RU2769054C2 - Способ производства метанола - Google Patents
Способ производства метанола Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769054C2 RU2769054C2 RU2019108042A RU2019108042A RU2769054C2 RU 2769054 C2 RU2769054 C2 RU 2769054C2 RU 2019108042 A RU2019108042 A RU 2019108042A RU 2019108042 A RU2019108042 A RU 2019108042A RU 2769054 C2 RU2769054 C2 RU 2769054C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stream
- synthesis gas
- adiabatic
- reaction
- isothermal
- Prior art date
Links
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 117
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 82
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 80
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 18
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 13
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000012084 conversion product Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 58
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 208000036574 Behavioural and psychiatric symptoms of dementia Diseases 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
- C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
- C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
- C07C29/1516—Multisteps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
- C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
- C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0278—Feeding reactive fluids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
- B01J8/0403—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal
- B01J8/0407—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds
- B01J8/0419—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds the fluid flow within the beds being predominantly horizontal through two or more cylindrical annular shaped beds the beds being placed in separate reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
- B01J2208/0015—Plates; Cylinders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C31/00—Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
- C07C31/02—Monohydroxylic acyclic alcohols
- C07C31/04—Methanol
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Изобретение относится к реакторной установке и к способу синтеза метанола из входящего потока синтез газа, в котором используют часть входящего потока, представляющего собой сырьевой поток, в адиабатической стадии реакции, обеспечивая отходящий поток, содержащий метанол и непрореагировавший синтез-газ; резко охлаждают отходящий поток другой частью упомянутого входящего потока, обеспечивая охлажденный поток; подвергают этот охлажденный реакционный поток изотермической стадии реакции, обеспечивая поток продукции, содержащей метанол. Задачей настоящего изобретения является создание процесса для синтеза метанола, отличающегося универсальностью и, в частности, приспособленного для мелкомасштабного производства. В частности, изобретение направлено на повышение выхода продуктов конверсии, обеспечение более точного управления температурой реакции, снижение объема катализатора и повышение срока службы катализатора. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники
Настоящее изобретение относится к способу синтеза метанола и соответствующей установке.
Уровень техники
Процесс синтеза метанола в основном включает получение подпиточного синтез-газа риформингом углеводородного сырья в головной секции и конверсию этого подпиточного синтез-газа в метанол в контуре синтеза.
Синтез-газом обычно является смесь оксидов углерода и водорода в молярном соотношении (Н2-СО2)/(СО+СО2), равном 2.
Конверсия подпиточного газа в метанол осуществляется при высокой температуре (200-300°С) и высоком давлении (40-150 бар), в присутствии соответствующего катализатора, и включает следующие реакции гидрогенизации оксидов углерода (СО, СО2) и обратимой конверсии водяного газа:
Здесь ΔН0 298 обозначает изменение энтальпии, связанное с химической реакцией при стандартных условиях, соответствующих окружающей температуре 298,15 К (т.е., 25°С) и абсолютному давлению 1 бар.
Процесс в целом является экзотермическим, обеспечивающим максимальную конверсию при низких температурах. Поэтому, для сдвига химического равновесия процесса в сторону образования продуктов необходимо отведение тепла, выделяемого в процессе, что позволит избежать перегрева и, в результате, разрушения катализатора.
Известным способом решения этой задачи является проведение процесса в нескольких охлаждаемых адиабатических слоях катализатора.
Адиабатический слой не содержит средств для непосредственного охлаждения катализатора, в результате чего выделяемое в химическом процессе тепло полностью передается в отходящие потоки. Поэтому между соседними слоями последовательно устанавливаются межслойные теплообменники для охлаждения горячего отходящего потока перед его введением в следующий слой.
Вследствие такой технологии, температура непрерывно нарастает в каждом слое и быстро снижается в следующем межслойном теплообменнике. Такому способу, однако, присущи следующие недостатки: температура в каталитическом слое поднимается с риском формирования горячих точек, и быстро достигается равновесие в реакции, что влечет низкий выход продуктов реакции. Эти проблемы решаются применением изотермических реакторов.
В изотермическом реакторе теплообменные элементы погружены в каталитический слой для отведения тепла непосредственно из слоя и поддержания его температуры в оптимальном диапазоне. Через эти теплообменные элементы обычно проходит охлаждающая среда, например вода, которая может быть легко преобразована в пар для дальнейшего использования на производстве.
