[发明专利]甲醇的生产方法和体系

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2006年5月30日提交的美国临时申请 No.60/809260的优先权，在此为了所有目的，通过参考将其引入。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及生产甲醇的方法与体系。更具体地，本发明包 括由结合含惰性物质，主要氮气和富含氢气的气体物流的合成气，和 随后转化该富含氢气的合成气物流成甲醇，或其他烃化学品，从而生 产甲醇的方法和体系。甚至更具体地，本发明涉及能在航海船只以及 陆地上安装并操作的这种方法与体系。

2.相关现有技术的说明

甲醇合成的研究始于二十世纪初并在二十世纪二十年代中 期实现商业化。用于甲醇合成的反应物是H₂、CO和CO₂，这一混合物 被称为“合成气体”或“合成气”。当化学计量的混合物穿过催化剂 床时，这些反应物仅仅12％反应，这是因为通过与反应生成的甲醇达 成平衡，从而终止反应。工业上采用称为“甲醇环路(loop)”的循环 体系作为解决方案。冷却来自催化剂床的已反应的气体，甲醇冷凝， 和残留的气体通过入口再循环到催化剂床中。这一体系的优点是吸收 在催化剂场所生成的放热并携带该热量到外部换热器上。通过这一技 术，最多95％的反应物转化成甲醇。在最近80年期间，它基本上用 于所有开发的甲醇合成中。

这一体系具有缺点。甲醇环管对合成气的纯度具有限制。 因此，就在甲醇冷凝之后必须立即从环管中净化(purge)与合成气一起 喂入到甲醇环管内的惰性物质。被净化的惰性物质与有价值的反应物 紧密混合，所述有价值的反应物在净化时与惰性物质一起损失。现有 技术对这一问题的解决方法是在合成气的制备过程中降低惰性物质的 含量到尽可能低的水平。

在高容量装置中的现代实践是使用自热重整器(ATR)制备 合成气。该器件混合含氧物流与天然气物流，在重整器容器的顶部部 分氧化天然气。重整器容器的下部含有催化剂，所述催化剂引起氧化 的气体达成化学平衡。在天然气内的主要成分是甲烷，它转化成合成 气与H₂O。

使用ATR也是成问题的，因为惰性物质与氧气一起被引入 到天然气物流内。为了克服这一问题，使用低温空气分离(“C-ASU”)， 生产具有最低可能惰性物质的氧气，通常具有约1％-5％惰性物质的 氧气。惰性物质的大部分是N₂和Ar。目前，不存在大容量和在这一范 围内的纯度下生产氧气的可行的替代方法。低温空气分离是难以操作 的方法，具有高的维护成本，并具有灾难性的爆炸历史。另外，在重 整器容器出口内的CH₄充当甲醇环管内的惰性物质。因此，在金属和 陶瓷材料的极端上限的温度下操作炉膛和重整器，以最小化在合成气 内残留的CH₄。由于这些原因，该设计昂贵且消耗全部装置能量的最多 80％。

在最近80年来，这一方法因甲醇装置的合成气生产部分的 投资成本已经遭受了损失。

装置部分的成本分解

合成气制备    60％

甲醇合成环管  10

甲醇蒸馏      10

公用事业      20

              100％

现有技术的甲醇生产方法包括由德国Lurgi AG of Frankfurt制造并销售的那些。这种现有技术的Lurgi体系公开于欧 洲专利0790226B1、美国专利5631302和美国专利5827901中，在此 通过参考全文引入。使用甲醇环管的类似体系包括由ICI和 Holder-Topsoe使用的那些，其中包括在美国专利Nos.6387963、 6881759、6730285、6191175、5937631和5262443以及英国专利 Nos.1159035和1272798中所述的那些体系，所有这些在此通过参考 全文引入。

还由在氮气内高的氧化剂物流，例如空气制备合成气。这 一方法使用分离方法，例如半渗透膜技术分离空气物流成高氧气含量 的物流和高氮气含量的物流。然后，高氧气含量的物流与天然气反应， 产生合成气，然后将合成气转化成甲醇。