并與其混合，然后脫硫以生產(chǎn)天然氣和氫進(jìn)料流282。重要的是注意到，若再循環(huán)氫源于氫分離單元521，則在本實(shí)施方案中可能不需要?dú)鋲嚎s機(jī)590，因?yàn)閮H通過高壓甲醇排放566對其供料。
[0053]通過將在合成氣比率管理區(qū)段500生產(chǎn)的氫氣522的一部分523與冷卻合成氣流27 2組合，將組合流5 30的比率調(diào)節(jié)為在約2.0-2.2的期望范圍內(nèi)。通過適合地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向至變換反應(yīng)器502的直接冷卻合成氣的量和返回與冷卻合成氣流272組合的氫氣的量，控制精確比率。來自氫變壓吸附單元520的尾氣或排氣流出物524通常具有約240BTU/SCf的較高熱值，且可用作基于氧傳輸膜的重整系統(tǒng)201中的管道燃燒器226所用的燃料。使用尾氣或排氣524作為用于基于氧傳輸膜的重整系統(tǒng)201中的管道燃燒器226的燃料，減少系統(tǒng)200的天然氣總消耗。
[0054]隨后將具有約2.0-2.2的調(diào)節(jié)比率的組合流530在壓縮機(jī)532中壓縮至llOOpsia-1500psia的壓力，并與甲醇再循環(huán)流534混合。該壓縮合成氣和甲醇再循環(huán)的混合流536在換熱器538中通過合成甲醇流540間接加熱至約175°C_300°C的溫度。將加熱的流542引導(dǎo)至甲醇合成反應(yīng)器550。在該甲醇合成反應(yīng)器550中，消耗氫、一氧化碳和二氧化碳以在放熱過程中經(jīng)以下反應(yīng)生產(chǎn)甲醇和水:
[0055]C0+2H2^CH30H
[0056]C02+3H2^CH30H+H20
[0057]在甲醇合成反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量用于蒸汽生產(chǎn)和/或用于預(yù)熱合成氣進(jìn)料。在甲醇反應(yīng)器出口的溫度通常為約200°C_約260°C。該甲醇合成流540在換熱器538和冷卻器558中冷卻至約38°C，然后進(jìn)入分離器560，其中主要含有甲醇、水和微量的其它物類(例如二甲醚、乙醇和高級醇)的粗甲醇流562在底部分離，并被送到進(jìn)一步的蒸餾步驟用于最終純化。來自分離器560的大部分塔頂流564經(jīng)由再循環(huán)壓縮機(jī)570再循環(huán)回到甲醇合成反應(yīng)器550，以增加碳到甲醇的轉(zhuǎn)化率。需要再循環(huán)壓縮機(jī)570以補(bǔ)償跨甲醇合成反應(yīng)器550和輔助設(shè)備例如換熱器和冷卻器的壓降。
[0058]塔頂流564的小部分(通常約1%_4%)從甲醇合成回路600排放，以防止在甲醇合成回路600中積累惰性物質(zhì)。排放流566的典型組成如下:75 %氫、3 % 二氧化碳、12 % 二氧化碳、3%氮和7%甲烷，具有約325BTU/scf的較高熱值。甲醇回路排放流566作為補(bǔ)充流入物流進(jìn)料至另一個氫分離設(shè)備521，例如另一個氫變壓吸附單元或氫分離膜，以補(bǔ)充氫回收。氫分離設(shè)備521產(chǎn)生較高壓力的氫流527，其可直接進(jìn)料至壓縮機(jī)532的中間階段。雖然未顯示，但一部分甲醇回路排放流566還可再循環(huán)至基于氧傳輸膜的重整系統(tǒng)。
[0059 ]應(yīng)注意到，所示例說明的實(shí)施方案改進(jìn)合成氣比率以使其適用(amenab 1 e)于甲醇合成。然而，該布置需要另外的資本費(fèi)用，以添加變換反應(yīng)器、分離罐、氫變壓吸附單元、氫壓縮機(jī)和若干個換熱器。
[0060]圖5顯示甲醇生產(chǎn)方案的又一個實(shí)施方案，使用基于氧傳輸膜的重整系統(tǒng)和裝置，所述裝置還配置來進(jìn)行一級重整過程、二級重整過程和合成氣調(diào)節(jié)過程。在許多方面，圖5的該實(shí)施方案還類似于圖3的實(shí)施方案，且為了簡潔，在此將不重復(fù)兩個實(shí)施方案的共同方面的說明，而以下討論將集中在圖3和圖5實(shí)施方案之間的區(qū)別。
[0061]比較圖3中顯示的實(shí)施方案與圖5中顯示的實(shí)施方案之間的顯著差別是包括替代的合成氣比率管理區(qū)段700。在示例說明的實(shí)施方案中，合成氣比率管理區(qū)段700包含高壓氫變壓吸附單元720。甲醇排放流766，其通常在1050psia-1450psia的壓力，取決于甲醇合成反應(yīng)器750的操作壓力，將其作為流入物流引導(dǎo)至生產(chǎn)氫氣流出物722和尾氣或排氣流出物724的氫變壓吸附單元720。雖然氫變壓吸附單元720可設(shè)計(jì)成在甲醇排放流的壓力下操作，期望設(shè)計(jì)氫變壓吸附單元720，以在600-800psia范圍內(nèi)的壓力下操作，以與合成氣壓縮機(jī)732中第一壓縮階段出口的壓力匹配。一部分氫氣流出物723，優(yōu)選約85體積％-95體積％，被回收并最終在壓縮機(jī)732中與冷卻合成氣流272混合，如圖5中所示。
