CN116282019A - 用于生产甲醇和一氧化碳的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明详细说明了用于同时生产甲醇和纯一氧化碳(CO)的方法和设备，其包括通过部分氧化含烃输入流进行的合成气生产和随后的甲醇合成。根据本发明，二氧化碳使用吸附装置从粗合成气中分离，并且至少部分地引入甲醇合成反应器的输入气体中。

Description

用于生产甲醇和一氧化碳的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于由含烃输入流生产甲醇和纯一氧化碳的方法。特别地，本发明涉及一种用于在部分氧化方法中使用气态或液态含碳输入材料同时提供用于生产甲醇和纯一氧化碳的合成气的方法，该含碳输入材料诸如优选天然气以及重质炼油厂残余物和相当的含碳残余物。本发明进一步涉及一种用于进行此种生产方法的设备。.
背景技术
用于通过在合适的合成反应器中多相催化转化其中存在的合成气或氢气来工业生产甲醇的方法在本领域已经长期已知。合成气是在各种合成反应中使用的含有氢气和碳氧化物的气体混合物。
甲醇是化学工业中用于进一步加工成最终产品的重要的不可缺少的原料化学品。Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry[乌尔曼工业化学百科全书],第六版,1998电子版,“甲醇”章节，第5分章“方法技术”描述了用于生产甲醇的各种基本方法。
例如在欧洲专利说明书EP 0 790 226 B1中披露了用于生产甲醇的现代的两阶段方法。甲醇在循环方法中生产，其中，最初将新鲜的和部分反应的合成气的混合物供应到水冷反应器(WCR)中，并且然后供应到气冷反应器(GCR)中，在每个反应器中合成气经铜基固定床催化剂转化以得到甲醇。将在该方法中生产的甲醇从待再循环的合成气中分离，然后将该待再循环的合成气作为冷却剂以逆流方式通过气冷反应器，并在将其引入到第一合成反应器中之前预热至220℃至280℃的温度。将待再循环的合成气的一部分作为吹扫流从该方法中去除以防止惰性组分积聚在合成回路中。
来自合成气生产的未转化的甲烷被认为是甲醇合成的上下文中的惰性组分，因为此化合物在甲醇或氨合成条件下不经历进一步的转化。这同样适用于经由进料流进入合成气生产的氩气。
存在着用于生产包含氢气(H2)和碳氧化物(如一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2))的合成气作为用于甲醇合成的输入气体的不同方法，例如蒸汽重整、自热重整(ATR)、其组合(所谓的组合重整)和非催化的部分氧化(POX)。这些方法的技术细节是本领域已知的，并且在例如Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry[乌尔曼工业化学百科全书]，第六版，1998电子版，关键词“气体生产”中进行了全面描述。在进一步的上下文中并且为了本披露的目的，自热重整被认为是部分氧化过程，因为相对于完全氧化/完全燃烧，其使用的氧不足。
用于上述合成气生产方法的起始材料包括烃，如天然气，包含其主要组分甲烷或石脑油。所述方法提供不同比率的产物组分一氧化碳(CO)和氢气(H2)，如从以下反应等式显然的：
2CH4+O2 ＝2CO+4H2(部分氧化)
2CH4+1/2O2+H2O ＝2CO+5H2(自热重整)
2CH4+2H2O ＝2CO+6H2(纯蒸汽重整)
由于部分氧化或自热重整在烃过量/氧不足的情况下操作以抑制烃至二氧化碳的完全氧化，因此所获得的合成气在其用作甲醇合成的输入气体方面通常氢气不足。这需要根据以下反应等式
2H2+CO＝CH3OH
H2/CO比率至少为2，并且在实际合成条件下通常略微大于2，例如2.1。该比率典型地表述为甲醇合成的化学计量数SN，并且考虑二氧化碳也反应以提供甲醇。
SN＝([H2]-[CO2])/([CO]+[CO2])≥2(例如2.1)
