一种二氧化碳制甲醇装置的制作方法

1.本实用新型涉及化工生产技术领域，具体指一种二氧化碳制甲醇装置。


背景技术：

2.二氧化碳是一种常见的温室气体，在我国工业领域，尤其是依赖于煤炭资源的产业，每年有大量的co2产生。
3.2020年9月，我国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的目标和愿景，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体，意味着我国更加坚定地贯彻新发展理念，构建新发展格局，推进产业转型和升级，走上绿色、低碳、循环的发展路径，实现高质量发展，对保护地球生态、推进全球应对气候变化行动，具有非常现实和重要的意义。
4.诺贝尔化学奖获得者乔治
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安德鲁
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欧拉于2005年提出了“甲醇经济”的概念，甲醇经济可作为应对油气时代过后能源问题的一条解决途径。他认为，以可再生能源制氢，再利用二氧化碳合成甲醇，甲醇可以直接用作燃料，或者通过甲醇制汽油(mtg)、甲醇制芳烃(mta)、甲醇制烯烃(mto)、甲醇制丙烯(mtp)过程合成燃料或化学品，是具有前景的技术。
5.目前，国内多家科研院所、院校对co2制甲醇催化剂和co2制甲醇技术进行研发，已经趋于成熟，对国家碳达峰和碳中和目标起到积极推进作用。相较于一氧化碳制甲醇来说，二氧化碳制甲醇主要依赖于催化剂的使用及反应温度的控制。
6.现有催化剂制备技术，已经可以实现二氧化碳制甲醇的工业化需求。例如，公开号为cn110975938a的专利申请公布了一种用于二氧化碳加氢制甲醇的催化剂及其制备方法，采用骨架改性的金属有机骨架材料mil-101(cr)-nh2作为载体，利用mil-101(cr)的孔道结构的择型选择性，提高甲醇的选择性；同时mil-101(cr)具有高比表面积，对co2具有很高的吸附量，有效提高了co2的催化选择性。公告号为cn110833843b的中国专利公开了一种二氧化碳加氢合成甲醇的催化剂，其将二硫化钼作为二氧化碳加氢合成甲醇催化剂的主要成分，这种二氧化碳加氢制甲醇催化剂具有价格低廉、操作简便、二氧化碳转化率高、产物中甲醇选择性高、稳定性好等特点。
7.公开号为cn105622344a的专利申请公布了一种二氧化碳制甲醇工艺，采用单级反应器，氢碳比（h2/co2）为2.0~3.0，采用co2逆水汽变换、合成甲醇反应以及气体再循环流程。公开号为cn113045383a的专利申请，采用单级反应器，氢碳比(h2+co)/(co+co2)是3.05至3.1，该工艺引入co，所以接近传统甲醇制造工艺。现有二氧化碳制甲醇工艺，多采用一级反应器，加冷却分离的流程，总碳转化率低，装置能耗大，产品甲醇含量低，后续精馏的负荷较大，综合能耗高。


