耗过量氢气的这种方法昂贵，并且由于导入二氧化碳的高昂价格而增加了甲醇的生产成本。
此外，使用过量空气来燃烧燃料气导致其他明显的低效率。例如，当前，在重整燃烧器中使用过量空气进行燃烧导致稀释的二氧化碳料流，所述稀释的二氧化碳料流含有约为5重量％CO2、80重量％N2和15重量％O2。这种稀释的料流很难进一步处理，因此将其作为烟道气排出。同样，在重整器的燃烧器中使用过量空气会降低燃烧器的火焰温度，从而增加作为重整器燃烧器燃料的天然气需求。总之，在燃烧天然气燃料和导入过量的二氧化碳以消耗过量氢气中使用过量的空气使得甲醇生产过程昂贵。
考虑到对上述包含二氧化碳的烟道气排放，应当注意，从工业设备排放二氧化碳是环境问题。二氧化碳是一种温室气体，主要由于燃烧化石燃料而不断排放到地球大气中。在过去的几十年中，全球对人为二氧化碳排放到大气中的增加的关注日益增加。
发明内容
本发明人发现了由合成气生产甲醇的更有效和环境友好的方法。该方法涉及原位形成二氧化碳，然后可以将其用作生产甲醇和/或其他有价值的化学物质(如尿素)的附加原料。该方法包括提供为纯氧气或具有高浓度氧气的氧化剂，用于在产生合成气的重整器的燃烧器中燃烧燃料。所述氧化剂可以通过空气分离单元(ASU)从空气中产生。该氧化剂用于在燃烧器中完全或几乎完全地燃烧燃料，从而减少燃料消耗并增加重整器(例如蒸汽重整器)中的合成气产量。使用高氧含量氧化剂产生的过量二氧化碳被用作生产甲醇和尿素的原料之一。来自空气分离单元的氮气和来自重整器的任何未反应的氢气可用于生产氨和尿素等材料。该方法可以显著优化甲醇设备并提高经济效益。例如，尽管在该方法中使用了二氧化碳，但是该二氧化碳没有被引入到甲醇生产过程中。相反，所述方法包括从燃烧器烟道气原位产生纯二氧化碳(或几乎纯二氧化碳)。这样，通常会排放到大气中的二氧化碳可用于形成有价值的产品，例如甲醇和尿素。
本发明的实施方案包括一种生产甲醇的方法。所述方法包括使进料烃与包含70至99.5重量％氧气的氧化剂燃烧，以产生热量并产生温度为1200至1800℃的加热的气流。所述加热的气流包含二氧化碳和水。所述方法还包括利用来自加热的气流的热量将天然气加热到足以重整天然气并产生合成气的温度。天然气的加热同时冷却加热的气流以形成包含二氧化碳和水的冷却的气流。所述方法还包括在足以产生甲醇的反应条件下使合成气与至少一些来自冷却的气流的二氧化碳反应。
本发明的实施方案包括生产甲醇的方法，其涉及将甲烷料流分离成第一甲烷料流和第二甲烷料流，并使第一甲烷料流流入燃烧器。所述方法还包括在空气分离单元中分离空气以产生包含70至99.5重量％的氧气、1至30重量％的二氧化碳(被混合以用作为温度调节剂)和0.1至5重量％的氮气以及痕量杂质的氧化剂。所述方法还包括使氧化剂流入燃烧器，并使第一甲烷料流与氧化剂以及由天然气燃烧产生的二氧化碳(其用于控制火焰温度)一起燃烧，以产生热量并产生温度为1200至1800℃的加热的气流。所述加热的气流包含二氧化碳和水(蒸汽形式)。所述方法进一步包括使加热的气流与重整器接触，并使第二甲烷料流流入重整器。所述方法还包括利用来自加热的气流的热量将第二甲烷料流加热到足以重整第二甲烷料流并产生合成气的温度。第二甲烷料流的加热同时冷却加热的气流以形成包含二氧化碳的冷却的气流。所述方法进一步包括使所述合成气流入甲醇合成反应器，使冷却的气流中的至少一些二氧化碳流入甲醇合成反应器中，并且在甲醇合成反应器中在足以生产甲醇的反应条件下使所述合成气和冷却的气流中的至少一些二氧化碳反应。
以下包括在整个说明书中使用的各种术语和短语的定义。
术语“约”或“近似”被定义为接近于，如本领域普通技术人员所理解的。在一个非限制性实施方案中，这些术语被定义为在10％以内，优选在5％以内，更优选在1％以内，最优选在0.5％以内。
术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别是指基于包括所述组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数计的所述组分的重量、体积或摩尔百分比。在非限制性实施例中，在100mol材料中的10mol组分为10mol％的组分。
术语“基本上”及其变体被定义为包括10％以内，5％以内，1％以内或0.5％以内的范围。
