[发明专利]合成甲醇的方法

说明书

本发明涉及在甲醇合成催化剂的存在下，将共同称为合成气的一氧化碳、二氧化碳和氢转化为液体产物的方法。合成气可以源自许多来源，例如重整的天然气或通过煤或生物质的汽化。

甲醇合成领域近年来已变为重新引人关注的领域，因为甲醇的用途已经扩展至作为燃料添加剂和用于制备烯烃的这类领域中。许多关注起源于中国，在中国在大量煤所在的地区已经建立了“煤变化学品”和“煤变燃料”工厂。这为位于偏远地区并且难以运输和/或运输昂贵的煤提供了货币化的机会。

因此，期望使甲醇制备方法最优化。已经进行了用于制备甲醇的几个方法，并且这些通常涉及反应器设计或催化剂配制。对于该方法的主要问题之一在于释放出的热(虽然，对于所转化的相同质量的碳氧化物而言，其为在Fischer-Tropsch反应中产生的约一半的热)、催化剂活性的改进和/或更活性的煤成气的使用开始挑战现有设计的热传递能力。

处理所释放出的热的一个方法是在固定床反应器中进行反应。适当的反应器设计的实例能在GB 1364357中找到。在该布置中，催化剂颗粒装载在轴向反应器的管内。在管周围供给冷却介质，例如汽化的水。然后，反应物气体经过管，在那里它们接触催化剂并发生甲醇形成反应。释放的热通过管壁传递至周围的冷却介质。然而，从管中心到壁的热阻是显著的，由此，考虑到需要控制管内的热，管的尺寸受到限制以使热易于从管的中心传递至发生热交换的壁。因此，通常管具有小于约40mm的直径以确保所需的热传递水平并且防止位于朝向管中心的催化剂过热，这将增加副产物的产生。这表示不仅损失向所需产物的转化，而且导致分离副产物的需求，这增加了成本。管的小尺寸造成这些反应器构造的高成本。

此外，必须仔细选择诸如表观流速和气时空速等条件，从而保持所需的热传递并在合理的总压力下降下实现所需转化。

这些反应器难以负载催化剂，因为催化剂必须装载入单独的管，同时采取措施以确保管被均匀地装载。

可替代的方法是在鼓泡浆态反应器中进行反应，例如在US4628066中所述。在该布置中，小催化剂颗粒，例如150μm或更小的那些，悬浮在烃产物中，并且通过在反应器底部注入反应气体而搅动。气体高度分散在整个反应器中，并且用高反应性煤气能特别有效地传递由反应产生的热。对如何浓缩浆体存在限制，并因此由热传递液体占据反应器的大部分。

当操作这些反应器时，在浆体内气体滞留量是显著的。这需要额外的反应器容量以容纳气化状态的浆态床。为了适应上述情况，反应器通常比气相反应中使用的那些反应器更大。尽管这些反应器提供了更简单的催化剂装载的益处，但它们好像未广泛应用。

可替代的方法为在壳形设计反应器中使用通常所说的催化剂，例如在US 4778662中所述的反应器，其中冷却的反应物气体轴向流动，其与在整个催化剂床中垂直布置的一系列管中的反应气体逆流。通过吸收在管周围的催化剂床中产生的甲醇反应热来加热供给至反应器的冷的反应物气体。当气体从催化剂床上方的开管排出时，其处于反应温度。然后，其向下流经催化剂床，在那里产生甲醇。当反应在许多情况下为受限的平衡时，可以容易地布置所需要的吸收反应热的再循环。由于该类型反应器的轴向长度受压力下降方面的考虑所限制，因此反应器的直径必须增加以容纳所需的容量。如果逻辑上的考虑限制了能被配置的反应器尺寸，则反应器的容量也同样受限。

在US 4339413中描述的设计是复杂的，并且在更大尺寸下进行构建是昂贵的，未看到在制备甲醇中的广泛应用。

可替代的方法是使用在US 4321234中首次公开的径流产生型反应器。该类型的反应器具有各种优势，包括它们具有简单的设计，易于构建，易于装载和卸载，具有低的压力下降和高的单个反应器容量。对于现有的催化剂，其为广谱的合成气体提供了非常有效的设计，并能在单个的具有非常适中的直径和重量的反应器中实现非常大的容量。然而，随着出现新一代的现有技术催化剂，例如在WO2010/0146380中所描述的，除去热的能力变得更困难。

可替代的方法在CA1251019中描述，其中使用四阶段绝热反应系统，其在第一和第二阶段之后使用外部冷却。这使得有效地使用催化剂。然而，其对于布置而言相对昂贵。

因此，应理解，尽管实施制备甲醇反应的各种方法各自提供了一些优势，但是它们同样各自具有自身的缺点。因此，还需要提供改善的甲醇合成方法，其解决了现有技术布置的一个或多个问题。