一种用于合成甲醇的方法，所述方法包括以下步骤：转化碳氢化合物源以得到补充气体进料（101），将所述补充气体供给至合成回路（L）中，在基本上等温的催化环境下使所述补充气体转化成甲醇（108），其中，所述催化环境包括优选地串联布置的多个等温催化床（11、12、21），且所述补充气体（101）的至少一部分与来自所述回路（L）的循环气体（112）混合，得到新鲜气体和循环气体的气体混合物，且所述气体混合物的至少一部分被导向到两个连续的催化床之间作为骤冷气体。还公开了一种相关的装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用等温反应器合成甲醇的方法和装置。
技术介绍
一种用于合成甲醇的装置主要包括前端段和合成回路，在前端段中，通过转化碳氢化合物源生成含有一氧化碳CO和氢气H2的补充合成气体，在合成回路中，所述补充气体在适宜的压力和温度下(通常200°C至300°C且40bar至150bar)的催化环境下进行反应。该合成回路可包括一个或多个反应器，每一反应器包括容纳在压力容器中的催化床。合成回路传送热的气态甲醇流，该甲醇流被冷凝以得到液态的粗甲醇，该液态的粗甲醇随后在蒸馏段被净化。将包含氢气(H2)的气态馏分与液态的粗甲醇中分离，且所述气态馏分的至少一部分被循环至合成回路。该气态馏分的一部分通常从回路中净化以避免诸如氩的惰性气体的累积。催化合成反应是强放热的且所述反应产生的热需要被去除，以避免催化剂的过热和造成损害。现有技术是在多个串联操作的绝热催化床中进行反应，并且通过所述绝热床之间的中间的骤冷去除热。包含多个催化床且根据该原理进行操作的催化器被称为骤冷反应器。骤冷反应器通常包括串联安装在一个单独耐压壳体中的多个绝热催化床；反应器进料被分成多个部分且被分配至位于各个催化床之间的合成反应器；一个床(例如，第一床)的热流出物在进入下一个床(例如，第二床)之前通过与反应器进料的相应部分混合被骤冷。通常，该反应器的温度分布是锯齿形的曲线，温度通过催化床逐渐升高且在流出物与新鲜的补充气体混合的位置温度急剧降低。骤冷反应器的缺陷在于，一部分进料绕过一个或多个催化床，且由于催化床中的温度随着反应的进行而升高，因而存在形成过热点的风险。通过等温反应器克服了该问题。等温反应器包括催化床和嵌入在所述催化床中的热交换器，以直接去除来自催化床的热并且将催化床的温度保持在最佳的范围内。从EP-A-1284813中可知配备有板式热交换器的等温反应器。已知类型的等温反应器是轴向-径向流动反应器，该反应器具有通过催化床的反应物的混合的轴向流和径向流。例如在EP-A-1306126中公开了一种用于合成甲醇的等温轴向-径向反应器。因此，现有技术提供了两种可供选择的技术来处理必要的除热，即，通过在绝热催化床之间的气态混合物的中间骤冷、或者通过嵌入在等温催化床中的热交换器直接去除热。目前等温反应器被认为是比较有吸引力的，尤其是它们被认为是更适宜达到高产量(每天数吨甲醇)。由于轴向-径向板式反应器的上述配置减少了反应器的压力损失且允许增加单个反应器/转化器的产量，从而减少给定产量的建造成本，因此该轴向-径向板式反应器的上述配置是特别有利的。等温反应器的一个目的是保持催化床的温度尽可能地接近最佳反应温度，以避免过高的峰值温度。过热点(即温度高于标称温度的区域)的形成实际上可损害催化剂或至少降低转化的效率。当补充合成气体具有高的含碳量(其通常以一氧化碳CO的形式存在)时，该问题更加明显。例如，在基于煤合成甲醇中发现具有高的含碳量的合成气体，即当前端的碳氢化合物源是煤时。基于天然气的转化产生一氧化碳含量通常约为5%的合成气体，而基于煤的转化产生CO含量显著较高(例如，10%或大于10%)的合成气体。具有高的含碳量的气体更容易反应，因此催化床原则上更易于遭受过热点和局部偏离标称温度的风险。目前，该问题面临着多种处理方法，然而，这些处理方法带来一些缺陷。例如，一种已知的处理方法是在合成回路中保持较高的惰性气体浓度，以便稀释新鲜的合成气体并且减少反应性。保持较高的惰性气体浓度影响转化的效率且增加了在回路中循环的流速，这意味着对于给定的产量，必须采用更大且更昂贵的设备。W02009/030353公开了合成气体被引导穿过优选的第一水冷式反应器，在该水冷式反应器中一部分碳氧化物被催化转化成甲醇；所得到的包含合成气体和甲醇蒸汽的混合物被供给至优选的第二气冷式反应器中，在该气冷式反应器中，另一部分碳氧化物被转化成甲醇；随后，从合成气体中分离出甲醇且该合成气体被返回至第一反应器中，并且合成气体的分流被引导经过第一反应器然后被直接导入第二反应器。然而，该布置具有的缺陷在于:进入第二反应器中的流具有较小含量的新鲜气体，因此反应基本上集中在第一反应器中。
技术实现思路
