本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體而言，涉及一種甲醇合成裝置及甲醇合成方法。

背景技術(shù)：

甲醇是制備烯烴類(lèi)化合物的主要原料之一，隨著烯烴類(lèi)化合物用途的不斷拓展，甲醇的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大。目前，工業(yè)甲醇是由含CO、CO₂、H₂的合成氣在一定的溫度、壓力及催化劑的作用下化合而成。

甲醇合成是一種可逆的、受熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制的強(qiáng)放熱反應(yīng)。甲醇合成由于其平衡常數(shù)較小，系統(tǒng)中生成的甲醇對(duì)正反應(yīng)的抑制作用較強(qiáng)，對(duì)于單程反應(yīng)，即使反應(yīng)達(dá)到熱力學(xué)平衡，甲醇的轉(zhuǎn)化率依然較低。因此，現(xiàn)有的甲醇合成工藝針對(duì)其反應(yīng)特點(diǎn)，采用反應(yīng)出口氣相循環(huán)的方法，提高甲醇總收率，即合成氣在甲醇合成反應(yīng)器中生成含甲醇?xì)怏w，含甲醇?xì)怏w經(jīng)冷卻后被輸送至粗甲醇分離器進(jìn)行氣液分離，分離得到的大部分氣相經(jīng)循環(huán)氣壓縮機(jī)增壓后，循環(huán)至甲醇合成反應(yīng)器中繼續(xù)進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)。根據(jù)氣源組分不同，甲醇合成循環(huán)比一般為5～10。

現(xiàn)有工藝中，大量循環(huán)氣的使用，不但大幅增加了系統(tǒng)動(dòng)力消耗，還稀釋了反應(yīng)物中的有效組分(通常指CO和CO₂)的濃度，降低了反應(yīng)速率。同時(shí)，由于循環(huán)機(jī)理的存在，合成其中的惰性氣體(如N₂、Ar、CH₄等)在循環(huán)過(guò)程中不斷累積，必須通過(guò)排放一定量的馳放氣來(lái)控制系統(tǒng)中惰性氣體的濃度，馳放氣的排放也帶走了大量的有效組分，因此為了盡量減少馳放氣排放，現(xiàn)有甲醇合成工藝對(duì)原料氣源和前段造氣工段的要求較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種甲醇合成裝置，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)其能夠利用較少地能源完成反應(yīng)，且甲醇生產(chǎn)率高。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種甲醇合成方法，其能夠利用較少的能耗達(dá)到較高轉(zhuǎn)化率地生產(chǎn)甲醇。

本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種甲醇合成裝置，包括從前至后依次排列的N個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)。反應(yīng)結(jié)構(gòu)包括甲醇合成反應(yīng)器和氣液分離器。甲醇合成反應(yīng)器具備反應(yīng)物進(jìn)口和物料出口。氣液分離器具備物料進(jìn)口、氣相出口和液相出口。反應(yīng)結(jié)構(gòu)中，甲醇合成反應(yīng)器的物料出口與氣液分離器的物料進(jìn)口連通。相鄰的兩個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)之間，前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的氣液分離器的氣相出口與后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口連通。N為大于等于2的正整數(shù)。

