包括一個或更多個膜分離步驟的用於甲醇的生產的工藝的製作方法
2023-05-03 01:15:56 2
包括一個或更多個膜分離步驟的用於甲醇的生產的工藝的製作方法
【專利摘要】本文公開的是甲醇生產工藝（311），所述甲醇生產工藝（311）包括一個或多個膜分離步驟（305、319）。使用本發明的工藝，通過降低所述工藝的壓縮要求和/或改進甲醇產品產量，提高了由合成氣生產甲醇的效能。作為額外的優勢，所述膜分離步驟（305）產生富氫料流（307），所述富氫料流（307）可以被送出用於其他用途。慮及將輸入的二氧化碳供料於合成迴路中，額外的益處是，如果有更多的合成氣或二氧化碳可供使用，本發明的工藝可以消除現存甲醇工廠的瓶頸。這是一種隔離二氧化碳的途徑。
【專利說明】包括一個或更多個膜分離步驟的用於甲醇的生產的工藝
發明領域
[0001] 本發明涉及一種甲醇生產工藝，所述甲醇生產工藝包括一個或多個使用氫選擇性膜的膜分離步驟，以改進由天然氣生產甲醇的效能。在所述膜分離步驟期間回收的氫可以被派做其他用途。慮及將輸入的二氧化碳供料於合成迴路中，導致二氧化碳的隔離(sequestration)和額外的甲醇的生產，本發明的工藝可以消除現存甲醇工廠的瓶頸。_2] 發明背景
[0003]甲醇，最簡單的醇，具有CH3OH的化學式，是一種輕的、揮發性、無色、易燃液體。作為一種室溫下的極性液體，甲醇被用作防凍劑、溶劑、燃料，以及作為乙醇的變性劑。甲醇也被用於經由酯基轉移反應生產生物柴油。
[0004]然而，甲醇最大的用途在於製造其他化學品。約百分之四十的甲醇被轉變為甲醛，並且由甲醛轉變為如塑料、膠合板(plywood)、塗料、爆炸物和免燙紡織品之類形形色色的
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[0005]在有限的基礎上，甲醇還被用作內燃引擎的燃料。由於甲醇的可得性、低成本和環境效益，使用甲醇作為發動機燃料在上世紀七十年代的石油危機期間備受關注。然而，由於甲醇的成本上漲及其對用於汽車工業的橡膠和許多合成聚合物的腐蝕性，在上世紀九十年代末之前，汽車製造商已經停止建造能夠依靠甲醇或汽油開動的車輛(「靈活燃料車輛(flexible fuel vehicles)」),而將他們的注意力轉向乙醇燃料的車輛。儘管如此,純的甲醇仍被各種汽車、卡車和摩託車賽車組織要求作為燃料。
[0006]1923年，受僱於BASF的德國化學家Alwin Mittasch和Mathias Pier開發了一種用於將合成氣體(一氧化碳、二氧化碳和氫的混合物)轉化為甲醇的工藝。所述工藝使用鉻和鎂的氧化物催化劑，並需要極其激烈的條件——範圍在50至220巴的壓力和高達450°C的溫度。涵蓋該工藝的專利(U.S.1, 569，775)在1926年I月12日被授權。
[0007]通過使用能夠在較低壓力下操作的催化劑(典型地，銅)，使得現代的甲醇生產更為高效。現代低壓甲醇(LPM)生產工藝是由ICI在上世紀六十年代末開發的，所述技術目前歸莊信萬豐(Johnson Matthey)(倫敦)所有，莊信萬豐(倫敦)是甲醇技術的主要許可商。
[0008]經由天然氣的料流重整生產合成氣體(「合成氣」)是許多用於甲醇生產的工藝的第一步。按照下列反應，在低至適度的壓力和在大約850°C的高溫下，甲烷與料流在鎳催化劑上反應以生產合成氣:
[0009]CH4+H20 — C0+3H2
[0010]C0+H20 — C02+H2
