[发明专利]生产甲醇的方法

说明书

公开了用于生产甲醇的方法。所述方法包括提供高氧含量的氧化剂以燃烧烃，特别是甲烷，然后使用所得的热气体加热天然气以将天然气转化为合成气。所述合成气用于在甲醇合成反应器中生产甲醇。至少一些来自所述热气体的二氧化碳被进料到甲醇合成反应器中以制备甲醇。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月6日提交的美国临时专利申请系列号62/715,194的优先权的权益，其全部内容通过整体引用并入本文。

技术领域

本发明大体涉及甲醇的生产。更具体地，本发明涉及通过包括使用来自加热介质的二氧化碳(CO₂)作为甲醇生产的原料之一的方法来生产甲醇，其中所述加热介质向重整过程提供热量。

背景技术

一种生产甲醇的常规方法包括从甲烷生产合成气，然后在催化剂存在下使一氧化碳(CO)、氢气(H₂)和合成气反应以生产甲醇。甲烷的蒸气重整形成合成气的反应式以及一氧化碳和氢气反应形成甲醇的反应式如下所示。

CH₄+H₂O→CO+3H₂

CO+2H₂→CH₃OH.

传统上，甲醇生产设备利用重整器燃烧器中的过量空气来燃烧天然气(燃料)，以产生将天然气(原料)进行蒸汽重整以形成合成气所需的能量。在蒸汽重整甲烷以产生合成气中，对于形成的每摩尔一氧化碳，形成三摩尔的氢气。但是在形成甲醇时，每消耗一摩尔一氧化碳，仅消耗两摩尔氢气。因此，蒸汽重整产生过量的氢气。蒸汽重整过程中产生的过量氢气通过导入二氧化碳并使导入的二氧化碳与过量氢气反应生成甲醇而用于甲醇生产，如下所示。

CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O。

消耗过量氢气的这种方法昂贵，并且由于导入二氧化碳的高昂价格而增加了甲醇的生产成本。

此外，使用过量空气来燃烧燃料气导致其他明显的低效率。例如，当前，在重整燃烧器中使用过量空气进行燃烧导致稀释的二氧化碳料流，所述稀释的二氧化碳料流含有约为5重量％CO₂、80重量％N₂和15重量％O₂。这种稀释的料流很难进一步处理，因此将其作为烟道气排出。同样，在重整器的燃烧器中使用过量空气会降低燃烧器的火焰温度，从而增加作为重整器燃烧器燃料的天然气需求。总之，在燃烧天然气燃料和导入过量的二氧化碳以消耗过量氢气中使用过量的空气使得甲醇生产过程昂贵。

考虑到对上述包含二氧化碳的烟道气排放，应当注意，从工业设备排放二氧化碳是环境问题。二氧化碳是一种温室气体，主要由于燃烧化石燃料而不断排放到地球大气中。在过去的几十年中，全球对人为二氧化碳排放到大气中的增加的关注日益增加。

发明内容

本发明人发现了由合成气生产甲醇的更有效和环境友好的方法。该方法涉及原位形成二氧化碳，然后可以将其用作生产甲醇和/或其他有价值的化学物质(如尿素)的附加原料。该方法包括提供为纯氧气或具有高浓度氧气的氧化剂，用于在产生合成气的重整器的燃烧器中燃烧燃料。所述氧化剂可以通过空气分离单元(ASU)从空气中产生。该氧化剂用于在燃烧器中完全或几乎完全地燃烧燃料，从而减少燃料消耗并增加重整器(例如蒸汽重整器)中的合成气产量。使用高氧含量氧化剂产生的过量二氧化碳被用作生产甲醇和尿素的原料之一。来自空气分离单元的氮气和来自重整器的任何未反应的氢气可用于生产氨和尿素等材料。该方法可以显著优化甲醇设备并提高经济效益。例如，尽管在该方法中使用了二氧化碳，但是该二氧化碳没有被引入到甲醇生产过程中。相反，所述方法包括从燃烧器烟道气原位产生纯二氧化碳(或几乎纯二氧化碳)。这样，通常会排放到大气中的二氧化碳可用于形成有价值的产品，例如甲醇和尿素。