Proceso para la síntesis de metanol.

Proceso para la conversión de gas de síntesis en metanol mediante el contacto de una corriente gaseosa que comprende gas de síntesis con un catalizador en partículas, llevándose a cabo dicho proceso en un reactor tubular que tiene una entrada y una salida, estando dicha salida situada aguas abajo de la entrada, comprendiendo dicho reactor uno o más tubos que tienen situados en los mismos uno o más portadores para dicho catalizador en partículas y medio de refrigeración en contacto con dichos tubos;

en el que dicho portador de catalizador comprende:

un recipiente anular para contener el catalizador en uso, teniendo dicho recipiente una pared interior perforada que define un tubo, una pared exterior perforada, una superficie superior que cierra el recipiente anular y una superficie inferior que cierra el recipiente anular;

una superficie que cierra la parte inferior de dicho tubo formada por la pared interior del recipiente anular;

una falda que se extiende hacia arriba desde la pared exterior perforada del recipiente anular desde una posición en o cerca de la superficie inferior de dicho recipiente hasta una posición por debajo de la posición de una junta; y

una junta situada en o cerca de la superficie superior y que se extiende desde el recipiente en una distancia que se extiende más allá de una superficie exterior de la falda; comprendiendo dicho proceso:

(a) introducir los reactivos gaseosos a través de la entrada;

(b) pasar dichos reactivos hacia abajo a través de dicho al menos un tubo a la superficie superior de dicho, o el primer, portador de catalizador, donde pasan en el pasaje definido por la pared interior perforada del recipiente antes de pasar radialmente a través del lecho del catalizador hacia la pared exterior perforada;

(c) permitir que se produzca la reacción a medida que el gas de síntesis entra en contacto con el catalizador;

(d) pasar el reactivo sin reaccionar y el producto fuera del recipiente a través de la pared exterior perforada y, a continuación, hacia arriba entre la superficie interior de la falda y la pared exterior del recipiente anular hasta que alcanzan la junta, donde se dirigen sobre el extremo de la falda y se hace que fluyan hacia abajo entre la superficie exterior de la falda y la superficie interior del tubo del reactor donde tiene lugar la transferencia de calor;

(e) repetir las etapas (b) a (d) en cualquier portador de catalizador posterior; y

(f) extraer el producto de la salida.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2012/050330.

Solicitante: Johnson Matthey Davy Technologies Limited.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: 10 Eastbourne Terrace London W2 6LG REINO UNIDO.

Inventor/es: GAMLIN,Timothy,Douglas.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos... > B01J19/24 (Reactores fijos sin elementos internos móviles (B01J 19/08, B01J 19/26 tienen prioridad; de partículas inmóviles B01J 8/02))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Catalizadores en general, caracterizados por su forma... > B01J35/04 (Estructuras incompletas, p. ej. tamices, parrillas, nidos de abejas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA ORGANICA > COMPUESTOS ACICLICOS O CARBOCICLICOS (compuestos... > Preparación de compuestos que tienen grupos hidroxilo... > C07C29/152 (caracterizada por el reactor utilizado)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos químicos o físicos en general, llevados... > B01J8/04 (pasando el fluido sucesivamente a través de dos o más lechos)

PDF original: ES-2529026_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Proceso para la síntesis de metanol [0001] La presente invención se refiere a un proceso para la conversión de monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno, conocidos colectivamente como gas de síntesis, en productos líquidos en presencia de un catalizador de síntesis de metanol. El gas de síntesis puede derivar de un número de fuentes, tales como gas natural reformado o mediante la gasificación de carbón o biomasa.

El campo de la síntesis de metanol se ha convertido en un área de interés renovado en los últimos años ya que los usos del metanol se han extendido a áreas, tales como aditivos de combustible y para su uso en la producción de olefinas. Gran parte del interés ha surgido de China, donde se han construido plantas de "carbón para productos químicos" y "carbón para combustible" en zonas donde se encuentran grandes cantidades de carbón. Esto ofrece la oportunidad de monetizar este carbón cuando se encuentra en zonas remotas, y puede ser difícil y/o costoso el transporte.

Por consiguiente, es deseable optimizar el proceso de producción de metanol. Se han desarrollado varias estrategias para esto y éstas generalmente se han dirigido al diseño del reactor o en la formulación del catalizador. Uno de los principales problemas con el proceso es que el calor desprendido, siendo aproximadamente la mitad del producido en una reacción de Fischer-Tropsch para la misma cantidad de óxido de carbono convertido, las mejoras en la actividad del catalizador y/o el uso de gases derivados del carbón más reactivos están empezando a cuestionar la capacidad de transferencia de calor de los diseños actuales.

