专利名称：构件浆态床甲醇合成方法与设备的制作方法
技术领域：
本发明属于醇类合成技术范畴，特别涉及易于控制、生产效率高的一种构件浆态床甲醇合成方法与设备。
背景技术：
目前，工业上甲醇的合成主要是在固定床气固催化合成反应器中进行，其存在合成气单程转化率和合成塔出口甲醇浓度低等缺点。近年来，开发的三相床甲醇合成新工艺，传热性和稳定性好，反应温度易于控制，一氧化碳与二氧化碳的单程转换率和气相产物中的甲醇含量高于气固相催化法。在三相浆态床应用过程中，用得较多的是三相浆态鼓泡床和机械搅拌釜。如日本专利JP10080634～A2和美国专利US32040.6等公开了淤浆床甲醇合成技术；我国华东理工大学开发了一种三相鼓泡淤浆床甲醇合成工艺及装置(朱炳辰、丁百全、孙松良申请的中国专利CN00115360.9)，在上述专利技术中实现良好的分散和混合效果，提高传质效率，需要较高的空速以促进其内部的濡动，但是这样会使反应物在反应器中停留时间变短，催化剂的利用率降低，反应不够完全，进而降低了转化率。虽然机械搅拌釜能实现较好的濡动效果，但由于其自身的局限所致，目前主要应用于试验室研究，用于工业大生产还有一段距离。
发明内容
本发明的目的是提供一种构件浆态床甲醇合成方法与设备，其特征在于甲醇的合成方法是在构件浆态床反应器中加入惰性溶剂和催化剂而组成浆态床，将经过热交换器和压缩机的H2、CO、CO2合成气体，从构件浆态床反应器底部进入，形成三相浆态反应体系，在3～8Mpa的压力和在230℃～310℃温度、合成气空速为2000～10000h-1条件下进行合成反应，主要产物为甲醇和微量的甲烷。其合成工艺流程为1.将H2/(CO+CO2)体积比按1∶1～4∶1的合成气1，经合成气压缩泵7和热交换器2，使合成气有一定压力和温度从构件浆态床反应器3底部进气口9充入。
2.将重量百分比为5～50％的催化剂与惰性溶剂的混合物，从催化剂浆料入口18放进构件浆态床反应器3内。
3.充入的合成气经过气体分布器10、指型热交换器12和构件13，在气体反应器3内充分混合，充分进行反应。
4.反应后得到出产物包含甲醇、微量甲烷，未反应完的H2、CO、CO2及夹带出的惰性溶剂和催化剂从反应器3的出口16进入初分离器4，将惰性溶剂和催化剂与气态出产物分离。
5.经过热交换器2和水冷却器5后，在甲醇分离器6中温度降至室温20～40℃时，混合物中H2、CO、CO2仍为气相，返回压缩机7与新鲜合成气1混合重新利用；甲醇成为液体进入储存罐8，罐装储存。
所述催化剂的粒度为150～180目、密度ρ为1000～3500g/cm3。
所述惰性溶剂为烷烃类溶剂如矿物油、液体石蜡、角沙烷，含有18～35个碳链的醇、醚、氯代烷烃、芳烃及其衍生物。
所述实现甲醇合成方法的设备包含构件浆态床反应器3、甲醇分离器6及循环压缩泵7；所属构件浆态床反应器3包括罐体19，其从下而上依次设置有合成气进口9、气体分布器10、出料口11、指型换热器12、内构件13、旋流式除沫器14及反应气体出口16、冷却水口17，其内构件13固定于指型换热器12外壁，构件整体开孔率为80～96％，用于使气泡在反应器的轴、径向分布均匀、破碎气泡和防止气泡聚并，促进径向的混合，抑止轴向返混。
所述反应器分为构件鼓泡浆态床反应器和构件循环浆态床反应器。
所述气体分布器10为金属烧结与多孔复合结构，微孔型金属烧结材料的微孔直径d为5～50μm；用于提高体系的气含率及气体停留时间和气液两相传质表面，从而提高反应的宏观速率。
所述旋流式除沫器14采用旋流式结构，开孔率为80～98％，叶片角度可以在30～60°之间变化，也可采用内置旋风分离器组代替旋流式除沫器。
