[发明专利]用于由亚化学计量合成气生产甲醇的方法和设备

说明书

提出一种用于通过多阶段(例如两阶段)多相催化甲醇合成从合成气生产甲醇的方法，其中通过冷凝将在每个合成阶段形成的甲醇产物分离，并且将剩余的残留气体供应至下游合成阶段或者在分离吹扫流之后作为再循环流再循环至第一合成阶段。根据本发明，在每个合成阶段之后，残留气体流已经从它们中分离出相应的吹扫流，使用一个或多个氢气回收装置将氢气从所述吹扫流中分离并再循环至第一合成阶段。各个吹扫流的比率和它们的总摩尔流量可以任选地变化以允许更好地控制各个合成阶段中的反应并允许根据其中存在的催化剂逐渐失活进行反应。

发明领域

本发明涉及一种用于通过经布置在多个串联布置的固定床反应器中的用于甲醇合成的固体颗粒催化剂的多相催化转化合成气来生产甲醇的方法，该合成气包含氢气和碳氧化物，具有对于甲醇合成最佳化学计量不足的氢气。本发明进一步涉及一种用于进行此种生产方法的设备。

背景技术

用于通过多相催化转化合成气(即氢气和碳氧化物的混合物)来工业生产甲醇的方法在本领域已经长期已知。Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry[乌尔曼工业化学百科全书]，第6版，1998年电子发行，“甲醇”章节，第5.2分章“合成”描述了通过催化转化包含氢气和碳氧化物的合成气生产甲醇的各种基本方法，其中使用了此类反应器。

例如在欧洲专利说明书EP 0 790 226 B1中披露了用于生产甲醇的现代的两阶段方法。甲醇在循环方法中生产，其中，最初将新鲜的且部分反应的合成气的混合物供应到水冷反应器(WCR)中，并且然后供应到气冷反应器(GCR)中，在每个反应器中合成气经铜基固定床催化剂转化以得到甲醇，其中在两个反应器中进行部分的转化并且在每种情况下剩余相当大量的未转化的合成气。将在该方法中生产的甲醇从待再循环的剩余合成气中分离，然后将该待再循环的合成气作为冷却剂以逆流方式通过气冷反应器，并在将其引入到第一合成反应器中之前预热至220℃至280℃的温度。将待再循环的合成气的一部分作为吹扫流从该方法中移除以防止惰性组分诸如甲烷积聚在合成回路内。此措施也在德国公开说明书DE 2934332 A1和欧洲专利申请EP 1016643 A1中传授。

第一水冷反应器阶段典型地实现合成气(CO、CO₂、H₂)的主要转化并且除去最大部分的反应热，而第二气体冷却阶段在更温和的条件下仍转化了相当一部分合成气。

一些用于甲醇合成的多阶段设备配置还在各个反应阶段之间采用了中间冷凝阶段，以减少用于后续反应阶段的输入气体中所得反应产物(主要是甲醇和水)的比例。这不仅引起形成甲醇的反应的平衡位置在目标产物甲醇的方向上的有利移动，而且引起在随后的反应器中空速的降低/停留时间的增加，这同样进一步提高了反应物的转化。此类设备配置在例如德国专利说明书DE 10 2008 049 622 B4中传授。

水冷反应器(WCR)典型地是包括相应管板的壳管式反应器，其中将催化剂填入管中，同时冷却通过围绕管的壳程上的沸水/蒸汽产生进行。在气冷反应器(GCR)中，用输入气体进行冷却，将该输入气体通过管并在其至第一反应阶段(WCR)的途中加热，同时将催化剂填充在管周围，并且反应在GCR的壳程上发生。就它们的标称宽度而言，反应阶段连接到大管道或非常大的管道；取决于设备容量，最高达1m的管直径是可能的。这首先归因于大量气体，这些气体被再循环到第二阶段(再循环气体)，并且与来自合成气产生的新鲜气体或补充气体，即新鲜合成气混合。在GCR中预热后，将再循环气体和新鲜气体的所得气体混合物供应到第一反应阶段(WCR)。再循环气体量典型地明显大于新鲜气体量，并且取决于反应器区段中所实现的转化。再循环气体量(R)与新鲜气体量(F)的再循环比RR(RR＝R/F)经常超过2并且在许多情况下甚至超过3.5。合成气通过反应器区段的单程转化率越低，达到足够产率所需的再循环比RR越高。这导致循环气体量的相应增加，这增加了反应器的空速，并且需要连接管道的更大的标称管道宽度，并且还导致对压缩能量的需求增加(更高的流速和压降)。