[发明专利]甲醇合成过程中增加甲醇产量的方法

说明书

本发明涉及的是一种在甲醇合成过程中增加甲醇产量的方法。具体讲是一种通过增加一级合成反应的方法。此方法既可以在新建装置中使用，也可以用于已建甲醇装置的改造。

甲醇合成反应为放热的可逆反应。工业上以一氧化碳、二氧化碳与氢反应生成甲醇时，通常采用的是在合成塔等反应器中在甲醇合成触媒参与下只进行一次合成反应的过程。受热力学及动力学因素的限制，出合成塔气体中的甲醇含量在合成工况一定的情况下，虽会有小幅波动，但在正常生产条件下，出塔气体中甲醇的总量基本在一定值的范围内。从热力学角度，降低温度可使反应向有利于生成甲醇的方向移动；但受动力学因素制约，如果进入反应器的物料温度过低，则反应速度太慢。因此，工业装置中入反应器的气体温度均在210℃～230℃范围内。尽管目前采用较先进的沸水式管式反应器，通过在管间通水不断移走反应热，但反应器的物料出口温度仍为250℃～270℃之间。从工程角度考虑，如何将反应热迅速移走，使反应器出口的气体物料温度尽量靠近其进口温度，以达到在保持较大反应速度的条件下又能提高其反应平衡常数Kp，使反应向生成甲醇的方向移动，达到增加出塔气体中甲醇产品总量的目的，是目前甲醇合成过程中有待解决的问题之一。

鉴于此，本发明的目的是针对上述情况提供一种在工程上既可维持较高反应速度，又可较大提高最终出塔气体中甲醇总量的方法。

本发明的甲醇合成过程中增加甲醇产量的方法，是在常规的一级合成反应器后以串连方式再设置有一填充有甲醇合成触媒的第二级绝热反应器，并使出一级反应器后的反应物在210℃～230℃温度下进入第二级绝热反应器再次进行合成甲醇的反应，出第二级绝热反应器的物料出口温度比其进入时的温度高20℃～35℃。    

由于主要的甲醇合成反应在通常的一级反应器中已经完成，因此本发明在其后再增设第二级绝热反应器，实际上正是为解决上述甲醇合成过程中的热力学与动力学间矛盾而提出的，目的是使其经过常规一级反应后的反应物料温度适当降低后，再进行一次补充性的合成反应，使存留于该反应物料中的原料成份能进一步进行向生成甲醇方向移动的合成反应，从而达到增加甲醇合成总量收率的目的。由于在此第二级绝热反应器中进行的补充性的合成反应量相对较少，为保证反应的正常顺利进行，对反应器提出有绝热的要求是适宜的。在此前提下，该第二级绝热反应器的结构形式可以为与一级反应器设备相同或类似，也可以与之不同，例如采用通常较为简单的为空塔式反应器即可；在第二级绝热反应器中填充的触媒同样可以与与一级合成反应器中常用的含锌、铜、铝成份的C306型合成触媒相同，也可以与之不同，但以采用相同的形式较为简单方便；其合成触媒的装填量一般情况下可以为一级反应器装填量的0.4～1.0倍即可。

在具体形式上，所说的第二级绝热反应器一般可设置在连接于一级反应器后的余热回收装置之后；在第二级绝热反应器后同样还可以设置余热回收装置，以增加能源的充分利用。

实际运行试验的结果表明，采用本发明上述方法在常规的一级反应器后，其反应物料进入连接于其后的第二级绝热反应器中，由于其反应物料的进口温度与一级反应器的入口温度接近，因此仍能维持较大的反应推动力，使存在于物料中的反应原料物能继续向生成甲醇的方向移动而使甲醇的合成进一步充分完成，从而使出二级反应器的最终反应气体中的甲醇含量在一级反应产物的基础上增加10～15％。

以下通过具体的实施例对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题范围仅限于下述的实例。

实施例1

本例为应用于天然气蒸汽转化制合成气合成甲醇装置。原合成压力5.0Mpa(表压，以下同)。生产规模3.0万吨/年、装填常规使用的锌、铜、铝成份的C306型合成触媒9m³。在原合成器后的余热回收装置之后再串接一台空塔式的第二级绝热式合成反应器，其中装填有与一级反应器中相同型号的甲醇合成触媒5m³，其操作过程与一级反应器的操作相同。该第二级反应器的物料进口温度220℃，出口245℃。其甲醇总产量可由原只用一级反应器时增加到3.45万吨/年。

实施例2

本例应用于天然气蒸汽转化制合成气合成甲醇装置。原系统合成压力5.0Mpa，生产规模10万吨/年，原一级合成反应器中装填有与上例相同的甲醇合成触媒29m³，反应器的入口温度为220℃，出口温度为265℃。在原合成器的余热回收装置后再串接一台空塔式二级绝热反应器，其中装填有相同的甲醇合成触媒15m³，其操作也与一级反应器的操作相同。二级反应器的物料入口温度为218℃，出口温度为238℃。其甲醇的总生产能力可提高至11.6万吨/年。