EA 009834B1 20080428

	Патентная документация ЕАПВ
Запрос:	ea000009834b*\id
Результат:	ID\|Номер и дата охранного документа

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

1. Способ проведения уравновешенных экзотермических реакций в газовой фазе, который включает в себя следующие операции:

(a) образование питающего потока газа из потока рециркуляции и добавленного в него подпиточного газа;

(b) нагревание питающего потока газа;

(c) пропускание нагретого питающего потока газа в первый реактор, содержащий катализатор для экзотермических реакций в газовой фазе, при условиях, подходящих для реакции;

(d) извлечение из первого реактора потока продуктов реакции, содержащих синтезированный продукт и непрореагировавшие газы;

(e) охлаждение и частичная конденсация потока продуктов реакции с образованием газовой фазы и жидкой фазы;

(f) выделение и извлечение жидкой фазы, содержащей синтезированный продукт, из охлажденного и частично сконденсированного потока продуктов реакции;

(g) выделение газовой фазы из потока продуктов реакции с образованием потока непрореагировавшего газа;

(h) сжатие потока непрореагировавшего газа;

(i) нагревание сжатого потока непрореагировавшего газа;

(j) пропускание нагретого потока непрореагировавшего газа во второй реактор, содержащий катализатор для экзотермических реакций в газовой фазе, при условиях, подходящих для реакции;

(k) извлечение из второго реактора вторичного потока продуктов реакции, содержащих синтезированный продукт и непрореагировавшие газы;

(l) охлаждение и частичная конденсация вторичного потока продуктов реакции с образованием вторичной газовой фазы и вторичной жидкой фазы;

(m) выделение и извлечение вторичной жидкой фазы, содержащей синтезированный продукт, из охлажденного и частично сконденсированного вторичного потока продуктов реакции и

(n) выделение вторичной газовой фазы из вторичного потока продуктов с образованием вторичного потока непрореагировавшего газа и рециркуляция вторичного потока непрореагировавшего газа на операцию (а) для образования питающего потока газа.

2. Способ по п.1, в котором подпиточный газ добавляют в поток непрореагировавшего газа, образованного на операции (g).

3. Способ по п.2, в котором относительное количество подпиточного газа, добавленного на операцию (а) и на операцию (g), регулируют во время срока службы катализатора, чтобы обеспечить максимальную конверсию этого газа в синтезированный продукт.

4. Способ по п.3, в котором свыше 50% подпиточного газа добавляют на операцию (а).

5. Способ по одному из пп.1-4, который осуществляют с использованием одного или нескольких дополнительных реакторов, установленных между первым и вторым реакторами.

6. Способ по п.5, в котором подпиточный газ добавляют в один или несколько указанных дополнительных реакторов.

7. Способ по п.5, в котором один или каждый дополнительный реактор имеет собственную систему разделения продуктов реакции, реализующую операции (е), (f) и (g) по п.1.

8. Способ по п.5, в котором два или несколько дополнительных реакторов включены в параллель.

9. Способ по п.1, в котором питающий газ перед подачей в первый реактор пропускают через адиабатический конвертер, установленный на входе этого реактора.

10. Способ по п.9, в котором адиабатический конвертер устанавливают перед некоторыми или всеми имеющимися реакторами.

11. Способ по п.1, в котором синтезированный продукт представляет собой метанол или аммиак.

Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:
Способ проведения уравновешенных экзотермических реакций в газовой фазе, который включает в себя следующие операции:

(a) образование питающего потока газа из потока рециркуляции и добавленного в него подпиточного газа;

(b) нагревание питающего потока газа;

(e) охлаждение и частичная конденсация потока продуктов реакции с образованием газовой фазы и жидкой фазы;

(g) выделение газовой фазы из потока продуктов реакции с образованием потока непрореагировавшего газа;

(h) сжатие потока непрореагировавшего газа;

(i) нагревание сжатого потока непрореагировавшего газа;

4. Способ по п.3, в котором свыше 50% подпиточного газа добавляют на операцию (а).

6. Способ по п.5, в котором подпиточный газ добавляют в один или несколько указанных дополнительных реакторов.

8. Способ по п.5, в котором два или несколько дополнительных реакторов включены в параллель.

11. Способ по п.1, в котором синтезированный продукт представляет собой метанол или аммиак.

