[发明专利]反应器级联和用于运行反应器级联的方法

说明书

本发明涉及一种用于实施平衡限制反应的反应器级联，所述反应器级联具有至少两个反应器单元(4)，所述反应器单元分别包括呈管式反应器形式的反应部分(6)并且分别包括吸收部分(8)，其中所述反应部分(6)具有反应物入口(10)，而所述吸收部分(8)具有用于导出过量的反应物(18)的反应物出口(12)，其中在第一反应器单元(100)的所述反应物出口(12)和第二反应器单元(200)的反应物入口(210)之间设置连接管线(20)，其中设有减压阀(16)来降低在第一反应器单元(100)和第二反应器单元(200)之间的工艺压力p。

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的反应器级联以及一种根据权利要求8的前序部分所述的用于运行反应器级联的方法。

背景技术

化石的能量载体引起不符合全球气候保护目标的二氧化碳排放。替选的、可再生的能源产生电力，然而所述电力并非总是以相同的功率提供，即，受到波动的影响。目前正在寻找合理地利用这种可用的、可再生地产生的电力的方式，并且例如制造化学上的有价值产品。在此，一种可能性是将水以电化学的方式转化为氢和氧。然后，所产生的氢能够与作为起始分子的二氧化碳反应，由此同时减少二氧化碳排放。总归不应排入大气中的相对简单就可供使用的二氧化碳因此能够用作为低成本的碳源。例如，甲醇是由二氧化碳和氢根据以下方程式一步合成的可行的产物：

CO₂+3H₂-CH₃OH+H₂O。

由二氧化碳和氢合成甲醇的缺点是低的平衡转化率，所述平衡转化率在50bar和250摄氏度下仅为约20％。因此，大部分的气态反应物必须在回路中引导。由于在反应器中出现压力损失，为此必须对气体分别进行再压缩，这是非常耗能的并且明显降低工艺效率。除了这些能量方面的缺点以外，这种在回路中引导的气体循环工艺不太适合于设施的动态运行，这尤其在可再生的能源的电流源波动的情况下是特别不利的。

在DE 102016210224 A1中描述了呈搅拌槽形式的连续的工艺控制。然而，关于反应器体积，搅拌槽反应尤其在压力高的情况下比管式反应器更昂贵。此外，其容量根据压力受到限制。出于该原因，所述搅拌槽反应不太适合将二氧化碳和氢大规模转化为甲醇。此外，与管式反应器相比，搅拌反应器包含运动的构件，这通常带来更高的维护耗费。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于合成平衡限制反应的连续工艺，与现有技术相比，该工艺需要更少的能量耗费，即更高的效率，并且在此，在适用于大规模工艺的情况下，与现有技术相比需要更少的维护耗费。

所述目的的解决方案在于根据权利要求1所述的用于实施平衡限制反应的反应器级联和根据权利要求8所述的用于执行平衡限制反应的方法。

根据权利要求1所述的用于实施平衡限制反应的根据本发明的反应器级联在此具有至少两个反应器单元，所述反应器单元分别呈管式反应器的形式。每个反应器单元在此包括反应部分和吸收部分。所述反应部分又具有反应物入口，而所述吸收部分具有用于导出过量的反应物的反应物出口。在此，在第一反应单元的反应物出口和第二反应器单元的反应物入口之间存在连接管线。所述连接管线设有用于降低在第一反应单元和第二反应单元之间的工艺压力p的减压阀。

本发明实现：无需进一步处理，尤其无需进一步耗能的压缩，就能够将过量的产物转送到相同类型的另一反应器单元中，在所述另一反应器单元中继续进行相同的反应，仅压力比轻微改变，即降低。压力比的降低仅略微影响在第二反应单元中发生的平衡限制反应的效率。在此能够使用低成本地构造的管式反应器，所述管式反应器不需要任何运动的部件进而需要低的维护耗费。此外，所述反应级联尤其好地适合在连续工艺中应用。