CN102171170A - 制备甲醇的方法和系统 - 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优选水冷反应器，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优选气冷反应器中，其中另一些碳氧化物反应得到甲醇。将从第一反应器取出的混合物引导通过气体/气体换热器，其中混合物冷却至该混合物露点以下的温度。然后将甲醇在甲醇分离器中与气流分离并取出，同时将其余气流供至第二反应器。

Description

制备甲醇的方法和系统
本发明涉及一种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优选水冷反应器，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优选气冷反应器中，其中另一部分碳氧化物转化成甲醇。
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基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。新型，更具有活性的催化剂产生允许在越来越低的温度下制备甲醇的操作，这产生反应热力学势更好的利用和更高的甲醇收率。就这点而言，必须防止在气冷第二反应器中发生甲醇产物的冷凝，因为出口处反应器壁温度可接近产物气体的露点。
FR 2,533,554 A1描述了一种在两个反应器段中由合成气制备醇的方法，其中从第二反应器段的产物中通过冷凝将富含甲醇和较高级醇的液体馏分与气流分离。气流至少部分再循环至第一反应器段，以提高H2/CO比至≥1.8的值。应避免两个反应器段之间甲醇的中间冷凝以降低所得混合物的水含量并由此促进将来醇的脱氢。
由美国专利4,968,722已知一种制备甲醇的方法，其中在两个反应器段之间将甲醇产物通过吸收除去，由此以提高第二反应器段中平衡反应的产物收率。这里中间冷凝也描述为不利的，因为它需要大换热表面。
EP 0 483 919 A2描述了一种甲醇制备方法，其中合成气的转化在多个串联的流化床反应器中进行，其中在各反应器段之间，所形成的甲醇的分离通过冷却和冷凝进行。
文献US 2007/0293590 A1描述了在至少两个串联合成反应器中由合成气合成甲醇的多相催化放热气相反应。在这些反应器之间取出含甲醇产物的部分料流并通过与锅炉给水和去离子水多级热交换而冷凝出甲醇。将气态成分与来自第一反应器的产物气体的温热部分混合并供入第二反应器中。
本发明的目的是特别是当使用高活性催化剂时可靠避免甲醇在第二反应器处冷凝。
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，即将从第一反应器中取出的部分反应的混合物引导通过气体/气体换热器，其中混合物冷却至其露点以下的温度，将甲醇在甲醇分离器中与气流分离并取出，并且在优选在所述气体/气体换热器中再加热之后，将剩余的气流供入第二反应器中。
进入第二反应器中的混合物的露点基本取决于甲醇浓度。通过分离在第一反应段中得到的甲醇，混合物的露点显著降至约40℃(即位于其之前的甲醇分离器中的温度)，使得不存在甲醇在第二反应器中冷凝的风险，这是由于反应器组件的温度与露点之间的距离在第二反应器出口处也足够大，以可靠避免温度降至露点以下。同时可提高第二反应器段的甲醇收率，因为反应平衡移至产物侧和/或对于第二反应器中气体的转化产生较高的反应电位。
根据本发明的优选方面，在引入甲醇分离器中以前将得自第一反应器的混合物在至少一个其它换热器中尽可能深度冷却，特别是至30-70℃的温度。通过进一步冷却反应器出口气体，强化第一阶段中制备的甲醇的冷凝。即使气体/气体换热器中的温度已降至混合物的露点以下，将气体/液体混合物进一步冷却至用空气或水冷却器可实现的温度，以从气相中冷凝出尽可能多的甲醇，随后将其在气/液分离器中分离。
当将从甲醇分离器中取出的气流供入第二反应器之前将其在气体/气体换热器中预热时，实现了装置特别经济的利用。热因此保留在系统中并用于将气流必须加热至第二反应器中所需要的反应温度。
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。该装置包含第一优选水冷反应器，其中一部分碳氧化物催化转化成甲醇，第二优选气冷反应器，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，和用于将甲醇与合成气分离的甲醇分离器。根据本发明，在第一反应器之后提供气体/气体换热器以冷却得自第一反应器的气体混合物。
根据本发明的发展，在气体/气体换热器与甲醇分离器之间提供至少一个其它换热器以进一步冷却气体混合物。
根据本发明，导管由甲醇分离器通向第二反应器的入口，分离的合成气经由所述导管供入第二反应器以进一步转化。导管优选引导通过气体/气体换热器以将合成气预热至所需反应温度，同时实现热能的最佳利用。
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物或它们的反向引用。
唯一的图示意性地显示进行本发明方法的装置。
在阐述的装置中，新鲜与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中。该第一反应器2优选为本身已知的管式反应器，其中例如铜基催化剂安置在管3中。使用在升高的压力下煮沸的水作为冷却剂，所述冷却剂在导管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中的合成气预热至合适的温度，所述温度足以使催化剂响应。就这点而言，也可首先将合成气仅加热至催化剂响应温度以下的温度，并在反应器中借助热水夹套实现进一步预热。水温则当然必须位于催化剂的响应温度以上。通常第一反应器2入口处的气体温度为约180-250℃，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220-280℃。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6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％。该混合物优选完全通过气体/气体换热器7，以通过与经由导管8再循环的合成气热交换而将温度降至甲醇露点以下的温度。露点温度基本取决于甲醇的浓度，第一反应器2出口处的甲醇浓度为例如7摩尔％时，它为约125℃。
在气体/气体换热器7之后，气体/液体混合物通过至少一个其它换热器9以进一步降低温度。该第二换热器优选为空气-或水冷的。然后将气体/液体混合物供入甲醇分离器10中，其中将液体甲醇相与气相分离。将极不含甲醇的气流经由导管8再次直接供入气体/气体换热器7中并加热至下一个反应段的入口温度。
将因此预热的气流经由导管8供入第二合成反应器11中，所述反应器例如配置成具有冷却管12的固定床反应器，其包含铜基催化剂。催化剂优选在壳侧提供，但它也可如第一反应器2一样安置在管中。
在第二反应器11中，合成气用作冷却介质，其以40-150℃的温度经由导管13提供并与经由导管8提供并在气体/气体换热器7中加热的来自第一反应器2的气流并流流过第二反应器11。然而，逆流操作同样是可以的并且也是本发明的主题。第二反应器11入口处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，经由导管8供入第二反应器11中的气流的反应性越高。将用作冷却剂的合成气在第二反应器11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＝3-20体积％和
CO2＝1-20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14离开第二反应器11，并以本身已知的方式流过未阐述的冷却器，从而甲醇冷凝。随后，将气体和液体在分离罐中分离，将粗甲醇产物取出并通过蒸馏提纯。借助冷凝器，使气体作为要再循环的合成气(再循环气体)经由导管13通过第二反应器11，并在所得预热以后进入第一反应器2中。另外根据一般惯例，将一部分气体从循环中除去(吹扫)以限制惰性组分的聚集。
应当理解反应器2、11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以的，例如如EP 0 790 226 B1所述。
标号列表：
1  导管
2  第一反应器
3  管
4  导管
5  导管
6  导管
7  气体/气体换热器
8  导管
9  换热器
10 甲醇分离器
11 第二反应器
12 冷却管
13 导管
14 导管

