СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА ПОСРЕДСТВОМ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО СИНТЕЗА Российский патент 2025 года по МПК C07C29/151 C07C31/04 B01J8/04 

Описание патента на изобретение RU2833250C2

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к способу получения метанола посредством гетерогенно-каталитической конверсии синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода на твердых гранулированных катализаторах синтеза метанола, скомпонованных во множество последовательно расположенных реакторов с неподвижным слоем. Настоящее изобретение также относится к установке для выполнения такого способа получения.

Уровень техники

Способы промышленного получения метанола посредством гетерогенно-каталитической конверсии синтез-газа, т.е. смесей водорода и оксидов углерода, давно известны в данной области техники. В энциклопедии Ульмана по промышленной химии, шестом издании, электронном выпуске 1998, разделе "Метанол", подразделе 5.2 "Синтез" описаны различные основные способы получения метанола посредством каталитической конверсии синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, в которых используются такие реакторы.

Современный двухступенчатый способ получения метанола описан, например, в описании к европейскому патенту EP 0790226 B1. Метанол получают посредством циклического способа, при этом смесь свежего и частично прореагировавшего синтез-газа сначала подают в реактор с водяным охлаждением (WCR), а затем в реактор с газовым охлаждением (GCR), в каждом из которых синтез-газ преобразовывают на неподвижном слое катализатора на основе меди с получением метанола. Метанол, полученный с помощью данного способа, отделяют от синтез-газа, подлежащего рециркуляции, который затем в качестве охладителя в противотоке проходит через реактор с газовым охлаждением и предварительно нагревается до температуры 220°C-280°C, после чего его вводят в первый реактор для синтеза. Часть синтез-газа, подлежащего рециркуляции, удаляют из процесса в виде продувочного потока с целью предотвращения накопления инертных компонентов в контуре синтеза. Данное действие также содержится в опубликованном описании к патенту Германии DE 2934332 А1 и заявке на европейский патент ЕР 1016643 А1.

В ступени реактора с водяным охлаждением обычно обеспечивается основная конверсия синтез-газа (CO, CO2, H2) и удаляется наибольшая часть теплоты реакции, тогда как в ступени с газовым охлаждением все же значительная часть синтез-газа преобразовывается в более мягких условиях.

В некоторых конфигурациях многоступенчатых установок для синтеза метанола, для снижения доли конечных продуктов реакции (преимущественно метанола и воды) в нагнетаемом газе для следующей ступени реакции, между отдельными ступенями реакторов дополнительно используют промежуточную ступень конденсации. Это влечет за собой не только благоприятное смещение положения равновесия реакции образования метанола в направлении целевого продукта в виде метанола, но и уменьшение объемной скорости/увеличение времени пребывания в следующем реакторе, который также дополнительно увеличивает конверсию реагентов. Такие конфигурации установки описаны, например, в описании к патенту Германии DE 10 2008 049 622 B4.

Реактор с водяным охлаждением (WCR) обычно представляет собой кожухотрубчатый реактор, содержащий соответствующие трубчатые пластины, при этом трубки заполнены катализатором, тогда как охлаждение осуществляется посредством образования кипящей воды/пара на стороне кожуха вокруг труб. В реакторе с газовым охлаждением (GCR) охлаждение осуществляют с помощью нагнетаемого газа, который проходит через трубы и нагревается на пути к первой ступени реакции (WCR), в то время как катализатором заполнено пространство вокруг труб, и реакция происходит на стороне кожуха GCR. С точки зрения их номинальной ширины, ступени реакции связаны с большими или очень большими трубопроводами; в зависимости от мощности установки, возможны диаметры труб до 1 м. Это, прежде всего, вызвано большими объемами газа, которые рециркулируют во вторую ступень (рециркуляционный газ) и смешиваются со свежим газом или подпиточным газом, т. е. свежим синтез-газом из производства газа. После предварительного нагрева в GCR полученную газовую смесь рециркуляционного газа и свежего газа подают в первую ступень реакции (WCR). Объем рециркуляционного газа обычно значительно больше объема свежего газа и он зависит от конверсии, достигнутой в секции реактора. Коэффициент рециркуляции RR (RR = R/F) объема (R) рециркуляционного газа по отношению к объему свежего газа (F) часто больше 2, а во многих случаях даже больше 3,5. Чем ниже степень конверсии синтез-газа через секцию реактора за один проход, тем выше коэффициент рециркуляции RR, необходимый для достижения достаточного выхода. Это приводит к соответствующему увеличению количества циркулирующего газа, что увеличивает объемную скорость реакторов и требует больших номинальных значений ширины труб соединительных трубопроводов, а также приводит к повышенной потребности в энергии сжатия (более высокая скорость потока и перепад давления).

Для обоих реакторов для синтеза принято использовать одинаковые катализаторы синтеза метанола на основе меди, которые применяются в виде твердых гранулированных катализаторов в реакторах с неподвижным слоем. Для обеспечения возможности предоставления пара под более высоким давлением, в описанном двухступенчатом способе WCR-GCR реактор с водяным охлаждением обычно работает при более высокой температуре синтез-газа на входе, чем реактор с водяным охлаждением в одноступенчатом способе синтеза метанола. Этот реактор дополнительно снабжают синтез-газом, который еще не является полностью прореагировавшим. Высокая экзотермичность синтеза метанола, таким образом, требует очень хорошего контроля температуры реактора во избежание перегрева катализатора, который вносит существенный вклад в его преждевременную деактивацию. Таким образом, в опубликованном описании к патенту Германии DE 102010008857 A1 предлагается использование катализаторов, обладающих разными активностями, в двух реакторах для синтеза, при этом реактор, имеющий более жесткие условия реакции, должен использовать катализатор с меньшей активностью, имеющий более низкую скорость деактивации и, соответственно, большую долговременную устойчивость.

Однако недостатком такого способа является то, что необходимо обеспечивать катализаторы с разной активностью, что усложняет материально-техническое обеспечение, необходимое для эксплуатации установки. В дополнение, также существует потребность в улучшенном управлении отдельными реакторами для синтеза, в особенности в отношении преобладающих в них температур. Чрезмерные локальные температуры, так называемые "горячие точки", являются существенным фактором преждевременной деактивации используемых катализаторов.

Описание изобретения

Соответственно, целью настоящего изобретения является определение способа и установки, которые не проявляют описанные недостатки известного уровня техники и, в частности, делают возможным многоступенчатый способ/многоступенчатую установку для синтеза метанола, содержащую множество последовательно соединенных реакторов для синтеза, для достижения более равномерной объемной скорости катализаторов, расположенных в отдельных реакторах, а также достижение улучшенного контроля температуры в них.

Эта цель достигается с помощью способа, обладающего признаками по пункту 1 формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения, относящихся к соответствующей категории.

