專利名稱：制備甲醇的方法和系統(tǒng)的制作方法
制備甲醇的方法和系統(tǒng)本發(fā)明涉及由包含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇，其中使合成氣通過第一水冷反應(yīng)器，其中一部分碳氧化物催化轉(zhuǎn)化成甲醇，其中將所得包含合成氣和甲醇蒸氣的混合物供入第二氣冷反應(yīng)器中，其中另一部分碳氧化物轉(zhuǎn)化成甲醇，其中將甲醇與合成氣分離，并且其中合成氣再循環(huán)至第一反應(yīng)器。這種制備甲醇的方法例如由EP 0 790 226 Bl已知。甲醇在循環(huán)過程中制備，其中首先將新鮮和部分反應(yīng)的合成氣的混合物供入水冷反應(yīng)器中，然后供入氣冷反應(yīng)器中， 在每個反應(yīng)器中合成氣在銅催化劑下轉(zhuǎn)化成甲醇。將在該過程中制備的甲醇與要再循環(huán)的合成氣分離，然后使其作為冷卻劑逆流通過氣冷反應(yīng)器并在將其引入第一合成反應(yīng)器中之前預(yù)熱至220-280°C的溫度。然而，在不穩(wěn)定的生產(chǎn)條件的情況下，特別是在通過過早加入新鮮合成氣而不當(dāng)啟動反應(yīng)器的情況下，該程序可導(dǎo)致甲醇產(chǎn)物在氣冷的第二反應(yīng)器中冷凝，因為出口處反應(yīng)器壁溫度可接近產(chǎn)物氣體的露點。由US 7，144，923 B2已知一種甲醇合成的方法，其中首先使合成氣通過絕熱反應(yīng)器段，其中一部分合成氣轉(zhuǎn)化成甲醇，隨后供入氣冷反應(yīng)器中以進一步轉(zhuǎn)化。進入氣冷反應(yīng)器中的氣體與新鮮氣體并流引入，以實現(xiàn)更好的合成氣溫度控制和更好的熱回收。然而，當(dāng)使用絕熱第一反應(yīng)器時，可用合成氣的CO含量受限，因為第一反應(yīng)器中放熱量的控制可產(chǎn)生問題。另外，需要在第一反應(yīng)器各個階段之后進行部分轉(zhuǎn)化的合成氣的冷卻，這使反應(yīng)器的設(shè)計復(fù)雜化。本發(fā)明的目的是可靠地避免特別是當(dāng)使用水冷第一反應(yīng)器時甲醇在氣冷第二反應(yīng)器出口處冷凝。在具有權(quán)利要求1的特征的方法中，該目的基本上用本發(fā)明解決，即使冷卻氣體與從第一反應(yīng)器中取出的混合物并流流過第二反應(yīng)器。產(chǎn)物溫度與反應(yīng)器較低端的露點之間的距離由此增加，使得大大排除了甲醇冷凝。通過避免雙相流動，也可實現(xiàn)改進的反應(yīng)器控制。同時可以可靠避免壓力損失和/或反應(yīng)器壓力的波動。由于使用水冷第一反應(yīng)器提供使用具有比在US 7，144，923 B2的絕熱反應(yīng)器中更高CO含量的“更銳利的(sharper)，，合成氣，可以提高轉(zhuǎn)化率，并且在第一反應(yīng)器之后可以實現(xiàn)更高的甲醇濃度和水作為產(chǎn)物氣體的聯(lián)合產(chǎn)物。這導(dǎo)致更高的露點，使得避免第二反應(yīng)器中的冷凝變得甚至更加重要。根據(jù)本方法的優(yōu)選方面，提供了使用從第二反應(yīng)器取出的混合物分離出來的合成氣作為第二反應(yīng)器的冷卻氣體。這樣，可實現(xiàn)通過放熱反應(yīng)過程所得熱的最佳利用。根據(jù)本發(fā)明，將冷卻氣體以100-120°C的溫度引入第二反應(yīng)器中并以205-215°C 的溫度從其中取出。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)展，從第二反應(yīng)器中取出的冷卻氣體然后再循環(huán)至第一反應(yīng)器中，其中將再循環(huán)的冷卻氣體與新鮮合成氣一起供入第一反應(yīng)器中且新鮮合成氣的含量優(yōu)選為約15-40體積％。本發(fā)明還延伸至一種由包含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇的裝置，所述裝置適于進行上述方法。該裝置包含第一水冷反應(yīng)器，其中一部分碳氧化物催化轉(zhuǎn)化成甲醇，第二氣冷反應(yīng)器，其中將得自第一反應(yīng)器的氣體混合物經(jīng)由導(dǎo)管供入其中且其中另一部分碳氧化物轉(zhuǎn)化成甲醇，用于將甲醇與合成氣分離的分離設(shè)備，和使合成氣再循環(huán)至第一反應(yīng)器的回流管。根據(jù)本發(fā)明，冷卻導(dǎo)管由分離設(shè)備延伸至第二反應(yīng)器的入口，合成氣經(jīng)由所述冷卻導(dǎo)管供入第二反應(yīng)器中使得合成氣與得自第一反應(yīng)器的氣體混合物并流流過第二反應(yīng)器。本發(fā)明的其他發(fā)展、優(yōu)點和可能的應(yīng)用也可由以下實施方案和附圖的描述獲得。 所有描述和/或闡述的特征本身或以任何組合形成本發(fā)明的主題，而不依賴于權(quán)利要求中的內(nèi)容或它們的反向引用。在附圖中

