EA019311B1 - Способ и реактор для получения метанола - Google Patents

Способ и реактор для получения метанола Download PDF

Info

Publication number
EA019311B1
EA019311B1 EA201001351A EA201001351A EA019311B1 EA 019311 B1 EA019311 B1 EA 019311B1 EA 201001351 A EA201001351 A EA 201001351A EA 201001351 A EA201001351 A EA 201001351A EA 019311 B1 EA019311 B1 EA 019311B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
methanol
catalyst
reactor
cooling
range
Prior art date
Application number
EA201001351A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201001351A1 (ru
Inventor
Макс Торхаугэ
Original Assignee
Хальдор Топсёэ А/С
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хальдор Топсёэ А/С filed Critical Хальдор Топсёэ А/С
Publication of EA201001351A1 publication Critical patent/EA201001351A1/ru
Publication of EA019311B1 publication Critical patent/EA019311B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/008—Details of the reactor or of the particulate material; Processes to increase or to retard the rate of reaction
    • B01J8/009—Membranes, e.g. feeding or removing reactants or products to or from the catalyst bed through a membrane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0207—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal
    • B01J8/0214—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly horizontal in a cylindrical annular shaped bed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0292—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds with stationary packing material in the bed, e.g. bricks, wire rings, baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/065—Feeding reactive fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/06—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds in tube reactors; the solid particles being arranged in tubes
    • B01J8/067—Heating or cooling the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/152—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the reactor used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00—Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/02—Monohydroxylic acyclic alcohols
    • C07C31/04—Methanol
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00123—Fingers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/0015—Plates; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00212—Plates; Jackets; Cylinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00761—Details of the reactor
    • B01J2219/00763—Baffles
    • B01J2219/00765—Baffles attached to the reactor wall
    • B01J2219/0077—Baffles attached to the reactor wall inclined
    • B01J2219/00772—Baffles attached to the reactor wall inclined in a helix
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Предлагается усовершенствованная модель каталитического способа и реактора для получения метанола в равновесных условиях, где метанол по мере образования выделяется в реакторе из газовой фазы в жидкую фазу без снижения каталитической активности катализатора синтеза метанола. Это достигается регулированием точки кипения или температуры жидкого охлаждающего агента, находящегося в косвенном контакте с частицами катализатора, и обеспечением определенного отношения объема слоя катализатора к площади охлаждаемой поверхности. Таким образом, конденсация метанола по мере его образования в газовой фазе происходит большей частью на охлаждаемой поверхности, равномерно распределенной внутри реактора, и внутри очень ограниченной области каталитического слоя, если это вообще имеет место.