Способ согласно настоящему изобретению

Способ получения метанола посредством преобразования нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, включает следующие этапы способа:

(а) обеспечение нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, разделение нагнетаемого потока синтез-газа на обходящий поток свежего газа и сырьевой поток свежего газа;

(b) объединение и смешивание сырьевого потока свежего газа с рециркуляционным потоком, содержащим водород и оксиды углерода, с получением сырьевого потока первого реактора;

(с) введение сырьевого потока первого реактора в первый реактор для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, по меньшей мере частичное преобразование сырьевого потока первого реактора в первом реакторе для синтеза метанола в условиях синтеза метанола;

(d) отведение потока продукта первого реактора, содержащего метанол и воду, из первого реактора для синтеза метанола, охлаждение потока продукта первого реактора ниже его температуры точки росы и подачу охлажденного потока продукта первого реактора в первый фазовый сепаратор;

(e) разделение охлажденного потока продукта первого реактора в первом фазовом сепараторе на первый поток жидкого продукта и первый поток остаточного газа, содержащий непреобразованные составляющие синтез-газа;

(f) введение первого потока остаточного газа во второй реактор для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, по меньшей мере частичное преобразование первого потока остаточного газа во втором реакторе для синтеза метанола в условиях синтеза метанола;

(g) отведение потока продукта второго реактора, содержащего метанол и воду, из второго реактора для синтеза метанола, охлаждение потока продукта второго реактора ниже его температуры точки росы и подачу охлажденного потока продукта второго реактора во второй фазовый сепаратор,

(h) разделение охлажденного потока продукта второго реактора во втором фазовом сепараторе на второй поток жидкого продукта и второй поток остаточного газа, содержащий непреобразованные составляющие синтез-газа;

(i) разделение второго потока остаточного газа на продувочный поток, отводимый из способа, и рециркуляционный поток, подвергаемый рециркуляции на этапе (b);

(j) отведение первого и второго потоков жидкого продукта из способа в качестве потока продукта в виде неочищенного метанола, характеризующийся тем, что

(k) обходящий поток свежего газа вводится во второй реактор для синтеза метанола.

Установка согласно настоящему изобретению

Установка для получения метанола посредством конверсии нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, содержащая следующие узлы и составляющие в соединении друг с другом по текучей среде:

(а) средства для обеспечения нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, средства для разделения нагнетаемого потока синтез-газа на обходящий поток свежего газа и сырьевой поток свежего газа;

(b) средства для объединения и смешивания сырьевого потока свежего газа с рециркуляционным потоком, содержащим водород и оксиды углерода, с получением сырьевого потока первого реактора;

(с) первый реактор для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, средства для введения сырьевого потока первого реактора в первый реактор для синтеза метанола;

(d) средства для отведения потока продукта первого реактора, содержащего метанол и воду, из первого реактора для синтеза метанола, первый фазовый сепаратор, средства для охлаждения потока продукта первого реактора ниже его температуры точки росы и средства для подачи охлажденного потока продукта первого реактора в первый фазовый сепаратор;

(e) средства для разделения охлажденного потока продукта первого реактора в первом фазовом сепараторе на первый поток жидкого продукта и первый поток остаточного газа, содержащий непреобразованные составляющие синтез-газа, средства для отведения первого потока жидкого продукта, средства для отведения первого потока остаточного газа;

(f) второй реактор для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, средства для введения первого потока остаточного газа во второй реактор для синтеза метанола;

(g) средства для отведения потока продукта второго реактора, содержащего метанол и воду, из второго реактора для синтеза метанола, второй фазовый сепаратор, средства для охлаждения потока продукта второго реактора ниже его температуры точки росы и средства для подачи охлажденного потока продукта второго реактора во второй фазовый сепаратор;

(h) средства для разделения охлажденного потока продукта второго реактора во втором фазовом сепараторе на второй поток жидкого продукта и второй поток остаточного газа, содержащий непреобразованные составляющие синтез-газа, средства для отведения второго потока жидкого продукта, средства для отведения второго потока остаточного газа;

(i) средства для разделения второго потока остаточного газа на продувочный поток и рециркуляционный поток, средства для отведения продувочного потока из способа, средства для рециркуляции рециркуляционного потока в узел (b);

(j) средства для отведения первого и второго потоков жидкого продукта из способа в качестве потока продукта в виде неочищенного метанола, характеризующаяся тем, что

(k) она содержит средства, обеспечивающие возможность введения обходящего потока свежего газа во второй реактор для синтеза метанола.

Соединение по текучей среде между двумя областями реактора согласно настоящему изобретению следует понимать как совершенно любой тип связи, которая обеспечивает возможность протекания текучей среды, например, потока нагнетаемого газа или потока продукта в виде синтез-газа, из одной в другую из двух областей, игнорируя любые промежуточные области или компоненты.

Условия синтеза метанола следует понимать как условия способа, хорошо известные специалисту в данной области техники, в частности, температура, давление и время пребывания, как описано выше в качестве примера и подробно рассмотрено в соответствующей литературе, и при которых осуществляется по меньшей мере частичное преобразование, но предпочтительно промышленно значимые преобразования реагентов CO/CO2 и водорода в продукт в виде метанола. Соответственно, катализатор, активный для синтеза метанола, следует понимать как катализатор, который обеспечивает именно такие преобразования в условиях синтеза метанола.

Средства следует понимать как означающие что-либо, что обеспечивает возможность достижения цели или способствует этому. В частности, средства для выполнения конкретного этапа способа следует понимать как включающие все физические элементы, которые будет рассматривать специалист в данной области, чтобы иметь возможность выполнять этот этап способа. Например, специалист в данной области техники будет рассматривать средства для введения или отведения материального потока как включающие все транспортирующие и передающие устройства, т. е., например, трубопроводы, насосы, компрессоры, клапаны и соответствующие отверстия в стенках тары, которые представляются необходимыми или целесообразными указанному специалисту для выполнения этого этапа способа на основе его знаний в данной области техники.

Под каталитической активностью, особенно в отношении различных каталитических активностей при сравнении двух разных катализаторов, следует понимать степень конверсии реагентов в продукты, достигаемую на единицу длины слоя катализатора. На активность влияют химический состав, легирование, отравление, доступная площадь поверхности и т. п. материала катализатора, в том числе геометрия частиц катализатора и текстурные параметры слоя катализатора, например, его пористость или плотность упаковки. Вследствие экзотермичности рассматриваемых реакций, высокая каталитическая активность связана с высоким выделением тепла на единицу длины слоя катализатора. Расход жидких продуктов, собранных после каждой ступени катализатора посредством конденсации, составляет дополнительный критерий активности катализатора в конкретных условиях синтеза метанола, поскольку продукты реакции в результате синтеза метанола в соответствии с уравнениями конверсии

CO (g) + 2H2 (g) = CH3OH (l)

CO2 (g) + 3H2 (g) = CH3OH (l) + H2O (l)

являются жидкими в условиях окружающей среды. Соответственно, параметр "потеря активности" описывает снижение с течением времени активности катализатора и степени конверсии реагента/выхода метанола.

