EA044783B1 - METHOD AND INSTALLATION FOR PRODUCING METHANOL FROM HYDROGEN-ENRICHED SYNTHESIS GAS - Google Patents

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

Настоящее изобретение относится к способу и установке для получения метанола из потока подпиточного газа с низким содержанием водорода, где поток подпиточного газа с низким содержанием водорода смешивают с водородсодержащим потоком с получением потока обогащенного водородом синтезгаза, характеризующегося стехио-метрическим числом не менее 2,0. Настоящее изобретение также относится к применению способа согласно настоящему изобретению или установки согласно настоящему изобретению для получения метанола из подпиточного газа, полученного с помощью автотермического риформинга и/или частичного окисления.The present invention relates to a method and apparatus for producing methanol from a low hydrogen makeup gas stream, wherein the low hydrogen makeup gas stream is mixed with a hydrogen containing stream to produce a hydrogen enriched synthesis gas stream having a stoichiometric number of at least 2.0. The present invention also relates to the use of a method according to the present invention or a plant according to the present invention for producing methanol from feed gas obtained by autothermal reforming and/or partial oxidation.

Уровень техникиState of the art

В крупных промышленных масштабах метанол получают из синтез-газа. Синтез-газ представляет собой смесь преимущественно водорода (H₂), монооксида углерода (СО) и диоксида углерода (СО₂). Он также содержит меньшие количества газообразных составляющих, инертных в условиях синтеза метанола. Монооксид углерода и диоксид углерода часто относят к термину оксиды углерода. В способе, описываемом в настоящее время как синтез метанола при низком давлении, синтез-газ преобразуется в метанол и воду (в качестве обязательно образующегося побочного продукта) при давлении в процессе синтеза от 60 до 120 бар. После сжатия до соответствующего давления процесса синтеза используемый синтез-газ, часто называемый подпиточным газом, пропускают через слой катализатора синтеза метанола при значениях температуры катализатора, обычно составляющих более 200°С. Катализатор синтеза метанола обычно представляет собой композицию, содержащую медь в качестве каталитически активного вещества. В зависимости от режима способа используют один или несколько последовательно расположенных или параллельных реакторов, в каждом из которых находится соответствующий слой катализатора. Превращение оксидов углерода в метанол и воду на катализаторе происходит не полностью из-за установления термодинамического равновесия согласно следующим реакциям:On a large industrial scale, methanol is produced from synthesis gas. Synthesis gas is a mixture of predominantly hydrogen (H ₂ ), carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO ₂ ). It also contains smaller amounts of gaseous constituents that are inert under the conditions of methanol synthesis. Carbon monoxide and carbon dioxide are often referred to as carbon oxides. In the process currently described as low pressure methanol synthesis, the synthesis gas is converted to methanol and water (as a necessary by-product) at a synthesis pressure of 60 to 120 bar. Once compressed to the appropriate synthesis process pressure, the used synthesis gas, often referred to as makeup gas, is passed through a bed of methanol synthesis catalyst at catalyst temperatures typically greater than 200°C. The methanol synthesis catalyst is typically a composition containing copper as the catalytically active substance. Depending on the method mode, one or several reactors located in series or parallel are used, each of which contains a corresponding layer of catalyst. The conversion of carbon oxides into methanol and water on the catalyst does not occur completely due to the establishment of thermodynamic equilibrium according to the following reactions:

СО₂ + 3 Н₂ # СНзОН + Н₂О,CO ₂ + 3 H ₂ # CHzOH + H ₂ O,

СО + 2 Н₂ СНзОН.CO + 2 H ₂ CH3OH.

В результате производственный процесс обычно протекает как процесс рециркуляции в так называемой петле синтеза. Реакционную смесь, полученную из выходного отверстия реактора, охлаждают до температуры ниже температуры кипения метанола с удалением из контура метанола и воды. Непреобра зованный синтез-газ одновременно ре-циркулируется к катализатору синтеза метанола для дальнейшей реакции. Подпоток непреобразованного синтез-газа непрерывно отводится в виде потока продувочного газа во избежание с течением времени увеличения концентрации инертных компонентов в петле синтеза.As a result, the production process usually proceeds as a recycling process in a so-called synthesis loop. The reaction mixture obtained from the reactor outlet is cooled to a temperature below the boiling point of methanol, removing methanol and water from the loop. The unconverted synthesis gas is simultaneously recycled to the methanol synthesis catalyst for further reaction. The unconverted synthesis gas sub-stream is continuously removed as a purge gas stream to avoid an increase in the concentration of inert components in the synthesis loop over time.

Состав подпиточного газа или синтез-газа, как правило, характеризуется так называемым стехиометрическим числом SN, определяемым как п(н₂)-л(со₂) г лThe composition of the makeup gas or synthesis gas is usually characterized by the so-called stoichiometric number SN, defined as p(n ₂ )-l(co ₂ ) g l

SN = _{п т} [_то/]_ п(СО)+п(СО₂)SN = _{p t} [ _to /]_ p(CO)+p(CO ₂ )

Состав подпиточного газа, стехиометрически сбалансированный для синтеза метанола, характеризуется стехиометрическим числом SN, составляющим 2,0. Значения, составляющие меньше 2,0, указывают на недостаток водорода, в то время как значения, превышающие 2,0, указывают на излишек водорода.The makeup gas composition stoichiometrically balanced for methanol synthesis is characterized by a stoichiometric SN of 2.0. Values less than 2.0 indicate a lack of hydrogen, while values greater than 2.0 indicate an excess of hydrogen.

Синтез-газы с низким содержанием водорода, получают, например, с помощью способов, предусматривающих стадию частичного окисления, или при производстве синтез-газа посредством газификации угля. В таком случае водород практически полностью расходуется на синтез метанола, в то время как существенная часть оксидов углерода не подвергается превращению. Это приводит к образованию композиции в петле синтеза, которая характеризуется высокими долями оксидов углерода и низкой долей водорода. А это приводит, среди прочего, к тому, что реактор для синтеза метанола должен быть выполнен с учетом большого объема катализатора и того, что содержание побочных продуктов (особенно высших спиртов и кетонов) будет выше требуемого.Synthesis gases with low hydrogen content are obtained, for example, using processes involving a partial oxidation step, or in the production of synthesis gas through coal gasification. In this case, hydrogen is almost completely consumed in the synthesis of methanol, while a significant part of the carbon oxides does not undergo conversion. This leads to the formation of a composition in the synthesis loop, which is characterized by high proportions of carbon oxides and low proportions of hydrogen. And this leads, among other things, to the fact that the reactor for methanol synthesis must be designed taking into account the large volume of catalyst and the fact that the content of by-products (especially higher alcohols and ketones) will be higher than required.

Чтобы также обеспечить перспективное применение синтез-газа с низким содержанием водорода в крупных промышленных масштабах во время получения метанола, стехиометрическое число синтез-газа может быть отрегулировано до требуемого значения, составляющего не меньше двух, например, с использованием водорода из установки для извлечения водорода. Это возможно, например, за счет извле чения водорода из продувочного потока.To also enable the prospective use of low-hydrogen synthesis gas on a large industrial scale during methanol production, the stoichiometric number of the synthesis gas can be adjusted to a desired value of at least two, for example by using hydrogen from a hydrogen recovery unit. This is possible, for example, by extracting hydrogen from the purge flow.

В документе ЕР 3205622 В1 раскрывается способ, где непреобразованный синтез-газ, называемый остаточным газом, частично направляют (в виде продувочного газа) на ступень извлечения водорода. Он обеспечивает водородсодержащий поток, который смешивается с потоком подпиточного газа. Полученную смесь затем сжимают до давления процесса синтеза и преобразуют в метанол.EP 3205622 B1 discloses a process where unconverted synthesis gas, called tail gas, is partially passed (as purge gas) to a hydrogen recovery step. It provides a hydrogen-containing stream that mixes with the make-up gas stream. The resulting mixture is then compressed to synthesis process pressure and converted to methanol.

Однако количества водорода, получаемые из частичного потока непреобразованного синтез-газа, часто недостаточны для получения синтез-газа, характеризующегося достаточно высоким стехиометрическим числом. Например, для синтез-газов с очень низким содержанием водорода может потребоваться настолько высокая доля продувочного потока для извлечения водорода, что петля синтеза должна либо работать при низких значениях давления, либо должно быть установлено низкое соотношение потокаHowever, the amounts of hydrogen produced from the partial stream of unconverted synthesis gas are often insufficient to produce synthesis gas having a sufficiently high stoichiometric number. For example, synthesis gases with very low hydrogen content may require such a high purge flow ratio to recover hydrogen that the synthesis loop must either be operated at low pressures or the flow ratio must be set to low.