Un estrategia para la manipulación del calor desprendido es llevar a cabo la reacción en un reactor de lecho fijo. Un ejemplo de un diseño de reactor adecuado se puede encontrar en el documento GB 1364357. En esta disposición, se cargan gránulos de catalizador dentro de los tubos de un reactor axial. Se suministra un medio de refrigeración, tal como agua de vaporización, alrededor de los tubos. Se pasan a continuación gases reactivos a través de los tubos en los que entran en contacto con el catalizador y tiene lugar la reacción de formación de metanol. El calor desprendido se transfiere a través de la pared de los tubos al medio de refrigeración circundante. Sin embargo, la resistencia a la transferencia de calor del centro del tubo a la pared puede ser significativa y, por lo tanto, en vista de la necesidad de controlar el calor dentro del tubo, el tamaño de los tubos está limitado para permitir que el calor pase fácilmente desde el centro de los tubos a las paredes donde se produce el intercambio de calor. En general, por tanto, los tubos tienen un diámetro de menos de aproximadamente 40 mm para garantizar el nivel requerido de transferencia de calor y para evitar que el catalizador situado hacia el centro del tubo se sobrecaliente, lo cual aumentará la producción de subproductos. Esto representa no sólo una pérdida en la conversión en el producto deseado, sino también conduce a la necesidad de separar los subproductos lo que aumenta los costes. El tamaño pequeño de los tubos contribuye al alto coste de la construcción de estos reactores.

Además, la selección cuidadosa de las condiciones, tales como la velocidad superficial y la velocidad espacial horaria del gas tiene que realizarse con el fin de mantener la transferencia de calor requerida y alcanzar la conversión requerida en una caída de presión global razonable.

Estos reactores son difíciles de cargar con catalizador, ya que se debe cargar en tubos individuales mientras se toman medidas para asegurar que los tubos se cargan de manera uniforme.

Una estrategia alternativa es llevar a cabo la reacción en un reactor de suspensión de burbujas, tal como el descrito en el documento US 4628066. En esta disposición, se suspenden pequeñas partículas de catalizador, tales como de 150 μm o menos, en el producto hidrocarburo y se agitan mediante la inyección de gas de reacción en la parte inferior del reactor. El gas queda muy dispersado por todo el reactor y el calor generado por la reacción se puede transferir de manera eficaz, en particular, con gases del carbón altamente reactivos. Existe un límite de lo concentrada que puede ser la suspensión y por lo tanto una proporción significativa del reactor es ocupada con líquido de transferencia de calor.

Cuando estos reactores están en funcionamiento, las retenciones de gas dentro de la suspensión son significativas. Esto requiere una capacidad del reactor adicional para acomodar el lecho en suspensión en el estado gaseado. Para acomodarlo, los reactores son generalmente grandes en comparación con los utilizados en reacciones en fase gas. Aunque estos reactores ofrecen la ventaja de una carga de catalizador más sencilla, no parecen haber sido ampliamente utilizados.

Una estrategia alternativa es utilizar un denominado catalizador en un reactor de diseño con coraza, tal como el descrito en el documento US 4778662, en el que el gas reactivo enfriado fluye axialmente en contracorriente al gas de reacción en una serie de tubos dispuestos verticalmente a lo largo del lecho del catalizador. El gas reactivo frío alimentado al reactor se calienta mediante la absorción del calor de reacción del metanol producido en el lecho del catalizador que rodea el tubo. En el momento en el gas emerge del tubo abierto por encima del lecho del catalizador, está a temperatura de reacción. A continuación, fluye hacia abajo a través del lecho del catalizador donde se desprende metanol. Como la reacción está limitada en equilibrio, en muchos casos, se puede disponer fácilmente el reciclaje

necesario para absorber el calor de reacción. Como la longitud axial de los reactores de este tipo puede estar limitada por consideraciones de caída de presión, el diámetro del reactor tiene que incrementarse para acomodar la capacidad requerida. Si las consideraciones logísticas limitan el tamaño del reactor que se puede utilizar, la capacidad del reactor también puede estar limitada.

