一種新型合成甲醇的方法及系統與流程

本發明涉及能源技術領域，尤其涉及一種新型合成甲醇的方法及系統。

背景技術：

目前可以將各種能源進行能源的二次利用。液體甲醇是基礎化工原料，是由CO、H₂為主要成分的原料氣，CO為少量氣體，按CH比1:2，或CH比1:3在催化劑下合成液體甲醇。國內外生成甲醇企業，采用天然氣、煤炭或石油產品制成CO、CO₂、H₂原料氣，在催化劑下合成甲醇。目前，國外生成甲醇80％的生產方法采用天然氣制原料氣合成甲醇，國內也有以煤炭為原料制甲醇。

技術實現要素：

本發明提供一種新型合成甲醇的方法及系統，能較方便合成甲醇。

根據本發明實施例的第一方面，提供一種新型合成甲醇的方法，包括：

將甲醇與水蒸氣混合在催化劑下重整生成氫氣作為種子的分子氫；

將所述分子氫在氫化催化劑作用下吸附分解為氫原子或氫離子；

將所述水蒸氣與所述氫原子或氫離子在氫化催化劑作用下使得水分子被分解為氫分子和氧分子，氫分子與氫原子或氫離子結合生成氫氣；

將輸入的二氧化碳加氫氣在氫化催化劑作用下變換成一氧化碳；

將所述一氧化碳與氫氣或將所述二氧化碳與氫氣按設定比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇。

可選的，所述將所述一氧化碳與氫氣或將所述二氧化碳與氫氣按設定比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇包括：

將所述一氧化碳與氫氣按1:2比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇；或，

將所述二氧化碳與氫氣按1:3比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇。

可選的，將所述水蒸氣與所述氫原子或氫離子在氫化催化劑作用下使得水分子被分解為氫分子和氧分子包括：

將所述水蒸氣與所述氫原子或氫離子在氫化催化劑作用下使得水分子被分解為1個氫分子和1個氧分子，其中1個氫分子與2個氫原子結合生成2個氫分子。

根據本發明實施例的第二方面，提供一種新型合成甲醇的系統，包括甲醇水蒸汽重整制種子氫反應器、氫化反應器、合成甲醇反應器；

其中所述甲醇水蒸汽重整制種子氫反應器，用于將甲醇與水蒸氣混合在催化劑下重整生成氫氣作為種子的分子氫；

所述氫化反應器，用于將所述分子氫在氫化催化劑作用下吸附分解為氫原子或氫離子；將所述水蒸氣與所述氫原子或氫離子在氫化催化劑作用下使得水分子被分解為氫分子和氧分子，氫分子與氫原子或氫離子結合生成氫氣；將輸入的二氧化碳加氫氣在氫化催化劑作用下變換成一氧化碳；

所述合成甲醇反應器，用于將所述一氧化碳與氫氣或將所述二氧化碳與氫氣按設定比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇。

可選的，所述合成甲醇反應器將所述一氧化碳與氫氣按1:2比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇；或，將所述二氧化碳與氫氣按1:3比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇。

從上述技術方案可以看出，本發明的方法，將甲醇與水蒸氣混合在催化劑下重整生成氫氣作為種子的分子氫；將所述分子氫在氫化催化劑作用下吸附分解為氫原子或氫離子；將所述水蒸氣與所述氫原子或氫離子在氫化催化劑作用下使得水分子被分解為氫分子和氧分子，氫分子與氫原子或氫離子結合生成氫氣；將輸入的二氧化碳加氫氣在氫化催化劑作用下變換成一氧化碳；最后將所述一氧化碳與氫氣或將所述二氧化碳與氫氣按設定比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇，這樣就比較方便實現了一種新型的合成甲醇方法，成本更低，可循環利用，更具有經濟價值。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

下面將結合附圖對本發明做進一步說明，附圖中：

圖1是本發明的新型合成甲醇的方法的流程示意圖；

圖2是本發明的新型合成甲醇的方法的工藝流程第一示意圖；

圖3是本發明的新型合成甲醇的方法的工藝流程第二示意圖；

圖4是本發明的新型合成甲醇的系統的結構的第一示意圖；

圖5是本發明的新型合成甲醇的系統的結構的第二示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

應當理解，盡管在本發明可能采用術語第一、第二、第三等來描述各種信息，但這些信息不應限于這些術語。這些術語僅用來將同一類型的信息彼此區分開。例如，在不脫離本發明范圍的情況下，第一信息也可以被稱為第二信息，類似地，第二信息也可以被稱為第一信息。取決于語境，如在此所使用的詞語“如果”可以被解釋成為“在……時”或“當……時”或“響應于確定”。

