CN102858447A - 合成甲醇的方法 - Google Patents

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Abstract

通过使包含合成气的气体流与颗粒状催化剂接触而将合成气转化为甲醇的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述管接触的冷却介质，所述管具有位于其内的一个或多个用于颗粒状催化剂的载体；其中所述催化剂载体包括：用于在使用中容纳催化剂的环形容器，所述容器具有界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、闭合所述环形容器的顶表面，以及闭合所述环形容器的底表面；闭合所述管底部的表面，该管由所述环形容器的内壁形成；裙部，其从所述环形容器的穿孔外壁由位于或邻近于所述容器底表面的位置向上延伸至低于密封件位置的位置；以及密封件，其位于或邻近于所述顶表面并从所述容器延伸一定距离，其延伸超过所述裙部的外表面；所述方法包括：(a)引导所述气体反应物经过入口；(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管，到达催化剂载体或第一催化剂载体的上表面，然后它们进入由所述容器的穿孔内壁界定的通路，然后经过催化剂床径向地流向穿孔外壁；(c)当合成气体接触催化剂时，反应发生；(d)使未反应的反应物和产物通过所述穿孔外壁离开所述容器，然后在所述裙部的内表面和所述环形容器的外壁之间向上流动，直至它们达到所述密封件，然后它们被引导越过所述裙部的末端，并导致在所述裙部的外表面和发生热传递的反应器管的内表面之间向下流动；(e)在任意的随后的催化剂载体中重复步骤(b)至(d)；以及(f)从所述出口除去产物。

Description

合成甲醇的方法
本发明涉及在甲醇合成催化剂的存在下，将共同称为合成气的一氧化碳、二氧化碳和氢转化为液体产物的方法。合成气可以源自许多来源，例如重整的天然气或通过煤或生物质的汽化。
甲醇合成领域近年来已变为重新引人关注的领域，因为甲醇的用途已经扩展至作为燃料添加剂和用于制备烯烃的这类领域中。许多关注起源于中国，在中国在大量煤所在的地区已经建立了“煤变化学品”和“煤变燃料”工厂。这为位于偏远地区并且难以运输和/或运输昂贵的煤提供了货币化的机会。
因此，期望使甲醇制备方法最优化。已经进行了用于制备甲醇的几个方法，并且这些通常涉及反应器设计或催化剂配制。对于该方法的主要问题之一在于释放出的热(虽然，对于所转化的相同质量的碳氧化物而言，其为在Fischer-Tropsch反应中产生的约一半的热)、催化剂活性的改进和/或更活性的煤成气的使用开始挑战现有设计的热传递能力。
处理所释放出的热的一个方法是在固定床反应器中进行反应。适当的反应器设计的实例能在GB 1364357中找到。在该布置中，催化剂颗粒装载在轴向反应器的管内。在管周围供给冷却介质，例如汽化的水。然后，反应物气体经过管，在那里它们接触催化剂并发生甲醇形成反应。释放的热通过管壁传递至周围的冷却介质。然而，从管中心到壁的热阻是显著的，由此，考虑到需要控制管内的热，管的尺寸受到限制以使热易于从管的中心传递至发生热交换的壁。因此，通常管具有小于约40mm的直径以确保所需的热传递水平并且防止位于朝向管中心的催化剂过热，这将增加副产物的产生。这表示不仅损失向所需产物的转化，而且导致分离副产物的需求，这增加了成本。管的小尺寸造成这些反应器构造的高成本。
此外，必须仔细选择诸如表观流速和气时空速等条件，从而保持所需的热传递并在合理的总压力下降下实现所需转化。
这些反应器难以负载催化剂，因为催化剂必须装载入单独的管，同时采取措施以确保管被均匀地装载。