- 1 044783 рециркуляционного газа и потока подпиточного газа.- 1 044783 recycle gas and make-up gas flow.

Для преодоления этих недостатков также возможно отводить часть подпиточного газа выше по потоку относительно синтеза метанола и направлять его на ступень извлечения водорода. Недостатком такой схемы является то, что на ступени извлечения водорода часть водорода теряется до того, как он попадет в контур синтеза. Кроме того, после обогащения этим водородом синтез-газ характеризуется стехиометрическим числом больше двух, что может привести к тому, что поток продувочного газа, не используемый в этом случае, может содержать значительное количество непреобразованного водорода.To overcome these disadvantages, it is also possible to divert part of the make-up gas upstream of the methanol synthesis and direct it to the hydrogen recovery stage. The disadvantage of this scheme is that at the stage of hydrogen extraction, part of the hydrogen is lost before it enters the synthesis loop. In addition, once enriched with this hydrogen, the synthesis gas has a stoichiometric number greater than two, which may result in a purge gas stream not used in this case containing a significant amount of unconverted hydrogen.

Следовательно, в документе US 7786180 В2 предложена подача на ступень извлечения водорода смешанного потока из подпиточного газа и продувочного газа для того, чтобы по меньшей мере частично преодолеть вышеупомянутые недостатки. Недостаток этой схемы заключается, например, в том, что поток подпиточного газа должен быть дросселирован с помощью клапана снижения давления, чтобы по меньшей мере выровнять перепад давления, создаваемый ступенью извлечения водорода. Таким образом, потеря давления в трубопроводе подпиточного газа должна быть компенсирована при последующем сжатии до давления процесса синтеза.Therefore, US 7,786,180 B2 proposes supplying the hydrogen recovery stage with a mixed stream of make-up gas and purge gas in order to at least partially overcome the above-mentioned disadvantages. The disadvantage of this arrangement is, for example, that the make-up gas flow must be throttled by a pressure reduction valve to at least equalize the pressure drop created by the hydrogen recovery stage. Thus, the pressure loss in the makeup gas pipeline must be compensated for by subsequent compression to the synthesis process pressure.

Описание изобретенияDescription of the invention

Целью настоящего изобретения является обеспечение способа и установки для получения метанола, которые по меньшей мере частично преодолевают недостатки предшествующего уровня техники. В частности, целью настоящего изобретения является обеспечение способа и установки, не требующих дросселирования основного потока подпиточного газа с помощью устройства для снижения давления.The object of the present invention is to provide a method and apparatus for producing methanol that at least partially overcomes the disadvantages of the prior art. In particular, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus that does not require throttling of the main feed gas flow by means of a pressure reducing device.

В независимых пунктах формулы изобретения обеспечен вклад в по меньшей мере частичное достижение по меньшей мере одной из вышеупомянутых целей. В зависимых пунктах формулы изобретения обеспечены предпочтительные варианты осуществления, которые вносят вклад в по меньшей мере частичное достижение по меньшей мере одной из целей. Предпочтительные варианты осуществления составляющих из категории согласно настоящему изобретению, являются, в подходящих случаях, также предпочтительными для одинаково названных или соответствующих составляющих из соответственно другой категории согласно настоящему изобретению.The independent claims contribute to at least partially achieving at least one of the above-mentioned objects. The dependent claims provide preferred embodiments that contribute to at least partially achieving at least one of the objects. Preferred embodiments of constituents from a category according to the present invention are, where appropriate, also preferred for similarly named or corresponding constituents from a correspondingly different category according to the present invention.

Термины имеющий, предусматривающий или содержащий и т.п. не исключают возможного наличия дополнительных элементов, составных частей и т.п. Форма единственного числа не исключает возможного наличия множества.Terms having, providing for or containing, etc. do not exclude the possible presence of additional elements, components, etc. The singular form does not exclude the possible presence of a plurality.

Вышеупомянутые цели по меньшей мере частично достигаются с помощью способа получения метанола, где поток подпиточного газа из установки для риформинга, содержащий водород и оксиды углерода, смешивают с водородсодержащим потоком со ступени извлечения водорода с получением потока обогащенного водородом синтез-газа, характеризующегося стехиометрическим числом SN, определяемым как SN=[n(Н₂)-n(СО₂)]/[n(СО)+n(СО₂)] и составляющим не менее 2,0, и при этом поток обогащенного водородом синтез-газа объединяют с потоком остаточного газа и поток обогащенного водородом синтез-газа и поток остаточного газа пропускают через слой катализатора синтеза метанола при повышенном давлении и повышенной температуре с получением потока продукта, содержащего метанол и поток остаточного газа, и при этом поток продукта охлаждают с удалением метанола из потока остаточного газа. Согласно настоящему изобретению предусмотрено, что часть потока остаточного газа удаляют в виде потока продувочного газа, и часть потока обогащенного водородом синтез-газа удаляют и объединяют с потоком продувочного газа с получением смешанного потока синтез-газа, и смешанный поток синтез-газа направляют на ступень извлечения водорода с получением водородсодержащего потока.The above objectives are at least partially achieved by a methanol production process wherein a reformer make-up gas stream containing hydrogen and carbon oxides is mixed with a hydrogen-containing stream from the hydrogen recovery stage to produce a hydrogen-enriched synthesis gas stream having a stoichiometric number SN, defined as SN=[n(H ₂ )-n(CO ₂ )]/[n(CO)+n(CO ₂ )] and being at least 2.0, and the stream of hydrogen-enriched synthesis gas is combined with the stream the residual gas and the hydrogen-enriched synthesis gas stream and the residual gas stream are passed through a bed of methanol synthesis catalyst at elevated pressure and elevated temperature to produce a product stream containing methanol and the residual gas stream, and wherein the product stream is cooled to remove methanol from the residual gas stream . The present invention provides that a portion of the residual gas stream is removed as a purge gas stream, and a portion of the hydrogen-enriched synthesis gas stream is removed and combined with the purge gas stream to produce a mixed synthesis gas stream, and the mixed synthesis gas stream is sent to a recovery step. hydrogen to produce a hydrogen-containing stream.

В настоящем изобретении не предусмотрена подача потока подпиточного газа и потока продувочного газа, отведенного из потока остаточного газа, на ступень извлечения водорода, а наоборот, предусмотрена подача потока обогащенного водородом синтез-газа, уже отрегулированного по количеству водорода до стехиометрического числа не менее 2,0, на ступень извлечения водорода вместе с потоком продувочного газа. Это позволяет отказаться от дросселирования потока подпиточного газа для отведения части потока подпиточного газа в направлении ступени извлечения водорода. Исследования также показали, что режим способа согласно настоящему изобретению позволяет добиться экономии в отношении требуемой энергии сжатия.The present invention does not provide for the supply of a make-up gas stream and a purge gas stream removed from the residual gas stream to the hydrogen recovery stage, but, on the contrary, provides for the supply of a stream of hydrogen-enriched synthesis gas, already adjusted in the amount of hydrogen to a stoichiometric number of at least 2.0 , to the hydrogen extraction stage along with the purge gas flow. This makes it possible to avoid throttling the feed gas flow to divert part of the feed gas flow in the direction of the hydrogen extraction stage. Studies have also shown that the method mode of the present invention allows for savings in terms of the required compression energy.

Поток подпиточного газа предпочтительно представляет собой поток синтез-газа из установки для риформинга, который имеет главным образом низкое содержание водорода, и поэтому стехиометрическое число подпиточного газа составляет, в частности, меньше 2,0. Такой поток подпиточного газа получают, главным образом, в установке для риформинга, которая предусматривает стадию частичного окисления углеродсодержащего нагнетаемого газа с получением синтез-газа. Например, поток подпиточного газа может быть получен посредством автотермического риформинга углеродсодержащего нагнетаемого газа. Нагнетаемый газ предпочтительно представляет собой природный газ. Поток подпиточного газа также можно получить посредством газификации угля. Перед смешиванием с водородсодержащим потоком и сжатием до давления процесса синтеза поток подпиточного газа охлаждают до температуры, составляющей предпочтительно не более 40°С, для конденсации и удаления воды. Поток подпиточного газа обычно характеризуется давлением от 35 до 60 бар, поэтому перед конверсией на катализаторе синтеза метанола требуется дополнительное сжатие до давления процесса синтеза.The makeup gas stream is preferably a synthesis gas stream from the reformer which has a substantially low hydrogen content and therefore the stoichiometric number of the makeup gas is in particular less than 2.0. This feed gas stream is produced primarily in a reformer that includes a step of partially oxidizing the carbonaceous feed gas to produce synthesis gas. For example, the feed gas stream may be produced by autothermal reforming of the carbonaceous feed gas. The injection gas is preferably natural gas. The make-up gas stream can also be obtained through coal gasification. Before being mixed with the hydrogen-containing stream and compressed to synthesis pressure, the make-up gas stream is cooled to a temperature of preferably no more than 40° C. to condense and remove water. The feed gas stream is typically between 35 and 60 bar, so additional compression to synthesis process pressure is required before conversion onto the methanol synthesis catalyst.