圖1示意性地顯示進行本發(fā)明方法的裝置，圖2顯示沿著逆流引導(dǎo)冷卻氣體的氣冷反應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)長度，各個反應(yīng)器組件的溫度范圍，圖3顯示沿著并流引導(dǎo)冷卻氣體的氣冷反應(yīng)器的標(biāo)準(zhǔn)長度，各個反應(yīng)器組件的溫度范圍，圖4顯示沿著并流和逆流引導(dǎo)冷卻氣體的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)器長度，甲醇含量的范圍。在圖1顯示的裝置中，使新鮮與再循環(huán)的合成氣的混合物通過導(dǎo)管1進入第一合成反應(yīng)器2中。該第一反應(yīng)器2例如為本身已知的管式反應(yīng)器，其中例如銅催化劑安置在管3中。使用在升高的壓力下煮沸的水作為冷卻劑，所述水在導(dǎo)管4中提供。將沸水與蒸汽的混合物在導(dǎo)管5中取出并供入本身已知的未闡述蒸汽鼓中以回收能量。將進入第一反應(yīng)器2的合成氣預(yù)熱至> 220°C的溫度，這是由于催化劑僅對該溫度有響應(yīng)。通常，第一反應(yīng)器2的入口處的氣體溫度為約220-280°C，壓力為 2-12MPa(20-120巴)，優(yōu)選為4_10MPa(40-100巴)。經(jīng)由導(dǎo)管5取出的冷卻劑通常的溫度為240-280°C。取決于催化劑的條件，通過導(dǎo)管1裝入反應(yīng)器2中的40-80%碳氧化物在第一反應(yīng)器2中的放熱反應(yīng)中轉(zhuǎn)化。將主要由合成氣和甲醇蒸氣組成的第一混合物經(jīng)由導(dǎo)管7從第一反應(yīng)器2中取出，其中甲醇含量為4-10體積％，主要為5-8體積％。將該混合物引入第二合成反應(yīng)器8 中，所述反應(yīng)器同樣例如構(gòu)造為具有銅催化劑的管式反應(yīng)器。與第一反應(yīng)器2中一樣，催化劑可提供在管中或優(yōu)選殼側(cè)。在第二反應(yīng)器8中，合成氣用作冷卻介質(zhì)，其以80-130°C的溫度經(jīng)由導(dǎo)管9提供并與來自第一反應(yīng)器2的第一混合物并流流過第二反應(yīng)器8。在本身已知的未闡述裝置中產(chǎn)生的新鮮合成氣在導(dǎo)管10中提供，并混入要再循環(huán)的合成氣中。第二反應(yīng)器8入口處的冷卻氣體的溫度由再循環(huán)與新鮮合成氣之間的混合比決定，且所選擇的溫度越低，流入第二反應(yīng)器8中的第一混合物的入口溫度越高。將用作冷卻劑的合成氣在第二反應(yīng)器8中預(yù)熱，然后通過導(dǎo)管1流至第一反應(yīng)器2。進入第一反應(yīng)器2中的合成氣應(yīng)包含約為以下比例的氫氣和碳氧化物吐=40-80體積 ％CO = 3-15 體積 ％和(X)2 = 1-10 體積 ％。主要包含合成氣和甲醇蒸氣的產(chǎn)物混合物(第二混合物)通過導(dǎo)管17離開第二反應(yīng)器8，并流過間接冷卻器18，從而甲醇冷凝。隨后，通過導(dǎo)管20將混合物裝入第一分離罐21中，其中氣體與液體分離。將氣體通過導(dǎo)管22取出，其中一部分可經(jīng)由導(dǎo)管23從本工藝中除去。借助冷凝器對，氣體作為要再循環(huán)的合成氣(再循環(huán)氣體)經(jīng)由導(dǎo)管9通過第二反應(yīng)器8，并在所得預(yù)熱之后進入第一反應(yīng)器2中。經(jīng)由導(dǎo)管沈?qū)状嫉囊后w從第一分離罐21中取出，并使液體通過膨脹閥27 進入第二分離罐觀中。經(jīng)由導(dǎo)管四將殘余氣體從所述罐中取出，而經(jīng)由導(dǎo)管30得到粗甲醇，現(xiàn)在將所述粗甲醇通過以本身已知的未闡述方式蒸餾提純。應(yīng)當(dāng)理解反應(yīng)器2、8的設(shè)計同樣不限于上述變化方案。相反，這些反應(yīng)器的改進也是可能的，例如如EP 0 790 226 Bl所述。