可替代的方法是在鼓泡浆态反应器中进行反应，例如在US4628066中所述。在该布置中，小催化剂颗粒，例如150μm或更小的那些，悬浮在烃产物中，并且通过在反应器底部注入反应气体而搅动。气体高度分散在整个反应器中，并且用高反应性煤气能特别有效地传递由反应产生的热。对如何浓缩浆体存在限制，并因此由热传递液体占据反应器的大部分。
当操作这些反应器时，在浆体内气体滞留量是显著的。这需要额外的反应器容量以容纳气化状态的浆态床。为了适应上述情况，反应器通常比气相反应中使用的那些反应器更大。尽管这些反应器提供了更简单的催化剂装载的益处，但它们好像未广泛应用。
可替代的方法为在壳形设计反应器中使用通常所说的催化剂，例如在US 4778662中所述的反应器，其中冷却的反应物气体轴向流动，其与在整个催化剂床中垂直布置的一系列管中的反应气体逆流。通过吸收在管周围的催化剂床中产生的甲醇反应热来加热供给至反应器的冷的反应物气体。当气体从催化剂床上方的开管排出时，其处于反应温度。然后，其向下流经催化剂床，在那里产生甲醇。当反应在许多情况下为受限的平衡时，可以容易地布置所需要的吸收反应热的再循环。由于该类型反应器的轴向长度受压力下降方面的考虑所限制，因此反应器的直径必须增加以容纳所需的容量。如果逻辑上的考虑限制了能被配置的反应器尺寸，则反应器的容量也同样受限。
在US 4339413中描述的设计是复杂的，并且在更大尺寸下进行构建是昂贵的，未看到在制备甲醇中的广泛应用。
可替代的方法是使用在US 4321234中首次公开的径流产生型反应器。该类型的反应器具有各种优势，包括它们具有简单的设计，易于构建，易于装载和卸载，具有低的压力下降和高的单个反应器容量。对于现有的催化剂，其为广谱的合成气体提供了非常有效的设计，并能在单个的具有非常适中的直径和重量的反应器中实现非常大的容量。然而，随着出现新一代的现有技术催化剂，例如在WO2010/0146380中所描述的，除去热的能力变得更困难。
可替代的方法在CA1251019中描述，其中使用四阶段绝热反应系统，其在第一和第二阶段之后使用外部冷却。这使得有效地使用催化剂。然而，其对于布置而言相对昂贵。
因此，应理解，尽管实施制备甲醇反应的各种方法各自提供了一些优势，但是它们同样各自具有自身的缺点。因此，还需要提供改善的甲醇合成方法，其解决了现有技术布置的一个或多个问题。
根据本发明，提供了通过使包含合成气的气体流与颗粒状催化剂接触而将合成气转化为甲醇的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述至少一个管接触的冷却介质，所述管具有位于其内的一个或多个用于所述颗粒状催化剂的载体；
其中所述催化剂载体包括：
容纳催化剂的环形容器，所述容器具有界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、闭合所述环形容器的顶表面，以及闭合所述环形容器的底表面；
闭合所述管的底部的表面，所述管由环形容器的内壁形成；
裙部(skirt)，其从所述环形容器的穿孔外壁由位于或邻近于所述容器的底表面的位置向上延伸至低于密封件位置的位置；以及
密封件(seal)，其位于或邻近于所述顶表面并从所述容器延伸一定距离，其延伸超过所述裙部的外表面；所述方法包括：
(a)引导入气体反应物通过入口；
(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管，到达所述催化剂载体或第一催化剂载体的上表面，在那里它们进入由容器的穿孔内壁界定的通路，然后经过催化剂床径向地流向穿孔外壁；
(c)当合成气体接触催化剂时，反应发生；
(d)使未反应的反应物和产物通过穿孔外壁离开所述容器，然后在裙部的内表面和环形容器的外壁之间向上流动，直至它们到达密封件，在那里它们被引导越过裙部的末端并引起在所述裙部的外表面和发生热传递的反应器管的内表面之间向下流动；
