專利名稱：制備甲醇的方法和設備的制作方法
制備甲醇的方法和設備 本發明涉及由含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇，其中使該合成氣通過第一反
應器，該反應器優選為水冷反應器，在其中，碳氧化物的一部分催化轉化成甲醇，其中將所 獲得的含合成氣和甲醇蒸氣的混合物供給第二反應器，該反應器優選為氣冷反應器，在其 中，碳氧化物的又一部分催化轉化成甲醇，其中將甲醇與合成氣分離，以及將合成氣再循環 到所述第一反應器。 此種制備甲醇的方法例如從EP 0 790 226 Bl已知。甲醇以循環工藝制備，其中首 先將新鮮和部分反應的合成氣的混合物供給水冷反應器，然后供給氣冷反應器，在其中，合 成氣分別在銅催化劑上轉化成甲醇。將該工藝中制得的甲醇與待再循環的合成氣分離，然 后使該合成氣作為冷卻劑通過氣冷反應器并且使其預熱到220-280°C的溫度，然后，將其導 入第一合成反應器。在所述氣冷的第二反應器中甲醇的最大產率(通過熱力學測定)極大 地取決于該反應器中的溫度分布和出口溫度。如果用新鮮催化劑填充水冷的第一反應器， 則該水冷反應器中的碳氧化物的大部分被轉化。然而，在該水冷反應器中轉化的碳氧化物 的量隨催化劑的老化而減少，這導致這樣的事實，即甲醇的總轉化的大部分在氣冷反應器 中發生。為了抗衡水冷反應器中的催化劑的老化影響，提高第一反應器的出口溫度和因此 提高第二反應器的入口溫度。然而，溫度的提高使反應平衡朝氣冷反應器中的離析物移動， 這意味著實現的最大甲醇產率降低。 本發明的目的是在老化催化劑的情況下也實現該方法的高甲醇產率。
在如上所述的方法中，基本上解決了該目的，其中將合成氣的部分料流引導越過 第一反應器并直接地導入第二反應器。借助引導越過第一反應器的合成氣(該合成氣優選 與從水冷的第一反應器排出的氣體混合物一起)導入第二反應器，可以降低從第一反應器 排出的氣體混合物的溫度，因此提高了第二反應器中的碳轉化率。溫度的降低受催化劑的 啟動溫度(ignition temperature)限制，常用的銅催化劑中的啟動溫度為大約220°C 。
根據本發明的一個優選的方面，所述引導越過第一反應器的部分料流是由甲醇分 離后再循環的合成氣分流出的。在甲醇分離后，所述合成氣通常具有大約60°C的溫度，因此 實現了進入第二反應器的氣體混合物的溫度的有效降低。然而，原則上也可以將新鮮合成 氣用于所述旁路，新鮮合成氣由于其通常大約16(TC的比較高的溫度而僅能提供相應較小 的導入第二反應器的氣體混合物的溫度降低，并要求相應較大的旁路料流。
根據本發明的研究結果，所述引導越過第一反應器的部分料流的量為再循環的合 成氣的0-20體積％，優選5-15體積％，尤其為大約10體積％。這樣，可以實現所需的氣體 混合物的第二反應器入口溫度。 為了抗衡第一反應器中老化性催化劑的鈍化，通過提高蒸氣壓有意地提高該反應 器中的溫度。結果，該反應器的出口溫度也被提高。因此，根據一個尤其優選的方面，需要 根據第一反應器出口處的氣體混合物的溫度控制所述引導越過該第一反應器的部分料流 的大小。結果，實現了第二反應器的入口溫度對第一反應器條件的最佳適應，因此獲得最大 甲醇產率成為可能。 將作為旁路引導越過第一反應器的合成氣再循環料流與新鮮合成氣一起供給第一反應器，其中該新鮮合成氣的量優選為大約15-40體積％。 為了達到第一反應器的適合的入口溫度，將合成氣作為冷卻劑導入第二反應器并 因此將其預熱。因此可以避免附加的加熱裝置。 本發明還涉及由含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇的設備，該設備尤其適合于 進行如上所述的本發明方法，其包括第一反應器，該反應器優選為水冷反應器，在其中，將 該碳氧化物的一部分催化轉化成甲醇；第二反應器，該反應器優選為氣冷反應器，從第一反 應器獲得的氣體混合物經由導管供應到該反應器中，在其中，碳氧化物的又一部分轉化成 甲醇；用于將甲醇與合成氣分離的分離裝置；和用于將合成氣再循環到第一反應器的返回 導管。根據本發明，用于合成氣的旁路導管越過第一反應器導向第二反應器的入口。