Description

Настоящее изобретение относится к промышленному получению метанола посредством конверсии синтез-газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, в присутствии катализатора синтеза метанола.
Изобретение относится, в частности, к способу и реактору для улучшения производства метанола с точки зрения ограничений по равновесию и, таким образом, снижения или ограничения рециркуляции синтез-газа посредством отделения метанола ίη ййи по мере его получения из синтез-газа.
Предпосылки создания изобретения
Получение метанола основано на следующих трех равновесных реакциях:
(1) СО + 2 Н2 <=> СНзОН (2) СО2 + 3 Н2 <=> СНзОН + Н2О (3) СО + Н2О <=> СО2 + Н2
Благодаря равновесию только часть синтез-газа конвертируется в метанол, а остальная часть синтез-газа должна быть возвращена в повторный цикл. Отделение метанола от синтез-газа ίη ййи раскрыто в патенте США № 4731387. В газотвердофазном струйно-проточном реакторе метанол удаляют абсорбирующим материалом, в результате чего улучшается состояние равновесия. После прохождения через реактор метанол десорбируется из абсорбирующего материала, а абсорбирующий материал возвращается на вход реактора. Недостатки такой системы заключаются в сложности системы, что приводит к эксплуатационным трудностям и более высоким капитальным затратам.
Другой способом преодоления ограничений по равновесию описан в патенте США № 5262443, где каталитический реактор работает при температуре и давлении, при которых часть полученного метанола конденсирует в каталитическом слое. Применяя данное изобретение, можно сократить или устранить дорогостоящий рецикл синтез-газа. Однако использование этого способа имеет два недостатка.
Для работы при температуре ниже точки конденсации газа температура катализатора должна быть ниже оптимального уровня температуры, необходимой для каталитической реакции. Более низкая температура приводит к более низкой активности, что повышает объем необходимого катализатора и стоимость реактора.
Вторая проблема касается конденсации метанола в пористом катализаторе. Чтобы начать каталитическую реакцию, синтез-газ должен диффундировать внутрь катализатора через пористую систему. Если поры заполнены метанолом, скорость диффузии и каталитическая активность резко сокращаются.
Эти две проблемы снижают каталитическую активность в несколько раз по сравнению с активностью, полученной при использовании традиционных способов синтеза метанола. В результате снижения активности конденсирующий реактор необходимо увеличить в размере, что приводит к более дорогой стоимости реактора по сравнению с традиционными реакторами с рециклом синтез-газа.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение предлагает, в общем, улучшенную модель каталитического способа и реактора для получения метанола в равновесных условиях, согласно которому метанол по мере образования выделяется из газовой фазы в жидкую фазу внутри реактора без снижения каталитической активности катализатора метанола. Это достигается регулированием температуры жидкого охлаждающего агента, находящегося в косвенном контакте с частицами катализатора, и обеспечением определенного отношения объема слоя катализатора к площади охлаждаемой поверхности. Таким образом, конденсация метанола по мере его образования в газовой фазе происходит большей частью на охлаждаемой поверхности, равномерно распределенной внутри реактора и в очень ограниченной области слоя катализатора, если это вообще имеет место.
В частности, изобретение предлагает способ получения метанола, включающий стадии реакции синтез-газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, в реакторе с неподвижным слоем частиц катализатора синтеза метанола, косвенно охлаждаемым охлаждающим агентом, конденсации метанола по мере его образования на охлаждаемой поверхности посредством регулирования давления охлаждающего агента для получения температуры кипения (ТВ\¥) охлаждающего агента в диапазоне от 60 до 170°С, поддержания температуры катализатора на уровне, превышающем температуру конденсации метанола, посредством регулирования площади охлаждаемой поверхности (АСООЬ) при точке кипения охлаждающего агента таким образом, чтобы отношение общего объема осажденного катализатора (УСАТ) к площади охлаждаемой поверхности (АСООЬ) находилось в диапазоне от 0,0125 до 0,125 м.
Еще один предлагаемый в изобретении способ получения метанола включает стадии реакции синтез-газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, в реакторе с неподвижным слоем частиц катализатора синтеза метанола, косвенно охлаждаемым охлаждающим агентом, конденсации метанола по мере его получения на охлаждаемой поверхности посредством регулирования давления охлаждающего агента для достижения температуры кипения (ТВ\¥) охлаждающего агента в диапазоне от 60 до 170°С, поддержания температуры катализатора на уровне, превышающем температуру конденса
- 1 019311 ции метанола, посредством регулирования площади охлаждаемой поверхности (ЛСООЬ) таким образом, чтобы отношение (Ζ) общего объема осажденного катализатора к произведению площади охлаждаемой поверхности (ЛССОЬ) и эквивалентного диаметра катализатора (ЭЕО) находилось в диапазоне от 2,0 до 30, где эквивалентный диаметр катализатора рассчитывается при помощи следующих уравнений:
ЭЕО| = (6-(объем частицы катализатора синтеза метанола [м3])/3,14)0,33 с частицами катализатора одинакового размера или
МЮ; = (Σν(ί)-(ΌΕΡ(ί)3))0·33, где ν(ί) является массовой долей частиц катализатора с эквивалентным диаметром ΟΕΟ(ί) [м].
В предпочтительном варианте осуществления изобретения температура частиц катализатора метанола поддерживается на уровне, превышающем температуру конденсации метанола, посредством нагревательного агента, содержащего воду под давлением с точкой кипения в диапазоне от 220 до 280°С, пар с температурой конденсации в диапазоне от 220 до 280°С или их смесь, причем нагревательный агент пропускают через внутреннее нагревательное устройство, имеющее такую площадь поверхности, что отношение поверхности нагревательного устройства к площади охлаждаемой поверхности (ЛСООЬ) находится в диапазоне от 0,3 до 3,0.
Другие варианты осуществления предлагаемого в изобретении способа описаны в пунктах формулы изобретения.
Изобретение также описывает реактор для получения метанола, пригодный для использования со способом согласно изобретению.
В одном из аспектов изобретения реактор метанола содержит внутри общего корпуса неподвижный слой частиц катализатора синтеза метанола и охлаждающее устройство для косвенного охлаждения синтез-газа метанола охлаждающим агентом, где отношение общего объема осажденного катализатора к площади охлаждающей поверхности (УСЛТ/ЛСООЬ) охлаждающего устройства находится в диапазоне от 0,0125 до 0,125 м при температуре кипения охлаждающего агента от 60 до 170°С.
В еще одном аспекте изобретения реактор метанола содержит внутри общего корпуса постоянный слой катализатора синтеза метанола и охлаждающее устройство для косвенного охлаждения синтез-газа для получения метанола при помощи охлаждающего агента, где отношение (Ζ) общего объема катализатора к произведению площади охлаждаемой поверхности и эквивалентного диаметра катализатора (ΌΕ0) находится в диапазоне от 2,0 до 30 при точке кипения охлаждающего агента в диапазоне от 60 до 170°С, где эквивалентный диаметр катализатора рассчитывается при помощи следующего уравнения: ЬЕО1 = (6-(объем частицы катализатора синтеза метанола [м3])/3,14)0,33 с частицами катализатора одинакового размера, а с частицами катализатора разного размера посредством следующего уравнения:
МЮ; = (Σν(ί)-(ΌΕΡ(ί)3))0·33, где ν(ί) является массовой долей частиц катализатора с эквивалентным диаметром ΟΕΟ(ί) [м].
