專利名稱：氨和甲醇聯合生產方法
技術領域：
本發明涉及在包括串聯布置的第二烴水蒸汽轉化工段、高溫CO轉化工段和低溫CO轉化工段，及氨合成工段的裝置中，聯合生產氨和甲醇的方法，所述方法包括如下步驟取出來自所述第二烴水蒸汽轉化工段的含CO、CO2、H2和H2O的氣流；-將所述氣流送入冷卻和H2O分離工段；-在所述冷卻和H2O分離工段中，將所述氣流冷卻并分離出所含水；-將來自冷卻和H2O分離工段的基本無H2O氣流送入甲醇合成工段；-基本無H2O氣流在所述的甲醇生產合成工段進行反應；-將來自所述甲醇合成工段的含CO、CO2、H2和CH3OH的氣流送入甲醇分離工段；-將含甲醇料流與基本無甲醇的含CO、CO2和H2的氣流在所述甲醇分離工段分離；-將來自所述甲醇分離工段的所述基本無甲醇氣流送入所述低溫CO轉化工段；本發明還涉及實施上述方法的氨和甲醇聯合生產裝置，和氨合成裝置的現代化方法。
眾所周知，在氨和甲醇聯合生產領域，越來越需要提供一種易實施的合成方法，能夠以較低的操作和投資費用，以及較低的能耗，達到預期的生產能力。
先有技術為達到滿足上述需求的目的，最近已有本領域人士提出一種氨和甲醇聯合生產方法，其中將來自合成氨裝置第二烴水蒸汽轉化工段的富含CO、CO2和H2的氣流轉送到一個能冷凝和分離所含水的工段，然后再輸送到生產甲醇的合成工段。此后，未反應的氣體又重新送入到合成氨裝置高溫CO轉化工段的下游。
盡管上述方法有某些優點，但仍存在著一些缺點，首先，來自甲醇合成工段的未反應氣流，在送回合成氨過程之前，要與高或中壓水蒸汽流混合，以使溫度和H2O濃度達到有利于其后的CO轉化反應的值。
其次，由于按先有技術的氨和甲醇聯合生產方法會產生高蒸汽消耗、高操作費用和高能耗問題，這一點就使利用合成氨裝置存在的氣體來生產甲醇的優越性大打折扣。
除此之外，在上述方法中，生產甲醇的反應工段包括一個壓力通常在50bar和100bar間的循環合成管路，這個壓力要大大高于合成氨裝置中第二烴水蒸汽轉化工段的壓力。
因此，用于實施按先有技術方法的裝置就需要特殊的設備，將未反應的氣體再循環回合成反應器，并將來自第二烴水蒸汽轉化工段的氣流壓縮，這樣就有設備結構復雜和投資費用高的問題。
本發明概要本發明所面臨的問題是要提供一種簡單易行且能夠以較低操作和投資費用以及較低的能耗達到預期生產能力的氨和甲醇聯合生產方法。
按照本發明，通過上述類型氨和甲醇生產方法能夠解決上述問題，該方法的特征在于包括將已通過與來自第二烴水蒸汽轉化工段的氣流進行間接熱交換而適當加熱的含水液流送入來自甲醇分離工段的基本無甲醇氣流中的步驟。
有利之處在于，可以用水飽和要輸送到低溫CO轉化工段的基本無甲醇氣流，并且通過間接利用來自第二烴水蒸汽轉化裝置的熱量來調節氣流的溫度。
這樣就避免了在氨和甲醇聯合生產方法中用外加熱源，例如像在先技術中所提及的引入水蒸汽的情況，因此也就大大降低了能耗。
送入基本無甲醇氣流的含水液流的溫度優選在100℃到300℃之間，使返回至合成氨過程的氣流溫度達到有助于在低溫CO轉化工段進行轉化反應的溫度。
此外，按照按本發明方法的特別優異實施方案，含水液流至少部分來自冷卻和H2O分離工段。
這樣，按本發明的方法就能通過將甲醇合成工段上游的冷卻和水分離工段中冷凝得到的水再循環到返回合成氨工段之前的未反應氣流中，使其得以回收和利用。