当在权利要求和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“预防”或“避免”或这些术语的任意变型包括任意可测量的减少量或完全抑制以是实现期望的结果。
如在说明书和/或权利要求书中使用的术语“有效”是指足以实现期望的、预期的或打算的结果。
当在权利要求或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”一起使用时，词语“一(a)”或“一(an)”的使用可表示“一个(one)”，但其也具有“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义。
词语“包含(comprising)”(以及包含的任何形式，例如“包含(comprise)”和“包含(comprises)”)、“具有(having)”(以及具有的任何形式，例如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包括(including)”(以及包括的任何形式，例如“包括(include)”和“包括(includes)”)或“含有(containing)”(以及含有的任何形式，例如“含有(contain)”和“含有(contains)”)是包含的或开放的且不排除额外的、未列举的元素或方法步骤。
本发明的方法可以“包含”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物等，“基本上由其组成”或“由其组成”。
术语“主要”，如在说明书和/或权利要求中使用的该术语，表示大于50重量％、50摩尔％和50体积％中的任一个。例如，“主要”可以包括50.1重量％至100重量％和其间的所有值和范围、50.1摩尔％至100摩尔％和其间的所有值和范围、或50.1体积％至100体积％和其间的所有值和范围。
本发明的其它目的、特征和优点将从以下附图、详细描述和实施例中变得显而易见。然而，应当理解，在指示本发明的具体实施方案的同时，附图、详细描述和实施例仅以说明的方式给出，而不意味着限制。另外，预期从本详细描述中，在本发明的精神和范围内的改变和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。在其他实施方案中，来自具体实施方案的特征可以与来自其他实施方案的特征组合。例如，来自一个实施方案的特征可以与来自任何其他实施方案的特征组合。在进一步实施方案中，可以向本文所述的具体实施方案添加附加特征。
附图说明
为了更全面的理解，现结合附图参考以下描述，其中：
图1是根据本发明实施方案的用于生产甲醇的系统；
图2是根据本发明实施方案的用于生产甲醇的方法；和
图3示出了根据本发明的实施方案的模拟甲醇生产方法的结果的图。
具体实施方式
已经发现了一种由合成气生产甲醇的方法。该方法涉及原位生产二氧化碳，然后可以将其用作生产甲醇和/或其他有价值的化学物质(如尿素)的附加原料。该方法包括提供为纯氧气或具有高浓度氧气的氧化剂，用于在产生合成气的重整器的燃烧器中燃烧燃料。所述氧化剂可以通过空气分离单元(ASU)从空气中产生。该氧化剂用于在燃烧器中完全或几乎完全地燃烧燃料，从而减少燃料消耗并增加重整器中的合成气产量。通过使用这种高氧含量的氧化剂来燃烧燃料，燃烧器的烟道气将包含过量的二氧化碳和水。二氧化碳可以容易从水中分离出来，然后与氢气一起用作原料，以生产有价值的产品，例如甲醇。以这种方式，所述过量的氢气通过与二氧化碳反应以形成甲醇而被消耗。
根据本发明实施方案的方法可用于通过使用空气分离单元获得纯氧或几乎纯氧作为氧化剂来优化甲醇设备，所述氧化剂可用于将燃烧器中的燃料天然气完全燃烧，产生二氧化碳和水。燃烧器烟道气中的大部分二氧化碳可以通过使用压缩和冷凝过程分离水来回收。然后可以将纯化的二氧化碳内部用于甲醇转化器，以消耗天然气蒸汽重整过程中产生的过量氢气。
本发明的实施方案提出了甲醇生产工艺与氨和尿素生产工艺整合的可能性，因为在空气分离单元中作为副产物生产了氮气，从燃烧器烟道气中可得到过量的二氧化碳(被混合以用作温度调节剂)，从天然气蒸汽重整可得到过量的氢气。
如上所述，常规甲醇设备利用重整器燃烧器中的过量空气来燃烧燃料气体，以产生蒸汽重整所需的能量(这导致显著的能源低效)，并导入纯二氧化碳以消耗重整段中产生的过量氢气。二氧化碳的导入使得常规方法在经济上没有吸引力。