為了能夠將第二反應器的入口溫度(控制變量)調節到適合于甲醇最大回收率的 值，根據本發明提供控制閥，用于影響流過旁路導管的氣流的大小(執行變量(actuating variable))。優選借助第一反應器出口處的溫度(被測變量)進行控制，該溫度由溫度傳 感器檢測。 可以從以下描述的實施方案和附圖獲知本發明的研究、優點和可能的應用。本身
或以任何組合描述和/或說明的所有特征構成本發明的主題，本發明的主題不依賴于它們
是否包括在權利要求中或在權利要求中引用。 唯一附圖示意性地示出了進行本發明方法的設備。 在
圖1所示的設備中，新鮮和再循環合成氣的混合物通過導管1進入第一合成反 應器2。該第一反應器2是本身已知的管式反應器，在其中，例如，銅催化劑布置在管3中。 使用在高壓下沸騰的水作為冷卻劑，它通過導管4供應。在導管5中排出沸騰水和蒸汽的 混合物并供給本身已知的用于回收能量的未示出的蒸汽鼓(steam drum)。
將進入第一反應器2的合成氣預熱到> 22(TC的溫度，因為催化劑在這個 溫度以下不響應。通常，第一反應器2入口處的氣體溫度為大約220-28(TC，壓力為 2-12MPa (20-120巴)，優選3-10MPa (30-100巴)，尤其是4-10MPa (40-100巴)。經由導管 5排出的冷卻劑通常具有240-28(TC的溫度。在第一反應器2中，取決于催化劑的條件，經 由導管1供給反應器2的碳氧化物的40-80%以放熱反應轉化。 基本由合成氣和甲醇蒸氣構成的第一混合物經由導管7從第一反應器2排出，其 中甲醇含量是4-10體積％ ，大多情況下是5-8體積％ 。將該混合物導入第二合成反應器8， 該合成反應器8例如同樣配置為含有銅催化劑的管式反應器。像在第一反應器2中那樣， 可以將催化劑提供在管中或優選提供在殼側上。 在第二反應器8中使用合成氣作為冷卻介質，它經由導管9供應，具有80-13(TC的
溫度。經由導管io供應在未示出的本身已知的設備中制得的新鮮合成氣，并與要再循環的
合成氣混合。第二反應器8的入口處的冷卻氣體的溫度取決于再循環合成氣和新鮮合成氣 間混合比，并且進入第二反應器8的第一混合物的入口溫度越高，選擇越低的上述溫度。用 作冷卻劑的合成氣在第二反應器8中被預熱，然后經由導管1流到第一反應器2中。
進入第一反應器2的合成氣應該按大致以下量包括氫氣和碳氧化物
H2 = 40-80體積％
C0 =3-15體積％ ，和
C02 = 1-10體積％。
4
主要含有合成氣和甲醇蒸氣的產物混合物(第二混合物)經由導管17離開第二 反應器8并流過間接冷卻器18，其中甲醇被冷凝。隨后，經由導管20將該混合物加入第一 分離釜21，在其中，將氣體和液體分離。經由導管22排出氣體，其中氣體的一部分可以經由 導管23從該工藝移除。借助冷凝器24，使所述氣體作為待再循環的合成氣(再循環氣體) 經由導管9穿過第二反應器8，并在因此進行的預熱后，使其繼續流入第一反應器2。經由 旁路導管ll，將再循環合成氣的部分料流分流并越過第一反應器2直接地供應到第二反應 器8的入口區。將該部分料流(它通常具有50-10(TC的溫度)在導管7中與從第一反應器 2出來的第一混合物混合并因此降低了第一混合物的溫度。 經由尤其提供在旁路導管11中的控制閥12控制引導穿過該旁路導管11的所述 部分料流的大小，其中基于第一反應器2出口上的溫度傳感器13檢測的出口溫度進行這種 控制。根據本發明，調節所述部分料流的大小以致其從0體積％即沒有旁路(第一反應器2 中新鮮催化劑)開始提高至15或20體積％的量，然而，優選，經由導管9再循環的合成氣 流的大約10體積％ (第一反應器2中有老化催化劑)。 經由導管26從第一分離釜21排出含甲醇的液體，并使該液體通過膨脹閥27通入 第二分離釜28。經由導管29從中排出殘余氣體，同時經由導管30獲得粗甲醇，現在其以本 身已知的未示出的方式通過蒸餾被清潔。 應理解的是，反應器2、8本身的構造不局限于上述方案。相反，這些反應器的改進 也是可以的，例如EP 0 790 226 Bl中所述的那樣。