- 2 044783- 2 044783

Установка для риформинга может содержать блок конверсии (риформинга) газообразного углеродсодержащего исходного материала или твердого углеродсодержащего исходного материала. Одним из примеров газообразного углеродсодержащего исходного материала является природный газ. Примерами твердых углеродсодержащих исходных материалов являются уголь, твердые отходы (отбросы) и биомасса.The reformer may comprise a unit for converting (reforming) a gaseous carbonaceous feedstock or a solid carbonaceous feedstock. One example of a gaseous carbonaceous feedstock is natural gas. Examples of solid carbon-containing feedstocks are coal, solid waste (garbage) and biomass.

Водородсодержащий поток предпочтительно характеризуется содержанием водорода не менее 95% по объему. Необходим водородсодержащий поток, содержащий чистый или по сути чистый водород. В дополнение к водородсодержащему потоку на ступени извлечения водорода также образуется поток отходящего газа, который содержит составляющие, инертные в условиях синтеза метанола, и меньшие количества непреоб-разованных оксидов углерода.The hydrogen-containing stream preferably has a hydrogen content of at least 95% by volume. A hydrogen-containing stream containing pure or substantially pure hydrogen is required. In addition to the hydrogen-containing stream, the hydrogen recovery step also produces an off-gas stream that contains constituents that are inert under the conditions of methanol synthesis and smaller amounts of unconverted carbon oxides.

Конверсию потока обогащенного водородом синтез-газа и потока остаточного газа с получением метанола (и воды) проводят на катализаторе синтеза метанола. Конверсию проводят в петле синтеза, т. е. синтез-газ, не преобразованный на катализаторе, рецир-кулируют в виде потока остаточного газа во впускное отверстие соответствующего реактора и подвергают превращению в метанол на катализаторе синтеза метанола вместе с обогащенным водородом синтез-газом, используемым впервые. Конверсию на катализаторе синтеза метанола предпочтительно проводят при температуре катализатора от 220°С до 270°С и предпочтительно при давлении от 55 бар до 80 бар. Конверсию на катализаторе синтеза метанола предпочтительно проводят на одной или нескольких последовательно расположенных или параллельных ступенях реактора, где каждая из ступеней реактора содержит соответствующий слой катализатора. Ступени реактора предусматривают главным образом реактор с водяным охлаждением и реактор с газовым охлаждением, расположенный ниже по потоку относительно реактора с водяным охлаждением. Подходящими катализаторами являются материалы на основе меди, известные из предшествующего уровня техники и содержащие медь в качестве каталитически активного вещества, одним из примеров которых является каталитическая композиция, содержащая медь, оксид цинка и оксид алюминия.The conversion of the hydrogen-enriched synthesis gas stream and the residual gas stream to produce methanol (and water) is carried out on a methanol synthesis catalyst. The conversion is carried out in the synthesis loop, i.e. the synthesis gas not converted on the catalyst is recycled as a tail gas stream into the inlet of the appropriate reactor and subjected to conversion to methanol on the methanol synthesis catalyst together with the hydrogen-enriched synthesis gas used first. The conversion on the methanol synthesis catalyst is preferably carried out at a catalyst temperature of from 220°C to 270°C and preferably at a pressure from 55 bar to 80 bar. The methanol synthesis catalyst conversion is preferably carried out in one or more reactor stages arranged in series or parallel, where each reactor stage contains a corresponding catalyst bed. The reactor stages include primarily a water-cooled reactor and a gas-cooled reactor located downstream of the water-cooled reactor. Suitable catalysts are copper-based materials known in the art containing copper as the catalytically active substance, one example of which is a catalyst composition containing copper, zinc oxide and alumina.

Предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что поток обогащенного водородом синтез-газа сжимают и часть сжатого потока обогащенного водородом синтез-газа удаляют и объединяют с потоком продувочного газа. Поток обогащенного водородом синтез-газа предпочтительно сжимают до давления процесса синтеза. Поток обогащенного водородом синтез-газа предпочтительно сжимают до давления, составляющего не менее 70 бар и не более 90 бар. Как показали исследования и как подробно объясняется в данном документе ниже, этот тип режима способа обеспечивает экономию требуемой энергии сжатия. В связи с этим предпочтительным является сжатие остаточного газа и объединение со сжатым потоком обогащенного водородом синтез-газа, а также пропускание объединенных потоков через слой катализатора синтеза метанола. Поток продувочного газа отводят главным образом из потока остаточного газа перед сжатием потока остаточного газа. Поток остаточного газа предпочтительно сжимают до давления процесса синтеза. Поток остаточного газа предпочтительно сжимают до давления, составляющего не менее 70 бар и не более 90 бар.A preferred embodiment of the method of the present invention is characterized in that the hydrogen-enriched synthesis gas stream is compressed and a portion of the compressed hydrogen-enriched synthesis gas stream is removed and combined with the purge gas stream. The hydrogen-enriched synthesis gas stream is preferably compressed to synthesis process pressure. The hydrogen-enriched synthesis gas stream is preferably compressed to a pressure of not less than 70 bar and not more than 90 bar. As research has shown and as explained in detail below herein, this type of process mode provides savings in the required compression energy. It is therefore preferred to compress the residual gas and combine it with the compressed hydrogen-enriched synthesis gas stream and pass the combined streams through a bed of methanol synthesis catalyst. The purge gas stream is diverted primarily from the residual gas stream before compressing the residual gas stream. The residual gas stream is preferably compressed to synthesis process pressure. The residual gas stream is preferably compressed to a pressure of at least 70 bar and at most 90 bar.

Предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что водородсодержащий поток сжимают с помощью водородного компрессора и сжатый водородсодержащий поток объединяют с потоком подпиточ-ного газа с получением потока обогащенного водородом синтез-газа, и часть потока обогащенного водородом синтез-газа удаляют и объединяют с потоком продувочного газа. Как показали исследования и как объясняется в данном документе ниже, этот тип режима способа обеспечивает экономию требуемой энергии сжатия. Водородсодержащий поток сжимают с помощью водородного компрессора до давления, которое на приблизительно 1-2 бар выше давления подпиточного газа (от приблизительно 35 до 60 бар). В связи с этим предпочтительным является сжатие потока обогащенного водородом синтез-газа и потока остаточного газа и пропускание их вместе через слой катализатора синтеза метанола. Поток обогащенного водородом синтез-газа и поток остаточного газа предпочтительно сжимать вместе до давления процесса синтеза. Поток обогащенного водородом синтез-газа и поток остаточного газа, в частности, сжимают вместе до давления не менее 70 бар и не более 90 бар. Таким образом, поток продувочного газа необходимо отводить из потока остаточного газа перед совместным сжатием потока остаточного газа и потока обогащенного водородом синтез-газа.A preferred embodiment of the method of the present invention is characterized in that the hydrogen-containing stream is compressed using a hydrogen compressor and the compressed hydrogen-containing stream is combined with the make-up gas stream to produce a hydrogen-enriched synthesis gas stream, and a portion of the hydrogen-enriched synthesis gas stream is removed and combined with purge gas flow. As research has shown and as explained herein below, this type of process mode provides savings in the required compression energy. The hydrogen-containing stream is compressed using a hydrogen compressor to a pressure that is approximately 1 to 2 bar above the makeup gas pressure (from approximately 35 to 60 bar). It is therefore preferred to compress the hydrogen-enriched synthesis gas stream and the tail gas stream and pass them together through a bed of methanol synthesis catalyst. The hydrogen-enriched synthesis gas stream and the tail gas stream are preferably compressed together to synthesis process pressure. The hydrogen-enriched synthesis gas stream and the tail gas stream are, in particular, compressed together to a pressure of not less than 70 bar and not more than 90 bar. Thus, the purge gas stream must be removed from the residual gas stream before co-compressing the residual gas stream and the hydrogen-enriched synthesis gas stream.

Предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что доля молярного расхода потока обогащенного водородом синтез-газа в смешанном потоке синтез-газа составляет от 0,10 до 0,95, предпочтительно от 0,20 до 0,90, более предпочтительно от 0,30 до 0,80 и наиболее предпочтительно от 0,50 до 0,75.A preferred embodiment of the method according to the present invention is characterized in that the molar flow rate fraction of the hydrogen-enriched synthesis gas stream in the mixed synthesis gas stream is from 0.10 to 0.95, preferably from 0.20 to 0.90, more preferably from 0 .30 to 0.80 and most preferably from 0.50 to 0.75.

