一種利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)及工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及煤、焦?fàn)t煤氣、電石爐尾氣、煤層氣及頁(yè)巖氣制備的合成氣合成甲醇以及甲烷化綜合利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)及工藝。該系統(tǒng)中將合成甲醇反應(yīng)器和合成甲烷的反應(yīng)器采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接，甲醇合成器放在除末端位置以外的任何位置，末端的反應(yīng)器為合成甲烷化的反應(yīng)器；合成甲醇反應(yīng)器的數(shù)量為≥1個(gè)，合成甲烷的反應(yīng)器的數(shù)量為≥1個(gè)，合成氣不循環(huán)。本發(fā)明采用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了煤制甲醇以及煤制天然氣生產(chǎn)，可以較大程度的提高碳的轉(zhuǎn)化效率；實(shí)現(xiàn)了合成甲醇工業(yè)中合成氣的不循環(huán)生產(chǎn)，降低了甲醇合成的能量消耗，可減少15～30%的動(dòng)力消耗。
【專利說明】一種利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)及工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及煤、焦?fàn)t煤氣、電石爐尾氣、煤層氣及頁(yè)巖氣制備的合成氣合成甲醇以及甲烷化綜合利用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)及工藝。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]目前，整個(gè)國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)業(yè)已陷入結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過剩危機(jī)。中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)最新統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)有550萬(wàn)噸以上的新建甲醇裝置投產(chǎn)，總產(chǎn)能達(dá)到5200多萬(wàn)噸，而目前甲醇年消耗量?jī)H為2200萬(wàn)噸左右。國(guó)內(nèi)甲醇企業(yè)開工率長(zhǎng)期低于60%，部分企業(yè)迫于出貨壓力，紛紛調(diào)低裝置負(fù)荷。
[0004]對(duì)于目前國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)企業(yè)面臨的甲醇產(chǎn)能嚴(yán)重不足、裝置持續(xù)虧損的不利局面的，我們急需探求一條解決甲醇裝置產(chǎn)能過剩的新途徑。如果能夠充分利用現(xiàn)有的甲醇工藝裝置實(shí)現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，將能極大的降低裝置建設(shè)成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)解決目前國(guó)內(nèi)甲醇裝置產(chǎn)能過剩問題不失為一條非常具有建設(shè)性的新途徑。
[0005]隨著石油資源的不斷消耗，中國(guó)的能源短缺問題日益加劇。中國(guó)資源稟賦的特點(diǎn)是“富煤、缺油、少氣”。另外，目前在石油、化工、煤炭、冶金、電力、建材、輕工、電子、食品、 醫(yī)藥、軍工等多個(gè)行業(yè)，存在大量含碳工業(yè)廢氣，如煤層氣、轉(zhuǎn)爐氣、高爐氣、焦?fàn)t氣、黃磷尾氣、電石爐氣、煉廠氣、催化裂化干氣、乙烯/氯乙烯尾氣、垃圾填埋氣和生物發(fā)酵氣等。這些廢氣的直接排放造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與巨大的資源浪費(fèi)。
[0006]《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006-2020年)把能源、資源與環(huán)境列為首要的重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行規(guī)劃和布局。含碳工業(yè)廢氣的治理和綜合利用，對(duì)推動(dòng)我國(guó)天然氣化工、煤化工、石油化工、生物化工、能源化工等領(lǐng)域的科技創(chuàng)新與技術(shù)進(jìn)步，對(duì)廢棄資源綜合利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、資源的節(jié)約與石油資源的部分替代及促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)多元化，都具有重要的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。目前，合成氣合成甲醇以及甲烷化技術(shù)已經(jīng)在含碳工業(yè)廢氣的綜合利用領(lǐng)域中得到較好的利用，例如:焦?fàn)t氣合成甲醇、焦?fàn)t氣合成天然氣等。