相比之下，通过部分氧化或自热重整获得的合成气通常具有≤1.9、偶尔甚至≤1.7auf.的化学计量数。因此，没用一种重整/部分氧化方法本身能提供具有化学计量的H2/CO比为2或甲醇合成所希望的仅稍微过量的氢气的合成气产物。
当以一氧化碳为代价使氢气产率最大化时，通常使粗合成气进行CO转化反应，该反应也被描述为水煤气变换反应(WGS)或CO变换反应，并根据以下反应等式进行：
CO+H2O＝CO2+H2
生产的粗合成气的进一步后处理通常还包括用于例如通过物理或化学吸收或气体洗涤来分离另外不想要的伴随物的吸附方法。因此，此类方法允许从所希望的主要合成气成分氢气和一氧化碳中安全地去除不想要的成分，特别是二氧化碳(CO2)至痕量。已知且经常使用的方法是低温甲醇洗方法，该方法包括用低温甲醇作为吸收剂洗涤粗合成气，并且在上述文献中大体上也进行了描述。
低温气体分馏(所谓的冷箱)也可以用于去除痕量的高级烃或一氧化碳。这主要采用液态甲烷或液态氮来吸收较高沸点的气体，如一氧化碳。如果希望或需要，可以将获得的废气流用作燃料气体或可替代地通过进一步低温气体分馏分离成富甲烷气流和另外的包含一氧化碳和氢气的气流。低温气体分馏方法的进一步细节可以在文献中找到；例如，可以示例性地参考教科书
Figure BDA0003995903340000031
H.W.,Industrial Gases Processing[工业气体处理],威利-VCH出版社(WILEY-VCH Verlag),魏因海姆(Weinheim)(2008),第5.2.3.6章“CryogenicSeparation Processes[深冷分离方法]”。
用于同时生产甲醇和一氧化碳的生产方法已经从现有技术中熟知。US6,232,352B1描述了同时生产CO和甲醇以通过蒸汽重整生产乙酸的方法。在此方法中，蒸汽重整器和用于蒸汽生产的火焰加热器的燃烧导致大量二氧化碳排放到大气中。CO2排放可以是大于5kg CO2/kg甲醇产物。
公开的专利DE 10214003 B4描述了一种通过使用氧气和氢气催化或非催化部分氧化气态或液态输入材料而共生产一氧化碳和甲醇的方法，其中CO2排放(如果有的话)低，其中将生产的合成气的一部分转移，并且将此气体中存在的二氧化碳经由气体洗涤分离，再压缩并经由进料注射器或类似装置再循环到合成气反应器中。
现有技术的缺点
在用于生产甲醇合成气和通过蒸汽重整生产CO的现有技术方法中，用于重整方法的热来自化石燃料、通常是天然气的燃烧，其中释放了相当大量的CO2。通过分离和储存，例如地下储存(碳捕获和储存，CCS)分离此CO2原则上是可能的，但需要相当大的技术复杂性和能量消耗以及储存目的地和运输方式。
在上述用于共生产CO和甲醇的专利说明书DE 10214003 B4中，将产生的CO2至少部分地再循环到部分氧化阶段，因此导致CO2排放低。然而，此方法至少需要压缩两个含CO2的方法流。此外，将供应到部分氧化反应器的CO2的一部分转化为CO，这在许多情况下是不利的，因为已知甲醇合成中的有效转化需要约2的化学计量数，其中在2.0与2.2之间的值被认为是最佳的。根据上面指定的计算公式，CO减少化学计量数。特别是当使用非催化部分氧化(POX)时，合成气中的CO2含量对于甲醇合成的最佳输入气体通常过低。通常，非催化方法实现了比使用催化方法(典型地按体积计6％至8％，其中按体积计％的值在每种情况下都是基于反应器出口处的干重)低的合成气CO2含量(典型地按体积计2％至4％)。此合成气通常在甲醇合成反应器的反应器入口处用来自甲醇合成的合成气回路的再循环气体稀释。
在上述专利公开中描述的使用天然气作为输入气体的POX方法的情况下，在甲醇合成反应器的反应器入口处由部分氧化产生的CO2含量因此将过低，这将导致甲醇合成的显著更低的效率。
发明内容
因此，本发明的目的是详细说明一种方法和设备，其不展现出现有技术的所述缺点并且尤其使得能够在用于同时生产甲醇和纯一氧化碳的方法中实现理想地所有产生的材料流的材料和/或能量利用。此外，本发明应使得能够实现甲醇合成的化学计量数的最佳调节，而不引入在该方法中未产生的氢气。
