[发明专利]煤和天然气联合生产甲醇、氨和醋酸的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种煤和天然气联合生产甲醇、氨和醋酸的方法及装置。

背景技术

合成气是一种富含氢气和一氧化碳的混合气，作为石化产品的原料有相当广泛的应用。合成气的应用可大致分为三种：一种是利用合成气中的氢气，如合成氨、炼厂制氢等；一种是同时利用合成气中的氢和一氧化碳，如制备甲醇、羰基合成醇等；还有一种主要利用合成气中的一氧化碳，如制备醋酸等。

理论上讲，自然界中凡是含有C、H这两种元素的物质都可以作为合成气的原料，如天然气、煤、烃类或生物质等。根据原料和设备的不同，合成气制备工艺可以分为不同的类型，目前大部分合成气制备工艺以天然气和煤作为原料。

目前成熟的天然气转化制备合成气的工艺可分为蒸汽转化法、部分氧化法和这两者的组合方法等三大类。以天然气为原料制备合成气的工艺，其主要特点是流程短、CO₂排放量少等，但同时也存在投资高，对天然气价格敏感、催化剂昂贵和高温易失活等缺点。以天然气为原料制备合成气时，甲烷与水蒸气反应生成氢和一氧化碳的理论比值为3.0。

以煤为原料制备合成气的工艺，可分为固定床技术、流化床技术和气流床技术。在众多煤气化工艺中，Lurgi加压气化技术属于加压固定床气化技术；美国U-gas煤气化技术和中科院山西煤炭化学研究所进行灰熔聚流化床粉煤气化技术属于流化床气化技术，德士古气化技术和华东理工大学的多喷嘴对置式水煤浆气化技术属于湿法气流床气化技术；Shell气化工艺是由壳牌国际石油公司开发的干法粉煤加压气流床气化技术，德国未来能源公司开发的GSP气化技术，也属于气流床气化技术。以煤为原料制备的合成气中，氢碳比(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)均小于1，例如：水煤浆气流床得到的合成气典型组成为H₂ 30～40％，CO 45～55％，CO₂ 15～20％；干煤粉加压流化床得到的合成气典型组成为H₂ 25～35％，CO 55～65％，CO₂ 2～5％。

从对合成气的利用来看，各下游产品对合成气的组分都有各自的要求。在甲醇的合成中，H₂和CO的理论摩尔比值为2.0，在实际生产中控制合成气中的氢碳比(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)＝2.05～2.10，CO₂的含量在3.5％左右。有上述合成气的组成可知，以天然气为原料生成甲醇时，需要将多余的氢在转化炉中烧掉以得到满足甲醇合成所要求的碳氢比的合成气，这样浪费了大量的氢资源。而以煤为原料得到的合成气中的氢碳比小于甲醇合成所要求的氢碳比，在生成过程中，需要通过CO变换和脱碳系统将多余的碳以CO₂的形式除去，使合成气中的氢碳比满足甲醇合成的要求，由此使得生产成本高，并造成了大量碳资源的浪费。

在合成氨工业中，需要对合成气进行进一步的加工，即通过CO变换反应，以获得更多的氢气，而变换后得到的CO₂必须脱除，不能在合成氨中得到利用。在甲醇羰基化合成醋酸的工艺中，以合成气作为原料，会造成大量氢资源的浪费。

通过上述分析可知，在以合成气制备甲醇、醋酸和合成氨的过程中，都存在氢碳不平衡的问题，会造成部分有效气体的浪费，由此，需要提供新的工艺，以实现能源的最优利用。

发明内容

本发明实施例提供一种煤和天然气联合生产甲醇、氨和醋酸的方法及装置，合理的利用不同组成的合成气生产甲醇、氨和醋酸，以实现原料的优化利用、降低能耗、提高经济效益。

本发明实施例提供一种煤和天然气联合生产甲醇、氨和醋酸的方法，包括：

以天然气为原料制备第一股合成气；以煤为原料制备第二股合成气；

从所述第一股合成气或所述第二股合成气中提取一氧化碳；

将提取一氧化碳后的、预置比例的所述第一股合成气和所述第二股合成气通入甲醇合成装置，制备得到甲醇；

将预置比例的所述甲醇和所述一氧化碳通入醋酸合成装置，制备得到醋酸；

从制备所述甲醇得到的弛放气中提取氢气，将预置比例的氮气和所述氢气通入合成氨装置，制备得到氨。

本发明实施例还提供一种煤和天然气联合生产甲醇、氨和醋酸的方法，包括：

以天然气为原料制备第一股合成气；以煤为原料制备第二股合成气；