(e)在任意的随后的催化剂载体上重复步骤(b)至(d)；以及
(f)从出口除去产物。
催化剂载体在2010年10月19日提交的PCT/GB2010/001931中详细描述，其通过参考方式并入本文。
为了避免疑问，任何方向的讨论，例如诸如向上、低于和较低等术语，出于易于参考的目的，以相对于催化剂载体的方向来讨论，如附图所示。然而，当以可替代的方向使用管以及催化剂载体时，应相应地解释术语。
通常改变催化剂容器的大小，以便其具有比其所位于的反应器管的内部尺寸更小的尺寸。改变密封件的大小，以便当本发明的催化剂载体位于所述管内的适当位置时，所述密封件与反应器管的内壁相互作用。密封件不需要是完美无缺的，只要其足以有效地导致大部分的流动气体经过该载体。
通常，多个催化剂载体将叠堆在反应器管内。在该布置中，反应物/产物在第一载体的裙部的外表面和反应器管的内表面之间向下流动，直至它们接触第二载体的上表面和密封件，并且它们被向下引导进入由第二载体的环形容器的穿孔内壁界定的第二载体的管内。然后，重复上述流动途径。
催化剂载体可以由任何合适的材料形成。通常选择这样的材料，其能经受反应器的操作条件。通常，催化剂载体由碳钢、铝、不锈钢、其它合金或能经受反应条件的任何材料制成。
环形容器的壁能具有任何合适的厚度。合适的厚度为约0.1mm至约1.0mm，优选为约0.3mm至约0.5mm。
选择环形容器的内壁和外壁的孔眼大小，使得反应物和产物均匀流经催化剂，同时将催化剂保持在容器内。因此，应理解它们的大小将取决于所使用的催化剂颗粒的大小。在可替代的布置中，可以改变孔眼的大小，以使它们更大，但具有覆盖孔眼的滤网以确保将催化剂保持在环形容器内。这能使用更大的孔眼，其将有利于反应物的自由移动而没有显著的压力损失。
应理解，孔眼可以具有任何适当的形状。实际上，当将壁描述为穿孔时，所需要的是存在使反应物和产物通过该壁的装置。这些可以为任何形状的小孔，它们可以为狭缝，它们可以由网筛形成或由任何其它的能产生多孔表面或可渗透表面的装置形成。
尽管闭合环形容器的顶表面通常位于环形容器壁的上边缘或环形容器的各个壁的上边缘，可以期望使顶表面位于上边缘的下面，以便外壁的一部分的上边缘形成凸缘(lip)。类似地，底表面可以位于环形容器壁的下边缘或环形容器的各个壁的下边缘，或者可以期望地放置底表面以便其在环形容器壁的底边缘之上，使得所述壁形成凸缘。
环形容器的底表面和闭合管底部的表面可以形成为单独的部件，或它们可以为连接在一起的两个单独的片。两个表面可以为共面的，但是在优选的布置中，它们在不同的平面。在一个布置中，闭合管底部的表面位于比环形容器的底表面更低的平面。当要使用多个容器时，这有助于使一个载体位于在其下面布置的载体之上。应理解，在可替代的布置中，闭合管底部的表面可以位于比环形容器的底表面更高的平面。
尽管底表面通常为实心的，但其可以包括一个或多个排出孔。当存在一个或多个排出孔时，它们可以被滤网覆盖。类似地，任选地覆盖有滤网的排出孔可以存在于闭合管底部的表面中。当以非水平方向使用载体时，若存在，则排出孔将位于可替代的位置，即，在使用时载体的最低点的位置。
一个或多个隔板装置可以从环形容器的底表面向下延伸。该隔板装置或每个隔板装置可以形成为单独的部件，或它们可以通过在底表面中的凹陷处形成。当存在这些隔板装置时，在使用时，它们有助于为在第一载体的底表面和第二更低载体的顶表面之间流动的反应物和产物提供无阻碍的路径。隔板可以具有约4mm至约15mm，或约6mm的深度。可选择地或另外地，隔板装置可以存在于顶表面上。
闭合环形容器的顶表面可以包括在其上表面上的装置，该装置将容器放置在抵靠着在使用中的容器上方叠堆的催化剂载体的位置处。该放置容器的装置可以具有任意合适的布置。在一个布置中，其包括直立的卡圈，所述卡圈具有开口或在其内的允许反应物进入的空间。