Хотя изотермические реакторы обеспечивают более точное управление температурой и увеличивают выход конверсии, они требуют более высоких капиталовложений по сравнению с адиабатическими реакторами.
Кроме того, конструкции описанных реакторов не отличаются универсальностью и плохо адаптируются, например, к нестабильности состава сырья или иной области применения относительно той, для которой они были разработаны.
Таким образом, существует большая потребность в способах синтеза метанола, обладающих эффективностью в части управления температурой и выхода конверсии, и, в то же время, отличающихся гибкостью, приспособляемостью к разным ситуациям, и не требующих высоких затрат. Особенно необходимы устройства для мелкомасштабного производства метанола, где низкий расход усложняет управление процессом.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание процесса для синтеза метанола, отличающегося универсальностью и, в частности, приспособленного для мелкомасштабного производства. В частности, изобретение направлено на повышение выхода продуктов конверсии, обеспечение более точного управления температурой реакции, снижение объема катализатора и повышение срока службы катализатора.
Эти задачи решаются процессом синтеза метанола из входящего потока синтез-газа в соответствии с п. 1 формулы изобретения. Этот процесс включает стадии:
использования части упомянутого входящего потока, представляющего собой сырьевой поток, в адиабатической стадии реакции, с получением отходящего потока, содержащего метанол и непрореагировавший синтез-газ;
резкого (быстрого) охлаждения отходящего потока другой частью упомянутого входящего потока, с получением охлажденного реакционного потока;
использования этого охлажденного реакционного потока в изотермической стадии реакции с получением потока продукции, содержащего метанол.
Упомянутым синтез-газом является смесь оксидов углерода и водорода в молярном соотношении (Н2-СО2)/(СО+СО2), равном 2.
На адиабатической стадии реакции температура быстро поднимается с образованием горячего отходящего потока, и реакция быстро достигает состояния равновесия.
Далее горячий отходящий поток подвергают резкому охлаждению. При резком охлаждении температура горячего отходящего потока снижается. Благодаря падению температуры, реакция отходит от состояния равновесия и сдвигается вправо в следующей изотермической стадии реакции.
Термином "резкое (быстрое) охлаждение" обозначается непосредственное смешивание горячего отходящего потока с охлаждающей средой. Горячий отходящий поток и охлаждающая среда приводятся в непосредственный контакт и перемешиваются.
Резкое охлаждение, предпочтительно, выполняется смешиванием горячего отходящего потока с другой частью входящего потока синтез-газа, имеющего меньшую температуру.
Отходящий поток подвергается резкому охлаждению после завершения адиабатической стадии реакции. Например, резкое охлаждение осуществляется после адиабатического реактора. В предпочтительном варианте выполнения, отходящий поток адиабатического реактора смешивается с потоком синтез-газа после адиабатического реактора.
Осуществление резкого охлаждения посредством части входящего потока синтез-газа также сопровождается разбавлением непрореагировавшего синтез-газа, присутствующего в отходящем потока адиабатической стадии реакции и, следовательно, увеличением концентрации реагентов. В результате происходит дальнейший сдвиг реакции вправо.
Для простоты описания, упомянутая часть синтез газа также называется "охлаждающим потоком".
Поток, возникающий в результате смешивания отходящего потока адиабатической реакции и этого охлаждающего потока, используется на изотермической стадии реакции, в ходе которой температура поддерживается в оптимальном интервале. Соответственно, эта изотермическая стадия реакции проводится в массиве катализатора с погруженными в него несколькими теплообменными элементами, через которые проходит подходящая охлаждающая среда для отвода тепла, выделяемого в ходе реакции. Этими теплообменными элементами могут быть трубки или, предпочтительно, пластины.
Соответственно, на изотермической стадии реакции, стремление реакции к равновесию замедляется, и температурный режим приближается к температурам, соответствующим максимальной скорости реакции, пока теплопоглощающая способность охлаждающей среды не становится ниже тепловыделения со стороны катализатора. Согласно предпочтительным вариантам выполнения, этой охлаждающей средой является синтез-газ.
Предпочтительно, сырьевой поток, поступающий в адиабатическую стадию реакции, содержит часть входящего потока синтез-газа, который был подогрет при его использовании в качестве охлаждающей среды на изотермической стадии реакции, и образует, тем самым, подогретый поток. Соответственно, эта часть входящего потока проходит через теплообменные элементы, погруженные в массив катализатора.