El diseño descrito en el documento US 4339413 es complicado y caro de construir en tamaños más grandes y no ha habido un uso amplio en la producción de metanol.

Una estrategia alternativa es utilizar un reactor con elevación del flujo radial del tipo descrito por primera vez en el documento US 4.321.234. Los reactores de este tipo tienen diversas ventajas, incluyendo que son de un diseño simple, son fáciles de construir, fáciles de cargar y descargar, tienen una caída de presión baja y una alta capacidad en un reactor individual. Para los catalizadores actuales ofrece un diseño muy eficaz para el amplio espectro de gases de síntesis y puede alcanzar capacidades muy elevadas en un único reactor de diámetro y peso muy moderados. Sin embargo, como emerge una nueva generación de catalizadores del estado de la técnica, tal como los descritos en el documento WO 2010/0146380, la capacidad de eliminar el calor será más difícil.

Una estrategia alternativa se describe en el documento CA1251019 en el que se utiliza un sistema de reacción adiabática de cuatro etapas con refrigeración externa después de la primera y segunda etapa. Esto permite el uso eficaz de catalizador. Sin embargo, es relativamente caro de disponer.

De este modo, se entenderá que mientras que las diversas estrategias para llevar a cabo reacciones para la producción de metanol ofrecen cada una algunas ventajas, también tienen cada una sus propias desventajas. Existe, por lo tanto, todavía la necesidad de proporcionar un proceso mejorado para la síntesis de metanol, que aborda uno o más de los problemas de las disposiciones de la técnica anterior.

Según la presente invención, se proporciona... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Proceso para la conversión de gas de síntesis en metanol mediante el contacto de una corriente gaseosa que comprende gas de síntesis con un catalizador en partículas, llevándose a cabo dicho proceso en un reactor tubular que tiene una entrada y una salida, estando dicha salida situada aguas abajo de la entrada, comprendiendo dicho reactor uno o más tubos que tienen situados en los mismos uno o más portadores para dicho catalizador en partículas y medio de refrigeración en contacto con dichos tubos; en el que dicho portador de catalizador comprende: un recipiente anular para contener el catalizador en uso, teniendo dicho recipiente una pared interior perforada que define un tubo, una pared exterior perforada, una superficie superior que cierra el recipiente anular y una superficie inferior que cierra el recipiente anular; una superficie que cierra la parte inferior de dicho tubo formada por la pared interior del recipiente anular; una falda que se extiende hacia arriba desde la pared exterior perforada del recipiente anular desde una posición en o cerca de la superficie inferior de dicho recipiente hasta una posición por debajo de la posición de una junta; y una junta situada en o cerca de la superficie superior y que se extiende desde el recipiente en una distancia que se extiende más allá de una superficie exterior de la falda; comprendiendo dicho proceso:

(a) introducir los reactivos gaseosos a través de la entrada;

(b) pasar dichos reactivos hacia abajo a través de dicho al menos un tubo a la superficie superior de dicho, o el primer, portador de catalizador, donde pasan en el pasaje definido por la pared interior perforada del recipiente antes de pasar radialmente a través del lecho del catalizador hacia la pared exterior perforada;

(c) permitir que se produzca la reacción a medida que el gas de síntesis entra en contacto con el catalizador;

(d) pasar el reactivo sin reaccionar y el producto fuera del recipiente a través de la pared exterior perforada y, a continuación, hacia arriba entre la superficie interior de la falda y la pared exterior del recipiente anular hasta que alcanzan la junta, donde se dirigen sobre el extremo de la falda y se hace que fluyan hacia abajo entre la superficie exterior de la falda y la superficie interior del tubo del reactor donde tiene lugar la transferencia de calor;

(e) repetir las etapas (b) a (d) en cualquier portador de catalizador posterior; y

(f) extraer el producto de la salida.

2. Proceso, según la reivindicación 1, en el que el catalizador tiene un diámetro de aproximadamente 100 μma aproximadamente 6 mm.

