CN115073267A - 用于生产甲醇的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于从合成气生产甲醇的方法和设备(100，200)。该方法包括(i)在部分氧化(POX)室(102，202)中，通过用烃流和氧气流进行部分氧化(POX)工艺来生产具有小于1.8的化学计量数的合成气；(ii)在水煤气变换反应器(204)中，使该合成气在水煤气变换催化剂上通过，以将至少一部分的一氧化碳和水转化成氢气和二氧化碳；(iii)通过使液体冷凝物与经变换的合成气分离来产生干燥的经变换的合成气；(iv)在循环压缩机(104，210)中，将该干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气组合，以形成混合的合成气流；以及(v)在冷却的甲醇合成反应器(214)中，将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。

Description

用于生产甲醇的设备及方法
技术领域
本披露总体上涉及甲醇生产；更具体地，本披露涉及用于从通过非催化部分氧化(POX)产生的合成气生产甲醇的设备和方法。
背景技术
从烃气流生产甲醇的最常用的工艺是催化蒸汽重整法。催化蒸汽重整法可以采用最多三个催化步骤，其中这些步骤包括预重整步骤、一级重整步骤和二级重整步骤；将这些步骤用于较大的工厂来生产最佳的合成气，以用于甲醇生产。在较大的工厂中生产合成气的标准做法是使用组合重整方法。在组合重整方法中，将烃气流的第一部分在蒸汽甲烷重整器(SMR)中处理，并将SMR流出物连同烃气流的第二部分在自热重整器(ATR)中处理。在以上情况中，SMR是一级重整器，并且ATR是二级重整器。对于较小的工厂，单独使用SMR来产生合成气。但是，仅通过SMR产生的合成气是含有过多氢气的化学计量过量的合成气。
较不常见的用于生产合成气的方法是非催化部分氧化(POX)工艺。遗憾的是，非催化部分氧化(POX)工艺产生缺乏氢气的不合适的、亚化学计量的合成气。因此，需要采取措施，以增加进入甲醇合成回路的合成气中的氢气量。
关于甲醇合成，可以如下定义化学计量数(SN)，以表征朝向甲醇合成的气体组成：
SN＝{H2-CO2}/{CO+CO2}
其中H2、CO和CO2是气体组合物中的摩尔分数或摩尔百分比。甲醇生产所需的SN是2.0。如前述段落中描述的，SMR产生具有大于约3的SN的合成气。组合重整可以产生恰好2.0的SN，并且POX产生<2的SN。每种重整工艺的确切的SN值取决于原料组成以及操作条件的设计和选择。
一些现有的方法将一部分的亚化学计量的合成气送到氢气回收单元或用于回收并回用氢气的膜，以调整合成气的氢气含量。但是，以上方法可能导致大量的尾气并且关于甲醇生产的碳效率差。此外，对于极大规模生产量(即大于约7500公吨/日(mtpd)的甲醇生产量)的仅ATR的设计，常规上考虑将亚化学计量的合成气送到氢气回收单元或膜单元的做法，因为在用于该规模的合成气生产的仅SMR或组合重整配置中，SMR不可能很大并因此不经济。
其他现有的方法通过降低甲醇合成回路中的循环比来增加氢气量。因此，它产生较大的吹扫气流，从中将氢气回收并再循环到补充气体。但是，这导致碳效率低，并且对用于合成的新鲜合成气的需求增加。
其他已知的方法将一定量的氢气原料与合成气组合，以调整用于甲醇合成的化学计量平衡。但是，这要求适当规模的合适氢气源，这可能对生产经济学不利。例如，通过电解生产的氢气可用于这个目的；但是，其生产仍相对昂贵，并且在甲醇生产厂的现场并不总是可获得的。可替代地，在甲醇生产厂的位置处，可能的确无法获得来自任何外部来源的输入氢气供应。
典型地，甲醇生产工艺利用不同的催化重整步骤的组合以避免合成气中缺乏氢气。但是，催化重整法需要大量的资本支出，这对资本和工程成本对甲醇生产成本影响更大的较小工厂尤其不利。较小工厂的次要的关键问题是，由于所需要的工程工作，每个器械项目都对总投资成本和生产成本做出相当大的贡献。
还常见的是，使用水煤气变换反应器将一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)。在常规设备中，使用水煤气变换反应器导致需要使CO2与合成气分离的额外步骤，如变压吸收(PSA)、膜过滤、胺洗涤、物理吸收，以增加合成气的SN。
尽管目前有几种方法可用来补偿氢气缺乏，但它们导致较高的投资成本，尤其是对较小的工厂而言。这样的投资成本增加在许多情况下是不能负担得起的。
因此，需要解决从亚化学计量的合成气生产甲醇的现有技术的前述技术缺点。
发明内容