009834
Настоящее изобретение имеет отношение к способу проведения уравновешенных экзотермических реакций в газовой фазе, например, при синтезе метанола и при синтезе аммиака.
Метанол обычно производят за счет конверсии синтез-газа (смеси оксидов углерода и водорода) в присутствии подходящего катализатора. Этот обычный способ производства метанола подробно описан в энциклопедии Kirk-Othmer Encyclopaedia of Chemical Technology, Fourth Edition, Volume 16, pp. 545549. Синтез-газ обычно получают из содержащего углерод сырья, а обычно из углеводородного сырья, такого как природный газ, обычно с использованием парового риформинга.
Аммиак обычно производят из смеси водорода и азота в присутствии подходящего катализатора при помощи процесса Хабера (Haber).
Так как продукты этих и других экзотермических реакций в газовой фазе являются коммерчески важными как сами по себе, так и в качестве исходных материалов для других реакций, значительные усилия уже были направлены на оптимизацию процессов их производства. Для упрощения понимания дальнейшее изложение будет проведено со ссылкой на производство метанола. Однако следует иметь в виду, что способ в соответствии с настоящим изобретением в равной мере применим и к другим подобным реакциям.
В самой простой форме обычный способ производства метанола предусматривает подогрев питающих газов за счет теплообмена с потоком продукта из реактора и затем их пропускание в реактор, содержащий подходящий катализатор. Поток продукта из реактора охлаждают за счет теплообмена с входящими питающими газами и затем конденсируют с использованием воздуха и/или охлаждающей воды, чтобы извлечь сырой (необработанный) метанол в сепараторе пар/жидкость. Небольшая пропорция не конвертированного сырья и инертных газов из головного погона сепаратора может быть подвергнута продувке, чтобы контролировать уровень инертных газов в системе. Остаток может быть рециркулиро-ван в реактор. Сырой продукт затем может быть подвергнут дополнительной обработке. Достижимая конверсия синтез-газа в метанол ограничена состоянием равновесия реакции.
Этот известный способ схематично показан на фиг. 1, где приведена схема организации производства для обычного синтеза метанола. В этом способе подпиточный газ сжимают и подают по магистрали 1 в петлю синтеза, где он перемешивается с рециркулирующим газом и поступает по магистрали 2 в об-менник 3, где он нагревается ранее поступления по магистрали 4 в реактор 5. В реакторе часть газа конвертируется в метанол в присутствии катализатора синтеза метанола (не показан). Газ, покидающий реактор по магистрали 6, который содержит непрореагировавший питающий газ, продукт, воду и инертные газы, охлаждается в обменнике 3, ранее поступления по магистрали 7 в конденсатор 8, где он дополнительно охлаждается и конденсируется при помощи воздуха и/или охлаждающей воды в потоке 9. В конденсаторе 8 конденсируются продуктовый метанол и содержащаяся в газе вода. Эта конденсированная смесь разделяется в сепараторе 10 газ/жидкость, и сырой продукт и любая присутствующая в нем вода поступают для дальнейшей очистки в магистраль 11. Непрореагировавший газ и инертные газы удаляются из сепаратора 10 газ/жидкость и поступают в магистраль 12 для всасывания в циркуляционный насос 13. Продувка может быть осуществлена до циркуляционного насоса через магистраль 14, чтобы предупредить накопление инертных газов в петле синтеза. После насоса 13 газ рециркулируют через магистраль 15, перемешивают с подпиточным газом из магистрали 1 и пропускают через обменник 3 в реактор 5. Способ, показанный на фиг. 1, обычно подходит для использования на установках, которые имеют производительность ориентировочно от 1,500 до 2,500 т метанола в день.
Принимая во внимание важность метанола и продуктов других уравновешенных экзотермических реакций в газовой фазе, желательно повысить производительность способа производства, причем уже известно, что система с более высокой производительностью может быть получена за счет расщепления реактора на два или несколько реакторов, которые вместе со взаимодействующим оборудованием работают в параллель. В такой схеме расположения обменник и конденсатор будут иметь множество оболочек и петли будут расщеплены в точке перемешивания подпиточного газа и рециркулирующего газа, которые затем рекомбинируют в сепараторе газ/жидкость. Эта схема расположения позволяет использовать большой объем катализатора, который требуется для достижения желательного уровня конверсии. Таким образом, следует иметь в виду, что установка реакторов в параллель, по существу, приводит к использованию двух параллельных петель с общей ступенью разделения продукта.