向上延伸的裙部可以为平滑的，或其可以具有形状。可以使用任何合适的形状。合适的形状包括褶状的、波纹状等。通常沿着载体的长度纵向布置褶皱、波纹等。直立裙部的形状增加了裙部的表面积并有助于将催化剂载体插入反应管中，因为其允许在反应器管的内表面上具有任何表面粗糙度或在要容纳的管中存在公差差异。
当向上延伸的裙部成形时，通常将其压平成朝向其与环形容器的连接点的平滑结构，从而与环形容器形成气密封。直立的裙部通常在环形容器的基底处或邻近于基底处与环形容器的外壁连接。当裙部连接在壁底部上方的点时，壁在连接点以下的区域中不存在孔眼。直立的裙部可以为柔性的。
通常，直立的裙部将在离环形容器的顶表面约0.5cm至约1.5cm，优选约1·cm处停止。
不期望受任何理论的限制，认为直立的裙部用于将来自环形容器的穿孔外壁的反应物/产物聚集，并随着它们向上移动，通过形状引导它们朝向催化剂载体的顶部，收集更多的从环形容器的外壁排出的反应物/产物。如上所述，然后，引导反应物/产物在管壁和直立裙部的外部之间向下。通过该方法，热传递沿着载体的整个长度向下增强，但是当热交换与催化剂分离时，能使用适当的更热或更冷的热交换流体，而不会在管壁处淬灭反应，并且同时确保适当地保持朝向载体中心的催化剂温度。
能以任何合适的方式形成密封件。然而，其通常为可充足压缩的，从而容纳最小直径的反应器管。密封件通常为柔性的滑动密封件。在一个布置中，可以使用O形环。可以使用可压缩的开口环或具有高膨胀系数的环。密封件可由任何合适的材料形成，条件是其能经受住反应条件。在一个布置中，其可为从载体延伸的可变形法兰。可以改变法兰的大小以大于管的内径，以便当容器插入管内时，使其变形以适应内部并与管相互作用。
在本发明中，在催化剂容器的外表面和管壁的内表面之间的环形空间为小的，通常为约3mm至约15mm，或约10mm。该窄的间隙允许所实现的热传递系数使得能够实现在冷却的排出气体和冷却剂之间的可接受的温差为约10°C至约40°C。
通常选择在裙部和催化剂壁以及裙部和管壁之间的环形尺寸，以适应所需的气体流速，同时保持高的热传递和低的压力下降。因此，本发明的方法可以额外地包括选择适当的环形物尺寸以满足这些条件的步骤。
本发明的方法能够使用相对大的反应器管。特别地，相对于常规系统中使用的小于约40mm的直径，能使用约75mm至约130mm，甚至约150mm直径的管。更大直径的管将允许在约5m且重500吨的单一反应器中，产能为甲醇每天约5000吨。
如上所述，甲醇合成反应的放热性质是设计能进行反应的反应器的主要因素。在本发明方法中催化剂载体的使用允许在包含多个催化剂载体的轴向蒸汽产生反应器中的管有效地变为多个具有内部冷却的绝热反应器。
任何合适的催化剂可用于本发明的方法。可以使用粉状、泡沫状、整体式的或其它合适的形式。
本发明方法的一个益处在于载体允许配置使用不同直径的催化剂，例如具有约100μm至约1mm直径的那些催化剂。因为在固定床中使用这些催化剂，所以与未使用固定床的现有技术布置相比，能大幅降低传质阻力。这将导致对所需产物的改善的选择性。
此外，直径在所述范围的低端的催化剂具有高表面积且位于反应气体的单向流动中，所以能将它们保持在与流动气体的温度非常类似的温度下。这能降低形成副产物的趋势。
在一个可替代的布置中，可以使用整体式催化剂。在该布置中，可以改变催化剂容器的结构。适于与整体式催化剂一起使用的催化剂容器的全部细节在2011年4月4号提交的第1105691.8号GB申请中描述，该申请的内容通过参考方式并入本文。
因此，根据本发明的第二方面，提供了通过使包含合成气的气体流与整体式催化剂接触而将合成气转化为甲醇的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反应器中进行，所述出口位于入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述管接触的冷却介质，所述管具有位于其内的一个或多个用于整体式催化剂的载体；
