CN102171171A - 制备甲醇的方法和*** - Google Patents
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Abstract
为了由包含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇，引导合成气通过第一水冷反应器，其中一些碳氧化物催化反应得到甲醇。将所得包含合成气和甲醇蒸气的混合物供入第二气冷反应器中，其中另一些碳氧化物反应得到甲醇。然后将甲醇与合成气分离，并使合成气再循环至第一反应器。冷却气体作为从第一反应器中取出的混合物的并流流过第二反应器。
Description
本发明涉及由包含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇，其中使合成气通过第一水冷反应器，其中一部分碳氧化物催化转化成甲醇，其中将所得包含合成气和甲醇蒸气的混合物供入第二气冷反应器中，其中另一部分碳氧化物转化成甲醇，其中将甲醇与合成气分离，并且其中合成气再循环至第一反应器。
这种制备甲醇的方法例如由EP 0 790 226 B1已知。甲醇在循环过程中制备，其中首先将新鲜和部分反应的合成气的混合物供入水冷反应器中，然后供入气冷反应器中，在每个反应器中合成气在铜催化剂下转化成甲醇。将在该过程中制备的甲醇与要再循环的合成气分离，然后使其作为冷却剂逆流通过气冷反应器并在将其引入第一合成反应器中之前预热至220-280℃的温度。然而，在不稳定的生产条件的情况下，特别是在通过过早加入新鲜合成气而不当启动反应器的情况下，该程序可导致甲醇产物在气冷的第二反应器中冷凝，因为出口处反应器壁温度可接近产物气体的露点。
由US 7,144,923 B2已知一种甲醇合成的方法，其中首先使合成气通过绝热反应器段，其中一部分合成气转化成甲醇，随后供入气冷反应器中以进一步转化。进入气冷反应器中的气体与新鲜气体并流引入，以实现更好的合成气温度控制和更好的热回收。然而，当使用绝热第一反应器时，可用合成气的CO含量受限，因为第一反应器中放热量的控制可产生问题。另外，需要在第一反应器各个阶段之后进行部分转化的合成气的冷却，这使反应器的设计复杂化。
本发明的目的是可靠地避免特别是当使用水冷第一反应器时甲醇在气冷第二反应器出口处冷凝。
在具有权利要求1的特征的方法中，该目的基本上用本发明解决，即使冷却气体与从第一反应器中取出的混合物并流流过第二反应器。产物温度与反应器较低端的露点之间的距离由此增加，使得大大排除了甲醇冷凝。通过避免双相流动，也可实现改进的反应器控制。同时可以可靠避免压力损失和/或反应器压力的波动。
由于使用水冷第一反应器提供使用具有比在US 7,144,923 B2的绝热反应器中更高CO含量的“更锐利的(sharper)”合成气，可以提高转化率，并且在第一反应器之后可以实现更高的甲醇浓度和水作为产物气体的联合产物。这导致更高的露点，使得避免第二反应器中的冷凝变得甚至更加重要。
根据本方法的优选方面，提供了使用从第二反应器取出的混合物分离出来的合成气作为第二反应器的冷却气体。这样，可实现通过放热反应过程所得热的最佳利用。
根据本发明，将冷却气体以100-120℃的温度引入第二反应器中并以205-215℃的温度从其中取出。
根据本发明的发展，从第二反应器中取出的冷却气体然后再循环至第一反应器中，其中将再循环的冷却气体与新鲜合成气一起供入第一反应器中且新鲜合成气的含量优选为约15-40体积％。
本发明还延伸至一种由包含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇的装置，所述装置适于进行上述方法。该装置包含第一水冷反应器，其中一部分碳氧化物催化转化成甲醇，第二气冷反应器，其中将得自第一反应器的气体混合物经由导管供入其中且其中另一部分碳氧化物转化成甲醇，用于将甲醇与合成气分离的分离设备，和使合成气再循环至第一反应器的回流管。根据本发明，冷却导管由分离设备延伸至第二反应器的入口，合成气经由所述冷却导管供入第二反应器中使得合成气与得自第一反应器的气体混合物并流流过第二反应器。