技术实现要素：

8.本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种总碳转化率高、装置总能耗低的二氧化碳制甲醇装置。
9.本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：
10.一种二氧化碳制甲醇装置，包括：
11.第一反应器，供二氧化碳制甲醇进行反应；所述第一反应器的顶部开有供第一反应原料输入的入口、底部开有供第一反应产物输出的出口；
12.第二反应器，供二氧化碳制甲醇进行反应；所述第二反应器的顶部开有供第二反应原料输入的入口及供气相输出的输出口、底部开有供第二反应产物输出的出口及供冷合成气输入的输入口；所述输出口与第一反应器的顶部入口相连接；
13.第一气气换热器，连接于所述第一反应器的出口处；
14.第一冷却器，与所述第一气气换热器的第一出口相连接；
15.第一分离器，连接于第一冷却器的下游，用于将第一反应器输出的反应液进行气液分离；所述第一分离器的顶部出口与第一气气换热器的入口相连接；
16.第二气气换热器，连接于第二反应器的输出口与第一反应器的入口之间的管线上，所述第一气气换热器的第二出口经第二气气换热器与第二反应器的入口相连接；
17.第二冷却器，与所述第二反应器的出口相连接；以及
18.第二分离器，连接于第二冷却器的下游，用于将第二反应器输出的反应液进行气液分离；所述第二分离器的顶部出口与第二反应器的输入口相连接。
19.优选地，所述第二反应器底部的输入口处连接有进料管线，所述第二分离器顶部产出的气相作为循环气通过第一接点输入该进料管线中，新鲜合成气通过第二接点输入该进料管线中。
20.优选地，所述第二反应器顶部的输出口与第一反应器顶部的入口之间连接有第一回流管线，所述的第二气气换热器设于该第一回流管线上；所述第一气气换热器的第二出口与第二反应器的顶部入口之间连接有穿过第二气气换热器的第二回流管线，所述进料管线与第二回流管线之间连接有旁线，且该旁线上设置有用于根据温度控制其开度大小的阀门。
21.优选地，所述旁线与进料管线的连接处位于第一接点与第二接点之间，所述旁线与第二回流管线之间的连接处位于第二气气换热器与第二反应器之间。
22.优选地，所述新鲜合成气的输入处设置有第一压缩机，所述循环气的输入处设置有第二压缩机。
23.优选地，所述第一反应器的顶部连接有汽包，所述汽包设置有供锅炉水输入的管道、供蒸汽输入的输出管线及供液相回流至第一反应器中的第三回流管线。
24.从以下反应式可以看出：二氧化碳制甲醇是放热反应，二氧化碳制甲醇比传统的一氧化碳制甲醇耗氢多、生成的水也多，生成一份子甲醇就同时产生一份子水，根据化学反应动力学的特点，水多会抑制甲醇反应正向进行，所以，如果在反应过程中及时排水和甲醇，并且降低反应温度，提高二氧化碳和氢气浓度，都可以有效地推动整个反应向甲醇的生成方向进行，提高甲醇产率。
25.co2+3h2≒ch3oh+h2o
26.co+2h2≒ch3oh
27.本实用新型将部分新鲜气直接引入第二反应器入口，降低第二反应器的入口温度，提高二氧化碳和氢气分压，有利于提高第二反应器入口推动力，从而进一步提高第二反
应器内甲醇转化率。
28.在本实用新型中，第一反应器和第二反应器中间设置气气换热器，利用对第一反应器出口高温气对第二反应器入口气进行预热，利用第二反应器出口高温气对第一反应器入口气进行预热，反应热得到了合理利用。
29.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型采用两级反应器串联流程，同时副产蒸汽，第一反应器出口的冷却和分液装置可降低第二反应器入口的醇分压和水分压，有利于提高第二反应器甲醇转化率；本实用新型将反应器未反应的气体分离进入合成反应器循环使用，有利用提高二氧化碳总碳转化率；本实用新型将新鲜合成气通过旁路引入第二反应器，在反应中末期第一反应器催化剂活性降低时，将反应后移到第二反应器，从而保证整个装置的转化率和产量。
附图说明
30.图1为本实用新型实施例的工艺流程图。
具体实施方式
31.以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
32.如图1所示，本实施例的二氧化碳制甲醇装置包括：
33.第一反应器1，供二氧化碳制甲醇进行反应；第一反应器1的顶部开有供第一反应原料输入的入口、底部开有供第一反应产物输出的出口；上述第一反应原料为来自第二反应器2顶部经过第二气气换热器换热的气相；
34.第二反应器2，供二氧化碳制甲醇进行反应；第二反应器2的顶部开有供第二反应原料输入的入口及供气相输出的输出口、底部开有供第二反应产物输出的出口及供冷合成气输入的输入口；输出口与第一反应器1的顶部入口相连接；上述第二反应原料为第一反应产物分液之后并经过第一气气换热器10、第二气气换热器20换热之后的气相；
35.第一气气换热器10，连接于第一反应器1的出口处；
36.第一冷却器100，与第一气气换热器10的第一出口相连接；
37.第一分离器01，连接于第一冷却器100的下游，用于将第一反应器1输出的反应液进行气液分离；第一分离器01的顶部出口与第一气气换热器10的入口相连接；
38.第二气气换热器20，连接于第二反应器2的输出口与第一反应器1的入口之间的管线上，第一气气换热器10的第二出口经第二气气换热器20与第二反应器2的入口相连接；
39.第二冷却器200，与第二反应器2的出口相连接；
40.第二分离器02，连接于第二冷却器200的下游，用于将第二反应器2输出的反应液进行气液分离；第二分离器02的顶部出口与第二反应器2的输入口相连接。
41.在本实施例中，第二反应器2底部的输入口处连接有进料管线201，第二分离器02顶部产出的气相作为循环气通过第一接点输入该进料管线201中，新鲜合成气通过第二接点输入该进料管线201中。
42.第二反应器1顶部的输出口与第一反应器1顶部的入口之间连接有第一回流管线101，第二气气换热器20设于该第一回流管线101上；第一气气换热器10的第二出口与第二反应器2的顶部入口之间连接有穿过第二气气换热器20的第二回流管线102，进料管线201
与第二回流管线102之间连接有旁线103，且该旁线103上设置有用于根据温度控制其开度大小的阀门104。旁线103与进料管线201的连接处位于第一接点与第二接点之间，旁线103与第二回流管线102之间的连接处位于第二气气换热器20与第二反应器2之间。
43.新鲜合成气的输入处设置有第一压缩机03，循环气的输入处设置有第二压缩机04。
44.第一反应器1的顶部连接有汽包05，汽包05设置有供锅炉水输入的管道、供蒸汽输入的输出管线及供液相回流至第一反应器1中的第三回流管线。
45.从以下反应式可以看出：二氧化碳制甲醇是放热反应，二氧化碳制甲醇比传统的一氧化碳制甲醇耗氢多、生成的水也多，生成一份子甲醇就同时产生一份子水，根据化学反应动力学的特点，水多会抑制甲醇反应正向进行，所以，如果在反应过程中及时排水和甲醇，并且降低反应温度，提高二氧化碳和氢气浓度，都可以有效地推动整个反应向甲醇的生成方向进行，提高甲醇产率。
46.co2+3h2≒ch3oh+h2o
47.co+2h2≒ch3oh
48.本实施例将部分新鲜气直接引入第二反应器2入口，降低第二反应器2的入口温度，提高二氧化碳和氢气分压，有利于提高第二反应器入口推动力，从而进一步提高第二反应器2内甲醇转化率。第一反应器1和第二反应器2中间设置气气换热器，利用对第一反应器出口高温气对第二反应器2入口气进行预热，利用第二反应器2出口高温气对第一反应器1入口气进行预热，反应热得到了合理利用。