一种串联合成塔以及使用其制备甲醇的方法技术

本发明专利技术涉及一种串联合成塔以及使用该串联合成塔制备甲醇的方法，该合成塔包括：依次连接的第1至第n合成塔，汽包和甲醇总管，其中：所述第1至第n合成塔是独立的甲醇合成塔，所述第1至第n合成塔依次连接，所述第1至第n列管式反应器的管程内分别包含第1至第n催化剂层；所述第1至第n合成塔的第1至第n列管式反应器的壳程都与汽包相连；所述第1至第n合成塔的第1至第n甲醇分离器都与甲醇总管相连，所述n为4、5或6。根据本发明专利技术的方法的甲醇合成塔的出塔气不需要在合成塔内循环，而是经过甲醇分离器分离之后继续进入下一组甲醇合成系统，直至出塔气的成分与弛放气的成分一致。由此可以降低产品的单位能耗并提高CO转化率。

A tandem column and a method for preparing methanol using it

【技术实现步骤摘要】
一种串联合成塔以及使用其制备甲醇的方法
本专利技术涉及一种串联合成塔以及使用其制备甲醇的方法，具体而言，本专利技术涉及一种可以在低压下利用多塔串联技术且不需要循环出塔气的制备甲醇的方法。
技术介绍
甲醇是一种重要的有机化工原料，也是一种能源替代品。甲醇经过加工、转化后可制备多种化工原料，如甲醛、醋酸、二甲醚、烯烃等，对我国社会的发展具有重要的影响。现有的合成气制甲醇技术是：甲醇合成气(主要成分是H2、CO和CO2)在催化剂的作用下，反应生成甲醇，其反应式如下：CO+2H2→CH3OH+90.73kJ/molCO2+3H2→CH3OH+H2O+48.02kJ/mol该反应是放热而且可逆的。从动力学角度看，升高温度对反应速度有利；而从热力学角度看，则希望反应在较低温度下进行。另一方面，甲醇合成反应是分子减少的反应，升高反应压力有利于反应向生成甲醇的方向进行。但随反应压力的升高，甲醇合成动力消耗随之增大，而且有机杂质生成量增加。因此，甲醇合成催化剂不仅要考虑怎样降低反应温度，而且要考虑怎样使其在较低压力下也有较高的转化率。目前，国内合成气制甲醇工艺主要分为高压法(19.6-29.4Mpa)、中压法(8.0-12Mpa)、低压法(5.0-8.0Mpa)工艺，但是普遍存在动力消耗高的问题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种串联合成塔。本专利技术的另一个目的是提供一种使用所述串联合成塔制备甲醇的方法。根据本专利技术的一个实施方式，其提供了一种串联合成塔，该合成塔包括：依次连接的第1至第n合成塔，汽包和甲醇总管，其中：所述第1至第n合成塔是独立的甲醇合成塔，从上至下各自包括第1至第n列管式反应器、第1至第n中间换热器、第1至第n水冷器、第1至第n甲醇分离器，所述第1至第n合成塔依次连接，除了第1合成塔的进气口与第n合成塔的气体反应物出口以外，每个合成塔的气体反应物出口与下一个合成塔的进气口相连；所述第1至第n列管式反应器的管程内分别包含第1至第n催化剂层；所述第1至第n合成塔的第1至第n列管式反应器的壳程都与汽包相连；所述第1至第n合成塔的第1至第n甲醇分离器都与甲醇总管相连,所述n为4、5或6。优选地，所述第2至第n合成塔中没有其他的进气口。优选地，在所述第1至第n合成塔中，所述第1至第4列管式反应器管程容积比为1:(0.7至0.77):(0.53至0.6):(0.25至0.32)，以及在n为5或6时，第5列管式反应器管程容积相对于第1列管式反应器管程容积为0.13至0.32，在n为6时，第6列管式反应器管程容积相对于第1列管式反应器管程容积为0.13至0.32，且在后的列管式反应器管程容积小于等于在前的列管式反应器管程容积。根据本专利技术的另一个实施方式，其提供了一种使用上述串联合成塔制备甲醇的方法，该方法包括：(1)在所述第1至第n合成塔的第1至第n列管式反应器内分别按照所述第1至第n反应器管程容积比来装填催化剂，(2)使所述第1至第n列管式反应器分别独立地加热至220-260℃并使所述第一至第五合成塔的第一至第五催化剂层的压力分别独立地调节为4.5-5.5MPa。(3)将甲醇合成气进料至第一合成塔的进气口，使所述甲醇合成气依次经过所述第1至第n合成塔，(4)使所述第1至第n合成塔的第1至第n中间换热器的温度调节至出换热器壳程的原料气独立地为190-230℃，出换热器管程的反应气独立地为90-110℃，并使所述第1至第n合成塔的第1至第n水冷器的温度分别调节至出水冷器的气体温度独立地为40±2℃，以及使所述第1至第n合成塔的第1至第n甲醇分离器的温度独立地调节至40℃以下，从而使所述第1至第n合成塔的反应产物通过第1至第n甲醇分离器传输至甲醇总管以得到所制备的甲醇。优选地，在所述第1至第n合成塔中，所述第1至第4列管式反应器管程容积比为1:(0.7至0.77):(0.53至0.6):(0.25至0.32)，以及在n为5或6时，第5列管式反应器管程容积相对于第1列管式反应器管程容积为0.13至0.32，在n为6时，第6列管式反应器管程容积相对于第1列管式反应器管程容积为0.13至0.32，且在后的列管式反应器管程容积小于等于在前的列管式反应器管程容积，以及通过将所述第1至第n合成塔中的催化剂装填比例设定为与管式反应器的管程容积比例相同，从而使所述串联合成塔中的CO总转化率调节为95％以上。优选地，所述步骤(3)中的甲醇合成气的成分为以摩尔比计15％至25％的CO，5％至10％的CO2，65％至75％的H2。优选地，在所述方法中，在所述第2至第n合成塔中不进料新的合成气而仅利用上一个合成塔的出塔气作为原料气。根据本专利技术的方法的甲醇合成塔的出塔气不需要在合成塔内循环，而是经过甲醇分离器分离之后继续进入下一组甲醇合成系统，直至出塔气的成分与弛放气的成分一致。由此可以省去原有的合成气循环机，从而降低产品的单位能耗。此外，该技术可推广应用到以合成气为原料制甲醇、合成氨等其它生产装置，可以降低产品的单位能耗。附图说明图1是根据本专利技术的串联合成塔的结构示意图。附图标记1汽包2甲醇合成塔的催化剂层3甲醇合成塔的中间换热器4甲醇合成塔的水冷器5甲醇合成塔的甲醇分离器6循环水进水7循环水出水8粗甲醇总管具体实施方式为使本领域具有普通知识的人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及申请专利范围中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，皆具有本领域技术人员对于本专利技术所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。在本文中，用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其他任何类似用语均属于开放性连接词(open-endedtransitionalphrase)，其意欲涵盖非排他性的包括物。举例而言，含有复数要素的一组合物或制品并不仅限于本文所列出的这些要素而已，而是还可包括未明确列出但却是该组合物或制品通常固有的其他要素。除此之外，除非有相反的明确说明，否则用语“或”是指涵盖性的“或”，而不是指排他性的“或”。例如，以下任何一种情况均满足条件“A或B”：A为真(或存在)且B为伪(或不存在)、A为伪(或不存在)且B为真(或存在)、A和B均为真(或存在)。此外，在本文中，用语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”的解读应视为已具体公开并同时涵盖“由…所组成”及“实质上由…所组成”等封闭式或半封闭式连接词。在本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征或条件仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值，特别是整数数值。举例而言，“1至8”的范围描述应视为已经具体公开如1至7、2至8、2至6、3至6、4至8、3至8等等所有次级范围，特别是由所有整数数值所界定的次级范围，且应视为已经具体公开范围内如1、2、3、4、5、6、7、8等个别数值。除非另有指明，否则前述解释方法适用于本专利技术全文的所有内容，不论范围广泛与否。若数量或其他数值或参数是以范围、较佳范围或一系列上限与下限表示，则其应理解成是本文已特定公开了由任一对该范围的上限或较佳值与该范围的下限或较佳值构成的所有范围，不论这些范围是否有分别公开。此外，本文中若提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种串联合成塔，该合成塔包括：依次连接的第1至第n合成塔，汽包和甲醇总管，其中：所述第1至第n合成塔是独立的甲醇合成塔，从上至下各自包括第1至第n列管式反应器、第1至第n中间换热器、第1至第n水冷器、第1至第n甲醇分离器，所述第1至第n合成塔依次连接，除了第1合成塔的进气口与第n合成塔的气体反应物出口以外，每个合成塔的气体反应物出口与下一个合成塔的进气口相连；所述第1至第n列管式反应器的管程内分别包含第1至第n催化剂层；所述第1至第n合成塔的第1至第n列管式反应器的壳程都与汽包相连；所述第1至第n合成塔的第1至第n甲醇分离器都与甲醇总管相连,所述n为4、5或6。