Предпочтительный вариант осуществления вышеописанных реакторов, предлагаемых в изобретении, также содержит внутри общего корпуса нагревательное устройство для косвенного поддержания температуры катализатора метанола на уровне, превышающем температуру конденсации метанола, при помощи нагревательного агента, где отношение поверхности нагревательного устройства к поверхности охлаждающего устройства находится в диапазоне от 0,3 до 3,0.
Другие варианты осуществления изобретения соответствуют приведенным пунктам формулы изобретения.
Подробное описание изобретения
Тип реактора для использования в соответствии с изобретением обычно имеет второстепенное значение. Требуемая точка кипения или температура жидкого охлаждающего агента будет одинаковой для любого типа ректора и отношение объема катализатора к площади охлаждаемой поверхности будет идентичным. Наиболее подходящими реакторами для получения метанола являются испарительные реакторы, охлаждаемые либо подымающимся паром, либо нагреванием находящегося под давлением охлаждающего агента.
Температура жидкого охлаждающего агента является средней температурой, определяемой как температура охлаждающего агента после получения половины всей переданной теплоты.
Тремя основными типами реактора для получения метанола являются:
реактор 1-го типа, где синтез-газ входит в верхней части каталитического слоя, слой катализатора косвенно окружен жидким охлаждающим агентом, а синтез-газ и конденсированный жидкий метанол одновременно движутся вниз; пример такого реактора показан на фиг. 8;
реактор 2-го типа, где синтез-газ входит в верхней части каталитического слоя, жидкий охлаждающий агент косвенно окружен слоем катализатора, а синтез-газ и конденсированная жидкость одновременно движутся вниз; пример такого реактора показан на фиг. 9.
в реакторе 3-го типа синтез-газ входит перпендикулярно оси цилиндрического реактора, жидкий охлаждающий агент косвенно окружен слоем катализатора, а синтез-газ и конденсированный жидкий метанол радиально проходят через реактор; пример такого реактора показан на фиг. 11.
- 2 019311
Вышеупомянутый термин косвенно окружен в данном тексте относится к общеизвестному принципу косвенного теплообмена, где охлаждающий или нагревательный агент находятся в косвенном тепловом контакте с другой жидкостью, отделяемой от охлаждающего/нагревательного агента поверхностью теплопередачи в форме, например, стенки трубы или пластины теплообменника.
Чтобы получить в соответствии с изобретением конденсацию метанола, по мере его образования в слое катализатора, на охлаждаемой поверхности, необходимо выполнить два противоречащих друг другу условия.
1. Чтобы получить достаточно высокую температуру в слое катализатора, тепловой поток должен быть небольшим. Этого можно достичь уменьшением охлаждаемой площади или увеличением температуры охлаждающего агента.
2. Достаточно высокая температура требует высокой выработки теплоты или высокой скорости протекания реакции. Если синтез-газ для получения метанола находится в термодинамическом равновесии с метанолом, каталитическая реакция остановится и, таким образом, прекратится выработка теплоты. Поэтому необходимо обеспечить высокую скорость транспортировки полученного метанола к охлаждаемой поверхности. Этого можно достичь увеличением охлаждаемой площади или снижением температуры жидкого охлаждающего агента.
В соответствии с изобретением каталитическая активность поддерживается на высоком уровне посредством предотвращения конденсации, что достигается регулированием соотношения между объемом катализатора и площадью охлаждаемой поверхности, а также определенной температурой жидкого охлаждающего агента, что далее описано подробно.
Длина транспортного пути метанола, получаемого в слое катализатора, устанавливается на уровне, при котором концентрация метанола в каталитическом слое является достаточно низкой, чтобы теплота реакции увеличивалось до температуры, которая компенсирует количество теплоты, удаляемой такой длиной транспортировки. В то же время обеспечивается достаточно низкая температура охлаждаемой поверхности, необходимая для конденсации, и достаточно высокая температура каталитического слоя, чтобы избежать конденсации на катализаторе и поддерживать высокую скорость реакции.
Этот эффект достигается при определенной температуре охлаждаемой поверхности. Теплота, которую необходимо удалять из реактора, имеет такую величину, что в любом случае ее можно удалить только теплотой испарения или нагреванием жидкого охлаждающего агента. Поверхностная температура охлаждаемой поверхности близка к температуре жидкого охлаждающего агента.
Чтобы избежать конденсации метанола в слое катализатора, теплота в процессе получения должна быть достаточно высокой, чтобы компенсировать теплоту, удаляемую на охлаждаемой поверхности, посредством увеличения отношения объема катализатора к площади охлаждаемой поверхности, а отношение объема катализатора к площади охлаждаемой поверхности должно соответствовать переносу полученных паров метанола к охлаждаемой поверхности.
Предпочтительно, чтобы вторичный захват жидкого метанола был значительно снижен или исключен. Повторного захвата жидкости можно избежать снижением сопротивления стекающего потока свежего метанола на охлаждаемой поверхности. Это достигается применением частиц катализатора с эквивалентным диаметром более 0,002 м. Повторный захват жидкости можно также снизить при помощи стабилизатора жидкой пленки, как показано на фиг. 1-7.
Повторного захвата жидкого метанола в слой катализатора можно также избежать введением в реактор зоны нагрева, поддерживающей температуру слоя катализатора на уровне, превышающем температуру конденсации метанола. Зона нагрева будет также удерживать температуру катализатора на уровне, превышающем температуру конденсации при низкой выработке теплоты, как это имеет место в случае высокомодульных газов, а также около выхода слоя катализатора. Чтобы получить принудительный градиент температуры в каталитическом слое, зона нагрева, также как и зона охлаждения, должна быть равномерно распределена в каталитическом слое. Поскольку выработка теплоты выше на входе синтезгаза в реактор по сравнению с выходом из реактора, зона нагрева может охлаждать область входа в реактор и нагревать только слой катализатора в области выхода из реактора. Предпочтительно вводить охлаждающий агент в параллельном направлении с потоком синтез-газа. Посредством этого область выхода из реактора может быть снова нагрета избыточной теплотой из области входа в реактор. Нагревательным агентом для использования в зоне нагрева предпочтительно является подпиточная вода для котла, пар или их смесь. Давление нагревательного агента предпочтительно находится в диапазоне от примерно 1,2 до примерно 6,4 МПа.
Главным преимуществом способа и реактора, предлагаемых в изобретении, является высокая степень конверсии синтез-газа для получения метанола в реакторе в результате постоянного перевода получаемого метанола из газовой фазы в жидкую фазу посредством конденсации на охлаждаемой поверхности. В результате процесс получения метанола может выполняться за один раз без рециркуляции непрореагировавшего синтез-газа.
Преимущество данного изобретения по сравнению с традиционным кипящим реактором для получения метанола заключается в повышенном производстве пара, поскольку конденсационная теплота используется в реакторе для производства пара, в то время как обычно конденсационная теплота удаляется
- 3 019311 в последующем конденсаторе с водяным охлаждением. Если теплота реакции удаляется нагреванием подпиточной воды для котла, эта вода может быть затем охлаждена мгновенным испарением образованного пара в наружном испарительном барабане.
Как и в традиционном способе получения метанола, образуются некоторые побочные продукты, такие как ацетон или метилэтилкетон, которые трудно удалить дистилляцией. Поскольку реакция гидрогенизации протекает очень быстро, кетоны будут находиться в термодинамическом равновесии при данной температуре в реакторе. Кетоны будут в основном растворяться в конденсированном свежем метаноле на охлаждаемой поверхности, где термодинамическое равновесие является более благоприятным для конверсии кетонов в соответствующие спирты. В результате содержание кетонов в полученном метаноле ниже по сравнению с традиционными реакторами для получения метанола.
