阅读说明：本技术 用于平行地联合生产甲醇和氨的方法 (Process for the combined production of methanol and ammonia in parallel ) 是由 P·A·汉 于 2018-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于平行地联合生产甲醇和氨的方法,该方法基于用来自水的电解和空气分离的富氧空气进行自热重整,以及用来自水电解的氢气和来自空气分离的氮气制备氨。(The invention relates to a method for the parallel co-production of methanol and ammonia, based on autothermal reforming with oxygen-enriched air from the electrolysis of water and air separation, and the production of ammonia from hydrogen from the electrolysis of water and nitrogen from air separation.)

用于平行地联合生产甲醇和氨的方法

发明领域

本发明涉及甲醇和氨的平行联合生产。更特别地，本发明基于用于制备氢气和氧气的水的电解，以及用于制备氮气和氧气的空气的分离。来自电解和空气分离的氧气用于通过烃原料的自热蒸汽重整来制备甲醇合成气，且在平行工艺阶段中，来自空气分离的氮气和来自电解的氢气用于氨合成。

发明背景

在常规的甲醇方法中，合成气通常在所谓的两步重整工艺中制备。在两步重整工艺中，脱硫的烃原料，通常是天然气，在燃烧的初级蒸汽甲烷重整器(SMR)中进行初级重整，随后在绝热的次级蒸汽重整器中使氢和烃发生部分氧化，以及使来自部分氧化步骤的残余量的烃进行绝热蒸汽重整。绝热次级重整器用基本上纯的氧操作，以用于部分氧化步骤。基本上纯的氧通常由空气分离单元(ASU)提供。

或者，对于两步重整，可以使用独立的SMR或独立的自热重整来制备合成气。

无论使用独立的SMR、两步重整还是独立的ATR，产物气体将包括氢气、一氧化碳和二氧化碳以及通常包括甲烷和蒸汽的其它组分。

氨合成气通常通过使天然气或高级烃的烃进料在燃烧管式蒸汽重整器中通过与蒸汽重整催化剂接触进行吸热蒸汽重整反应来制备。然后将初级重整气体送入绝热次级重整器，其中在次级重整催化剂存在下，用富氧工艺空气部分氧化初级重整气体中的部分氢气和残余量的烃。在次级重整器中，在上述蒸汽重整反应的原料反应过程中形成包含氢气、氮气、一氧化碳和二氧化碳的粗合成气，且在次级重整步骤中通过加入空气引入气体中的氮气。

最近，已经设想将用于生产氢气的水电解与用于生产氮气的空气分离相组合来制备氨合成气。将由此产生的氢气和氮气以化学计量比组合以形成用于生产氨的合成气。然而，电解和空气分离的组合的问题在于，在电解和空气分离中产生氧气作为副产物，其在氨合成中没有用处，并且可被认为是能量损失。

目前用于甲醇和氨的联合生产的工艺通常包括平行工艺，其中使用共同的重整段来产生合成气，该合成气被分成单独的平行流，其中一个用于甲醇合成，另一个用于氨合成。甲醇和氨的联合生产也可以顺序或串联进行，其中在重整段中产生的合成气被首先转化为甲醇，而含有碳氧化物和氢气的未反应气体随后用于氨合成。合成气流的水煤气变换和/或二氧化碳去除步骤是需要的，这取决于甲醇产物与氨产物的所需比例，因此涉及CO₂向大气中的释放和用于进行变换转化和二氧化碳去除的非常昂贵和复杂的装置的投资。

本发明基于自热蒸汽重整的组合，其中在烃原料在自热重整工艺中的部分氧化使用了来自水电解和空气分离(ASU)的氧。在平行工艺中，将来自电解的氢和来自ASU的氮用于制备氨合成气。

因此，本发明是一种用于平行地联合生产甲醇和氨的方法，包括以下步骤

(a)提供烃原料；

(b)通过水电解制备单独的氢气流和单独的氧气流；

(c)通过空气分离制备单独的氧气流和单独的氮气流；

(d)将至少一部分来自步骤(b)的单独的氧气流和至少一部分来自步骤(c)的单独的氧气引入自热重整器中；

(e)在自热重整器中，将来自步骤(a)的烃原料自热重整为包含氢气、碳氧化物的甲醇合成气；

(f)在甲醇合成阶段中，将甲醇合成气转化为粗甲醇；且平行地

(g)将来自步骤(b)的单独的氢气流的至少一部分和来自步骤(c)的单独的氮气流的至少一部分引入氨合成回路中，并将氮气流和氢气流转化成氨。

甲醇合成气优选具有对应于1.9-2.2或更优选略高于2(例如2.0-2.1)的所谓模数(M＝(H2-CO2)/(CO+CO2))的组成。取决于烃原料的组成，来自自热重整步骤的甲醇合成气中的模数可以低于优选值。在这种情况下，来自水电解的一部分氢气可以加入到合成气中以将模数调节到优选值。

因此，在本发明的一个实施方案中，通过将来自步骤(b)的一部分单独的氢气流加入到来自步骤(e)的甲醇合成气中，将来自步骤(e)的甲醇合成气的模数(M＝(H2-CO2)/(CO+CO2))调节至1.9-2.2的值。

在另一个实施方案中，将来自电解的全部或部分氢气与来自空气分离单元的氮气一起以这样的量引入氨回路中的补充气体压缩机的吸入段，该量使得在步骤(g)制备的氨合成气中，氢气/氮气的摩尔比为2.7-3.3。

本发明方法的优点在于，水电解和空气分离中基本上没有或仅有很小的能量损失，并且由于自热重整中使用的一部分氧是通过水电解产生的，因此ASU的尺寸减小。

在本发明的优选实施方案中，水电解和/或空气分离由可再生能源提供动力，导致CO₂排放减少的进一步优点。