甲醇合成裝置，在兩個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)中，利用前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的氣液分離器的氣相出口與后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口連通，以此對(duì)反應(yīng)物料的多級(jí)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了甲醇的多級(jí)合成反應(yīng)，且不會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中循環(huán)氣稀釋反應(yīng)物中有效組分、惰性氣體在循環(huán)時(shí)不斷累積和消耗大量能源的問(wèn)題。這樣的裝置能耗低、效率高。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述反應(yīng)結(jié)構(gòu)還包括換熱器，換熱器具有低溫流體流道和高溫流體流道。反應(yīng)結(jié)構(gòu)中，換熱器的低溫流體流道出口與甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口連通。相鄰的兩個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)之間，前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的氣液分離器的氣相出口與后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的換熱器的低溫流體流道進(jìn)口連通。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述N個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的換熱器集成為一體。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述反應(yīng)結(jié)構(gòu)中，換熱器的高溫流體流道的進(jìn)口與甲醇合成反應(yīng)器的物料出口連通，換熱器的高溫流體流道的出口與氣液分離器的物料進(jìn)口連通。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述反應(yīng)結(jié)構(gòu)還包括冷卻器。冷卻器的進(jìn)口與甲醇合成反應(yīng)器的物料出口連通，冷卻器的出口與氣液分離器的物料進(jìn)口連通。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述N個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的冷卻器集成為一體。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述相鄰的兩個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)之間，前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的氣液分離器的液相出口與后一個(gè)氣液分離器的物料進(jìn)口連通。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述甲醇合成裝置還包括氫氣回收裝置，氫氣回收裝置具有回收進(jìn)口、回收出口和廢氣出口。氫氣回收裝置的回收進(jìn)口與最后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)中的氣液分離器的氣相出口連通，氫氣回收裝置的回收出口與第一個(gè)甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口連通。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述N個(gè)甲醇合成反應(yīng)器集成為一體。

一種甲醇合成方法，其包括通過(guò)第1級(jí)甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口將合成氣引入第1級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，得到第1級(jí)反應(yīng)物料。第1級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)的第1級(jí)反應(yīng)物料經(jīng)第1級(jí)甲醇合成反應(yīng)器的物料出口引出，并經(jīng)過(guò)冷卻后通過(guò)第1級(jí)氣液分離器的物料進(jìn)口送入第1級(jí)氣液分離器，分離得到氣相和粗甲醇。第1級(jí)氣液分離器內(nèi)的粗甲醇經(jīng)第1級(jí)氣液分離器的液相出口排出，完成第1級(jí)反應(yīng)。第1級(jí)氣液分離器內(nèi)的氣相經(jīng)第1級(jí)氣液分離器的氣相出口引出，并送入第2級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，得到第2級(jí)反應(yīng)物料。第2級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)的第2級(jí)反應(yīng)物料經(jīng)第2級(jí)甲醇合成反應(yīng)器的物料出口引出，并經(jīng)過(guò)冷卻后通過(guò)第2級(jí)氣液分離器的物料進(jìn)口送入第2級(jí)氣液分離器，分離得到氣相和粗甲醇。第2級(jí)氣液分離器內(nèi)的粗甲醇經(jīng)第2級(jí)氣液分離器的液相出口排出，完成第2級(jí)反應(yīng)。依次類(lèi)推，直至第N-1級(jí)氣液分離器內(nèi)的氣相經(jīng)第N-1級(jí)氣液分離器的氣相出口引出，并送入第N級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，得到第N級(jí)反應(yīng)物料。第N級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)的第N級(jí)反應(yīng)物料經(jīng)第N級(jí)甲醇合成反應(yīng)器的物料出口引出，并經(jīng)過(guò)冷卻后通過(guò)第N級(jí)氣液分離器的物料進(jìn)口送入第N級(jí)氣液分離器，分離得到氣相和粗甲醇。第N級(jí)氣液分離器內(nèi)的粗甲醇經(jīng)第N級(jí)氣液分離器的液相出口排出，完成第N級(jí)反應(yīng)。其中N為大于等于2的正整數(shù)。

這種甲醇合成方法利用相鄰兩級(jí)反應(yīng)中，前一級(jí)的甲醇合成反應(yīng)器產(chǎn)生的物料經(jīng)冷卻后通過(guò)氣液分離器的分離得到氣相，該氣相進(jìn)入后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口參與甲醇合成反應(yīng)。這樣就完成了多級(jí)反應(yīng)且每級(jí)都能分離、收集甲醇的目的，從而最大程度地促進(jìn)反應(yīng)往正方向進(jìn)行，提高了甲醇的合成效率，且不會(huì)消耗大量的能源。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述在每一級(jí)反應(yīng)中，合成氣或氣相經(jīng)過(guò)換熱器預(yù)熱后進(jìn)入甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述在每一級(jí)反應(yīng)中，甲醇合成反應(yīng)器的物料出口引出的反應(yīng)物料經(jīng)冷卻器冷卻后送入氣液分離器。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述相鄰的兩級(jí)反應(yīng)中，上一級(jí)反應(yīng)的氣液分離器的分離的粗甲醇通過(guò)下一級(jí)反應(yīng)的氣液分離器的物料進(jìn)口送入氣液分離器中。