В качестве альтернативы этой параллельной схемы расположения, уже предложено использовать два или несколько реакторов, работающих последовательно, так как это позволяет достичь более высоких конверсий в одном петлевом цикле. В патенте США № 1868096 описана система, в которой питающий газ направляют в первый реактор, в котором происходит частичная конверсия в метанол. Смесь продукта и непрореагировавших газов охлаждают и частично конденсированный метанол накапливают в приемнике. Остальные непрореагировавшие газы нагревают и затем вводят во второй реактор. Эту процедуру продолжают через несколько реакторов.
В патенте США № 1959219 описан способ производства соединений, содержащих углерод, водород и кислород, с использованием множества реакционных петель. Несколько реакторов используют, по меньшей мере, в первой петле.
В патенте США № 4346179 описан альтернативный способ производства метанола из синтез-газа в
- 1 -
009834
двух реакторах. В этой схеме расположения непрореагировавшие газы, выходящие из второго реактора, направляют назад на вход второго реактора. В патенте США № 4766154 также описана схема расположения, в которой реализуют двухстадийный процесс, причем непрореагировавший материал из второго реактора направляют назад на вход второго реактора, чтобы повысить эффективность процесса. Система, предложенная в патенте США № 4766154, описана со ссылкой на реакцию в жидкой фазе. Еще один пример системы с жидкой фазой описан в патенте США № 5179129.
Альтернативная система описана в патенте США № 5216034, в которой процесс производства метанола осуществляют в многоступенчатой реакционной системе, которая содержит множество псевдо-ожиженных слоев (катализатора), причем извлечение метанола производят между соседними слоями. В патенте США № 5631302 также описано извлечение продукта между последовательно включенными реакторами.
В патентах США №№ 6387963 и 6433029 описаны процессы, для осуществления которых используют последовательно включенные реакторы, причем часть подпиточных газов или все подпиточные газы подают во второй или последующие реакторы.
Несмотря на то, что все эти процессы обеспечивают некоторый прогресс в сравнении с обычным базовым способом производства метанола, показанным на фиг. 1, они имеют различные недостатки и отрицательные стороны. Например, несмотря на то, что извлечение продукта между реакторами может благоприятно смещать равновесие в сторону дополнительного образования продукта, требуются повышенные температуры для того, чтобы добиться приемлемых скоростей реакции во втором и последующих реакторах, что может привести к повышению скорости дезактивации катализатора и, следовательно, к уменьшению срока службы катализатора.
Может быть предложен способ, в котором конверсия реакционных газов в продукт повышена в сочетании с уменьшением объема использованного катализатора и в котором коэффициент циркуляции непрореагировавшего газа при любой рециркуляции в подпиточный газ может быть уменьшен. Однако следует иметь в виду, что более высокие парциальные давления реагентов в реакторах могут приводить к чрезмерно интенсивным реакциям и высоким температурам. Это может быть особой проблемой в начале срока службы реактора. Такие высокие температуры могут приводить к более высокой скорости дезактивации катализатора.
Таким образом, существует необходимость в создании оптимизированного способа, который позволяет производить большие объемы желательного продукта экономичным образом, без снижения срока службы катализатора. В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ проведения уравновешенных экзотермических реакций в газовой фазе, который включает в себя следующие операции:
(a) образование питающего потока газа из потока рециркуляции и добавленного в него подпиточно-
го газа;
(b) нагревание питающего потока газа;
(c) пропускание нагретого питающего потока газа в первый реактор, содержащий катализатор для экзотермических реакций в газовой фазе, при условиях, подходящих для реакции;
(d) извлечение из первого реактора потока продуктов реакции, содержащих синтезированный продукт и непрореагировавшие газы;
(e) охлаждение и частичная конденсация потока продуктов реакции с образованием газовой фазы и жидкой фазы;
(f) выделение и извлечение жидкой фазы, содержащей синтезированный продукт, из охлажденного и частично сконденсированного потока продуктов реакции;