本披露寻求提供用于以简化的设备、低投资成本和低生产成本从通过非催化部分氧化(POX)产生的合成气生产甲醇的改进方法。本披露的目的是提供克服现有技术中遇到的至少部分问题的解决方案，并且提供用于从通过非催化部分氧化(POX)产生的合成气生产甲醇、而无需使用复杂的多管式蒸汽重整器的改进方法和改进设备。本披露的目标通过所附的独立权利要求中限定的方案实现。本披露的有利的实施方式在从属权利要求中进一步限定。
根据第一方面，提供一种用于从合成气生产甲醇的方法，其特征在于，该方法包括：
-在部分氧化(POX)室中，通过用烃流和氧气流进行部分氧化(POX)工艺，生产具有小于大致1.8的化学计量数的合成气；
-在水煤气变换反应器中，使该合成气在水煤气变换催化剂上通过，以将至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，从而获得经变换的合成气；
-通过使液体冷凝物从该经变换的合成气中分离来产生干燥的经变换的合成气；
-在循环压缩机中，将该干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气组合以形成混合的合成气流；以及
-在冷却的甲醇合成反应器中，将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。
该用于生产甲醇的改进方法的优点在于，该方法使用部分氧化(POX)工艺作为合成气生产的单一来源。此外，该方法可以使用在甲醇合成回路内的单一循环压缩机和共用的蒸汽包，以收集由该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器的水冷却所产生的蒸汽，这样使得器械数目显著减少，进而降低投资成本。另外，该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器的反应热可以用来进行蒸汽生产，进而降低生产成本。因此，根据本披露的改进方法尤其有利于仍为甲醇生产提供合适的合成气混合物的较小工厂或模块化工厂。
该方法在水煤气变换反应期间通过将合成气中一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)来提高氢气(H2)含量，从而产生有利的化学计量，并且防止否则在高的一氧化碳(CO)含量下在该冷却的甲醇合成反应器中可能出现的热点。
根据第二方面，提供一种用于从合成气生产甲醇的设备，其特征在于，该设备包括一系列的：
-部分氧化(POX)室，用于通过用烃流和氧气流进行部分氧化(POX)工艺，生产具有小于大致1.8的化学计量数的合成气；
-水煤气变换反应器，用于使该合成气在水煤气变换催化剂上通过，以将至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，从而获得经变换的合成气；
-冷凝物分离器，用于使液体冷凝物从该经变换的合成气中分离以产生干燥的经变换的合成气；
-循环压缩机，用于将该干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气组合以形成混合的合成气流；以及
-冷却的甲醇合成反应器，用于将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。
该用于生产甲醇的设备的优点在于，该设备使用部分氧化(POX)工艺作为合成气生产的单一来源。此外，该设备包括甲醇合成回路内的单一循环压缩机和共用的蒸汽包，以收集由通过使水沸腾来将该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器水冷却所产生的蒸汽，这样使得所需的器械数目显著减少，进而降低投资成本。另外，该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器的反应热可以用来进行蒸汽生产，进而降低生产成本。因此，根据本披露的设备尤其有利于仍为甲醇生产提供合适的合成气混合物的较小工厂或模块化工厂。
该水煤气变换反应器在水煤气变换反应期间通过将合成气中一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)来提高氢气(H2)含量，从而产生有利的化学计量，并且防止否则在高的一氧化碳含量下在该冷却的甲醇合成反应器中可能出现的热点。
本披露的实施例消除了在从产自非催化部分氧化(POX)的合成气生产甲醇的现有已知方法中的前述缺点。根据本披露的实施例的优点在于，这些实施例使得能够将在该部分氧化(POX)室下游且在该冷却的甲醇合成反应器上游的水煤气变换反应器与对来自较低循环比操作的吹扫气体的氢气纯化进行组合使用，以调整用于甲醇生产的合成气的化学计量和氢气含量。本发明的实施例是成本有效的，因为它们不需要复杂的设备配置，并且不会导致需要额外的步骤来补偿亚化学计量的合成气的氢气缺乏。
通过结合随后所附的权利要求解释的附图及示例性实施例的详细描述，本披露的另外的方面、优点、特征和目标变得明显。