`[0007]針對(duì)目前國(guó)內(nèi)甲醇行業(yè)的市場(chǎng)特點(diǎn)以及工業(yè)廢氣綜合利用的政策要求，并根據(jù)合成氣合成甲醇以及合成氣甲烷化的技術(shù)特點(diǎn)將兩種產(chǎn)業(yè)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，最大程度的提高碳的利用效率和減少能量消耗，在實(shí)現(xiàn)非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)非常顯著的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和節(jié)能環(huán)保效應(yīng)，另外，甲烷化生產(chǎn)可以有效調(diào)整合成氣合成甲醇產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了目前甲醇企業(yè)的產(chǎn)品多樣性，從而有效提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前，國(guó)內(nèi)外較成熟的甲烷化技術(shù)有DAVY公司甲烷化技術(shù)(CRG)、丹麥托普索公司甲烷化循環(huán)工藝 (TREMPTM)技術(shù)、BASF公司甲烷化技術(shù)以及魯奇公司甲烷化技術(shù)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)及工藝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了煤制甲醇以及煤制天然氣生產(chǎn)，可以較大程度的提高碳的轉(zhuǎn)化效率。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是:
一種利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)，包括合成甲醇反應(yīng)器和合成甲烷的反應(yīng)器，其中，合成甲醇反應(yīng)器和合成甲烷的反應(yīng)器采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接，合成甲醇反應(yīng)器的數(shù)量為> I個(gè)，可以采用一個(gè)，也可以采用兩個(gè)或三個(gè)，合成甲烷的反應(yīng)器的數(shù)量為 > I個(gè)，可以采用一個(gè)，也可以采用兩個(gè)或三個(gè)，合成氣不循環(huán)，甲醇合成器放在除末端位置以外的任何位置，末端的反應(yīng)器為合成甲烷化的反應(yīng)器；這樣可以保證合成氣中一氧化碳的轉(zhuǎn)化率。
[0010]一種利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，包括如下步驟:
Ca)合成氣在進(jìn)入合成器之前將氫碳的比例關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，氫碳的摩爾百分比為 2:1 ~8:1。
[0011](b)甲醇合成器與甲烷合成器是獨(dú)立的，合成氣依次經(jīng)過每個(gè)合成器，不循環(huán)；
(C)合成氣進(jìn)入甲醇合成器后，需經(jīng)過換熱冷凝，分離液相物質(zhì)后再進(jìn)入其它合成器
中；所述的甲醇合成器中合成甲醇的反應(yīng)溫度為200°C~280°C，壓力為4.0~8.5MPa、空速為4000~UOOOtr1 ;合成氣進(jìn)入甲烷合成器后，需經(jīng)過換熱降溫后再進(jìn)入下一個(gè)甲烷合成器或送出界外，合成氣不循環(huán)。所述的甲烷合成器中合成甲烷的反應(yīng)溫度為250°C~ 500°C，壓力為4.0~8.5MPa，空速為3000~1000Oh'生產(chǎn)的甲醇與甲烷的比例通過合成氣進(jìn)入反應(yīng)器數(shù)量或選擇反應(yīng)器大小來控制。
[0012]經(jīng)合成甲醇后進(jìn)入甲烷合成器的合成氣中，C0+C02的體積百分含量為2%~20%。
[0013]經(jīng)甲烷合成器出口的合成氣，須經(jīng)換熱后溫度降至250°C~300°C，再進(jìn)入下一級(jí)甲烷合成器。每一級(jí)甲烷合成器中甲 烷化反應(yīng)時(shí)，入塔氣中需充入一定比例的水蒸汽，水氣的體積比為0.1~0.25。
[0014]所述的在甲醇合成氣中合成甲醇，所使用的催化劑的組份元素摩爾比為Cu: Zn: Al:X= (5 ~6.5): (I ~3): (0.5 ~1.5): (0 ~0.5)，優(yōu)選 Cu: Zn: Al:X= (5~6.5): (I~3): (0.5~1.5): (0~0.5);在甲烷合成器中，合成甲烷使用的催化劑的組份元素摩爾比為Cu: Co: Al:Y = (5~8.0): (2~10): (0.5~1.5): (0~
0.5)，優(yōu)選 Cu: Co: Al:Y = (5 ~8.0): (2 ~10): (0.5 ~1.5): (0 ~0.5)，所述的X為鎂或錳元素等；Y為鉀、錳或鋅元素等。
[0015]合成甲醇反應(yīng)器即為甲醇合成器，甲烷化反應(yīng)器即為甲烷合成器。
[0016]本發(fā)明的積極效果是:
(一)、合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了煤制甲醇以及煤制天然氣生產(chǎn)，可以較大程度的提高碳的轉(zhuǎn)化效率；
(二)、合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷，實(shí)現(xiàn)了合成甲醇工業(yè)中合成氣的不循環(huán)生產(chǎn)，降低了甲醇合成的能量消耗，可減少15~30%的動(dòng)力消耗；
(三)、合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲燒，在高性能甲烷化催化劑的催化作用下，甲烷化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較高，基本消除了合成甲醇工業(yè)的碳排放，具有非常明顯的環(huán)保效應(yīng)；
(四)、合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷，進(jìn)一步減少了現(xiàn)有甲醇合成工序中的提氫、脫碳以及變換等工序，從而減少了二氧化碳的直接排放量以及降低了合成甲醇的生產(chǎn)成本；