本發明提供一種新型合成甲醇的方法及系統，能較方便合成甲醇。

圖1是本發明的新型合成甲醇的方法的流程示意圖，包括：

在步驟101中，將甲醇與水蒸氣混合在催化劑下重整生成氫氣作為種子的分子氫；

在步驟102中，將所述分子氫在氫化催化劑作用下吸附分解為氫原子或氫離子；

在步驟103中，將所述水蒸氣與所述氫原子或氫離子在氫化催化劑作用下使得水分子被分解為氫分子和氧分子，氫分子與氫原子或氫離子結合生成氫氣；

在步驟104中，將輸入的二氧化碳加氫氣在氫化催化劑作用下變換成一氧化碳；

在步驟105中，將所述一氧化碳與氫氣或將所述二氧化碳與氫氣按設定比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇。

本發明中，一種新型合成甲醇方法，是以氫氣作為種子氫在氫化催化劑下分解生成原子氫或離子氫。水蒸氣和原子氫或離子氫在催化劑下水分子H₂O被分解為1個氫分子和1個氧分子。1個氫分子與2個氫原子結合生成2個氫分子。在1個種子氫催化劑的作用下，水分子H₂O被分解出氫分子和氧分子，水變氫使氫的數量被增加。1個種子氫可生成2個分子氫，2個種子氫可生成4個分子氫，如此類推，增加種子氫的數量就可以增加1倍數量的氫。如此類推，氫的數量被增加，氫作為合成甲醇的原料之一。外部輸入的二氧化碳在催化劑下變換為CO。一氧化碳和部分二氧化碳加氫在合成甲醇催化劑上可以合成液體甲醇和反應水，一半甲醇作為產品甲醇，另一半甲醇制氫作為種子氫與CO₂加氫按化學反應式合成甲醇產品。

本發明一種新型合成甲醇方法，主要是采用甲醇與水混合在催化劑下重整生成氫氣作為種子的分子氫。反應式：

分子氫在氫化催化劑上吸附分解為氫原子或氫離子。反應式：

同時，水蒸氣與氫原子或氫離子在氫化催化劑上水分子3H₂O被分解為氫分子3H₂和3O氧分子，氫分子與氫原子或氫離子結合生成6H₂，氫分子的數量被增加了一倍。反應式：

外部輸入的CO₂加氫在氫化催化劑上變換成CO，反應式：

CO與2H₂或CO₂+3H₂按CH比1:2或1:3在合成甲醇催化劑上合成甲醇。反應式：

甲醇產品一半作為反應式(1-1)原料制氫氣作為種子氫，可以循環使用，另一半作為甲醇產品至精制成化工產品。

在反應過程中，原料消耗的二氧化碳和水，產出產品是化工產品。

工藝流程圖參照圖2和圖3所示，其中圖2是本發明的新型合成甲醇的方法的工藝流程第一示意圖；圖3是本發明的新型合成甲醇的方法的工藝流程第二示意圖。

種子氫3H₂在氫化反應器內生成4H₂，外部二氧化碳在氫化反應器內生成2CO。4H₂+2CO進入合成甲醇反應器在反應器內合成2CH₃OH，經冷卻進入氣液分離器分離出液體甲醇和未反應氣體經壓縮機加壓循環進入氫化反應器。液體甲醇一半在水蒸氣重整反應器產生種子氫3H₂，另一半作為產品甲醇。反應過程中，原料消耗為二氧化碳和脫鹽水。