(g) выделение газовой фазы из потока продуктов реакции с образованием потока непрореагировав-шего газа;
(h) сжатие потока непрореагировавшего газа;
(i) нагревание сжатого потока непрореагировавшего газа;
(j) пропускание нагретого потока непрореагировавшего газа во второй реактор, содержащий катализатор для экзотермических реакций в газовой фазе, при условиях, подходящих для реакции;
(k) извлечение из второго реактора вторичного потока продуктов реакции, содержащих синтезированный продукт и непрореагировавшие газы;
(l) охлаждение и частичная конденсация вторичного потока продуктов реакции с образованием вторичной газовой фазы и вторичной жидкой фазы;
(m) выделение и извлечение вторичной жидкой фазы, содержащей синтезированный продукт, из охлажденного и частично сконденсированного вторичного потока продуктов реакции; и
(n) выделение вторичной газовой фазы из вторичного потока продуктов с образованием вторичного потока непрореагировавшего газа и рециркуляция вторичного потока непрореагировавшего газа на операцию (а) для образования питающего потока газа.
Неожиданно было обнаружено, что способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет производить желательный продукт при снижении скорости циркуляции газов и при поддержании таких температур внутри реакторов, что может быть обеспечен приемлемый срок службы катализатора. В этой
- 2 -
009834
связи следует иметь в виду, что способ в соответствии с настоящим изобретением позволяет снизить скорость циркуляции ориентировочно на 20% в реакционной петле по сравнению с известными ранее схемами расположения, в которых используют параллельные реакторы. Это имеет существенное значение, так как максимальный размер реакционной петли обычно определяется размером использованного компрессора. Так как размер компрессора может быть ограничен фактическим объемным расходом (м3/ч) газа, всасываемого компрессором, то если требуется снизить скорость циркуляции для тонны продукта на 30%, то тогда петля, имеющая на 30% большую пропускную способность, может быть использована при тех же предельных размерах компрессора.
Известно, что снижение скорости циркуляции компенсируют увеличением падения давления в петле, что получают при последовательной установке реакторов и что приводит к необходимости повышения мощности компрессора циркуляции. Однако, так как по меньшей мере часть подпиточного газа добавляют в первый реактор, который обычно работает при более низком давлении, то требования к мощности компрессора подпитки снижаются, так что полная мощность компрессоров не превышает ту, которая требуется для схемы расположения с параллельными реакторами.
В способе в соответствии с настоящим изобретением, снижение скорости циркуляции рециркули-рующего газа приводит к повышению парциального давления реагентов в реакторах и, следовательно, повышает скорость реакции, что в свою очередь улучшает производительность. Как уже было упомянуто здесь выше, снижение скорости циркуляции в известных ранее схемах расположения приводит к повышению температур, что, в свою очередь, приводит к более высокой скорости дезактивации катализатора. Однако в соответствии с настоящим изобретением добавка подпиточного газа, по меньшей мере, только в первый реактор позволяет регулировать парциальное давление в каждом реакторе и за счет этого обеспечивать контроль интенсивности реакции, протекающей в каждом реакторе. Это, в свою очередь, позволяет обеспечивать контроль пиковых температур, особенно в начале процесса, и следовательно, понизить дезактивацию катализатора, что позволяет повысить срок его службы при поддержании приемлемой активности катализатора в течение более длительного периода.
В одной схеме расположения в соответствии с настоящим изобретением подпиточный газ добавляют как в операцию (а), так и в операцию (h). Относительное количество подпиточного газа, добавляемого в операции (а) и (g), можно регулировать в течение срока службы катализатора, чтобы максимально повысить конверсию реагентов в продукт. В одной альтернативной схеме расположения свыше 50% подпи-точного газа добавляют в операцию (а). В предпочтительной схеме расположения свыше 75%, а преимущественно свыше 80% подпиточного газа добавляют в операцию (а).