3. Proceso para la conversión de gas de síntesis en metanol mediante el contacto de una corriente gaseosa que comprende gas de síntesis con un catalizador monolítico, llevándose a cabo dicho proceso en un reactor tubular que tiene una entrada y una salida, estando dicha salida situada aguas abajo de la entrada, comprendiendo dicho reactor uno o más tubos que tienen situados en los mismos uno o más portadores para dicho catalizador monolítico y medio de refrigeración en contacto con dichos tubos; en el que dicho portador de catalizador comprende: un recipiente que contiene un catalizador monolítico, teniendo dicho recipiente una superficie inferior que cierra el recipiente y una falda que se extiende hacia arriba desde la superficie inferior de dicho recipiente hasta una posición por debajo de la posición de una junta y espaciada de la misma, estando dicha falda colocada, de manera que existe un espacio entre una superficie exterior del catalizador monolítico y la falda; y una junta situada en o cerca de la superficie superior del catalizador monolítico y que se extiende desde el catalizador monolítico en una distancia que se extiende más allá de una superficie exterior de la falda; comprendiendo dicho proceso:

(a) introducir los reactivos gaseosos a través de la entrada;

(b) pasar dichos reactivos hacia abajo a través de dicho al menos un tubo a la superficie superior de dicho, o el primer, catalizador monolítico, donde pasan a través del catalizador monolítico;

(c) permitir que se produzca la reacción a medida que el gas de síntesis entra en contacto con el catalizador;

(d) pasar el reactivo sin reaccionar y el producto fuera del catalizador y, a continuación, hacia arriba entre la superficie interior de la falda y la superficie exterior del catalizador monolítico hasta que alcanzan la junta, donde se dirigen sobre el extremo de la falda y se hace que fluyan hacia abajo entre la superficie exterior de la falda y la superficie interior del tubo del reactor donde tiene lugar la transferencia de calor;

(e) repetir las etapas (b) a (d) en cualquier portador de catalizador posterior; y

(f) extraer el producto de la salida.

4. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que una pluralidad de portadores del catalizador están apilados dentro del tubo del reactor.

5. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que se selecciona el espacio anular entre la superficie exterior del recipiente del catalizador y la superficie interior de la pared del tubo para acomodar el caudal de gas requerido manteniendo una transferencia de calor elevada y una caída de presión baja.

6. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el espacio anular entre la superficie exterior del recipiente del catalizador y la superficie interior de la pared del tubo es del orden de aproximadamente 3 mm a aproximadamente 15 mm.

7. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los tubos tienen un diámetro en la región de aproximadamente 75 mm a aproximadamente 200 mm.

8. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que aproximadamente 200 o más portadores están 5 situados dentro de un único tubo.

9. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se utiliza una pluralidad de reactores en paralelo.

10. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el gas sin reaccionar que sale de la salida del 10 reactor, o cada uno de los mismos, se trata para eliminar el calor.

11. Proceso, según la reivindicación 10, en el que se reutiliza el gas sin reaccionar extraído.

12. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dos o más reactores se encuentran en serie. 15

13. Proceso, según la reivindicación 12, en el que los reactores situados en serie están situados en comunicación de fluidos con instalaciones situadas entre cada reactor para eliminar el calor.

14. Proceso, según la reivindicación 12 ó 13, en el que se recicla a cualquier punto adecuado del proceso la corriente 20 que contiene hidrógeno y óxidos de carbono que sale de la última etapa de la serie de reactores interconectados.

15. Proceso, según la reivindicación 14, en el que se recicla al primer reactor la corriente que contiene hidrógeno y óxidos de carbono que sale de la última etapa de la serie de reactores interconectados.

16. Proceso, según la reivindicación 9, en el que los grupos de reactores paralelos están en comunicación en serie con instalaciones situadas entre cada grupo para eliminar el calor.

17. Proceso, según la reivindicación 12 ó 16, en el que el calor se reutiliza y/o se devuelve a refrigeración.

18. Proceso, según la reivindicación 16, en el que se extrae el producto líquido entre cada grupo de reactores paralelos pasando una corriente que contiene hidrógeno y monóxido de carbono a un grupo posterior de reactores en la serie.

19. Proceso, según la reivindicación 18, en el que se recicla a cualquier punto adecuado del proceso la corriente que contiene hidrógeno y monóxido de carbono que sale de la última etapa de una serie de reactores interconectados. 35

20. Proceso, según la reivindicación 19, en el que la corriente se recicla a la entrada del primer reactor.

21. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 20, en el que se puede alimentar una corriente rica en

hidrógeno al segundo y/o uno o más de cualquiera de los reactores posteriores o los reactores posteriores. 40

22. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, en el que la temperatura de reacción es de aproximadamente 150º C a aproximadamente 330º C.

23. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, en el que la presión de reacción es de aproximadamente 45 20 bara a aproximadamente 130 bara.