在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，上述最后一級(jí)反應(yīng)的氣液分離器分離的尾氣經(jīng)過(guò)氫氣回收裝置處理得到氫氣，氫氣通過(guò)第1級(jí)反應(yīng)中的甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口進(jìn)入甲醇合成反應(yīng)器參與反應(yīng)。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：

一種甲醇合成裝置的效果在于，在相鄰的反應(yīng)結(jié)構(gòu)之間，通過(guò)將前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的氣液分離器分離的氣相物料送入后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的甲醇合成反應(yīng)器中，使得反應(yīng)物料可以逐級(jí)反應(yīng)，進(jìn)而多級(jí)反應(yīng)、逐級(jí)分離并收集甲醇，實(shí)現(xiàn)甲醇反應(yīng)的高轉(zhuǎn)化率和低能耗的目的。

一種甲醇合成方法的效果在于，通過(guò)將前一級(jí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的反應(yīng)物料冷卻后，經(jīng)過(guò)氣液分離器分離的氣相物料送入后一級(jí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的甲醇合成反應(yīng)器中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不斷移除反應(yīng)產(chǎn)物，促使甲醇合成反應(yīng)往正方向進(jìn)行，從而達(dá)到甲醇反應(yīng)的高效率、低能耗的目的。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中甲醇合成裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中反應(yīng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中甲醇合成反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中氣液分離器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中冷卻介質(zhì)供給裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中氫氣回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中甲醇合成裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例1中甲醇合成裝置的第三種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明實(shí)施例2中甲醇合成方法的流程圖。

圖標(biāo)：100-甲醇合成裝置；100a-反應(yīng)結(jié)構(gòu)；110-甲醇合成反應(yīng)器；112-反應(yīng)物進(jìn)口；114-物料出口；116-冷卻介質(zhì)進(jìn)口；118-冷卻介質(zhì)出口；120-換熱器；122-低溫流體流道；124-高溫流體流道；130-冷卻器；140-氣液分離器；142-物料進(jìn)口；144-氣相出口；146-液相出口；150-氫氣回收裝置；152-回收進(jìn)口；154-回收出口；156-廢氣出口；160-冷卻介質(zhì)供給裝置；162-冷卻介質(zhì)排出口；164-冷卻介質(zhì)回流口；170-壓縮機(jī)；200-甲醇合成方法。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。

因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類(lèi)似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)中指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，或者是該發(fā)明產(chǎn)品使用時(shí)慣常擺放的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，還需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“設(shè)置”、“連通”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

實(shí)施例1

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例提供一種甲醇合成裝置100，其包括多個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a和冷卻介質(zhì)供給裝置160。

甲醇合成裝置100包括從前至后依次排列的N個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a。反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a包括甲醇合成反應(yīng)器110和氣液分離器140(參照?qǐng)D2)。甲醇合成反應(yīng)器110具備反應(yīng)物進(jìn)口112和物料出口114(參照?qǐng)D3)。氣液分離器140具備物料進(jìn)口142、氣相出口144和液相出口146(參照?qǐng)D4)。反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中，甲醇合成反應(yīng)器110的物料出口114與氣液分離器140的物料進(jìn)口142連通。相鄰的兩個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a之間，前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的氣液分離器140的氣相出口144與后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的甲醇合成反應(yīng)器110的反應(yīng)物進(jìn)口112連通。N為大于等于2的正整數(shù)。進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，N等于8。