Первый/второй реактор для синтеза метанола необязательно следует понимать как отдельные реакторы, но скорее данный термин может также включать соответствующие группы отдельных реакторов, которые, в свою очередь, могут также содержать одну или несколько зон катализатора, т. е. областей, заполненных твердым гранулированным катализатором синтеза метанола. Термины "первый" и "второй" реактор для синтеза метанола следует, соответственно, понимать лишь как указывающие последовательность прохождения рассматриваемых реакторов. Первый/второй реакторы для синтеза метанола необязательно должны следовать друг за другом в прямой последовательности, но скорее могут содержать между ними дополнительные реакторы для синтеза метанола, не рассматриваемые здесь подробно. Характерным признаком второго реактора для синтеза метанола является то, что, согласно настоящему изобретению, в него вводится обходящий поток свежего газа.

«Цикл катализатора» следует понимать как срок эксплуатации одной партии катализатора синтеза метанола, начиная с ввода в эксплуатацию в синтезе метанола в реакторе для синтеза метанола, заполненном партией свежего или регенерированного катализатора синтеза метанола, и заканчивая выводом из эксплуатации в синтезе метанола в том же реакторе для синтеза метанола в целях замены катализатора или выполнения регенерации катализатора.

Настоящее изобретение основано на том факте, что потеря активности катализатора синтеза метанола в результате деактивации катализатора вызвана различными основными критериями, которые включают, в частности, высокие температуры, количество продукта в единицу времени, накопление каталитических ядов и потерю активных центров. В многоступенчатых способах/установках, содержащих последовательно расположенные системы реакторов, катализаторы в разных реакторах для синтеза деактивируются с разными скоростями. Так, например, в первом реакторе в направлении по потоку объемная скорость выше, так как он подвергается действию более реакционноспособного синтез-газа, содержащего более высокую концентрацию реакционноспособных компонентов. Это приводит к более высоким максимальным температурам в слое катализатора и изначально более высокой производительности, которая, однако, затем падает относительно быстро по сравнению с реакторами ниже по потоку. Катализаторы в реакторах для синтеза заменяют, если заданная общая производительность установки больше не достигается вне зависимости от перебора всех возможных регулировок эксплуатационных параметров. Катализатор в первом реакторе по направлению потока обычно проявляет более сильную деактивацию, чем катализатор в одном или нескольких реакторах ниже по потоку. Отдельная замена катализатора только в первом реакторе теоретически возможна, но затруднительна с точки зрения материально-технического обеспечения, и поэтому ее избегают. В любом случае, замена катализатора даже только в одном реакторе для синтеза требует остановки всей установки для синтеза. Поэтому замена катализатора только в одном реакторе для синтеза непривлекательна, поскольку в дальнейшем следует ожидать остановок для замены изначально менее деактивированных катализаторов в следующих реакторах.

Введение синтез-газа перед расположенным ниже по потоку, например вторым, реактором для синтеза согласно настоящему изобретению обеспечивает то, что во всех зонах реакции имеется более равномерная объемная скорость, что, таким образом, имеет следствием более равномерное и, таким образом, более эффективное использование катализатора. Это делает возможным уменьшение коэффициента рециркуляции RR и объема реактора, и дополнительно ведет к увеличению срока службы катализатора, более высокой производительности и, соответственно, снижению издержек для способа в целом. Это достигается посредством введения реакционноспособного синтез-газа перед расположенным ниже по потоку, например вторым, реактором для синтеза метанола, который, таким образом, с самого начала подвергается действию синтез-газа, имеющего более высокую концентрацию реакционноспособных компонентов. Первый реактор для синтеза метанола имеет менее высокую объемную скорость по причине разбавления синтез-газа рециркуляционным газом. Это обеспечивает возможности лучшего использования катализатора в расположенном ниже по потоку, например втором, реакторе для синтеза метанола и более эффективного выполнения синтеза. Это преимущественно комбинируется с промежуточной конденсацией конечных продуктов реакции в виде метанола и воды в каждом случае между двумя реакторами для синтеза, поскольку объемная скорость газа в одном или нескольких следующих реакторах для синтеза, которая увеличивается в результате введения реакционноспособного синтез-газа перед расположенным ниже по потоку, например вторым, реактором для синтеза метанола, дополнительно уменьшается за счет частичной конденсации компонентов продукта.

По мере увеличения потери активности катализатора в реакторах для синтеза объем свежего синтез-газа, поступающего в расположенный ниже по потоку, например второй, реактор, можно уменьшить для увеличения времени пребывания синтез-газа в данном реакторе для синтеза и, таким образом, компенсации увеличения потери выхода метанола с течением времени. Также было неожиданно обнаружено, что коэффициент рециркуляции RR можно значительно уменьшить при помощи соединений согласно настоящему изобретению. В зависимости от намеченной производительности и состава газа, можно достичь уменьшения коэффициента рециркуляции RR от стандартных значений согласно известному уровню техники, составляющих от 1,6 до 2,5, до значений согласно настоящему изобретению, составляющих от 1,0 до 2,0 при достижении указанной производительности.

Важными критериями для применения введения свежего газа в расположенный ниже по потоку реактор для синтеза согласно настоящему изобретению являются контроль температуры и выработка метанола на реактор. Так, промежуточная конденсация после каждого реактора для синтеза обеспечивает особые преимущества, поскольку развитие во времени количества продукта на реактор можно прямо измерить через расход собранных сконденсированных продуктов, что делает ненужными дорогостоящие и неудобные анализы газа и измерения потока.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения

Конкретный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что обходящий поток свежего газа объединяется и смешивается с первым потоком остаточного газа с получением сырьевого потока второго реактора перед введением во второй реактор для синтеза метанола. Это обеспечивает равномерную концентрацию реагентов на входе во второй реактор для синтеза метанола и предотвращает образование концентрационных полос, которые могут приводить к неравномерной работе реактора.

Дополнительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, изменяется непрерывно или ступенчато в течение цикла катализатора. Это дает дополнительную степень свободы при обеспечении равномерной работы технологической установки и противодействии нежелательным отклонениям от целевых эксплуатационных параметров, например резким повышениям температуры в слоях катализатора.

Дополнительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, уменьшается непрерывно или ступенчато в течение цикла катализатора. Данный вариант осуществления включает, например, уменьшение объема свежего синтез-газа, поступающего во второй реактор для синтеза, по мере увеличения потери активности катализатора в реакторах для синтеза с целью увеличения времени пребывания синтез-газа в данном реакторе для синтеза и, таким образом, компенсации увеличения потери выхода метанола с течением времени. Остальная часть свежего газа, не проходящая во второй реактор для синтеза, дополнительно подается в первый реактор для синтеза, поэтому время пребывания синтез-газа в первом реакторе для синтеза падает, но остается постоянным для совокупности обоих реакторов.

Дополнительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что в течение цикла катализатора расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, уменьшается непрерывно или ступенчато в соответствии с потерей активности катализатора в первом и/или втором реакторе для синтеза метанола. Данный вариант осуществления, соответственно, включает уменьшение объема свежего синтез-газа, поступающего во второй реактор для синтеза, по мере увеличения потери активности катализатора в реакторах для синтеза с целью увеличения времени пребывания синтез-газа в данном реакторе для синтеза и, следовательно, компенсации потерь в выходе метанола, увеличивающихся с течением времени. Остальная часть свежего газа, не проходящая во второй реактор для синтеза, дополнительно подается в первый реактор для синтеза, поэтому время пребывания синтез-газа в первом реакторе для синтеза падает, но остается постоянным для совокупности обоих реакторов. В данном варианте осуществления через оба реактора течет относительно большая доля свежего газа, поэтому, несмотря на потерю активности катализатора в первом и/или втором реакторе для синтеза метанола, выход метанола снова увеличивается или сохраняется.

Дополнительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что критерием потери активности катализатора в первом и/или втором реакторе для синтеза метанола служит уменьшение с течением времени расхода первого и/или второго потока жидкого продукта в течение цикла катализатора. Это позволяет преимущественно использовать промежуточную конденсацию для определения активности катализатора в данном реакторе, поскольку развитие во времени количества продукта на реактор можно прямо измерить через расход собранных сконденсированных продуктов, что делает ненужными дорогостоящие и неудобные анализы газа и измерения потока.

Дополнительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что в течение цикла катализатора расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, уменьшается от начального значения до конечного значения непрерывно или ступенчато, при этом начальное значение соответствует не более чем 40 % по объему нагнетаемого потока синтез-газа. Исследования показали, что данное начальное значение делает возможным достижение особенно хорошего контроля температуры в обоих реакторах и особенно преимущественный выход метанола.

Дополнительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что первый реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с водяным охлаждением (WCR), и второй реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с водяным охлаждением (WCR) или реактора с газовым охлаждением (GCR), при этом сырьевой поток первого реактора проходит в качестве охлаждающего газа через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола и, соответственно, нагревается от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена перед введением в первый, охлаждаемый водой реактор для синтеза метанола. Реактор с газовым охлаждением, соответственно, выполняет две функции, а именно: реактора для синтеза и теплообменника/подогревателя сырья для WCR. Хороший контроль температуры второго реактора, который становится возможным за счет введения свежего сырья согласно настоящему изобретению, таким образом, является особенно важным в варианте осуществления, соответствующем концепции WCR-GCR.

Дополнительный вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что второй реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с газовым охлаждением (GCR), при этом сырьевой поток первого реактора проходит через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола в прямотоке с потоком продукта второго реактора и, соответственно, нагревается от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена. Данный вариант осуществления предполагает преимущества, связанные с улучшенным охлаждением на впуске газа для реакции. По сравнению с противоточным режимом, прямоточный режим дополнительно увеличивает разность температур между стенкой охлаждающей трубки и температурой точки росы смеси продуктов. Это означает, что даже при эксплуатации первого реактора с водяным охлаждением при низких температурах, риск конденсации значительно уменьшается. Дополнительным результатом является более гладкая температурная кривая по длине реактора с менее высокими пиковыми температурами. Это является преимущественным для устойчивости срока службы катализатора.

Частный вариант осуществления установки согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что он дополнительно содержит средства для объединения и смешивания обходящего потока свежего газа с первым потоком остаточного газа. Это обеспечивает равномерную концентрацию реагентов на входе в первый реактор для синтеза метанола и позволяет избежать образования концентрационных полос, которые могут приводить к неравномерной работе реактора.

Дополнительный предпочтительный вариант осуществления установки согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что:

- средства для отведения первого и/или второго потока жидкого продукта содержат измерительную аппаратуру, обеспечивающую возможность измерения уменьшения расхода первого и/или второго потока жидкого продукта с течением времени,

- средства, обеспечивающие возможность введения обходящего потока свежего газа во второй реактор для синтеза метанола, дополнительно содержат по меньшей мере один дозатор, обеспечивающий возможность уменьшения расхода обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, непрерывно или ступенчато.

Это позволяет преимущественно использовать промежуточную конденсацию для определения активности катализатора в данном реакторе, поскольку развитие во времени количества продукта на реактор можно прямо измерить через расход собранных сконденсированных продуктов, что делает ненужными дорогостоящие и неудобные анализы газа и измерения потока. Тогда расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, можно уменьшить, исходя из изменившейся активности катализатора, непрерывно или ступенчато при помощи дозатора или вручную, или, предпочтительно, посредством автоматической системы управления.

Дополнительный преимущественный вариант осуществления установки согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что первый реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с водяным охлаждением (WCR), и второй реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с водяным охлаждением (WCR) или реактора с газовым охлаждением (GCR), при этом указанная установка дополнительно содержит средства, обеспечивающие возможность прохождения сырьевого потока первого реактора в качестве охлаждающего газа через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола и, соответственно, нагрева от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена перед введением в первый, охлаждаемый водой реактор для синтеза метанола. Реактор с газовым охлаждением, соответственно, выполняет две функции, а именно: реактора для синтеза и теплообменника/подогревателя сырья для WCR. Хороший контроль температуры второго реактора, который становится возможным за счет введения свежего сырья согласно настоящему изобретению, таким образом, является особенно важным в варианте осуществления, соответствующем концепции WCR-GCR.

Дополнительный аспект установки согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что второй реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с газовым охлаждением (GCR) и дополнительно выполнен с возможностью обеспечения прохождения сырьевого потока первого реактора через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола в прямотоке с потоком продукта второго реактора и, соответственно, нагрев от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена. Данный вариант осуществления предполагает преимущества, связанные с улучшенным охлаждением на впуске газа для реакции. По сравнению с противоточным режимом, прямоточный режим дополнительно увеличивает разность температур между стенкой охлаждающей трубки и температурой точки росы смеси продуктов. Это означает, что даже при проведении первой реакции с водяным охлаждением при низких температурах, риск конденсации значительно уменьшается. Дополнительным результатом является более гладкая температурная кривая по длине реактора с менее высокими пиковыми температурами. Это является преимущественным для устойчивости срока службы катализатора.