应认识到，在不偏离如由所附权利要求限定的本披露的范围的情况下，本披露的特征可以以各种组合进行组合。
附图说明
当结合附图进行阅读时，更好地理解以上发明内容以及以下对示例性实施例的详细描述。出于说明本披露的目的，在附图中示出了本披露的示例性构造。但是，本披露不并限于本文中披露的具体方法和手段。此外，熟悉本领域的技术人员应当理解，附图并没有按比例绘制。在可能的情况下，同样的元件由相同的数字表示。
现将参照以下图，仅以举例的方式，对本披露的实施例进行描述，在这些图中：
图1是根据本披露的实施例用于从合成气生产甲醇的设备的第一实施方式的示意图；
图2是根据本披露的实施例用于从合成气生产甲醇的设备的第二实施方式的示意图；并且
图3A和3B是图解根据本披露的实施例的用于从合成气生产甲醇的方法的步骤的流程图。
在附图中，带下划线的数字用来表示位于该带下划线的数字上方的项目或者与该带下划线的数字相邻的项目。无下划线的数字涉及由连接该无下划线的数字与该项目的线条标识的项目。当数字无下划线并且伴有相关的箭头时，该无下划线的数字用来标识该箭头所指向的一般项目。
具体实施方式
以下具体实施方式说明本披露的实施例以及可以实施其的方式。尽管已披露了进行本披露的一些模式，但本领域技术人员将认识到，其他用于进行或实践本披露的实施例也是可能的。
根据第一方面，提供一种用于从合成气生产甲醇的方法，其特征在于，该方法包括：
-在部分氧化(POX)室中，通过用烃流和氧气流进行部分氧化(POX)工艺，生产具有小于大致1.8的化学计量数的合成气；
-在水煤气变换反应器中，使该合成气在水煤气变换催化剂上通过，以将至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，从而获得经变换的合成气；
-通过使液体冷凝物从该经变换的合成气中分离来产生干燥的经变换的合成气；
-在循环压缩机中，将该干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气组合以形成混合的合成气流；以及
-在冷却的甲醇合成反应器中，将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。
该用于生产甲醇的方法的优点在于，该方法使用部分氧化(POX)工艺作为合成气生产的单一来源。此外，该方法可以使用在甲醇合成回路内的单一循环压缩机和共用的蒸汽包，以收集由该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器的水冷却所产生的蒸汽，这样使得器械数目显著减少，进而降低投资成本。另外，该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器的反应热可以用来进行蒸汽生产，进而降低生产成本。因此，根据本披露的方法尤其有利于仍为甲醇生产提供合适的合成气混合物的较小工厂或模块化工厂。
根据实施例，该烃流是天然气、煤气、甲烷水合物，和/或包含烃类如石脑油或在环境条件下为液体的其他烃类，例如，炼油厂残余物、裂解炉残余物或类似物。
该部分氧化工艺(POX)是该烃流和该氧气流反应而产生该合成气的非催化放热反应。该部分氧化工艺(POX)可以在作为缓和剂(moderator)的蒸汽和/或二氧化碳存在下进行。
任选地，该方法包括在使该合成气在该水煤气变换催化剂上通过之前，在不发生水蒸气冷凝的情况下将该合成气冷却至第一温度，从而简化用于甲醇生产的设备配置并且降低投资成本。该第一温度可以在200℃至300℃的范围内。
根据实施例，该水煤气变换催化剂包括低温水煤气变换催化剂、高温水煤气变换催化剂或等温且中温水煤气变换催化剂(例如，在220℃至320℃的温度范围内起作用)。
根据实施例，该水煤气变换反应器的反应热通过使水(天然水或泵送的水)循环以产生蒸汽来进行管理。
任选地，在该方法中，产生该干燥的经变换的合成气包括：
-在第一冷却单元中，将该经变换的合成气冷却至处于第二温度(例如在50℃至150℃的范围内)的冷凝点，以形成该液体冷凝物；以及
-在冷凝物分离器中，使该液体冷凝物从该经变换的合成气中分离以产生该干燥的经变换的合成气。
任选地，该方法包括：
-在第二冷却单元中，将来自该冷却的甲醇合成反应器的流出物冷却至处于第三温度(例如典型地在40℃至60℃的范围内)的冷凝点，以产生包含粗甲醇和水的冷凝物；以及
-在甲醇分离器中，使该粗甲醇与未反应的合成气分离。
该方法还包括：
-将来自该甲醇分离器的未反应的合成气的第一部分作为该循环合成气送到该循环压缩机；
-将来自该甲醇分离器的未反应的合成气的第二部分送到氢气回收单元，例如PSA；以及
-在该氢气回收单元中，产生该富含氢气的产物，该富含氢气的产物有待与循环合成气流混合进入该循环压缩机以形成该混合的合成气流。
