年产100万吨甲醇尾气洗涤塔的工艺系统设计外文翻译资料

 2022-08-02 14:00:57

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（19）美国

（12）专利申请公开（10）出版号：US 2006/0223892

（43）出版日期：2006年10月5日

（54）甲醇生产系统洗涤器

（63）2005年12月27日提交的第11/319093号申请延续的一部分。

（75）发明人：内森·帕夫拉克，马奎特，密歇根州，申请号10/901717，于2004年7月29日提交。（美国）罗伯特卡尔，布卢明顿。

本发明提供了一种生产甲醇的装置和方法，该装置和方法让含甲烷气体和含氧气发生反应。Gas Technologie公司将气体置于反应器中，以提供包含甲醇和甲醛的产品流。使用工艺组分吸收剂对产品流进行清洗。清洗后应用在产品流中通过反应器。未经处理的甲烷气体与含甲烷气体混合，通过反应器进行后处理，同时将甲醇和甲醛送至精馏工段去除。

甲醇生产系统用洗涤器

参考相关应用

[0001]本应用首先应用在美国。编号11/319093，于2005年12月27日提交，是2004年7月29日提交的第10/901717号申请的延续。上述申请的披露以引用方式并入。

领域

[0002]本发明涉及生产甲醇的装置和方法。

背景

[0003]本节中的声明仅提供与本发明相关的背景信息，不构成现有技术。

[0004]甲烷转化为甲醇的方法和装置。众所周知，将甲烷气相转化为合成气（一氧化碳和氢气的混合物），随后将其催化转化为甲醇。例如Karavaev M.M.，Leonov B.E.等人撰写的《合成甲醇技术》，莫斯科，《化学》1984年，第72-125页。然而，要实现这一过程，需要提供复杂的设备，满足对气体高纯度的要求；需要耗费大量的能量，用于合成气制备及其净化，并且需要大量的间歇时间。这对于日处理能力在2000吨以下的中小型企业效率很低。

[0005]俄罗斯第2162460号专利包括含烃气体源、用于压缩和加热气体的压缩机和加热器、带有压缩机的含氧气体源。它还包括具有交替混合区和反应区的连续布置的反应器，将含氢气体供应到反应器的第一混合区和将含氧气体供应到每个混合区的装置，用于冷却反应的回热式换热器，由一股冷碳氢化合物和热含烃气体的混合物流经墙壁进入加热器、冷却器、用于分离废气和随后分离甲醇的液体产品的部分冷凝器、用于向初始含烃气体供应废气的管道，以及向反应器的第一混合区供应含氧废物的管道。

[0006]然而，在该装置中，由于热交换器的固有限制，不可能快速抽出含烃气体氧化这一高热反应的热量。这就需要减少含烃气体的供应量，进一步降低含烃气体的转化率。此外，即使用氧气作为氧化剂，也不可能提供含烃气体的有效再循环，因为其中的碳氧化物浓度快速增加。供应的氧气中很大一部分被浪费，用于将一氧化碳氧化成二氧化碳，这还降低了初始含烃气体的转化程度，并使反应混合物进一步过热。该装置还要求燃烧额外数量的初始含烃气体，用于液体产品的蒸汽精馏阶段。由于需要在每个反应器之后冷却气液混合物，以便在下一个反应器之前分离液体产物并随后加热，因此设备基本上很复杂，单元数量增加，并且浪费额外的能量。

[0007]在专利文献RU 2200，731中，还公开了一种生产甲醇的方法和装置，在该方法和装置中，压缩的热含烃气体和压缩含氧气体被引入连续布置的反应器的混合区，并通过冷却的受控热传感器进行反应，将反应混合物与冷凝水混合得到蒸汽，并通过逸出蒸汽的参数调节反应混合物的冷却程度，逸出蒸汽用于液体产品精馏阶段。

[0008]其他专利文件，如美国专利编号4，152，407；5，959，168和国际出版物WO 96/06901披露了碳氢化合物转化的进一步解决方案。

[0009]相信现有的甲醇生产方法和装置可以进一步改进。

概要

[0010]因此，本发明的目的是提供生产甲醇的装置和方法，这是对现有装置和方法的进一步改进。

[0011]本发明的另一个特点是提供一种生产甲醇的装置和方法，该装置和方法能用于处理少量气体和气体冷凝物沉积物，并且还可以用于任何气体消耗场所，例如发电厂，气体分配和气体减少站，生产设施等，或小型甲烷生产商（例如煤矿，石油，垃圾填埋场，农场）。

[0012]根据这些目标和下文将要说明的其他目标，简单来说，本发明的一个特征在于一种生产甲醇的方法，该方法包括以下步骤：向反应器中供应含甲烷的气流和氧气；使用含氧气体中的氧将反应器中的含甲烷气体氧化；在洗涤反应的杂质和产物（包括但不限于二氧化碳，水，甲醛和甲醇）之后，将已生成的甲烷气体再循环到含甲烷气体流中进行进一步的反应。