Дополнительный аспект установки согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что второй реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с газовым охлаждением (GCR) и содержит кожух реактора и множество трубок внутри него, при этом твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, расположен или в трубках, или в промежуточном пространстве между внутренней стороной кожуха реактора и внешней стороной трубок, и при этом сырьевой поток первого реактора проходит в качестве охлаждающего газа через соответствующую другую область, не содержащую катализатор. Особенно предпочтительно, когда катализатор располагается в промежуточном пространстве между внутренней стороной кожуха реактора и внешней стороной трубок, и сырьевой поток первого реактора проходит через трубки в качестве охлаждающего газа.

Действующие образцы и численные примеры

Усовершенствования, преимущества и возможные применения настоящего изобретения также являются очевидными из следующего описания действующих образцов и численных примеров и из графических материалов. Все признаки, описанные и/или показанные на изображениях по отдельности или в любой комбинации, определяют настоящее изобретение независимо от способа их объединения в формуле изобретения или ссылок на их зависимость.

На фигурах:

на фиг. 1 представлено схематическое изображение способа/установки согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, содержащей два реактора с водяным охлаждением,

на фиг. 2 представлено схематическое изображение способа/установки согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, содержащей реактор с водяным охлаждением в качестве первого реактора и реактор с газовым охлаждением в качестве второго реактора.

В первом варианте осуществления способ 1/установка 1 согласно настоящему изобретению, представленная на фиг. 1, содержит два последовательно расположенных реактора 20, 40 с водяным охлаждением, свежий синтез-газ (свежий газ, подпиточный газ), содержащий водород, моноксид углерода и диоксид углерода, из установки для получения синтез-газа (не представлена), вводится через трубопровод 10, сжимается до давления синтеза с использованием компрессора 11 и проходит через трубопровод 12 в сепаратор 13, который может иметь форму, например, трубчатого тройника. Подпоток свежего газа отводится из сепаратора через трубопровод 14 и проходит в качестве обходящего потока свежего газа во второй реактор 40 для синтеза. На протяжении трубопровода 14 может быть расположен дозатор (не представлен), при помощи которого можно регулировать расход обходящего потока свежего газа.

Остальная часть свежего газа проходит через трубопровод 15 в качестве сырьевого потока свежего газа в смеситель 16, и там объединяется с рециркуляционным потоком, доставляемым через трубопровод 18 и подобным образом вводимым в смеситель 16. Смеситель 16, а также смесители, перечисленные ниже в данном документе, могут иметь форму, например, трубчатого тройника или статического смесителя. Отношение расходов, проходящих через трубопроводы 18 (рециркуляционный поток) и 15 (свежий газ) в смеситель 16, соответствует коэффициенту рециркуляции RR.

Объединение и смешивание сырьевого потока свежего газа с рециркуляционным потоком предоставляет сырьевой поток первого реактора, который проходит через трубопровод 17 в теплообменник 43, и там нагревается до температуры на входе в реактор за счет непрямого теплообмена с горячим потоком продукта реактора из второго реактора 40 для синтеза. Указанный поток затем вводится через трубопровод 19 в первый реактор 20 для синтеза метанола.

Частичная конверсия сырьевого потока первого реактора осуществляется в условиях синтеза метанола в первом реакторе 20 для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола. В иллюстративном варианте осуществления, представленном на фиг. 1, оба реактора 20, 40 для синтеза являются охлаждаемыми водой; соответствующие охлаждающие устройства, встроенные в реакторы, указаны ссылочными позициями 21, 41.

Горячий поток продукта первого реактора отводится из первого реактора 20 для синтеза через трубопровод 22 и проходит в теплообменник 23, а затем, через трубопровод 24, в охладитель 25. Теплообменник 23 осуществляет первое охлаждение горячего потока продукта первого реактора за счет непрямого теплообмена с охлажденным потоком остаточного газа, отводимым из первого фазового сепаратора 30. Охладитель 25 может работать, например, как воздушный охладитель или как охладитель, работающий на охлаждающей воде. Поток продукта первого реактора, охлажденный ниже его температуры точки росы, выводится через трубопровод 26 в первый фазовый сепаратор 30, где он разделяется на первый поток жидкого продукта и первый поток остаточного газа. Первый поток жидкого продукта, содержащий по существу метанол и воду, отводится из способа/из установки через трубопровод 31 и подается на обработку сырого метанола (не представлено). Первый поток остаточного газа, содержащий еще не преобразованные составляющие синтез-газа, проходит через трубопровод 32 в теплообменник 23 и нагревается в нем за счет непрямого теплообмена с горячим потоком продукта первого реактора из реактора 20 для синтеза метанола. Нагретый таким образом первый поток остаточного газа впоследствии проходит через трубопровод 34 в смеситель 35.

Смеситель 35 объединяет и смешивает нагретый первый поток остаточного газа с обходящим потоком свежего газа, доставляемым через трубопровод 14. Смеситель 35 также может иметь форму, например, трубчатого тройника или статического смесителя. Полученный таким образом сырьевой поток второго реактора затем вводится через трубопровод 36 во второй реактор 40 для синтеза метанола, который также содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола. Второй реактор для синтеза метанола осуществляет частичную конверсию сырьевого потока второго реактора в условиях синтеза метанола.

Горячий поток продукта второго реактора отводится из второго реактора 40 для синтеза метанола через трубопровод 42 и проходит в теплообменник 43, а затем, через трубопровод 44, в охладитель 45. Теплообменник 43 осуществляет первое охлаждение горячего потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена с сырьевым потоком первого реактора, доставляемым через трубопровод 17. Охладитель 45 также может действовать, например, как воздушный охладитель или как охладитель, действующий на охлаждающей воде. Поток продукта второго реактора, охлажденный ниже его температуры точки росы, выводится через трубопровод 46 во второй фазовый сепаратор 50, где он разделяется на второй поток жидкого продукта и второй поток остаточного газа. Второй поток жидкого продукта, в свою очередь содержащий по существу метанол и воду, отводится из способа/установки через трубопровод 51 и подается на обработку сырого метанола (не представлена). Второй поток остаточного газа, содержащий еще не преобразованные составляющие синтез-газа, проходит через трубопровод 52 в сепаратор 53.

Сепаратор 53, который может иметь форму, например, трубчатого тройника, осуществляет разделение второго потока остаточного газа на продувочный поток, отводимый из способа/установки через трубопровод 54, и рециркуляционный поток, проходящий через трубопровод 55 в компрессор 56. Отведение продувочного потока через трубопровод 54 предназначена для предотвращения накопления инертных компонентов, таких как, например, аргон или метан, в контуре синтеза. Для регулировки расхода продувочного потока в проточном канале трубопровода 54 может быть предусмотрен дозирующий клапан (не представлен).