其中所述催化剂载体包括：
容纳整体式催化剂的容器，所述容器具有闭合所述容器的底表面、和从所述容器的底表面向上延伸至低于密封件位置的位置并与其隔开的裙部，所述裙部被定位于使得在整体式催化剂的外表面和裙部之间存在空间；以及
密封件，其位于或邻近于所述整体式催化剂的顶表面并从所述整体式催化剂延伸一定距离，其延伸超过所述裙部的外表面，所述方法包括：
(a)引导气体反应物经过入口；
(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管，到达所述整体式催化剂或第一整体式催化剂的上表面，在那里它们经过所述整体式催化剂；
(c)当合成气体接触催化剂时，反应发生；
(d)使未反应的反应物和产物离开催化剂，然后在裙部的内表面和整体式催化剂的外表面之间向上流动，直至它们达到密封件，在那里它们被引导越过裙部的末端，并导致在所述裙部的外表面和发生热传递的反应器管的内表面之间向下流动；
(e)在任意的随后的催化剂载体中重复步骤(b)至(d)；以及
(f)从出口除去产物。
在一个布置中，整体式催化剂为固体，因为在整料体内基本上没有未被催化剂占据的空间。当整料在使用时位于具有向下流的垂直反应器中时，反应物向下流经反应器管，反应物首先接触整体式催化剂的上表面并以与圆柱体的轴平行的方向流经该催化剂。容器的密封件防止反应物在整料周围流动并有助于将反应物引导进入催化剂。然后，在整体式催化剂内发生反应。然后产物将以与圆柱体的轴平行的方向向下流经整料。
一旦反应物和产物到达催化剂载体的底表面，则它们被引导朝向载体的裙部。为了促进该流动，可以在底表面的上面上的载体内提供底座，以便在使用时，将催化剂整料支撑在底座上，并且在催化剂整料的底部和催化剂载体的底表面之间存在间隙。然后，向上延伸的裙部在裙部的内表面和整体式催化剂的外表面之间向上引导反应物和产物，直至它们到达密封件的下侧。然后，将它们通过密封件的下侧而被引导越过裙部的末端，然后它们在裙部的外表面和发生热传递的反应器管的内表面之间向下流动。
在一个可替代的布置中，整体式催化剂具有穿过该催化剂的纵向延伸的通道。通常，该通道位于整体式催化剂的中心轴上。因此，当反应器管具有圆形横截面时，该布置的整体式催化剂将具有环形横截面。在该布置中，在使用时，在具有向下流的垂直反应器中，反应物向下流经反应器管，由此首先接触整体式催化剂的上表面。密封件阻断在催化剂侧面周围的反应物通路。因为反应物流动的路径被催化剂所阻碍，所以其通常采取更容易的路径并进入整料的通道内。然后，反应物进入环形整体式催化剂，并经过催化剂径向地流向催化剂整料的外表面。在流经催化剂整料的过程中，发生反应。然后，未反应的反应物和产物通过整体式催化剂的外表面而从其流出。然后，向上延伸的裙部在裙部的内表面和整体式催化剂的外壁之间向上引导反应物和产物，直至它们到达密封件。然后，将它们通过密封件的下侧被引导越过裙部的末端，并且在裙部的外表面和发生热传递的反应器管的内表面之间向下流动。
在整体式催化剂包括通道的布置中，催化剂载体可以包括延伸越过整体式催化剂但使该通道未被覆盖的顶表面。该顶表面用于确保反应物不从顶部进入催化剂整料，而被引导进入通道以径向流动。
在均存在相关特征的情况下，上述关于第一实施方案的催化剂载体的具体特征的讨论同样适于在第二实施方案中的用于整体式催化剂的催化剂载体。
不论使用何种类型的载体，每个管存在的载体数量将随催化剂活性而变，但对于目前可商购的管长度，每个管可以容纳高达约200个载体。这能实现约10°C至约20°C的合理温度升高。
当与现有技术布置相比时，通过管内的催化剂载体或每个催化剂载体的径向流意味着气体流动途径长度也是非常低，总计为约1m。使用约4000的催化剂时空间速度的长度高达20米的管，甚至能实现约2米的总催化剂深度。低的流动途径意味着所实现的总压力下降与在轴向管中使用相同催化剂但未使用本发明方法的情况下所经历的总压力下降相比为更低的数量级。