[0062]剩余部分的氫氣流出物725，優(yōu)選約5體積％_15體積%，被引導(dǎo)至天然氣進(jìn)料283并與其混合，然后脫硫以生產(chǎn)天然氣和氫進(jìn)料流282。然而，不同于圖4的實(shí)施方案，如果氫變壓吸附單元720配置來在約600psia-800psia下操作，則在本實(shí)施方案中可能不需要?dú)鋲嚎s機(jī)，因?yàn)閮H通過高壓甲醇排放流766對其供料。來自氫變壓吸附單元720的尾氣或排氣流出物724連同天然氣228用作管道燃燒器226中燃料的一部分。
[0063]通過將合成氣比率管理區(qū)段700中生產(chǎn)的氫氣723的一部分與冷卻合成氣流272組合，將組合流730的比率調(diào)節(jié)為在約2.0-2.2的期望范圍內(nèi)。通過適合地調(diào)節(jié)返回與冷卻合成氣流27 2組合的氫氣的量來控制精確的比率。類似于圖4的實(shí)施方案，來自氫變壓吸附單元720的尾氣或排氣流出物724可用作基于氧傳輸膜的重整系統(tǒng)201中的管道燃燒器226的燃料，這減少系統(tǒng)的天然氣總消耗。尾氣或排氣524具有約240BTU/scf的熱值。
[0064]將冷卻合成氣流272和部分氫流723組合并在壓縮機(jī)732中壓縮至llOOpsia-1500psia的壓力，并與在下文中描述的甲醇再循環(huán)流734混合。該壓縮合成氣和甲醇再循環(huán)的混合流736通過合成甲醇流740在換熱器738中間接加熱至約175°C_300°C的溫度。將加熱流742引導(dǎo)至甲醇合成反應(yīng)器750。在該甲醇合成反應(yīng)器750中，消耗氫、一氧化碳和二氧化碳以生產(chǎn)甲醇和水。
[0065]如上，在放熱的甲醇合成反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量優(yōu)選用于蒸汽生產(chǎn)和/或用于預(yù)熱通往甲醇合成反應(yīng)器的合成氣進(jìn)料。在甲醇反應(yīng)器出口的溫度通常為約200°C_約260°C。該甲醇合成流740在換熱器738和冷卻器758中冷卻至約38°C，然后進(jìn)入分離器760，其中主要含有甲醇、水和微量的其它物類(例如二甲醚、乙醇和高級醇)的粗甲醇流762在底部分離，并被送到進(jìn)一步的蒸餾步驟用于最終純化。來自分離器760的大部分塔頂流764經(jīng)由再循環(huán)壓縮機(jī)770再循環(huán)回到甲醇合成反應(yīng)器750，以增加碳到甲醇的轉(zhuǎn)化率。需要再循環(huán)壓縮機(jī)770以補(bǔ)償跨甲醇合成反應(yīng)器750和輔助設(shè)備例如換熱器和冷卻器的壓降。
[0066]—部分塔頂流764，通常約4%_10%，從甲醇合成回路800排出，以防止惰性物質(zhì)積累。圖5的實(shí)施方案中的排放流766的典型組成如下:75 %氫、4 % 二氧化碳、15 % 二氧化碳、2 %氮和4%甲烷，具有約300BTU/scf的熱值。如上所指出，甲醇回路排放流766作為一級流入物流進(jìn)料到氫變壓吸附單元720，如圖5中所示。
[0067]在系統(tǒng)啟動期間，將部分壓縮合成氣650的一部分作為流入物流優(yōu)選從合成氣壓縮機(jī)732的中間階段進(jìn)料至氫變壓吸附單元，以獲得期望的合成氣比率，直到甲醇回路800是可操作的，且可通過來自甲醇回路800的排放流766完全滿足需求。
[0068]應(yīng)注意到圖5的實(shí)施方案，與圖4的實(shí)施方案類似的是，生產(chǎn)相同量的甲醇和提高合成氣比率，但與圖4的實(shí)施方案不同的是，圖5的布置需要較少資本費(fèi)用，因?yàn)椴恍枰儞Q反應(yīng)器、分離罐和若干個換熱器，降低氫分離系統(tǒng)的復(fù)雜性。例如，圖4的一個實(shí)施方案含有高壓氫分離單元521(例如高壓氫變壓吸附單元)和低壓氫變壓吸附單元520。相反的是，圖5的相應(yīng)實(shí)施方案包括一個氫變壓吸附單元720。
[0069]對圖4和5中呈現(xiàn)的實(shí)施方案的可能改進(jìn)包括，當(dāng)將甲醇排放物的壓力從甲醇回路中的約1300psia高壓下降到用于基于氧傳輸膜的重整器或氫變壓吸附單元的約300psia的較低壓力時，使用渦輪膨脹器以回收能量。另一個可能的改進(jìn)包括使用氫分離膜以從甲醇排放流分離氫，代替在氫變壓吸附單元中分離。
[0070]對圖3-5中呈現(xiàn)的實(shí)施方案的進(jìn)一步改進(jìn)包括，使用天然氣火焰加熱器，代替或補(bǔ)充用布置在基于氧傳輸膜的重整系統(tǒng)的保留物管道內(nèi)的盤管的間接換熱，以加熱一種或多種以下的流:天然氣和氫進(jìn)料流、混合進(jìn)料流、和進(jìn)入的空氣流，和/或從飽和蒸汽產(chǎn)生過熱蒸汽。在這種情況下，來自比率管理區(qū)段中的氫分離系統(tǒng)的一些尾氣或排氣流出物可用作火焰加熱器中的燃料。使用天然氣火焰加熱器特別有利于促進(jìn)基于氧傳輸膜的重整系統(tǒng)和裝置的啟動。
[0071]雖然已經(jīng)采用多種方式表現(xiàn)本發(fā)明的特征和針對優(yōu)選實(shí)施方案描述本發(fā)明，但如本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到的，在不脫離所