В более предпочтительном варианте, этот подогретый поток смешивается с другой частью входящего потока синтез-газа, формируя, по меньшей мере, отчасти, сырьевой поток для адиабатической стадии реакции, причем эта другая часть направляется непосредственно в адиабатическую стадию реакции. Предпочтительно, сырьевой поток, поступающий в адиабатическую стадию реакции, целиком или практически целиком сформирован смешиванием подогретого потока с упомянутой другой частью синтез-газа.
Здесь термин "непосредственно" используется для обозначения того, что упомянутая другая часть входящего потока не участвует в теплообмене и поддерживается при примерно постоянной температуре.
В соответствии с другими вариантами выполнения изобретения, входящий поток синтез-газа разделяется на две или три части.
В предыдущем случае, первая часть используется для резкого охлаждения отходящего потока адиабатической стадии реакции, а вторая часть подводится в адиабатическую стадию реакции, либо непосредственно, либо после подогрева посредством пропускания через упомянутые выше теплообменные элементы, погруженные в массив катализатора, где проходит изотермическая стадия реакции. Соответственно, вторая часть формирует сырьевой поток в упомянутую адиабатическую стадию реакции.
В последнем случае, первая часть по аналогии используется для резкого охлаждения отходящего потока адиабатической стадии реакции, вторая часть подается непосредственно в адиабатическую стадию реакции, а третья часть проходит через теплообменные элементы и нагревается поглощением тепла, выделяемого в изотермической стадии реакции, образуя, тем самым, поток подогретого синтез-газа, который смешивается со второй частью для формирования сырьевого потока для адиабатической стадии реакции. Предпочтительно, эта вторая часть синтез-газа имеет более низкую температуру, чем подогретый синтез-газ, и называется "холодным потоком распределенной подачи". Предпочтительно, первая часть не превышает 40 объемн. % входящего потока синтез-газа. Предпочтительно, вторая часть составляет от 5 до 30 объемн. % входящего потока синтез-газа. Предпочтительно, упомянутая третья часть составляет от 30 до 90 объемн. % входящего потока синтез-газа.
Последний рассмотренный вариант выполнения особенно перспективен, поскольку смешивание третьей части в виде подогретого синтез-газа с этим холодным потоком распределенной подачи позволяет гарантировать тонкое регулирование температуры на входе адиабатической стадии реакции.
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, входящий поток синтез-газа получают предварительным нагреванием по меньшей мере части отходящего потока головной секции. Предпочтительно, эта по меньшей мере часть подогревается в подходящем теплообменнике непрямым теплообменом с потоком содержащего метанол продукта изотермической стадии реакции.
В соответствии с частным вариантом выполнения, этот поток содержащего метанол продукта используется для подогрева части входящего потока, который непосредственно питает адиабатическую стадию реакции, когда не производится никакого смешивания с потоком подогретого синтез-газа.
Предпочтительно, эта адиабатическая стадия реакции и изотермическая стадия реакции проводятся в двух отдельных реакционных резервуарах.
Предпочтительно, стадия резкого охлаждения выходного потока адиабатической стадии реакции посредством части синтез-газа выполняется снаружи этих двух резервуаров.
Описанный процесс синтеза метанола, в частности, пригоден для мелкомасштабного производства. Термин "мелкомасштабный" обычно относится к производству неочищенного метанола в количестве не более 500 баррелей за эксплуатационные сутки (BPSD - от англ. barrels per stream day), что составляет 63 т/сутки, и, предпочтительно, не более 250 BPSD, т.е., 31,5 т/сутки. Предложенный в изобретении способ также может использоваться и в промышленных масштабах.
Другой задачей настоящей заявки является реакторная установка для проведения описанного процесса, в соответствии с приложенной формулой.
Главное преимущество настоящего изобретения состоит в очень большом разнообразии степеней свободы, позволяющем, с одной стороны, добиться максимально высоких рабочих характеристик процесса посредством лучшей настройки температур и расходов различных частей входящего потока синтез-газа и, с другой стороны, увеличить приспособляемость реакторной установки к различным условиям, например к применениям, отличающихся от тех, для которых была разработана установка.
В частности, возможность разделения потока свежего синтез-газа на упомянутые выше две или три части для более тонкой настойки расхода холодного потока распределенной подачи и охлаждающего потока представляет одну из главных степеней свободы реакторной установки.