Молярный расход может быть указан, например, в единицах кмоль/ч (киломоль в час).The molar flow rate can be specified, for example, in units of kmol/h (kilomol per hour).

Предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что доля молярного расхода части, удаленной из потока обогащенного водородом синтез-газа, в пересчете на общий молярный расход обогащенного водородом синтез-газа составляет от 0,001 до 0,999, предпочтительно от 0,005 до 0,800, более предпочтительно от 0,010 до 0,500, еще более предпочтительно от 0,020 до 0,200 и наиболее предпочтительно от 0,050 до 0,100.A preferred embodiment of the method according to the present invention is characterized in that the molar flow rate of the portion removed from the hydrogen-enriched synthesis gas stream, based on the total molar flow rate of the hydrogen-enriched synthesis gas, is from 0.001 to 0.999, preferably from 0.005 to 0.800, more preferably from 0.010 to 0.500, even more preferably from 0.020 to 0.200 and most preferably from 0.050 to 0.100.

Предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что поток обогащенного водородом синтез-газа характеризуется стехиометрическим числом SN,A preferred embodiment of the method according to the present invention is characterized in that the hydrogen-enriched synthesis gas stream is characterized by a stoichiometric number SN,

- 3 044783 составляющим от 2,00 до 2,20, предпочтительно от 2,02 до 2,10 и более предпочтительно от 2,05 до 2,07.- 3 044783 components from 2.00 to 2.20, preferably from 2.02 to 2.10 and more preferably from 2.05 to 2.07.

Предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что поток подпиточного газа характеризуется стехиометрическим числом SN, составляющим менее 2,0, предпочтительно от 1,70 до 1,95, более предпочтительно от 1,75 до 1,90 и наиболее предпочтительно от 1,78 до 1,85. Синтез-газ, полученный с помощью автотермического риформинга, часто характеризуется стехиометрическим числом, составляющим приблизительно 1,80.A preferred embodiment of the method according to the present invention is characterized in that the make-up gas stream has a stoichiometric SN of less than 2.0, preferably from 1.70 to 1.95, more preferably from 1.75 to 1.90 and most preferably from 1 .78 to 1.85. Synthesis gas produced by autothermal reforming often has a stoichiometric number of approximately 1.80.

Предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что ступень извлечения водорода предусматривает устройство адсорбции с перепадом давления для удаления водорода из смешанного потока синтез-газа. Устройство адсорбции с перепадом давления позволяет получать чистый или по меньшей мере практически чистый водород при высоких значениях давления, например, от 40 до 60 бар. Если водород подается на ступень извлечения водорода уже под высоким давлением, последующие ступени компрессора, например, для сжатия водорода (водородный компрессор) или для сжатия потока обогащенного водородом синтез-газа, могут быть сделаны соответственно меньшими. Более того, концентрация инертных компонентов в петле синтеза увеличивается тем медленнее, чем выше чистота водорода, получаемого на ступени извлечения водорода.A preferred embodiment of the method according to the present invention is characterized in that the hydrogen recovery step includes a pressure swing adsorption device for removing hydrogen from the mixed synthesis gas stream. The pressure swing adsorption device makes it possible to produce pure or at least substantially pure hydrogen at high pressures, for example from 40 to 60 bar. If hydrogen is supplied to the hydrogen recovery stage already at high pressure, subsequent compressor stages, for example for compressing the hydrogen (hydrogen compressor) or for compressing a hydrogen-enriched synthesis gas stream, can be made correspondingly smaller. Moreover, the concentration of inert components in the synthesis loop increases more slowly, the higher the purity of the hydrogen obtained at the hydrogen extraction stage.

В качестве альтернативы устройству адсорбции с перепадом давления ступень извлечения водорода также может предусматривать ступень мембранного разделения для удаления водорода из смешанного потока синтез-газа. Также возможны комбинации одного или нескольких устройств адсорбции с перепадом давления и одной или нескольких ступеней мембранного разделения.As an alternative to the pressure swing adsorption device, the hydrogen recovery stage may also include a membrane separation stage to remove hydrogen from the mixed synthesis gas stream. Combinations of one or more pressure swing adsorption devices and one or more membrane separation stages are also possible.

Предпочтительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению отличается тем, что водородсодержащий поток характеризуется долей водорода по меньшей мере 95% по объему, предпочтительно по меньшей мере 99% по объему, более предпочтительно по меньшей мере 99,5% по объему, наиболее предпочтительно по меньшей мере 99,9% по объему.A preferred embodiment of the method according to the present invention is characterized in that the hydrogen-containing stream has a hydrogen content of at least 95% by volume, preferably at least 99% by volume, more preferably at least 99.5% by volume, most preferably at least 99.9% by volume.

Вышеприведенные цели также по меньшей мере частично достигаются с помощью установки для получения метанола, которая содержит следующие компоненты установки, находящиеся в сообщении по текучей среде друг с другом: установку для ри-форминга для получения потока подпиточного газа, содержащего водород и оксиды углерода; ступень извлечения водорода для получения водородсодержащего потока, при этом установка для риформинга и ступень извлечения водорода выполнены таким образом, что поток обогащенного водородом синтез-газа, характеризующийся стехио-метрическим числом SN, определяемым как SN=[n(H2)-n(СО2)]/[n(СО)+n(СО2)] и составляющим не менее 2,0, является получаемым из водородсодержащего потока и потока подпиточного газа; ступень реактора, содержащую слой катализатора синтеза метанола, при этом ступень реактора выполнена таким образом, что поток обогащенного водородом синтез-газа и поток остаточного газа могут быть пропущены через слой катализатора синтеза метанола при повышенном давлении и повышенной температуре, что позволяет получить поток продукта, содержащий метанол и поток остаточного газа; охлаждающее устройство для охлаждения потока продукта, при этом охлаждающее устройство выполнено таким образом, что метанол может быть удален из потока остаточного газа. Согласно настоящему изобретению предусмотрено, что установка выполнена таким образом, что часть потока остаточного газа может быть удалена в виде потока продувочного газа и часть потока синтез-газа может быть удалена и объединена с потоком продувочного газа с возможностью получения смешанного потока синтез-газа, при этом смешанный поток синтез-газа может быть направлен на ступень извлечения водорода с получением водородсодержащего потока.The above objectives are also at least partially achieved by a methanol production plant which comprises the following plant components in fluid communication with each other: a reformer for producing a feed gas stream containing hydrogen and oxides of carbon; a hydrogen recovery stage to produce a hydrogen-containing stream, wherein the reformer and the hydrogen recovery stage are configured in such a way that a hydrogen-enriched synthesis gas stream characterized by a stoichiometric number SN, defined as SN=[n(H2)-n(CO2) ]/[n(CO)+n(CO2)] and being at least 2.0, is obtained from a hydrogen-containing stream and a make-up gas stream; a reactor stage containing a methanol synthesis catalyst bed, wherein the reactor stage is configured such that a hydrogen-enriched synthesis gas stream and a tail gas stream can be passed through the methanol synthesis catalyst bed at elevated pressure and elevated temperature, thereby producing a product stream containing methanol and tail gas stream; a cooling device for cooling the product stream, wherein the cooling device is configured such that methanol can be removed from the residual gas stream. According to the present invention, it is provided that the plant is configured in such a way that a portion of the residual gas stream can be removed as a purge gas stream and a portion of the synthesis gas stream can be removed and combined with the purge gas stream to produce a mixed synthesis gas stream, wherein the mixed synthesis gas stream may be sent to a hydrogen recovery step to produce a hydrogen-containing stream.

Более того, вышеупомянутые цели по меньшей мере частично достигаются путем применения способа согласно настоящему изобретению или установки согласно настоящему изобретению для получения метанола из подпиточного газа, получаемого с помощью автотермического риформинга и/или частичного окисления.Moreover, the above-mentioned objects are at least partially achieved by using a method according to the present invention or a plant according to the present invention for producing methanol from feed gas produced by autothermal reforming and/or partial oxidation.

Рабочие примерыWorking examples

Настоящее изобретение более конкретно разъясняется в данном документе ниже с помощью двух примеров по настоящему изобретению и одного сравнительного примера без какого-либо ограничения объекта настоящего изобретения. Дополнительные признаки, преимущества и возможные варианты применения настоящего изобретения также будут очевидны из следующего описания рабочих примеров совместно с графическими материалами и числовыми примерами.The present invention is more specifically explained herein below with the help of two examples of the present invention and one comparative example without any limitation on the subject matter of the present invention. Additional features, advantages and possible applications of the present invention will also be apparent from the following description of working examples taken in conjunction with drawings and numerical examples.

