Método y reactor para la preparación de metanol.

Un método para preparar metanol, que comprende las etapas de hacer reaccionar un gas de síntesis quecontiene hidrógeno,

monóxido de carbono y dióxido de carbono en un reactor de lecho fijo de partículas decatalizador de síntesis de metanol que son indirectamente enfriadas con un agente refrigerante, ycondensar metanol a medida que se forma sobre una superficie de refrigeración, ajustando la presión del agenterefrigerante para obtener un punto de ebullición (TBW) del agente refrigerante entre 60ºC y 170ºC, ymantener la temperatura del catalizador por encima del punto de rocío del metanol al ajustar el área de lasuperficie de refrigeración (ACOOL) en el punto de ebullición proporcionado del agente refrigerante, de modo quela relación del volumen aparente de catalizador depositado (VCAT) a la superficie específica de refrigeración(ACOOL) oscile entre 0,0125 m y 0,125 m.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11005512.

Solicitante: HALDOR TOPS E A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Nymøllevej 55 2800 Kgs. Lyngby DINAMARCA.

Inventor/es: THORHAUGE,MAX.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B01J8/00 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos.
  • B01J8/02 B01J […] › B01J 8/00 Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos. › con partículas inmóviles, p. ej. en lechos fijos.
  • B01J8/06 B01J 8/00 […] › en reactores tubulares; las partículas sólidas están dispuestas en tubos.
  • C07C29/152 QUIMICA; METALURGIA.C07 QUIMICA ORGANICA.C07C COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos macromoleculares C08; producción de compuestos orgánicos por electrolisiso electroforesis C25B 3/00, C25B 7/00). › C07C 29/00 Preparación de compuestos que tienen grupos hidroxilo o grupos O-metal unidos a un átomo de carbono que no forma parte de un ciclo aromático de seis miembros. › caracterizada por el reactor utilizado.

PDF original: ES-2409714_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método y reactor para la preparación de metanol

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la producción industrial de metanol mediante conversión de un gas de síntesis que contiene hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, en presencia de un catalizador de síntesis de metanol.

La invención consiste, en particular, en un método y un reactor para mejorar la producción de metanol con respecto a la limitación de equilibrio y, con ello, reducir o eliminar la recirculación del gas de síntesis mediante la separación in situ de metanol a medida que se produce a partir del gas de síntesis.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La preparación de metanol se basa en las siguientes tres reacciones en equilibrio:

CO + 2 H2 º CH3OH (1) 20 CO + 3 H2 º CH3OH + H2O (2)

CO + H2O º CO2 + H2 (3)

Debido al equilibrio, solamente una fracción del gas de síntesis se convierte en metanol y la parte restante del gas de síntesis se ha de reciclar. La separación in situ de metanol a partir del gas de síntesis se describe en la patente de EE.UU. nº 4.731.387. En un reactor de flujo por goteo gas-sólido, el metanol se separa mediante un material de absorción y, con ello, mejora el estado de equilibrio. Después de haber pasado por el reactor, el metanol se desorbe del material de absorción, y éste se recicla a la entrada del reactor. Los inconvenientes de un sistema de este tipo se encuentran en la complejidad del sistema, lo que resulta en dificultades operativas y en un mayor coste de inversión.

Otro modo de superar las limitaciones de equilibrio se describe en la patente de EE.UU. nº 5.262.443, en que el reactor catalítico se hace funcionar a una temperatura y presión a las que una parte del metanol producido se 35 condensa en el lecho catalítico. Empleando esta invención, es posible reducir o eliminar el costoso reciclaje del gas de síntesis. Sin embargo, existen dos inconvenientes al actuar de esta manera.

Con el fin de operar por debajo del punto de rocío del gas, la temperatura del catalizador se ha de reducir por debajo del nivel de temperatura óptima para la reacción catalítica. La baja temperatura resulta en una actividad 40 más baja, lo cual aumenta el volumen necesario de catalizador y el coste del reactor.