[0011]該反應,通常被稱為「料流甲燒重整(steam methane reforming)」(SMR),是高度吸熱的，並且，通過外部加熱保持反應溫度是所述工藝的關鍵部分。
[0012]合成氣隨後被壓縮，並且在第二催化劑上反應以生產甲醇。現今，最常用的催化劑是由ICI在1966年首次使用的銅、鋅氧化物和氧化鋁的混合物。在50-100巴和250°C下，所述催化劑可以高度選擇性地催化來自合成氣的甲醇的生產:
[0013]C0+2H2 —CH3OH[0014]C02+3H2 — CH30H+H20。
[0015]來自甲烷的合成氣的生產，產生每摩爾一氧化碳，就產生3摩爾氫氣(且每摩爾二氧化碳產生4摩爾氫氣)，而甲醇合成反應中每摩爾一氧化碳僅消耗2摩爾氫氣(且每摩爾二氧化碳消耗3摩爾氫氣)。在上述兩個反應路徑中，產生的氫氣比甲醇合成所需的多一摩爾。這過量的氫佔據了壓縮機組(compressor train)和甲醇反應器兩者中的容積。因此，所述甲醇生產工藝效率低下，由於增加的壓縮機功率需求和低於最佳甲醇產量，導致了不必要成本。在過量氫從所述合成迴路被吹掃並且用作給所述重整裝置(reformer)的燃料時，反應物丟失。
[0016]圖1是示出用於甲醇生產的常規工藝的示意圖。天然氣101和料流102的供料料流被進料到重整裝置103中，導致合成氣料流104的產生。合成氣料流104隨後被通入壓縮鏈(compression chain) 105 (典型地包括至少新料壓縮機(make-up compressor) 105a和再循環壓縮機105b)以生產高壓氣體料流106。高壓料流106隨後被通至甲醇合成反應器107以生產反應產品料流108，所述反應產品料流108包含甲醇和未反應的合成氣。該料流108隨後被路由至冷凝器109，包含甲醇和水的冷凝的料流110自所述冷凝器109滴出。包含未反應的合成氣且富含氫和惰性物(甲烷和可能的氮)的塔頂料流111隨後被分流成吹掃料流112和再循環料流113，所述再循環料流113被路由回到再循環壓縮機105b，在所述再循環壓縮機105b處與新鮮供料組合。
[0017]擁有更加高效的，具有降低的壓縮機功率要求和/或改進的甲醇產品產量的改進的甲醇工藝將是被期望的。
【發明內容】
[0018]本發明的實施方案涉及一種用於由合成氣生產甲醇的改進的工藝。具體地，本發明的實施方案利用膜分離工藝，以在所述合成氣到達所述甲醇合成迴路之前，從所述合成氣移除過量的氫。具體地，在所述分離工藝中使用的膜顯示至少約5 ;優選地，至少約10 ;並且，更優選地，至少約15的就氫對二氧化碳的選擇性。此外，所述膜應當顯示至少約20的就氫對一氧化碳的選擇性。
[0019]相應地，本文公開的是一種甲醇生產工藝，所述甲醇生產工藝包括以下步驟:
[0020](a)提供合成氣源，其中所述合成氣具有第一組成參數R1，其中R1 > 2 ;
[0021](b)提供具有供料側和滲透側的膜，其中所述膜顯示至少約5的就氫對二氧化碳的選擇性，和至少約20的就氫對一氧化碳的選擇性；
[0022]( c )使合成氣通過所述供料側；
[0023](d)從所述滲透側提取富氫滲透料流，其中所述滲透料流具有第二組成參數R2，其中 VR1 ；
[0024]( e )從所述供料側提取貧氫殘餘料流；
[0025](f)壓縮所述殘餘料流；以及
[0026](g)將所述被壓縮的殘餘料流通至甲醇合成迴路。
