一种用于平衡放热气相反应的方法，包括如下步骤： （ａ）用添加补充气体提供再循环流来形成供给气体流； （ｂ）加热该供给气体流； （ｃ）使该加热的供给气体流在适合该反应的条件下通过包含放热气相反应催化剂的第一反应器； （ｄ）从该第一反应器中移出包含产品和未反应气体的产品流； （ｅ）冷却并部分冷凝该产品流以形成气相和液相； （ｆ）从该产品流中分离包含想要的产品的该液相并移出该液相； （ｇ）从该产品流中分离该气相以形成气体流； （ｈ）选择性地混合来自该产品流的该气体流与该添加的补充气体； （ｉ）加热该气体流： （ｊ）使该气体流在适合该反应的条件下通过包含放热反应催化剂的最终反应器； （ｋ）从该最终反应器中移出包含产品和未反应气体的最终产品流； （ｌ）冷却和部分冷凝最终产品流来形成最终的气相和最终的液相； （ｍ）从最终产品流中分离包含想要的产品的该最终液相并移出所述的最终液相；以及 （ｎ）从该最终产品流中分离该气相并再循环该气体到步骤（ａ）； 其中，来自步骤（ｇ）的该气体流在步骤（ｉ）中加热之前进行压缩。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于平衡放热气相反应的方法，如用于甲醇合成以及氨合成。
技术介绍
甲醇一般由合成气(一氧化碳和氢气的混合气)在适宜催化剂存在下转化生产。这种生产甲醇的传统方法在Kirk-Othmer化学技术百科全书，第四版，第16卷，第545～549页(Kirk-Othmer Enthyclopaedia of ChemicalTechnology，Forth Edition，Volume 16 pages 545 to 549)中有详细记载。合成气一般由含碳原料获得，常常由含碳氢的原料如天然气，常常通过水蒸汽转化而获得。氨一般由氢气和氮气的混合气在适宜的催化剂存在的条件下通过哈伯工艺(Haber Process)获得。因为这些产品和其他放热气相反应对于其自身商业利益以及作为其他反应的原料都很重要，因此进行了大量开发来优化这些产品的生产方法。为便于参考，以下讨论主要涉及甲醇的生产。然而，应了解本专利技术的方法同样适用于其他反应。在最简单的形式中，传统的生产甲醇的方法包括原料气体通过与来自反应器的产品流热交换来被预热，接着通过包含适宜催化剂的反应器。来自反应器的产品流通过与进入的原料气体热交换被冷却，然后被空气和/或冷却水冷凝以在气液分离器中回收粗甲醇。小比例的未转化原料和来自分离器顶的惰性气体可以清除以控制系统中的惰性气体含量。剩余物可以再循环到反应器。粗产品接着被进一步处理。合成气到甲醇的可获得的转化率受到反应平衡的限制。现有技术的方法如图1中所示，其示出传统的甲醇合成流程。在该过程中，补充气体被压缩并由管线1供给合成回路，在该回路中，该补充气体与再循环气混合并由管线2供给交换器3，在由管线4供给反应器5之前在该交换器3中被加热。在反应器中一部分气体在甲醇合成催化剂(未示出)上转化为甲醇。由管线6离开反应器的包括未反应原料气体、产品以及水和惰性气体的该气体在通过管线7到冷凝器8之前在交换器3中被冷却，在冷凝器8中进一步被流9中的空气和/或冷却水冷却和冷凝。在冷凝器8中产品甲醇和气体中的水被冷凝。冷凝的混合物在气/液分离器10中分离以及粗产品和任何存在的水通过管线11去进一步纯化。未反应的气体和惰性气体由气/液分离器10中移出并通过管线12到循环器13的吸口中。在到循环器之前可以由管线14清除以防止惰性气体在合成回路中的累积。然后该气体由管线15再循环与来自管线1的补充气体混合并通过交换器3到反应器5。如图1所示的方法一般适用于具有日生产甲醇约1500吨到约2500吨能力的工厂。由于甲醇和其他平衡放热气相反应产品的重要性，有提高生产能力的要求，以及建议通过将反应器分成两个或多个与相关设备一起并联操作的反应器而获得更大生产能力的系统。在这种方式中，交换器和冷凝器是多壳的以及回路在补充气体和再循环气混合的点上分开，然后在气/液分离器中再结合。这种方式能够容纳为获得想要的转化率水平所需要的大量催化剂。因此可以了解并列设置反应器的主要结果是应用具有共同的产品分离段的两个并列回路。作为这些并列方式的另一种，建议两个或多个串联操作，因为这可以获得每个回路的较高转化率。在US 1868096中记载有一个系统，其中原料通过第一反应器，在该反应器中部分转化为甲醇。