[发明专利]一种一氧化碳、二氧化碳和氢气全循环合成甲醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域中合成气合成甲醇的工艺方法，尤其涉及中低压(不含惰性气体氮气)高二氧化碳含量的合成气合成甲醇工艺。

背景技术

随着经济的快速发展和石油资源逐渐枯竭，替代能源已经成为我国科技与产业发展的重心之一。面对我国“缺油、少气、煤炭资源相对丰富”的资源条件与国情，醇醚燃料已成为一种极具发展前景的替代能源。

中低压合成甲醇技术是煤化工领域重要的工艺技术之一。近年来，我国中低压合成甲醇工业发展迅速，产能和需求量均同步快速增长。合成甲醇工业装置规模效应比较明显，甲醇大型化生产是未来国内甲醇工业发展的必然趋势。甲醇的大型化生产对合成甲醇催化剂提出更高的要求，同时也要求进一步改进合成甲醇反应工艺，以保证甲醇工业生产的正常进行。

现有的甲醇大型化生产装置主要采用含有氮气的一氧化碳、二氧化碳、氢气的合成气合成甲醇。一氧化碳加氢合成甲醇反应是强放热反应，反应强度越大，放出的热量就越多，从而导致合成甲醇催化剂床层温度升高的幅度越大，一定程度上造成合成甲醇催化剂过热而发生烧结，从而导致催化剂快速失去活性。为保证催化剂的寿命，合成气中加入大量的氮气，减少反应的强度，以保证反应热被移出。

CO+2H₂→CH₃OH          +90.64KJ/mol

CO₂+3H₂→CH₃OH+H₂O     +48.02KJ/mol

传统的合成甲醇工业装置中由于合成气中惰性气体氮气的存在，并且合成气循环比相对较大，循环合成气中的氮气含量随着循环次数的增加而升高，因此，在生产过程中需要定期排放出驰放气以保证原料入塔气的组成满足合成反应氢碳比的要求。工业装置中，排放出系统的含有氮气的合成气一般到达循环气量的10％以上。不但造成了环境的污染，而且也浪费了资源。

发明内容

本发明专利的主要目的在于克服以上存在的问题，提供一种一氧化碳、二氧化碳和氢气全循环合成甲醇的方法，以实现原料气一氧化碳、二氧化碳、氢气的全循环，降低能量及不可再生资源的损失，优化合成甲醇工艺技术，并且降低生产成本。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种一氧化碳、二氧化碳和氢气全循环合成甲醇的方法，调节在合成甲醇的原料气中二氧化碳的含量来控制合成甲醇反应放热的强度，达到合成反应放出的热量与甲醇合成塔的热量转移的匹配；其中，二氧化碳在合成气中的摩尔百分浓度比为10.0～20.5％；

原料气一氧化碳、二氧化碳和氢气经过催化反应后未反应的一氧化碳、二氧化碳和氢气经气液分离、升压后全部返回合成塔的入口；

调节新鲜气中一氧化碳、二氧化碳和氢气的比例使进入合成塔的合成气满足氢碳比为2.00～2.80。

优选地，合成气满足氢碳比为2.67。

优选地，二氧化碳在合成气中的摩尔百分浓度比为20.0％。

一氧化碳在合成气中的摩尔百分浓度比为6.0～18.0％。

优选地，一氧化碳在合成气中的摩尔百分浓度比为10.0％。

合成反应适用的温度为200～280℃；适用的压力为4.5～8.5MPa；气相空速为5000～12000h^-1。

优选地，合成反应适用的温度为250℃；适用的压力为8.0MPa；气相空速为10000h^-1。

合成反应适用的催化剂主要组分为CuO/ZnO/Al₂O₃。

从一氧化碳、二氧化碳加氢合成甲醇的化学反应可以看出，二氧化碳合成甲醇反应放热量相对较小，并且，由于二氧化碳的化学反应惰性较强，因此在合成甲醇反应中，二氧化碳的浓度变化可以调节合成甲醇反应生成的热量，另外，二氧化碳可以很好的转移一氧化碳合成甲醇的反应生成热，降低催化剂床层的温升幅度，从而很好的保持了催化剂的催化活性和使用寿命。

达到合成反应放出的热量与甲醇合成塔的热量转移的匹配，可以有效转移出催化剂床层的反应生成热，降低催化剂床层温升幅度，从而很好的保持催化剂的活性和稳定性；未反应的一氧化碳、二氧化碳和氢气经气液分离、升压后全部返回合成塔的入口，由于反应循环气中不含氮气，因此，减少了传统合成甲醇工艺中驰放气排放造成的原料气中一氧化碳、二氧化碳的损失；