[0027]可以使用顯示至少約5的就氫對二氧化碳的選擇性，和至少約20的就氫對一氧化碳的選擇性的任何膜。膜操作溫度典型地是在約50°C至約150°C範圍內；優選地，在約100°C至約150°C範圍內。以舉例而並非限制的方式，優選的膜材料包括聚合物(如聚醯亞胺、聚醯胺、聚氨酯、聚脲、聚苯並咪唑和聚苯並惡唑)；金屬(如鈀)；沸石；以及碳。
[0028]所述膜的供料側典型地保持在約10巴至約30巴的壓力範圍內，而滲透側典型地保持在約2巴至約5巴的壓力範圍內。
[0029]所述工藝還可以包括在將殘餘料流通至所述甲醇合成迴路之前，將所述殘餘料流與一附加的氣體料流組合。所述附加的氣體料流具有第三組成參數R3，其中R3〈R2。所述附加的氣體料流可以來自附加的重整的碳氫化合物(在這種情況下，所述附加的氣體料流可以被加入膜供料)，或者所述附加的氣體料流可以是來自所述甲醇合成迴路的富二氧化碳的吹掃氣體，或者所述附加的氣體料流可以是回收自外部工藝(包括燃燒工藝)的富二氧化碳料流。該料流不應當包括顯著量的惰性物(如甲烷和氮)，所述惰性物必須從所述甲醇合成迴路吹掃掉。
[0030]所述膜殘餘料流一可選地，與一附加的氣體料流組合一在被通至所述甲醇合成迴路(所述甲醇合成迴路典型地由至少一個再循環壓縮機、甲醇合成反應器、產品冷凝器和吹掃器組成)之前，典型地被壓縮至約45巴至約100巴的壓力範圍內。從所述產品冷凝器提取來自所述合成迴路的產品甲醇料流。
[0031]來自冷凝器的塔頂料流包含未反應的合成氣(即，氫、一氧化碳和二氧化碳)、甲烷、過量氫和可能的氮。所述塔頂料流的大部分在所述再循環壓縮機中與新鮮供料組合，並被再循環至所述合成迴路。然而，為了限制某些組分(即，甲烷、過量的氫和可能的氮)的濃度的累積，所述塔頂料流的一部分被吹掃。
[0032]通過實踐本發明的工藝，針對所述工藝的壓縮要求可以被降低直至15%或更多。此外，如果更多的合成氣或二氧化碳可供使用，本發明的工藝可以消除現存甲醇工廠的瓶頸。消除壓縮機的瓶頸允許輸入的二氧化碳供料於所述合成迴路中，導致額外的甲醇生產，而不存在將二氧化碳供料於所述重整裝置的缺點。這是一種隔離二氧化碳，從而防止其釋放至環境的途徑。此外，本發明的工藝從所述膜分離步驟產生富氫料流。該富氫料流可以被用作其他用途。
[0033]本發明的甲醇生產工藝的特別優選地實施方案包括以下步驟:
[0034](a)提供合成氣源，其中所述合成氣具有第一組成參數R1，其中R1 > 2 ;
[0035](b)提供具有第一供料側和第一滲透側的第一膜，其中所述第一膜顯示至少約5的就氫對二氧化碳的選擇性，和至少約20的就氫對一氧化碳的選擇性；
[0036](c)使合成氣通過所述第一供料側；
[0037](d)從所述第一滲透側提取富氫第一滲透料流，其中所述第一滲透料流具有第二組成參數R2，其中R2U1 ；
[0038](e)從所述第一供料側提取貧氫第一殘餘料流；
[0039](f)壓縮所述第一殘餘料流；
[0040](g)將所述被壓縮的第一殘餘料流通至甲醇合成迴路，以生產冷凝的甲醇產品料流；
[0041](h)從所述甲醇合成迴路提取吹掃料流，以限制惰性物的濃度和過量的氫；
[0042]( i )處理所述吹掃料流以減少其R值及其甲烷和氮的含量，藉此，所述被處理的吹掃料流具有第三組成參數R3，其中R3〈R2 ；以及
[0043](j)將所述被處理的吹掃料流通至所述甲醇合成迴路。[0044]所述第一供料側典型地保持在約10巴至約30巴的壓力範圍內，而所述第一滲透測保持在約2巴至約5巴的壓力範圍內。膜操作溫度典型地是在約50°C至約150°C的範圍內，優選地，在約100°C至約150°C的範圍內。在被通至步驟(g)之前，所述第一殘餘料流典型地被壓縮至約45巴至約100巴壓力範圍內。