图1显示了根据本发明实施方案的用于生产甲醇的系统10。图2显示了根据本发明实施方案的用于生产甲醇的方法20。使用系统10可以实施方法20。
使用系统10实施的方法20可涉及在框200中使天然气进料流108流入天然气分离器107，其将天然气进料流108分离为天然气燃料流106和天然气进料流109。这样，天然气中的甲烷作为燃料和原料两者。天然气主要包含甲烷，且在本发明的实施方案中，天然气包含70至100重量％甲烷、0至30重量％乙烷、0至10重量％氮气和0至10重量％丙烷，以干重计。
在本发明的实施方案中，方法20包括在框201使天然气燃料流106流入燃烧器104以进行燃烧。同时，根据本发明的实施方案，在框202处，空气流100被空气分离单元101分离成氧化剂流102和氮气流103。根据本发明的实施方案，氧化剂流102包含70至99.5重量％氧气、1至30重量％二氧化碳(被混合以充当温度调节剂)和0.1至5重量％氮气以及微量杂质；氮气流103包含70至90重量％氮气和10至30重量％氧气。因为CO2具有很高的辐射吸收系数，所以它可以在燃烧天然气的火焰附近充当温度扩散剂。还有，CO2是富氧环境中的惰性成分，由于其显热，其有助于吸收火焰区域燃烧的一些放热能量。因此，可以基于期望的火焰温度来优化CO2混合成分。
在框203处，具有高氧含量的氧化剂流102流入燃烧器104。根据本发明的实施方案，在框204处，燃烧器104利用氧化剂流102燃烧天然气燃料106。由于氧化剂流102的高氧含量，天然气燃料流106可以完全或几乎完全燃烧。根据本发明的实施方案，在框204处燃烧导致进料到燃烧器104的烃的至少95％至100％被氧化。这样，在重整器110(例如，蒸汽重整单元)中，减少了天然气(燃料)的消耗，并且增加了合成气的产生。
在本发明的实施方案中，在框204处，将二氧化碳流105提供给燃烧器104，同时在燃烧器104中将天然气燃料流106的甲烷与氧化剂流102的氧气燃烧。以这种方式，二氧化碳流105，作为燃烧器104中存在的条件下的惰性气体，可用于控制燃烧器104中的火焰温度。在本发明的实施方案中，所述火焰温度在1500至3000℃的范围和其间的所有范围和值内，包括1300至1350℃、1350至1400℃、1400至1450℃、1450至1500℃、1500至1550℃、1550至1600℃、1600至1650℃、1650至1700℃、1700至1750℃、1750至1800℃、1800至1850℃、1850至1900℃、1900至1950℃、1950至2000℃、2000至2050℃、2050至2100℃、2100至2150℃、2150至2200℃、2200至2250℃、2250至2300℃、2300至2350℃、2350至2400℃、2400至2450℃、2450至2500℃、2500至2550℃、2550至2600℃、2600至2650℃、2650至2700℃、2700至2750℃、2750至2800℃、2800至2850℃、2850至2900℃、2900至2950℃和/或2950至3000℃的范围。
在框204处，在燃烧器104中的燃烧产生热负荷流112A(加热的气流)。在本发明的实施方案中，热负荷流112A可以被加热到1200至1800℃的温度和其间的所有范围和值，包括1200至1250℃、1250至1300℃、1300至1350℃、1350至1400℃、1400至1450℃、1450至1500℃、1500至1550℃、1550至1600℃、1600至1650℃、1650至1700℃、1700至1750℃和/或1750至1800℃的范围。在本发明的实施方案中，框205示出了热负荷流112A被引导至重整器110。