Сжатый рециркуляционный поток отводится из компрессора 56 через трубопровод 18 и вводится в смеситель 16.

Во втором варианте осуществления настоящего изобретения, представленном на фиг. 2, способ 1/установка 1 содержит реактор 20 для синтеза с водяным охлаждением (WCR) и реактор 40 для синтеза с газовым охлаждением (GCR). Если конкретно не указано иное, элементы графических материалов, обозначенные одинаковыми ссылочными позициями, по функции и структуре соответствуют элементам, разъясненным в связи с фиг. 1.

По сравнению с первым вариантом осуществления, вариант осуществления настоящего изобретения, представленный на фиг. 2, имеет следующие отличия.

Сырьевой поток первого реактора первоначально проходит через трубопровод 17 в реактор 40 с газовым охлаждением (GCR), второй реактор для синтеза метанола, где он проходит через встроенное устройство в виде теплообменника (графически показано с помощью теплообменника, показанного в реакторе) и нагревается в нем за счет непрямого теплообмена с горячим газами продукта реактора. Таким образом, сырьевой поток первого реактора одновременно служит в качестве потока охлаждающего газа в реакторе 40. Теплообменник 43, представленный на фиг. 1, обычно можно опустить и поэтому он графически не показан на фиг. 2, однако, необязательно, он может быть предусмотрен как запасной или предназначенный для реализации особых условий эксплуатации, например, для введения в действие установки. Нагретый сырьевой поток первого реактора затем проходит через трубопровод 17а, смеситель 63 и трубопровод 19 в реактор 20 с водяным охлаждением (WCR) в качестве первого реактора синтеза метанола и применяется там. Посредством трубопровода 62 подпоток рециркуляционного потока, отведенный с использованием сепаратора 60, также может быть смешан с сырьевым потоком первого реактора с использованием смесителя 63 для регулировки температуры. Регулировку расхода этого подпотока осуществляют, например, при помощи дозатора (не представлен), встроенного в трубопровод 62.

В отличие от фиг. 1, охлаждение горячего потока продукта второго реактора, отводимого из второго реактора 40 для синтеза метанола через трубопровод 42, в теплообменнике 43 осуществляется с использованием рециркуляционного потока, обеспечиваемого в трубопроводе 57, в качестве охлаждающего газа. Нагретый рециркуляционный поток отводится из теплообменника 43 через трубопровод 59 и рециркулирует в первый реактор 20 для синтеза метанола через сепаратор 60, трубопровод 18, смеситель 16, трубопровод 17, 17а, смеситель 63 и трубопровод 19.

Численный пример 1

Опыты эксплуатации в синтезе метанола выполняли на двухступенчатой установке для синтеза метанола, оснащенной реактором с водяным охлаждением (WCR) в качестве первого реактора для синтеза метанола и реактором с газовым охлаждением (GCR) в качестве второго реактора для синтеза метанола с использованием синтез-газа, полученного из природного газа посредством многоступенчатого риформинга через паровой риформинг и автотермический риформинг (т.н. комбинированный риформинг). Оба реактора имели одинаковую геометрию реактора, и каждый из них содержал 80 м3 промышленного твердого гранулированного катализатора на основе меди для синтеза метанола в виде насыпного неподвижного слоя. За каждой из двух ступеней реактора следовала конденсация продуктов реакции. Опыты эксплуатации согласно настоящему изобретению выполняли с постоянным обходящим потоком во второй реактор для синтеза, соответствующим 20 % потока свежего газа. В сравнительных опытах обходящий трубопровод во второй реактор для синтеза был перекрыт. Состав и расход свежего газа, расход рециркуляционного потока и давление в реакторе в опытах эксплуатации согласно настоящему изобретению и сравнительных опытах были одинаковы.

В таблице 1 приведены результаты указанных опытов эксплуатации, отличающихся началом (начало прогона, SOR) и окончанием (конец прогона, EOR) цикла катализатора определенной продолжительности. Из сообщенных выходов продукта за один проход в единицу времени на единицу объема катализатора (STY, кг/ч продукта в виде метанола на литр катализатора) видно, что изобретение делает возможным снижение объемной скорости катализатора в первом реакторе для синтеза и увеличение объемной скорости катализатора во втором реакторе для синтеза для компенсации. Это делает возможной более равномерную объемную скорость катализатора и, таким образом, более медленную деактивацию катализатора/более длительные циклы катализатора.

Таблица 1 Сравнительный пример Сравнительный пример Изобретение Изобретение Компоновка WCR + GCR WCR + GCR WCR + GCR WCR + GCR Обходящий поток НЕТ НЕТ ЕСТЬ ЕСТЬ Пример цикла катализатора SOR EOR SOR2 EOR2 Синтез-газ кмоль/ч 10798 10798 10798 10798 Выработка кмоль/ч 2346 2331 2331 2313 Рециркуляция кмоль/ч 18357 18357 18357 18357 RR 1,7 1,7 1,7 1,7 Доля обходящего потока % 0 0 20 20 STY1 (кг/ч)/л 1,48 1,336 1,255 1,195 STY2 (кг/ч)/л 0,453 0,57 0,644 0,685

Численный пример 2

Во второй серии опытов эксплуатации в качестве свежего газа использовали синтез-газ, полученный посредством газификации угля. В данном случае объемы катализатора составляли 100 м3 в первом и 76 м3 во втором реакторе для синтеза. Компоновка установки для синтеза отличалась от вышеописанной. В течение цикла катализатора коэффициент рециркуляции RR увеличивался от 1,5 до 1,9. Дополнительные эксплуатационные параметры и результаты опытов приведены в таблице 2 и, в свою очередь, отличаются началом (начало прогона, SOR) и окончанием (конец прогона, EOR) цикла катализатора определенной продолжительности. В опытах согласно настоящему изобретению массовый расход обходящего потока свежего газа во второй реактор для синтеза уменьшали в течение цикла катализатора. Тем не менее, даже после указанного уменьшения первый реактор для синтеза имел меньшую объемную скорость, и второй реактор для синтеза имел большую объемную скорость, что приводило к более равномерной объемной скорости катализатора в установке для синтеза в целом.