通过本发明方法能实现低的总压力下降的一个优势在于可以易于容纳具有高表观气体速度的长管、包含高数量惰性气体的气体或气体再循环，而没有高速流经现有的固定床系统所经历的压力下降和潜在的催化剂破碎的缺点。容纳再循环的能力将能够在高的催化剂产率和选择性下实现具有更低的单程转化率的总转化。
在制造工厂中，能重复并可靠地还原催化剂，并将其装载入载体内。在连接单元中组装容器，这将简化反应器的装载并且特别意味着操作者不需要与催化剂接触。同样简化卸载过程，因为在进行再加工之前可以容易地卸下载体。
在本发明的一个布置中，可以并联地使用多个反应器。
将从反应器排出的物流中分离出的液体产物流回收。在本发明的方法中，从所述反应器的出口或每个反应器的出口排出的未反应的气体被进一步处理以除去热。除去的热可以再利用和/或排出以冷却。将从反应器排出的冷却的物流中分离出的液体产物流回收。再循环未反应的气体。
在一个布置中，可以放置两个或多个反应器使得其与位于各个反应器之间的设施具有串联地流体连通以除去热。热可以再利用和/或排出以冷却。在一个布置中，可以将在一系列互连反应器的最后阶段排出的含氢气、一氧化碳和二氧化碳的流再循环至所述方法中的任何合适的点。在一个布置中，其将被再循环至第一反应器的入口。
在一个可替代的布置中，两组或多组的并联反应器能串联地放置。在该布置中，并联反应器组与位于各个组之间的设施串联地连通以除去热。热可以再利用和/或排出以冷却。在一个布置中，可以在各个阶段间除去流体产物，同时含氢气和一氧化碳的流经过随后的串联的反应器组。一系列互连反应器的最后阶段排出的至少一些含氢气、二氧化碳和一氧化碳的流再循环至方法的任何适当的点。在一个布置中，其被再循环至第一反应器的入口。
当所述方法包括多个反应阶段时，可以将新鲜的合成气流供给至第二阶段和/或一个或多个任意的随后阶段。
在一个布置中，反应包括一系列反应器阶段，每个阶段由单一的反应器或多个并联的反应器构成。可以建造所述系列，以便从反应器阶段排出的至少一部分的未反应气体传送至随后的阶段。在传送至下一阶段之前可以冷却气体。
可以使用任何适当的反应条件。在一个布置中，反应器温度将为约150°C至约330°C。反应压力可以为约20bara至约130bara。
现通过实例，参考附图来描述本发明，其中：
图1是本发明的催化剂载体的俯视透视图；
图2是催化剂载体的仰视透视图；
图3是侧视的部分横截面；
图4是本发明的催化剂载体的简图；
图5是当位于管内时本发明载体的仰视示意图；
图6是位于管内的三个催化剂载体的横截面示意图；
图7是图6部分A的放大的横截面；
图8是本发明的可替代的实施方案的示意图，示出流动途径；
图9是本发明的第三实施方案的示意图，示出流动途径；以及
图10是图9所示类型的两个叠堆的载体间的流动途径的示意图。
在图1至3中示出本发明的催化剂载体1。载体包括具有穿孔壁3、4的环形容器2。穿孔内壁3界定了管5。顶表面6在顶部闭合环形容器。其位于朝向环形容器2的壁3、4的顶部的点，以便形成凸缘6。底表面7闭合环形容器2的底部，并且表面8闭合管5的底部。表面8位于比底表面7更低的平面。为多个凹陷处(depression)9形式的隔板装置现位于环形容器2的底表面7上。排出孔10、11位于底表面7和表面8上。
密封件12从上表面6延伸，并提供与管5共轴的直立卡圈13。
波纹状的直立裙部14在容器2周围。波纹在朝向载体1的基底的区域L中变平。
本发明的催化剂载体1位于反应器15中。通过箭头在图4中示例性地示出气体的流动。
当多个本发明的催化剂载体位于反应器管15内时，它们互锁，如图6和7中所示。对流动途径的影响在图7所示的放大部分中示出。