所述甲醇分离器6采用立式气液分离结构。
所述热交换器2和水冷却器5可以为列管式换热装置，也可以采用蛇管式组合式。
本发明的有益效果是通过优选合成甲醇反应的操作压力与温度，并引入特定的惰性溶剂和与细颗粒催化剂及合成，在气构件浆态床反应器中形成三相液体反应体系。惰性溶剂的热容量大，有利于反应热的引出。易于反应体系温度的调节，防止催化剂失活，延长催化剂的使用寿命；碳氢比(C/H)操作弹性大，使得合成气单程甲醇收率大幅度提高。本发明的新型构件浆态床合成甲醇反应工艺所用设备科学合理，简单易操作，有利地配合整套合成甲醇工艺，达到提高合成气单程转化率和甲醇产出率高的目的。
图1为构件浆态床合成甲醇反应工艺流程图；图2为构件鼓泡浆态床反应器结构示意图；图3为构件循环浆态床反应器结构示意图；图4、图5、图6为构件浆态床反应器的内构件示意图；图7、图8为构件浆态床反应器内指型换热器分布示意图。
具体实施例方式
实施例1图1所示为构件浆态床合成甲醇反应工艺流程图。首先从构件浆态床反应器3的催化剂浆料入口18(如图2所示)，加入惰性溶剂液体石蜡和粒度为150～180目的甲醇合成催化剂，催化剂与惰性溶剂的重量比为20％，甲醇合成催化剂与溶剂一起组成浆态体系。合成气(H2、CO、CO2)1在一定温度和压力下经还原后，按H2/(CO+CO2)为2∶1的合成后，经压缩泵7、热交换器2换热后，从反应器3底的合成气入口9鼓泡进入反应器3的罐体19内进行反应。其反应流程为1).将H2/(CO+CO2)体积比按1∶1～4∶1的合成气1，经合成气压缩泵7和热交换器2，使合成气有一定压力和温度从构件浆态床反应器3底部进气口9充入，鼓泡进入反应器3的罐体19内。
2).将重量百分比为5～50％的催化剂与惰性溶剂的混合物，从催化剂浆料入口18放进构件浆态床反应器3内。
3).充入的合成气经过气体分布器10、指型热交换器12(如图7所示)和构件13(如图4、图5、图6所示)、气体反应器3内充分混合，充分进行反应。
4).反应后得到出产物包含甲醇、微量甲烷，未反应完的H2、CO、CO2及夹带出的惰性溶剂和催化剂从反应器3的出口16进入初分离器4，将惰性溶剂和催化剂与气态出产物分离，水蒸气从水蒸气出口15排出。
5).经过热交换2和水冷却器5后，在甲醇分离器6中温度降至室温20～40℃时，混合物中H2、CO、CO2仍为气相返回压缩机7与新鲜合成气1混合重新利用，甲醇成为液体进入储存罐8，罐装储存。
在反应过程中反应操作温度由冷却水口17通入冷水与指型热交换器12共同调节为270℃左右，反应器内压力为5.0Mpa，合成气空速为6000h-1。合成反应主要产物为甲醇和微量的甲烷，CO单程转化率可达40％，甲醇选择性大于95％。
实施例2图3所示为甲醇合成工艺在构件循环浆态床反应器内的进行过程，与实施例1基本相同，差别为催化剂与惰性溶剂的重量比为30％，合成气空速为3000h-1。反应生成主要产物为甲醇和少量的甲烷，CO单程转化率可达55％，甲醇选择性大于98％。另外在反应器3顶部加装气液分离室20，并由下降管21和罐体19下部连通。
权利要求