El segundo problema implica la condensación de metanol en el catalizador poroso. El gas de síntesis se ha de difundir dentro del catalizador a través del sistema de poros para iniciar la reacción catalítica. Si los poros se llenan con metanol, la velocidad de difusión y la actividad catalítica se reducen fuertemente.

Estos dos problemas reducen varias veces la actividad del catalizador en comparación con la actividad obtenida en el procedimiento de síntesis convencional de metanol. Como consecuencia de la actividad reducida, se ha de incrementar en tamaño el reactor de condensación, dando como resultado reactores más caros que los reactores convencionales con reciclaje del gas de síntesis.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona, en general, un diseño mejorado de un método y un reactor catalíticos para la producción de metanol en condiciones de equilibrio, con lo que a medida que se forma metanol, éste se separa de 55 la fase gaseosa en la fase líquida dentro del reactor, sin reducir la actividad catalítica del catalizador de metanol. Esto se consigue ajustando la temperatura de un agente refrigerante líquido que se encuentra en contacto indirecto con las partículas de catalizador y proporcionando una relación específica de volumen de lecho de catalizador a superficie específica de refrigeración. Con ello, a medida que se forma el metanol en la fase gaseosa tiene lugar una condensación del mismo en la mayoría de la superficie de refrigeración uniformemente distribuida dentro del reactor y en todo caso dentro de una zona muy limitada del lecho del catalizador.

Más particularmente, la invención proporciona un método para la preparación de metanol, que comprende las etapas de hacer reaccionar un gas de síntesis que contiene hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono en un reactor de lecho fijo de partículas de catalizador de síntesis de metanol que son indirectamente enfriadas con un agente refrigerante, y condensar metanol a medida que se forma sobre una superficie de refrigeración, ajustando la presión del agente refrigerante para obtener un punto de ebullición (TBW – punto de ebullición del agua) del agente refrigerante entre 60ºC y 170ºC, y mantener la temperatura del catalizador por encima del punto de rocío del metanol al ajustar el área de la superficie de refrigeración (ACOOL) en el punto de ebullición del agente refrigerante, de modo que la relación del volumen aparente de catalizador depositado (VCAT) a la superficie específica de refrigeración (ACOOL) oscile entre 0, 0125 m y 0, 125 m.

En una realización preferida de la invención, la temperatura de las partículas de catalizador de metanol se mantiene por encima del punto de rocío del metanol mediante un agente calefactor que incluye agua presurizada con un punto de ebullición entre 220ºC y 280ºC, vapor de agua con un punto de rocío entre 220ºC y 280ºC, o una mezcla de los mismos, haciéndose pasar el agente calefactor a través de unos medios de calentamiento internos con una superficie específica de modo que la relación de la superficie de los medios de calentamiento a la superficie de la zona de refrigeración (ACOOL) oscila entre 0, 3 y 3, 0.

En una realización preferida adicional de la invención, el punto de ebullición del agente refrigerante oscila entre 100ºC y 160ºC, y la relación de volumen aparente de catalizador (VCAT) a la superficie específica de refrigeración (ACOOL) oscila entre 0, 02 m y 0, 09 m.

La invención proporciona, además, un reactor de metanol que es útil en el método de acuerdo con la invención.

En un aspecto de la invención, un reactor de metanol comprende, dentro de una carcasa común, un lecho fijo de partículas de catalizador de metanol y medios refrigerantes, destinados a enfriar indirectamente un gas de síntesis de metanol con un agente refrigerante, en donde la relación del volumen aparente de catalizador depositado a la superficie específica de refrigeración (VCAT / ACOOL) oscile entre 0, 0125 m y 0, 125 m en un punto de ebullición del agente refrigerante entre 60ºC y 170ºC.

Una realización preferida del reactor de la invención arriba descrito comprende además, dentro de la carcasa común, medios calefactores, destinados a mantener indirectamente la temperatura del catalizador de metanol por encima del punto de rocío del metanol con un agente calefactor, en donde la relación de la superficie de los medios calefactores a los medios refrigerantes oscila entre 0, 3 y 3, 0.