[0013] 本发明的另一个特点是生产甲醇的系统，该系统具有一个反应器，用于接收含有甲烷的气流并使其与含氧气体反应。该系统还具有向反应器供应非氧化性冷却剂的机制，该冷却剂在反应后期与甲烷气体和含氧气体的混合物直接混合以抑制甲醛的分解。冷却剂的作用是抑制甲醛产品的氧化或分解。未反应的甲烷气体在洗涤器中进行处理，以去除反应产物和污染物，然后再循环回含有甲烷的气流中。在各种实例中，洗涤器使用过程组分吸收剂，例如甲醇和水的混合物，并且另外用作冷凝器。每次通过洗涤器后，废吸收剂被再生。可以提供一个侧流，用于除去二氧化碳、水、甲醛和甲醇，其量基本上等于在稳定状态下进入洗涤器的量。

[0014]可以看出，根据发明，含甲烷气体的气相氧化在反应区的高温和高压下进行。将反应混合物冷却并引流至洗涤器以除去二氧化碳、水、甲醇和甲醛，回收并与含有原始甲烷的气流结合。在某些实例中，含有冷甲烷的气体被供应到反应器的调节区以降低反应温度，例如大约30到90摄氏度，从而提供产物比例的生产和再分配，以生产相应量的甲醇和甲醛。

[0015] 被认为是本公开的特征的新颖特征特别地在所附权利要求中提出。当结合附图阅读时，根据对具体实例的以下描述，将最好地理解本发明本身，无论是其结构还是其操作方法，以及其附加的目的和优点。

附图

[0016]本文描述的附图仅用于说明目的，并且无意以任何方式限制本公开的范围。

[0017]图1示意性地展示出了根据本发明的用于生产甲醇的系统。

[0018]图2表示如图1的系统中所示的反应器的更详细的视图。

[0019]图3表示如图1的系统中所示的洗涤器的更详细的视图。

详细说明

[0020]以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明的应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。

[0021]本发明涉及用于重整含烃气体如烷烃的装置和方法。烷烃（通常为甲烷和乙烷）可通过与氧的均相，部分氧化反应进行重整以形成含氧化合物，例如甲醇和甲醛。含甲烷气体的部分氧化反应可用于主要生产甲醇，甲醛，或两种产品的任意组合。为了选择性地获得期望的高含氧化合物并避免进入烷烃的更深的氧化态，通常使反应保持贫氧状态，例如，约在1至3 0 0之间，导致低的单程转化率。即使那样，仍会产生大量深度氧化的副产物（例如水和二氧化碳）。

[0022]本发明包括一种用于回收含氧化合物同时从重整过程的产物气体中冷凝水和甲醇的方法。吸收塔，在本文中也称为洗涤塔，利用过程组分（例如甲醇和水）作为吸收剂来除去甲醛和二氧化碳。反应器产物物流以气相进入洗涤器，一部分物流被冷凝，然后被带入进入塔的冷吸收剂中。如本领域中已知的，可以根据需要来调节温度、压力和溶剂通过量以提高回收率，以纯化烷烃原料，然后将其送至下一步加工。在大多数情况下，温度约为 0℃或更低，从而增强了吸收过程。这一点尤其重要，因为需要回收未反应的烷烃，从而提高低转化率技术的总收率。在各种实例中，压力通常在4到10兆帕之间。

[0023] 如图1的工艺流程图所示，该系统包括促进含甲烷气体的气相直接部分氧化的反应器100。图2详细说明了图1的系统中所示的反应器100的输入和输出。该过程从反应器100开始，其中进料烷烃的5%转化率实现了对甲醇的约40%选择性和对甲醛的约25%选择性。反应产物的剩余平衡主要是二氧化碳，随后是气水转换反应。反应器100可具有初始反应区102，该初始反应区102可具有用于引入加热的含甲烷气流的装置104和用于引入含氧气体的装置105。如下面更详细地说明的，含氧气体优选具有大于8000的氧含量，以减少由于再循环过程而导致的惰性气体的积聚。

[0024]反应器100可进一步配备有调节区108，调节区108配备有任选的装置110，用于引入冷的含烃气流以降低装置操作期间的反应温度。另外，反应器100可以设置热袋112，用于控制和调节相应区域中的温度，例如设置热电偶。离开反应器100的是反应产物气流1，其温度约为525摄氏度，压力约为8 兆帕。

[0025]参考图1，流1通常进入第一热交换器114的“热输入”侧，该热输入侧在反应产物气流进入系统的吸收阶段之前充当预冷器。热交换器114的尺寸可以使热集成最大化。流2在约3250摄氏度的温度下离开交换器的“热出”侧，并被引导至洗涤器116用于产品和副产品回收。在某些实例中，流2可被引导至第二热交换器或预冷却器，以进一步降低洗涤器回路上的冷却负荷。