在本发明的实施方案中，在框206，天然气进料流109也流入重整器110。在框207处，通过燃烧天然气燃料流106产生并且存在于热负荷流112A中的热量被传递到天然气进料流109，以产生足以将天然气进料流109的甲烷转化为合成气111中的一氧化碳和氢气的温度。在本发明的实施方案中，在框207处，重整器110中的反应条件包括800至900℃范围内的温度以及其间的所有范围和值，包括800至810℃、810至820℃、820至830℃、830至840℃、840至850℃、850至860℃、860至870℃、870至880℃、880至890℃和/或890至900℃的范围。在本发明的实施方案中，在框207处，重整器110中的反应条件包括在10至20巴的范围内的压力及其间的所有范围和值，包括10至11巴、11至12巴、12至13巴、13至14巴、14至15巴、15至16巴、16至17巴、17至18巴、18至19巴和/或19至20巴的范围。在本发明的实施方案中，框207处的反应在选自以下列表的催化剂的存在下进行：镍、氧化铝、氧化钙及其组合。在重整器110处，天然气进料流109被转化为合成气111。合成气111包括一氧化碳和氢气。在本发明的实施方案中，合成气111包含15至25重量％一氧化碳、10至20重量％二氧化碳、5至15重量％氢气和40至50重量％水。
根据本发明的实施方案，热量从热负荷流112A向天然气进料流109的传递以产生合成气111，使热负荷流112A冷却成烟道气112B，其主要包括二氧化碳和水。在本发明的实施方案中，烟气112B包含70至80重量％二氧化碳和20至30重量％水。
烟道气112B的二氧化碳和水可以容易地分离。例如，在本发明的实施方案中，在框208处，方法20涉及分离单元113，其将烟道气112B分离成主要包括水的料流(水流114)和主要包括二氧化碳的料流(二氧化碳流115)。
在本发明的实施方案中，在框209处二氧化碳分离器116将二氧化碳流115分离成二氧化碳原料流118和过量的二氧化碳流117。在本发明的实施方案中，过量的二氧化碳流117作为二氧化碳流105进料到燃烧器104中，作为框204的一方面，和/或过量的二氧化碳流117被注入重整器110中。当供应给燃烧器104时，过量的二氧化碳流117作为惰性气体充当稀释剂，因此可用于控制燃烧器104中燃烧天然气燃料流106的火焰温度。
根据本发明的实施方案，在框210处，将合成气流111引导至冷却和分离单元119，在此，合成气流111被冷却并分离成第一合成气流120和第二合成气流121。在本发明的实施方案中，第一合成气流120和第二合成气流121分别包含30至40重量％二氧化碳、40至50重量％一氧化碳、10至20重量％氢气和0至10重量％水。第一合成气流120可以在变压吸收(PSA)单元124中分离以形成主要包含氢气的氢气流123和主要包含二氧化碳和一氧化碳的碳氧化物流125。
根据本发明的实施方案，在框211处，第二合成气流121被引导至甲醇合成反应器126。在本发明的实施方案中，在框212处，将二氧化碳原料流118引导至甲醇合成反应器126。
根据本发明的实施方案，在框213处，第二合成气流121和二氧化碳原料流118在甲醇合成反应器126中反应并转化为甲醇。在本发明的实施方案中，甲醇合成反应器126中为框213-由一氧化碳、二氧化碳和氢合成甲醇-提供的反应条件包括225至275℃范围内的温度以及其间的所有范围和值，包括225至230℃、230至235℃、235至240℃、240至245℃、245至250℃、250至255℃、255至260℃、260至265℃、265至270℃和/或270至275℃的范围。在本发明的实施方案中，在框213处，甲醇合成反应器126中用于合成甲醇的反应条件包括80至100巴范围内的压力以及其间的所有范围和值，包括80至82巴、82至84巴、84至86巴、86至88巴、88至90巴、90至92巴、92至94巴、94至96巴、96至98巴和/或98至100巴的范围。在本发明的实施方案中，框213处，所述甲醇合成反应在选自以下列表的催化剂的存在下进行：铜、氧化锌、氧化铝及其组合。
在框213处产生的甲醇被排放到反应器流出物128中。在本发明的实施方案中，反应器流出物128包含30至40重量％甲醇、10至20重量％二氧化碳、0至5重量％一氧化碳、10至20重量％氢气和10至20重量％水。根据本发明的实施方案，在框214处，反应器流出物128被送至冷却和分离单元129。在本发明的实施方案中，在框215处，冷却和分离单元129将反应器流出物128分离成中间产物流131和再循环流130。如框216所示，可以将主要包含二氧化碳和氢气的再循环流130作为再循环合成气127再循环至甲醇合成反应器126和/或再循环至燃烧器104以作为吹扫气体135进行燃烧。