在本發(fā)明的本實(shí)施例中，反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a還包括換熱器120，換熱器120具有低溫流體流道122和高溫流體流道124(參照?qǐng)D5)。反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中，換熱器120的低溫流體流道122出口與的甲醇合成反應(yīng)器110的反應(yīng)物進(jìn)口112連通。相鄰的兩個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a之間，前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的氣液分離器140的氣相出口144與后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的換熱器120的低溫流體流道122進(jìn)口連通。

進(jìn)一步地，在反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中，換熱器120的高溫流體流道124的進(jìn)口與甲醇合成反應(yīng)器110的物料出口114連通，換熱器120的高溫流體流道124的出口與氣液分離器140的物料進(jìn)口142連通。

在本發(fā)明的本實(shí)施例中，反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a還包括冷卻器130。冷卻器130的進(jìn)口與甲醇合成反應(yīng)器110的物料出口114連通，冷卻器130的出口與氣液分離器140的物料進(jìn)口142連通。

在本發(fā)明的本實(shí)施例中，相鄰的兩個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a之間，前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的氣液分離器140的液相出口146與后一個(gè)氣液分離器140的物料進(jìn)口142連通。由于前一個(gè)氣液分離器140壓力高于后一個(gè)氣液分離器140，部分溶于液相中的二氧化碳因減壓閃蒸出來(lái)，且后一個(gè)的液相的粗甲醇中水的濃度高于前一個(gè)，水的存在會(huì)降低二氧化碳在甲醇中的溶解度，也會(huì)促使溶解的二氧化碳釋放出來(lái)，繼續(xù)參與反應(yīng)，提高甲醇收率。

冷卻介質(zhì)供給裝置160具備冷卻介質(zhì)排出口162和冷卻介質(zhì)回流口164(參照?qǐng)D6)。甲醇合成反應(yīng)器110具備冷卻介質(zhì)進(jìn)口116和冷卻介質(zhì)出口118。冷卻介質(zhì)供給裝置160的冷卻介質(zhì)排出口162與甲醇合成反應(yīng)器110的冷卻介質(zhì)進(jìn)口116連通，甲醇合成反應(yīng)器110的冷卻介質(zhì)出口118與冷卻介質(zhì)供給裝置160的冷卻介質(zhì)回流口164連通。

在本實(shí)施例中，甲醇合成反應(yīng)器110內(nèi)包含催化劑床層側(cè)和冷卻介質(zhì)側(cè)，冷卻介質(zhì)供給裝置160將冷卻介質(zhì)通入甲醇合成反應(yīng)器110內(nèi)的冷卻介質(zhì)側(cè)內(nèi)，以帶走甲醇合成反應(yīng)時(shí)放出的熱量。進(jìn)一步地，冷卻介質(zhì)為冷卻水，冷卻水來(lái)自汽包，冷卻水在甲醇合成反應(yīng)器110內(nèi)吸收熱量后返回汽包。這樣的好處是隨時(shí)帶走甲醇合成反應(yīng)器110內(nèi)的多余熱量，使甲醇反應(yīng)處在一個(gè)較低的、利于反應(yīng)的溫度環(huán)境下，有利于甲醇合成的反應(yīng)向正方向進(jìn)行，即合成甲醇的方向進(jìn)行，保證了合成甲醇的生產(chǎn)率。

在使用時(shí)，在第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中，合成氣通入第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中的換熱器120的低溫流體流道122的進(jìn)口，經(jīng)過(guò)換熱器120預(yù)熱后的合成氣從換熱器120的低溫流體流道122的出口進(jìn)入第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的甲醇合成反應(yīng)器110中進(jìn)行反應(yīng)(甲醇合成反應(yīng)器110中的催化劑可以促進(jìn)甲醇合成的反應(yīng)向正方向進(jìn)行)，甲醇合成反應(yīng)器110中反應(yīng)生成的反應(yīng)物料進(jìn)入該反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的換熱器120的高溫流體流道124中(可以預(yù)熱合成氣)，從高溫流體流道124出口流出的反應(yīng)物料經(jīng)該反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中冷卻器130冷卻后進(jìn)入該反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中的氣液分離器140中，氣液分離器140經(jīng)分離后得到氣相和液相的粗甲醇。