本發明的工藝技術數據：

1、甲醇水蒸氣重整制種子氫

原料：

(1)甲醇 0.58t

2、氫化反應

(3)二氧化碳

3、合成甲醇反應

上述詳細了本發明的一種新型合成甲醇的方法，以下介紹一種新型合成甲醇的系統。

本發明一種新型合成甲醇的系統，包括甲醇水蒸汽重整制種子氫反應器、氫化反應器、合成甲醇反應器。

圖4是本發明的新型合成甲醇的系統的結構的第一示意圖，圖5是本發明的新型合成甲醇的系統的結構的第二示意圖，圖5更詳細顯示系統的組成構造。

參照圖4，一種新型合成甲醇的系統，包括甲醇水蒸汽重整制種子氫反應器401、氫化反應器402、合成甲醇反應器403。

其中所述甲醇水蒸汽重整制種子氫反應器401，用于將甲醇與水蒸氣混合在催化劑下重整生成氫氣作為種子的分子氫；

所述氫化反應器402，用于將所述分子氫在氫化催化劑作用下吸附分解為氫原子或氫離子；將所述水蒸氣與所述氫原子或氫離子在氫化催化劑作用下使得水分子被分解為氫分子和氧分子，氫分子與氫原子或氫離子結合生成氫氣；將輸入的二氧化碳加氫氣在氫化催化劑作用下變換成一氧化碳；

所述合成甲醇反應器403，用于將所述一氧化碳與氫氣或將所述二氧化碳與氫氣按設定比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇。

參照圖5，反應時，由外部一臺導熱油爐產生熱量，通過導熱油把熱量傳遞給甲醇水蒸汽重整制種子氫反應器1、氫化反應器2、合成甲醇反應器3、加熱器4、蒸發器5、過熱器6、加熱器7，導熱油循環使反應溫度在＞225℃－250℃之間。

(1)甲醇和水混合物由計量泵8、熱交換器9經過加熱器4、蒸發器5、過熱器6進入甲醇水蒸汽重整制種子氫反應器1，甲醇水蒸汽在反應器1內部在催化劑作用下轉變為3H₂分子氫，分子氫種為初始的種子氫與水蒸氣等從反應器出口進入氫化反應器與反應器內部的催化劑上發生反應生成一倍的分子氫。

(2)由外部輸入的二氧化碳原料經過加熱器7進入氫化反應器2與反應器內部的催化劑上發生反應生成一氧化碳。

一氧化碳和分子氫混合氣體由反應器2出口經熱交換器9、冷卻器10、11進入氣液分離器12、氣罐13，氣體經壓縮機14加壓進入儲氣罐15，氣體經過電過熱器16，進入合成甲醇反應器3，壓力在≥5MPa、250℃的條件下，一氧化碳與氫被合成甲醇，甲醇蒸汽從反應器3出口經減壓器17減壓至0.5Mpa進入熱交換器9、冷卻器10、11、氣液分離器12，分離出液體甲醇和未反應氣體，未反應氣體經壓縮回至反應器3，如此循環。

從氣液分離器12底部分離出甲醇一半用于做甲醇水蒸汽制種子氫原料，另一半做為甲醇產品。反應過程中輸入的二氧化碳和水，產出的是甲醇產品。

從上述技術方案可以看出，本發明的方法，將甲醇與水蒸氣混合在催化劑下重整生成氫氣作為種子的分子氫；將所述分子氫在氫化催化劑作用下吸附分解為氫原子或氫離子；將所述水蒸氣與所述氫原子或氫離子在氫化催化劑作用下使得水分子被分解為氫分子和氧分子，氫分子與氫原子或氫離子結合生成氫氣；將輸入的二氧化碳加氫氣在氫化催化劑作用下變換成一氧化碳；最后將所述一氧化碳與氫氣或將所述二氧化碳與氫氣按設定比例在合成甲醇催化劑作用下合成甲醇，這樣就比較方便實現了新型合成甲醇的方法，成本更低，可循環利用，更具有經濟價值。

綜上所述，本發明一種新型合成甲醇的方法和系統，其技術特點是甲醇水蒸汽催化重整制氫為種子氫，種子氫和水蒸汽氫化反應器生成一倍的氫氣，為二氧化碳生成甲醇提供了足夠的氫氣，種子氫參與反應生成甲醇部分作為循環使用，無需外部輸入氫原料或甲醇原料。

上述裝置中各個單元的功能和作用的實現過程具體詳見上述方法中對應步驟的實現過程，在此不再贅述。

對于裝置實施例而言，由于其基本對應于方法實施例，所以相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本發明方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

以上對本發明實施例所提供的技術方案，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。