在本发明的第一方面中，此目的通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求12的特征的设备来实现。根据本发明的另外方面的另外实施例从相应类别的从属权利要求中是显而易见的。
部分氧化条件或甲醇合成条件应理解为意指对于本领域技术人员来说本身已知的方法条件(特别是温度、压力和停留时间)，如例如上文所提及和在相关文献(例如，专利说明书DE 10214003 B4)中详细讨论的，并且在这些条件下，发生对应方法的反应物到产物的至少部分的转化、但优选地工业上相关的转化。这同样适用于在甲醇合成/自热重整的情况下合适催化剂的选择。对应的部分氧化反应器/甲醇合成反应器对于本领域技术人员来说本身是已知的，并且例如在开头所述的文献中描述。
在本披露的上下文中，吸附装置应理解为意指这样的装置，其使得流体混合物(例如气体混合物)能够被分离成其成分，或者使得不想要的组分能够使用合适的吸附剂通过物理或化学吸附方法从混合物中分离。吸附方法可以基于将一种或多种待分离的物质吸附(即结合)到固体吸收剂的表面或界面上，或者基于将一种或多种待分离的物质吸收(absorption)(即吸收(taking-up))到液体或固体吸收剂的体积中。一种或多种通过吸附去除和结合的物质被称为吸附物/吸收物。这里起作用的结合力本质上可以是物理的或化学的。相应地，物理吸附通常由相对弱的、较不具体的结合力(例如范德华力)产生，而化学吸附由相对强的、更具体的结合力产生，并且吸附物/吸收物和/或吸附剂/吸收剂被化学改变。
一种具体的物理吸收方法是用低温甲醇进行气体洗涤，其使用具有通过制冷方法冷却至低于环境温度、优选低于0℃、最优选低于-30℃的温度的甲醇作为吸收剂或洗涤介质。
关于本发明，将材料流分开应理解为意指将该流分成至少两个物质组成和相态与起始流对应的子流。相比之下，分离材料流应理解为意指借助于相平衡将流分成至少两个子流，其中所获得的材料流的组成彼此不同并且不同于起始流的组成。
出于本说明书的目的，除非在个别情况下另外说明，否则蒸汽应理解为与水蒸气同义。相比之下，除非在个别情况下另外说明，否则术语“水”是指物质处于液体状态的水。
装置应理解为意指使得能够实现或有助于实现目标的物品。特别地，用于进行特定方法步骤的装置应理解为意指本领域技术人员为能够进行此方法步骤而将想到的所有那些物理物品。例如，本领域技术人员将考虑引入或排出材料流的装置包括所有运送和传送装置，即，例如管线、泵、压缩机、阀以及在容器壁上对应的开口，这些对于所述技术人员而言，根据其本领域知识进行该方法步骤似乎是必需的或明显的。
两个区域或设备部件之间的流体连接在此应理解为意指能够使流体、例如反应产物或烃级分从所述两个区域中的一个流动到另一个的任何种类的连接，而无论任何插入区域、部件或所要求的传送装置如何。
除非在特定个别上下文中另外说明，否则所有近似压力均以绝对压力单位(巴(bar))(简称巴(bara))或表压单位(简称巴表压)报告。
本发明基于这样的发现：从专利说明书DE 10214003 B4中教导的方法开始，并且在保持CO2排放显著降低的同时，可获得分离的CO2的改进的利用和另外的优点。根据本发明，当将使用吸附装置从粗合成气子流中分离的二氧化碳至少部分地引入甲醇合成反应器的输入气体中而不是再循环到部分氧化阶段时，实现了这一点。这产生以下优点：
(a)增加了用于甲醇合成的输入气体中的CO2含量，并且因此可以将化学计量数量SN调节到略微大于2、例如2.1的值，这是甲醇合成所希望的。这导致甲醇合成反应器中的转化率提高和甲醇生产的效率更高，特别是在通过部分氧化生产合成气的方法中，例如使用天然气POX，其中合成气中的CO2含量本身相对较低。
(b)降低了CO2压缩和压缩机冷却的技术复杂性和能量需求。根据CO/甲醇比，能量需求下降约15％至20％。
(c)降低了氧需求。
(d)控制将分离的CO2引入甲醇合成的输入气体中比将其再循环和引入到部分氧化反应器中更简单。
