[发明专利]通过使用催化剂层来最大化甲醇产出的反应器和方法

说明书

本发明涉及用于甲醇的催化性生产的反应器，其中布置了至少两个催化剂层。第一催化剂层被布置在上游且第二催化剂层被布置在下游。第一催化剂层的活性高于第二催化剂层的活性。本发明还涉及用于从合成气体进行甲醇的催化性生产的方法。

技术领域

本发明涉及用于进行甲醇的催化性生产的反应器和用于从合成气体进行甲醇的催化性生产的方法。

背景技术

通过将包含氢气和碳氧化物的合成气体催化性转化来生产甲醇的方法在本领域中已久为人所知。Ullmann的Encyclopedia of Industrial Chemistry,Six Edition,1998Electronic Release,章节“Methanol”，副章节5.2“Synthesis”描述了用于生产甲醇的单步骤方法。

已知的从一氧化碳、二氧化碳和氢气的甲醇合成可由以下公式描述：

1)

2)

3)

这三个公式为放热的。在反应1和2中，甲醇被生产出来。低的温度和压力的升高致使了平衡朝向期望的产品——甲醇变动。同时发生的也为放热的反应3为所谓的“水-气变换”反应，其中一氧化碳被转化成二氧化碳。

由于甲醇合成的高放热本质，对反应器的非常好的温度控制是防止催化剂的过热所必需的，催化剂的过热将由于所谓烧结的金属微晶的凝结导致的活性金属表面的损失从而导致过早的失活。除了该热影响，从现有技术还可知，诸如铜基甲醇合成催化剂这样的金属/载体-催化剂在碳氧化物的影响下易于表面重建，这将致使由于烧结导致的活性金属表面的损失并且由此致使活性的损失。示例性的参考为出版物Nihou et al.,Journal deChimie Physique et de Physico-Chimie Biologique(1988),85(3),p.441-448，其中由EMPA分析示出了CuO/ZnO/Al₂O₃类型的催化剂表面在与氢气一起的碳氧化物的转化期间在甲醇合成条件下动态地重建。该重建在高碳氧化物分压力下比在低碳氧化物分压力下更加明显。

目前对于用于甲醇合成的催化剂的开发目的在于提供在低反应温度下具有高合成活性的催化剂。目前可获得的用于甲醇合成的催化剂的项目手册涉及所述催化剂在低温度时增加的合成活性；一个示例为手册“MK-121-高活性甲醇合成催化剂”(MK-121–Highactivity methanol synthesis catalyst(Haldor Topsoe A/S))，该手册可从网站http://www.topsoe.com/获得。在催化剂表面的提高的铜分散度使得低温活性能够增加。其他催化剂生产商的开发具有在同一方向上的目的；Clariant提供了作为催化剂700的进一步开发的催化剂800，其中首次提及的新开发的催化剂由于最优化的铜分散度(Nitrogen+Syngas 290,11-12(2007),26-42)而在低温时具有更高的活性。

通常，具有高分散度的金属/载体-催化剂更加容易因烧结而失活。etal.在Applied Catalysis A:General 248(2003),279-289中示出，贵金属/载体-催化剂的分散度减少速度遵循动力学方法

dD_r/dt＝Ψ_D(D_r-D_rr)ⁿ