该氢气回收单元可以是变压吸收(PSA)氢气回收单元。
根据实施例，该方法包括降低该甲醇合成回路中的循环比，并且从而产生吹扫气流，氢气含量从该吹扫气流中得以回收并被再循环到该混合的合成气流。
任选地，该方法包括在该循环压缩机中通过提高该混合的合成气流的压力来压缩该混合的合成气流。
任选地，该方法包括
-将该烃流和该氧气流两者与在每个流动中最高达按体积计约30％的蒸汽混合；和/或
-将该烃流和该氧气流预热，然后供应到该部分氧化(POX)室进行该部分氧化(POX)工艺。
任选地，在该方法中，(i)将该经变换的合成气冷却至该冷凝点并使该液体冷凝物从该经变换的合成气中分离，并且(ii)将甲醇合成反应物流出物冷却至该冷凝点并使该粗甲醇与未反应的合成气分离，在(i)和(ii)共用的器械中进行。
任选地，该方法包括安排该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器共享共用的冷却剂和蒸汽产生系统，例如在两个反应器都通过使水沸腾来冷却的情况下的共用的蒸汽产生系统。该方法有利地减少甲醇生产所需要的大量器械，从而降低投资成本。
任选地，该方法包括将该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器容纳在同一容器中。该方法有利地减少甲醇生产所需要的大量器械，从而降低投资成本。
任选地，该方法包括在30巴至90巴范围内的压力条件下操作该部分氧化(POX)室和该水煤气变换反应器。
根据实施例，部分氧化(POX)工艺在标称大于约30巴的压力条件下进行。部分氧化(POX)工艺可以在有利地超过约60巴的压力条件下进行。部分氧化(POX)工艺可以在最有利地在60巴至90巴之间的压力条件下进行。
根据实施例，使合成气通过(即变换)在标称大于约30巴的压力条件下进行。使合成气变换可以在有利地超过约60巴的压力条件下进行。使合成气变换可以在最有利地在60巴至90巴之间的压力条件下进行。
根据第二方面，提供一种用于从合成气生产甲醇的设备，其特征在于，该设备包括一系列的：
-部分氧化(POX)室，用于通过用优选预热的烃流和优选预热的氧气流进行部分氧化(POX)工艺，生产具有小于大致1.8(例如1.83)的化学计量数的合成气；
-水煤气变换反应器，用于使该合成气在水煤气变换催化剂上通过(即变换)，以将至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，从而获得经变换的合成气；
-冷凝物分离器，用于使液体冷凝物与经变换的合成气分离以产生干燥的经变换的合成气；
-循环压缩机，用于将该干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气组合以形成混合的合成气流；以及
-冷却的甲醇合成反应器，用于将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。
该用于生产甲醇的设备的优点在于，该设备使用部分氧化(POX)工艺作为合成气生产的单一来源。此外，该设备包括甲醇合成回路内的单一循环压缩机和共用的蒸汽包，以收集由通过使水沸腾来将该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器冷却所产生的蒸汽，这样使得所需的器械数目显著减少，进而降低投资成本。另外，该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器的反应热可以用来进行蒸汽生产，进而降低生产成本。因此，根据本披露的设备尤其有利于仍为甲醇生产提供合适的合成气混合物的较小工厂或模块化工厂。
根据实施例，该烃流是天然气、煤气、或甲烷水合物，和/或包含烃类如石脑油或在环境条件下为液体的其他烃类，例如，炼油厂残余物、裂解炉残余物或类似物。
该部分氧化工艺(POX)是该烃流和该氧气流反应而产生该合成气的非催化放热反应。该部分氧化(POX)工艺可以在作为缓和剂的蒸汽和/或二氧化碳存在下进行。
在使该合成气在该水煤气变换催化剂上通过之前，可以使用冷却设备(如废热锅炉)在不发生水蒸气冷凝的情况下将该合成气冷却至第一温度。该第一温度可以在200℃至300℃的范围内。
该设备有利地在没有冷却至低于露点并随后在该水煤气变换反应器中冷却该合成气的情况下将合成气从部分氧化(POX)室送到水煤气变换反应器，从而简化了用于甲醇生产的设备配置并降低其投资成本。
根据实施例，该水煤气变换催化剂包括低温水煤气变换催化剂、高温水煤气变换催化剂、等温且中温水煤气变换催化剂(例如，在220℃至320℃的范围内起作用)。
根据实施例，该水煤气变换反应器的反应热通过使水(天然水或泵送的水)循环以产生蒸汽来进行管理。
任选地，该设备包括：