在本发明的实施方案中，在框217处，减压和分离单元132降低中间产物流131的压力，并将中间产物流131分离成排出气体流133和粗甲醇流134。
在本发明的实施方案中，(1)过量的二氧化碳流117的至少一部分可以与用于生产尿素的氨/尿素设备整合和/或(2)氢气流123和氮气流103可以与氨/尿素设备整合以生产氨。更具体地，来自氮气流103的氮气可以与来自氢气流123或其他氢气源的氢气反应以形成氨。然后可以使形成的氨与过量二氧化碳流117一部分中的二氧化碳反应以形成尿素。
如本文所述的本发明的实施方案可以显著优化甲醇生产设备，并通过使用二氧化碳生产另外的甲醇而导致增加的经济利益，其中二氧化碳在重整器燃烧器内原位生产。
本文所述的本发明的实施方案可以具有以下益处：(a)由于使用纯氧气或具有高浓度氧气的氧化剂进行燃烧而减少了重整器燃烧器中的燃料天然气消耗；(b)原位生产纯二氧化碳或几乎纯二氧化碳消耗了在重整器中产生的过量的氢气以生产额外的甲醇，(c)增加使用天然气作为原料以生成额外的合成气，导致每单位天然气额外的甲醇生产。
尽管已经参考图2的方框描述了本发明的实施方案，但是应理解，本发明的操作不限于图2中所示的特定方框和/或特定方框顺序。因此，本发明的实施方案可以使用与图2的顺序不同的各种方框来提供如本文所述的功能。
实施例
作为本发明的公开内容的一部分，下面包括具体的实施例。所述实施例仅用于说明的目的，并不旨在限制本发明。本领域的普通技术人员将容易认识到可改变或改进以产生实质上相同结果的参数。
甲醇生产过程的模拟
该示例涉及Aspen Plus软件中的第一个切割模型(如图1所示)，该模型是为在甲醇设备中利用二氧化碳而构建的，所述甲醇设备导致根据如下反应方案从进入甲醇合成反应器的合成气流中的过量氢气生产额外的甲醇：
CO+2H2＝CH3OH
CO2+3H2＝CH3OH+H2O
CO2+H2＝CO+H2O。
模拟中的假设包括：(a)天然气总量是固定的：2788kmol/小时或415.1kta，(b)天然气的分流因注入的二氧化碳而异，因此在重整器和燃烧器之间实现了能量平衡，(c)在本研究中假定重整和甲醇合成在平衡下操作，(d)所有计算均相对于零二氧化碳注入的基础情形，(e)净收益是相对于没有注入二氧化碳的基础情形，基于货币基础(增量甲醇–补充水–天然气当量蒸汽)/吨甲醇定义的。
基于模拟，获得了反映在图3所示的图中的结果。图3显示，随着进料到甲醇合成反应器中的二氧化碳增加，每小时生产的甲醇增加。因此，在甲醇合成反应器中注入二氧化碳以从过量氢气中生成额外甲醇有明显的经济理由，否则这些过量氢气将作为吹扫料流而损失，并最终在重整炉中用作燃料。
提议的构想与常规的甲醇生产过程的初步比较如下所示：
Figure BDA0002936079800000111
基于上表，与用于甲醇生产的常规重整器相比，纯氧气的注入在天然气节省方面具有可观的优势。
在本发明的上下文中，至少描述了下面19个实施方案。实施方案1是一种生产甲醇的方法。所述方法包括使进料烃与包含70至99.5重量％氧气的氧化剂燃烧，以产生热量并产生温度为1200至1800℃加热的气流，其中所述加热的气流包含二氧化碳和水。所述方法还包括利用来自加热的气流的热量将天然气加热到足以重整天然气并产生合成气的温度，其中天然气的加热同时将加热的气流冷却以形成包含二氧化碳和水的冷却的气流。所述方法还包括在足以产生甲醇的反应条件下使合成气与至少一些来自冷却的气流的二氧化碳反应。实施方案2是实施方案1所述的方法，其进一步包括在空气分离单元中分离空气以产生氧化剂。实施方案3是实施方案1或2中任一项所述的方法，其中所述空气分离单元包括选自以下构成的列表：低温蒸馏单元、变压吸附/膜分离单元及其组合。实施例4是实施例3所述的方法，还包括利用包含来自空气分离单元的氮气的原料生产氨和/或尿素。实施方案5为实施方案1至4中任一项所述的方法，其进一步包括将冷却的气流中的二氧化碳与水分离，并将分离的二氧化碳用于与合成气反应。实施方案6是实施方案1至5中任一项所述的方法，其进一步包括将甲烷料流分离成第一甲烷料流和第二甲烷料流，并使第一甲烷料流流入燃烧器，其中所述第一甲烷料流包括与氧化剂燃烧的进料烃。实施方案7为实施方案6所述的方法，其进一步包括使加热的气流流入重整器，并使第二甲烷料流流入重整器，其中所述第二甲烷料流包括被加热的天然气。