實施例 經由導管9將再循環合成氣和新鮮合成氣的混合物作為冷卻氣體供給第二反應 器8。所述再循環合成氣具有大約6(TC的溫度，而新鮮合成氣具有大約16(TC的溫度。初 始選擇混合比從而獲得大約12(TC的混合溫度。當第一反應器2的氣體出口溫度提高時， 例如也可以使得第二反應器8下入口處的冷卻氣體的混合溫度降低到90°C，以抗衡合成氣 的更高溫度。在作為冷卻劑穿過氣冷反應器8后，使經由導管1導入水冷的第一反應器2 的具有大約8MPa(80巴)壓力的合成氣的溫度提高到大約230-24(TC，在任何情況下，大于 220°C。由于在第一反應器2中的放熱反應和同時冷卻，合成氣和甲醇蒸氣的第一混合物以 220-23(TC的溫度從第一反應器2排出。經過第一反應器2，有大約0. 2MPa(2巴)的壓力損 失。隨催化劑的老化，該出口溫度可能提高到例如27(TC。通過經由旁路導管ll混合至多 10%的再循環合成氣(該量對應于第一反應器2的氣體出口溫度而提高)，經由導管1進 入氣冷的第二反應器8的氣體混合物的溫度降低到大約230-240°C。在穿越第二反應器8 后，甲醇蒸氣和合成氣的第二混合物具有大約22(TC的溫度和大約7. 5MPa(75巴)的壓力。
即使第一反應器2的出口溫度升高，也可以如此調節進入第二反應器8的合成氣 的入口溫度從而達到最大甲醇產率。
附圖標記的明細
1 導管
2 第一反應器
3 管
4 導管
5
5導管7導管8第二反應器9導管10導管11旁路導管12控制閥13溫度傳感器17導管18冷卻器20導管21分離釜22導管23導管24冷凝器26導管27膨脹閥28第二分離釜29導管30導管
權利要求
由含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇的方法，其中使該合成氣通過第一反應器，該反應器優選為水冷反應器，在其中，碳氧化物的一部分催化轉化成甲醇，其中將所獲得的含合成氣和甲醇蒸氣的混合物供給第二反應器，該反應器優選為氣冷反應器，在其中，碳氧化物的又一部分轉化成甲醇，其中將甲醇與合成氣分離和其中將合成氣再循環到第一反應器，該方法特征在于將所述合成氣的部分料流引導越過第一反應器并導入第二反應器。
2. 根據權利要求l的方法，特征在于所述引導越過第一反應器的部分料流是由甲醇分 離后再循環的合成氣分流出的。
3. 根據權利要求1或2的方法，特征在于所述引導越過第一反應器的部分料流的量為 再循環合成氣的0-20體積％，優選5-15體積％。
4. 根據上述權利要求中任一項的方法，特征在于根據第一反應器出口處的氣體混合物 的溫度控制所述引導越過第一反應器的部分料流的大小。
5. 根據上述權利要求中任一項的方法，特征在于將再循環合成氣與新鮮合成氣一起供 給第一反應器，并且新鮮合成氣的量為大約15-40體積％。
6. 根據上述權利要求中任一項的方法，特征在于將合成氣作為冷卻劑導入第二反應器 并因此將其預熱。
7. 由含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇，尤其是用于實施根據上述權利要求中任 一項的方法的設備，其包括第一反應器(2)，該反應器優選為水冷反應器，在其中碳氧化 物的一部分催化轉化成甲醇；第二反應器(8)，該反應器優選為氣冷反應器，從第一反應器 (2)獲得的氣體混合物經由導管(7)供應到該反應器中，在其中，碳氧化物的又一部分轉化 成甲醇；用于將甲醇與合成氣分離的分離裝置(21);和用于將合成氣再循環到第一反應器 (2)的返回導管(l)，該設備特征在于用于合成氣的旁路導管(ll)，它越過第一反應器(2) 導向第二反應器(8)的入口。
8. 根據權利要求7的設備，特征在于用于影響流過旁路導管(11)的氣流的大小的控制 閥(12)。
9. 根據權利要求7或8的設備，特征在于第一反應器(2)出口處的溫度傳感器(13)。
全文摘要
在由含氫氣和碳氧化物的合成氣制備甲醇中，使該合成氣通過第一反應器，該反應器優選為水冷反應器，在其中，碳氧化物的一部分催化轉化成甲醇。將所獲得的含合成氣和甲醇蒸氣的混合物供給第二反應器，該反應器優選為氣冷反應器，在其中，碳氧化物的又一部分催化轉化成甲醇。隨后將甲醇與合成氣分離和將合成氣返回所述第一反應器。為了在即使具有老化催化劑的情況下實現最大甲醇產率，將合成氣的部分料流引導越過第一反應器并直接導入第二反應器。
文檔編號B01J8/04GK101790501SQ200880104649
公開日2010年7月28日 申請日期2008年8月18日 優先權日2007年8月29日
發明者A·博爾曼, D·穆勒 申請人:盧爾吉有限公司