通过将分离的CO2直接引入甲醇合成的输入气体中，增加了在甲醇合成反应器入口处的CO2含量。尤其是当将轻质烃(如天然气)用作部分氧化方法中的起始材料时，这可以使得能够在甲醇合成的输入气体中实现更有利的CO2含量。用于后压缩和压缩机冷却的能量低于专利说明书DE10214003B4中教导的方法，因为CO2的摩尔流量和在甲醇合成反应器入口处的压力比在部分氧化反应器的情况下低。由于不需要将CO2加热到部分氧化温度，因此也需要较少的氧气。当没有CO2并因此较少的碳通入部分氧化反应器时，当使用略多的天然气来抵消略低的来自部分氧化反应器的粗合成气流时也是如此。
具体实施方式
在本发明的第二方面中，根据本发明的方法的特征在于，将该富氢气流至少部分地引入该甲醇合成反应器中。这为调节甲醇合成所希望的化学计量数SN提供了进一步的机会。
在本发明的第三方面中，根据本发明的方法的特征在于，将一定比例的该富氢气流引入该甲醇合成反应器中，使得涉及在该甲醇合成反应器的反应器入口处引入该甲醇合成反应器中的所有材料流的整体的化学计量数SN在1.8与2.4之间，优选在2.0与2.2之间。这为调节甲醇合成的最佳化学计量数SN提供了进一步的机会。
在本发明的第四方面中，根据本发明的方法的特征在于，将该富氢气流作为第二加热气体至少部分地供应到该加热装置的燃烧器。这使得能够减少整个方法的CO2排放，因为碳基燃料部分地被氢气替代。
在本发明的第五方面中，根据本发明的方法的特征在于，将该含烃输入流、优选天然气的一部分作为第三加热气体供应到该加热装置的燃烧器。这使得能够在方法/设备的启动期间可靠地提供加热气体，因为可燃废物流(例如像甲醇合成吹扫流)仅在整个方法、特别是甲醇合成的启动之后可用。
在本发明的第六方面中，根据本发明的方法的特征在于，将该甲醇合成吹扫流的至少一部分作为第四加热气体供应到该加热装置的燃烧器。这允许热利用甲醇合成吹扫流，并且中和其中存在的有害物质，例如一氧化碳。还增加了在可用加热气体方面的灵活性。
在本发明的第七方面中，根据本发明的方法的特征在于，该加热装置用于蒸汽生产，其中将生产的蒸汽至少部分地用作该部分氧化阶段中的缓和剂。这允许更好地利用废热，并且增加了方法/设备的热效率。
在本发明的第八方面中，根据本发明的方法的特征在于，该加热装置用于蒸汽生产，其中将生产的蒸汽至少部分地提供到外部消耗器(输出蒸汽)。这降低了用于外部消耗器的蒸汽生产的技术复杂性和能量消耗。
在本发明的第九方面中，根据本发明的方法的特征在于，将来自方法外部来源的含二氧化碳的气流另外引入该甲醇合成反应器中。这为破坏气候的二氧化碳提供了汇点。
在本发明的第十方面中，根据本发明的方法的特征在于，该加热装置用于预热该含烃输入流和/或该含氧氧化剂流。这允许更好地利用废热，并且增加了方法/设备的热效率。
在本发明的第十一方面中，根据本发明的方法的特征在于，使用分离装置、优选膜分离装置，将该甲醇合成吹扫流分离成富含氢气的第一吹扫流和贫氢气且富含碳氧化物和甲烷的第二吹扫流，其中将该富含氢气的第一吹扫流的至少一部分作为第四加热气体供应到该加热装置的燃烧器，并且其中将该富含碳氧化物和甲烷的第二吹扫流的至少一部分通到该部分氧化阶段。这允许甲醇合成吹扫流的热和材料利用，并且减少了方法/设备的CO2排放。
在本发明的第十三方面中，根据本发明的设备的特征在于，其进一步包括允许将该富氢气流作为第二加热气体至少部分地供应到该加热装置的燃烧器的装置。
与此方面相关的技术效果和优点对应于结合本发明的第四方面讨论的那些。
在本发明的第十四方面中，根据本发明的设备的特征在于，其进一步包括允许将该含烃输入流、优选天然气的一部分作为第三加热气体供应到该加热装置的燃烧器的装置。
与此方面相关的技术效果和优点对应于结合本发明的第五方面讨论的那些。
在本发明的第十五方面中，根据本发明的方法的特征在于，其进一步包括允许将该甲醇合成吹扫流的至少一部分作为第四加热气体供应到该加热装置的燃烧器的装置。
与此方面相关的技术效果和优点对应于结合本发明的第六方面讨论的那些。
在本发明的第十六方面中，根据本发明的设备的特征在于，其进一步包括允许该加热装置用于蒸汽生产的装置，其中生产的蒸汽至少部分地可用作该部分氧化阶段中的缓和剂。
与此方面相关的技术效果和优点对应于结合本发明的第七方面讨论的那些。