因此，在送入低溫CO轉化工段的氣流中的水濃度可通過限制或消除添加外部水到氨和甲醇聯合生產過程中而得到控制，同時達到簡化裝置和減少操作和投資費用及能耗的目的。
有利之處在于，基本無水的氣流是在一種“單程”型甲醇生產合成工段中進行反應，這樣能使合成工段設備簡化，因而，較之設有包括在先技術所述類型合成回路的甲醇反應工段的裝置，投資費用大大降低。
在下面的說明及所附的權利要求中，術語“單程型合成工段”應理解成是指一種未反應的廢液不再循環至合成反應器的反應工段。
為實施上述方法，本發明優選考慮使用如下的氨和甲醇聯合生產裝置，包括-串聯布置的第二烴水蒸汽轉化工段、高溫CO轉化工段和低溫CO轉化工段；-與所述低溫CO轉化工段流體連通的氨合成工段；-冷卻和分離工段，用來冷卻和分離來自所述第二烴水蒸汽轉化工段且還含有CO、CO2和H2的氣流中所含的H2O；-甲醇生產的合成工段，進料為來自所述冷卻和H2O分離工段的基本無水氣流。
-甲醇分離工段，來自所述甲醇合成工段的氣流送入該工段，將含甲醇的料流與基本無甲醇的含CO、CO2和H2的氣流分開；-與低溫CO轉化工段流體連通的H2O飽和工段，用來飽和所述基本無甲醇氣流；本裝置的特征在于包括-與所述的飽和工段流體連通的加熱工段，通過與所述的來自第二烴水蒸汽轉化工段的氣流進行間接熱交換來加熱所述的含水液流。
該裝置的特點在于包括一個將含水液流與所述的來自所述的與所述飽和工段流體連通的第二烴水蒸汽轉化工段的氣流進行間接熱交換的加熱工段。
按照本發明的另一方面，還采用一種合成氨裝置的現代化方法，這類裝置包括串聯布置的第二烴水蒸汽轉化工段、高溫CO轉化工段和低溫CO轉化工段，以及氨合成工段，所述方法包括-提供一個用來冷卻和分離來自所述第二烴水蒸汽轉化工段且還含有CO、CO2和H2的氣流中所含H2O的工段；-提供一個生產甲醇的合成工段，進料為來自所述冷卻和分離工段的基本無水氣流；-提供一個甲醇分離工段，來自所述甲醇合成工段的氣流送入該工段，將含甲醇的料流與基本無甲醇的含CO、CO2和H2的氣流分離；-提供一個用來飽和所述基本無甲醇氣流的H2O飽和工段；-提供一個用來將含水液流與來自所述第二烴水蒸汽轉化工段的所述氣流進行間接熱交換的加熱工段；-提供在所述加熱工段與所述飽和工段之間的連接管路，將已經適當加熱的含水液流送入所述飽和工段；-提供在所述飽和工段與所述低溫CO轉化工段之間的連接管路，將含CO、CO2、H2和H2O的氣流送入所述CO轉化工段。
由于有了使用目前這種合成氨裝置的現代方法，就可以獲得一種簡單易行，且能以較低的操作和投資費用以及較低的能耗達到預期生產能力的氨和甲醇聯合生產方法。
下面將通過下述非限定性實施例，參照附圖來說明實施方案，從中了解本發明的特點和優越性。
附圖的簡要說明

圖1示出按本發明的氨和甲醇聯合生產方法的方框圖。
附圖的詳細說明圖1所示的方框圖用來說明按本發明的氨和甲醇聯合生產方法的各個步驟。
參考號10表示用來說明氨生產過程各個步驟的方框圖部分。
在該部分10中，方框11-17分別表示第一烴水蒸汽轉化工段、第二烴水蒸汽轉化工段、高溫CO轉化工段、低溫CO轉化工段、CO2分離工段、甲烷化工段和氨合成工段。
橫貫方框11-17的物料線1代表一個氣流，其組成隨通過不同的反應工段而變化。