第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a分離的氣相進(jìn)入第二個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的換熱器120的低溫流量流道中，而第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a分離得到的粗甲醇進(jìn)入第二個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的氣液分離器140中。以此類(lèi)推，至到第八個(gè)氣液分離器140排出得到最終的氣相和最終的粗甲醇。

需要說(shuō)明的是，

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，冷卻介質(zhì)供給裝置160的數(shù)量也可以是與甲醇合成反應(yīng)器110的數(shù)量相對(duì)應(yīng)的N個(gè)。其中，每個(gè)甲醇合成反應(yīng)器110有且只對(duì)應(yīng)一個(gè)單獨(dú)的冷卻介質(zhì)供給裝置160。由于冷卻介質(zhì)供給裝置160決定了冷卻水溫度，冷卻水溫度可影響甲醇合成反應(yīng)器110內(nèi)的反應(yīng)溫度，多個(gè)冷卻介質(zhì)供給裝置160即可實(shí)現(xiàn)多級(jí)反應(yīng)在不同的溫度下進(jìn)行，使甲醇合成操作曲線(xiàn)可接近理想曲線(xiàn)，提高甲醇收率。

在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，從甲醇合成反應(yīng)器110出口排出的反應(yīng)物料也可以不通過(guò)換熱器120的高溫流體流道124而直接進(jìn)入冷卻器130中進(jìn)行制冷。使用從甲醇合成反應(yīng)器110出口排出的具有較高溫度的反應(yīng)物料作為換熱器120的熱源是為了節(jié)約能源、降低能耗的目的。

作為一種較優(yōu)的實(shí)施方式，參照?qǐng)D7和圖8，甲醇合成裝置100還包括氫氣回收裝置150，氫氣回收裝置150具有回收進(jìn)口152、回收出口154和廢氣出口156(參照?qǐng)D7)。氫氣回收裝置150的回收進(jìn)口152與最后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中的氣液分離器140的氣相出口144連通(如圖1和圖4所示)，氫氣回收裝置150的回收出口154與第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的換熱器120的低溫流體流道122的入口連通。進(jìn)一步地，在氫氣回收裝置150和第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的換熱器120之間設(shè)置壓縮機(jī)170，氫氣回收裝置150回收的氫氣經(jīng)壓縮后再進(jìn)入第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的換熱器120的低溫流體流道122中(參照?qǐng)D1和圖5所示)。需要說(shuō)明的是，這里示出的是，甲醇合成裝置100包括6個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a，且第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a、第二個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a和第三個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a共用一個(gè)冷卻介質(zhì)供給裝置160；第四個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a、第五個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a和第六個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a共用另一個(gè)冷卻介質(zhì)供給裝置160。這樣的好處是甲醇合成反應(yīng)器110中的反應(yīng)產(chǎn)生的熱量能被更均勻地帶走，且實(shí)現(xiàn)了前三級(jí)反應(yīng)與后三級(jí)反應(yīng)處于不同的反應(yīng)溫度下，操作溫度曲線(xiàn)更接近于理想操作曲線(xiàn)，提高甲醇收率。

氫氣回收裝置150的作用是將最后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的氣液分離器140的氣相中的氫氣回收，循環(huán)至第一個(gè)甲醇合成反應(yīng)器110的入口，如此，增加了氫氣含量，使甲醇合成反應(yīng)向正方向移動(dòng)，增加一氧化碳和二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率。