【技术特征摘要】
1.一种串联合成塔，该合成塔包括：依次连接的第1至第n合成塔，汽包和甲醇总管，其中：所述第1至第n合成塔是独立的甲醇合成塔，从上至下各自包括第1至第n列管式反应器、第1至第n中间换热器、第1至第n水冷器、第1至第n甲醇分离器，所述第1至第n合成塔依次连接，除了第1合成塔的进气口与第n合成塔的气体反应物出口以外，每个合成塔的气体反应物出口与下一个合成塔的进气口相连；所述第1至第n列管式反应器的管程内分别包含第1至第n催化剂层；所述第1至第n合成塔的第1至第n列管式反应器的壳程都与汽包相连；所述第1至第n合成塔的第1至第n甲醇分离器都与甲醇总管相连,所述n为4、5或6。2.根据权利要求1所述的串联合成塔，其中，所述第2至第n合成塔中没有其他的进气口。3.根据权利要求1所述的串联合成塔，其中，在所述第1至第n合成塔中，所述第1至第4列管式反应器管程容积比为1:(0.7至0.77):(0.53至0.6):(0.25至0.32)，以及在n为5或6时，第5列管式反应器管程容积相对于第1列管式反应器管程容积为0.13至0.32，在n为6时，第6列管式反应器管程容积相对于第1列管式反应器管程容积为0.13至0.32，且在后的列管式反应器管程容积小于等于在前的列管式反应器管程容积。4.一种使用根据权利要求1所述的串联合成塔制备甲醇的方法，该方法包括：(1)在所述第1至第n合成塔的第1至第n列管式反应器内分别按照所述第1至第n反应器管程容积比来装填催化剂，(2)使所述第1至第n列管式反应器分别独立地加热至220-260℃并使所述第一至第五合成塔的第一至第五催化剂层的压力分别独立地调节为4....

【专利技术属性】
技术研发人员：王灵清，石志哲，李庆华，郎莹，张曼，张燕，冯世昌，孔力军，张恰，王海平，
申请(专利权)人：河北金牛旭阳化工有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13