[发明专利]用于进行放热平衡反应的方法

说明书

提出了一种用于进行放热平衡反应、特别是用于通过合成气的非均相催化转化来进行甲醇合成的方法，该方法使得能够沿着反应器的纵坐标重新调整并因此优化反应条件。为此目的，在根据本发明的方法中，使用反应器，将该反应器分成多个串联连接的反应池，这些反应池中的每一个包括预热区、冷却反应区、可冷凝反应产物的一个或多个冷却区和沉积区。以这种方式，反应条件可针对反应混合物的各自的局部组成进行调整，并且在反应器长度上是可变的。

技术领域

本发明涉及一种用于进行放热平衡反应、特别是用于通过经固体催化剂非均相催化转化包含氢气和碳氧化物的合成气来进行甲醇合成的方法。

背景技术

用于进行放热平衡反应的方法在本领域已经长期已知。具有特别工业重要性的这种类型的反应是通过非均相催化转化合成气(即氢气和碳氧化物的混合物)的甲醇合成。Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry[乌尔曼工业化学百科全书],第6版,1998年电子发行，“甲醇”章节，第5.2分章“合成”描述了通过催化转化包含氢气和碳氧化物的合成气制备甲醇的各种基本方法，其中使用了此类反应器。

例如从欧洲专利说明书EP 0 790 226 B1已知用于制备甲醇的现代的两阶段方法。甲醇在循环方法中制备，其中将新鲜和部分反应的合成气的混合物首先进料到水冷反应器中并且然后进入气冷反应器中，其中合成气在每种情况下经铜基催化剂转化为甲醇。将在该方法中制备的甲醇从待再循环的合成气中分离出来，然后将该待再循环的合成气作为冷却剂以逆流方式引导通过气冷反应器，并在将其引入到第一合成反应器中之前预热至220℃至280℃的温度。将待再循环的合成气的一部分作为吹扫流从该方法中移除以防止惰性组分积聚在合成回路内。该措施也在德国公开说明书DE 2934332 A1和欧洲专利申请EP1016643 A1中传授。

合成气(CO、CO2、H2)的主要转化典型地在水冷反应器阶段中实现，并且大部分反应热被除去，然而不过相当大比例的合成气在较温和条件下在气冷阶段中转化。

在一些设备配置中，在这两个反应阶段之间额外提供中间冷凝阶段，以便降低至第二反应阶段的进料气体中形成的反应产物(主要为甲醇和水)的比例，并因此进一步增加可实现的反应物转化率。例如在德国专利说明书DE 10 2008 049 622 B4中传授了这种类别的设备配置。

水冷反应器(WCR)典型地是具有相应管板的管式反应器，其中催化剂被引入管中，而冷却通过围绕管的壳程上的沸水或蒸汽产生进行。在气冷反应器(GCR)中，用进料气体进行冷却，将该进料气体引导通过管并在其至第一反应阶段(WCR)的途中加热，同时将催化剂引入管周围，并且反应在GCR的壳程上发生。就它们的标称宽度而言，反应阶段连接到大管道或非常大的管道；根据设备容量，最高达1m的管直径是可能的。这特别是因为再循环到第二阶段(再循环气体)并与新鲜气体(即来自气体生产的新鲜合成气)混合的大量气体。所得的再循环气体和新鲜气体的气体混合物在GCR中预热之后被进料到第一反应阶段(WCR)。再循环气体的体积典型地远大于新鲜气体的量，并且取决于在反应器区段中实现的转化率。再循环气体体积(R)与新鲜气体体积(F)的再循环比RR(RR＝R/F)通常超过2并且在一些情况下甚至超过3.5。合成气通过反应器区段的单程转化率越低，达到足够产率所需的再循环比RR越高。

这相应地增加了循环气体体积，从而增加了反应器上的应力并且需要连接管道的更大的标称管道宽度，并且还导致对压缩能量的更高需求(更高的流量和压降)。

发明内容

因此，本发明解决的问题是指定一种方法，该方法不具有从现有技术中已知的方法的所述缺点，并且特别是基于放热反应的目标产物以及重新调整并因此优化沿着反应器的纵坐标的反应条件的选择产生高转化率，这例如在甲醇合成的情况下导致再循环比降低至更小值，如在使用从现有技术中已知的方法的情况下已知的。

这个问题通过具有根据权利要求1所述的特征的方法得以解决。本发明的进一步配置将从从属权利要求中是明显的。