[0045]在優選的實施方案中，所述吹掃料流處理步驟(i )是膜分離工藝，所述膜分離工藝包括以下步驟:
[0046](I)提供具有第二供料側和第二滲透側的第二膜，其中所述第二膜就二氧化碳對氫和甲烷是選擇性的；
[0047](II)使所述吹掃料流通過所述第二供料側；
[0048](III)從所述第二滲透側提取富二氧化碳的第二滲透料流；以及
[0049](IV)將所述第二滲透料流作為所述被處理的吹掃料流通至步驟(j)。
[0050]所述第二膜典型地具有至少約5的就二氧化碳對氫的選擇性，以及至少約10的就二氧化碳對甲烷的選擇性。
[0051]附圖簡要說明
[0052]圖1是常規甲醇生產工藝(未按照本發明)的示意圖。
[0053]圖2是本發明用於甲醇生產的實施方案工藝的示意圖，所述甲醇生產涉及膜分離步驟。
[0054]圖3是本發明的工藝的特別優選的實施方案工藝的示意圖，所述工藝涉及兩個膜分尚步驟。
[0055]圖4是示出甲醇生產損失作為膜的氫/ 二氧化碳選擇性的函數的曲線圖。
[0056]本發明i羊細i兌明
[0057]術語「天然氣」和「甲烷」在本文中可互換使用。
[0058]除非另外說明，本文所給出的氣體百分數為按體積計。
[0059]除非另外說明，本文所給出的壓力為以巴為單位的絕對值。
[0060]對於本文中任何的氣體料流，其組成可以按照組成參數，R，來表述，其中:
[0061]
R= (tl.的摩爾流量-CO,的摩爾流Il)
(CO的摩爾流量+ CO2的摩爾流量),
[0062]具體組成參數在本文中稱為Rp R2和R3。
[0063]本發明用於甲醇生產的優選的實施方案工藝的示意圖在圖2中示出。參閱該圖，天然氣201和料流202的供料料流被送入，例如，料流重整裝置203，導致合成氣204的產生。儘管圖2闡明了一個實施例，在所述實施例中使用料流甲烷重整工藝生產合成氣，但任何合成氣源可以被用於提供用於本發明的工藝中的合成氣。
[0064]本發明特別地針對具有過量氫的用於甲醇生產的合成氣源而設計。以定量的方式來表述，本發明特別針對來自合成氣的甲醇的製造，所述合成氣具有大於2的組成參數R1 ；即，R=R1Uq
[0065]按照本發明，合成氣204隨後作為供料料流被通至膜單元205。膜單元205包括膜206，所述膜206顯示至少約5 ;優選地，至少約10 ;更優選地，至少約15的就氫對二氧化碳的選擇性。此外，所述膜206應當顯示至少約20的就氫對一氧化碳的選擇性。膜操作溫度典型地是在約50°C至約150°C範圍內；優選地，在約100°C至約150°C範圍內。
[0066]可以使用具有合適的使用性能(performance properties)的任何膜。這樣的膜的實施例包括由K.0』 Brien等在「用於二氧化碳的預燃燒捕獲的基於PBI的膜系統的製造和規模擴大」(DOE NETL 項目簡報 2009) (「Fabrication and Scale-Up ofPB1-based Membrane System for Pre-Combustion Capture of Carbon Dioxide，， (DOENETL Project Fact Sheet2009))中教導的基於聚苯並咪唑(PBI)的膜和由B.T.Low等在「在聚醯亞胺膜表面的化學嫁接、交聯和刻蝕的同時發生及其對H2/C02分離的影響」(大分子，41 卷，第 4 期，1297-1309 頁,2008) (「Simultaneous Occurrence of ChemicalGrafting, Cross-linking, and Etching on the Surface of Polyimide Membranes andTheir Impact on H2/C02Separation」 (Macromolecules, Vol.41, N0.4, pp.1297-1309, 2008))中教導的基於聚醯亞胺的膜。