Вышеописанные параметры способа, а также конструкция и размеры реактора можно регулировать следующим способом.
Чтобы добиться конденсации образованного метанола на охлаждаемой поверхности, температура охлаждающего агента должна быть ниже температуры конденсации метанола. Если теплота реакции удаляется испарением жидкого охлаждающего агента, давление жидкого охлаждающего агента должно быть урегулировано таким образом, чтобы обеспечить точку кипения (ТВ\У) охлаждающего агента в диапазоне от 60 до 170°С. Если теплота реакции удаляется нагреванием жидкого охлаждающего агента, средняя температура (ТВ\У) охлаждающего агента должна быть в диапазоне от 20 до 170°С. ТВ\У является средней температурой охлаждающего агента. Средняя температура определяется как температура охлаждающего агента после получения половины всей перенесенной теплоты. Для испарительных реакторов средняя температура будет близкой к температуре кипения жидкого охлаждающего агента.
Абсолютное давление синтез-газа на входе в реактор должно быть выше 8,5 МПа.
Определив среднюю температуру жидкого охлаждающего агента, необходимо отрегулировать отношение объема катализатора к площади охлаждаемой поверхности. Чтобы избежать конденсации метанола в слое катализатора, теплота производства должна быть достаточно высокой, чтобы компенсировать теплоту, удаляемую на охлаждаемой поверхности, посредством увеличения отношения объема катализатора к площади охлаждаемой поверхности и отношение объема катализатора к площади охлаждаемой поверхности должно соответствовать переносу полученного пара метанола к охлаждаемой поверхности. Оба состояния могут быть достигнуты регулированием площади охлаждаемой поверхности (АСООЬ) таким образом, чтобы отношение общего объема осажденного катализатора (УСАТ) к площади охлаждаемой поверхности (АСООЬ) находилось в диапазоне от 0,0125 до 0,125 м. В другом варианте осуществления изобретения площадь охлаждаемой поверхности (АСООЬ) регулируется таким образом, чтобы отношение (Ζ) всего объема осажденного катализатора к произведению площади охлаждаемой поверхности (АССОЬ) и эквивалентного диаметра катализатора (ΌΕ0) находилось в диапазоне от 2,0 до 30.
ЭЕО [м] означает эквивалентный диаметр частицы катализатора, рассчитанный как диаметр сферы, имеющей такой же объем, как и частица катализатора (ΌΕ0 = (6-(объем частицы [м3])/3,14)0,33). Если используется больше одного размера частиц, среднемассовый эквивалентный диаметр рассчитывается следующим образом: ЭЕО = (Σ\ν(ί)·(ΟΕΟ(ί))3)0'33. где ν(ί) является массовой долей частиц с эквивалентным диаметром ЭЕО(|) [м].
УСАТ [м2] означает общий объем осажденного катализатора в реакторе.
АСООЬ [м2] означает поверхность теплообмена охлаждаемой поверхности, где происходит конденсация метанола.
Для реактора 1-го типа АСООЬ означает площадь полной внутренней поверхности трубок катализатора. Если трубки катализатора имеют продольные внутренние ребра, АСООЬ означает площадь полной наружной поверхности самых больших цилиндров, вмещающихся в оребренные трубки. Для реакторов 2-го и 3-го типа АСООЬ означает площадь полной наружной поверхности охлаждающих трубок, содержащих жидкий охлаждающий агент с температурой ТВ\У. Если трубки катализатора имеют продольные ребра, АСООЬ означает площадь полной наружной поверхности наименьших цилиндров, вмещающих оребренные трубки.
Если используются пластинчатые теплообменники, АСООЬ означает площадь наружной поверхности наименьшего прямоугольника, охватывающего пластинки теплообменника.
Если происходит повторный захват жидкости в слой катализатора или входной модуль, М синтезгаза превышает значение 3,
М = (У(Н2) - У(СО2))/(У(СО) + У(СО2)), где М означает входной газовый модуль;
У означает молярную долю, в реактор 2-го и 3-го типа предпочтительно вводить вторую зону нагрева АКЕНЕАТ [м2], как определено выше. Вторая зона нагрева обеспечит поддержание температуры катализатора на уровне, превышающем температуру конденсации метанола. Нагревательным агентом в зоне нагрева может быть жидкая среда, пар или их смесь с точкой кипения в диапазоне от 220 до 280°С для жидкой среды или темпе
- 4 019311 ратурой конденсации в диапазоне от 220 до 280°С для пара.
Подробное описание фигур
Фиг. 1А и 1В показывают внутреннее устройство из проволочной сетки, используемое в изобретении. Жидкая охлаждающая среда 1 находится снаружи стальной трубки 2. Внутренняя стенка охлаждающей трубки оснащена цилиндрической проволочной сеткой 3 (элемент А), расположенной на некотором расстоянии от стенки. Трубка 2 содержит неподвижный слой 4 катализатора. Пленка 5 конденсата метанола, получаемого внутри слоя 4 в газовой фазе, конденсирует в виде пленки на внутренней стенке трубки и стекает вниз между внутренней стенкой и проволочной сеткой. Расположение может быть противоположным, так что охлаждающий агент находится в трубке, цилиндр из проволочной сетки - снаружи трубки, а слой катализатора - снаружи цилиндра из проволочной сетки.
Фиг. 2 показывает стальное спиральное внутреннее устройство для использования в соответствии с изобретением. Жидкий охлаждающий агент 1 находится снаружи стальной трубки 2. Стальная спираль 3 размещена внутри трубки 2, содержащей неподвижный слой 4 катализатора. Пленка 5 конденсата метанола стекает вниз по нижней стороне спирали.
Фиг. 3 показывает стальное спиральное внутреннее устройство для использования в соответствии с изобретением. Жидкий охлаждающий агент 1 течет снаружи стальной трубки 2. Стальная спираль 3 расположена внутри неподвижного слоя 4 катализатора. Пленка 5 конденсата метанола стекает вниз по внутренней стенке трубки 2, прижимается к стенке 2 благодаря центробежной силе, создаваемой принудительным вращением синтез-газа, проходящего в осевом направлении через трубку 2. Трубка 2 может быть оснащена двумя спиралями 3, смещенными на 180° относительно друг друга.
Фиг. 4А и 4В показывают внутреннее устройство из пористого волокна для использования в соответствии с изобретением. Жидкий охлаждающий агент окружает охлаждающую трубку 2, оснащенную цилиндром 3 из тканого волокна или цилиндром из волокон, связанных керамической матрицей, на внутренней стороне трубки 2. Неподвижный слой 4 катализатора расположен внутри трубки 2. Пленка 5 конденсата метанола стекает вниз внутри внутреннего устройства из пористого волокна. Расположение может быть противоположным, так что охлаждающий агент находится внутри трубки 2, устройство 3 находится снаружи трубки, а слой 4 катализатора находится снаружи устройства 3.
Фиг. 5 является видом в поперечном разрезе каталитической трубки 2 с внутренним оребрением для использования в соответствии с изобретением. Жидкий охлаждающий агент 1 находится снаружи продольной оребренной стальной трубки 2, где число внутренних ребер предпочтительно составляет более 3,14, умноженных на номинальный внутренний диаметр трубки, разделенный на эквивалентный диаметр частицы катализатора. Внутренние ребра будут создавать полость между стальной стенкой и слоем катализатора, позволяя конденсату метанола стекать вниз с меньшим сопротивлением. Неподвижный слой 3 катализатора расположен внутри трубки, а пленка 4 конденсата метанола стекает вниз между внутренней стенкой трубки и слоем 4 катализатора.
Фиг. 6 является видом в поперечном разрезе охлаждающей трубки с внешним оребрением для использования в соответствии с изобретением. Жидкий охлаждающий агент 1 находится снаружи продольно оребренной стальной трубки 2, где число внешних ребер предпочтительно больше 3,14, умноженных на номинальный наружный диаметра трубки, разделенный на эквивалентный диаметр частицы катализатора. Внешние ребра будут создавать полость между стальной стенкой и каталитическим слоем, позволяя пленке 4 конденсата метанола течь по внутренней стенке трубки с меньшим сопротивлением.