[0026]洗涤器116作为反应与回收气相原料过程、液相分离之间的联络点。以及整个系统的产品精整部分。洗涤器116防止烃循环回路中的CO积聚，同时促进甲醛的物理捕获。本发明的洗涤器116还提供了在反应器中产生并存在于反应器产品气流中的甲醇和水的冷凝，从而将烃循环回路中的分离次数减少到单个分离。

[0027]图3详细描述了如图1的系统中所示的洗涤器116的输入和输出。洗涤器116可利用包含反应产物组分的混合物的溶剂/吸收剂。即甲醇和水，从烃类气体循环回路中物理吸收甲醛和二氧化碳。洗涤器116的效率通过高操作压力（4-8兆帕）和低温（为获得所需吸收度所需的温度，如25摄氏度或更低）的组合而提高。如上所述，洗涤器116另外扮演冷凝器的双重角色。甲醇和水都将基本上被夹带到再循环/再生吸收剂流中。可以预见的是，这种设计减少了资本成本（由于简化了工艺），运营成本（由于通过直接接触实现了更有效的冷却）以及过程的物理尺寸（由于减少了设备）。

[0028]在各个实例中，洗涤器116的下部116a相对于顶部116b在较高的温度下操作。可以预料，在到达塔的足够冷的区域之前，将除去任何水分。由于洗涤器116不在水的三相点附近操作，所以进入的气态水将冷凝并且不会冻结。众所周知，洗涤器内的所有液体向下流动。在某些实施例中，在洗涤器的底部周围提供冷却套可能是有益的。

[0029]吸收剂的再生可以以多种方式完成。在一个实例中，一部分富液流15可以经由流24被引导至冷却器118，以用作流27的再生的或新鲜的吸收剂。在各种实例中，可以经由流将支流从该回路中拉出。为了防止再循环流被二氧化碳和甲醛饱和，二氧化碳和甲醛将通过物理吸收与甲醇-水混合物松散地结合，从而使再循环流饱和在图16中。在质量平衡的状态下，侧流可包括基本上所有以稳态进入洗涤器的水，二氧化碳，甲醛和甲醇。根据已知的部分事实，预计一些甲醇会通过料流3逸出洗涤塔116并再循环至反应器100，因此提供甲醇补充料流（如与回收的吸收剂结合的料流22）可能是有益的物流。

[0030]物流3的清洁的气态烃可以继续进入烃循环回路以进行下一步处理。在一个实例中，下一步骤可以包括吹扫。例如，物流18可用于控制再循环回路内的任何氮积累。然后，料流4可以继续与新鲜的含甲烷的原始气体料流5合并，以经由料流6形成混合物，料流6进入再循环回路压缩机120以回收来自处理单元的任何压力损失。在某些实例中，可以提供额外的压缩机122以在将料流6形成泡沫之前压缩含甲烷的粗气体。料流7离开压缩机，该料流7通过冷却进入热交换器114。达到约275摄氏度的加热气体以冷却的形式通过气流8离开燃烧室，并可以被引导至预热器，如下所述。

[0031]反应器100与压缩机124和加热器126连通，以分别经由料流13和14供应约8兆帕和约475 摄氏度的压缩和加热的含氧气体。如所提及的，将含甲烷的原始气体与来自洗涤器116的再循环的甲烷气体混合，并且可以使用预加热器128将流9加热，从而将气体加热至约475摄氏度。然后经由流10进入反应器中。如果粗烃二氧化碳含量较高，则在进入洗涤塔116以除去塔顶馏出物116之前，可以将料流7中的一部分粗烃与冷却的反应产物气流料流2混合。

[0032]在操作中，具有高达约98％的甲烷含量的原始气流和还原的甲烷产物流被提供给预反应器。加热器128，在其中气体被加热到大约430至470摄氏度之间的温度。然后将加热的含甲烷气体供应到反应器100的区域102中。压缩空气的压力约为7-8 兆帕，比例约为800至1000，最好是从压缩机124向反应器100的区域102中提供约90％至95％的氧气。为了限制系统内的氮气的量，例如，使其小于约30％-40％。为了减小吹扫物流的所需尺寸，或者为了减小吹扫物流的尺寸以实现相同的目的，氧气物流基本上是纯的，因此限制了进入系统的氮气的量。

[0033]在各种实例中，通过引入装置108将任选的第二冷甲烷气体流11，换句话说是温度低于反应器中气体的冷却剂，通过引入装置108供应到反应器的调节区中，该物流通常由调节装置130调节，该调节装置130可以采取任何合适的气体供应调节装置。在其他各种实例中，这种冷的物流或冷却剂可包含粗烃物流，循环物流或两者的组合。调节器130可以被配置为基于系统参数来调节冷却剂的体积或压力，所述系统参数包括但不限于系统下游的压力，温度或反应产物百分比。

[0034]冷却剂通常由冷却剂源提供，如果使用的话，其作用是降低部分氧化的甲烷的温度，从而降低或限制甲醛的继续氧化或分解。该冷却剂可以包括容易与反应产物流分离的任何材料。例如，可以包括未加热的烃或含甲烷的气流。另外，冷却剂可

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