-第一冷却单元，用于将该经变换的合成气冷却至处于第二温度(例如在50℃至150℃的范围内)的冷凝点，以形成该液体冷凝物。
任选地，该设备包括：
-第二冷却单元，用于将来自该冷却的甲醇合成反应器的流出物冷却至处于第三温度(例如通常在40℃至60℃的范围内)的冷凝点，以产生包含粗甲醇和水的冷凝物；以及
-甲醇分离器，用于将该粗甲醇与未反应的合成气分离。
在该设备中，该甲醇分离器被配置成将未反应的合成气的第一部分作为循环合成气送到循环压缩机。
该设备包括
氢气回收单元，如变压吸收(PSA)，用于(i)接收来自该甲醇分离器的未反应的合成气的第二部分，和(ii)产生富含氢气的产物，该富含氢气的产物有待与循环合成气流混合进入循环压缩机以形成混合的合成气流。
根据实施例，该设备降低甲醇合成回路中的循环比，并且从而产生吹扫气流，氢气含量从该吹扫气流中得以回收并被再循环到该混合的合成气流。
任选地，该设备被配置成将该烃流和该氧气流两者与蒸汽混合，和/或将该烃流和该氧气流预热，然后供应到该部分氧化(POX)室进行该部分氧化(POX)工艺。
任选地，在该设备中，该循环压缩机被配置成通过提高该混合的合成气流的压力来压缩该混合的合成气流。
任选地，该设备包括：
-蒸汽包，用于提供由通过使水沸腾来冷却该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器所产生的蒸汽。
任选地，在该设备中，该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器共享共用的冷却剂和蒸汽产生系统，从而降低所涉及的投资成本。
任选地，在该设备中，该水煤气变换反应器和该冷却的甲醇合成反应器一起容纳在同一容器中。
任选地，在该设备中，该部分氧化(POX)室和该水煤气变换反应器被配置成在30巴至90巴范围内的压力条件下操作。
根据实施例，部分氧化(POX)工艺在标称大于约30巴的压力条件下进行。部分氧化(POX)工艺可以在有利地超过约60巴的压力条件下进行。该部分氧化(POX)工艺可以在最有利地在60巴至90巴之间的压力条件下进行。
根据实施例，使合成气通过(即变换)是在标称大于约30巴的压力条件下进行。使合成气变换可以在有利地超过约60巴的压力条件下进行。使合成气变换可以在最有利地在60巴至90巴之间的压力条件下进行。
附图详细描述
在不偏离如由所附权利要求限定的本披露的范围的情况下，可以对前文描述的本披露的实施例作出修改。如“包括”、“包含”、“并入”、“具有”、“是”的用来对本披露进行描述并要求保护的表述旨在以非排他性的方式进行解释，即允许还存在未明确描述的项目、组分或元件。提及单数也解释为涉及复数。
图1是根据本披露的实施例用于从合成气生产甲醇的设备100的第一实施方式的示意图。设备100包括部分氧化(POX)室102、循环压缩机104、加热单元106、水煤气变换/甲醇反应器108、冷却单元110A、蒸气-液体分离器112、氢气回收单元114和蒸汽包116。设备100还包括第二冷却单元110B。部分氧化(POX)室102被配置成接收烃流和氧气流，并通过用该烃流和该氧气流进行部分氧化(POX)工艺生产具有小于1.8的化学计量数的合成气。将烃流和氧气流预热至第一温度；该第一温度有利地处于在150℃至500℃范围内的温度。将烃流和氧气流任选地与来自蒸汽包116或其他来源的蒸汽混合。
第一实施方式中的水煤气变换/甲醇反应器108被设计成使循环合成气到甲醇的反应与冷却的POX气体的水煤气变换(WGS)反应保持分开。第二冷却单元110B连接到部分氧化(POX)室102的下游，并且被配置成冷却部分氧化(POX)工艺的流出物，以形成冷却的合成气。水煤气变换/甲醇反应器108的变换部分被配置成用所容纳的水蒸气接收来自第二冷却单元110B的冷却的合成气。水煤气变换/甲醇反应器108的变换部分可以将合成气中至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)。水煤气变换/甲醇反应器108的甲醇合成部分被配置成从循环气体压缩机104和加热单元106接收经加热的、干燥的且未反应的循环合成气。水煤气变换/甲醇反应器108的甲醇合成部分可以将至少一部分的一氧化碳(CO)和氢气(H2)转化成甲醇。
水煤气变换/甲醇反应器108可以是冷却的反应器，并且优选地在60巴至90巴的压力范围内操作。水煤气变换/甲醇反应器108的反应热通过使水(自然循环的水或泵送的水)循环以产生蒸汽来进行管理。将蒸汽或水蒸气在蒸汽包116中与循环水分离。在使蒸汽与循环水分离后，该水可用于再循环以产生额外的蒸汽。
