REACTOR PARA LA PREPARACIÓN DE METANOL.

Un reactor para la producción de metanol, que comprende en una carcasa común una pluralidad de tubos de catalizador con partículas de catalizador sedimentadas en el lado del tubo de los tubos de catalizador,

para la conversión de un gas de síntesis que comprende hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, cada uno en una cantidad para proporcionar un valor de módulo de entrada M, y que contiene una fracción de inertes A, y un agente refrigerante líquido a presión en el lado de la carcasa de los tubos de catalizador que tiene una temperatura de ebullición (TBW) que da como resultado un valor H de entre 0,5 y 1,8 según la ecuación 1, y una relación de volumen bruto de las partículas de catalizador sedimentadas a superficie de los tubos de catalizador (VCAT/ACOOL) que tiene un valor L de entre 0,4 y 5 según la ecuación 2, y en el que Ecuación 1: H = E*Exp(-3978/(TBW[ºC]+273)+12,3)*(1+3978*E*(220-TBW[ºC])/((TBW[ºC]+273) 2 ))/(D*P*9,87); Ecuación 2: VCAT/ACOOL [m 3 /m 2 ] = K*L*((G*DEQ[m]*(220-TBW)) 0,5 );

en las que:

y M = (Y(H2)-Y(CO2))/(Y(CO)+Y(CO2));

A = 1,0-Y(CO)-Y(H2)-Y(CO2)-Y(CH3OH)-Y(H2O);

B = Y(CO)/Y(CO2);

C = 1,0 si M es menor que 2,0, de otro modo C = Exp(-0,2*(M-2,0));

D = (0,072*Ln(B)+0,244)*C*(1,125-2,5*A)*(0,478+P/25,2);

E = Exp((P-13,2)/30,1);

K = 0,027 (constante geométrica);

G = (MW-Y(CH3OH)*32-15,5*J)/(1-D)*29*J);

J = (Y(CO)+Y(CO2)) si M es mayor que 2,0, de otro modo J = Y(H2)*(B+1)/(2*B+3);

DEQ1 = (6*(volumen de una partícula del catalizador de la síntesis de metanol [m 3 ])/3,14) 0,33 con partículas de catalizador del mismo tamaño, y con partículas de catalizador de diferente tamaño;

DEQ2 = (∑w(i)*(DEQ(i) 3 )) 0,33 , en la que w(i) es la fracción ponderal de partículas de catalizador con un diámetro equivalente de DEQ(i)[m];

P [MPa] es la presión absoluta del gas de síntesis en la entrada del reactor;

MW [kg/kmol] es el peso molecular medio del gas de síntesis en la entrada del reactor;

Y(x) [fracción molar] es la concentración de cada componente en la entrada del reactor;

LN es el logaritmo natural con la base numérica 2,71828;

Exp es el antilogaritmo natural o la función exponencial con base numérica 2,71828.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/000972.

Solicitante: HALDOR TOPSOE A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Nymollevej 55 2800 Lyngby DINAMARCA.

Inventor/es: THORHAUGE,MAX.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 12 de Febrero de 2009.

Clasificación PCT:

  • B01J8/02 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL.B01J PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS, QUIMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS (procedimientos o aparatos para usos específicos, ver las clases correspondientes a los procedimientos o al equipo, p. ej. F26B 3/08). › B01J 8/00 Procedimientos químicos o físicos en general, llevados a cabo en presencia de fluidos y partículas sólidas; Aparatos para tales procedimientos (procedimientos o dispositivos para la granulación de sustancias B01J 2/00; hornos F27B). › con partículas inmóviles, p. ej. en lechos fijos.
  • B01J8/06 B01J 8/00 […] › en reactores tubulares; las partículas sólidas están dispuestas en tubos.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania, Bosnia y Herzegovina, Bulgaria, República Checa, Estonia, Croacia, Hungría, Islandia, Noruega, Polonia, Eslovaquia, Turquía, Malta, Serbia.