Соответственно, улучшенное управление температурой входящих потоков как в адиабатической стадии реакции, так и в изотермической стадии, достигается благодаря введению холодного потока распределенной подачи и охлаждающего потока.
Другая степень свободы в системе обеспечивается установкой внешнего теплообменника, позволяющего регулировать температуры частей синтез-газа, в частности, температуру входящего потока в адиабатическую стадию реакции, посредством обмена теплом с содержащим метанол потоком на выходе изотермической стадии реакции.
Наличие изотермического реактора после адиабатического реактора приводит к сокращению требуемого объема катализатора, поскольку изотермический реактор поддерживает условия прохождения реакции, при которых ее скорость близка к максимальной, и к достижению максимального срока службы катализатора, так как большая часть катализатора загружена в изотермический реактор, где максимальные температуры много ниже типичных значений в адиабатических слоях катализатора.
Преимущества изобретения будут более понятны при ознакомлении с приведенным ниже подробным описанием предпочтительных вариантов выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Краткое описание чертежей
на фиг. 1 представлена упрощенная схема реакторной установки в соответствии с первым вариантом выполнения изобретения;
на фиг. 2 представлена упрощенная схема реакторной установки в соответствии со вторым вариантом выполнения изобретения;
на фиг. 3 представлена упрощенная схема реакторной установки в соответствии с третьим вариантом выполнения изобретения.
Подробное описание осуществления изобретения
На фиг. 1 показана реакторная установка 100 для синтеза метанола из входящего потока 1 синтез-газа. Этим входящим потоком 1 является отходящий поток головной секции (не показана).
Установка 100 включает первый адиабатический реактор 101 и второй изотермический реактор 102. Эти первый и второй реакторы размещаются в двух отдельных резервуарах. Изотермический реактор 102 содержит две теплообменных пластины 104, погруженные в каталитический слой 105.
Входящий поток 1 синтез-газа разделяется на две части, а именно, первую часть 1а и вторую часть 1b. Эти части 1а и 1b имеют одинаковый состав, но расходы у них могут быть разными.
Вторая часть 1b используется в качестве охлаждающей среды в теплообменных пластинах 104 изотермического реактора 102, отводя тепло от каталитического слоя 105 и образуя поток 2 подогретого синтез-газа.
Поток 2 подогретого синтез-газа подается в первый адиабатический реактор 101, где частично вступает в реакцию с образованием отходящего потока 3 частично прореагировавшего газа, содержащего метанол и непрореагировавший синтез-газ. В этом реакторе 101 происходит рост температуры, и реакция быстро достигает равновесия.
Отходящий поток 3, покинув реактор 101, смешивается с первой частью 1а синтез-газа. Эта часть 1а синтез-газа имеет температуру ниже, чем у отходящего потока 3, в результате чего получается поток 4 с пониженной температурой и увеличенной концентрацией синтез-газа, благодаря чему равновесие реакции сдвигается вправо в следующем далее изотермическом реакторе 102. Эта первая часть 1а синтеза газа также называется охлаждающим потоком.
Входящий поток 4 входит в изотермический реактор 102, в котором происходит дальнейшая конверсия синтез-газа в метанол с получением содержащего метанол потока 5 продукта. Как было показано выше, тепло, вырабатываемое на изотермической стадии реакции, непосредственно отводится второй частью 1b синтез-газа, проходящей по теплообменным пластинам 104, погруженным в каталитический слой 105.
Согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 2, реакторная установка 100, помимо первого адиабатического реактора 101 и второго изотермического реактора 102, включает теплообменник 103.
Входящий поток 1, предпочтительно, получают частичным нагреванием отходящего потока 10 головной секции (не показана). Более подробно, часть 10а отходящего потока 10 нагревается в теплообменнике 103 посредством обмена теплом с содержащим метанол потоком 5, выходящим из изотермического реактора 102, образуя подогретый поток 10с, в то время как оставшаяся часть 10b обходит теплообменник 103 и сливается с подогретой частью 10с, образуя входящий поток 1 синтез-газа.
Входящий поток 1 синтез-газа разделяется на первую часть 1а, как в описанном выше варианте выполнения, показанном на фиг. 1, и вторую часть 1с.