(五)、合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷，合成甲醇反應(yīng)器以及甲烷化反應(yīng)器一級(jí)或多級(jí)串聯(lián)，以及可以調(diào)整兩類反應(yīng)器的先后順序，可以實(shí)現(xiàn)不同組分及組成合成氣合成甲醇以及甲烷化反應(yīng)的合理調(diào)配，實(shí)現(xiàn)了甲醇企業(yè)產(chǎn)品的多樣性以及產(chǎn)量調(diào)節(jié)的靈活性，并且可以較好的輔助天然氣企業(yè)的調(diào)峰操作。
[0017](六)、Cu-Co甲烷化催化劑具有較高的CO和CO2甲烷化活性和選擇性以及具有較好的抗積碳能力，可以較好的實(shí)現(xiàn)合成甲醇聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝過程。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷工藝的流程示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷工藝的流程示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例3中合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷工藝的流程示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例5中合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷工藝的流程示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例5中合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷工藝的流程示意圖。
[0020]【具體實(shí)施方式】實(shí)例:
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、發(fā)明特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0021]實(shí)施例1:
合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝流程見圖1所示。本實(shí)施例中根據(jù)原料氣組成，采用合成氣先經(jīng)三級(jí)合成甲醇反應(yīng)器，再經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器的工藝過程，甲醇反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器全部串聯(lián)。
[0022]原料合成氣組成為:C028.0% ；C02 2.18% ；H2 64.25%; N2 0.1%; CH4 5.47%，原料氣量為100L/h，合成甲醇反應(yīng)溫度為220°C，壓力為5.0MPa，反應(yīng)空速為500(?'合成氣經(jīng)三級(jí)合成甲醇反應(yīng)器后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器。第三級(jí)合成甲醇反應(yīng)器出口反應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝、氣液分離后的具體組成為:C04.90% ；C028.20% ；H2 46.74% ； N2 0.72%; CH4 39.43%，反應(yīng)尾氣量為13.87L/h，壓力為4.5MPa，三級(jí)合成甲醇反應(yīng)后共收集得到甲醇29.02g。合成甲醇催化劑的元素比為Cu:Zn:Al:Mg=6.5:1.6:0.8:0.2，合成甲醇反應(yīng)尾氣與1.5L/h 的水蒸汽混合后進(jìn)入第一個(gè)甲烷化反應(yīng)器，經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)空速為400(?' —級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度為250°C，出口氣體溫度為400°C，壓力為
4.4MPa，一級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體組成為:C0 1.77% ；C02 4.74% ；H2 23.13% ； N2 1.04%; CH4 69.33%。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至255°C，再進(jìn)入第二級(jí)甲烷化反應(yīng)器，第二級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為380°C，壓力為4.3MPa，出口氣體組成為:C0 0.32% ；C021.73% ；H26.51% ； N2L 27%; CH4 69.33%。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至250°C，再進(jìn)入三級(jí)甲烷化反應(yīng)器，三級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為350°C，壓力為4.2MPa，出口氣體經(jīng)冷卻脫水后的組成為:C0
0.017% ；C02 0.37% ；H2 0.063%; N2L 35%; CH4 98.20%，最終甲烷氣體氣量為 7.39L/h。甲烷化催化劑的元素比為Cu:Co:Al:K= 7:1:0.8:0.6。
[0023]實(shí)施例2