PDF original: ES-2372670_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a la producción industrial de metanol por conversión de un gas de síntesis que contiene hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono en presencia de un catalizador de la síntesis de metanol. La invención se refiere en particular a un reactor que permite una condición de equilibrio mejorada de la reacción del metanol, y de ese modo la recirculación reducida o eliminada del gas de síntesis mediante una separación in situ de metanol a medida que se forma a partir del gas de síntesis. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La preparación de metanol se basa en las siguientes tres reacciones en el equilibrio: (1) CO + 2 H2 <=> CH3OH (2) CO2 + 3 H2 <=> CH3OH + H2O (3) CO + H2O <=> CO2 + H2 Debido al equilibrio, sólo 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 US nº 4.731.387. En un reactor de flujo percolador de gas-sólido, el metanol se elimina mediante un material de absorción, y de ese modo mejora la condición de equilibrio. Después de haber pasado el reactor, el metanol se desorbe del material de absorción, y el material de absorción se recicla a la entrada del reactor. Los inconvenientes de tal sistema radican en la complejidad del sistema, lo que da como resultado dificultades operacionales y un mayor coste de inversión. Otra forma de superar las limitaciones del equilibrio se describe en la patente US nº 5.262.443, en la que el reactor catalítico se opera a una temperatura y presión en las que una parte del metanol producido se condensa en el lecho de catalizador. Aplicando esta invención, es posible reducir o eliminar la recirculación cara del gas de síntesis. Sin embargo, hay dos inconvenientes al operar de esta manera. A fin de operar por debajo del punto de rocío del gas, la temperatura del catalizador se ha de reducir por debajo del nivel óptimo de temperatura para la reacción catalítica. La menor temperatura da como resultado una menor actividad, lo que incrementa el volumen de catalizador necesario 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 están llenos de metanol, la velocidad de difusión y la actividad catalítica se reducen de forma muy importante. Estos dos problemas reducen la actividad catalítica varias veces en comparación con la actividad obtenida en el procedimiento de síntesis del metanol convencional. Como consecuencia de la actividad reducida, se ha de incrementar el tamaño del reactor condensador, dando como resultado reactores que son más caros que los reactores convencionales con el reciclaje del gas de síntesis. SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona en general un diseño mejorado de un método catalítico y reactor para la producción de metanol en condiciones de equilibrio, mediante el cual el metanol, según se forma, se separa de la fase gaseosa en la fase líquida dentro del reactor sin reducir la actividad catalítica del catalizador del metanol. Esto se logra ajustando el punto o temperatura de ebullición de un agente refrigerante líquido que está en contacto indirecto con las partículas del catalizador, y proporcionando una relación específica de volumen de lecho de catalizador a área superficial refrigerante. De ese modo, la condensación del metanol, a medida que se forma en la fase gaseosa, tiene lugar en la superficie refrigerante que está dispuesta uniformemente distribuida en el reactor. Más particularmente, la invención es un reactor para la producción de metanol según las reivindicaciones 1 a 3. Una realización específica del reactor se define en la reivindicación 4. La invención proporciona además un método para la producción de metanol según las reivindicaciones 5 a 7. Realizaciones específicas de la invención serán manifiestas a partir de la descripción detallada de la invención. 