如所示，冷却单元110A被配置成冷却来自反应器108的流出物；任选地，它可以被配置成接收来自水煤气变换/甲醇反应器108(即，来自水煤气变换/甲醇反应器108的变换部分和甲醇合成部分)的两个分开的流出物，并通过将这些流出物冷却至第二温度而形成组合的冷凝物，或者通过将这些流出物冷却至第二温度而形成两个分开的冷凝物(即第一冷凝物和第二冷凝物)；该第二温度有利地在40℃至80℃的范围内。该第二温度可以是40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃。可以通过与冷的工艺流交换、或与冷却设施交换、或它们的组合来实现冷却。冷却设施可以包括空气或冷却水。流出物的冷却的第一部分可以通过与水煤气变换/甲醇反应器108的进料的热交换来进行。流出物的冷却的第二部分可以通过使用冷却设施来进行，以形成第一冷凝物。蒸气-液体分离器112被配置成从冷却单元110A接收第一冷凝物并通过去除液体冷凝物形成干燥的、未反应的合成气作为用于甲醇生产的补充气体。
蒸气-液体分离器112可任选地被配置成从冷却单元110A接收两个分开的流出物流，或者从冷却单元110A接收单个的组合流出物。在蒸气-液体分离器112的下游，通过第二流线120收集粗甲醇，并且任选地，通过第一流线118收集冷凝物。蒸气-液体分离器112被配置成收集粗甲醇用于后续纯化，这在图1中没有示出。粗甲醇可以任选地与来自水煤气变换/甲醇反应器流出物的冷凝物分开收集或者一起收集。来自水煤气变换/甲醇反应器108的流出物可以在直到蒸气-液体分离器112之前都保持分开。甲醇分离器112中的挡板可以分离水煤气变换/甲醇反应器冷凝物。
来自蒸气-液体分离器112的蒸气相被分成第一部分和第二部分，第一部分直接被再循环，第二部分从甲醇合成回路被吹扫到氢气回收单元114。氢气回收单元114可以是变压吸收(PSA)氢气回收单元。氢气回收单元114产生富含氢气的产物，使该富含氢气的产物与循环气体重新组合并返回到循环压缩机104的吸入口。吹扫来自变压吸收(PSA)氢气回收单元114的剩余气体(尾气)以用作燃料。
循环压缩机104可以提高合成气的压力，以克服甲醇合成回路中的压降。典型的压力超过约60巴并且最高达约90巴，即大致对应于POX压力。经加压的合成气混合物的温度在加热单元106中提高。典型的温度开始接近220℃至300℃的甲醇合成温度。可以通过与热工艺流交换、与加热设施交换、或它们的组合来实施加热。加热单元106和冷却单元110A分别在工艺气体交换器的冷侧和热侧耦合。将经预热的合成气混合物进料到水煤气变换/甲醇反应器108。从水煤气变换反应和甲醇合成释放的热量在单一反应器和单一蒸汽包116中共同地管理。
图2是根据本披露的实施例用于从合成气生产甲醇的设备200的第二实施方式的示意图。设备200包括一系列的部分氧化(POX)室202、冷却装置224、水煤气变换反应器204、第一冷却单元206、冷凝物分离器208、循环压缩机210、加热单元212、冷却的甲醇合成反应器214、第二冷却单元216、甲醇分离器218、氢气回收单元220和蒸汽包222。部分氧化(POX)室202被配置成接收烃流和氧气流，并通过用该烃流和该氧气流进行部分氧化(POX)工艺生产具有小于1.8的化学计量数的合成气。冷却装置224被配置成任选地在不发生冷凝的情况下冷却部分氧化(POX)流出物，如合成气。冷却装置224部分地冷却合成气。水煤气变换反应器204被配置成接收部分冷却的合成气并使合成气在水煤气变换催化剂上通过，以将至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，从而获得经变换的合成气。通过使水沸腾将水煤气变换反应器204冷却在典型地200℃至300℃范围内的第一温度，以去除反应热。第一冷却单元206被配置成接收经变换的合成气，并将经变换的合成气冷却至处于典型地40℃至80℃的第二温度的冷凝点，以形成液体冷凝物。可以通过与冷的工艺流交换、与冷却设施交换、或它们的组合来实施冷却。冷凝物分离器208被配置成接收冷却的经变换的合成气并通过使液体冷凝物与冷却的经变换的合成气分离来产生干燥的经变换的合成气(未示出)。循环压缩机210被配置成接收混合的合成气，该混合的合成气是干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气的组合。循环压缩机210可以提高合成气的压力，以克服甲醇合成回路中的压降。加热单元212被配置成接收混合的合成气流并将混合的合成气流加热至200℃至300℃范围内的甲醇转化温度。可以通过与热工艺流交换、或与加热设施交换、或它们的组合来实施加热。