Фиг. 7 показывает пластинчатый теплообменник с гофрированной пластиной для использования в качестве зоны охлаждения в соответствии с изобретением. Жидкий охлаждающий агент 1 вводится через входное отверстие 1а и покидает теплообменник в газообразной форме 2 через выходное отверстие 2а. Неподвижный слой 3 катализатора окружает пластинчатый теплообменник. Теплообменник имеет синусоидальную гофрированную поверхность 4, которая обеспечивает полость между частицами катализатора и поверхностью теплообменника, позволяя конденсировавшему метанолу 5 течь по поверхности с меньшим сопротивлением. Длина волны синусоидальной гофрированной поверхности меньше эквивалентного диаметра катализатора.
Фиг. 8 показывает продольный вид многотрубчатого реактора для получения метанола в соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения. В своем работающим под давлением корпусе 14 с входным отверстием 1 для синтез-газа реактор имеет люк 2, входное отверстие 4 для жидкого охлаждающего агента, выходное отверстие 5 для смеси жидкости и пара охлаждающей среды, выходное отверстие 9 для непрореагировавшего синтез-газа и жидкого свежего метанола и выпуск жидкости 12. В верхней части 3 реактора имеется верхняя трубная пластина 6, верхняя часть 3 может быть необязательно частично заполнена катализатором. В нижней выпускной части реактора находится нижняя трубная пластина 7, поддерживающий слой инертных шариков 8 и перфорированная поддерживающая решетка 11, которая удерживает инертный слой. Множество трубок 13 заполнены катализатором синтеза метанола, каждая из этих трубок может иметь вышеописанное устройство для стабилизации жидкости. Трубки расположены триангулированно. Метанол, образуемый внутри трубок, конденсирует на внутренней стенке трубок, охлаждаемых охлаждающим агентом, и стекает вниз к выходному отверстию 9.
Фиг. 9 представляет собой продольный вид реактора для получения метанола с каталитическим
- 5 019311 слоем 8 и трубчатым теплообменником 11, расположенным в слое катализатора в соответствии с конкретным вариантом осуществления данного изобретения. Синтез-газ для получения метанола вводят через впускное отверстие 1 и пропускают через слой 8 катализатора. Жидкий охлаждающий агент вводят через впускной трубопровод 4 в трубчатый теплообменник 11 и выводят в виде смеси пара и жидкости через выпускной трубопровод 5. Внизу реактора перфорированная опорная решетка 6 поддерживает опорный слой 9 инертных шариков. Большая часть катализатора расположена между теплообменником 11, состоящим либо из множества трубок, трубок со стабилизатором жидкой пленки на внешней поверхности, трубок с продольным оребрением, либо из гофрированных теплообменных пластин. Образующийся в слое катализатора метанол конденсирует на поверхности теплообменника 11 и выводится в жидкой фазе через выпускное отверстие 10.
Фиг. 10 представляет собой продольный вид реактора для получения метанола, имеющего неподвижный слой 8 катализатора синтеза метанола в соответствии с конкретным вариантом осуществления изобретения. В слое 8 установлена охлаждающая поверхность в виде трубчатого теплообменника 11 и поверхность нагрева в виде трубчатого теплообменника 15. Перфорированная опорная решетка 6 в нижней части реактора удерживает опорный слой 9 инертных шариков. Синтез-газ для получения метанола вводят в слой 8 через впускное отверстие 1. Нагревательный агент вводят в теплообменник 15 через впускной трубопровод 13 и выводят через выпускной трубопровод 14. Жидкий охлаждающий агент вводят в теплообменник 11 через впускной трубопровод 4 и выводят через выпускной трубопровод 5. Метанол, образующийся в слое 8, конденсирует на охлаждаемой поверхности теплообменника 11 и выводится из реактора в жидкой фазе через выпускное отверстие 10. Охлаждающая поверхность теплообменника 11 состоит либо из множества трубок, трубок со стабилизатором жидкой пленки на внешней поверхности, трубок с продольным оребрением, либо из теплообменных пластин, на которых конденсирует свежий метанол. Теплообменник 15 поддерживает температуру каталитического слоя на уровне, превышающем температуру конденсации образованного метанола, и состоит либо из множества трубок, либо из пластинок теплообменника.
Фиг. 11 представляет собой вид в разрезе реактора с радиальным потоком в соответствии с конкретным осуществлением изобретения. Синтез-газ для получения метанола вводится в реактор через впускное отверстие 1. Синтез-газ пропускают через слой 14 катализатора в радиальном направлении от периферии реактора через цилиндрический перфорированный цилиндр 7, содержащий в себе слой катализатора и позволяющий вводимому синтез-газу проходить к центральной трубке 6, перфорированной в местах контакта с катализатором, чтобы позволить остаточному ситез-газу и образующемуся жидкому свежему метанолу выходить через выпускное отверстие 13. Охлаждаемая поверхность в виде теплообменника 9, состоящего либо из множества трубок, трубок со стабилизатором жидкой пленки на внешней поверхности, трубок с продольным оребрением, либо из гофрированных теплообменных пластин, расположена в слое 14 катализатора. Жидкий охлаждающий агент вводят в теплообменник через впускное отверстие 4 и выводят через выпускное отверстие 5. Охлаждающий агент распределяется в теплообменнике посредством кольцевого трубопровода 10 и собирается у выпускного отверстия теплообменника посредством выпускного трубопровода 11.
Фиг. 12 представляет принципиальную технологическую схему получения метанола в соответствии с изобретением. Синтез-газ 1 для получения метанола сжимают в компрессоре синтез-газа и направляют в обычный многотрубчатый реактор 5 на кипящей воде, обычно применяемый в настоящее время в промышленности. Вытекающий из реактора 5 продукт, содержащий метанол и непрореагировавший синтезгаз, подают в сепаратор 9 и разделяют на поток, обогащенный синтез-газом 10, и поток, обогащенный метанолом 17. Поток 10 вводят в реактор для получения метанола 11, сконструированный в соответствии с изобретением. Охлаждающий агент с температурой кипения 60-170°С вводят в реактор 11 через впускное отверстие 13 и выводят через выпускное отверстие 12. Нагревательный агент вводят через впускное отверстие 18 и выводят через выпускное отверстие 19. Продукт, выходящий из реактора 11 и содержащий жидкий метанол и непрореагировавший синтез-газ, подают в сепаратор 15 и разделяют на поток 16 синтез-газа и поток 20 жидкого метанола, который соединяют с потоком метанола из реактора 9 на линии 17.
Пример 1.
Конструкция реактора и технологический режим процесса для способа и реактора вышеописанного типа 1 определяются следующими уравнениями, основанными на заданных значениях.
Давление в реакторе на входе синтез-газа:
Р = 12,55 МПа.
Состав синтез-газа на входе в реактор:
УССНзОН) = 0,255; Υ(Η2) = 0,438; У(СО) = 0,148; У(СО2) = 0,075; Υ(Η2Ο) = 0,006.
Эквивалентный диаметр частиц катализатора:
ЭЕС = 0,006 м.
При заданных значениях ΤΒν = 130°С, Ζ = 5 конструкцию реактора с оптимальной конденсацией метанола на охлаждаемой поверхности внутри реактора можно определить следующим образом:
Поскольку Ζ = УСАТ/(АСООБ/ОЕС). а Ζ и ЭЕС известны, УСАТ/АСООЬ можно вычислить как
- 6 019311
УСАТ/АСООЬ = 5x0,006 м = 0,03 м.
Для многотрубчатого реактора 1-го типа соотношение УСЛТ/ЛСООЬ равно !/4 внутреннего диаметра трубки при условии, что внутренний диаметр трубки составляет 0,12 м.
Чтобы удерживать среднюю температуру жидкого охлаждающего агента на уровне 130°С, для охлаждения реактора используется находящаяся под давлением подпиточная вода для котла при 5,0 МПа и 110°С, поток охлаждающего агента регулируются таким образом, чтобы на выходе получить температуру охлаждающего агента 150°С при условии, что средняя температура охлаждающего агента составляет 130°С.