Таблица 2 Сравнительный пример Сравнительный пример Изобретение Изобретение Компоновка WCR + GCR WCR + GCR WCR + GCR WCR + GCR Обходящий поток НЕТ НЕТ ЕСТЬ ЕСТЬ Пример цикла катализатора SOR EOR SOR EOR Синтез-газ кмоль/ч 24800 24850 24800 24850 Выработка т/день 6080 6061 6077 6069 RR - 1,50 1,90 1,50 1,90 Доля обходящего потока %/100 0,00 0,00 0,15 0,05 STY R1 (кг/ч)/л 1,85 1,6 1,7 1,56 STY R2 (кг/ч)/л 0,9 1,22 1,09 1,27

Перечень ссылочных позиций

[1] Способ, установка

[10] Трубопровод

[11] Компрессор

[12] Трубопровод

[13] Сепаратор

[14] Трубопровод

[15] Трубопровод

[16] Смеситель

[17] Трубопровод

[18] Трубопровод

[19] Трубопровод

[20] Первый реактор для синтеза метанола

[21] Охлаждающее устройство

[22] Трубопровод

[23] Теплообменник

[24] Трубопровод

[25] Охладитель

[26] Трубопровод

[30] Первый фазовый сепаратор

[31] Трубопровод

[32] Трубопровод

[34] Трубопровод

[35] Смеситель

[36] Трубопровод

[40] Второй реактор для синтеза метанола

[41] Охлаждающее устройство

[42] Трубопровод

[43] Теплообменник

[44] Трубопровод

[45] Охладитель

[46] Трубопровод

[50] Второй фазовый сепаратор

[51] Трубопровод

[52] Трубопровод

[53] Сепаратор

[54] Трубопровод

[55] Трубопровод

[56] Компрессор

[57] Трубопровод

[59] Трубопровод

[60] Сепаратор

[62] Трубопровод

[63] Смеситель.

Похожие патенты RU2833250C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ РАВНОВЕСНЫХ РЕАКЦИЙ 2018
  • Кастилло-Вельтер, Франк
  • Хаг, Стефан
  • Фринд, Роберт
  • Шуман, Тим
  • Окс, Андреас
  • Вагнер, Марк
  • Валентен, Солен
RU2787160C2
РЕАКТОР ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИХ РАВНОВЕСНЫХ РЕАКЦИЙ 2018
  • Кастилло-Вельтер, Франк
  • Хаг, Стефан
  • Фринд, Роберт
  • Шуман, Тим
  • Окс, Андреас
  • Вагнер, Марк
  • Валентен, Солен
RU2753027C2
ОБЪЕДИНЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛАЦЕТАТА И МЕТАНОЛА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА И ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА 2013
  • Бристоу Тимоти Криспин
RU2686734C2
ОБЪЕДИНЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА И МЕТИЛАЦЕТАТА 2013
  • Бристоу Тимоти Криспин
RU2686701C2
ОБЪЕДИНЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ 2013
  • Бристоу Тимоти Криспин
RU2638922C2
ОБЪЕДИНЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛАЦЕТАТА И МЕТАНОЛА ИЗ СИНТЕЗ-ГАЗА И ДИМЕТИЛОВОГО ЭФИРА 2013
  • Беккер Эдо Йоханн
  • Бристоу Тимоти Криспин
RU2687234C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА ИЗ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА 2013
  • Шлихтинг Хольгер
  • Хакель Филипп Мариус
RU2641306C2
ОДНОКОНТУРНОЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ТОПЛИВА 2011
  • Фань Говард Л.
  • Бен-Ревен Моше
  • Бойл Ричард Е.
  • Корос Роберт М.
RU2574390C2
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ СИНТЕЗА МЕТАНОЛА 2021
  • Власов Артём Игоревич
  • Федоренко Валерий Денисович
  • Ефремова Регина Петровна
  • Хасанов Марс Магнавиевич
  • Заманов Ильгам Минниярович
  • Кирдяшев Юрий Александрович
  • Никищенко Константин Георгиевич
  • Каширина Диана Александровна
  • Вахрушин Павел Александрович
RU2792583C1
НОВЫЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАНОЛА ИЗ НИЗКОКАЧЕСТВЕННОГО СИНТЕТИЧЕСКОГО ГАЗА 2016
  • Модарреси Хассан
RU2729077C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 833 250 C2

Реферат патента 2025 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАНОЛА ПОСРЕДСТВОМ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО СИНТЕЗА

Настоящее изобретение относится к способу получения метанола посредством преобразования нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, и к установке для его осуществления. Предлагаемый способ предусматривает 2-ступенчатый, гетерогенно-каталитический синтез метанола, в котором продукт в виде метанола, образующийся на каждой ступени синтеза, удаляется путем конденсации, остальной остаточный газ применяется в расположенной ниже по потоку ступени синтеза или, после удаления продувочного потока, рециркулирует в первую ступень синтеза в качестве рециркуляционного потока. Из свежего газа в виде синтез-газа удаляется подпоток и вводится во второй реактор для синтеза метанола в качестве обходящего потока. При этом расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, изменяется непрерывно или ступенчато в течение цикла катализатора, и второй реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с газовым охлаждением (GCR). Кроме того, сырьевой поток первого реактора проходит через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола в прямотоке с потоком продукта второго реактора и, соответственно, нагревается от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена. Технический результат – достижение более равномерной объемной скорости катализаторов, расположенных в отдельных реакторах, а также улучшенного контроля температуры в них. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Формула изобретения RU 2 833 250 C2

1. Способ получения метанола посредством преобразования нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, включающий следующие этапы способа:

(а) обеспечение нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, разделение нагнетаемого потока синтез-газа на обходящий поток свежего газа и сырьевой поток свежего газа;

(b) объединение и смешивание сырьевого потока свежего газа с рециркуляционным потоком, содержащим водород и оксиды углерода, с получением сырьевого потока первого реактора;

(с) введение сырьевого потока первого реактора в первый реактор для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, по меньшей мере частичное преобразование сырьевого потока первого реактора в первом реакторе для синтеза метанола в условиях синтеза метанола;

(d) отведение потока продукта первого реактора, содержащего метанол и воду, из первого реактора для синтеза метанола, охлаждение потока продукта первого реактора ниже его температуры точки росы и подачу охлажденного потока продукта первого реактора в первый фазовый сепаратор;

(e) разделение охлажденного потока продукта первого реактора в первом фазовом сепараторе на первый поток жидкого продукта и первый поток остаточного газа, содержащий непреобразованные составляющие синтез-газа;

(f) введение первого потока остаточного газа во второй реактор для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, по меньшей мере частичное преобразование первого потока остаточного газа во втором реакторе для синтеза метанола в условиях синтеза метанола;

(g) отведение потока продукта второго реактора, содержащего метанол и воду, из второго реактора для синтеза метанола, охлаждение потока продукта второго реактора ниже его температуры точки росы и подачу охлажденного потока продукта второго реактора во второй фазовый сепаратор;

(h) разделение охлажденного потока продукта второго реактора во втором фазовом сепараторе на второй поток жидкого продукта и второй поток остаточного газа, содержащий непреобразованные составляющие синтез-газа;