产品和未反应气体的混合物被冷却和部分冷凝以及甲醇被收集在收集器中。剩余的未反应气体被加热然后被引入第二反应器。通过一系列反应器继续该过程。US1959219记载在多重反应回路中生产包含碳、氢和氧的化合物的一种方法。在至少第一回路中应用一系列反应器。US4346179记载由合成气在两个反应器中生产甲醇的另一个方法。在该方法中，离开第二反应器的未反应气体再循环回到第二反应器的入口。同样US4766154记载一个方法，其中具有两段工艺以及来自第二反应器的未反应原料再循环到第二反应器入口以提高工艺效率。US4766154记载了关于液相反应的系统。在US5179129中可以发现液相反应系统的进一步的例子。另一个系统记载在US5216034中，其中生产甲醇的过程在多段反应系统中完成，该系统包括多个流化床，在每个流化床之间可以移出甲醇。US5631302同样公开了在串联反应器之间可移出产品。US6387963和US6433029记载了方法，其中反应器串联使用，补充气体的部分或全部被添加第二反应器或后续反应器。这些方法与图1所示的传统的甲醇基本生产方法比较有一些提高的同时，还存在各种不利和缺点。例如在反应器之间移出产品可以促进有利于产品形成的平衡的同时，在第二反应器和后续反应器中获得可以接受的反应速率需要升高的温度，这将导致加速催化剂的失活因此降低催化剂的寿命。可以提供一种方法，其中反应气体向产品的转化率提高的同时催化剂用量降低以及在再循环气中的未反应气体与补充气体的循环比降低。然而反应器中反应剂的较高的分压可以导致过反应和高温度。这在用于该反应器的寿命条件的初期可能是个特殊问题。这些高温可能导致催化剂的较高失活率。
技术实现思路
因此，需要优化的工艺，可以以经济的方式大量生产想要的产品，而没有降低催化剂寿命的期望值。根据本专利技术，提供一种用于平衡放热气相反应的方法，该方法包括如下步骤(a)用添加补充气体提供再循环流来形成供给气体流；(b)加热该供给气体流；(c)使该加热的供给气体流在适合该反应的条件下通过包含放热气相反应催化剂的第一反应器；(d)从该第一反应器中移出包含产品和未反应气体的产品流；(e)冷却并部分冷凝该产品流以形成气相和液相；(f)从该产品流中分离包含想要的产品的该液相并移出该液相；(g)从该产品流中分离该气相以形成气体流； (h)选择性地混合来自该产品流的该气流与该添加的补充气体；(i)加热该气体流(j)使该气体流在适合该反应的条件下通过包含放热气相反应催化剂的最终反应器；(k)从该最终反应器中移出包含产品和未反应气体的最终产品流；(l)冷却和部分冷凝最终产品流来形成最终的气相和最终的液相；(m)从最终产品流中分离包含想要的产品的该最终液相并移出所述的最终液相；以及(n)从该最终产品流中分离该气相并再循环该气体到步骤(a)；其中，来自步骤(g)的该气体流在步骤(i)加热之前进行压缩。已经令人惊奇地发现本专利技术的方法能够生产想要的产品的同时降低气体的循环比以及控制反应器中温度从而获得可接受的催化剂寿命。其中应该注意本专利技术的方法与使用并联反应器的现有技术相比整个反应回路可以降低循环比约20％。因为反应回路的最大尺寸一般由可用的压缩机的尺寸决定因此非常有利。因为压缩机尺寸可以由进入压缩机的吸口的实际体积流量(m3/h)限定，如果每吨产品需要的循环比降低30％，那么在同样压缩机尺寸限度内可以应用提高30％生产能力的回路。已知节省的循环比与整个回路中压力降增加相平衡，这是当反应器串联设置时所具有的，这将导致用于循环的压缩机的动力需要的提高。但是，由于至少一部分补充气体添加到第一反应器，该反应器一般在较低压力下操作，因此补充气体压缩机的动力需要降低从而这些压缩机的总动力需要不比并联反应器方式的动力需要更高。在本专利技术的方法中，再循环气的循环比的降低以及循环比使反应器中反应剂的分压提高因此使可用的反应速率提高，其结果提高生产率。如上所讨论的，在现有技术中的循环比降低引起温本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙·罗伯特·厄尔利，
申请(专利权)人：戴维加工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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