在图8中示出第二实施方案的催化剂载体101。底表面102闭合容器101的底部。底座103从底表面向上延伸以支持整体式催化剂104。直立的裙部105从底表面102延伸。裙部可以为波纹状的，并且在朝向底表面103的区域中变平。
提供密封件106以从整体式催化剂104延伸并与反应器管107的壁相互作用。折流板108向上延伸以用于密封件。这些均用于引导流动并使载体与位于该载体之上的载体的底表面分离。由箭头示例性地示出气体的流动。
本发明的可替代的实施方案在图9中示出。在该布置中，整体式催化剂104具有穿过该催化剂的纵向通道109。在该布置中，可以省略第一实施方案的底座。该载体在布置上与第一实施方案类似。然而，额外地，提供了顶表面110以覆盖整体式催化剂的上表面。通过箭头示例性地示出在图9的布置中的气体流动。
当多个本发明的催化剂载体位于反应器管107内时，对流动途径的影响在图10所示的放大部分中示出。
应理解，尽管特别参考在圆形横截面的管中的应用来描述催化剂载体，但是该管可以具有非圆形横截面，例如，其可以为板状反应器。当管具有非圆形横截面时，载体将具有合适的形状。在该布置中，在所描述的使用环形整料实施方案中，应理解该整料将不为圆形环，并且该术语应当相应地进行解释。
本发明可用于制备甲醇的任何方法中。

Claims (23)

1.通过使包含合成气的气体流与颗粒状催化剂接触而将合成气转化为甲醇的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述管接触的冷却介质，所述管具有位于其内的一个或多个用于所述颗粒状催化剂的载体；
其中所述催化剂载体包括：
在使用时用于容纳催化剂的环形容器，所述容器具有界定管的穿孔内壁、穿孔外壁、闭合所述环形容器的顶表面，以及闭合所述环形容器的底表面；
闭合所述管的底部的表面，所述管由所述环形容器的内壁形成；
裙部，其从所述环形容器的穿孔外壁由位于或邻近于所述容器的底表面的位置向上延伸至低于密封件位置的位置；以及
密封件，其位于或邻近于所述顶表面并从所述容器延伸一定距离，其延伸超过所述裙部的外表面；所述方法包括：
(a)引导气体反应物经过所述入口；
(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管，到达所述催化剂载体或第一催化剂载体的上表面，然后它们进入由所述容器的穿孔内壁界定的通路，随后经过催化剂床径向地流向所述穿孔外壁；
(c)当所述合成气体接触所述催化剂时，反应发生；
(d)使未反应的反应物和产物通过所述穿孔外壁离开所述容器，然后在所述裙部的内表面和所述环形容器的外壁之间向上流动，直至它们达到所述密封件，然后它们被引导越过所述裙部的末端，并导致在所述裙部的外表面和发生热传递的所述反应器管的内表面之间向下流动；
(e)在任意的随后的催化剂载体中重复步骤(b)至(d)；以及
(f)从所述出口除去产物。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述催化剂的直径为约100μm至约6mm。
3.通过使包含合成气的气体流与整体式催化剂接触而将合成气转化为甲醇的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反应器中进行，所述出口位于所述入口的下游，所述反应器包括一个或多个管和与所述管接触的冷却介质，所述管具有位于其内的一个或多个用于所述整体式催化剂的载体；
其中所述催化剂载体包括：
容纳整体式催化剂的容器，所述容器具有闭合所述容器的底表面、和从所述容器的底表面向上延伸至低于密封件位置的位置并与其隔开的裙部，定位所述裙部以便在所述整体式催化剂的外表面和所述裙部之间存在空间；以及
密封件，其位于或邻近于所述整体式催化剂的顶表面并从所述整体式催化剂延伸一定距离，其延伸超过所述裙部的外表面，所述方法包括：
(a)引导气体反应物经过所述入口；