在本发明的第十七方面中，根据本发明的设备的特征在于，其进一步包括允许该加热装置用于蒸汽生产的装置，其中生产的蒸汽至少部分地可提供给外部消耗器(输出蒸汽)。
与此方面相关的技术效果和优点对应于结合本发明的第八方面讨论的那些。
在本发明的第十八方面中，根据本发明的设备的特征在于，其进一步包括允许来自方法外部来源的含二氧化碳的气流可另外引入该甲醇合成反应器中的装置。
与此方面相关的技术效果和优点对应于结合本发明的第九方面讨论的那些。
在本发明的第十九方面中，根据本发明的设备的特征在于，其进一步包括允许该加热装置可用于预热该含烃输入流和/或该含氧氧化剂流的装置。
与此方面相关的技术效果和优点对应于结合本发明的第十方面讨论的那些。
在本发明的第二十方面中，根据本发明的设备的特征在于，其进一步包括允许以下的装置
-该甲醇合成吹扫流可使用分离装置、优选膜分离装置分离成富含氢气的第一吹扫流和贫氢气且富含碳氧化物和甲烷的第二吹扫流，
-该富含氢气的第一吹扫流的至少一部分可作为第四加热气体供应到该加热装置的燃烧器，
-该富含碳氧化物和甲烷的第二吹扫流的至少一部分可供应到该部分氧化阶段。
与此方面相关的技术效果和优点对应于结合本发明的第十一方面讨论的那些。
工作和数值实例
本发明的开发、优点和可能的应用从以下工作和数值实例和附图的描述中也是显而易见的。所描述和/或描绘的所有特征以其本身或以任何组合形成本发明，而不管它们在权利要求或其中的从属引用中如何组合。
唯一的附图示出了：
图1根据本发明的一个实施例的方法/设备的示意图。
在图1中所示的根据本发明的方法/设备的构造中，导管11将含烃输入流(例如天然气，在优选的实例中，具有按体积计至少80％的甲烷含量的天然气)供应到非催化部分氧化阶段(POX)10。作为用于部分氧化的氧化剂所需的氧气经由导管13供应到部分氧化阶段。非催化部分氧化阶段在本身已知的部分氧化条件下操作。作为另外的操作介质，POX阶段任选地供应有作为缓和剂的蒸汽和/或二氧化碳。
在另一个实例(未示出)中，部分氧化阶段可以是以自热重整器(ATR)的形式，在一个实例中，其在60巴的压力下操作。作为另外的操作介质，ATR任选地供应有作为缓和剂的蒸汽和/一氧化碳。
部分氧化阶段10在合成气生产条件下进行含烃输入流的至少部分转化，以提供含有氢气(H2)、一氧化碳(CO)和在甲醇合成的情境下惰性的组分(如甲烷(CH4))的粗合成气流，将其从部分氧化阶段排出并分成第一粗合成气子流(导管14)和第二粗合成气子流(导管16)。
第一粗合成气子流经由导管14供应到甲醇合成反应器20，在其中在甲醇合成条件下进行第一粗合成气子流的至少部分转化。所得粗甲醇产物经由导管18从甲醇合成反应器20中排出，并被送去进一步加工、后处理、储存或送给消费者。
为了本说明书的目的，术语“甲醇合成反应器”和附图标记20应理解为意指它们不仅包括一个或多个用于甲醇合成的催化反应器，而且进一步包括本领域技术人员熟悉的甲醇合成单元的常规组件(未示出)：
-导管和至少一个压缩机，用于构造用于未转化的合成气的回路，
-冷却器，用于冷却甲醇合成反应器的反应器产物流，
-相分离装置，用于将甲醇合成反应器的冷却的反应器产物流分离成第一液体产物流和含有未转化的合成气成分和惰性组分的第一残余气流，
-装置，用于将第一残余气流分成甲醇合成吹扫流和再循环到甲醇合成反应器的再循环流。
甲醇合成吹扫流经由导管22从甲醇合成反应器中排出。
第二粗合成气子流经由导管16引入吸附装置30中以去除二氧化碳。在一个实例中，吸附装置根据物理吸附方法操作，并且将低温甲醇用作吸收剂/洗涤介质(低温甲醇洗工艺)。此方法的细节是本领域技术人员已知的。这导致进一步的协同优点，因为在一个实例中，可以将在甲醇合成反应器20中生产的甲醇的一部分用作洗涤介质。在一个实例中，用于后处理从甲醇合成反应器20经由导管18排出的粗甲醇产物的装置的部分也可以用于使负载有二氧化碳的洗涤介质再生。在一个实例中，来自用于后处理粗甲醇产物的装置的废热可以用于加热或预热负载有二氧化碳的洗涤介质，例如用于再生目的。