Claims (14)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Способ получения метанола, включающий стадии реакции синтез-газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, в реакторе с неподвижным слоем частиц катализатора синтеза метанола, косвенно охлаждаемым охлаждающим агентом;
    конденсации метанола по мере его образования на охлаждаемой поверхности посредством регулирования давления охлаждающего агента для обеспечения точки кипения ТВ\У охлаждающего агента в диапазоне от 60 до 170°С;
    поддержания температуры катализатора на уровне, превышающем температуру конденсации метанола, посредством регулирования площади охлаждаемой поверхности (ЛСООЬ) таким образом, чтобы отношение (Ζ) общего объема осажденного катализатора (УСАТ) к произведению площади охлаждаемой поверхности (АССОЬ) и эквивалентного диаметра катализатора (ΌΕ0) находилось в диапазоне от 2,0 до 30, где эквивалентный диаметр катализатора рассчитывается при помощи следующих уравнений:
    ЬЕО| = (6-(объем частицы катализатора синтеза метанола [м3])/3,14)0,33 в случае частиц катализатора одинакового размера или
    ΌΕ02 = (Σν(ί)-(ΌΕΟ(ί)3))0·33, где ν(ί) является массовой долей частиц катализатора с эквивалентным диаметром ΌΕΟ(ί) [м].
  2. 2. Способ по п.1, где температура частиц катализатора синтеза метанола поддерживается на уровне, превышающем температуру конденсации метанола, посредством нагревательного агента, содержащего воду под давлением с точкой кипения в диапазоне от 220 до 280°С, пар с температурой конденсации в диапазоне от 220 до 280°С или их смесь, причем нагревательный агент пропускают через внутреннее нагревательное устройство, имеющее такую площадь поверхности, что отношение поверхности нагревательного устройства к площади охлаждаемой поверхности (АСООЬ) находится в диапазоне от 0,3 до 3,0.
  3. 3. Способ по п.1, где точка кипения охлаждающего агента находится в диапазоне от 100 до 160°С, а отношение Ζ находится в диапазоне от 2,0 до 15.
  4. 4. Реактор для получения метанола для использования в соответствии со способом по п.1, содержащий внутри общего корпуса неподвижный слой катализатора синтеза метанола и охлаждающее устройство для косвенного охлаждения участвующего в реакции синтез-газа для получения метанола посредством охлаждающего агента, где отношение (Ζ) общего объема катализатора к произведению площади охлаждаемой поверхности охлаждающего устройства и эквивалентного диаметра катализатора (ΌΕ0) находится в диапазоне от 2,0 до 30, где эквивалентный диаметр катализатора удовлетворяет следующему выражению:
    ΌΕΟι = (6-(объем частицы катализатора синтеза метанола [м3])/3,14)0,33 с частицами катализатора одинакового размера, а с частицами катализатора разного размера следующему выражению:
    ΌΕ02 = (Σν(ί)-(ΌΕΟ(ί)3))0·33, где ν(ί) является массовой долей частиц катализатора с эквивалентным диаметром ΌΕΟ(ί) [м].
  5. 5. Реактор для получения метанола по п.4, содержащий также нагревательное устройство для косвенного поддержания температуры катализатора синтеза метанола посредством нагревательного агента, где отношение поверхности нагревательного устройства к поверхности охлаждающего устройства находится в диапазоне от 0,3 до 3,0.
  6. 6. Реактор для получения метанола по п.4, где отношение Ζ находится в диапазоне от 2 до 15.
  7. 7. Реактор для получения метанола по любому из пп.4-6, в котором жидкая охлаждающая среда находится снаружи трубки, содержащий дополнительно внутреннее устройство для стабилизации пленки, смежное с внутренней поверхностью средств для охлаждения.
  8. 8. Способ получения метанола, включающий стадии реакции синтез-газа, содержащего водород, монооксид углерода и диоксид углерода, в реакторе с неподвижным слоем частиц катализатора синтеза метанола, косвенно охлаждаемым охлаждающим агентом, и конденсации метанола по мере его образования на охлаждаемой поверхности посредством установления давления на уровне, обеспечивающем среднюю температуру (ТСА) охлаждающего агента в диапазоне от 20 до 170°С, и поддержания температуры катализатора на уровне, превышающем температуру
    - 7 019311 конденсации метанола, посредством регулирования площади охлаждаемой поверхности (ЛСООЬ) таким образом, чтобы отношение (Ζ) общего объема осажденного катализатора к произведению площади охлаждаемой поверхности (ЛСООЬ) и эквивалентного диаметра катализатора (ΌΕ0) находилось в диапазоне от 2,0 до 30, где эквивалентный диаметр катализатора рассчитывается при помощи следующих уравнений:
    ΌΕΟι = (6-(объем частицы катализатора синтеза метанола [м3])/3,14)0,33 в случае частиц катализатора одинакового размера или
    ВЕСЬ = (Σν(ί)-(ΌΕΡ(ί)3))0·33, где ν(ί) является массовой долей частиц катализатора с эквивалентным диаметром ΌΕΟ(ί) [м].
  9. 9. Способ по п.8, где температура частиц катализатора синтеза метанола поддерживается на уровне, превышающем температуру конденсации метанола, посредством нагревательного агента, включающего воду под давлением с точкой кипения в диапазоне от 220 до 280°С, пар с температурой конденсации в диапазоне от 220 до 280°С или их смесь, причем нагревательный агент пропускают через внутреннее нагревательное устройство, имеющее такую площадь поверхности, что отношение поверхности нагревательного устройства к площади охлаждаемой поверхности (ЛСООЬ) находится в диапазоне от 0,3 до 3,0.
  10. 10. Способ по п.8, где средняя температура жидкого охлаждающего агента находится в диапазоне от 90 до 160°С, а отношение Ζ находится в диапазоне от 2,0 до 15.
  11. 11. Реактор для получения метанола для использования в соответствии со способом по п.8, содержащий внутри общего корпуса неподвижный слой катализатора синтеза метанола и устройство охлаждения для косвенного охлаждения реагирующего синтез-газа для получения метанола посредством охлаждающего агента, где отношение (Ζ) общего объема катализатора к произведению площади поверхности охлаждения охлаждающего устройства и эквивалентного диаметра катализатора (ΌΕ0) находится в диапазоне от 2,0 до 30, где эквивалентный диаметр катализатора удовлетворяет следующему выражению:
    ΌΕΟ1 = (6-(объем частицы катализатора синтеза метанола [м3])/3,14)0,33 с частицами катализатора одинакового размера, а с частицами катализатора разного размера следующему выражению:
    ЭЕС); = (Σν(ί)-(ΌΕΡ(ί)3))0·33, где ν(ί) является массовой долей частиц катализатора с эквивалентным диаметром ΌΕΟ(ί) [м].
  12. 12. Реактор для получения метанола по п.11, содержащий внутри общего корпуса неподвижный слой частиц катализатора синтеза метанола, охлаждающее устройство для косвенного охлаждения реагирующего синтез-газа для получения метанола посредством охлаждающего агента и нагревательное устройство для косвенного поддержания температуры катализатора синтеза метанола посредством нагревательного агента, где отношение поверхности нагревательного устройства к поверхности охлаждающего устройства находится в диапазоне от 0,3 до 3,0.
  13. 13. Реактор для получения метанола по п.11, где отношение Ζ находится в диапазоне от 2 до 15.
  14. 14. Реактор для получения метанола по любому из пп.11-13, в котором жидкая охлаждающая среда находится снаружи трубки, содержащий дополнительно внутреннее устройство для стабилизации пленки, смежное с внутренней поверхностью средств для охлаждения.
EA201001351A 2008-02-25 2009-02-12 Способ и реактор для получения метанола EA019311B1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA200800261 2008-02-25
DKPA200800260 2008-02-25
PCT/EP2009/000974 WO2009106232A1 (en) 2008-02-25 2009-02-12 Method and reactor for the preparation of methanol

