通過(guò)使包含合成氣的氣體流與顆粒狀催化劑接觸而將合成氣轉(zhuǎn)化為甲醇的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反應(yīng)器中進(jìn)行，所述出口位于所述入口的下游，所述反應(yīng)器包括一個(gè)或多個(gè)管和與所述管接觸的冷卻介質(zhì)，所述管具有位于其內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)用于顆粒狀催化劑的載體；其中所述催化劑載體包括：用于在使用中容納催化劑的環(huán)形容器，所述容器具有界定管的穿孔內(nèi)壁、穿孔外壁、閉合所述環(huán)形容器的頂表面，以及閉合所述環(huán)形容器的底表面；閉合所述管底部的表面，該管由所述環(huán)形容器的內(nèi)壁形成；裙部，其從所述環(huán)形容器的穿孔外壁由位于或鄰近于所述容器底表面的位置向上延伸至低于密封件位置的位置；以及密封件，其位于或鄰近于所述頂表面并從所述容器延伸一定距離，其延伸超過(guò)所述裙部的外表面；所述方法包括：(a)引導(dǎo)所述氣體反應(yīng)物經(jīng)過(guò)入口；(b)使所述反應(yīng)物向下經(jīng)過(guò)所述至少一個(gè)管，到達(dá)催化劑載體或第一催化劑載體的上表面，然后它們進(jìn)入由所述容器的穿孔內(nèi)壁界定的通路，然后經(jīng)過(guò)催化劑床徑向地流向穿孔外壁；(c)當(dāng)合成氣體接觸催化劑時(shí)，反應(yīng)發(fā)生；(d)使未反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物通過(guò)所述穿孔外壁離開(kāi)所述容器，然后在所述裙部的內(nèi)表面和所述環(huán)形容器的外壁之間向上流動(dòng)，直至它們達(dá)到所述密封件，然后它們被引導(dǎo)越過(guò)所述裙部的末端，并導(dǎo)致在所述裙部的外表面和發(fā)生熱傳遞的反應(yīng)器管的內(nèi)表面之間向下流動(dòng)；(e)在任意的隨后的催化劑載體中重復(fù)步驟(b)至(d)；以及(f)從所述出口除去產(chǎn)物。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】 本專(zhuān)利技術(shù)涉及在甲醇合成催化劑的存在下，將共同稱(chēng)為合成氣的一氧化碳、ニ氧化碳和氫轉(zhuǎn)化為液體產(chǎn)物的方法。合成氣可以源自許多來(lái)源，例如重整的天然氣或通過(guò)煤或生物質(zhì)的汽化。甲醇合成領(lǐng)域近年來(lái)已變?yōu)橹匦乱岁P(guān)注的領(lǐng)域，因?yàn)榧状嫉挠猛疽呀?jīng)擴(kuò)展至作為燃料添加劑和用于制備烯烴的這類(lèi)領(lǐng)域中。許多關(guān)注起源于中國(guó)，在中國(guó)在大量煤所在的地區(qū)已經(jīng)建立了 “煤變化學(xué)品”和“煤變?nèi)剂稀饱◤S。這為位于偏遠(yuǎn)地區(qū)并且難以運(yùn)輸和/或運(yùn)輸昂貴的煤提供了貨幣化的機(jī)會(huì)。因此，期望使甲醇制備方法最優(yōu)化。已經(jīng)進(jìn)行了用于制備甲醇的幾個(gè)方法，并且這些通常涉及反應(yīng)器設(shè)計(jì)或催化劑配制。對(duì)于該方法的主要問(wèn)題之一在于釋放出的熱(雖然，對(duì)于所轉(zhuǎn)化的相同質(zhì)量的碳氧化物而言，其為在Fischer-Tropsch反應(yīng)中產(chǎn)生的約ー半的熱)、催化劑活性的改進(jìn)和/或更活性的煤成氣的使用開(kāi)始挑戰(zhàn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)的熱傳遞能力。·處理所釋放出的熱的ー個(gè)方法是在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器設(shè)計(jì)的實(shí)例能在GB 1364357中找到。在該布置中，催化劑顆粒裝載在軸向反應(yīng)器的管內(nèi)。在管周?chē)┙o冷卻介質(zhì)，例如汽化的水。然后，反應(yīng)物氣體經(jīng)過(guò)管，在那里它們接觸催化劑并發(fā)生甲醇形成反應(yīng)。釋放的熱通過(guò)管壁傳遞至周?chē)睦鋮s介質(zhì)。然而，從管中心到壁的熱阻是顯著的，由此，考慮到需要控制管內(nèi)的熱，管的尺寸受到限制以使熱易于從管的中心傳遞至發(fā)生熱交換的壁。