[发明专利]甲醇和脲的联合生产

说明书

本发明涉及一种由烃进料联合生产甲醇和脲的方法。更具体地，本发明涉及一种由含烃原料生产甲醇和脲产物的连续和单程(once-through)(单程(single pass))方法，借助于一级和二级转化(reforming)，中间甲醇和氨形成，以及单一过程序列中氨转化为脲产物，其中过量二氧化碳和氢气的产生大量减少。

由氨和二氧化碳转化生产脲是一种公知的方法，以及通常在工业中使用。

由US专利申请No. 2010/0133472进一步已知由合成气联合生产甲醇和氨，其中过量二氧化碳和氢气的产生减少。

本发明的主要目的是提供一种由烃原料联合生产甲醇和脲的方法，其中过量二氧化碳和氢气的产生大量减少。

术语“过量二氧化碳和氢气的产生大量减少”应以这样的方式理解，烃原料向合成气的转化在为甲醇和脲的产生提供基本化学计量的合成气的条件下进行，导致仅根据从甲醇和脲的联合生产中清除惰性气体的需要而释放二氧化碳和氢气。

当在合并的蒸汽和二氧化碳一级烃转化和利用富氧空气的二级转化第二步骤中生产合成气时，实现本发明的主要目的。

因此，本发明提供一种从烃原料联合生产甲醇和脲的方法，其包括以下连续步骤：

(a) 通过在一级转化阶段和随后在二级转化阶段蒸汽转化烃原料，生产含有氢气、一氧化碳和二氧化碳以及氮气的合成气；

(b) 使来自步骤(a)的合成气经历部分水气转换；

(c) 从来自步骤(b)的合成气中去除至少部分二氧化碳；

(d) 在单程甲醇合成阶段催化转化来自步骤(c)的合成气的一氧化碳、二氧化碳和氢气，取出含有甲醇的流出物以及含有氮气、氢气和未转化的一氧化碳和二氧化碳的气态流出物；

(e) 使来自步骤(d)的气态流出物经历催化甲烷化，以去除未转化的一氧化碳和二氧化碳；

(f) 在氨合成阶段催化转化来自步骤(e)的气态流出物中的氮气和氢气，和取出含有氨的流出物；和

(g) 将至少部分含氨的流出物通至脲合成阶段，通过与从步骤(c)中的合成气去除的至少部分二氧化碳反应，使流出物中的氨转化为脲，

其中将步骤(c)中获得的一部分二氧化碳再循环至步骤(a)中的一级转化阶段，和/或其中步骤(a)中的二级转化阶段采用富氧空气操作。

如本文中使用的，术语“合成气的部分水气转换”表示一部分合成气绕过水气转换反应并在反应之后与转换的合成气合并。

如在本文中进一步使用的，术语“一级转化阶段”表示在常规蒸汽甲烷转化器(SMR)，例如管状转化器中进行的转化，利用由来自燃烧器，例如沿着管状转化器壁排列的燃烧器的辐射热提供的吸热转化所需的热。

同样如在本文中使用的，术语“二级转化阶段”表示在自热式转化器或催化部分氧化反应器中进行的转化。

如在本文中进一步使用的，术语“单程的甲醇合成阶段”表示甲醇在以单程结构工作的至少一个催化反应器中产生，即甲醇合成中产生的任何气体，特别是含有氢气和未转化的氧化碳的气体流出物的体积流量并不显著再循环(不超过5%)回到甲醇合成阶段的至少一个甲醇反应器中。

用于本发明中的合适的烃原料包括甲烷、天然气、石脑油和高级烃。

优选地，烃原料包含例如天然气、液化天然气(LNG)或代用天然气(SNG)形式的甲烷。

当使用石脑油和高级烃时，优选在一级转化阶段之前使这些原料经历预转化步骤。但是，预转化可以用于所有类型的烃原料。

借助于本发明，我们直接使用控制转化、甲醇合成、氨合成和脲合成的反应，使得可以在不排放由二级转化合成气去除的二氧化碳的情况下联合生产甲醇和脲。

根据本发明的方法，来自步骤(b)的合成气中的二氧化碳和一氧化碳的量减去由步骤(c)再循环至步骤(a)的二氧化碳的量满足甲醇合成反应和脲反应中所需的化学计量的量：

CO + 2 H₂ = CH₃OH

CO₂ + 3 H₂ = CH₃OH + H₂O

2NH₃ + CO₂ = (NH₂)₂CO + H₂O。

同时，来自步骤(a)的合成气中的氢气和氮气的量匹配上述甲醇合成反应和氨合成中所需的化学计量的量：