En una realización preferida adicional de la invención, el reactor comprende, además, un equipo de estabilización de la película interno adyacente a la superficie de los medios refrigerantes.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En general, el tipo de reactor para uso en la invención es de menor importancia. El punto o la temperatura de ebullición requerido del agente refrigerante líquido será el mismo para cualesquiera de los tipos de reactor, y la relación de volumen de catalizador a superficie específica de refrigeración será idéntica. Los reactores de metanol más útiles son reactores refrigerados al ascender vapor o al calentar un agente refrigerante líquido presurizado.

La “temperatura” del agente refrigerante líquido es la temperatura media definida como la temperatura del agente refrigerante después de haber recibido la mitad del calor total transferido.

Los tres tipos de reactores de metanol principales son: Reactor tipo 1, en el que el gas de síntesis penetra en la parte superior del lecho catalítico, y el lecho de catalizador está rodeado indirectamente por el agente refrigerante líquido y el gas de síntesis, y el metanol líquido condensado se desplaza al mismo tiempo hacia abajo. Un ejemplo de un reactor de este tipo se muestra en los dibujos en la Figura 8.

Reactor tipo 2, en el que el gas de síntesis penetra en la parte superior del lecho catalítico, y el agente refrigerante líquido está rodeado indirectamente por un lecho de catalizador, y el gas de síntesis y el líquido condensado se desplazan al mismo tiempo hacia abajo. Un ejemplo de un reactor de este tipo se muestra en la Figura 9.

Reactor tipo 3, en el que el gas de síntesis penetra perpendicularmente al eje del reactor cilíndrico, y el agente refrigerante líquido está rodeado indirectamente por un lecho de catalizador, y el gas de síntesis... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para preparar metanol, que comprende las etapas de hacer reaccionar un gas de síntesis que contiene hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono en un reactor de lecho fijo de partículas de catalizador de síntesis de metanol que son indirectamente enfriadas con un agente refrigerante, y condensar metanol a medida que se forma sobre una superficie de refrigeración, ajustando la presión del agente refrigerante para obtener un punto de ebullición (TBW) del agente refrigerante entre 60ºC y 170ºC, y mantener la temperatura del catalizador por encima del punto de rocío del metanol al ajustar el área de la superficie de refrigeración (ACOOL) en el punto de ebullición proporcionado del agente refrigerante, de modo que la relación del volumen aparente de catalizador depositado (VCAT) a la superficie específica de refrigeración (ACOOL) oscile entre 0, 0125 m y 0, 125 m.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la temperatura de las partículas de catalizador de metanol se mantiene por encima del punto de rocío del metanol mediante un agente calefactor que incluye agua presurizada con un punto de ebullición entre 220ºC y 280ºC, vapor de agua con un punto de rocío entre 220ºC y 280ºC o una mezcla de los mismos, haciendo pasar el agente calefactor a través de medios calefactores internos que tienen una superficie específica de modo que la relación de la superficie de los medios calefactores a la superficie del área de refrigeración (ACOOL) oscile entre 0, 3 y 3, 0.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el punto de ebullición del agente refrigerante oscila entre 100ºC y 160ºC, y la relación de volumen aparente de catalizador (VCAT) a la superficie específica de refrigeración (ACOOL) oscila entre 0, 02 m y 0, 09 m.

4. Un reactor de metanol para uso en un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende, dentro de una carcasa común, un lecho fijo de partículas de catalizador de metanol y medios refrigerantes, destinados a enfriar indirectamente un gas de síntesis de metanol con un agente refrigerante, en donde la relación del volumen aparente de catalizador depositado a la superficie específica de los medios de refrigeración (VCAT / ACOOL) oscile entre 0, 0125 m y 0, 125 m.

5. Un reactor de metanol de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende, además, medios calefactores destinados a mantener indirectamente la temperatura del catalizador de metanol con un agente calefactor, en donde la relación de la superficie de los medios calefactores a los medios refrigerantes oscila entre 0, 3 y 3, 0.

6. Un reactor de metanol de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, que comprende, además, un equipo de 35 estabilización de la película interno adyacente a la superficie de los medios refrigerantes.


 

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