На фигурах представлено следующее:The figures show the following:

на фиг. 1 показана принципиальная блок-схема способа получения или установки 100 для синтеза метанола согласно первому иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, на фиг. 2 показана принципиальная блок-схема способа получения или установки 200 для синтеза метанола согласно второму иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения, на фиг. 3 показана принципиальная блок-схема способа получения или установки 300 для синтеза метанола согласно уровню техники.in fig. 1 is a schematic block diagram of a method for producing methanol or a methanol synthesis plant 100 according to a first exemplary embodiment of the present invention; FIG. 2 is a schematic block diagram of a method for producing methanol or a methanol synthesis plant 200 according to a second exemplary embodiment of the present invention; FIG. 3 shows a schematic block diagram of a method for producing or installing 300 for the synthesis of methanol according to the prior art.

В режиме способа согласно фиг. 1 поток 11 подпиточного газа, например, полученный на установке для автотермического риформинга природного газа (не показана), объединяют с водородсодержащим потоком 12 с получением потока 13 обогащенного водородом синтез-газа, характеризующегося стехиометрическим числом не менее 2,0. Поток 13 обогащенного водородом синтез-газа сжимают до давленияIn the method mode according to FIG. 1, a make-up gas stream 11, such as one produced from an autothermal natural gas reformer (not shown), is combined with a hydrogen-containing stream 12 to produce a hydrogen-enriched synthesis gas stream 13 having a stoichiometric number of at least 2.0. The hydrogen-enriched synthesis gas stream 13 is compressed to pressure

- 4 044783 процесса синтеза на ступени 30 компрессора. Часть потока 13 обогащенного водородом синтез-газа удаляют в виде подпотока 14 обогащенного водородом синтез-газа и объединяют с потоком 15 продувочного газа с получением смешанного потока 16 синтез-газа. Смешанный поток 16 синтез-газа направляют на ступень 31 извлечения водорода, на которой посредством адсорбции с перепадом давления получают водородсодержащий поток 12 с долей водорода по меньшей мере 99% по объему. Отходящий газ 17, одновременно образующийся на ступени 31 извлечения водорода и содержащий оксиды углерода и составляющие, инертные в условиях синтеза метанола, можно применять, например, в качестве топливного газа в установке для риформинга, расположенной выше по потоку относительно синтеза метанола.- 4 044783 synthesis process at stage 30 of the compressor. A portion of the hydrogen-enriched synthesis gas stream 13 is removed as a hydrogen-enriched synthesis gas substream 14 and combined with the purge gas stream 15 to produce a mixed synthesis gas stream 16. The mixed synthesis gas stream 16 is sent to a hydrogen recovery stage 31, which produces a hydrogen-containing stream 12 with a hydrogen content of at least 99% by volume via pressure swing adsorption. The off-gas 17 simultaneously generated in the hydrogen recovery step 31 and containing carbon oxides and constituents inert under methanol synthesis conditions can be used, for example, as a fuel gas in a reformer located upstream of the methanol synthesis.

Основная часть потока 18 обогащенного водородом синтез-газа, сжатого до давления синтеза, объединяют с потоком 19 остаточного газа, сжатым до давления синтеза, на ступени 32 компрессора. Полученный объединенный поток 20 синтез-газа нагревают в теплообменнике 33 и в виде нагретого потока 21 синтез-газа направляют в реактор 34 синтеза метанола. В реакторе 34 синтеза метанола осуществляется конверсия синтез-газа из потока 21 синтез-газа на катализаторе синтеза метанола из слоя 35 катализатора с получением метанола и воды. Поток 22 продукта, полученный в результате конверсии в реакторе 34, который содержит не только метанол и воду, но также не прореагировавший синтез-газ или остаточный газ, затем последовательно охлаждают посредством теплообменников 36, 33 и 37 с получением ниже по потоку относительно соответствующих теплообменников потоков 23, 24 и 25 продукта. Затем в сепараторе 38 проводится разделение охлажденного потока 25 продукта на жидкую фазу, содержащую метанол и воду, и газообразную фазу, содержащую остаточный газ. Синтез-газ, не преобразованный в реакторе 34, т.е. остаточный газ, выводят из сепаратора 38 в виде потока 26 остаточного газа. Поток 27 неочищенного метанола, содержащий метанол и воду, одновременно выводят из сепаратора 38 и направляют на дальнейшую обработку, например, ректификацию (не показано). Поток 15 продувочного газа удаляют из потока 26 остаточного газа, а оставшийся поток 28 остаточного газа сжимают до давления процесса синтеза на ступени 32 компрессора. Поток 19 остаточного газа, сжатый до давления процесса синтеза, в свою очередь, объединяют с потоком 18 обогащенного водородом синтез-газа и направляют обратно на конверсию с получением метанола в реакторе 34 синтеза метанола.The bulk of the hydrogen-enriched synthesis gas stream 18, compressed to synthesis pressure, is combined with the residual gas stream 19, compressed to synthesis pressure, in a compressor stage 32. The resulting combined synthesis gas stream 20 is heated in a heat exchanger 33 and sent as a heated synthesis gas stream 21 to a methanol synthesis reactor 34 . In the methanol synthesis reactor 34, synthesis gas is converted from the synthesis gas stream 21 onto a methanol synthesis catalyst from the catalyst bed 35 to produce methanol and water. The product stream 22 resulting from conversion in reactor 34, which contains not only methanol and water, but also unreacted synthesis gas or tail gas, is then sequentially cooled by heat exchangers 36, 33 and 37 to produce downstream streams of the respective heat exchangers. 23, 24 and 25 products. Separator 38 then separates the cooled product stream 25 into a liquid phase containing methanol and water and a gaseous phase containing residual gas. Synthesis gas not converted in reactor 34, i.e. the residual gas is removed from the separator 38 in the form of a residual gas stream 26. A crude methanol stream 27 containing methanol and water is simultaneously withdrawn from the separator 38 and sent to further processing, such as distillation (not shown). Purge gas stream 15 is removed from tail gas stream 26 and the remaining tail gas stream 28 is compressed to synthesis process pressure in compressor stage 32 . Residual gas stream 19, compressed to synthesis process pressure, is in turn combined with hydrogen-enriched synthesis gas stream 18 and sent back to conversion to methanol in methanol synthesis reactor 34.

На фиг. 2 показан тип режима способа согласно дополнительному примеру по настоящему изобретению, который модифицирован по сравнению с примером на фиг. 1. В режиме способа согласно фиг. 2 водородсодержащий поток 12, полученный на ступени 31 извлечения водорода, сжимают в водородном компрессоре 40 с получением сжатого водородсодержащего потока 51, который объединяют с потоком 11 подпиточного газа. Это обеспечивает поток 13 обогащенного водородом синтез-газа, основную часть 18 которого направляют на ступень 41 компрессора для сжатия до давления синтеза, и часть которого отводят в виде под потока 14 обогащенного водородом синтез-газа и объединяют с потоком 15 продувочного газа. Смешанный поток 16 синтез-газа вытекает из потоков 14 и 15. Поток 18 обогащенного водородом синтез-газа и поток остаточного газа вместе направляют на ступень 41 компрессора. Ступень 41 компрессора имеет два порта со стороны всасывания, что позволяет одновременно сжимать поток 18 обогащенного водородом синтез-газа и поток 28 остаточного газа с получением объединенного потока 20 синтез-газа, который нагревают в теплообменнике 33 и направляют в виде потока 21 синтез-газа в реактор 34 синтеза метанола.In fig. 2 shows a method mode type according to a further example of the present invention, which is modified from the example in FIG. 1. In the method mode according to FIG. 2, the hydrogen-containing stream 12 obtained from the hydrogen recovery stage 31 is compressed in a hydrogen compressor 40 to produce a compressed hydrogen-containing stream 51, which is combined with the make-up gas stream 11. This provides a hydrogen-enriched synthesis gas stream 13, a major portion 18 of which is directed to a compressor stage 41 for compression to synthesis pressure, and a portion of which is diverted as a hydrogen-enriched synthesis gas stream 14 and combined with the purge gas stream 15. A mixed synthesis gas stream 16 flows from streams 14 and 15. The hydrogen-enriched synthesis gas stream 18 and the tail gas stream are sent together to a compressor stage 41. The compressor stage 41 has two suction ports to simultaneously compress the hydrogen-enriched synthesis gas stream 18 and the residual gas stream 28 to produce a combined synthesis gas stream 20, which is heated in heat exchanger 33 and sent as synthesis gas stream 21 to reactor 34 for methanol synthesis.

