專利名稱：一種低溫兩步合成甲醇反應分離一體化系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種低溫兩步合成甲醇反應分離一體化系統。
甲醇是一種重要的基礎化工原料，同時又是一種清潔的燃料，近年來甲醇生產愈來愈受到人們的重視。目前工業上甲醇由一氧化碳直接加氫制得。此反應是一個受熱力學平衡限制的強放熱反應，在目前工業操作條件(50大氣壓、250℃、H2∶CO=2)下，一氧化碳的理論單程轉化率為50％，一氧化碳實際單程轉化率只有6-12％。大量未反應氣體的高壓循環，增加了甲醇合成的成本。目前，合成甲醇研究的重點在于降低合成溫度，提高一氧化碳的單程轉化率，從而降低甲醇成本。
在100℃下，一氧化碳的理論單程轉化率可達到90％，因而經由甲酸甲酯低溫兩步合成甲醇法近年來受到研究者的高度重視。該過程由如下兩步反應組成
目前，低溫兩步合成甲醇的反應裝置有雙反應器系統和單反應器(漿態床、鼓泡床等)系統。雙反應器系統具有反應溫度低，一氧化碳單程轉化率較高，傳熱較好等優點。與此同時，存在一個較大的缺點，增加了設備投資及操作費用。單一反應器系統使兩步反應在一個反應器中同時進行，簡化了反應器結構，降低了成本，是低溫兩步合成甲醇的一個重大改進。然而，單一反應器系統也存在一些固有缺點，使其難以滿足工業化的要求1．在目前的催化水平下，由于甲醇羰基化和甲酸甲酯氫解的最佳操作溫度不同，在單一反應器中兩個反應不能同時在各自的最佳溫度下進行，難以獲得具有工業意義的時空收率；2．該過程是一三相(固相、液相和氣相)反應過程，存在產物和催化劑(特別是產物與第一步羰基化均相催化劑)的分離問題；難以實現反應的連續化；3．原料氣中大量高濃度CO與氫解催化劑的接觸，加劇了催化劑的中毒。
本發明的發明目的是提供一種低溫兩步合成甲醇反應分離一體化系統，該系統能達到兩個反應同時在各自的最佳溫度下進行反應，產物和催化劑自然分離連續化生產。
本發明的發明目的是這樣實現的，它是由反應器、冷凝器、產品儲罐、甲醇補給器、單向閥組成，其特征在于反應器是由下部的鼓泡床第一反應區，中間的氣相區和上部的固定床第二反應區構成，合成氣進入鼓泡床，第一反應區進行甲醇羰基化反應，反應生成的氣態甲酸甲酯及未反應的CO、H2經氣相區進入固定床，第二反應區進行甲酸甲酯氫解反應，生成的氣態甲醇及未反應的氣體進入冷凝器，冷凝后的甲醇液體一部分經甲醇補給器、單向閥返回第一反應區以補充消耗的甲醇，另一部分進入產品儲罐，未反應的氣體可排空或重新進入第一反應區參加反應。
如上所述的進甲醇補給器與進產品儲罐的管道相通，且交接口處高度與第一反應區的液面相同，用以維持第一反應區中溶液的液位。
本發明與現有技術相比具有如下優點(1)兩段一體化反應器由兩個反應區構成，兩反應區溫度可分別控制，使甲醇羰基化和甲酸甲酯氫解可同時在最佳溫度下操作，既簡化了反應器，又提高了CO的單程轉化率。
(2)第一反應區的反應為氣液反應，第二反應區的反應為氣固反應，產物與催化劑自然分離。
(3)進入第二反應區的反應氣中CO濃度降低，減緩了氫解催化劑的中毒。
(4)易于連續操作。
(5)目前開發的各種催化劑均可應用于本反應器，而不受其活性溫度的限制。本發明的實施例結合
如下圖1為本發明的反應步驟和反應器示意圖。
如圖所示，1是反應器下部的鼓泡床第一反應區，2是反應器中部的氣相區，3是反應器上部的固定床第二反應區，4是冷凝器，5是甲醇補給器，6是產品儲罐，7是單向閥，8是循環泵，9是合成氣入口，10是尾氣排放口，11是進甲醇補給器5管道與進產品貯罐6管道相通處，且該處與鼓泡床第一反應區1內的液面等高，以維持第一反應區1內的液位。
流速為100ml/min一定壓力的原料(H2∶CO=2)由合成氣入口9進入鼓泡床第一反應區1，在80℃、3.4MPa、甲醇鉀溶液(以甲醇為溶劑)為催化劑的條件下進行甲醇羰基化反應，反應生成的氣態甲酸甲酯及未反應的CO、H2經氣相區2進入固定床第二反應區，在190℃、3.4MPa、Cu/Cr催化劑的條件下進行甲酸甲酯氫解反應，生成的氣態甲醇與固體催化劑自然分離，氣態甲醇和未反應的氣體一同進入冷凝器4，冷凝為液體的甲醇一部分經甲醇補給器5、單向閥7返回第一反應區1，以補充其中消耗的甲醇，其余部分甲醇流入產品儲罐6中，未反應的氣體可從尾氣排放口10排空，或經循環泵8進入鼓泡床第一反應區1內，用于增加其利用率。經測定，CO單程轉化率為11.85％。
權利要求
1．一種低溫兩步合成甲醇反應分離一體化系統，是由反應器、冷凝器(4)、甲醇補給器(5)、產品儲罐(6)、單向閥(7)組成，其特征在于反應器是由下部的鼓泡床第一反應區(1)、中間的氣相區(2)和上部的固定床第二反應區(3)構成，合成氣進入鼓泡床第一反應區(1)進行甲醇羰基化反應，反應生成的氣態甲酸甲酯及未反應的CO、H2經氣相區(2)進入固定床第二反應區(3)進行甲酸甲酯氫解反應，生成的氣態甲醇及未反應的氣體進入冷凝器(4)，冷凝后的甲醇液體一部分經補給器(5)、單向閥(7)返回第一反應區(1)以補充消耗的甲醇，另一部分進入產品儲罐(5)，未反應的氣體可排空或重新進入第一反應區(1)參加反應。
2．根據權利要求1所述的一種低溫兩步合成甲醇反應分離一體化系統，其特征在于所述的進甲醇補給器與進產品儲罐的管道相通，且交接口處高度要與鼓泡床第一反應區(1)的液面相同。
全文摘要
一種低溫兩步合成甲醇反應分離一體化系統,是由反應器、冷凝器(4)、甲醇補給器(5)、產品儲罐(6)、單向閥(7)組成。本發明具有兩段一體化反應器由兩個反應區構成;兩反應區溫度可分別控制,使甲醇羰基化和甲酸甲酯氫解可同時在最佳溫度下操作,既簡化了反應器,在較溫和條件(低溫、低壓)下得到了較高的CO單程轉化率,易于連續操作,目前開發的各種催化劑均可應用于本反應器,而不受其活性溫度的限制等特點。
文檔編號C07C69/06GK1226549SQ9810650
公開日1999年8月25日 申請日期1998年2月20日 優先權日1998年2月20日
發明者劉振宇, 朱珍平, 令狐文生, 楊建麗, 鐘炳 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所