合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝流程見圖2所示，本實(shí)施例中根據(jù)原料氣組成，采用合成氣先經(jīng)兩級(jí)合成甲醇反應(yīng)器，再經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器的工藝過程，甲醇反應(yīng)器和甲烷化反應(yīng)器全部串聯(lián)。[0024]原料合成氣組成為:CO19.08% ；C02 1.30% ；H2 64.41%; N2 0.29%; CH4 14.62%, 原料氣量為100L/h，氫碳比為3.10，合成甲醇反應(yīng)溫度220°C，壓力為5.0MPa，一級(jí)合成甲醇反應(yīng)空速為lOOOOtT1，合成氣經(jīng)二級(jí)合成甲醇反應(yīng)器后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器。第二級(jí)合成甲醇反應(yīng)器出口反應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝、氣液分離后的具體組成為:C0 3.08 % ；C02 1.78%; H2 61.67% ； N2 0.65%; CH4 32.81%，反應(yīng)尾氣量為 44.56L/h，壓力為 4.5MPa，兩級(jí)合成甲醇反應(yīng)后共收集得到甲醇18.60g (折算成精甲醇計(jì))。合成甲醇催化劑的元素比為 Cu:Zn:Al:Mg=6:3:0.8:0.2。合成甲醇反應(yīng)尾氣與2.5L/h的水蒸汽混合后進(jìn)入第一個(gè)甲烷化反應(yīng)器，合成甲醇反應(yīng)尾氣經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)空速為500(?' 一級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度為280°C，出口氣體溫度為430°C，壓力為4.3MPa，一級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體組成(除水汽外)為:C0 1.03% ；C02 0.99% ；H257.39〇% ； N2 0.72%; CH4 39.86%。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至250°C，再進(jìn)入二級(jí)甲烷化反應(yīng)器，二級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為418°C，壓力為4.1MPa,出口氣體組成(除水汽外)為:C0 0.22% ；C02 0.42% ； H2 55.22% ； N2 0.76%; CH4 43.38%。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至250°C，再進(jìn)入三級(jí)甲烷化反應(yīng)器，三級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為355°C，壓力為4.0MPa,出口氣體經(jīng)冷卻脫水后的組成(除水汽外)為:C0 0.022% ；C02 0.11% ；H2 54.39% ； N2 0.77%; CH4 44.71%，最終甲烷氣體氣量為37.44L/h。甲烷化采用催化劑的元素比為Cu: Co: Al: K=5:4:0.8:0.2。
[0025]實(shí)施例3
合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝流程見圖3所示。本實(shí)施例中根據(jù)原料氣組成采用合成氣分兩路各自進(jìn)入一個(gè)合成甲醇反應(yīng)器以及一級(jí)甲烷化反應(yīng)器，再經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器的工藝過程。
[0026]原料氣量為100L/h,原料合成氣組成為:C0 16.65% ；C02 1.504% ；H2 72.888%; N2 0.304%; CH4 8.66%，20L/h的原料合成氣進(jìn)入合成甲醇反應(yīng)器，另80L/h原料合成氣經(jīng)換熱后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器。合成甲醇反應(yīng)溫度220 °C，壓力為5.0MPa，反應(yīng)空速為700(?'合成甲醇反應(yīng)器出口反應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝、氣液分離后的具體組成為:C0 9.72% ；C02 1.64% ；H2 75.56% ； N2 0.44%; CH4 12.63%,反應(yīng)尾氣量為 13.71L/h,壓力為4.5MPa，兩級(jí)合成甲醇反應(yīng)后共收集得到甲醇2.93g/h。合成甲醇催化劑的元素比為 Cu:Zn:Al:Mn=6:l.5:0.75:0.15，另外801/h的原料氣進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，出口反應(yīng)尾氣組成為:C0 1.98% ；C02 1.63% ；H2 45.28% ； N2 6.90%; CH4 44.20%。合成甲醇反應(yīng)尾氣與合成甲烷反應(yīng)尾氣混合后與3.01/h的水蒸汽一起經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，甲烷化反應(yīng)空速為550(?' —級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度為250°C，出口氣體溫度為400°C，壓力為4.4MPa，一級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體組成為:C0 0.77% ；C02 0.92% ； H244.57% ；N2 6.46%; CH4 47.38%。反應(yīng)氣`體經(jīng)換熱降溫至260°C，再進(jìn)入二級(jí)甲烷化反應(yīng)器，二級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為390°C，壓力為4.3MPa，出口氣體組成為:C0 0.08% ； CO2 0.38% ；H2 41.99% ； N2 6.75%; CH4 50.79%。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至255°C，再進(jìn)入三級(jí)甲烷化反應(yīng)器，三級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為360°C，出口氣體經(jīng)冷卻脫水后的組成為:C0 0.0016% ；C02 0.097% ；H2 41.18% ； N2 6.85%; CH4 51.88%，最終甲烷氣體氣量為 62.82L/h。甲烷化催化劑的元素比為 Cu:Co:Al:K=7:l.5:0.8:0.5。