为了本说明书的目的，术语“吸附装置”和附图标记30应理解为意指它们不仅包括二氧化碳的实际去除/分离，而且包括所采用的吸附介质的再生和富二氧化碳的气流的生产。将富二氧化碳的气流在布置在导管34的导管路径中的压缩机32中压缩到甲醇合成压力，并且根据本发明，经由导管34供应到甲醇合成反应器20。在一个实例中，导管34通向导管14，通过导管14将第一粗合成气子流引入甲醇合成反应器中。在一个实例中，导管34直接通向甲醇合成反应器。
将贫二氧化碳的合成气流经由导管36从吸附装置30中排出，通到低温气体分馏阶段40并引入其中。低温气体分馏阶段将贫二氧化碳的合成气流分离成以下子流：
(1)富一氧化碳的气流。此流作为一氧化碳产物流经由导管42从该工艺中排出。
(2)富氢气流。这经由导管44供应到甲醇合成反应器20中，并在其中用于确立甲醇合成所希望的化学计量数。在一个实例中，由此确立的化学计量数在1.8与2.4之间，优选在2.0与2.2之间。在一个实例中，由此确立的化学计量数为2.1。
在一个实例(未示出)中，将富氢气流作为加热气体至少部分地供应到加热装置50的燃烧器。在一个实例(未示出)中，将全部富氢气流作为加热气体供应到加热装置50的燃烧器，并且在一个实例(未示出)中，将确立甲醇合成所希望的化学计量数所不需要的比例的富氢气流作为加热气体供应到加热装置50的燃烧器。
在一个实例中，导管44通向导管14，通过导管14将第一粗合成气子流引入甲醇合成反应器中。在一个实例中，导管44直接通向甲醇合成反应器。
(3)含有惰性组分、甲烷、氢气和一氧化碳的废气流。将此流作为加热气体经由导管46至少部分地供应到加热装置50的燃烧器。加热装置50的燃烧器进一步经由导管56供应有作为燃料气体的含烃输入流，例如天然气。在一个实例中，加热装置50的燃烧器进一步经由导管22供应有作为燃料气体的来自甲醇合成反应器的甲醇合成吹扫流的至少一部分。
在一个实例中，加热装置50用于蒸汽生产。为此，将锅炉给水经由导管52引入加热装置50并在其中蒸发。生产的蒸汽经由导管54从加热装置50排出。在一个实例中，将生产的蒸汽的一部分用作部分氧化阶段10中的缓和剂。在一个实例中，将生产的蒸汽的至少一部分提供到外部消耗器(输出蒸汽)。
以下实例可与根据本发明的基本方法结合，从而产生其他优点和甚至更灵活的方法模式：
在一个实例中，将来自方法外部CO2源的二氧化碳另外引入部分氧化阶段中。当方法外部CO2流在高压下可用时，这是特别有利的，使得在引入部分氧化阶段之前的压缩最小化或甚至完全避免。
在一个实例中，将来自方法外部CO2源的二氧化碳另外引入甲醇合成反应器中。
在一个实例中，使用来自方法外部氢源的氢气来调节甲醇合成所希望的化学计量数。
数值实例
下表示出了对于预定产量的CO和甲醇，本发明的计算参数与根据现有技术的方法方案(DE 10214003 B4)的比较。
表：对于预定产量的CO和甲醇，本发明的计算参数与根据现有技术的方法方案(DE10214003 B4)的比较。
Figure BDA0003995903340000121
与现有技术相比，本发明实现了以下优点：
-提供更适合甲醇合成的具有更高CO2含量的气体导致甲醇合成的效率更高。
-较少的CO2需要压缩到较低的压力。在压缩机功率和冷却功率方面的节省是约15％至20％。
-氧需求下降了约0.5％至0.8％。
-当不希望外部利用蒸汽并因此不希望蒸汽输出时，降低约2％的过量蒸汽生产可能是有利的。
附图标记清单
[10]部分氧化阶段
[11]导管
[13]导管
[14]导管
[16]导管
[18]导管
[20]甲醇合成反应器
[22]导管
[30]吸附装置
[32]压缩机
[34]导管
[36]导管
[40]低温气体分馏阶段
[42]导管
[44]导管
[46]导管
[50]加热装置
[52]导管
[54]导管
[56]导管

Claims (20)

1.一种用于由含烃输入流、优选天然气生产甲醇和纯一氧化碳的方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供该含烃输入流，
(b)将该含烃输入流供应到部分氧化阶段(POX)，
