[发明专利]用于大生产容量的甲醇合成工艺布局

说明书

用于大规模甲醇合成的工艺布局包括串联的一个或多个沸水反应器和一个或多个径向流反应器，沸水反应器用近似新鲜的补充合成气进料。甲醇合成回路包括补充气压缩机K1、再循环气体压缩机K2、两个或更多个用于甲醇合成的沸水转换器(A1、A2、...)、用于甲醇合成的径向流转换器(B)、蒸汽滚筒(V1)、高压分离器(V2)、低压分离器(V3)、进料流出物换热器(E1和E2)、洗涤塔(C)、空气冷却器(E3)和水冷却器(E4)。

本发明涉及用于甲醇合成回路的新工艺布局，其适用于大规模甲醇生产装置，即生产容量高于1000MTPD，优选高于5000MTPD的甲醇。

为了减少投资，利用规模经济，甲醇装置的产能不断增加。因此，世界级甲醇装置的产能从几十年前的2500MTPD增加到今天的约5000MTPD。考虑了甚至更大的装置，以进一步提高经济性并提供甲醇到烯烃(MTO)工艺的原料。

甲醇装置可以被分为三个主要工段：在装置的第一工段中，诸如天然气的进料气体被转化为合成气。合成气在第二工段中反应以生成甲醇，然后在装置尾端的第三工段中将甲醇纯化至所需纯度。

大规模甲醇装置的投资成本很高。合成气生产，包括需要时的压缩和氧气生产，可以占投资的60％或更多。在今天的许多装置中，管式蒸汽重整或两步重整被用于合成气的生产。然而，通过最大化单线产能和最小化投资，低蒸汽/碳(S/C)比下的独立自热重整是大规模装置的优选技术；例如，参见申请人的WO 2015/128456 A1，其描述了用于生产合成气(例如用于甲醇生产)的独立自热重整器。

独立自热重整(ATR)是一种用于生产合成气的技术，其中烃原料或来自预重整步骤的部分转化的气体向合成气的转化通过部分燃烧和绝热蒸汽重整的组合在单个反应器中完成。烃类进料的燃烧使用亚化学计量量的空气、富集的空气或氧气在燃烧器的燃烧区域中通过火焰反应进行。随后在固定床蒸汽重整催化剂中进行部分燃烧的烃原料的蒸汽重整。

独立ATR在一个紧凑型耐火衬里反应器中结合了亚化学计量的燃烧和催化蒸汽重整，以生产用于大规模甲醇生产的合成气。独立ATR在低S/C比下操作，从而减少了通过装置的流量并使投资最小化。独立ATR生产的合成气非常适合生产燃料级且高纯度的甲醇；例如参见申请人的WO 2013/013895 A1。

甲醇合成工段的设计至关重要。最佳设计和操作参数的选择取决于所需的产品规格。在许多装置中，使用沸水反应器(BWR)。然而，使用或并入绝热反应器可能是有利的。

甲醇由合成气(synthesis gas或syngas)合成，合成气由H₂、CO和CO₂组成。合成气的转化在催化剂上进行，催化剂通常是铜-氧化锌-氧化铝催化剂。通过合成气转化的甲醇合成可以用公式表示为伴随变换反应的二氧化碳的氢化，并且可以通过包括以下反应的以下反应顺序来概括：

CO₂+3H₂<->CH₃OH+H₂O

CO+H₂O<->CO₂+H₂

如上所述，转化是在铜-氧化锌-氧化铝催化剂上进行的。该催化剂的实例包括申请人的催化剂MK-121和MK-151FENCE^TM。

由于甲醇的广泛使用，特别是作为制造其他化学品的原料，全世界的甲醇生产量巨大，因此用于大规模生产的方法和装置需求量很大。然而，大型甲醇装置受到反应器和工艺设备的尺寸限制所施加的限制。为了扩大规模，在相对小型的工艺设备中处理大量合成气的能力变得越来越重要。因此，在Surface Science and Catalysis 147,7-12(2004)的研究中，证明了这一目标可以通过将甲醇合成技术与合成气技术结合来实现，甲醇合成技术由结合的甲醇合成和缩合(CMSC)组成，且合成气技术包括以非常低的S/C比操作的ATR。