2 E09714360 24-11-2011   DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN E09714360 24-11-2011 En general, el tipo de reactor para uso en la invención es de poca importancia. La temperatura o punto de ebullición requerido del agente refrigerante líquido será el mismo para cualquiera de los tipos de reactor, y el volumen de catalizador a área superficial refrigerante será idéntico después de la corrección para la diferente geometría. 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 transferido total. Para reactores que originan vapores, la temperatura media estará próxima a la temperatura del punto de burbujeo del agente refrigerante líquido. Los reactores de metanol más útiles son los tipos de reactor que originan vapor. Los tres tipos principales de reactor de metanol que origina vapor son: reactor tipo 1, en el que el gas de síntesis entra en la parte superior del lecho de catalizador y el lecho de catalizador está rodeado indirectamente por el agente refrigerante líquido, y el gas de síntesis y el metanol líquido condensado se mueven hacia abajo a contracorriente. En la Figura 8 en los dibujos se muestra un ejemplo de tal reactor. Reactor tipo 2, en el que el gas de síntesis entra en la parte superior del lecho de catalizador y el agente refrigerante líquido está rodeado indirectamente por un lecho de catalizador, y el gas de síntesis y el líquido condensado se mueven hacia abajo a contracorriente. En la Figura 9 se muestra un ejemplo de tal reactor. Reactor tipo 3, en el que el gas de síntesis entra perpendicular al eje del reactor cilíndrico y el agente refrigerante líquido está rodeado indirectamente con un lecho de catalizador, y el gas de síntesis y el metanol líquido condensado pasan de manera radial a través del reactor. En la Figura 11 se muestra un ejemplo de tal reactor. La expresión rodeado indirectamente, mencionada aquí anteriormente y en lo siguiente, se refiere al principio conocido habitualmente de intercambio de calor indirecto, en el que un agente refrigerante o calefactor está en contacto térmico indirecto con otro fluido que se separa del agente refrigerante/calefactor mediante una superficie de transferencia de calor en forma de, por ejemplo, una pared de un tubo o una placa de un intercambiador de calor. A fin de obtener que la condensación de metanol, a medida que se forma en el lecho de catalizador, tenga lugar sustancialmente en una superficie refrigerante según la invención, se han de cumplir dos medidas contradictorias: 1. Tener una temperatura suficientemente elevada en el lecho de catalizador, y el flujo térmico ha de ser pequeño. Esto se puede lograr disminuyendo el área de refrigeración o incrementando la temperatura del agente refrigerante. 2. Una temperatura suficientemente elevada requiere una producción elevada de calor o una velocidad elevada de reacción. Si el gas de síntesis del metanol está en equilibrio termodinámico con el metanol, la reacción catalítica llegará a detenerse, y por tanto se desvanecerá la producción de calor. Por lo tanto, es necesario asegurarse que el metanol producido es transportado a la superficie refrigerante a una velocidad elevada. Esto se puede lograr incrementando el área de refrigeración, o disminuyendo la temperatura del agente refrigerante líquido. Mediante la invención, la actividad catalítica se mantiene elevada, evitando la condensación mediante el ajuste de la relación entre el volumen de catalizador y el área superficial de refrigeración, junto con una temperatura específica del agente refrigerante líquido como se describe con detalle más abajo. La longitud del camino de