[0067]以舉例而並非限制的方式，優選的膜材料包括聚合物(如聚醯亞胺、聚醯胺、聚氨酯、聚脲、聚苯並咪唑和聚苯並惡唑)；金屬(如鈀)；沸石；以及碳。
[0068]膜可以採用均質膜、整體不對稱膜、多層複合膜、併入凝膠或液體層或顆粒的膜的形式，或者本領域已知的任何其他形式。
[0069]膜可以被製造為平片或纖維並且被容納在任何方便的模塊形式中，包括螺旋纏繞型模塊、板框型模塊和封裝的中空纖維型模塊。所有這些類型的膜和模塊的製作在本領域中是公知的。
[0070]螺旋纏繞型模塊中的平片膜是膜/模塊配置的最優選選擇。已經發明了一些使得螺旋纏繞型模塊能夠在逆流模式(無論在滲透側上有或者沒有吹掃)中使用的設計。在授予Dow Chemical的美國專利5，034，126中描述了代表性的實施例。
[0071]膜單兀205可以包含單一膜模塊或膜模塊排(bank)或模塊陣列。包含一個膜模塊或一排膜模塊的單一單元或階段(stage)足夠用於許多應用。如果殘餘物料流需要進一步的氫移除，其可以被通入膜模塊的第二排進行第二處理步驟。如果滲透料流需要進一步濃縮，其可以被通入膜模塊的第二排進行第二階段處理。這種多階段或多步驟工藝及其變體將為本領域的技術人員所熟悉，他們將會理解，膜分離步驟可以按照許多可能的方式配置，包括單階段、多階段、多步驟或者兩個或多個單元以串聯或級聯布置的更複雜陣列。
[0072]回顧圖2，典型地在約50°C至約150°C的溫度範圍內；優選地，在約100°C至約150°C的溫度範圍內，將所述合成氣204通過所述膜206的供料側。從所述滲透側提取滲透料流207。相比於合成氣料流204，滲透料流207富含氫，並具有組成參數R2，其中R2>Rlt)正如所期望的，富氫滲透料流207可以被用作其他用途。
[0073]所述膜的供料側典型地保持在約10巴至約30巴的壓力範圍內，而所述滲透側典型地保持在約2巴至約5巴的壓力範圍內。
[0074]從膜單元205的供料側提取貧氫殘餘料流208。殘餘料流208隨後被路由至新料壓縮機209a，在所述新料壓縮機209a中，殘餘料流209被壓縮至約45巴至約100巴的壓力範圍內。在通至新料壓縮機209a (壓縮機組209的一部分)之前，殘餘料流208可以可選地與一附加氣體料流218組合。
[0075]附加氣體料流218具有組成參數R3，其中R3〈R2。添加氣體料流218至所述工藝導致額外的甲醇生產。附加的氣體料流218可以來自於由當地來源輸入的附加的二氧化碳。舉例來說，並且不以限制的方式，所述附加的二氧化碳可以來自於一化學工藝，如環氧乙烷生產。
[0076]可替換地，附加的二氧化碳可以從被處理的燃燒排放氣體輸入，所述燃燒排放氣體由燒煤或者燒天然氣的發電廠產生，正如所期望的，舉例來說，在共有的美國專利號7，964，020，以及同時待審的美國申請序列號12/807, 846 ; 13/122，136 ; 13/123，342和13/123，364中的。這是一種隔離二氧化碳的途徑。
[0077]可替換地，所述附加的氣體料流可以來自於附加的重整碳氫化合物，在這種情況下，所述附加的氣體219是在所述膜步驟之前被引入所述工藝的。