[0027]實(shí)施例4
合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝流程見圖4所示。本實(shí)施例中根據(jù)原料氣組成采用合成氣分兩路，一路原料合成氣進(jìn)入一個(gè)合成甲醇反應(yīng)器后與另一路原料合成氣一同進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，再經(jīng)兩級(jí)甲烷化反應(yīng)器的工藝過程。
[0028]原料焦?fàn)t煤氣組成為:C07.6% ；C02 2.50% ；H2 58.0%; N2 5.3%; CH4 26.6%，原料氣量為100L/h，801/h的原料氣進(jìn)行合成甲醇反應(yīng)，合成甲醇反應(yīng)溫度220°C，壓力為
5.0MPa，反應(yīng)空速為SOOOh—1，合成氣經(jīng)三級(jí)合成甲醇反應(yīng)器后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器。第三級(jí)合成甲醇反應(yīng)器出口反應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝、氣液分離后的具體組成為:C0 0.73% ；C02 1.88% ；H2
54.53% ； N27.12%; CH4 35.73%，反應(yīng)尾氣量為59.56L/h，壓力為4.5MPa，二級(jí)合成甲醇反應(yīng)后共收集得到甲醇7.47g。合成甲醇催化劑的元素比為Cu:Zn:Al:Mg=6:3:1:0.2,合成甲醇反應(yīng)尾氣與另外201/h的原料焦?fàn)t氣混合后經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，一級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度為250°C，出口氣體溫度為400°C，壓力為4.4MPa，反應(yīng)空速為500(?'— 級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體組成為:C00.52% ；C02 1.07% ；H247.76% ； N2 7.00%; CH4 43.65%。 反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至255°C，再進(jìn)入二級(jí)甲烷化反應(yīng)器，二級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為380°C，壓力為4.3MPa，反應(yīng)空速為1000Oh'出口氣體組成為:C0 0.054% ；C02 0.34% ； H245.35% ； N2 7.32%; CH4 46.93%。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至250°C，再進(jìn)入三級(jí)甲烷化反應(yīng)器，三級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為350°C，壓力為4.2MPa，反應(yīng)空速為lOOOOh—1，出口氣體經(jīng)冷卻脫水后的組成為:C0 0.001% ；C02 0.085% ；H2 44.71% ； N2 7.85%; CH4 47.79%，最終甲烷氣體氣量為71.50L/h。甲烷化催化劑的元素比為Cu:Co:Al:K= 6:3:1:0.5。
[0029]實(shí)施例5
合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝流程見圖5所示。本實(shí)施例中根據(jù)原料氣組成采用合成氣分兩路，一路原料合成氣進(jìn)入一個(gè)合成甲醇反應(yīng)器后與另一路原料合成氣一同進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器，再經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器的工藝過程。
[0030]原料焦?fàn)t煤氣組成為:C07.6% ；C02 2.50% ；H2 58.0%; N2 5.3%; CH4 26.6%, W, 料氣量為100L/h，501/h的原料氣進(jìn)行合成甲醇反應(yīng)，合成甲醇反應(yīng)溫度220°C，壓力為 5.0MPa，反應(yīng)空速為1200(?'合成氣經(jīng)二級(jí)合成甲醇反應(yīng)器后進(jìn)入甲烷化反應(yīng)器。第二級(jí)合成甲醇反應(yīng)器出口反 應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝、氣液分離后的具體組成為:C0 0.73% ；C02 2.06% ；H2