То, что описано применительно к фиг. 1, применимо соответственно к дополнительным элементам, показанным на фиг. 2.What is described in relation to FIG. 1 applies correspondingly to the additional elements shown in FIG. 2.

На фиг. 3 показан тип режима способа, известный из предшествующего уровня техники. В этом случае смешанный поток газа, состоящий из синтез-газа и продувочного газа, также направляют на ступень 31 извлечения водорода и используют для извлечения водорода. Однако доля синтез-газа в смешанном потоке газа представляет собой частичный поток 60 подпиточного газа, который отводят из (основного) потока 11 под-питочного газа с использованием средства 70 дросселирования. Частичный поток 60 подпиточного газа и поток 15 продувочного газа рециркулируют и в виде смешанного потока 61 синтезгаза направляют на ступень 31 извлечения водорода. Таким образом, в отличие от приведенных выше примеров по настоящему изобретению, смешанный поток 61 синтез-газа получают не из синтез-газа, уже обогащенного водородом, и продувочного газа, а скорее из подпиточного газа и продувочного газа. Однако, как показано в следующих числовых примерах, у этого типа режима способа имеются недостатки по сравнению со способом по настоящему изобретению. Один недостаток возникает вследствие неизбежного применения средства 70 дросселирования, необходимого для дросселирования (основного) потока 11 подпиточного газа. Снижение давления с помощью средства 70 дросселирования должно компенсироваться ступенью 30 компрессора.In fig. 3 shows a method mode type known from the prior art. In this case, a mixed gas stream consisting of synthesis gas and purge gas is also sent to the hydrogen recovery stage 31 and used for hydrogen recovery. However, the proportion of synthesis gas in the mixed gas stream is a partial makeup gas stream 60 that is withdrawn from the (main) makeup gas stream 11 using throttling means 70. The partial makeup gas stream 60 and the purge gas stream 15 are recycled and sent to the hydrogen recovery stage 31 as a mixed synthesis gas stream 61 . Thus, unlike the above examples of the present invention, the mixed synthesis gas stream 61 is not produced from synthesis gas already enriched in hydrogen and purge gas, but rather from make-up gas and purge gas. However, as shown in the following numerical examples, this type of method mode has disadvantages compared to the method of the present invention. One drawback arises from the unavoidable use of throttling means 70 necessary to throttle the (main) feed gas flow 11 . The reduction in pressure by the throttling means 70 must be compensated by the compressor stage 30.

Преимущества настоящего изобретения проиллюстрированы в данном документе ниже с использованием двух числовых примеров. Оба примера представляют смоделированные случаи, которые были рассчитаны с использованием программного обеспечения для моделирования Aspen Plus.The advantages of the present invention are illustrated herein below using two numerical examples. Both examples represent simulated cases that were calculated using Aspen Plus simulation software.

Пример 1.Example 1.

Пример 1 основан на режиме способа согласно фиг. 1 в отличие от режима способа из предшествующего уровня техники (фиг. 3 - сравнительный пример).Example 1 is based on the method mode according to FIG. 1 in contrast to the mode of the method from the prior art (Fig. 3 - comparative example).

Согласно примеру 1 и сравнительному примеру поток синтез-газа с низким содержанием водородаAccording to Example 1 and Comparative Example, Low Hydrogen Synthesis Gas Stream

- 5 044783 или поток подпиточного газа (11) имеет следующий состав.- 5 044783 or the makeup gas flow (11) has the following composition.

Компонент Component Доля (% по объему) Share (% by volume) Вода Water 0,21 0.21 Диоксид углерода Carbon dioxide 8,04 8.04 Монооксид углерода Carbon monoxide 23,16 23.16 Водород Hydrogen 65,94 65.94 Аргон Argon 0,12 0.12 Азот Nitrogen 0,52 0.52 Метан Methane 2,01 2.01

В случае потока синтез-газа с низким содержанием водорода или потока подпиточ-ного газа получают в результате стехиометрическое число SN, составляющее 1,86.In the case of a low hydrogen synthesis gas stream or a make-up gas stream, a stoichiometric SN of 1.86 results.

Аргон, азот и метан являются газообразными составляющими, инертными в условиях синтеза метанола, и выводятся из контура синтеза в основном через поток (15) продувочного газа.Argon, nitrogen and methane are gaseous components, inert under the conditions of methanol synthesis, and are removed from the synthesis loop mainly through the purge gas flow (15).

Согласно примеру 1 и сравнительному примеру поток (13, 18) обогащенного водородом синтез-газа имеет следующий состав.According to Example 1 and Comparative Example, the hydrogen-enriched synthesis gas stream (13, 18) has the following composition.

Компонент Component Доля (% по объему) Share (% by volume) Вода Water 0,19 0.19 Диоксид углерода Carbon dioxide 7,54 7.54 Монооксид углерода Carbon monoxide 21,71 21.71 Водород Hydrogen 68,07 68.07 Аргон Argon о,и oh and Азот Nitrogen 0,49 0.49 Метан Methane 1,89 1.89

В случае потока обогащенного водородом синтез-газа получают в результате стехио-метрическое число SN, составляющее 2,07.In the case of a hydrogen-enriched synthesis gas stream, the resulting stoichiometric SN number is 2.07.

Молярный расход обогащенного водородом синтез-газа (доля составляет 14 от общего потока обогащенного водородом синтез-газа), направляемого на ступень (31) извлечения водорода, составляет 1451,5 кмоль/ч. Молярный расход потока (15) продувочного газа составляет 1306,3 кмоль/ч. Оба потока вместе образуют смешанный поток (16) синтез-газа, характеризующийся молярным расходом 2757,8 кмоль/ч. В случае примера 1 получают в результате долю молярного расхода или молярную долю потока обогащенного водородом синтез-газа в смешанном потоке синтез-газа, составляющую 0,53.The molar flow rate of hydrogen-enriched synthesis gas (the share is 14 of the total flow of hydrogen-enriched synthesis gas) sent to the hydrogen extraction stage (31) is 1451.5 kmol/h. The molar flow rate of the purge gas flow (15) is 1306.3 kmol/h. Both streams together form a mixed synthesis gas stream (16), characterized by a molar flow rate of 2757.8 kmol/h. In the case of Example 1, the resulting molar flow rate or mole fraction of the hydrogen-enriched synthesis gas stream in the mixed synthesis gas stream was 0.53.

Согласно примеру 1 доля молярного расхода или молярная доля части (14), удаленной из потока обогащенного водородом синтез-газа, в пересчете на общий молярный расход обогащенного водородом синтез-газа (13) составляет 0,059.According to Example 1, the molar flow rate or mole fraction of the portion (14) removed from the hydrogen-enriched synthesis gas stream, based on the total molar flow rate of the hydrogen-enriched synthesis gas (13), is 0.059.

По сравнению с режимом способа согласно сравнительному примеру (фиг. 3) при том же объеме производства метанола-сырца (метанол-сырец - это смесь метанола и воды) с точки зрения потребления энергии вырисовывается следующая картина.Compared with the method mode according to the comparative example (Fig. 3) with the same volume of raw methanol production (raw methanol is a mixture of methanol and water), the following picture emerges from the point of view of energy consumption.

- 6 044783- 6 044783

Параметр Parameter Сравнительный пример (фиг. 3) Comparative example (Fig. 3) Пример 1 (фиг. 1) Example 1 (Fig. 1) Мощность компрессора синтез-газа / кВт Syngas compressor power / kW 16808 16808 15791 15791 Массовый расход природного газа для Mass flow rate of natural gas for 126801 126801 126801 126801 получения подпиточного газа / кг/ч make-up gas production / kg/h Производительность отведения пара высокого давления / кг/ч High pressure steam removal capacity / kg/h 247190 247190 249861 249861 Получение метаноласырца / кг/ч Production of methane laster / kg/h 209266 209266 209266 209266 Удельная мощность компрессора для ступени 30 компрессора / кВт/MT (МТ = метрическая тонна) Specific compressor power for compressor stage 30/kW/MT (MT = metric ton) 80,32 80.32 75,46 75.46

Достигнутая экономия энергии в отношении мощности компрессора, необходимой для сжатия синтез-газа до давления процесса синтеза (ступень 30 компрессора на фиг. 1 и фиг. 3), приводит к годовой экономии энергии в 71867 ГДж (71867 ГДж/год). Кроме того, режим способа согласно примеру 1 (фиг. 1) обеспечивает более высокий потенциал получения пара высокого давления в качестве отводимого пара.The energy savings achieved in terms of the compressor power required to compress the synthesis gas to the synthesis process pressure (compressor stage 30 in FIG. 1 and FIG. 3) results in an annual energy saving of 71,867 GJ (71,867 GJ/year). In addition, the process mode according to example 1 (Fig. 1) provides a higher potential for obtaining high pressure steam as exhaust steam.