[0078]高壓料流210——包括殘餘料流208，可選地與附加的氣體料流218組合——被通至甲醇合成反應器211，以生產包含甲醇和未反應的合成氣的反應產品料流212。
[0079]甲醇合成反應器在本領域是已知的，並且典型地依賴於催化劑床來催化碳的氧化物與氫的反應，以生產甲醇。正如在本發明的【背景技術】中所討論的，現今在使用中的最常見的催化劑是在1966年首先由ICI使用的銅、鋅的氧化物和氧化鋁的混合物。在50-100巴和250°C下，上述催化劑可以以高選擇性的方式催化來自碳的氧化物和氫的甲醇的生產。
[0080]回顧圖2，反應產品料流212隨後被路由至冷凝器213，包含大約75%甲醇和25%水的冷凝的產品料流214自所述冷凝器213滴出。從所述冷凝器提取塔頂料流215，所述塔頂料流215包括未反應的合成氣(S卩，氫、一氧化碳和二氧化碳)、甲烷、過量的氫和可能的氮。所述塔頂料流215的至少一部分作為再循環料流217被路由回到再循環壓縮機20%，在所述再循環壓縮機20%中與新鮮供料組合。為了限制某些組分(即，甲烷、過量的氫和可能的氮)的濃度的累積，所述塔頂料流的一部分206被吹掃。
[0081]正如上文所討論的，所述膜分離步驟產生富氫料流，所述富氫料流可以被用於符合期望的任何用途。此外，因為氫是在所述膜分離步驟中被提取的，被路由通過所述壓縮鏈的氣體的量少於使用常規工藝的氣體的量，從而降低了所述工藝的壓縮要求。同樣，因此，所述冷凝器塔頂料流的氫含量較低，以致更多的塔頂料流可以被再循環回到所述再循環壓縮機209b (而不是被吹掃)，導致較少的氣體損耗。
[0082]在圖3中示意性地圖示說明涉及兩個膜分離步驟的本發明的特別優選的實施方案。參見該圖，天然氣301和料流302的供料料流被送入，例如，料流重整裝置303中，導致合成氣304的生產，所述合成氣304具有組成參數R1 (正如關於圖2中所示的工藝實施方案的上文所描述的)。儘管圖3圖示說明了在其中合成氣是使用料流甲烷重整工藝生產的實施例，但任何合成氣源可以被用來提供用於本發明的所述工藝的合成氣，前提是所述合成氣具有組成參數凡>2。
[0083]所述合成氣304作為供料料流被通至第一膜單元305。第一膜單元305包括多個就氫對碳的氧化物是選擇性的膜306，並且所述膜306顯示上文關於圖2中所示的工藝實施方案所討論的膜性質。
[0084]典型地在約50°C至約150°C的範圍內；優選地在約100°C至約150°C的範圍內的溫度下，將所述合成氣304通過所述膜306的供料側。從所述滲透側提取第一滲透料流307。相比於合成氣料流304，第一滲透料流307富含氫，並具有組成參數R2，其中R2M1。正如所期望的，富氫第一滲透料流307可以被用作其他用途。
[0085]從第一膜單元305的供料側提取貧氫第一殘餘料流308。第一殘餘料流308隨後被路由至新料壓縮機309a，並在所述新料壓縮機309a中被壓縮至約30巴至約100巴壓力範圍內。在通至新料壓縮機309a (其為壓縮機組309的一部分)之前，第一殘餘料流308可以可選地與一附加的氣體料流318組合。附加的氣體料流318具有組成參數R3，其中R3〈R2。在該實施方案中，附加的氣體料流318是來自第二滲透步驟的滲透料流，所述來自第二滲透步驟的滲透料流將進一步詳細討論。
[0086]高壓料流310——包括第一殘餘料流308，並與附加的氣體料流318組合——被通至甲醇合成反應器311以生產包括甲醇和未反應的合成氣的反應產品料流312。