(i) разделение второго потока остаточного газа на продувочный поток, отводимый из способа, и рециркуляционный поток, подвергаемый рециркуляции на этапе (b);

(j) отведение первого и второго потоков жидкого продукта из способа в качестве потока продукта в виде неочищенного метанола, отличающийся тем, что

(k) обходящий поток свежего газа вводится во второй реактор для синтеза метанола, при этом расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, изменяется непрерывно или ступенчато в течение цикла катализатора, а второй реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с газовым охлаждением (GCR), при этом сырьевой поток первого реактора проходит через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола в прямотоке с потоком продукта второго реактора и, соответственно, нагревается от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обходящий поток свежего газа объединяется и смешивается с первым потоком остаточного газа с получением сырьевого потока второго реактора перед введением во второй реактор для синтеза метанола.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, уменьшается непрерывно или ступенчато в течение цикла катализатора.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в течение цикла катализатора расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, уменьшается непрерывно или ступенчато в соответствии с потерей активности катализатора в первом и/или втором реакторе для синтеза метанола.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что критерием потери активности катализатора в первом и/или втором реакторе для синтеза метанола служит уменьшение с течением времени расхода первого и/или второго потока жидкого продукта в течение цикла катализатора.

6. Способ по любому из пп. 3-5, отличающийся тем, что в течение цикла катализатора расход обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, уменьшается от начального значения до конечного значения непрерывно или ступенчато, при этом начальное значение соответствует не более чем 40% по объему нагнетаемого потока синтез-газа.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с водяным охлаждением (WCR), при этом сырьевой поток первого реактора проходит в качестве охлаждающего газа через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола и, соответственно, нагревается от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена перед введением в первый, охлаждаемый водой реактор для синтеза метанола.

8. Установка для получения метанола посредством конверсии нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, содержащая следующие узлы и составляющие в соединении друг с другом по текучей среде:

(а) средства для обеспечения нагнетаемого потока синтез-газа, содержащего водород и оксиды углерода, средства для разделения нагнетаемого потока синтез-газа на обходящий поток свежего газа и сырьевой поток свежего газа;

(b) средства для объединения и смешивания сырьевого потока свежего газа с рециркуляционным потоком, содержащим водород и оксиды углерода, с получением сырьевого потока первого реактора;

(с) первый реактор для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, средства для введения сырьевого потока первого реактора в первый реактор для синтеза метанола;

(d) средства для отведения потока продукта первого реактора, содержащего метанол и воду, из первого реактора для синтеза метанола, первый фазовый сепаратор, средства для охлаждения потока продукта первого реактора ниже его температуры точки росы и средства для подачи охлажденного потока продукта первого реактора в первый фазовый сепаратор;

(e) средства для разделения охлажденного потока продукта первого реактора в первом фазовом сепараторе на первый поток жидкого продукта и первый поток остаточного газа, содержащий непреобразованные составляющие синтез-газа, средства для отведения первого потока жидкого продукта, средства для отведения первого потока остаточного газа;

(f) второй реактор для синтеза метанола, который содержит по меньшей мере одну зону катализатора, содержащую твердый гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, средства для введения первого потока остаточного газа во второй реактор для синтеза метанола;

(g) средства для отведения потока продукта второго реактора, содержащего метанол и воду, из второго реактора для синтеза метанола, второй фазовый сепаратор, средства для охлаждения потока продукта второго реактора ниже его температуры точки росы и средства для подачи охлажденного потока продукта второго реактора во второй фазовый сепаратор;

(h) средства для разделения охлажденного потока продукта второго реактора во втором фазовом сепараторе на второй поток жидкого продукта и второй поток остаточного газа, содержащий непреобразованные составляющие синтез-газа, средства для отведения второго потока жидкого продукта, средства для отведения второго потока остаточного газа;

(i) средства для разделения второго потока остаточного газа на продувочный поток и рециркуляционный поток, средства для отведения продувочного потока из способа, средства для рециркуляции рециркуляционного потока в узел (b);

(j) средства для отведения первого и второго потоков жидкого продукта из способа в качестве потока продукта в виде неочищенного метанола, отличающаяся тем, что

(k) она содержит средства, обеспечивающие возможность введения обходящего потока свежего газа во второй реактор для синтеза метанола, при этом второй реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с газовым охлаждением (GCR) и дополнительно выполнен таким образом, чтобы обеспечивать возможность прохождения сырьевого потока первого реактора через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола в прямотоке с потоком продукта второго реактора и, соответственно, нагрев от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена, и тем, что:

- средства для отведения первого и/или второго потока жидкого продукта содержат измерительную аппаратуру, обеспечивающую возможность измерения уменьшения расхода первого и/или второго потока жидкого продукта с течением времени,

- средства, обеспечивающие возможность введения обходящего потока свежего газа во второй реактор для синтеза метанола, дополнительно содержат по меньшей мере один дозатор, обеспечивающий возможность уменьшения расхода обходящего потока свежего газа, вводимого во второй реактор для синтеза метанола, непрерывно или ступенчато.

9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средства для объединения и смешивания обходящего потока свежего газа с первым потоком остаточного газа.

10. Установка по п. 8 или 9, отличающаяся тем, что первый реактор для синтеза метанола имеет форму реактора с водяным охлаждением (WCR), при этом указанная установка дополнительно содержит средства, обеспечивающие возможность прохождения сырьевого потока первого реактора в качестве охлаждающего газа через второй, охлаждаемый газом реактор для синтеза метанола и, соответственно, нагрев от потока продукта второго реактора за счет непрямого теплообмена перед введением в первый, охлаждаемый водой реактор для синтеза метанола.

11. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что второй реактор для синтеза метанола содержит кожух реактора и множество трубок внутри него, при этом твердый, гранулированный катализатор, активный для синтеза метанола, расположен или в трубках, или в промежуточном пространстве между внутренней стороной кожуха реактора и внешней стороной трубок, и при этом сырьевой поток первого реактора проходит в качестве охлаждающего газа через соответствующую другую область, не содержащую катализатор.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2025 года RU2833250C2

WO 2006018610 A1, 23.02.2006
Усилитель с отслеживанием нулевого уровня 1979
  • Бехтин Юрий Иванович
SU790226A1
WO 2017121981 A1, 20.07.2017
ШАБЛОН ДЛЯ СБОРКИ РЕЛЬСОВЫХ ЗВЕНЬЕВ 1931
  • Касьянов И.И.
SU31957A1
Гнездовая сеялка 1931
  • Лимаров А.И.
SU29293A1

RU 2 833 250 C2

Авторы

Гронеман, Вероника

Эльман, Тобиас

Шуман, Тим

Хофман, Хайко

Даты

2025-01-15Публикация

2020-10-15Подача