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201001351A1 EA201001351A1 (ru) 2011-04-29
EA019311B1 true EA019311B1 (ru) 2014-02-28

Family

ID=40586790

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201001350A EA201001350A1 (ru) 2008-02-25 2009-02-12 Реактор для получения метанола
EA201001351A EA019311B1 (ru) 2008-02-25 2009-02-12 Способ и реактор для получения метанола

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201001350A EA201001350A1 (ru) 2008-02-25 2009-02-12 Реактор для получения метанола

Country Status (17)

Country Link
US (3) US8513314B2 (ru)
EP (3) EP2249958B1 (ru)
JP (2) JP2011515334A (ru)
KR (2) KR20100138884A (ru)
CN (2) CN101959585B (ru)
AT (2) ATE521407T1 (ru)
AU (2) AU2009218827B2 (ru)
BR (2) BRPI0907815B1 (ru)
CA (2) CA2713874C (ru)
EA (2) EA201001350A1 (ru)
ES (3) ES2372670T3 (ru)
MX (2) MX2010007376A (ru)
NZ (2) NZ587453A (ru)
PL (3) PL2374533T3 (ru)
RU (1) RU2481151C2 (ru)
WO (2) WO2009106232A1 (ru)
ZA (2) ZA201004473B (ru)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8951482B2 (en) 2010-05-20 2015-02-10 Haldor Topsoe A/S Method and apparatus for the separation of a liquid from a gas feed stream in a catalytic reactor
PL2585425T3 (pl) 2010-06-24 2015-02-27 Haldor Topsoe As Sposób jednoczesnego wytwarzania metanolu i amoniaku
US20130153188A1 (en) * 2011-12-16 2013-06-20 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Advanced smr reactor design featuring high thermal efficiency
EP3034161A1 (en) 2014-12-18 2016-06-22 Haldor Topsøe A/S Method and reactor design for the production of methanol
DE102015202680A1 (de) 2015-02-13 2016-08-18 Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Verfahren zur Durchführung einer chemischen Synthese und Synthesereaktor
CN107835713B (zh) * 2015-07-15 2021-07-13 托普索公司 催化反应器
CA2993958A1 (en) * 2015-07-29 2017-02-02 Primus Green Energy Inc. Two-stage reactor for exothermal and reversible reactions and methods thereof
EP3400099B1 (en) 2016-01-07 2020-03-18 Total Raffinage Chimie Process for methanol synthesis using an indium oxide based catalyst
WO2017118572A1 (en) 2016-01-07 2017-07-13 Total Research & Technology Feluy Supported indium oxide catalyst and process for methanol synthesis using the same
CN105797653A (zh) * 2016-03-19 2016-07-27 江苏怡达化学股份有限公司 直接氧化法制备环氧丙烷的绿色合成反应装置及工艺
DE102016204717A1 (de) * 2016-03-22 2017-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Reaktor zur Durchführung von gleichgewichtslimitierten Reaktionen
DE102016204718A1 (de) 2016-03-22 2017-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Reaktor
AU2017242105B2 (en) * 2016-03-30 2021-04-22 Haldor Topsøe A/S A methanol synthesis process layout for large production capacity
EP3401300B1 (de) * 2017-05-12 2021-06-23 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude Verfahren zur herstellung von methanol
WO2018210827A1 (en) 2017-05-17 2018-11-22 Total Research & Technology Feluy Mto-ocp upgrading process to maximize the selectivity to propylene
EP3404005A1 (en) 2017-05-17 2018-11-21 Total Research & Technology Feluy Process for ethylene oligomerisation from diluted stream
WO2018210826A1 (en) 2017-05-17 2018-11-22 Total Research & Technology Feluy Process for ethylene aromatisation from diluted stream
AR113649A1 (es) 2017-12-20 2020-05-27 Haldor Topsoe As Convertidor de flujo axial enfriado
EP3593900A1 (en) 2018-07-10 2020-01-15 Total Raffinage Chimie Copper-iron-based catalytic composition for the conversion of syngas to higher alcohols and process using such catalyst composition
EP3599075A1 (de) 2018-07-27 2020-01-29 Siemens Aktiengesellschaft Reaktor zur durchführung einer chemischen gleichgewichtsreaktion
US11865519B2 (en) 2018-09-06 2024-01-09 Total Se Noble metal-promoted IN2O3 catalyst for the hydrogenation of CO2 to methanol
WO2020157057A1 (en) 2019-02-01 2020-08-06 Total S.A. Copper-iron-based catalytic composition comprising zeolites, method for producing such catalytic composition and process using such catalytic composition for the conversion of syngas to higher alcohols
WO2020157049A1 (en) 2019-02-01 2020-08-06 Total S.A. Process using catalytic composition for the conversion of syngas to higher alcohols
US20220288554A1 (en) * 2019-08-27 2022-09-15 Sabic Global Technologies B.V. Mass transfer swirler including distribution member
CN114423516A (zh) * 2019-09-20 2022-04-29 Sabic环球技术有限责任公司 反应器管组件
JP2021154230A (ja) * 2020-03-27 2021-10-07 三菱パワー株式会社 ガス状生成物を得るための装置およびガス状生成物を得るための方法
CN115989081A (zh) * 2020-08-31 2023-04-18 住友化学株式会社 化学反应方法、化学反应装置和制造方法
US12049438B2 (en) 2020-11-17 2024-07-30 Totalenergies Onetech Process for methanol synthesis from CO2-rich syngas
ES2914350B2 (es) * 2020-12-09 2023-01-30 Blueplasma Power S L Dispositivo y proceso para producir carbonato de dimetilo
CN114148553B (zh) * 2021-11-12 2024-06-25 中国运载火箭技术研究院 一种类失重流体分布形态构建系统及控制系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1565824A (en) * 1976-11-15 1980-04-23 Ici Ltd Exothermic process and apparatus therefor
EP0737646A2 (en) * 1995-04-10 1996-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Process for operating equilibrium-controlled reactions
US20030068260A1 (en) * 2001-03-05 2003-04-10 Wellington Scott Lee Integrated flameless distributed combustion/membrane steam reforming reactor and zero emissions hybrid power system