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优选水冷反应器，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优选气冷反应器中，其中另一部分碳氧化物转化成甲醇，所述方法的特征在于将从第一反应器中取出的混合物引导通过气体/气体换热器，其中混合物冷却至其露点以下的温度，将甲醇在甲醇分离器中与气流分离并取出，并将剩余的气流供入第二反应器中。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在引入甲醇分离器中之前将得自第一反应器的混合物在至少一个其它换热器中尽可能深度冷却，特别是至30-70℃的温度。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将从甲醇分离器中取出的气流在供入第二反应器中之前在气体/气体换热器中预热。
4.一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，所述装置具有第一优选水冷反应器(2)，其中一部分碳氧化物催化转化成甲醇，具有第二优选气冷反应器(11)，其中将得自第一反应器(2)的气体混合物经由导管(7)供入第二优选气冷反应器(11)中且第二优选气冷反应器(11)中另一部分碳氧化物转化成甲醇，且具有用于将甲醇与合成气分离的甲醇分离器(10)，所述装置的特征在于在第一反应器(2)之后提供气体/气体换热器(7)以冷却得自第一反应器(2)的气体混合物。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于在气体/气体换热器(7)与甲醇分离器(10)之间提供至少一个其它换热器(9)以进一步冷却气体混合物。
6.根据权利要求4或5的装置，其特征在于导管(8)由甲醇分离器(10)通向第二反应器(11)的入口，在甲醇分离器(10)中得到的气流经由所述导管供入第二反应器(11)中。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于导管(8)引导通过气体/气体换热器(7)。
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