冷却的甲醇合成反应器214被配置成接收经预热的混合的合成气流并将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。第二冷却单元216被配置成接收来自冷却的甲醇合成反应器214的流出物并将流出物冷却至处于典型地40℃至80℃的第三温度的冷凝点，以产生包含粗甲醇和水的冷凝物。流出物的冷却的第一部分可以通过与冷却的甲醇合成反应器214的进料的热交换来进行。流出物的冷却的第二部分，可以通过使用冷却设施来进行，以形成包含粗甲醇和水的冷凝物。加热单元212和第二冷却单元216分别是工艺气体交换器的冷侧和热侧。甲醇分离器218被配置成接收来自第二冷却单元216的气体-液体混合物并将粗甲醇与未反应的合成气分离。将未反应的合成气的第一部分作为循环合成气直接提供给循环压缩机210。将来自甲醇分离器218的未反应的合成气的第二部分从被进料到用于产生富含氢气的产物的氢气回收单元220，该富含氢气的产物有待与循环合成气流混合进入循环压缩机210以形成混合的合成气流。氢气回收单元220可以是变压吸收(PSA)氢气回收单元。
水煤气变换反应器204和冷却的甲醇合成反应器214中的反应热通过使水(自然循环的水或泵送的水)循环以产生蒸汽来进行管理。循环水中的蒸汽在蒸汽包222中分离。在分离循环水中的蒸汽后，该水可用于再循环。
图3A和3B是图解根据本披露的实施例的用于从合成气生产甲醇的方法的步骤的流程图。在步骤302，在部分氧化(POX)室中，通过用烃流和氧气流进行部分氧化(POX)工艺，生产具有小于1.8的化学计量数的合成气。在步骤304，使合成气在水煤气变换催化剂上通过，以将至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，从而获得经变换的合成气。在步骤306，通过使液体冷凝物从该经变换的合成气中分离来产生干燥的经变换的合成气。在步骤308，将干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气组合以形成混合的合成气流。在步骤310，在冷却的甲醇合成反应器中，将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。
在不偏离如由所附权利要求限定的本披露的范围的情况下，可以对前文描述的本披露的实施例作出修改。如“包括”、“包含”、“并入”、“具有”、“是”的用来对本披露进行描述并要求保护的表述旨在以非排他性的方式进行解释，即允许还存在未明确描述的项目、组分或元件。提及单数也解释为涉及复数。
附图标记清单
100，200 设备
102，202 部分氧化(POX)室
104，210 循环压缩机
106，212 加热单元
108 水煤气变换/甲醇反应器
110A，110B 冷却单元
112 蒸气-液体分离器
114，220 氢气回收单元
116，222 蒸汽包
118 第一流线
120 第二流线
224 冷却装置
204 水煤气变换反应器
206 第一冷却单元
208 冷凝物分离器
214 冷却的甲醇合成反应器
216 第二冷却单元
218 甲醇分离器

Claims (18)

1.一种用于从合成气生产甲醇的方法，其特征在于，该方法包括：
在部分氧化(POX)室(102，202)中，通过用烃流和氧气流进行部分氧化(POX)工艺，生产具有小于大致1.8的化学计量数的合成气；
在水煤气变换反应器(204)中，使该合成气在水煤气变换催化剂上通过，以将至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，从而获得经变换的合成气；
通过使液体冷凝物从该经变换的合成气中分离，产生干燥的经变换的合成气；
在循环压缩机(104，210)中，将该干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气组合以形成混合的合成气流；以及
在冷却的甲醇合成反应器(214)中，将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该方法包括：在使该合成气在该水煤气变换催化剂上通过之前，在不发生水蒸气冷凝的情况下将该合成气冷却至第一温度。
3.如权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，产生该干燥的经变换的合成气包括
在第一冷却单元(206)中，将该经变换的合成气冷却至处于第二温度的冷凝点，以形成液体冷凝物；以及
在冷凝物分离器(208)中，使该液体冷凝物从该经变换的合成气中分离，以产生该干燥的经变换的合成气。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，该方法包括
在第二冷却单元(216)中，将来自该冷却的甲醇合成反应器(214)的流出物冷却至处于第三温度的冷凝点，以产生包含粗甲醇和水的冷凝物；以及
在甲醇分离器(218)中，使该粗甲醇与未反应的合成气分离。
5.如权利要求4所述的方法，其中，该方法包括
将来自该甲醇分离器(218)的未反应的合成气的第一部分作为该循环合成气送到该循环压缩机(104，210)；