Вторая часть 1с формирует входящий поток в первый адиабатический реактор 101, где частично вступает в реакцию с формированием отходящего потока 3, содержащего метанол и непрореагировавший синтез-газ. Этот отходящий поток 3 далее смешивается с первой частью 1 синтез-газа, имеющей более низкую температуру, с образованием входящего потока 4 в изотермический реактор 102. Этот входящий поток 4 входит в изотермический реактор 102, в котором происходит дальнейшая конверсия синтез газа в поток 5 продукта, содержащий метанол, который используется в качестве нагревающей среды в теплообменнике 103, с образованием содержащего метанол потока 6 с пониженной температурой. Этот поток 6 затем подвергается очистке в соответствующей секции очистки (не показана).
В соответствии с настоящим вариантом выполнения, тепло, выделяемое в каталитическом слое 105 изотермического реактора 102 непосредственно отводится подходящей охлаждающей средой 7, например, водой, проходящей через теплообменные пластины 104, погруженные в каталитический слой 105.
На фиг. 3 показан вариант выполнения, который является комбинацией фиг. 1 и 2, при этом входящий поток 1 синтез-газа разделен на три части, а именно, первую часть 1а, вторую часть 1b и третью часть 1с.
Вторая часть 1b используется как охлаждающая среда в теплообменных пластинах 104 изотермического реактора 102, отводя при этом тепло от каталитического слоя 105 и формируя поток 2 подогретого синтез-газа.
Поток 2 подогретого синтез-газа смешивают с третьей частью 1с синтез-газа для формирования входящего потока 8 адиабатического реактора 101. Температура третьей части 1с ниже температуры потока 2, и их смешивание обеспечивает тонкую регулировку температуры на входе адиабатического реактора 101. Эту третья часть 1с также называют "холодным потоком распределенной подачи".
Входящий поток 8 частично вступает в реакцию в адиабатическом реакторе 101 с образованием выходного потока 3, содержащего метанол и непрореагировавший синтез-газ.
Поток 3 далее смешивают с первой частью 1а синтез-газа, имеющей более низкую температуру, в результате чего получается входящий поток 4, поступающий в изотермический реактор 102. Как следствие, этот поток 4 имеет пониженную температуру и увеличенную концентрацию синтез-газа, благодаря чему равновесие реакции сдвигается вправо. Эту первую часть 1а также называют охлаждающим потоком.
Входящий поток 4 входит в изотермический реактор 102, где синтез-газ подвергается дальнейшей конверсии в метанол с образованием потока 5, содержащего метанол. Как было показано выше, выделяемое тепло отводится непосредственно второй частью 1b синтез-газа, проходящей через теплообменные пластины 104, погруженные в каталитический слой 105.
Как и в варианте выполнения, показанном на фиг. 2, выходной поток 5 изотермического реактора 102 используется для подогревания части 10а отходящего потока 10 головной секции в упомянутом выше теплообменнике 103, в то время как оставшаяся часть 10b обходит теплообменник 103 и соединяется с подогретой частью 10с, образуя входящий поток 1 синтез газа.
Наличие этого теплообменника 103 предпочтительно, поскольку позволяет регулировать температуру частей 1a, 1b, 1с синтез-газа.
Claims (20)
1. Способ синтеза метанола из входящего потока (1) синтез-газа, в котором:
используют часть (1с, 2, 8) входящего потока (1), представляющего собой сырьевой поток, в адиабатической стадии реакции, обеспечивая отходящий поток (3), содержащий метанол и непрореагировавший синтез-газ;
резко охлаждают отходящий поток (3) другой частью (1а) упомянутого входящего потока, обеспечивая охлажденный поток (4);
подвергают этот охлажденный реакционный поток изотермической стадии реакции, обеспечивая поток (5) продукции, содержащей метанол.
2. Способ по п. 1, в котором сырьевой поток для адиабатической стадии реакции содержит часть (1b) входящего потока (1), которая была подогрета, выполняя функцию охлаждающей среды в изотермической стадии реакции, формируя при этом подогретый поток (2).
3. Способ по п. 2, в котором подогретый поток (2) смешивают с другой частью (1с) входящего потока (1) для образования сырьевого потока (8) для адиабатической стадии реакции, причем эта другая часть (1с) направляется непосредственно в адиабатическую стадию реакции.