因此，通常管具有小于約40mm的直徑以確保所需的熱傳遞水平并且防止位于朝向管中心的催化劑過(guò)熱，這將增加副產(chǎn)物的產(chǎn)生。這表示不僅損失向所需產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，而且導(dǎo)致分離副產(chǎn)物的需求，這增加了成本。管的小尺寸造成這些反應(yīng)器構(gòu)造的高成本。此外，必須仔細(xì)選擇諸如表觀流速和氣時(shí)空速等條件，從而保持所需的熱傳遞并在合理的總壓カ下降下實(shí)現(xiàn)所需轉(zhuǎn)化。這些反應(yīng)器難以負(fù)載催化劑，因?yàn)榇呋瘎┍仨氀b載入單獨(dú)的管，同時(shí)采取措施以確保管被均勻地裝載。可替代的方法是在鼓泡漿態(tài)反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，例如在US4628066中所述。在該布置中，小催化劑顆粒，例如150 u m或更小的那些，懸浮在烴產(chǎn)物中，并且通過(guò)在反應(yīng)器底部注入反應(yīng)氣體而攪動(dòng)。氣體高度分散在整個(gè)反應(yīng)器中，并且用高反應(yīng)性煤氣能特別有效地傳遞由反應(yīng)產(chǎn)生的熱。對(duì)如何濃縮漿體存在限制，并因此由熱傳遞液體占據(jù)反應(yīng)器的大部分。當(dāng)操作這些反應(yīng)器時(shí)，在漿體內(nèi)氣體滯留量是顯著的。這需要額外的反應(yīng)器容量以容納氣化狀態(tài)的漿態(tài)床。為了適應(yīng)上述情況，反應(yīng)器通常比氣相反應(yīng)中使用的那些反應(yīng)器更大。盡管這些反應(yīng)器提供了更簡(jiǎn)單的催化劑裝載的益處，但它們好像未廣泛應(yīng)用。可替代的方法為在殼形設(shè)計(jì)反應(yīng)器中使用通常所說(shuō)的催化劑，例如在US 4778662中所述的反應(yīng)器，其中冷卻的反應(yīng)物氣體軸向流動(dòng)，其與在整個(gè)催化劑床中垂直布置的一系列管中的反應(yīng)氣體逆流。通過(guò)吸收在管周?chē)拇呋瘎┐仓挟a(chǎn)生的甲醇反應(yīng)熱來(lái)加熱供給至反應(yīng)器的冷的反應(yīng)物氣體。當(dāng)氣體從催化劑床上方的開(kāi)管排出時(shí)，其處于反應(yīng)溫度。然后，其向下流經(jīng)催化劑床，在那里產(chǎn)生甲醇。當(dāng)反應(yīng)在許多情況下為受限的平衡時(shí)，可以容易地布置所需要的吸收反應(yīng)熱的再循環(huán)。由于該類(lèi)型反應(yīng)器的軸向長(zhǎng)度受壓カ下降方面的考慮所限制，因此反應(yīng)器的直徑必須增加以容納所需的容量。如果邏輯上的考慮限制了能被配置的反應(yīng)器尺寸，則反應(yīng)器的容量也同樣受限。在US 4339413中描述的設(shè)計(jì)是復(fù)雜的，并且在更大尺寸下進(jìn)行構(gòu)建是昂貴的，未看到在制備甲醇中的廣泛應(yīng)用。可替代的方法是使用在US 4321234中首次公開(kāi)的徑流產(chǎn)生型反應(yīng)器。該類(lèi)型的反應(yīng)器具有各種優(yōu)勢(shì)，包括它們具有簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，易于構(gòu)建，易于裝載和卸載，具有低的壓力下降和高的單個(gè)反應(yīng)器容量。對(duì)于現(xiàn)有的催化劑，其為廣譜的合成氣體提供了非常有效的設(shè)計(jì)，井能在單個(gè)的具有非常適中的直徑和重量的反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)非常大的容量。然而，隨著出現(xiàn)新一代的現(xiàn)有技術(shù)催化劑，例如在W02010/0146380中所描述的，除去熱的能力變得更困難。可替代的方法在CA1251019中描述，其中使用四階段絕熱反應(yīng)系統(tǒng)，其在第一和第二階段之后使用外部冷卻。這使得有效地使用催化劑。然而，其對(duì)于布置而言相對(duì)昂貴。因此，應(yīng)理解，盡管實(shí)施制備甲醇反應(yīng)的各種方法各自提供了一些優(yōu)勢(shì)，但是它們同樣各自具有自身的缺點(diǎn)。