例如，在第一烴水蒸汽轉化工段(方框11表示)的入口處，氣流1主要包括甲烷或天然氣，而在氨合成工段的出口，氣流1主要是氨。
在合成氨生產過程中，當氣流通過不同工段的通道時發生不同類型的反應，所采用的操作條件是高壓高溫合成氨裝置的常規條件，對本專業人士是熟知的，在此不做進一步說明。
參考號20表示用來說明甲醇生產過程各個步驟的方框圖部分。
在此部分20中，方框21-25分別表示冷卻工段、H2O分離工段、甲醇合成工段和用水飽和未反應的基本無甲醇氣流的工段。
物料線2代表一個來自物料線1于第二烴水蒸汽轉化工段(方框12表示) 處分出的含CO、CO2、H2和H2O的氣流。
物料線2橫貫冷卻工段(方框21表示)，氣流中所含的大部分水蒸汽在此冷凝，再送入H2O分離工段(方框22表示)。
來自方框22的物料線3代表一個含CO、CO2和H2的氣流。
物料線3橫貫甲醇合成工段(方框23表示)，氣流中所含的部分反應試劑在此進行反應得到甲醇，再送入分離工段(方框24表示)，在此將未反應的含CO、CO2和H2的氣流與甲醇分離。
物料線6表示如此制得的甲醇流，而物料線5代表未反應的基本無甲醇氣流，再送入飽和工段(方框25表示)。
有利之處在于，已預先在方框21中通過與來自第二烴水蒸汽轉化工段的氣流進行間接熱交換而加熱后的含水液流的物料線4也進入方框25的入口處。
如圖1所示，自未反應的基本無甲醇氣流的飽和工段(方框25表示)分出的含CO、CO2、H2和H2O的氣流物料線7，又返回合成氨過程的物料線1，于低溫CO轉化工段(方框14表示)的上游進入。
自方框25還分出一條含水液流的物料線8，循環回方框21上游的物料線4。
按照本發明方法，含CO、CO2、H2和H2O的氣流取自第二烴水蒸汽轉化工段(方框12)，被送入冷卻(方框21)和H2O分離(方框22)工段，在此工段中，氣流被冷卻且分離出其中所含的水。然后將來自冷卻和H2O分離工段的基本無水氣流送入甲醇合成工段(方框23)進行反應，轉化成甲醇。來自甲醇合成工段的氣流再送入甲醇分離工段(方框24)，將含甲醇的液流與基本無甲醇的含CO、CO2和H2的氣流分開，接著將氣流送至低溫CO轉化工段(方框14)。
按照本發明的另一步驟，最好將含水液流通過與來自第二烴水蒸汽轉化工段的氣流進行間接熱交換而適當加熱，再送入到來自甲醇分離工段的基本無甲醇氣流。
按此方法操作，來自第二烴水蒸汽轉化工段的氣流中至少部分熱量得到很好回收，用來水飽和及加熱要送入低溫CO轉化工段的氣流。
在圖1的實施例中，含水液流在冷卻工段(方框21表示)進行加熱。
按本發明方法，要送入飽和工段(方框25)的含水液流優選預先加熱至150℃至280℃間的溫度，以便使要送回合成氨過程的基本無甲醇氣流的溫度回到有利于CO連續轉化的值。一般來說，該溫度值在180℃到250℃之間。
在按本發明方法一個未示出的特別優異實施方案中，含水液流被加熱前，先適當壓縮，加熱后，經膨脹步驟，使要送入基本無甲醇氣流的液流中所含的部分水進行閃蒸蒸發。
按此方式，要送入飽和工段的液流最好包括高熱值水蒸汽，非常容易用水飽和和加熱來自甲醇分離工段(方框24)的氣流。
來自方框22的含水液流最好被壓縮至20bar到100bar之間的壓力，優選60bar。