在如圖2和圖3所示的圖中，根據(jù)本發(fā)明，例如分別對于與來自第一反應(yīng)器2的第一混合物逆流引導(dǎo)的冷卻氣體(圖2，參見EP 0 790 226 Bi)，以及對于與來自第一反應(yīng)器 2的第一混合物并流引導(dǎo)的冷卻氣體(圖3)，闡述沿著標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)器長度，催化劑(TCat)、冷卻氣體(TCool)和冷卻管壁(TMet)的溫度曲線。溫度曲線的起點和終點指明第二反應(yīng)器中以下點A 入口冷卻氣體B:出口冷卻氣體C 入口第一混合物(反應(yīng)氣體)D 出口第二混合物(反應(yīng)氣體)TDew指明第二反應(yīng)器入口和出口處產(chǎn)物混合物的露點，其隨甲醇濃度提高。在闡述的實施例中，得到以下工藝數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種由包含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇的方法，其中使合成氣通過第一水冷反應(yīng)器，其中一部分碳氧化物催化轉(zhuǎn)化成甲醇，其中將所得包含合成氣和甲醇蒸氣的混合物供入第二氣冷反應(yīng)器中，其中另一部分碳氧化物轉(zhuǎn)化成甲醇，其中將甲醇與合成氣分離， 并且其中合成氣再循環(huán)至第一反應(yīng)器，所述方法的特征在于冷卻氣體與從第一反應(yīng)器中取出的混合物并流流過第二反應(yīng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于使用從第二反應(yīng)器中取出的混合物分離的合成氣作為第二反應(yīng)器的冷卻氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于將冷卻氣體以100-120°C的溫度引入第二反應(yīng)器中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于將冷卻氣體以205-215 的溫度從第二反應(yīng)器中取出。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于將從第二反應(yīng)器中取出的冷卻氣體再循環(huán)至第一反應(yīng)器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其特征在于將再循環(huán)的冷卻氣體與新鮮合成氣一起供入第一反應(yīng)器中且新鮮合成氣的含量為約15-40體積％。
7.一種由包含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇，特別是進行根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法的裝置，所述裝置具有第一水冷反應(yīng)器O)，其中一部分碳氧化物催化轉(zhuǎn)化成甲醇，具有第二氣冷反應(yīng)器(8)，其中將得自第一反應(yīng)器O)的氣體混合物經(jīng)由導(dǎo)管(7)供入第二氣冷反應(yīng)器(8)中且第二氣冷反應(yīng)器(8)中另一部分碳氧化物轉(zhuǎn)化成甲醇，具有用于將甲醇與合成氣分離的分離設(shè)備(21)，且具有使合成氣再循環(huán)至第一反應(yīng)器O)的回流管 (1)，所述裝置的特征在于冷卻導(dǎo)管(9)由分離設(shè)備通向第二反應(yīng)器⑶的入口，合成氣經(jīng)由所述冷卻導(dǎo)管供入第二反應(yīng)器(8)中使得合成氣與得自第一反應(yīng)器( 的氣體混合物并流流過第二反應(yīng)器(8)。
全文摘要
為了由包含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇，引導(dǎo)合成氣通過第一水冷反應(yīng)器，其中一些碳氧化物催化反應(yīng)得到甲醇。將所得包含合成氣和甲醇蒸氣的混合物供入第二氣冷反應(yīng)器中，其中另一些碳氧化物反應(yīng)得到甲醇。然后將甲醇與合成氣分離，并使合成氣再循環(huán)至第一反應(yīng)器。冷卻氣體作為從第一反應(yīng)器中取出的混合物的并流流過第二反應(yīng)器。
文檔編號B01J8/04GK102171171SQ200980138539
公開日2011年8月31日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者H·科派特施, P·M·哈克爾, R·莫爾根羅斯, V·格羅尼曼 申請人:盧爾吉有限公司