CN101790501A - 制备甲醇的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
在由含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇中,使该合成气通过第一反应器,该反应器优选为水冷反应器,在其中,碳氧化物的一部分催化转化成甲醇。将所获得的含合成气和甲醇蒸气的混合物供给第二反应器,该反应器优选为气冷反应器,在其中,碳氧化物的又一部分催化转化成甲醇。随后将甲醇与合成气分离和将合成气返回所述第一反应器。为了在即使具有老化催化剂的情况下实现最大甲醇产率,将合成气的部分料流引导越过第一反应器并直接导入第二反应器。
Description
本发明涉及由含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇,其中使该合成气通过第一反应器,该反应器优选为水冷反应器,在其中,碳氧化物的一部分催化转化成甲醇,其中将所获得的含合成气和甲醇蒸气的混合物供给第二反应器,该反应器优选为气冷反应器,在其中,碳氧化物的又一部分催化转化成甲醇,其中将甲醇与合成气分离,以及将合成气再循环到所述第一反应器。
此种制备甲醇的方法例如从EP 0 790 226 B1已知。甲醇以循环工艺制备,其中首先将新鲜和部分反应的合成气的混合物供给水冷反应器,然后供给气冷反应器,在其中,合成气分别在铜催化剂上转化成甲醇。将该工艺中制得的甲醇与待再循环的合成气分离,然后使该合成气作为冷却剂通过气冷反应器并且使其预热到220-280℃的温度,然后,将其导入第一合成反应器。在所述气冷的第二反应器中甲醇的最大产率(通过热力学测定)极大地取决于该反应器中的温度分布和出口温度。如果用新鲜催化剂填充水冷的第一反应器,则该水冷反应器中的碳氧化物的大部分被转化。然而,在该水冷反应器中转化的碳氧化物的量随催化剂的老化而减少,这导致这样的事实,即甲醇的总转化的大部分在气冷反应器中发生。为了抗衡水冷反应器中的催化剂的老化影响,提高第一反应器的出口温度和因此提高第二反应器的入口温度。然而,温度的提高使反应平衡朝气冷反应器中的离析物移动,这意味着实现的最大甲醇产率降低。
本发明的目的是在老化催化剂的情况下也实现该方法的高甲醇产率。
在如上所述的方法中,基本上解决了该目的,其中将合成气的部分料流引导越过第一反应器并直接地导入第二反应器。借助引导越过第一反应器的合成气(该合成气优选与从水冷的第一反应器排出的气体混合物一起)导入第二反应器,可以降低从第一反应器排出的气体混合物的温度,因此提高了第二反应器中的碳转化率。温度的降低受催化剂的启动温度(ignition temperature)限制,常用的铜催化剂中的启动温度为大约220℃。
根据本发明的一个优选的方面,所述引导越过第一反应器的部分料流是由甲醇分离后再循环的合成气分流出的。在甲醇分离后,所述合成气通常具有大约60℃的温度,因此实现了进入第二反应器的气体混合物的温度的有效降低。然而,原则上也可以将新鲜合成气用于所述旁路,新鲜合成气由于其通常大约160℃的比较高的温度而仅能提供相应较小的导入第二反应器的气体混合物的温度降低,并要求相应较大的旁路料流。
根据本发明的研究结果,所述引导越过第一反应器的部分料流的量为再循环的合成气的0-20体积%,优选5-15体积%,尤其为大约10体积%。这样,可以实现所需的气体混合物的第二反应器入口温度。
为了抗衡第一反应器中老化性催化剂的钝化,通过提高蒸气压有意地提高该反应器中的温度。结果,该反应器的出口温度也被提高。因此,根据一个尤其优选的方面,需要根据第一反应器出口处的气体混合物的温度控制所述引导越过该第一反应器的部分料流的大小。结果,实现了第二反应器的入口温度对第一反应器条件的最佳适应,因此获得最大甲醇产率成为可能。
将作为旁路引导越过第一反应器的合成气再循环料流与新鲜合成气一起供给第一反应器,其中该新鲜合成气的量优选为大约15-40体积%。
为了达到第一反应器的适合的入口温度,将合成气作为冷却剂导入第二反应器并因此将其预热。因此可以避免附加的加热装置。