实施方案8为实施方案1至7中任一项所述的方法，其中所述氧化剂进一步包含1至30重量％的二氧化碳(被混合以充当温度调节剂)和0.1至5重量％的氮气。实施方案9是根据实施方案1至8中任一项所述的方法，其中所述燃烧使得95至100重量％的进料烃被氧化。实施方案10为实施方案1至9中任一项所述的方法，其中所述冷却的气流包含55至65重量％的二氧化碳、35至45重量％的水和0.1至3重量％的氮气。实施方案11是实施方案1至10中任一项所述的方法，其中来自冷却的气流的一部分二氧化碳用于氨和/或尿素生产过程中。实施方案12是实施方案1至11中任一项所述的方法，其中来自冷却的气流的一部分二氧化碳在进料烃的燃烧中用作稀释剂。实施方案13是实施方案12所述的方法，其中改变从冷却的气流至进料烃燃烧的二氧化碳的流量，以控制燃烧的火焰温度。实施方案14是实施方案13所述的方法，其中燃烧的火焰温度在1500至3000℃的范围内。实施方案14是实施方案1至13中任一项所述的方法，其中天然气向甲醇的转化率在70％至95％的范围内。实施方案16是实施方案1至15中任一项所述的方法，其中天然气的重整包括使天然气与水反应。
实施方案17是一种生产甲醇的方法。所述方法包括使第一甲烷料流甲烷与包含70至99.5重量％氧气的氧化剂燃烧，以产生热量并产生温度为1200至1800℃的加热的气流，其中所述加热的气流包含二氧化碳和水。所述方法还包括利用来自加热的气流的热量将第二甲烷料流加热到足以重整第二甲烷料流并产生合成气的温度，其中第二甲烷料流的加热同时将加热的气流冷却以形成包含二氧化碳和水的冷却的气流。所述方法还包括在足以产生甲醇的反应条件下使合成气与至少一些来自冷却的气流的二氧化碳反应。
实施方案18是一种生产甲醇的方法。所述方法包括将甲烷料流分离成第一甲烷料流和第二甲烷料流，并使第一甲烷料流流入燃烧器。所述方法还包括在空气分离单元中分离空气以产生包含70至99.5重量％的氧气、1至30重量％的二氧化碳和0.1至5重量％的氮气的氧化剂和使所述氧化剂流入燃烧器。所述方法进一步包括使第一甲烷料流与氧化剂燃烧，以产生热量并产生温度为1200至1800℃的加热的气流，其中所述加热的气流包含二氧化碳和水。另外，所述方法包括使加热的气流流入重整器，并使第二甲烷料流流入重整器。所述方法进一步包括利用来自加热的气流的热量将第二甲烷料流加热到足以重整第二甲烷料流并产生合成气的温度，其中第二甲烷料流的加热同时将加热的气流冷却以形成包含二氧化碳的冷却的气流，并使所述合成气流入甲醇合成反应器。所述方法还包括使冷却的气流中的至少一些二氧化碳流入甲醇合成反应器中，并且在甲醇合成反应器中在足以生产甲醇的反应条件下使合成气和冷却的气流中的至少一些二氧化碳反应。实施方案19为实施方案18所述的方法，其中将从天然气燃烧产生的二氧化碳送至第一甲烷料流燃烧的反应区。
尽管已经详细描述了本申请的实施方案及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的实施方式的精神和范围的情况下，可以在其中进行各种改变、替换和更改。此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法和步骤的特定实施方案。如本领域普通技术人员将从以上公开内容容易地理解的，可以利用目前存在的或以后将开发的起到与本文所描述的相应实施方案基本相同的功能或实现与本文描述的相应实施方案基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤。

Claims (18)

1.一种生产甲醇的方法，所述方法包括：
使进料烃与包含70至99.5重量％氧气的氧化剂燃烧，以产生热量并产生温度为1200至1800℃的加热的气流，其中所述加热的气流包含二氧化碳和水；
利用来自加热的气流的热量将天然气加热到足以重整天然气并产生合成气的温度，其中天然气的加热同时将加热的气流冷却以形成包含二氧化碳和水的冷却的气流；和