本发明的其他发展、优点和可能的应用也可由以下实施方案和附图的描述获得。所有描述和/或阐述的特征本身或以任何组合形成本发明的主题，而不依赖于权利要求中的内容或它们的反向引用。
在附图中：
图1示意性地显示进行本发明方法的装置，
图2显示沿着逆流引导冷却气体的气冷反应器的标准长度，各个反应器组件的温度范围，
图3显示沿着并流引导冷却气体的气冷反应器的标准长度，各个反应器组件的温度范围，
图4显示沿着并流和逆流引导冷却气体的标准反应器长度，甲醇含量的范围。
在图1显示的装置中，使新鲜与再循环的合成气的混合物通过导管1进入第一合成反应器2中。该第一反应器2例如为本身已知的管式反应器，其中例如铜催化剂安置在管3中。使用在升高的压力下煮沸的水作为冷却剂，所述水在导管4中提供。将沸水与蒸汽的混合物在导管5中取出并供入本身已知的未阐述蒸汽鼓中以回收能量。
将进入第一反应器2的合成气预热至＞220℃的温度，这是由于催化剂仅对该温度有响应。通常，第一反应器2的入口处的气体温度为约220-280℃，压力为2-12MPa(20-120巴)，优选为4-10MPa(40-100巴)。经由导管5取出的冷却剂通常的温度为240-280℃。取决于催化剂的条件，通过导管1装入反应器2中的40-80％碳氧化物在第一反应器2中的放热反应中转化。
将主要由合成气和甲醇蒸气组成的第一混合物经由导管7从第一反应器2中取出，其中甲醇含量为4-10体积％，主要为5-8体积％。将该混合物引入第二合成反应器8中，所述反应器同样例如构造为具有铜催化剂的管式反应器。与第一反应器2中一样，催化剂可提供在管中或优选壳侧。
在第二反应器8中，合成气用作冷却介质，其以80-130℃的温度经由导管9提供并与来自第一反应器2的第一混合物并流流过第二反应器8。
在本身已知的未阐述装置中产生的新鲜合成气在导管10中提供，并混入要再循环的合成气中。第二反应器8入口处的冷却气体的温度由再循环与新鲜合成气之间的混合比决定，且所选择的温度越低，流入第二反应器8中的第一混合物的入口温度越高。将用作冷却剂的合成气在第二反应器8中预热，然后通过导管1流至第一反应器2。
进入第一反应器2中的合成气应包含约为以下比例的氢气和碳氧化物：
H2＝40-80体积％
CO＝3-15体积％和
CO2＝1-10体积％。
主要包含合成气和甲醇蒸气的产物混合物(第二混合物)通过导管17离开第二反应器8，并流过间接冷却器18，从而甲醇冷凝。随后，通过导管20将混合物装入第一分离罐21中，其中气体与液体分离。将气体通过导管22取出，其中一部分可经由导管23从本工艺中除去。借助冷凝器24，气体作为要再循环的合成气(再循环气体)经由导管9通过第二反应器8，并在所得预热之后进入第一反应器2中。
经由导管26将包含甲醇的液体从第一分离罐21中取出，并使液体通过膨胀阀27进入第二分离罐28中。经由导管29将残余气体从所述罐中取出，而经由导管30得到粗甲醇，现在将所述粗甲醇通过以本身已知的未阐述方式蒸馏提纯。
应当理解反应器2、8的设计同样不限于上述变化方案。相反，这些反应器的改进也是可能的，例如如EP 0 790 226 B1所述。
在如图2和图3所示的图中，根据本发明，例如分别对于与来自第一反应器2的第一混合物逆流引导的冷却气体(图2，参见EP 0 790 226 B1)，以及对于与来自第一反应器2的第一混合物并流引导的冷却气体(图3)，阐述沿着标准反应器长度，催化剂(TCat)、冷却气体(TCool)和冷却管壁(TMet)的温度曲线。温度曲线的起点和终点指明第二反应器中以下点：
A：入口冷却气体
B：出口冷却气体
C：入口第一混合物(反应气体)
D：出口第二混合物(反应气体)
TDew指明第二反应器入口和出口处产物混合物的露点，其随甲醇浓度提高。
在阐述的实施例中，得到以下工艺数据：
| 逆流(EP 0 790 226 B1) | 并流(本发明) | |
| 进入(A)中的冷却气体[℃] | 112 | 112 |
| (B)排出的冷却气体[℃] | 218 | 209 |