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1894768A (en) * 1929-04-03 1933-01-17 Chemical Construction Corp Catalytic apparatus
US2028326A (en) * 1931-01-23 1936-01-21 Standard Oil Dev Co Apparatus for the production of hydrogen
US2185928A (en) * 1937-09-01 1940-01-02 Socony Vacuum Oil Co Inc Apparatus for catalytic conversions and other contact mass operations
US2521538A (en) * 1945-06-20 1950-09-05 Texaco Development Corp Process for synthesis of hydrocarbons and the like
US3174084A (en) * 1962-12-28 1965-03-16 Gen Electric Electron beam delection system
US3518055A (en) * 1968-03-06 1970-06-30 Japan Gasoline Hydrocarbon reforming process
DE2153437B2 (de) * 1971-10-27 1974-11-21 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Reaktor zur Herstellung von Methanol
US3970435A (en) * 1975-03-27 1976-07-20 Midland-Ross Corporation Apparatus and method for methanation
US4134908A (en) * 1977-04-28 1979-01-16 Foster Wheeler Energy Corporation Methanation process
EP0027329B1 (en) * 1979-10-15 1983-03-02 Imperial Chemical Industries Plc Catalytic process and apparatus therefor
DE3266054D1 (en) * 1981-11-19 1985-10-10 Ici Plc Synthesis process and reactor
AU4695985A (en) * 1984-09-04 1986-03-13 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Process for reforming methanol
DE3605792A1 (de) * 1985-09-27 1987-04-02 Gutehoffnungshuette Man Stehender reaktor fuer katalytische exotherme und endotherme reaktionen, insbesondere zur herstellung von methanol, ammoniak, synthesegas und hoeheren alkoholen
GB8524025D0 (en) 1985-09-30 1985-11-06 Shell Int Research Chemical equilibrium reaction
JPS62106834A (ja) * 1985-11-01 1987-05-18 Hitachi Ltd リフオ−マの反応管
DK167242B1 (da) * 1989-02-16 1993-09-27 Topsoe Haldor As Apparat og fremgangsmaade til exoterme reaktioner
DE3913387A1 (de) * 1989-04-24 1990-10-25 Henkel Kgaa Verfahren zur katalytischen hydrierung von fluessigen fettsaeure-methylestern
DK163578C (da) * 1990-03-19 1992-08-03 Haldor Topsoe As Fremgangsmaade til fremstilling af metanol
US5262443A (en) 1990-03-19 1993-11-16 Haldor Topsoe A/S Method of preparing methanol
US5861353A (en) * 1992-10-06 1999-01-19 Montecatini Tecnologie S.R.L. Catalyst in granular form for 1,2-dichloroethane synthesis
CN1051249C (zh) 1993-07-05 2000-04-12 帕金诺克斯公司 控制反应温度的装置和方法
WO1998004342A1 (en) * 1996-07-25 1998-02-05 Syntroleum Corporation Fixed-bed, catalytic reactor and method for manufacturing same
JP3559456B2 (ja) * 1998-09-18 2004-09-02 株式会社日本触媒 接触気相酸化方法及び多管式反応器
DK1008577T4 (da) * 1998-12-07 2006-06-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fremgangsmåde til fremstilling af methanol
JP4427131B2 (ja) * 1999-06-28 2010-03-03 三菱重工業株式会社 メタノール合成用触媒装置
DE60035746T2 (de) * 1999-08-31 2008-04-30 Nippon Shokubai Co., Ltd. Reaktor zur katalytischen Gasphasenoxidation
WO2002026370A1 (en) * 2000-09-26 2002-04-04 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Rod-shaped inserts in reactor tubes
GB0116894D0 (en) * 2001-07-11 2001-09-05 Accentus Plc Catalytic reactor
KR100440479B1 (ko) * 2002-04-23 2004-07-14 주식회사 엘지화학 탄화수소의 열분해 공정
GB0301323D0 (en) * 2003-01-21 2003-02-19 Johnson Matthey Plc Methanol synthesis
US7161044B2 (en) * 2003-10-22 2007-01-09 Nippon Shokubai Co., Ltd. Catalytic gas phase oxidation reaction
JP4487103B2 (ja) * 2004-04-13 2010-06-23 財団法人北九州産業学術推進機構 メタノールの高効率合成法及びそのための装置
EP1600208A1 (en) * 2004-05-24 2005-11-30 Methanol Casale S.A. Plate-type heat-exchanger
JP4967517B2 (ja) * 2006-08-10 2012-07-04 株式会社Ｉｈｉ メタノール合成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1565824A (en) * 1976-11-15 1980-04-23 Ici Ltd Exothermic process and apparatus therefor
EP0737646A2 (en) * 1995-04-10 1996-10-16 Air Products And Chemicals, Inc. Process for operating equilibrium-controlled reactions
US20030068260A1 (en) * 2001-03-05 2003-04-10 Wellington Scott Lee Integrated flameless distributed combustion/membrane steam reforming reactor and zero emissions hybrid power system

Also Published As

Publication number Publication date
EA201001351A1 (ru) 2011-04-29
AU2009218827A1 (en) 2009-09-03
CA2713874A1 (en) 2009-09-03
PL2249958T3 (pl) 2012-01-31
EA201001350A1 (ru) 2011-04-29
ATE516876T1 (de) 2011-08-15
EP2257366A1 (en) 2010-12-08
CA2730916C (en) 2014-12-09
US8557192B2 (en) 2013-10-15
NZ586789A (en) 2011-10-28
ES2409714T3 (es) 2013-06-27
WO2009106231A1 (en) 2009-09-03
WO2009106232A1 (en) 2009-09-03
JP2011515334A (ja) 2011-05-19
EP2249958A1 (en) 2010-11-17
PL2374533T3 (pl) 2013-09-30
EP2257366B1 (en) 2011-07-20
US20100312021A1 (en) 2010-12-09
CN101959585B (zh) 2013-10-30
BRPI0907815B1 (pt) 2021-04-06
AU2009218828B2 (en) 2013-01-17
EP2249958B1 (en) 2011-08-24
AU2009218827B2 (en) 2014-03-27
ES2372670T3 (es) 2012-01-25
ES2368027T3 (es) 2011-11-11
JP2011515333A (ja) 2011-05-19
CN101959586B (zh) 2013-12-11
PL2257366T3 (pl) 2011-12-30
BRPI0906447B1 (pt) 2022-03-03
KR20100122898A (ko) 2010-11-23
AU2009218828A1 (en) 2009-09-03
MX2010007376A (es) 2010-08-11
MX2010008947A (es) 2010-09-07
EP2374533B1 (en) 2013-04-03
RU2481151C2 (ru) 2013-05-10
EP2374533B8 (en) 2013-08-28
US8513314B2 (en) 2013-08-20
US20100305222A1 (en) 2010-12-02
US8202915B2 (en) 2012-06-19
RU2010139275A (ru) 2012-04-10
CN101959586A (zh) 2011-01-26
CA2730916A1 (en) 2009-09-03
BRPI0907815A2 (pt) 2020-08-18
BRPI0906447A2 (pt) 2021-02-23
CN101959585A (zh) 2011-01-26
NZ587453A (en) 2011-10-28
KR20100138884A (ko) 2010-12-31
ATE521407T1 (de) 2011-09-15
CA2713874C (en) 2013-12-17
ZA201005343B (en) 2011-10-26
US20120269697A1 (en) 2012-10-25
ZA201004473B (en) 2011-09-28
EP2374533A1 (en) 2011-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA019311B1 (ru) Способ и реактор для получения метанола
US4767791A (en) Process for synthesizing methanol with an optimal temperature profile using a concentric pipe reactor
JP6258313B2 (ja) ホスゲンを製造する装置および方法
EA025201B1 (ru) Конденсатор и способ получения серной кислоты
CN108602763A (zh) 合成尿素的组合装置
CN110603241B (zh) 用于进行放热平衡反应的方法
JP5312355B2 (ja) 反応器およびこれを用いた反応生成物製造方法
AU2016259682B2 (en) Process for preparing a syngas and syngas cooling device
CA3161372A1 (en) System for methanol production from a synthesis gas rich in hydrogen and co2/co
JP2011521876A (ja) 冷壁水平アンモニアコンバーター