Дополнительное преимущество способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что может быть обеспечено уменьшение количества требующегося катализатора по сравнению с тем, которое требуется в известных ранее системах. В частности, может быть обеспечено снижение объема катализатора ориентировочно от 30 до 40% по сравнению с известными ранее системами параллельных реакторов, при том же самом объеме производства метанола. Это приводит к существенному повышению рентабельности за счет снижения стоимости катализатора и стоимости реактора, так как снижение объема катализатора означает, что может быть использован реактор меньших размеров, чем используемые в параллельных системах. Использование реакторов меньших размеров приводит к снижению стоимости изготовления и транспортировки.
Еще одно преимущество способа в соответствии с настоящим изобретением заключается в том, что скорость потока через каждый реактор превышает скорость потока, достижимую в параллельной системе. Это повышение скорости потока обеспечивает улучшенный отвод теплоты из катализатора и лучший контроль температуры слоя катализатора. Кроме того, достижимая скорость реакции повышается по сравнению с достижимой в системе параллельных реакторов.
Этот улучшенный контроль температуры и возможность подачи подпиточного газа в первый реактор или возможность регулировки разделения подпиточного газа между реакторами позволяет контролировать пиковую температуру, особенно в начале срока службы катализатора. Это является существенным преимуществом по сравнению с параллельной схемой расположения реакторов, так как позволяет производить управление реакцией за счет контроля уровня реагентов в реакторах. Таким образом, достигается дополнительная степень свободы при управлении реакцией, особенно в начале срока службы катализатора.
В одной альтернативной схеме расположения один или несколько дополнительных реакторов могут быть включены между первым реактором и оконечным реактором. Каждый дополнительный реактор преимущественно имеет свою собственную систему разделения продукта. В одной альтернативной конфигурации один или несколько дополнительных реакторов могут не иметь систему разделения продукта. Дополнительный подпиточный газ может быть добавлен в один или каждый из нескольких дополнительных реакторов. Когда имеется множество дополнительных реакторов, подпиточный газ может быть добавлен во все или в некоторые дополнительные реакторы.
Один или несколько реакторов могут представлять собой два или несколько реакторов, включенных в параллель обычным образом.
В качестве первого, оконечного и любого из дополнительных реакторов может быть использован
- 3 -
009834
реактор любого подходящего типа. Могут быть использованы реакторы одного типа или различных типов.
Адиабатический предварительный конвертер может быть установлен перед первым реактором, чтобы позволить использовать питающий газ с более низкими температурами в первом реакторе и чтобы повысить конверсию в этом реакторе. В альтернативной схеме расположения адиабатический предварительный конвертер может быть установлен перед некоторыми имеющимися реакторами или перед каждым из них.
Продувка может быть предусмотрена в любой подходящей точке в системе, чтобы исключить накопление инертных газов.
Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть использован в широком диапазоне экзотермических реакций. Он особенно хорошо подходит для использования при производстве метанола или аммиака.
Катализатор, который используют в соответствии с настоящим изобретением, должен быть выбран в соответствии с конкретным осуществляемым процессом. Катализатор, который используют в первом, оконечном и любом дополнительном реакторе, может быть одинаковым или различным. Катализатор, предназначенный для использования при синтезе метанола, преимущественно выбирают (но без ограничения) из содержащих медь катализаторов; например, это могут быть восстановленные CuO-ZnO катализаторы. Предпочтительными являются катализаторы марки MK-101 фирмы Haldor Topsoe A/S, Denmark и катализаторы серий 51 фирмы JM Katalysts. Предпочтительными катализаторами для синтеза аммиака являются пропитанные Fe катализаторы с не восстановимыми оксидами K, Са, Al, Be, Ce, Si или их смесей.
Могут быть использованы любые подходящие условия реакции, которые зависят от конкретной проводимой реакции. Как правило, эти условия являются аналогичными условиям реакции в известных ранее системах. Однако принимая во внимание подачу подпиточного газа в первый реактор, питающее давление будет ниже, чем в известных ранее системах. Для синтеза метанола давление реакторов может лежать в диапазоне ориентировочно от 30х105 до 100х105 н/м2, а преимущественно может составлять ориентировочно от 50х105 до 80х105 н/м2. Температура реакции обычно лежит в диапазоне ориентировочно от 200 до 300°С, например составляет ориентировочно от 250 до 280°С. Для синтеза аммиака давление реактора обычно выбирают ориентировочно до 200х 105 н/м2. Давления ориентировочно от 70 до 200х 105 н/м2 являются предпочтительными, а типичным является давление около 140х 105 н/м2. При синтезе аммиака обычно используют температуры ориентировочно от 230 до 550°С.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.