| 进入(C)中的反应气体[℃] | 255 | 255 |
| (D)排出的反应气体[℃] | 220 | 233 |
| 距离露点，顶部[℃] | 117 | 81 |
| 距离露点，底部[℃] | 45 | 86 |
在正常操作中，反应气体的露点TDew与反应器下半部分最冷点处冷却管壁的温度TMet之间的距离为约10℃。在反应器由于新鲜合成气太早加入循环中而不当启动的情况下，该安全距离(45℃)可在逆流情况下消失并可发生反应气体的冷凝。
另一方面，在并流情况下，与逆流相比，冷却管壁的温度TMet与产物混合物的露点之间TDew的距离在临界区域(产物混合物出口)中几乎两倍至86℃。甚至当在简短关闭装置以后用回火的反应器再启动合成循环时，因此才大大降低由于太早加入合成气而冷凝的风险。
另外，沿着反应器长度得到具有较低峰值温度的较平坦的温度曲线。这对于催化剂的运行时间稳定性是有利的。
图4显示对于并流和逆流引导的冷却气体，沿着反应器长度，甲醇含量的提高。可以看出两种情况都近似得到相同的总产量。然而，由于更平坦的温度范围，并流在反应器长度的第一个2/3处提供了比逆流更多的甲醇。
标号列表：
1 导管
2 第一反应器
3 管
4 导管
5 导管
7 导管
8 第二反应器
9 导管
10 导管
17 导管
18 冷却器
20 导管
21 分离罐
22 导管
23 导管
24 压缩机
26 导管
27 膨胀阀
28 第二分离罐
29 导管
30 导管
A 入口冷却气体
B 出口冷却气体
C 入口第一混合物(反应气体)
D 出口第二混合物(反应气体)
Claims (7)
1.一种由包含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇的方法，其中使合成气通过第一水冷反应器，其中一部分碳氧化物催化转化成甲醇，其中将所得包含合成气和甲醇蒸气的混合物供入第二气冷反应器中，其中另一部分碳氧化物转化成甲醇，其中将甲醇与合成气分离，并且其中合成气再循环至第一反应器，所述方法的特征在于冷却气体与从第一反应器中取出的混合物并流流过第二反应器。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于使用从第二反应器中取出的混合物分离的合成气作为第二反应器的冷却气体。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将冷却气体以100-120℃的温度引入第二反应器中。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于将冷却气体以205-215℃的温度从第二反应器中取出。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于将从第二反应器中取出的冷却气体再循环至第一反应器。
6.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于将再循环的冷却气体与新鲜合成气一起供入第一反应器中且新鲜合成气的含量为约15-40体积％。
7.一种由包含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇，特别是进行根据前述权利要求中任一项的方法的装置，所述装置具有第一水冷反应器(2)，其中一部分碳氧化物催化转化成甲醇，具有第二气冷反应器(8)，其中将得自第一反应器(2)的气体混合物经由导管(7)供入第二气冷反应器(8)中且第二气冷反应器(8)中另一部分碳氧化物转化成甲醇，具有用于将甲醇与合成气分离的分离设备(21)，且具有使合成气再循环至第一反应器(2)的回流管(1)，所述装置的特征在于冷却导管(9)由分离设备(21)通向第二反应器(8)的入口，合成气经由所述冷却导管供入第二反应器(8)中使得合成气与得自第一反应器(2)的气体混合物并流流过第二反应器(8)。
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