本发明还涉及由含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇的设备,该设备尤其适合于进行如上所述的本发明方法,其包括:第一反应器,该反应器优选为水冷反应器,在其中,将该碳氧化物的一部分催化转化成甲醇;第二反应器,该反应器优选为气冷反应器,从第一反应器获得的气体混合物经由导管供应到该反应器中,在其中,碳氧化物的又一部分转化成甲醇;用于将甲醇与合成气分离的分离装置;和用于将合成气再循环到第一反应器的返回导管。根据本发明,用于合成气的旁路导管越过第一反应器导向第二反应器的入口。
为了能够将第二反应器的入口温度(控制变量)调节到适合于甲醇最大回收率的值,根据本发明提供控制阀,用于影响流过旁路导管的气流的大小(执行变量(actuating variable))。优选借助第一反应器出口处的温度(被测变量)进行控制,该温度由温度传感器检测。
可以从以下描述的实施方案和附图获知本发明的研究、优点和可能的应用。本身或以任何组合描述和/或说明的所有特征构成本发明的主题,本发明的主题不依赖于它们是否包括在权利要求中或在权利要求中引用。
唯一附图示意性地示出了进行本发明方法的设备。
在图1所示的设备中,新鲜和再循环合成气的混合物通过导管1进入第一合成反应器2。该第一反应器2是本身已知的管式反应器,在其中,例如,铜催化剂布置在管3中。使用在高压下沸腾的水作为冷却剂,它通过导管4供应。在导管5中排出沸腾水和蒸汽的混合物并供给本身已知的用于回收能量的未示出的蒸汽鼓(steam drum)。
将进入第一反应器2的合成气预热到>220℃的温度,因为催化剂在这个温度以下不响应。通常,第一反应器2入口处的气体温度为大约220-280℃,压力为2-12MPa(20-120巴),优选3-10MPa(30-100巴),尤其是4-10MPa(40-100巴)。经由导管5排出的冷却剂通常具有240-280℃的温度。在第一反应器2中,取决于催化剂的条件,经由导管1供给反应器2的碳氧化物的40-80%以放热反应转化。
基本由合成气和甲醇蒸气构成的第一混合物经由导管7从第一反应器2排出,其中甲醇含量是4-10体积%,大多情况下是5-8体积%。将该混合物导入第二合成反应器8,该合成反应器8例如同样配置为含有铜催化剂的管式反应器。像在第一反应器2中那样,可以将催化剂提供在管中或优选提供在壳侧上。
在第二反应器8中使用合成气作为冷却介质,它经由导管9供应,具有80-130℃的温度。经由导管10供应在未示出的本身已知的设备中制得的新鲜合成气,并与要再循环的合成气混合。第二反应器8的入口处的冷却气体的温度取决于再循环合成气和新鲜合成气间混合比,并且进入第二反应器8的第一混合物的入口温度越高,选择越低的上述温度。用作冷却剂的合成气在第二反应器8中被预热,然后经由导管1流到第一反应器2中。
进入第一反应器2的合成气应该按大致以下量包括氢气和碳氧化物:
H2 =40-80体积%
CO =3-15体积%,和
CO2 =1-10体积%。
主要含有合成气和甲醇蒸气的产物混合物(第二混合物)经由导管17离开第二反应器8并流过间接冷却器18,其中甲醇被冷凝。随后,经由导管20将该混合物加入第一分离釜21,在其中,将气体和液体分离。经由导管22排出气体,其中气体的一部分可以经由导管23从该工艺移除。借助冷凝器24,使所述气体作为待再循环的合成气(再循环气体)经由导管9穿过第二反应器8,并在因此进行的预热后,使其继续流入第一反应器2。经由旁路导管11,将再循环合成气的部分料流分流并越过第一反应器2直接地供应到第二反应器8的入口区。将该部分料流(它通常具有50-100℃的温度)在导管7中与从第一反应器2出来的第一混合物混合并因此降低了第一混合物的温度。
经由尤其提供在旁路导管11中的控制阀12控制引导穿过该旁路导管11的所述部分料流的大小,其中基于第一反应器2出口上的温度传感器13检测的出口温度进行这种控制。根据本发明,调节所述部分料流的大小以致其从0体积%即没有旁路(第一反应器2中新鲜催化剂)开始提高至15或20体积%的量,然而,优选,经由导管9再循环的合成气流的大约10体积%(第一反应器2中有老化催化剂)。
经由导管26从第一分离釜21排出含甲醇的液体,并使该液体通过膨胀阀27通入第二分离釜28。经由导管29从中排出残余气体,同时经由导管30获得粗甲醇,现在其以本身已知的未示出的方式通过蒸馏被清洁。