Пример 2.Example 2.

Пример 2 основан на режиме способа согласно фиг. 2 в отличие от режима способа из предшествующего уровня техники (фиг. 3 - сравнительный пример).Example 2 is based on the method mode according to FIG. 2 in contrast to the mode of the method from the prior art (Fig. 3 - comparative example).

Согласно примеру 2 и сравнительному примеру поток синтез-газа с низким содержанием водорода или поток (11) подпиточного газа имеет следующий состав.According to Example 2 and Comparative Example, the low hydrogen synthesis gas stream or makeup gas stream (11) has the following composition.

Компонент Component Доля (% по объему) Share (% by volume) Вода Water 0,16 0.16 Диоксид углерода Carbon dioxide 7,54 7.54 Монооксид углерода Carbon monoxide 24,68 24.68 Водород Hydrogen 65,55 65.55 Аргон Argon 0,12 0.12 Азот Nitrogen 0,09 0.09 Метан Methane 1,86 1.86

В случае потока синтез-газа с низким содержанием водорода или потока подпиточ-ного газа получают в результате стехиометрическое число SN, составляющее 1,80.In the case of a low hydrogen synthesis gas stream or a make-up gas stream, a stoichiometric SN of 1.80 results.

Согласно примеру 2 и сравнительному примеру поток (13, 18) обогащенного водородом синтез-газа имеет следующий состав.According to example 2 and comparative example, the hydrogen-enriched synthesis gas stream (13, 18) has the following composition.

- 7 044783- 7 044783

Компонент Component Доля (% по объему) Share (% by volume) Вода Water 0,14 0.14 Диоксид углерода Carbon dioxide 6,99 6.99 Монооксид углерода Carbon monoxide 22,84 22.84 Водород Hydrogen 68,12 68.12 Аргон Argon о,и oh and Азот Nitrogen 0,08 0.08 Метан Methane 1,72 1.72

В случае потока обогащенного водородом синтез-газа получают в результате стехио-метрическое число SN, составляющее 2,05.In the case of a hydrogen-enriched synthesis gas stream, the resulting stoichiometric SN number is 2.05.

Молярный расход обогащенного водородом синтез-газа (доля составляет 14 от общего потока обогащенного водородом синтез-газа), направляемого на ступень (31) извлечения водорода, составляет 2280,0 кмоль/ч. Молярный расход потока (15) продувочного газа составляет 976,4 кмоль/ч. Оба потока вместе образуют смешанный поток (16) синтез-газа, характеризующийся молярным расходом 3256,4 кмоль/ч. В случае примера 2 получают в результате долю молярного расхода или молярную долю потока обогащенного водородом синтез-газа в смешанном потоке синтез-газа, составляющую 0,70.The molar flow rate of hydrogen-enriched synthesis gas (the share is 14 of the total flow of hydrogen-enriched synthesis gas) sent to the hydrogen extraction stage (31) is 2280.0 kmol/h. The molar flow rate (15) of the purge gas is 976.4 kmol/h. Both streams together form a mixed synthesis gas stream (16), characterized by a molar flow rate of 3256.4 kmol/h. In the case of Example 2, the resulting molar flow rate or mole fraction of the hydrogen-enriched synthesis gas stream in the mixed synthesis gas stream was 0.70.

Согласно примеру 2 доля молярного расхода или молярная доля части (14), удаленной из потока обогащенного водородом синтез-газа, в пересчете на общий молярный расход обогащенного водородом синтез-газа (13) составляет 0,091.According to Example 2, the molar flow rate or mole fraction of the portion (14) removed from the hydrogen-enriched synthesis gas stream, based on the total molar flow rate of the hydrogen-enriched synthesis gas (13), is 0.091.

По сравнению с режимом способа согласно сравнительному примеру (фиг. 3) при том же объеме производства метанола-сырца (метанол-сырец - это смесь метанола и воды) с точки зрения потребления энергии вырисовывается следующая картина.Compared with the method mode according to the comparative example (Fig. 3) with the same volume of raw methanol production (raw methanol is a mixture of methanol and water), the following picture emerges from the point of view of energy consumption.

Параметр Parameter Сравнительный пример (фиг. 3) Comparative example (Fig. 3) Пример 2 (фиг. 2) Example 2 (Fig. 2) Мощность компрессора синтез-газа / кВт Syngas compressor power / kW 10756 10756 8797 8797 Мощность водородного компрессора Hydrogen compressor power Н/д N/A 84 84 Массовый расход природного газа для получения подпиточного газа / кг/ч Mass flow of natural gas to produce make-up gas / kg/h 131664 131664 131147 131147 Получение метаноласырца / кг/ч Production of methane laster / kg/h 209394 209394 209394 209394 Удельная мощность компрессора для ступени 30 компрессора / кВт/MT (МТ = метрическая тонна) Specific compressor power for compressor stage 30/kW/MT (MT = metric ton) 51,37 51.37 42,42 42.42

Достигнутая экономия энергии в отношении мощности компрессора, необходимой для сжатия синтез-газа до давления процесса синтеза (ступень 30 компрессора на фиг. 3; ступень 41 компрессора с до-The achieved energy savings in terms of compressor power required to compress the synthesis gas to the synthesis process pressure (compressor stage 30 in Fig. 3; compressor stage 41 with additional

Claims (13)