(c)在该部分氧化阶段中，在部分氧化条件下且在任选地存在优选包含蒸汽和/或二氧化碳的缓和剂流的情况下，使该含烃输入流与含氧氧化剂流至少部分反应，以提供含有氢气(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的粗合成气流，
(d)从合成气生产设备排出该粗合成气流，并且将该粗合成气流分成第一粗合成气子流和第二粗合成气子流，
(e)将该第一粗合成气子流的至少一部分引入甲醇合成反应器中，在该甲醇合成反应器中在甲醇合成条件下使该第一粗合成气子流至少部分地转化，
(f)从该甲醇合成反应器中排出含甲醇的第一反应器产物流，将该第一反应器产物流冷却至低于其露点，并且在相分离装置中将该冷却的第一反应器产物流分离成第一液体产物流和含有未转化的合成气成分和惰性组分的第一残余气流，从该方法中排出作为粗甲醇产物流的该第一液体产物流，
(g)将该第一残余气流分成甲醇合成吹扫流和再循环到该甲醇合成反应器的再循环流，
(h)将该第二粗合成气子流的至少一部分引入吸附装置以使用物理或化学吸附方法去除二氧化碳，从该吸附装置排出贫二氧化碳的合成气流和富二氧化碳的气流，
(j)将该贫二氧化碳的合成气流的至少一部分引入低温气体分馏阶段，在该低温气体分馏阶段将该贫二氧化碳的合成气流分离成以下子流：
(j1)作为一氧化碳产物流从该方法中排出的富一氧化碳的气流，
(j2)富氢气流，
(j3)作为第一加热气体至少部分地供应到加热装置的燃烧器的含有甲烷、氢气和一氧化碳的废气流，
其特征在于，将该富二氧化碳的气流至少部分地引入该甲醇合成反应器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将该富氢气流至少部分地引入该甲醇合成反应器中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将一定比例的该富氢气流引入该甲醇合成反应器中，使得涉及在该甲醇合成反应器的反应器入口处引入该甲醇合成反应器中的所有材料流的整体的化学计量数SN在1.8与2.4之间，优选在2.0与2.2之间。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，将该富氢气流作为第二加热气体至少部分地供应到该加热装置的燃烧器。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将该含烃输入流、优选天然气的一部分作为第三加热气体供应到该加热装置的燃烧器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将该甲醇合成吹扫流的至少一部分作为第四加热气体供应到该加热装置的燃烧器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该加热装置用于蒸汽生产，其中将生产的蒸汽至少部分地用作该部分氧化阶段中的缓和剂。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该加热装置用于蒸汽生产，其中将生产的蒸汽至少部分地提供到外部消耗器(输出蒸汽)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于将来自方法外部来源的含二氧化碳的气流另外引入该甲醇合成反应器中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该加热装置用于预热该含烃输入流和/或该含氧氧化剂流。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用分离装置、优选膜分离装置，将该甲醇合成吹扫流分离成富含氢气的第一吹扫流和贫氢气且富含碳氧化物和甲烷的第二吹扫流，其中将该富含氢气的第一吹扫流的至少一部分作为第四加热气体供应到该加热装置的燃烧器，并且其中将该富含碳氧化物和甲烷的第二吹扫流的至少一部分通到该部分氧化阶段。
12.一种用于由含烃输入流、优选天然气生产甲醇和纯一氧化碳的设备，该设备包括彼此流体连接的以下组件：