1.一种构件浆态床甲醇合成方法，其特征在于所述甲醇的合成方法是在构件浆态床反应器中加入惰性溶剂和催化剂而组成浆态床，将经过热交换器和压缩机的H2、CO、CO2合成气体，从构件浆态床反应器底部进入，形成三相浆态反应体系，在3～8Mpa的压力和在230℃～310℃温度、合成气空速为2000～10000h-1条件下进行合成反应，主要产物为甲醇和微量的甲烷，其合成工艺流程为1).将H2/(CO+CO2)体积比按1∶1～4∶1的合成气(1)，经合成气压缩泵(7)和热交换器(2)，使合成气有一定压力和温度从构件浆态床反应器(3)底部进气口(9)充入；2).将重量百分比为5～50％的催化剂与惰性溶剂的混合物，从催化剂浆料入口(18)放进构件浆态床反应器(3)内；3).充入的合成气经过气体分布器(10)、指型热交换器(12)和构件(13)，在气体反应器(3)内充分混合，充分进行反应；4).反应后得到出产物包含甲醇、微量甲烷，未反应完的H2、CO、CO2及夹带出的惰性溶剂和催化剂从反应器(3)的出口(16)进入初分离器(4)，将惰性溶剂和催化剂与气态出产物分离；5).经过热交换器(2)和水冷却器(5)后，在甲醇分离器(6)中温度降至室温20～40℃时，混合物中H2、CO、CO2仍为气相，返回压缩机(7)与新鲜合成气(1)混合重新利用；甲醇成为液体进入储存罐(8)，罐装储存。
2.根据权利要求1所述构件浆态床甲醇合成方法，其特征在于所述催化剂的粒度为150～180目、密度ρ为1000～3500g/cm3。
3.根据权利要求1所述构件浆态床甲醇合成方法，其特征在于所述惰性溶剂为烷烃类溶剂如矿物油、液体石蜡、角沙烷，含有18～35个碳链的醇、醚、氯代烷烃、芳烃及其衍生物。
4.一种实现权利要求1所述构件浆态床甲醇合成方法的设备，其特征在于所述实现甲醇合成方法的设备包含构件浆态床反应器(3)、甲醇分离器(6)及循环压缩泵(7)；所属构件浆态床反应器(3)包括罐体(19)，其从下而上依次设置有合成气进口(9)、气体分布器(10)、出料口(11)、指型换热器(12)、内构件(13)、旋流式除沫器(14)及反应气体出口(16)、冷却水口(17)，其内构件(13)固定于指型换热器(12)外壁，构件整体开孔率为80～96％，用于使气泡在反应器的轴、径向分布均匀、破碎气泡和防止气泡聚并，促进径向的混合，抑止轴向返混。
5.根据权利要求4所述构件浆态床甲醇合成方法的设备，其特征在于所述反应器分为构件鼓泡浆态床反应器和构件循环浆态床反应器。
6.根据权利要求4所述构件浆态床甲醇合成方法的设备，其特征在于所述气体分布器(10)为金属烧结与多孔复合结构，微孔型金属烧结材料的微孔直径d为5～50μm；用于提高体系的气含率及气体停留时间和气液两相传质表面，从而提高反应的宏观速率。
7.根据权利要求4所述构件浆态床甲醇合成方法的设备，其特征在于所述旋流式除沫器(14)采用旋流式结构，开孔率为80～98％，叶片角度可以在30～60°之间变化，也可采用内置旋风分离器组代替旋流式除沫器。
8.根据权利要求4所述构件浆态床甲醇合成方法的设备，其特征在于所述甲醇分离器(6)采用立式气液分离结构。
9.根据权利要求4所述构件浆态床甲醇合成方法的设备，其特征在于所述热交换器(2)和水冷却器(5)可以为列管式换热装置，也可以采用蛇管式组合式。
全文摘要
本发明公开了属于醇类合成技术的一种构件浆态床合成甲醇的方法与设备。它通过引入特定的惰性溶剂,使之与反应器中的细颗粒催化剂和合成气形成三相浆态床反应系统;及在浆态床反应器中加装内构件和气体分布器,使气泡在反应器内分布均匀,操作温度易掌握,催化剂寿命长,以及在低操作气速条件下增加相循环强化传质传热,极大地提高浆态反应器内的相际传质速度,提高反应转化率。该工艺与设备具有投资少,碳氢比操作弹性大,能耗低等优点,除有利于合成甲醇反应热的引出外,还有利于大幅度提高甲醇合成过程的单程收率。
文档编号C07C29/00GK1389446SQ02117350
公开日2003年1月8日 申请日期2002年5月20日 优先权日2002年5月20日
发明者王金福, 黎汉生, 韩明汉, 王德峥, 金涌 申请人:清华大学