因此，還需要提供改善的甲醇合成方法，其解決了現(xiàn)有技術(shù)布置的ー個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)，提供了通過(guò)使包含合成氣的氣體流與顆粒狀催化劑接觸而將合成氣轉(zhuǎn)化為甲醇的方法，所述方法在具有入口和出口的管式反應(yīng)器中進(jìn)行，所述出口位于所述入ロ的下游，所述反應(yīng)器包括一個(gè)或多個(gè)管和與所述至少ー個(gè)管接觸的冷卻介質(zhì)，所述管具有位于其內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)用于所述顆粒狀催化劑的載體；其中所述催化劑載體包括容納催化劑的環(huán)形容器，所述容器具有界定管的穿孔內(nèi)壁、穿孔外壁、閉合所述環(huán)形容器的頂表面，以及閉合所述環(huán)形容器的底表面；閉合所述管的底部的表面，所述管由環(huán)形容器的內(nèi)壁形成；裙部(skirt)，其從所述環(huán)形容器的穿孔外壁由位于或鄰近于所述容器的底表面的位置向上延伸至低于密封件位置的位置；以及密封件(seal)，其位于或鄰近于所述頂表面并從所述容器延伸一定距離，其延伸超過(guò)所述裙部的外表面；所述方法包括(a)引導(dǎo)入氣體反應(yīng)物通過(guò)入口 ；(b)使所述反應(yīng)物向下經(jīng)過(guò)所述至少ー個(gè)管，到達(dá)所述催化劑載體或第一催化劑載體的上表面，在那里它們進(jìn)入由容器的穿孔內(nèi)壁界定的通路，然后經(jīng)過(guò)催化劑床徑向地流向穿孔外壁；(C)當(dāng)合成氣體接觸催化劑時(shí)，反應(yīng)發(fā)生；(d)使未反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物通過(guò)穿孔外壁離開(kāi)所述容器，然后在裙部的內(nèi)表面和環(huán)形容器的外壁之間向上流動(dòng)，直至它們到達(dá)密封件，在那里它們被引導(dǎo)越過(guò)裙部的末端并引起在所述裙部的外表面和發(fā)生熱傳遞的反應(yīng)器管的內(nèi)表面之間向下流動(dòng)；(e)在任意的隨后的催化劑載體上重復(fù)步驟(b)至⑷；以及(f)從出口除去產(chǎn)物。催化劑載體在2010年10月19日提交的PCT/GB2010/001931中詳細(xì)描述，其通過(guò)參考方式并入本文。為了避免疑問(wèn)，任何方向的討論，例如諸如向上、低于和較低等術(shù)語(yǔ)，出于易于參考的目的，以相對(duì)于催化劑載體的方向來(lái)討論，如附圖所示。然而，當(dāng)以可替代的方向使用管以及催化劑載體吋，應(yīng)相應(yīng)地解釋術(shù)語(yǔ)。通常改變催化劑容器的大小，以便其具有比其所位于的反應(yīng)器管的內(nèi)部尺寸更小的尺寸。改變密封件的大小，以便當(dāng)本專(zhuān)利技術(shù)的催化劑載體位于所述管內(nèi)的適當(dāng)位置時(shí)，所述密封件與反應(yīng)器管的內(nèi)壁相互作用。密封件不需要是完美無(wú)缺的，只要其足以有效地導(dǎo)致大部分的流動(dòng)氣體經(jīng)過(guò)該載體。 通常，多個(gè)催化劑載體將疊堆在反應(yīng)器管內(nèi)。在該布置中，反應(yīng)物/產(chǎn)物在第一載 體的裙部的外表面和反應(yīng)器管的內(nèi)表面之間向下流動(dòng)，直至它們接觸第二載體的上表面和密封件，并且它們被向下引導(dǎo)進(jìn)入由第二載體的環(huán)形容器的穿孔內(nèi)壁界定的第二載體的管內(nèi)。然后，重復(fù)上述流動(dòng)途徑。催化劑載體可以由任何合適的材料形成。通常選擇這樣的材料，其能經(jīng)受反應(yīng)器的操作條件。通常，催化劑載體由碳鋼、鋁、不銹鋼、其它合金或能經(jīng)受反應(yīng)條件的任何材料制成。環(huán)形容器的壁能具有任何合適的厚度。合適的厚度為約0. Imm至約I. Omm,優(yōu)選為約 0. 3mm 至約 0. 5_。選擇環(huán)形容器的內(nèi)壁和外壁的孔眼大小，使得反應(yīng)物和產(chǎn)物均勻流經(jīng)催化劑，同時(shí)將催化劑保本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蒂莫西·道格拉斯·加姆林，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：戴維加工技術(shù)有限公司，
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