(a)用于提供该含烃输入流的装置，
(b)用于将该含烃输入流供应到部分氧化阶段(POX)的装置，
(c)部分氧化阶段，用于将含氧氧化剂流供应到该部分氧化阶段的装置、任选地用于将缓和剂流的流供应到该部分氧化阶段的装置、用于从该部分氧化阶段排出含有氢气(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的粗合成气流的装置，
(d)用于将该粗合成气流分成第一粗合成气子流和第二粗合成气子流的装置，
(e)甲醇合成反应器，用于将该第一粗合成气子流的至少一部分引入该甲醇合成反应器的装置，
(f)用于从该甲醇合成反应器中排出含甲醇的第一反应器产物流的装置、用于将该第一反应器产物流冷却至低于其露点的装置、用于将该冷却的第一反应器产物流分离成第一液体产物流和含有未转化的合成气成分和惰性组分的第一残余气流的相分离装置、用于从该方法中排出作为粗甲醇产物流的该第一液体产物流的装置，
(g)用于将该第一残余气流分成甲醇合成吹扫流和再循环到该甲醇合成反应器的再循环流的装置，
(h)用于使用物理或化学吸附方法去除二氧化碳的吸附装置、具有至少一个燃烧器的加热装置、用于将该第二粗合成气子流的至少一部分引入该吸附装置的装置、用于从该吸附装置排出贫二氧化碳的合成气流和富二氧化碳的气流的装置，
(j)低温气体分馏阶段，其适合将在该低温气体分馏阶段中的该贫二氧化碳的合成气流分离成以下子流：
(j1)可作为一氧化碳产物流从该方法中排出的富一氧化碳的气流，
(j2)富氢气流，
(j3)含有甲烷、氢气和一氧化碳的废气流，可以将其作为第一加热气体至少部分地引入该加热装置的至少一个燃烧器，用于将该贫二氧化碳的合成气流的至少一部分引入该低温气体分解阶段的装置，
其特征在于，其进一步包括允许将该富二氧化碳的气流至少部分地引入该甲醇合成反应器中的装置。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，其进一步包括允许将该富氢气流作为第二加热气体至少部分地供应到该加热装置的燃烧器的装置。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其进一步包括允许将该含烃输入流、优选天然气的一部分作为第三加热气体供应到该加热装置的燃烧器的装置。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其进一步包括允许将该甲醇合成吹扫流的至少一部分作为第四加热气体供应到该加热装置的燃烧器的装置。
16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其进一步包括允许该加热装置用于蒸汽生产的装置，其中生产的蒸汽至少部分地可用作该部分氧化阶段中的缓和剂。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其进一步包括允许该加热装置用于蒸汽生产的装置，其中生产的蒸汽至少部分地可提供给外部消耗器(输出蒸汽)。
18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其进一步包括允许来自方法外部来源的含二氧化碳的气流可另外引入该甲醇合成反应器中的装置。
19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其进一步包括允许该加热装置可用于预热该含烃输入流和/或该含氧氧化剂流的装置。
20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，其进一步包括允许以下的装置
-该甲醇合成吹扫流可使用分离装置、优选膜分离装置分离成富含氢气的第一吹扫流和贫氢气且富含碳氧化物和甲烷的第二吹扫流，
-该富含氢气的第一吹扫流的至少一部分可作为第四加热气体供应到该加热装置的燃烧器，
-该富含碳氧化物和甲烷的第二吹扫流的至少一部分可供应到该部分氧化阶段。
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