将来自该甲醇分离器(218)的未反应的合成气的第二部分送到氢气回收单元(114，220)；以及
在该氢气回收单元(114，220)中，产生该富含氢气的产物，该富含氢气的产物有待与循环合成气流混合进入该循环压缩机(104，210)以形成混合的合成气流。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，该方法包括在该循环压缩机(104，210)中通过增加该混合的合成气流的压力来压缩该混合的合成气流。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，该方法包括
将该烃流和该氧气流两者与蒸汽混合；和/或
将该烃流和/或该氧气流预热，然后供应到该部分氧化(POX)室(102，202)进行该部分氧化(POX)工艺。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中：
(i)将该经变换的合成气冷却至冷凝点并使该液体冷凝物从该经变换的合成气中分离；并且
(ii)将甲醇合成反应物流出物冷却至冷凝点并使该粗甲醇与未反应的合成气分离，
是在(i)和(ii)共用的器械中进行。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，该水煤气变换反应器(204)和该冷却的甲醇合成反应器(214)共享相互共用的冷却剂和蒸汽产生系统。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，该水煤气变换反应器(204)和该冷却的甲醇合成反应器(214)共同容纳在同一容器中。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，该方法包括在30巴至90巴范围内的压力条件下操作该部分氧化(POX)室(102，202)和该水煤气变换反应器(204)。
12.一种用于从合成气生产甲醇的设备(100，200)，其特征在于，该设备(100，200)包括一系列的：
部分氧化(POX)室(102，202)，其用于通过用烃流和氧气流进行部分氧化(POX)工艺来生产具有小于大致1.8的化学计量数的合成气；
水煤气变换反应器(204)，其用于使该合成气在水煤气变换催化剂上通过，以将至少一部分的一氧化碳(CO)和水(H2O)转化成氢气(H2)和二氧化碳(CO2)，从而获得经变换的合成气；
冷凝物分离器(208)，其用于使液体冷凝物从该经变换的合成气中分离以产生干燥的经变换的合成气；
循环压缩机(104，210)，其用于将该干燥的经变换的合成气与包含未反应的合成气和富含氢气的产物的循环合成气组合以形成混合的合成气流；以及
冷却的甲醇合成反应器(214)，其用于将至少一部分的该混合的合成气流转化成甲醇。
13.如权利要求12所述的设备(100，200)，其中，包括允许在使该合成气在该水煤气变换催化剂上变换之前，在不发生水蒸气冷凝的情况下将该合成气冷却至第一温度的装置。
14.如权利要求12至13中任一项所述的设备(100，200)，其中，该设备(100，200)包括第一冷却单元(206)，其用于将该经变换的合成气冷却至处于第二温度的冷凝点，以形成该液体冷凝物。
15.如权利要求12至14中任一项所述的设备(100，200)，其中，该设备(100，200)包括
第二冷却单元(216)，其用于将来自该冷却的甲醇合成反应器(214)的流出物冷却至处于第三温度的冷凝点，以产生包含粗甲醇和水的冷凝物；以及
甲醇分离器(218)，其用于将该粗甲醇与未反应的合成气分离，其中该甲醇分离器(218)被配置成将该未反应的合成气的第一部分作为该循环合成气送到该循环压缩机(104，210)。
16.如权利要求12至15中任一项所述的设备(100，200)，其中，该设备(100，200)包括
氢气回收单元(114，220)，其用于(i)接收来自该甲醇分离器(218)的未反应的合成气的第二部分，和(ii)产生该富含氢气的产物，该富含氢气的产物有待与该循环合成气流混合进入该循环压缩机(104，210)以形成混合的合成气流。
17.如权利要求12至16中任一项所述的设备(100，200)，其中，该设备(100，200)包括蒸汽包(222，116)，其用于由该水煤气变换反应器(204)和该冷却的甲醇合成反应器(214)产生的蒸汽，其中该水煤气变换反应器(204)和该冷却的甲醇合成反应器(214)共享相互共用的冷却剂和/或蒸汽产生系统。
18.如权利要求12至17中任一项所述的设备(100，200)，其中，该水煤气变换反应器(204)和该冷却的甲醇合成反应器(214)容纳在相互同一容器中。
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