[0087]反應產品料流312隨後被路由至冷凝器313，包括大約75%甲醇和25%水的冷凝的產品料流314從所述冷凝器313滴出。從所述冷凝器提取塔頂料流315，所述塔頂料流315包括未反應的合成氣(即，氫、一氧化碳和二氧化碳)、甲烷、過量的氫和可能的氮。所述塔頂料流315的至少一部分作為再循環料流317被路由回到再循環壓縮機309b，在所述再循環壓縮機30%中與新鮮供料組合。
[0088]為了限制某些組分(B卩，甲烷、過量的氫和可能的氮)的濃度的累積，所述塔頂料流的一部分作為供料料流316被送到第二膜分離單元319以回收二氧化碳並吹掃其他氣體。第二膜分離單元319包括膜320，所述膜320就二氧化碳對氫、甲烷和氮是選擇性的。具體地，在第二單元319中的膜典型地具有至少約5的就二氧化碳對氫的選擇性；至少約10的就二氧化碳對甲烷的選擇性；和至少約20的就二氧化碳對氮的選擇性。
[0089]從第二膜單元319的滲透側提取富二氧化碳的第二滲透料流318。第二滲透料流318中的二氧化碳含量此時已經被累積至從約2.5體積％至約8體積％。第二滲透料流318代表(represents)吹掃料流316的總體積的大約25%。
[0090]在通至所述甲醇合成迴路之前，富二氧化碳的第二滲透料流318隨後與第一殘餘料流308組合。第二滲透料流318具有組成參數R3，其中R3〈R2。添加富二氧化碳的第二滲透料流318至第一殘餘料流308導致額外的甲醇生產。
[0091]從第二膜分離單元319的膜側(the membrane side)提取貧二氧化碳的第二殘餘料流322。該料流隨後可以被送出用作燃料氣體或用於任何其他期望的用途。
[0092]現在，通過以下實施例進一步描述本發明，所述實施例意圖闡明本發明，而非意圖以任何方式限制其範圍或基本原理。
實施例
[0093]實施例1.常規的甲醇生產工藝(未按照本發明)
[0094]在下列實施例中的計算機計算使用建模程序ChemCad5.6(ChemStations, Inc., Houston, TX)進行，所述建模程序ChemCad5.6包含由受讓人的工程團隊針對專用於受讓人的工藝的應用而開發的代碼。
[0095]對於該實施例的計算是使用圖1中所示的流程圖進行的並且被描述於上文本發明的【背景技術】中。該流程圖在所述甲醇合成工藝的上遊不包括膜分離步驟(未按照本發明)。假設合成氣流量為每小時106公噸(Mt/h)。
[0096]計算了所述甲醇合成迴路中料流的流速和化學組成。在表I中示出該計算的結
果O
[0097]表I[0098]
【權利要求】
1.一種用於甲醇生產的工藝，所述工藝包括以下步驟: (a)提供合成氣源，其中所述合成氣具有第一組成參數R1，並且其中R1> 2 ; (b)提供具有供料側和滲透側的膜，其中所述膜顯示至少約5的就氫對二氧化碳的選擇性，和至少約20的就氫對一氧化碳的選擇性； (c)使合成氣通過所述供料側； (d)從所述滲透側提取富氫滲透料流，其中所述滲透料流具有第二組成參數R2，並且其中 VR1 ; Ce)從所述供料側提取貧氫殘餘料流； (f)壓縮所述殘餘料流；以及 (g)將所述被壓縮的殘餘料流通至甲醇合成迴路。
2.按照權利要求1所述的工藝，其中所述膜顯示至少約10的就氫對二氧化碳的選擇性。
3.按照權利要求1所述的工藝，其中所述合成氣在約50°C至約150°C的溫度範圍內通過所述供料側。