transporte del metanol que se produce en el lecho de catalizador se ajusta a una longitud a la que la concentración de metanol en el lecho de catalizador es adecuadamente baja de manera que el calor de la reacción aumenta hasta una temperatura, en la que compensa la cantidad de calor eliminado por la misma longitud de transporte. Al mismo tiempo, asegura que la temperatura de la superficie refrigerante es suficientemente baja de manera que tiene lugar la condensación, y la temperatura del lecho de catalizador es tan alta que se evita la condensación sobre el catalizador y se mantiene una velocidad de reacción elevada. Este efecto es lograble a una temperatura específica de la superficie refrigerante. El calor que es necesario eliminar del reactor es de tal magnitud que, para cualquier razón práctica, sólo se puede eliminar mediante calor de evaporación o mediante intercambio de calor con un agente refrigerante líquido. La temperatura de la superficie del área refrigerante está próxima a la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un reactor para la producción de metanol, que comprende en una carcasa común una pluralidad de tubos de catalizador con partículas de catalizador sedimentadas en el lado del tubo de los tubos de catalizador, para la conversión de un gas de síntesis que comprende hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, cada uno en una cantidad para proporcionar un valor de módulo de entrada M, y que contiene una fracción de inertes A, y un agente refrigerante líquido a presión en el lado de la carcasa de los tubos de catalizador que tiene una temperatura de ebullición (TBW) que da como resultado un valor H de entre 0,5 y 1,8 según la ecuación 1, y una relación de volumen bruto de las partículas de catalizador sedimentadas a superficie de los tubos de catalizador (VCAT/ACOOL) que tiene un valor L de entre 0,4 y 5 según la ecuación 2, y en el que Ecuación 1: H = E*Exp(-3978/(TBW[ºC]+273)+12,3)*(1+3978*E*(220-TBW[ºC])/((TBW[ºC]+273) 2 ))/(D*P*9,87); Ecuación 2: VCAT/ACOOL [m 3 /m 2 ] = K*L*((G*DEQ[m]*(220-TBW)) 0,5 ); en las que: y y   M = (Y(H2)-Y(CO2))/(Y(CO)+Y(CO2)); A = 1,0-Y(CO)-Y(H2)-Y(CO2)-Y(CH3OH)-Y(H2O); B = Y(CO)/Y(CO2); C = 1,0 si M es menor que 2,0, de otro modo C = Exp(-0,2*(M-2,0)); D = (0,072*Ln(B)+0,244)*C*(1,125-2,5*A)*(0,478+P/25,2); E = Exp((P-13,2)/30,1); K = 0,027 (constante geométrica); G = (MW-Y(CH3OH)*32-15,5*J)/(1-D)*29*J); J = (Y(CO)+Y(CO2)) si M es mayor que 2,0, de otro modo J = Y(H2)*(B+1)/(2*B+3); DEQ1 = (6*(volumen de una partícula del catalizador de la síntesis de metanol [m 3 ])/3,14) 0,33 con partículas de catalizador del mismo tamaño, y con partículas de catalizador de diferente tamaño; DEQ2 = (w(i)*(DEQ(i) 3 )) 0,33 , en la que w(i) es la fracción ponderal de partículas de catalizador con un diámetro equivalente de DEQ(i)[m]; P [MPa] es la presión absoluta del gas de síntesis en la entrada del reactor; MW [kg/kmol] es el peso molecular medio del gas de síntesis en la entrada del reactor; Y(x) [fracción molar] es la concentración de cada componente en la entrada del reactor; LN es el logaritmo natural con la base numérica 2,71828; Exp es el antilogaritmo natural o la función exponencial con base numérica 2,71828. 