лей синтез-газа и водородный компрессор 40 на фиг. 2), приводит к годовой экономии энергии, составляющей 206548 ГДж (206548 ГДж/год).synthesis gas supply and hydrogen compressor 40 in FIG. 2), leads to annual energy savings of 206548 GJ (206548 GJ/year). Перечень ссылочных позиций:List of reference items: 100, 200 Способ, установка (настоящее изобретение)100, 200 Method, installation (present invention) 300 Способ, установка (уровень техники)300 Method, installation (state of the art) И Поток подпиточного газаAND Make-up gas flow 12, 51 Водород содержащий поток12, 51 Hydrogen containing stream 13, 18 Поток обогащенного водородом синтез-газа13, 18 Hydrogen enriched synthesis gas stream 14 Подпоток обогащенного водородом синтез-газа14 Hydrogen enriched synthesis gas subflow 15 Поток продувочного газа15 Purge gas flow 16 Смешанный поток синтез-газа (настоящее изобретение)16 Mixed Synthesis Gas Stream (Present Invention) 17 Отходящий газ17 Exhaust gas 19, 26, 28 Поток остаточного газа19, 26, 28 Residual gas flow 20 Объединенный поток синтез-газа20 Combined synthesis gas stream 21 Поток синтез-газа21 Synthesis gas flow 22, 23, 24, 25 Поток продукта22, 23, 24, 25 Product flow 26 Поток остаточного газа26 Residual gas flow 27 Поток метанола-сырца27 Crude methanol flow 30, 32,41 Ступень компрессора30, 32,41 Compressor stage 31 Ступень извлечения водорода31 Hydrogen extraction stage 33, 36, 37 Т еплообменник33, 36, 37 Heat exchanger 38 Сепаратор38 Separator 40 Водородный компрессор40 Hydrogen compressor 60 Частичный поток подпиточного газа60 Partial make-up gas flow 61 Смешанный поток синтез-газа (уровень техники)61 Mixed synthesis gas stream (prior art) 70 Средство дросселирования70 Throttling means ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ (100, 200) получения метанола, где поток (11) подпиточного газа, полученный в установке для риформинга, содержащий водород и оксиды углерода, смешивают с водородсодержащим потоком (12, 51), полученным на ступени (31) извлечения водорода с получением потока (13, 18) обогащенного водородом синтез-газа, характеризующегося стехиометрическим числом SN, определяемым как SN=[n(Н₂)-n(СО₂)]/[n(СО)+n(СО₂)], где п(Н₂), п(СО₂) и п(СО) представляет собой количество соответствующих компонентов упомянутого обогащенного водородом потока, выраженное в молях, и составляю-1. A method (100, 200) for producing methanol, wherein a feed gas stream (11) obtained in a reformer containing hydrogen and carbon oxides is mixed with a hydrogen-containing stream (12, 51) obtained at the hydrogen extraction step (31) from by obtaining a stream (13, 18) of hydrogen-enriched synthesis gas characterized by the stoichiometric number SN, defined as SN=[n(H ₂ )-n(CO ₂ )]/[n(CO)+n(CO ₂ )], where p(H ₂ ), p(CO ₂ ) and p(CO) are the amounts of the respective components of said hydrogen-enriched stream, expressed in moles, and are - 9 044783 щим не менее 2,0, и при этом упомянутый поток обогащенного водородом синтез-газа объединяют с потоком (19, 28) остаточного газа и полученный объединенный поток обогащенного водородом синтез-газа с остаточным газом пропускают через слой катализатора (35) синтеза метанола при повышенном давлении и повышенной температуре с получением потока (22, 23, 24, 25) продукта, содержащего метанол и поток остаточного газа, и при этом поток продукта охлаждают и разделяют на поток метанола (27) и поток остаточного газа, отличающийся тем, что часть потока остаточного газа отводят в виде потока (15) продувочного газа и часть (14) потока обогащенного водородом синтез-газа отводят и объединяют с упомянутым потоком продувочного газа с получением смешанного потока (16) синтез-газа, и при этом упомянутый смешанный поток синтез-газа направляют на ступень извлечения водорода с получением водородсодержащего потока.- 9 044783 at least 2.0, and wherein said hydrogen-enriched synthesis gas stream is combined with a residual gas stream (19, 28) and the resulting combined hydrogen-enriched synthesis gas stream with the residual gas is passed through a bed of synthesis catalyst (35) methanol at elevated pressure and elevated temperature to produce a product stream (22, 23, 24, 25) containing methanol and a tail gas stream, wherein the product stream is cooled and separated into a methanol stream (27) and a tail gas stream, characterized in that that a portion of the residual gas stream is withdrawn as a purge gas stream (15) and a portion (14) of a hydrogen-enriched synthesis gas stream is recovered and combined with said purge gas stream to produce a mixed synthesis gas stream (16), and wherein said mixed stream The synthesis gas is sent to the hydrogen extraction stage to produce a hydrogen-containing stream. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток обогащенного водородом синтез-газа сжимают и часть сжатого потока (18) обогащенного водородом синтез-газа удаляют и объединяют с потоком продувочного газа.2. A method according to claim 1, characterized in that the hydrogen-enriched synthesis gas stream is compressed and a portion of the compressed hydrogen-enriched synthesis gas stream (18) is removed and combined with the purge gas stream. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что поток остаточного газа сжимают и объединяют со сжатым потоком обогащенного водородом синтез-газа и объединенные потоки пропускают через слой катализатора синтеза метанола.3. The method according to claim 2, characterized in that the residual gas stream is compressed and combined with a compressed stream of hydrogen-enriched synthesis gas and the combined streams are passed through a bed of methanol synthesis catalyst. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что водородсодержащий поток сжимают с помощью водородного компрессора (40), и сжатый водородсодержащий поток объединяют с потоком подпиточного газа с получением потока обогащенного водородом синтез-газа, и часть потока обогащенного водородом синтез-газа удаляют и объединяют с потоком продувочного газа.4. The method according to claim 1, characterized in that the hydrogen-containing stream is compressed using a hydrogen compressor (40), and the compressed hydrogen-containing stream is combined with the make-up gas stream to produce a hydrogen-enriched synthesis gas stream, and a portion of the hydrogen-enriched synthesis gas stream is removed and combined with the purge gas stream. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что поток обогащенного водородом синтез-газа и поток остаточного газа сжимают и вместе пропускают через слой катализатора синтеза метанола.5. The method according to claim 4, characterized in that the hydrogen-enriched synthesis gas stream and the residual gas stream are compressed and passed together through a bed of methanol synthesis catalyst. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что доля молярного расхода потока обогащенного водородом синтез-газа в смешанном потоке синтез-газа составляет от 0,10 до 0,95, предпочтительно от 0,20 до 0,90, более предпочтительно от 0,30 до 0,80 и наиболее предпочтительно от 0,50 до 0,75.6. The method according to any of the previous claims, characterized in that the molar flow rate fraction of the hydrogen-enriched synthesis gas stream in the mixed synthesis gas stream is from 0.10 to 0.95, preferably from 0.20 to 0.90, more preferably from 0.30 to 0.80 and most preferably from 0.50 to 0.75. 7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что доля молярного расхода части, удаленной из потока обогащенного водородом синтез-газа, в пересчете на общий молярный расход обогащенного водородом синтез-газа составляет от 0,001 до 0,999, предпочтительно от 0,005 до 0,800, более предпочтительно от 0,010 до 0,500, еще более предпочтительно от 0,020 до 0,200 и наиболее предпочтительно от 0,050 до 0,100.7. The method according to any of the previous claims, characterized in that the fraction of the molar flow rate of the portion removed from the hydrogen-enriched synthesis gas stream, in terms of the total molar flow rate of the hydrogen-enriched synthesis gas, is from 0.001 to 0.999, preferably from 0.005 to 0.800, more preferably from 0.010 to 0.500, even more preferably from 0.020 to 0.200 and most preferably from 0.050 to 0.100. 8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что поток обогащенного водородом синтез-газа характеризуется стехиометрическим числом SN, составляющим от 2,00 до 2,20, предпочтительно от 2,02 до 2,10 и более предпочтительно от 2,05 до 2,07.8. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the hydrogen-enriched synthesis gas stream has a stoichiometric SN of 2.00 to 2.20, preferably 2.02 to 2.10, and more preferably 2.05 up to 2.07. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что поток подпиточного газа характеризуется стехиометрическим числом SN, составляющим менее 2,0, предпочтительно от 1,70 до 1,95, более предпочтительно от 1,75 до 1,90 и наиболее предпочтительно от 1,78 до 1,85.9. Method according to any of the previous claims, characterized in that the make-up gas stream has a stoichiometric number SN of less than 2.0, preferably from 1.70 to 1.95, more preferably from 1.75 to 1.90, and most preferably from 1.78 to 1.85. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ступень извлечения водорода предусматривает устройство адсорбции с перепадом давления для удаления водорода из смешанного потока синтез-газа.10. A method as claimed in any one of the preceding claims, wherein the hydrogen recovery step includes a pressure swing adsorption device for removing hydrogen from the mixed synthesis gas stream. 11. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что ступень извлечения водорода предусматривает ступень мембранного разделения для удаления водорода из смешанного потока синтез-газа.11. A method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the hydrogen recovery step includes a membrane separation step for removing hydrogen from the mixed synthesis gas stream. 12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что водородсодержащий поток характеризуется долей водорода по меньшей мере 95% по объему, предпочтительно по меньшей мере 99% по объему, более предпочтительно по меньшей мере 99,5% по объему, еще более предпочтительно по меньшей мере 99,9% по объему.12. The method according to any of the previous paragraphs, characterized in that the hydrogen-containing stream is characterized by a hydrogen content of at least 95% by volume, preferably at least 99% by volume, more preferably at least 99.5% by volume, even more preferably at least 99.9% by volume. 13. Установка (100, 200) для получения метанола, содержащая следующие компоненты установки, находящиеся в сообщении по текучей среде друг с другом:13. Installation (100, 200) for producing methanol, containing the following components of the installation that are in fluid communication with each other: установку для риформинга для получения потока (11) подпиточного газа, содержащего водород и оксиды углерода;a reformer for producing a feed gas stream (11) containing hydrogen and carbon oxides; ступень (31) извлечения водорода для получения водородсодержащего потока (12, 51), где установка для риформинга и ступень извлечения водорода выполнены таким образом, что поток (13) обогащенного водородом синтез-газа, характеризующийся стехиометрическим числом SN, определяемым как SN =[п(Н2)-п(СО₂)]/[п(СО)+п(СО2)], где п(Н₂), п(СО₂) и п(СО) представляет собой количество соответствующих компонентов упомянутого обогащенного водородом потока, выраженное в молях, и составляющим не менее 2,0, является получаемым из водородсодержащего потока и потока подпиточного газа;stage (31) for extracting hydrogen to obtain a hydrogen-containing stream (12, 51), where the reformer and the stage for extracting hydrogen are designed in such a way that the stream (13) is enriched with hydrogen synthesis gas, characterized by the stoichiometric number SN, defined as SN =[n (H2)-p(CO ₂ )]/[p(CO)+p(CO2)], where p(H ₂ ), p(CO ₂ ) and p(CO) are the amounts of the respective components of said hydrogen-enriched stream, expressed in moles, and being not less than 2.0, is obtained from the hydrogen-containing stream and the make-up gas stream; ступень (34) реактора, содержащая слой (35) катализатора синтеза метанола, где ступень реактора выполнена с возможностью пропускания потока обогащенного водородом синтез-газа и потока (19, 26, 28) остаточного газа через слой катализатора синтеза метанола при повышенном давлении и повышенной температуре, иreactor stage (34) containing a methanol synthesis catalyst layer (35), where the reactor stage is configured to pass a hydrogen-enriched synthesis gas stream and a residual gas stream (19, 26, 28) through the methanol synthesis catalyst layer at elevated pressure and elevated temperature , And --