应理解的是,反应器2、8本身的构造不局限于上述方案。相反,这些反应器的改进也是可以的,例如EP 0 790 226 B1中所述的那样。
实施例
经由导管9将再循环合成气和新鲜合成气的混合物作为冷却气体供给第二反应器8。所述再循环合成气具有大约60℃的温度,而新鲜合成气具有大约160℃的温度。初始选择混合比从而获得大约120℃的混合温度。当第一反应器2的气体出口温度提高时,例如也可以使得第二反应器8下入口处的冷却气体的混合温度降低到90℃,以抗衡合成气的更高温度。在作为冷却剂穿过气冷反应器8后,使经由导管1导入水冷的第一反应器2的具有大约8MPa(80巴)压力的合成气的温度提高到大约230-240℃,在任何情况下,大于220℃。由于在第一反应器2中的放热反应和同时冷却,合成气和甲醇蒸气的第一混合物以220-230℃的温度从第一反应器2排出。经过第一反应器2,有大约0.2MPa(2巴)的压力损失。随催化剂的老化,该出口温度可能提高到例如270℃。通过经由旁路导管11混合至多10%的再循环合成气(该量对应于第一反应器2的气体出口温度而提高),经由导管1进入气冷的第二反应器8的气体混合物的温度降低到大约230-240℃。在穿越第二反应器8后,甲醇蒸气和合成气的第二混合物具有大约220℃的温度和大约7.5MPa(75巴)的压力。
即使第一反应器2的出口温度升高,也可以如此调节进入第二反应器8的合成气的入口温度从而达到最大甲醇产率。
附图标记的明细:
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
11 旁路导管
12 控制阀
13 温度传感器
17 导管
18 冷却器
20 导管
21 分离釜
22 导管
23 导管
24 冷凝器
26 导管
27 膨胀阀
28 第二分离釜
29 导管
30 导管
Claims (9)
1.由含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇的方法,其中使该合成气通过第一反应器,该反应器优选为水冷反应器,在其中,碳氧化物的一部分催化转化成甲醇,其中将所获得的含合成气和甲醇蒸气的混合物供给第二反应器,该反应器优选为气冷反应器,在其中,碳氧化物的又一部分转化成甲醇,其中将甲醇与合成气分离和其中将合成气再循环到第一反应器,该方法特征在于将所述合成气的部分料流引导越过第一反应器并导入第二反应器。
2.根据权利要求1的方法,特征在于所述引导越过第一反应器的部分料流是由甲醇分离后再循环的合成气分流出的。
3.根据权利要求1或2的方法,特征在于所述引导越过第一反应器的部分料流的量为再循环合成气的0-20体积%,优选5-15体积%。
4.根据上述权利要求中任一项的方法,特征在于根据第一反应器出口处的气体混合物的温度控制所述引导越过第一反应器的部分料流的大小。
5.根据上述权利要求中任一项的方法,特征在于将再循环合成气与新鲜合成气一起供给第一反应器,并且新鲜合成气的量为大约15-40体积%。
6.根据上述权利要求中任一项的方法,特征在于将合成气作为冷却剂导入第二反应器并因此将其预热。
7.由含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇,尤其是用于实施根据上述权利要求中任一项的方法的设备,其包括:第一反应器(2),该反应器优选为水冷反应器,在其中碳氧化物的一部分催化转化成甲醇;第二反应器(8),该反应器优选为气冷反应器,从第一反应器(2)获得的气体混合物经由导管(7)供应到该反应器中,在其中,碳氧化物的又一部分转化成甲醇;用于将甲醇与合成气分离的分离装置(21);和用于将合成气再循环到第一反应器(2)的返回导管(1),该设备特征在于用于合成气的旁路导管(11),它越过第一反应器(2)导向第二反应器(8)的入口。
8.根据权利要求7的设备,特征在于用于影响流过旁路导管(11)的气流的大小的控制阀(12)。
9.根据权利要求7或8的设备,特征在于第一反应器(2)出口处的温度传感器(13)。
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