(b)使所述反应物向下经过所述至少一个管，到达所述整体式催化剂或第一整体式催化剂的上表面，然后它们经过所述整体式催化剂；
(c)当所述合成气体接触所述催化剂时，反应发生；
(d)使未反应的反应物和产物离开所述催化剂，然后在所述裙部的内表面和所述整体式催化剂的外表面之间向上流动，直至它们达到所述密封件，然后它们被引导越过所述裙部的末端，并导致在所述裙部的外表面和发生热传递的所述反应器管的内表面之间向下流动；
(e)在任意的随后的催化剂载体中重复步骤(b)至(d)；以及
(f)从所述出口除去产物。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中在所述反应器管内叠堆多个催化剂载体。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其中选择在所述催化剂容器的外表面和所述管壁的内表面之间的环形空间以适应所需的气体流速，同时保持高的热传递和低的压力下降。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其中在所述催化剂容器的外表面和所述管壁的内表面之间的环形空间为约3mm至约15mm。
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其中所述管的直径为约75mm至约200mm。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其中约200个或更多个载体位于单个管内。
9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其中并联地使用多个反应器。
10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其中处理从所述反应器或每个反应器的出口排出的未反应气体以除去热。
11.如权利要求10所述的方法，其中再利用所述除去的未反应气体。
12.如权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其中串联地放置两个或多个反应器。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述串联放置的反应器与位于每个反应器之间的设施流体连通，从而除去热。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中将在一系列的互连反应器的最后阶段排出的含氢气和碳氧化物的流再循环至所述方法的任意适当的点。
15.如权利要求14所述的方法，其中将在一系列的互连反应器的最后阶段排出的含氢气和碳氧化物的流再循环至所述第一反应器。
16.如权利要求9所述的方法，其中并联反应器的组与位于每个组之间的设施串联地连通，以除去热。
17.如权利要求12或16所述的方法，其中将所述热再利用和/或排出以冷却。
18.如权利要求16所述的方法，其中在并联反应器的各个组之间除去液体产物，并且含氢气和一氧化碳的流被传送至串联的随后的反应组。
19.如权利要求18所述的方法，其中将在一系列的互连反应器的最后阶段排出的含氢气和一氧化碳的流再循环至所述方法的任意适当的点。
20.如权利要求19所述的方法，其中将所述流再循环至所述第一反应器的入口。
21.如权利要求9至20中任一权利要求所述的方法，其中可以将富含氢的流供给至第二反应器和/或一个或多个任意的随后的反应器或随后的反应器。
22.如权利要求1至21中任一权利要求所述的方法，其中反应温度为约150°C至约330°C。
23.如权利要求1至22中任一权利要求所述的方法，其中反应压力为约20bara至约130bara。
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