在足以产生甲醇的反应条件下使合成气与至少一些来自冷却的气流的二氧化碳反应。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在空气分离单元中分离空气，以产生氧化剂。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述空气分离单元包括选自以下构成的列表：低温蒸馏单元、变压吸附/膜分离单元及其组合。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：利用包含来自空气分离单元的氮气的原料生产氨和/或尿素。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，进一步包括：将冷却的气流中的水与二氧化碳分离，并在使合成气反应的步骤中使用分离出的二氧化碳。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括：将甲烷料流分离成第一甲烷料流和第二甲烷料流；和
使第一甲烷料流流入燃烧器，其中所述第一甲烷料流包括与氧化剂燃烧的进料烃。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：
使加热的气流流入重整器；和
使第二甲烷料流流入重整器，其中所述第二甲烷料流包括被加热的天然气。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述氧化剂进一步包含1至30重量％的二氧化碳和0.1至5重量％的氮气。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述燃烧使得95至100重量％的进料烃被氧化。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述冷却的气流包含55至65重量％的二氧化碳、35至45重量％的水、0.1至3重量％的氮气。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中将来自冷却的气流的一部分二氧化碳用于氨和/或尿素生产过程中。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中将来自冷却的气流的一部分二氧化碳在进料烃的燃烧中用作稀释剂。
13.根据权利要求12所述的方法，其中改变从冷却的气流至进料烃燃烧的二氧化碳的流量，以控制燃烧的火焰温度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中燃烧的火焰温度在1500至3000℃的范围内。
15.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中天然气向甲醇的转化率在70％至95％的范围内。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中天然气的重整包括使天然气与水反应。
17.一种生产甲醇的方法，所述方法包括：
使第一甲烷料流与包含70至99.5重量％氧气的氧化剂燃烧，以产生热量并产生温度为1200至1800℃的加热的气流，其中所述加热的气流包含二氧化碳和水；
利用来自加热的气流的热量将第二甲烷料流加热到足以重整第二甲烷料流并产生合成气的温度，其中第二甲烷料流的加热同时将加热的气流冷却以形成包含二氧化碳和水的冷却的气流；和
在足以产生甲醇的反应条件下使合成气与至少一些来自冷却的气流的二氧化碳反应。
18.一种生产甲醇的方法，所述方法包括：
将甲烷料流分离成第一甲烷料流和第二甲烷料流；
使第一甲烷料流流入燃烧器；
在空气分离单元中分离空气以产生包含70至99.5重量％的氧气、1至30重量％的二氧化碳和0.1至5重量％的氮气的氧化剂；
使所述氧化剂流入燃烧器；
使第一甲烷料流与氧化剂燃烧，以产生热量并产生温度为1200至1800℃的加热的气流，其中所述加热的气流包含二氧化碳和水；
使加热的气流流入重整器；
使第二甲烷料流流入重整器；
利用来自加热的气流的热量将第二甲烷料流加热到足以重整第二甲烷料流并产生合成气的温度，其中第二甲烷料流的加热同时将加热的气流冷却以形成包含二氧化碳的冷却的气流；
使所述合成气流入甲醇合成反应器；
使冷却的气流中的至少一些二氧化碳流入甲醇合成反应器中；和
在甲醇合成反应器中在足以产生甲醇的反应条件下使合成气和冷却的气流中的至少一些二氧化碳反应。
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