4.按照權利要求1所述的工藝，其中所述工藝還包括在將所述殘餘料流通至所述甲醇合成迴路之前，將所述殘餘料流與一附加的氣體料流組合，其中所述附加的氣體料流具有第三組成參數R3,並且其中R3〈R2。
5.按照權利要求4所述的工藝，其中所述附加的氣體料流來自附加的重整碳氫化合物。
6.按照權利要求4所述的工藝，其中所述附加的氣體料流是回收自煙道氣的二氧化碳料流。
7.按照權利要求4所述的工藝，其中所述附加的氣體料流是回收自另一個化學工藝的富二氧化碳料流。
8.按照權利要求1所述的工藝，其中所述供料側被維持在約10巴至約30巴的壓力範圍內。
9.按照權利要求1所述的工藝，其中所述滲透側被維持在約2巴至約5巴的壓力範圍內。
10.按照權利要求1所述的工藝，其中所述殘餘料流在被通至步驟(g)之前，被壓縮至約45巴至約100巴的壓力範圍內。
11.按照權利要求1所述的工藝，其中來自所述甲醇合成迴路的產品料流被路由至冷凝器，其中從所述冷凝器提取塔頂料流，並且其中所述頂部料流的至少一部分作為再循環料流被路由回到所述甲醇合成迴路。
12.一種用於甲醇生產的工藝，所述工藝包括以下步驟: (a)提供合成氣源，其中所述合成氣具有第一組成參數R1，並且其中R1> 2 ; (b)提供具有第一供料側和第 一滲透側的第一膜，其中所述第一膜顯示至少約5的就氫對二氧化碳的選擇性，和至少約20的就氫對一氧化碳的選擇性； (c)使合成氣通過所述第一供料側； (d)從所述第一滲透側提取富氫第一滲透料流，其中所述第一滲透料流具有第二組成參數R2，並且其中R2M1 ；(e)從所述第一供料側提取貧氫第一殘餘料流； (f)壓縮所述第一殘餘料流； (g)將所述被壓縮的第一殘餘料流通至甲醇合成迴路，以生產冷凝的甲醇產品料流； (h)從所述甲醇合成迴路提取吹掃料流，以限制惰性物的濃度和過量的氫； (i)處理所述吹掃料流以減少其R值及其甲烷和氮的含量，藉此，所述被處理的吹掃料流具有第三組成參數R3,並且其中R3〈R2 ；以及 (j)將所述被處理的吹掃料流通至所述甲醇合成迴路。
13.按照權利要求12所述的工藝，其中所述第一膜顯示至少約10的就氫對二氧化碳的選擇性。
14.按照權利要求12所述的工藝，其中使所述合成氣在約50°C至約150°C的溫度範圍內通過所述第一供料側。
15.按照權利要求12所述的工藝，其中所述第一供料側被維持在約10巴至約30巴的壓力範圍內。
16.按照權利要求12所述的工藝，其中所述第一滲透側被維持在約2巴至約5巴的壓力範圍內。
17.按照權利要求12所述的工藝，其中所述第一殘餘料流在被通至步驟(g)之前，被壓縮至約45巴至約100巴的壓力 範圍內。
18.按照權利要求12所述的工藝，其中步驟(i)包括以下子步驟: (I)提供具有第二供料側和第二滲透側的第二膜，其中所述第二膜就二氧化碳對氫和甲烷是選擇性的； (II)使所述吹掃料流通過所述第二供料側； (III)從所述第二滲透側提取富二氧化碳第二滲透料流；以及 (IV)將所述第二滲透料流作為所述被處理的吹掃料流通至步驟(j)。
19.按照權利要求18所述的工藝，其中所述第二膜顯示至少約5的就二氧化碳對氫的選擇性。
20.按照權利要求18所述的工藝，其中所述第二膜顯示至少約10的就二氧化碳對甲烷的選擇性。
【文檔編號】C07C29/151GK103764260SQ201280042498
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年6月26日 優先權日:2011年7月1日
【發明者】N·P·懷恩, D·戈特施裡希 申請人:膜技術研究股份有限公司