作為另一種較優(yōu)的實(shí)施方式，參照?qǐng)D1、圖4、圖5和圖9，N個(gè)甲醇合成反應(yīng)器110集成為一體，N個(gè)換熱器120集成為一體，N個(gè)冷卻器130集成為一體，N個(gè)氣液分離器140集成為一體。進(jìn)一步地，集成一體的甲醇合成反應(yīng)器110的物料出口114與集成一體的換熱器120的高溫流體流道124的進(jìn)口連通，高溫流體流道124的出口與集成一體的冷卻器130的進(jìn)口連通，冷卻器130的出口與集成一體的氣液分離器140的物料進(jìn)口142連通，氣液分離器140分離的液相排出得到粗甲醇；氣液分離器140的分離的氣相進(jìn)入換熱器120的低溫流體流道122的入口，經(jīng)過(guò)預(yù)熱后，從換熱器120的低溫流體流道122的出口引出從甲醇合成反應(yīng)器110的進(jìn)口進(jìn)入甲醇合成反應(yīng)器110進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)。冷卻介質(zhì)供給裝置160源源不斷地給甲醇合成反應(yīng)器110的冷卻介質(zhì)側(cè)通入冷卻介質(zhì)以帶走甲醇合成反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。

需要指出的是，集成后的甲醇合成反應(yīng)器110、換熱器120、冷卻器130、氣液分離器140具有N個(gè)相互獨(dú)立的區(qū)域，相應(yīng)裝置連接時(shí)都是和唯一相對(duì)應(yīng)的區(qū)域連通，而不會(huì)出現(xiàn)各個(gè)區(qū)域混合的情況。在這里示出的是N等于5的情況。這樣的作用是將各個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a間的多級(jí)反應(yīng)集成為單個(gè)甲醇合成反應(yīng)器110、單個(gè)換熱器120、單個(gè)冷卻器130和單個(gè)氣液分離器140之間協(xié)作的反應(yīng)，避免了串聯(lián)多個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a引起的體積大、不方便的問(wèn)題。進(jìn)一步地，在一種示出的情況下，換熱器120、冷卻器130采用多通道板翅式換熱結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)換熱器120多股流體同時(shí)換熱；甲醇合成反應(yīng)器110可采用在其內(nèi)部設(shè)置隔板，將甲醇合成反應(yīng)器110分割為N個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)區(qū)域，各個(gè)反應(yīng)區(qū)域具備獨(dú)立的進(jìn)出口，但共用一套冷卻介質(zhì)供給裝置160。

這樣的甲醇合成裝置100具有動(dòng)力消耗低、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、氣源組分要求低、甲醇收率高等特點(diǎn)，具體如下：

1)動(dòng)力消耗低：與現(xiàn)有甲醇合成工藝相比，本發(fā)明無(wú)循環(huán)氣壓縮機(jī)，避免了現(xiàn)有工藝因大量循環(huán)氣(循環(huán)比5～10)而消耗的循環(huán)氣壓縮機(jī)能耗。

2)系統(tǒng)穩(wěn)定性好：現(xiàn)有工藝因設(shè)置有循環(huán)氣壓縮機(jī)，壓縮機(jī)為動(dòng)設(shè)備，故障率高，在應(yīng)用實(shí)例中，甲醇合成裝置100故障有近一半為壓縮機(jī)故障，本發(fā)明無(wú)動(dòng)設(shè)備，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

3)氣源組分要求低：現(xiàn)有工藝，合成氣中的惰性組分(如CH₄、N₂、Ar等)因循環(huán)機(jī)制，在系統(tǒng)中不斷累積，必須通過(guò)排放一定量的馳放氣使其濃度達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，因此現(xiàn)有工藝對(duì)合成氣的組分有較高要求，本發(fā)明無(wú)循環(huán)氣系統(tǒng)，惰性組分在系統(tǒng)中不會(huì)累積，惰性組分的含量對(duì)反應(yīng)的影響較小，因此對(duì)氣源組分的要求較低。

4)甲醇收率高：多級(jí)合成反應(yīng)，在每級(jí)將甲醇分離出系統(tǒng)，再進(jìn)行反應(yīng)，降低反應(yīng)氣體中的甲醇濃度，促使反應(yīng)平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，增加甲醇產(chǎn)量，同時(shí)可設(shè)置多個(gè)汽包，實(shí)現(xiàn)各級(jí)反應(yīng)的溫度不同，使操作曲線(xiàn)趨近于理想曲線(xiàn)，提高甲醇產(chǎn)量。