按本發明方法的另一備擇和特別優異的實施方法，含水液流至少有一部分來自冷卻和水分離工段(方框21，22)。
在圖1中，該備擇實施方案用虛物料線4’表示。
按此方式，可以將來自第二烴水蒸汽轉化工段的氣流中所含水，經適當冷凝后，由甲醇合成工段的上游分離出來，用來飽和要送回合成氨過程的基本無甲醇未反應氣流。
冷卻和H2O分離工段和飽和工段的作用分別是在進行合成反應之前，將氣態反應試劑中所含的水至少除去一部分，防止H2O(反應產物)成為轉化反應阻聚劑和在要送回至合成氨過程的氣流中加入H2O，以利于CO轉化反應。
由于有了本發明方法，現在就能夠直接利用前面冷卻和H2O分離工段得到的H2O，對要轉送到CO轉化工段的氣流進行飽和操作。
在按本發明方法的一個備擇實施方案中，送到基本無甲醇氣流的含水液流完全來自冷卻和H2O分離工段，這樣就無需使用從外部送入的飽和蒸汽流。
按照本發明，來自分離工段(方框22表示)的基本無H2O氣流在一個生產甲醇的合成工段(方框23)內反應，該工段最好包括一個“單程”型反應器。
氨和甲醇聯合生產方法的先有技術是采用一種包括循環合成管路型甲醇合成工段，與之相比，本發明能夠削減掉所有將至少一部分未反應的反應試劑循環到合成反應器的相關部分設備，這樣就大大降低了投資費用和能耗。
在本發明一個未示出的備擇實施方案中，也可以配備包括多個串聯布置的“單程”反應器的甲醇合成工段，使氣態反應試劑的轉化程度更高。該實施方案特別適合于大量生產甲醇的情況。
圖1中，用來將未反應氣流與生產的甲醇流分離的甲醇分離工段(方框24表示)，通常是由分離器構成，氣體在分離器中冷卻至接近室溫，從而使所含的甲醇冷凝。
甲醇合成過程所用的壓力條件最好與合成氨過程的壓力近似相等。
按本發明方法的甲醇生產部分壓力最好是在20bar到50bar之間。
實際上，已經發現，甲醇合成工段(方框23)的壓力采用與本方法氨合成部分壓力近似的操作條件時，也可以得到滿意的轉化收率。
按此方式，實施本方法的裝置可以進一步簡化，從而減少操作及投資費用和能耗，因為這樣就不需要使用如按在先技術的氨和甲醇聯合生產方法所用的壓縮機。
最后，按照本發明方法，來自第二烴水蒸汽轉化工段的氣流在冷卻工段(方框21)冷卻至優選低于50℃的溫度。
已經發現，在此溫度以下，來自第二烴水蒸汽轉化工段(方框12)的氣流中所含水蒸汽基本上能夠完全冷凝，有利于其后的甲醇合成步驟(方框23)，在所冷凝的水至少有一部分要回收的情況下，還能有利于用水飽和基本無甲醇氣流(方框25)。
由于有了本發明方法，可以獲得一種簡單易行，低操作和投資費用及低能耗的氨和甲醇聯合生產方法。
參照圖1，氨和甲醇聯合生產裝置包括方框11-17和21-25所示的工段。
按本發明方法的裝置最好還提供一個通過與來自與飽和工段流體連通的第二烴水蒸汽轉化工段的氣流進行間接熱交換來加熱含水液流的工段。
在圖1的實施例中，方框21所示工段也起著加熱送入到基本無甲醇氣流之前的含水液流的作用。
冷卻或加熱工段(方框21)可以包括一個或多個串聯布置且位于H2O分離工段上游的熱交換器，通過與含水冷液流進行熱交換，來撤出本合成氨方法中來自第二烴水蒸汽轉化工段氣流的至少一部分熱量，以便達到冷凝所含水蒸汽，同時加熱含水液流的目的。