На фиг. 1 показана блок-схема известного ранее устройства;
на фиг. 2 - блок-схема устройства, предназначенного для использования в способе в соответствии с настоящим изобретением.
Следует иметь в виду, что показанное на фиг. 2 устройство предназначено только для пояснения сущности изобретения и не ограничивает объем изобретения относительно точной схемы расположения показанных компонентов, формы реактора или любой из его вспомогательных характеристик. Следует также иметь в виду, что система может работать во множестве различных технологических петель для синтеза аммиака или метанола, или в любой другой подходящей схеме расположения. Специалисты легко поймут, что устройство на фиг. 2 показано схематично и что различные дополнительные единицы оборудования, такие как баки для сырья, насосы, вакуумные насосы, компрессоры, компрессоры рециркуляции газа, датчики температуры, датчики давления, клапаны сброса давления, регулирующие клапаны, регуляторы расхода, регуляторы уровня, осреднительные емкости, накопительные баки и т. п., могут потребоваться в реальной промышленной установке. Такое вспомогательное оборудование не является частью настоящего изобретения и может быть выбрано в соответствии с обычной химической инженерной практикой.
Далее способ будет описан в качестве примера со ссылкой на производство метанола.
Как это показано на фиг. 2, подпиточный газ сжимают и подают по магистрали 16 в петлю синтеза, где его перемешивают с рециркулирующим газом и подают по магистрали 17 в обменник 18, где материал нагревают и затем подают по магистрали 19 в реактор 20. В реакторе часть газа конвертируется в метанол поверх катализатора синтеза метанола. Газ, выходящий из реактора по магистрали 21, охлаждают в обменнике 18, а затем подают по магистрали 22 в конденсатор 23, где его дополнительно охлаждают и частично конденсируют при помощи воздуха и/или охлаждающей воды. В конденсаторе 23 конденсируются продуктовый метанол и вода в газе. Эта конденсированная смесь разделяется в сепараторе 24 газ/жидкость, и сырой (необработанный) продукт и любая присутствующая вода поступают для дополнительной очистки в магистраль 25.
Газ, удаленный из сепаратора 24 газ/жидкость и, возможно, перемешанный с подпиточным газом, добавляемым через магистраль 26, направляют через магистраль 38 в циркуляционный насос 27, где он
- 4 -
009834
сжимается. Этот сжатый газ выходит из циркуляционного насоса 27 по магистрали 28 и нагревается в оконечном обменнике 29 при помощи газа из оконечного реактора 37. Нагретый газ затем подают по магистрали 30 в оконечный реактор 37, где по меньшей мере часть непрореагировавшего газа конвертируется в метанол поверх катализатора синтеза метанола. Газ, который выходит из оконечного реактора по магистрали 31, охлаждается в обменнике 29 и затем поступает по магистрали 33 в конденсатор 32, где он дополнительно охлаждается и частично конденсируется. Эту конденсированную смесь воды и метанола разделяют в сепараторе 34 газ/жидкость, и сырой продукт и любую присутствующую воду направляют для дальнейшей очистки в магистраль 35, где они преимущественно объединяются с имеющейся в магистрали 25 смесью метанола с водой.
Газ из сепаратора 34 газ/жидкость рециркулируют в магистраль 36, где он может быть перемешан с подпиточным газом в магистрали 16 ранее проведения нагрева и возвращен в первый реактор 20. Продувка может быть отобрана из потока рециркуляции в магистрали 39, чтобы исключить накопление инертных газов в петле.
В начале процесса подпиточный газ вводят в оконечный реактор 37 через магистраль 26, чтобы обеспечить управление реакцией и контроль пиковой и рабочей температуры в реакторах 20 и 37.
Далее дополнительное пояснение настоящего изобретения будет дано в качестве примера со ссылкой на данные примера 1 и сравнительного примера 1, которые приведены в таблице, причем проведено сравнение рабочих условий способа производства метанола в соответствии с настоящим изобретением (пример 1) с рабочими условиями известной ранее схемы расположения (сравнительный пример 1), в которой используют параллельные реакторы.
Конец соока службы