實(shí)施例2

請(qǐng)參照?qǐng)D10，本實(shí)施例提供一種甲醇合成方法200，包括第1級(jí)到第N級(jí)相互串聯(lián)的反應(yīng)。

通過(guò)第1級(jí)甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口將合成氣引入第1級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，得到第1級(jí)反應(yīng)物料；第1級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)的第1級(jí)反應(yīng)物料經(jīng)第1級(jí)甲醇合成反應(yīng)器的物料出口引出，并經(jīng)過(guò)冷卻后通過(guò)第1級(jí)氣液分離器的物料進(jìn)口送入第1級(jí)氣液分離器，分離得到氣相和粗甲醇；第1級(jí)氣液分離器內(nèi)的粗甲醇經(jīng)第1級(jí)氣液分離器的液相出口排出，完成第1級(jí)反應(yīng)；

第1級(jí)氣液分離器內(nèi)的氣相經(jīng)第1級(jí)氣液分離器的氣相出口引出，并送入第2級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，得到第2級(jí)反應(yīng)物料；第2級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)的第2級(jí)反應(yīng)物料經(jīng)第2級(jí)甲醇合成反應(yīng)器的物料出口引出，并經(jīng)過(guò)冷卻后通過(guò)第2級(jí)氣液分離器的物料進(jìn)口送入第2級(jí)氣液分離器，分離得到氣相和粗甲醇；第2級(jí)氣液分離器內(nèi)的粗甲醇經(jīng)第2級(jí)氣液分離器的液相出口排出，完成第2級(jí)反應(yīng)；

依次類(lèi)推，直至第N-1級(jí)氣液分離器內(nèi)的氣相經(jīng)第N-1級(jí)氣液分離器的氣相出口引出，并送入第N級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，得到第N級(jí)反應(yīng)物料；第N級(jí)甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)的第N級(jí)反應(yīng)物料經(jīng)第N級(jí)甲醇合成反應(yīng)器的物料出口引出，并經(jīng)過(guò)冷卻后通過(guò)第N級(jí)氣液分離器的物料進(jìn)口送入第N級(jí)氣液分離器，分離得到氣相和粗甲醇；第N級(jí)氣液分離器內(nèi)的粗甲醇經(jīng)第N級(jí)氣液分離器的液相出口排出，完成第N級(jí)反應(yīng)；其中N為大于等于2的正整數(shù)。

在本發(fā)明的本實(shí)施例中，在每一級(jí)反應(yīng)中，合成氣或氣相經(jīng)過(guò)換熱器預(yù)熱后進(jìn)入甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口，甲醇合成反應(yīng)器的物料出口引出的反應(yīng)物料經(jīng)冷卻器冷卻后送入氣液分離器。

在相鄰的兩級(jí)反應(yīng)中，上一級(jí)反應(yīng)的氣液分離器的分離的粗甲醇通過(guò)下一級(jí)反應(yīng)的氣液分離器的物料進(jìn)口送入氣液分離器中。

最后一級(jí)反應(yīng)的氣液分離器分離的尾氣經(jīng)過(guò)氫氣回收裝置處理得到氫氣，氫氣通過(guò)第1級(jí)反應(yīng)中的甲醇合成反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)口進(jìn)入甲醇合成反應(yīng)器參與反應(yīng)。

需要說(shuō)明的是，甲醇合成反應(yīng)器可以通入冷卻介質(zhì)以帶走合成甲醇反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的熱量，從而保證合成甲醇能夠在一個(gè)較低的溫度，有利于甲醇合成反應(yīng)向正方向進(jìn)行。