2. Un reactor para la producción de metanol, que comprende en una carcasa común un lecho de catalizador que sostiene una carga de catalizador para una conversión de un gas de síntesis en metanol, comprendiendo el gas de síntesis hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, cada uno en una cantidad para proporcionar un valor de módulo de entrada M, y comprendiendo una fracción de inertes A, y en la carga de catalizador una unidad de intercambio de calor, consistiendo la unidad de intercambio de calor en una pluralidad de tubos o tubos con aletas o una pluralidad de intercambiadores de calor de placas que están distribuidos uniformemente en la carga de catalizador y que forman una superficie refrigerante, enfriándose la unidad de intercambio de calor mediante un agente refrigerante líquido a presión, en el que la temperatura de ebullición del agente refrigerante líquido tiene una temperatura de ebullición (TBW) que da como resultado un valor H entre 0,5 y 1,8 calculado por medio de la ecuación 1, y en el que la relación de volumen bruto de la carga de catalizador a superficie de la unidad de intercambio de calor (VCAT/ACOOL) se ajusta para dar como resultado un valor L de entre 0,4 y 5 calculado por medio de la ecuación 2, y en el que 9 E09714360 24-11-2011 Ecuación 1: H = E*Exp(-3978/(TBW[ºC]+273)+12,3)*(1+3978*E*(220-TBW[ºC])/((TBW[ºC]+273) 2 ))/(D*P*9,87); Ecuación 2: VCAT/ACOOL [m 3 /m 2 ] = K*L*((G*DEQ[m]*(220-TBW)) 0,5 ); en las que: y   M = (Y(H2)-Y(CO2))/(Y(CO)+Y(CO2)); A = 1,0-Y(CO)-Y(H2)-Y(CO2)-Y(CH3OH)-Y(H2O); B es Y(CO)/Y(CO2); C = 1,0 si M es menor que 2,0; de otro modo C = Exp(-0,2*(M-2,0)); D = (0,072*Ln(B)+0,244)*C*(1,125-2,5*A)*(0,478+P/25,2); E = Exp((P-13,2)/30,1); K = 0,045 (constante geométrica); G = (MW-Y(CH3OH)*32-15,5*J)/(1-D)*29*J); J = (Y(CO)+Y(CO2)) si M es mayor que 2,0, de otro modo J = Y(H2)*(B+1)/(2*B+-3); DEQ1 = (6*(volumen de una partícula del catalizador de la síntesis de metanol [m 3 ])/3,14) 0,33 con partículas de catalizador del mismo tamaño, y con partículas de catalizador de diferente tamaño; DEQ2 = (w(i)*(DEQ(i) 3 )) 0,33 , en la que w(i) es la fracción ponderal de partículas de catalizador con un diámetro equivalente de DEQ(i)[m]; P [MPa] es la presión absoluta del gas de síntesis en la entrada del reactor; MW [kg/kmol] es el peso molecular medio del gas de síntesis en la entrada del reactor; LN es el logaritmo natural con la base numérica 2,71828; y Exp es el antilogaritmo natural o la función exponencial con base numérica 2,71828. 3. Un reactor para la producción de metanol, que comprende en una carcasa común un lecho de catalizador que contiene partículas de catalizador para la conversión de un gas de síntesis en metanol, comprendiendo el gas de síntesis hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, en una cantidad para proporcionar un valor de módulo de entrada M, y conteniendo una fracción de inertes A, medios para proporcionar una dirección del flujo del gas de síntesis perpendicular al eje de la carcasa del reactor, estando dispuesta una unidad de intercambio de calor dentro del lecho de catalizador, consistiendo la unidad de intercambio de calor en una pluralidad de tubos, tubos con aletas o una pluralidad de intercambiadores de calor de placas que están distribuidos uniformemente en el lecho de catalizador formando una superficie refrigerante, en el que la unidad de intercambio de calor se enfría mediante un agente refrigerante líquido a presión, que tiene una temperatura de ebullición (TBW) que da como resultado un valor H entre 0,5 y 1,8 calculado por medio de la ecuación 1, y en el que la relación de volumen bruto de las partículas de catalizador a superficie de la unidad de intercambio de calor (VCAT/ACOOL) se ajusta para dar como resultado un valor L de entre 0,4 y 15 calculado por medio de la ecuación 2, y en el que Ecuación 1: H = E*Exp(-3978/(TBW[ºC]+273)+12,3)*(1+3978*E*(220-TBW[ºC])/((TBW[ºC]+273) 2 ))/(D*P*9,87); Ecuación 2: VCAT/ACOOL [m 3 /m 2 ] = K*L*((G*DEQ[m]*(220-TBW)) 0,5 ); en las que: M = (Y(H2)-Y(CO2))/(Y(CO)+Y(CO2)); A = 1,0-Y(CO)-Y(H2)-Y(CO2)-Y(CH3OH)-Y(H2O); B = Y(CO)/Y(CO2); C = 1,0 si M es menor que 2,0; de otro modo C = Exp(-0,2*(M-2,0)); E09714360 