Начало соока службы
Конфигурация
Сравнительный Пример 1
Пример 1
Сравнительный Пример 1
Пример 1
Количество реакторов
-> ^*
Время работы
Месяцы
Выход продукта (на один реактор)
Метрические тонны за сутки
2500
3023/1977
2500
2687/2313
Поток циркуляционного насоса
100
109
Подпиточный газ в оконечном реакторе
Реакторы
Давление
н/м2
70-105
65/70-10*
7010*
65/70-10*
Т пик
268
270/270
270
270/270
Объем катализатора
100
100
Падение давления
Мощность циркуляционного насоса
МВт
Мощность компрессора
МВт
(мегаватт)
Полная мощность
МВт
Падение давления в петле
610*
10-10*
6 105
10-10* [
Можно видеть, что при том же самом объеме выпуска метанола, снижается объем катализатора в конверторе в соответствии с настоящим изобретением и, следовательно, уменьшается размер всех реакторов. Аналогично, поток циркуляции уменьшается и падение давления в петле повышается. Это приводит к повышению мощности циркуляционного насоса, однако, в сочетании со снижением мощности компрессора синтез-газа, достигается некоторое снижение полной мощности. Пиковая температура реакторов контролируется, несмотря на пониженную скорость циркуляции.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ проведения уравновешенных экзотермических реакций в газовой фазе, который включает в себя следующие операции:
(a) образование питающего потока газа из потока рециркуляции и добавленного в него подпиточно-го газа;
(b) нагревание питающего потока газа;
(c) пропускание нагретого питающего потока газа в первый реактор, содержащий катализатор для экзотермических реакций в газовой фазе, при условиях, подходящих для реакции;
(d) извлечение из первого реактора потока продуктов реакции, содержащих синтезированный продукт и непрореагировавшие газы;
- 5 -
009834
(e) охлаждение и частичная конденсация потока продуктов реакции с образованием газовой фазы и жидкой фазы;
(f) выделение и извлечение жидкой фазы, содержащей синтезированный продукт, из охлажденного и частично сконденсированного потока продуктов реакции;
(g) выделение газовой фазы из потока продуктов реакции с образованием потока непрореагировав-шего газа;
(h) сжатие потока непрореагировавшего газа;
(i) нагревание сжатого потока непрореагировавшего газа;
(j) пропускание нагретого потока непрореагировавшего газа во второй реактор, содержащий катализатор для экзотермических реакций в газовой фазе, при условиях, подходящих для реакции;
(k) извлечение из второго реактора вторичного потока продуктов реакции, содержащих синтезированный продукт и непрореагировавшие газы;
(1) охлаждение и частичная конденсация вторичного потока продуктов реакции с образованием вторичной газовой фазы и вторичной жидкой фазы;
(m) выделение и извлечение вторичной жидкой фазы, содержащей синтезированный продукт, из охлажденного и частично сконденсированного вторичного потока продуктов реакции и
(n) выделение вторичной газовой фазы из вторичного потока продуктов с образованием вторичного потока непрореагировавшего газа и рециркуляция вторичного потока непрореагировавшего газа на операцию (а) для образования питающего потока газа.
2. Способ по п.1, в котором подпиточный газ добавляют в поток непрореагировавшего газа, образованного на операции (g).
3. Способ по п.2, в котором относительное количество подпиточного газа, добавленного на операцию (а) и на операцию (g), регулируют во время срока службы катализатора, чтобы обеспечить максимальную конверсию этого газа в синтезированный продукт.
4. Способ по п.3, в котором свыше 50% подпиточного газа добавляют на операцию (а).
5. Способ по одному из пп.1-4, который осуществляют с использованием одного или нескольких дополнительных реакторов, установленных между первым и вторым реакторами.
6. Способ по п.5, в котором подпиточный газ добавляют в один или несколько указанных дополнительных реакторов.
7. Способ по п.5, в котором один или каждый дополнительный реактор имеет собственную систему разделения продуктов реакции, реализующую операции (е), (f) и (g) по п.1.
8. Способ по п.5, в котором два или несколько дополнительных реакторов включены в параллель.
9. Способ по п.1, в котором питающий газ перед подачей в первый реактор пропускают через адиабатический конвертер, установленный на входе этого реактора.
10. Способ по п.9, в котором адиабатический конвертер устанавливают перед некоторыми или всеми имеющимися реакторами.
11. Способ по п. 1, в котором синтезированный продукт представляет собой метанол или аммиак.
Фиг. 1
- 6 -
009834
Фиг. 2
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 7 -