4. Способ по п. 2 или 3, в котором изотермическая стадия реакции проводится в каталитическом слое, содержащем теплообменные элементы, а часть (1b), выполняющая роль охлаждающей среды, проходит через указанные теплообменные элементы.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором входящий поток (1) получают подогреванием по меньшей мере части (10а) потока синтез-газа посредством косвенного теплообмена с потоком (5) продукта, содержащего метанол.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, пригодный для мелкомасштабного производства.
7. Реакторная установка (100) для синтеза метанола из входящего потока (1) синтез-газа, включающая:
адиабатическую каталитическую зону (101), приспособленную для приема части (1с, 2, 8) входящего потока (1) в качестве сырьевого потока, обеспечивая отходящий поток (3), содержащий метанол и непрореагировавший синтез-газ;
линию подачи другой части (1а) входящего потока (1) для резкого охлаждения, смешивающейся с отходящим потоком (3), обеспечивая охлажденный поток (4);
изотермическую каталитическую зону (102), приспособленную для приема охлажденного реакционного потока (4), обеспечивая поток (5) продукта, содержащего метанол.
8. Установка по п. 7, в которой изотермическая каталитическая зона (102) содержит каталитический слой (105) с погруженными в него теплообменными элементами (104), предпочтительно, в виде пластин.
9. Установка по п. 8, в которой упомянутый сырьевой поток в адиабатическую каталитическую зону (101) включает поток (2) подогретого синтез-газа и имеется линия подачи части (1b) входящего потока (1) в теплообменные элементы (104) в качестве охлаждающей среды для получения потока (2) подогретого синтез-газа.
10. Установка по п. 9, в которой сырьевой поток (8) в адиабатическую каталитическую зону (101) включает другую часть (1с) синтез-газа для направления непосредственно в адиабатическую зону (101) и имеется линия для смешивания этой другой части (1с) с потоком (2) подогретого синтез-газа.
11. Установка по любому из пп. 7-10, в которой входящий поток (1) обеспечивается путем подогрева по меньшей мере части (10а) потока (10) синтез-газа и имеется теплообменник (103), приспособленный для приема потока (5) продукта, содержащего метанол, в качестве нагревающей среды для подогрева по меньшей мере части (10а) потока (10) синтез-газа и обеспечения входящего потока (1).
12. Установка по любому из пп. 7-11, в которой адиабатическая зона (101) содержит один каталитический слой.
13. Установка по любому из пп. 7-12, в которой адиабатическая зона (101) и изотермическая зона (102) располагаются в отдельных реакционных резервуарах.
14. Установка по п. 13, в которой линия подачи другой части (1а) входящего потока (1) для резкого охлаждения вводится в отходящий поток (3) адиабатической каталитической зоны (101) вне указанных отдельных резервуаров.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP16186008.5A EP3287432A1 (en) | 2016-08-26 | 2016-08-26 | Process for methanol production |
| EP16186008.5 | 2016-08-26 | ||
| PCT/EP2017/066268 WO2018036693A1 (en) | 2016-08-26 | 2017-06-30 | Process for methanol production |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019108042A RU2019108042A (ru) | 2020-09-28 |
| RU2019108042A3 RU2019108042A3 (ru) | 2020-09-28 |
| RU2769054C2 true RU2769054C2 (ru) | 2022-03-28 |
Family
ID=56853466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019108042A RU2769054C2 (ru) | 2016-08-26 | 2017-06-30 | Способ производства метанола |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11976028B2 (ru) |
| EP (2) | EP3287432A1 (ru) |
| CN (1) | CN109641821A (ru) |
| AU (1) | AU2017315638B2 (ru) |
| BR (1) | BR112019003416B1 (ru) |
| CA (1) | CA3034788A1 (ru) |
| RU (1) | RU2769054C2 (ru) |
| SA (1) | SA519401135B1 (ru) |
| WO (1) | WO2018036693A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112142559A (zh) * | 2020-09-22 | 2020-12-29 | 吕永华 | 一种甲醇生产用余热回收装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4004862A1 (de) * | 1990-02-16 | 1991-08-22 | Uhde Gmbh | Methanolsynthese mit frischgaszufuhr |
