[发明专利]合成甲醇的工艺中的CO2的回收

说明书

技术领域

本发明涉及通过碳氢化合物原料的转化合成甲醇。

背景技术

世界上大量的甲醇(MeOH)成套设备使用通过碳氢化合物原料的水蒸气转化产生的合成气，该碳氢化合物通常为轻质烃，例如天然气。水蒸气转化产生主要包含碳的氧化物(CO、CO₂)和氢气(H₂)的补充合成气(make-up synthesisgas)，该补充合成气在高压合成回路中反应以产生甲醇。碳氢化合物的源可以是任意的碳氢化合物或其混合物；常见的例子为天然气。

现有技术的方法是基于下列步骤：原料气(例如为天然气)被脱硫和水蒸气转化，产生通常在大约20-40巴的压力下的热合成气；该合成气被冷却以回收热，并将该合成气输送至主合成气压缩装置以将压力提高为合成回路的运行值(通常100巴或更高)；然后该合成气在所述回路中反应，获得所谓的粗品甲醇；然后在蒸馏段中处理该粗品甲醇以便达到需要的纯度。

能够使用不同的配置来进行水蒸气转化：非限制性的示例为：独立的一段转化炉；一段转化炉，随后是可能为自热转化炉的二段转化炉；独立的自热转化炉。

在合成回路中的反应能够被概括如下：

(I)CO+2H₂→CH₃OH

(II)CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O

通过补充合成气提供反应物CO、CO₂和H₂。从上述反应能够知道补充合成气的碳的氧化物(CO和CO₂)和氢气的浓度是关键。在转化工艺中产生的合成气的氢与碳的摩尔比率通常通过化学计量数R定义：

R=[H2]-[CO2][CO]+[CO2].]]>

R的热力学正确值为2，；然而已知在高压(HP)合成回路中反应的动力学要求最佳R稍大于2，优选地在2.05至2.3的范围，取决于CO/CO₂比率。合成气的较高的或较低的R意味着HP回路在其能力之下运行。

由(多个)转化炉输送的合成气能够明显偏离R的所述最佳值，因此需要调整化学计量数至接近于2的最佳值。

调整R的值的已知措施为：基于膜或基于变压吸附(PSA)装置从合成回路净化气体回收氢，以及回收包含在来自于水蒸气转化过程的烟道气中的二氧化碳。回收包含H₂或包含CO₂的流分别有助于增加或者降低R的值。

例如，基于自热转化的方法通常产生碳的氧化物过量的合成气(R＜2)；在这种情况下，从HP回路净化气体中回收氢气并向补充合成气中添加回收的氢气有助于调整(即，增加)R值。相反，一段转化炉产生富含氢气的合成气，在这种情况下，通过从转化炉本身的烟道气回收二氧化碳来平衡化学计量数R。

然而，对包含在烟道气中的二氧化碳进行回收是昂贵的。用于此目的的传统的CO₂回收段主要具有吸收塔，其中用合适的溶液(例如基于胺的溶液)逆流洗涤烟道气；在该塔的底部富含CO₂的溶液被分离，并在再生器中对该富含CO₂的溶液进行纯化，其中重沸器提供热量给溶液以便打破溶液和二氧化碳之间的界限；在再生器的顶部富含CO₂的气体流被分离，在合适的压缩装置中压缩该富含CO₂的气体流并将其回收至一段转化炉。

该回收段通常非常昂贵，并耗费大量的能量。实际上，需要大量的能量来将二氧化碳与其余的烟道气组分分开。该CO₂回收技术对整个工艺的经济影响是不可忽视的。