參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖5和圖10，這樣的甲醇合成方法200可以采用實(shí)施例1中的甲醇合成裝置100完成甲醇的合成。進(jìn)一步地，實(shí)施例1中的第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a所進(jìn)行的反應(yīng)對(duì)應(yīng)本實(shí)施例中的第1級(jí)反應(yīng)，實(shí)施例1中的第二個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a所進(jìn)行的反應(yīng)對(duì)應(yīng)本實(shí)施例中的第2級(jí)反應(yīng)，以此類(lèi)推，實(shí)施例1中的第N個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a所進(jìn)行的反應(yīng)對(duì)應(yīng)本實(shí)施例中的第N級(jí)反應(yīng)。

以第1級(jí)反應(yīng)為例，第1級(jí)反應(yīng)通過(guò)實(shí)施例1中的第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a完成。在第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中，合成氣通入第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中的換熱器120的低溫流體流道122的進(jìn)口，經(jīng)過(guò)換熱器120預(yù)熱后的合成氣從換熱器120的低溫流體流道122的出口引出，然后通過(guò)第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的反應(yīng)物進(jìn)口112進(jìn)入第一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的甲醇合成反應(yīng)器110中進(jìn)行反應(yīng)(甲醇合成反應(yīng)器110中的催化劑可以促進(jìn)甲醇合成的反應(yīng)向正方向進(jìn)行)，甲醇合成反應(yīng)器110中反應(yīng)生成的反應(yīng)物料進(jìn)入該反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的換熱器120的高溫流體流道124中(可以預(yù)熱合成氣)，從高溫流體流道124出口流出的反應(yīng)物料經(jīng)該反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中冷卻器130冷卻后進(jìn)入該反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a中的氣液分離器140中，氣液分離器140經(jīng)分離后得到氣相和液相的粗甲醇。從而完成第1級(jí)反應(yīng)。以此類(lèi)推，可以通過(guò)甲醇合成裝置100完成第N級(jí)反應(yīng)。

這樣的甲醇合成方法200利用上一級(jí)的氣液分離器分離的氣相經(jīng)預(yù)熱進(jìn)入下一級(jí)的甲醇合成反應(yīng)器中進(jìn)行甲醇合成反應(yīng)，依次類(lèi)推進(jìn)而完成多級(jí)反應(yīng)的方式合成甲醇。這樣的甲醇合成方法200的效果在于減少了現(xiàn)有工藝因大量循環(huán)氣而消耗的循環(huán)氣壓縮機(jī)能耗；本發(fā)明無(wú)循環(huán)氣系統(tǒng)，惰性組分在系統(tǒng)中不會(huì)累積，惰性組分的含量對(duì)反應(yīng)的影響較小，因此對(duì)氣源組分的要求較低；多級(jí)合成反應(yīng)，在每級(jí)將甲醇分離出系統(tǒng)，再進(jìn)行反應(yīng)，降低反應(yīng)氣體中的甲醇濃度，促使反應(yīng)平衡向生成甲醇的方向移動(dòng)，增加甲醇產(chǎn)量。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例中的甲醇合成裝置100，在相鄰的反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a之間，通過(guò)將前一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的氣液分離器140分離的氣相物料送入后一個(gè)反應(yīng)結(jié)構(gòu)100a的甲醇合成反應(yīng)器110中，使得反應(yīng)物料可以逐漸反應(yīng)，進(jìn)而多個(gè)反應(yīng)、逐個(gè)氣液分離、每個(gè)收集，以實(shí)現(xiàn)甲醇反應(yīng)的高效率、低能耗的反應(yīng)。

本發(fā)明實(shí)施例中的甲醇合成方法200，通過(guò)將前一級(jí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的反應(yīng)物料冷卻后，經(jīng)過(guò)氣液分離器分離的氣相物料送入后一級(jí)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的甲醇合成反應(yīng)器中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不斷移除反應(yīng)產(chǎn)物，促使甲醇合成反應(yīng)往正方向進(jìn)行，從而達(dá)到甲醇反應(yīng)的高效率、低能耗的目的。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。