| WO1999059945A1 (en) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Imperial Chemical Industries Plc | Methanol synthesis |
| RU2324674C1 (ru) * | 2006-12-27 | 2008-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭСТ-Инвест" | Способ получения метанола |
| WO2008146032A1 (en) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Johnson Matthey Plc | Methanol process |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2705151A1 (de) * | 1977-02-08 | 1978-08-10 | Josef Gail | Pflasterformstueck und verfahren zur herstellung desselben |
| EP0080270B1 (en) * | 1981-11-19 | 1985-09-04 | Imperial Chemical Industries Plc | Synthesis process and reactor |
| DE4416425A1 (de) * | 1994-05-10 | 1995-11-16 | Metallgesellschaft Ag | Verfahren zur Erzeugung von Methanol |
| EP2450100A1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-05-09 | Methanol Casale S.A. | Process and plant for the production of methanol with isothermal catalytic beds |
| EP2759338A1 (en) * | 2013-01-29 | 2014-07-30 | Ammonia Casale S.A. | Adiabatic multi-bed catalytic converter with inter-bed cooling |
-
2016
- 2016-08-26 EP EP16186008.5A patent/EP3287432A1/en not_active Withdrawn
-
2017
- 2017-06-30 CN CN201780052122.7A patent/CN109641821A/zh active Pending
- 2017-06-30 BR BR112019003416-1A patent/BR112019003416B1/pt active IP Right Grant
- 2017-06-30 WO PCT/EP2017/066268 patent/WO2018036693A1/en not_active Ceased
- 2017-06-30 US US16/328,470 patent/US11976028B2/en active Active
- 2017-06-30 EP EP17733851.4A patent/EP3504175B1/en active Active
- 2017-06-30 RU RU2019108042A patent/RU2769054C2/ru active
- 2017-06-30 AU AU2017315638A patent/AU2017315638B2/en active Active
- 2017-06-30 CA CA3034788A patent/CA3034788A1/en active Pending
-
2019
- 2019-02-19 SA SA519401135A patent/SA519401135B1/ar unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4004862A1 (de) * | 1990-02-16 | 1991-08-22 | Uhde Gmbh | Methanolsynthese mit frischgaszufuhr |
| WO1999059945A1 (en) * | 1998-05-20 | 1999-11-25 | Imperial Chemical Industries Plc | Methanol synthesis |
| RU2324674C1 (ru) * | 2006-12-27 | 2008-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭСТ-Инвест" | Способ получения метанола |
| WO2008146032A1 (en) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Johnson Matthey Plc | Methanol process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2017315638A1 (en) | 2019-02-28 |
| EP3504175A1 (en) | 2019-07-03 |
| BR112019003416B1 (pt) | 2022-10-25 |
| EP3287432A1 (en) | 2018-02-28 |
| US20200223776A1 (en) | 2020-07-16 |
| BR112019003416A2 (pt) | 2019-05-21 |
| CA3034788A1 (en) | 2018-03-01 |
| US11976028B2 (en) | 2024-05-07 |
| WO2018036693A1 (en) | 2018-03-01 |
| AU2017315638B2 (en) | 2021-08-05 |
| RU2019108042A (ru) | 2020-09-28 |
| CN109641821A (zh) | 2019-04-16 |
| RU2019108042A3 (ru) | 2020-09-28 |
| EP3504175B1 (en) | 2022-11-09 |
| SA519401135B1 (ar) | 2024-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4362013B2 (ja) | メタノールの合成 | |
| US3264066A (en) | Production of hydrogen | |
| US11155468B2 (en) | Process for the synthesis of ammonia | |
| JP2002515468A5 (ru) | ||
| IE44718B1 (en) | Apparatus for the synthesis of ammonia | |
| US20210246034A1 (en) | Method and apparatus for producing carbon monoxide | |
| AU2004205368B2 (en) | Methanol synthesis | |
| JP2008544943A (ja) | 合成ガスの製造および使用 | |
| EP0268469B1 (en) | Improved process for synthesizing ammonia | |
| CA2837773C (en) | Process for producing a syngas intermediate suitable for the production of hydrogen | |
| US4215099A (en) | Ammonia synthesis process | |
| US3395982A (en) | Synthetic production of ammonia | |
| RU2769054C2 (ru) | Способ производства метанола | |
| EP3583068B1 (en) | Process comprising exothermal catalytic reaction of a synthesis gas and related plant | |
| CA3181316A1 (en) | Multi-bed catalytic reactor | |
| CN107921401B (zh) | 进行蒸汽重整和水煤气反应来生产氢气的交换器-反应器 | |
| CA2724102C (en) | Cold wall horizontal ammonia converter |