在備擇實施方案中，按本發明的裝置還包括適當的連接管路(物料線4’)，使H2O分離工段和加熱工段之間流體連通，這樣就能利用至少一部分來自第二烴水蒸汽轉化工段(方框12)氣流中所含水，來飽和要送回至低溫CO轉化工段(方框14)的未反應氣流。
甲醇生產的合成工段23最好是“單程”型。
對于使用按本發明合成氨裝置的現代化方法，非常重要的一點是能夠很好地利用至少一部分來自第二烴水蒸汽轉化器且富含CO、CO2和H2的氣流，來生產具有經濟價值的產品如甲醇，同時減輕合成氨的CO轉化和CO2分離工段。
根據本現代化方法的不同步驟，在合成氨裝置中，提供一個用來冷卻(方框21)和分離(方框22)來自合成氨裝置第二烴水蒸汽轉化工段(方框12)氣流中所含水的工段，接著將來自冷卻和H2O分離工段的基本無H2O氣流送入生產甲醇的合成工段(方框23)。來自甲醇合成工段的氣流送入所提供的甲醇分離工段(方框24)，用來將含甲醇的液流與基本無甲醇的含CO、CO2和H2的氣流分開，氣流在一個恰當裝配的飽和工段用水飽和。
最好，還提供一個加熱工段(方框21)，將含水液流與來自第二烴水蒸汽轉化工段(方框12)的氣流進行間接熱交換，且提供加熱工段與飽和工段間的連接管路(物料線14)。
最后，在飽和工段和低溫CO轉化工段(方框14)布置連接管路(物料線7)，將含CO、CO2、H2和H2O的氣流送入CO轉化工段。
在特別優異的備擇實施方案中，按本發明的現代化方法還包括在冷卻和H2O分離工段與加熱工段間布置適當的連接管線(物料線4’)，將含水液流送入加熱工段。
由上文，可清楚地看出本發明所具有的若干優點。具體地說，提供了一種簡單易行，且能以較低操作和投資費用以及較低的能耗獲得理想生產能力的氨和甲醇聯合生產方法。
權利要求
1.在包括串聯布置的第二烴水蒸汽轉化工段、高溫CO轉化工段和低溫CO轉化工段，及氨合成工段的裝置中，聯合生產氨和甲醇的方法，所述方法包括如下步驟-取出來自所述第二烴水蒸汽轉化工段的含CO、CO2、H2和H2O的氣流；-將所述氣流送入冷卻和H2O分離工段；-在所述冷卻和H2O分離工段中，將所述氣流冷卻并分離出所含水；-將來自冷卻和H2O分離工段的基本無H2O氣流送入甲醇合成工段；-基本無H2O氣流在所述的甲醇生產合成工段進行反應；將來自所述甲醇合成工段的含CO、CO2、H2和CH3OH的氣流送入甲醇分離工段；-將含甲醇料流與基本無甲醇的含CO、CO2和H2的氣流在所述甲醇分離工段分離；-將來自所述甲醇分離工段的所述基本無甲醇氣流送入所述低溫CO轉化工段；其特征在于該方法包括如下步驟-將已通過與來自所述第二烴水蒸汽轉化工段的所述氣流進行間接熱交換而加熱后的含水液流送入所述的來自所述甲醇分離工段的基本無甲醇氣流中。
2.按權利要求1的方法，其特征在于送入所述基本無甲醇氣流中的含水液流溫度在100℃到300℃之間。
3.按權利要求1的方法，其特征在于進一步包括在所述的與來自所述的第二烴水蒸汽轉化工段的氣流進行間接熱交換的加熱操作之前，將所述含水液流壓縮的步驟，并在所述的將其送入基本無甲醇氣流的操作之前，膨脹所述含水液流，使其中所含的部分水進行閃蒸蒸發。
4.按權利要求3的方法，其特征在于壓縮步驟后，含水液流的壓力在20bar到100bar之間。
5.按權利要求1的方法，其特征在于所述含水液流至少部分來自所述冷卻和H2O分離工段。
