[发明专利]自合成回路吹扫气中回收氢气合成甲醇的方法和设备

说明书

本申请是分案申请，其原申请的国际申请号为PCT/EP2008/005317，中国国家申请号为200880023713.2，申请日为2008年6月30日，发明名称为“自合成回路吹扫气中回收氢气合成甲醇的方法和设备”。

技术领域

本发明从广义上涉及合成甲醇的方法和设备的技术领域，详细的说，本发明涉及利用自合成回路吹扫气中回收的氢气合成甲醇的方法和设备。

在此，是指在合成回路合成甲醇的方法，其至少包括以下步骤：将反应气流输入甲醇合成区，得到反应产物气流，将所述反应产物气流输入冷凝分离区，得到甲醇粗液流和未反应的循环气流(a recycle gas flow)；从所述循环气流导出吹扫气流，经过回收，将其中所含的氢气重新引入合成回路，并将循环气体气流输入合成回路的循环压缩区。

背景技术

根据常规技术，甲醇以含有氢气(H₂)和一氧化碳(CO)的合成气为起始原料制备，反应在适当催化剂的存在下，于高温(200-300℃)和高压(40-150巴)下进行。然后冷却气相反应产物，得到液态甲醇和未反应气流；后者排出甲烷和惰性气体后被回收至合成区。

根据上述工艺运行的典型装置基本上包括：合成区，由诸如合成反应器或多个平行的反应器组成；反应气的预加热区，其利用反应产物的回收热量；冷凝分离区，在此得到液体甲醇和待回收的气体。合成区、预加热区和冷凝分离区在基本上相同的压力运行，形成所述的合成回路。

“新鲜的”合成气，也称为补充气体，其通过合适的供应压缩机输入合成回路，所述压缩机将气体压力从生产值(production value)升高至合成回路的操作压力。

气态循环气流从冷凝分离区排出，进入循环压缩机，随后进入预加热区和合成区；根据现有技术，吹扫气的导出点位于所述循环压缩机的上游(吸气端)。

众所周知，可利用诸如分子筛或膜的装置来回收吹扫气中所含的氢气，得到回收氢气流，将其与反应气流混合再注入合成区。该技术在使用来自碳燃料气化(carbon fuel gasification)的反应气流的设备中特别有利，所述气体含有较高的一氧化碳(CO)含量。可通过气化例如煤炭、焦炭、石油或其它碳渣得到远大于反应所需计量比的高CO含量的合成气。

合成气中CO的高含量导致一些技术问题，包括提高了合成反应速度，使反应器有过热风险，并且生成副产物的的风险也更大。将自吹扫气中回收的氢气，以及合成气中的相关氢气富集气输入反应器，使上述技术问题得以解决。

但利用上述设备回收氢气还涉及到压降(在采用膜时，有数十巴(bar))，以已知的合成回路配置，会提供低于合成回路压力的氢气。这就需要重新压缩氢气流，而这些任务目前由另外的压缩机或供应压缩机本身来完成。

由于这类设备的成本和其能源消耗，以及增加了不确定性的可能原因，向设备中再添加压缩机是不利的。很明显，事实上氢气压缩机的故障可能危及整个设备的运行。

为此目的，应予指出在许多申请中，采用的新鲜合成气的压力为50-60bar，这足以进行合成反应。在这些情况下，理论上可以被去掉供应压缩机，而接受合成回路在相对较低的生产合成气的压力下运行。采用CO富集气运行回路的进一步的优势是会减少过热的风险，这是由于反应速度取决于压力。因此，人们有强烈的动机去除供应压缩机，而通过以气化压力本身的压力运行合成回路，特别是在从CO富集气中生产甲醇时。

然而，由于上述氢气回收系统的压降问题，为在任何情况下供应氢气的压缩气，可能去除供应压缩机的优势，以及在可靠性方面的改进都将是无效的。因此，一般倾向于将合成回路保持高压力(80–90bar)运行，并通过供应压缩机压缩氢气。这一选择也往往也是出于采用管束反应器时，压降将大大影响其生产效率。

众所周知，氢气分离系统，包括PSA(Pressure Swing Adsorption，变压吸附)系统只带来少许压降(通常是几巴(bar))，但其使用不能解决上述问题，仍需要重新压缩氢气。

总之，对于利用来自合成回路的吹扫气，特别是来自CO富集气的回收氢气来合成甲醇，现有技术就设备配置给出了教导，其中合成回路在比气化压力大的压力下运行，因此需要提供供应压缩机；合成回路内的吹扫气被引入循环压缩机的上游，并输送到膜，分子筛或同类系统以回收氢气部分；这样得到的氢气流进入供应压缩机，提高其压力至合成回路的运行压力。

发明内容