55.05% ； N2 6.86%; CH4 34.45%，反應(yīng)尾氣量為38.61L/h，壓力為4.5MPa，二級(jí)合成甲醇反應(yīng)后共收集得到甲醇4.30g。合成甲醇催化劑的元素比為Cu:Zn:Al:Mg=6.5:2.5:0.8:0.2， 合成甲醇反應(yīng)尾氣與另外501/h的原料焦?fàn)t氣混合后經(jīng)三級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，一級(jí)甲烷化反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度為250°C，出口氣體溫度為400°C，壓力為4.4MPa，反應(yīng)空速為 60001T1，一級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體組成為:C01.12% ；C02 1.29% ；H245.01% ； N2 6.70%; CH4 45.87%。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至255°C，再進(jìn)入二級(jí)甲烷化反應(yīng)器，二級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為380°C，壓力為4.3MPa，反應(yīng)空速為lOOOOh'出口氣體組成為:C0 0.12% ；C02 0.42% ；H241.10% ； N2 7.18%; CH4 51.18%。反應(yīng)氣體經(jīng)換熱降溫至250°C，再進(jìn)入三級(jí)甲烷化反應(yīng)器，三級(jí)甲烷化反應(yīng)器出口氣體溫度為350°C，壓力為4.2MPa，反應(yīng)空速為lOOOOh—1， 出口氣體經(jīng)冷卻脫水后的組成為:C0 0.002% ；C02 0.11% ；H2 40.14% ； N2 7.30%; CH4 52.45%，最終甲烷氣體氣量為72.63L/h。甲烷化催化劑的元素比為Cu:Co:Al:Zn=7:1:0.8: 0.2:0.2。
【權(quán)利要求】
1.一種利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的系統(tǒng)，包括合成甲醇反應(yīng)器和合成甲烷的反應(yīng)器，其特征在于:合成甲醇反應(yīng)器和合成甲烷的反應(yīng)器采用串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接，甲醇合成器放在除末端位置以外的任何位置，末端的反應(yīng)器為合成甲烷化的反應(yīng)器；合成甲醇反應(yīng)器的數(shù)量為> I個(gè)，合成甲烷的反應(yīng)器的數(shù)量為> I個(gè)。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于該工藝包括如下步驟:a)合成氣在進(jìn)入合成器之前將氫碳的比例關(guān)系進(jìn)行調(diào)整；b)甲醇合成器與甲烷合成器是獨(dú)立的，合成氣依次經(jīng)過每個(gè)合成器，不循環(huán)；c)合成氣進(jìn)入甲醇合成器后，需經(jīng)過換熱冷凝，分離液相物質(zhì)后再進(jìn)入其它合成器中； 合成氣進(jìn)入甲烷合成器后，需經(jīng)過換熱降溫后再進(jìn)入下一個(gè)甲烷合成器或送出界外，合成氣不循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于:所述的甲醇合成器中合成甲醇的反應(yīng)溫度為200°C~280°C，壓力為4.0~8.5MPa、空速為4000~1200(?-1 ;所述的甲烷合成器中合成甲烷的反應(yīng)溫度為250°C~500°C，壓力為 4.0 ~8.5MPa,空速為 3000 ~1000Oh'
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于:所述的將氫碳的比例關(guān)系進(jìn)行調(diào)整，氫碳的摩爾百分比為2:1~8:1。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于:經(jīng)合成甲醇后進(jìn)入甲烷合成器的合成氣中，C0+C02的體積百分含量為2%~20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于:所述的經(jīng)甲烷合成器出口的合成氣經(jīng)換熱后溫度降至250°C~300°C，再進(jìn)入下一級(jí)甲烷合成器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利`用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于:每一級(jí)甲烷合成器中甲烷化反應(yīng)時(shí)，入塔氣中需充入一定比例的水蒸汽，水氣的體積比為0.1 ~0.25。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于:所述的在甲醇合成氣中合成甲醇，所使用的催化劑的組份元素摩爾比為Cu:Zn:Al:X=5~6.5:1~3:0.5~1.5:0~0.5，在甲烷合成器中，合成甲烷使用的催化劑的組份元素摩爾比為 Cu:Co:Al:Y =5 ~8.0:2 ~10:0.5 ~1.5: 0 ~0.5。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于:所述的在甲醇合成氣中合成甲醇，所使用的催化劑的組份元素摩爾比為Cu:Zn:A1:X=5~6.5:1~3:0.5~1.5:0~0.5 ;在甲烷合成器中，合成甲烷使用的催化劑的組份元素摩爾比為 Cu:Co:Al:Y =5 ~8.0:2 ~10:0.5 ~1.5: 0 ~0.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9所述的利用合成氣合成甲醇并聯(lián)產(chǎn)甲烷的工藝，其特征在于:所述的X為鎂或錳元素；Y為鉀、錳或鋅元素。
【文檔編號(hào)】C07C29/151GK103553861SQ201310519008
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】胡志彪, 張曉陽(yáng), 鄒鑫, 胡高榮, 徐曉峰, 李倩, 黃宏, 邱傳珪 申請(qǐng)人:西南化工研究設(shè)計(jì)院有限公司