6.按權利要求1的方法，其特征在于所述基本無水氣流在“單程”型甲醇生產合成工段進行反應。
7.按權利要求1的方法，其特征在于所述甲醇生產合成工段的壓力在20bar至50bar之間。
8.按權利要求1的方法，其特征在于所述的來自所述第二烴水蒸汽轉化工段的氣流在所述的冷卻和H2O分離工段中冷卻至低于50℃的溫度。
9.氨和甲醇聯合生產裝置，包括-串聯布置的第二烴水蒸汽轉化工段(12)、高溫CO轉化工段(13)和低溫CO轉化工段(14)；-與所述低溫CO轉化工段(14)流體連通的氨合成工段(17)；-用來冷卻和分離來自所述第二烴水蒸汽轉化工段且還含有CO、CO2和H2的氣流中所含H2O的冷卻和分離工段(21，22)；-甲醇生產的合成工段(23)，進料為來自所述冷卻和H2O分離工段(21，22)的基本無水氣流；-甲醇分離工段(24)，來自所述甲醇合成工段(23)的氣流送入該工段，將含甲醇的料流與基本無甲醇的含CO、CO2和H2的氣流分開；-與低溫CO轉化工段(14)流體連通的H2O飽和工段(25)，用來飽和所述基本無甲醇氣流；本裝置的特征在于包括-與所述的飽和工段(25)流體連通的加熱工段(21)，通過與所述的來自第二烴水蒸汽轉化工段(12)的氣流進行間接熱交換來加熱所述的含水液流。
10.按權利要求9的裝置，其特征在于本裝置包括所述冷卻和H2O分離工段(21，22)與所述加熱工段(21)之間的連接管路(4)，使含水液流送入加熱工段。
11.按權利要求9的裝置，其特征在于所述的甲醇生產合成工段(23)是“單程”型的。
12.合成氨裝置的現代化方法，此類合成氨裝置包括串聯布置的第二烴水蒸汽轉化工段、高溫CO轉化工段和低溫CO轉化工段，以及氨合成工段，所述方法包括如下步驟-提供一個用來冷卻和分離來自所述第二烴水蒸汽轉化工段且還含有CO、CO2和H2的氣流中所含H2O的工段；-提供一個生產甲醇的合成工段，進料為來自所述冷卻和分離工段的基本無水氣流；-提供一個甲醇分離工段，來自所述甲醇合成工段的氣流送入該工段，將含甲醇的料流與基本無甲醇的含CO、CO2和H2的氣流分離；-提供一個用來飽和所述基本無甲醇氣流的H2O飽和工段；-提供一個用來將含水液流與來自所述第二烴水蒸汽轉化工段的所述氣流進行間接熱交換的加熱工段；-提供在所述加熱工段與所述飽和工段之間的連接管路，將已經適當加熱的含水液流送入所述飽和工段；-提供在所述飽和工段與所述低溫CO轉化工段之間的連接管路，將含CO、CO2、H2和H2O的氣流送入所述CO轉化工段。
13.按權利要求12的方法，其特征在于在所述冷卻和H2O分離工段與所述加熱工段間提供連接管路，將含水液流送入加熱工段。
14.按權利要求12的方法，其特征在于所述的甲醇生產合成工段是“單程”型的。
全文摘要
一種在包括串聯布置的第二烴水水蒸汽轉化工段、高溫CO轉化工段和低溫CO轉化工段,以及氨合成工段的裝置中聯合生產氨和甲醇的方法,特別優異之處在于,來自甲醇合成工段的未反應氣流,在送入低溫CO轉化工段之前,要用已經與來自第二烴水蒸汽工段的氣流進行間接熱交換而加熱的含水液流飽和。
文檔編號B01J3/00GK1196041SQ96196883
公開日1998年10月14日 申請日期1996年8月23日 優先權日1995年9月11日
發明者E·費利比 申請人:卡薩爾甲醇公司