申请人:已经发现:通过在等温催化床之间引入反应物和产物的气流的中间骤冷，等温回路的转化率得以惊人地改善。所述中间骤冷对循环气体(也称作回路气体)和新鲜补充气体的气体混合物进行操作。因此，由前端输送的新鲜补充气体或该补充气体的至少一部分与回路的循环气体混合，且所产生的混合物与回路中的等温催化床的至少一个催化床的流出物合并。在本专利技术的第一方面中，用于合成甲醇的方法包括以下步骤:通过转化或气化得到作为进料的补充气体，将所述补充气体供给至合成回路中，在催化环境下使所述补充气体转化成甲醇，同时从所述催化环境中直接去除热，使得所述环境基本上是等温的，冷凝所述甲醇以得到液态粗甲醇以及被循环至所述合成回路中的循环气体，所述方法的特征在于:-所述催化环境包括多个等温催化床；-所述补充气体的至少一部分与循环气体混合，以得到新鲜气体和循环气体的气体混合物，且所述气体混合物的至少一部分被导向到所述环境的连续的第一催化床和第二催化床之间，新鲜气体和循环气体的所述气体混合物与所述第一催化床的流出物混合，形成所述第二催化床的进料。在一个实施方式中，作为进料的补充气体的流与循环气体的流混合，以得到新鲜气体和循环气体的气体混合物；所述混合物被分成多个部分；第一部分形成第一催化床的进料，且所述混合物的至少第二流与所述第一催化床的流出物混合。根据该实施方式的一个可行实施例，该回路包括容纳在一个容器或多个容器中的串联的三个催化床；补充气体与在与液态甲醇分离和净化后所得到的循环气体混合；所得到的新鲜气体和循环气体的混合物被分成三部分；一部分被送入第一催化床的入口 ；第二部分与所述第一催化床的流出物混合，且第三部分与第二床的流出物混合，形成第三且最后的床的进料。在另一实施方式中，补充气体进料与循环气体混合，以得到新鲜气体和循环气体的气体混合物，至少一部分取自所述气体混合物的流，且所述部分与所述催化环境的催化床的流出物混合。根据优选的实施方式，全部流量的补充气体可以与循环气体混合。所述催化床优选地串联布置。有利地，本专利技术与输送具有高的碳含量(例如，10%或更高)的合成气体的前端结合应用。例如，在基于煤制备甲醇中得到具有高的碳含量的合成气体。因此，本专利技术的一个优选应用为，该碳氢化合物源是煤。本专利技术的另一方面是适于执行上述方法的装置，在该装置中，合成回路包括串联布置的多个等温催化床，和作为进料的补充气体的进料管线与循环气体管线结合以得到新鲜气体和循环气体的气体混合物，并且该装置还包括将所述气体混合物的至少一部分供给到所述回路的连续的第一催化床和第二催化床之间的管线，其中，所述气体混合物与所述第一催化床的流出物混合。在本专利技术的优选实施方式中，嵌入在催化床中的热交换器为板式热交换器。优选的应用为轴向-径向流动催化床，在该流动催化床中，反应物的流是根据催化床的轴向方向和径向方向的混合流。本专利技术已经发现与轴向-径向流动反应器或床结合提供了特别意料不到的优势，如下文所述。合成回路的多个等温催化床可被布置在一个反应容器或多个反应容器中。合成回路的任一反应容器可包本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.22 EP 10188537.41.一种用于合成甲醇的方法，所述方法包括以下步骤:通过转化或气化而得到作为进料的补充气体(101)，将所述补充气体供给至合成回路(L)中，在催化环境下使所述补充气体转化成甲醇(108)，同时从所述催化环境中直接去除热，使得所述环境基本上是等温的，冷凝所述甲醇得到液态粗甲醇以及被循环至所述合成回路的循环气体(112)，所述方法的特征在于: -所述催化环境包括多个等温催化床(11、12、21)； -所述补充气体(101)的至少一部分与所述循环气体(112)混合，以得到新鲜气体和所述循环气体的气体混合物，且所述气体混合物的至少一部分被导向在所述环境的第一催化床和第二催化床之间，新鲜气体和循环气体的所述气体混合物与所述第一催化床的流出物混合，形成所述第二催化床的进料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，作为进料的所述补充气体(101)与所述循环气体(112)混合，以得到新鲜气体和循环气体的气体混合物；所述混合物被分成多个流(102到104 ；121到122);所述流(102 ；121)中的第一流形成所述第一催化床(11)的进料，且所述混合物的至少第二流(103 ；122)与所述第一催化床的流出物混合。3.根据权利要求2所述的方法，其中，新鲜气体和循环气体的混合物的所述第二流(103)和任一另外的流(104)与所述催化环境的相应催化床(11、12)的流出物混合。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述回路包括容纳在一个容器或多个容器(10、20)中的三个催化床(11、12、21 )，其中，所述补充气体与所述循环气体混合且所得到的新鲜气体和循环气体的混合物被分成三部分(102、103、104);—部分被送入所述第一催化床的入口 ；第二部分与所述第一催化床的流出物混合，且第三部分与所述第二流化床的流出物混合，形成所述第三流化床的进料。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，全...
【专利技术属性】
技术研发人员：法比奥·劳伦齐，
申请(专利权)人：卡萨尔甲醛公司，
类型：
国别省市：
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