24-11-2011   D = (0,072*Ln(B)+0,244)*C*(1,125-2,5*A)*(0,478+P/25,2); E = Exp((P-13,2)/30,1); K = 0,020 (constante geométrica); G = (MW-Y(CH3OH)*32-15,5*J)/(1-D)*29*J); J = (Y(CO)+Y(CO2)) si M es mayor que 2,0, de otro modo J = Y(H2)*(B+1)/(2*B+3); DEQ1 = (6*(volumen de una partícula del catalizador de la síntesis de metanol [m 3 ])/3,14) 0,33 con partículas de catalizador del mismo tamaño, y con partículas de catalizador de diferente tamaño; DEQ2 = (w(i)*(DEQ(i) 3 )) 0,13 , en la que w(i) es la fracción ponderal de partículas de catalizador con un diámetro equivalente de DEQ(i)[m]; y P [MPa] es la presión absoluta del gas de síntesis en la entrada del reactor; MW [kg/kmol] es el peso molecular medio del gas de síntesis en la entrada del reactor; Y(x) [fracción molar] es la concentración de cada componente en la entrada del reactor; LN es el logaritmo natural con la base numérica 2,71828; y Exp es el antilogaritmo natural o la función exponencial con base numérica 2,71828. 4. Un reactor para la producción de metanol según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende dentro de la carcasa común medios calefactores adaptados para mantener indirectamente la temperatura de las partículas de catalizador por encima del punto de rocío del metanol con un agente calefactor, teniendo el medio calefactor una superficie de manera que la relación de la superficie de los medios calefactores a los medios refrigerantes está entre 0,3 y 3,0. 5. Un método para producir metanol en un reactor según la reivindicación 1 ó 4, que comprende las etapas de convertir un gas de síntesis de metanol en un reactor que comprende en una carcasa común una pluralidad de tubos de catalizador con partículas de catalizador sedimentadas en el lado del tubo de los tubos de catalizador en una relación de volumen bruto de las partículas de catalizador sedimentadas a superficie de los tubos de catalizador (VCAT/ACOOL) que tiene un valor L de entre 0,4 y 5 según la ecuación 2, comprendiendo el gas de síntesis hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, cada uno en una cantidad para proporcionar un módulo de entrada con un valor M y conteniendo una fracción de inertes A, y haciendo reaccionar el gas de síntesis en presencia de un agente refrigerante líquido a presión que está en el lado de la carcasa de los tubos de catalizador, en el que el agente refrigerante líquido se ajusta a una temperatura de ebullición (TBW) que da como resultado un valor H entre 0,5 y 1,8 según la ecuación 1, y en el que Ecuación 1: H = E*Exp(-3978/(TBW[ºC]+273)+12,3)*(1+3978*E*(220-TBW[ºC])/((TBW[ºC]+273) 2 ))/(D*P*9,87); Ecuación 2: VCAT/ACOOL [m 3 /m 2 ] = K*L*((G*DEQ[m]*(220-TBW)) 0,5 ); en las que: M = (Y(H2)-Y(CO2))/(Y(CO)+Y(CO2)); A = 1,0-Y(CO)-Y(H2)-Y(CO2)-Y(CH3OH)-Y(H2O); B = Y(CO)/Y(CO2); C = 1,0 si M es menor que 2,0; de otro modo C = Exp(-0,2*(M-2,0)); D = (0,072*Ln(B)+0,244)*C*(1,125-2,5*A)*(0,478+P/25,2); E = Exp((P-13,2)/30,1); K = 0,027 (constante geométrica); G = (MW-Y(CH3OH)*32-15,5*J)/(1-D)*29*J); J = (Y(CO)+Y(CO2)) si M es mayor que 2,0, de otro modo J = Y(H2)*(B+1)/(2*B+3); DEQ1 = (6*(volumen de una partícula del catalizador de la síntesis de metanol [m 3 ])/3,14) 0,33 con partículas de catalizador del mismo tamaño, y con partículas de catalizador de diferente tamaño; 11 E09714360 24-11-2011 y y   DEQ2 = (w(i)*(DEQ(i) 3 )) 0,33 , en la que w(i) es la fracción ponderal de partículas de catalizador con un diámetro equivalente de DEQ(i)[m]; P [MPa] es la presión absoluta del gas de síntesis en la entrada del reactor; MW [kg/kmol] es el peso molecular medio del gas de síntesis en la entrada del reactor; Y(x) [fracción molar] es la concentración de cada componente en la entrada del reactor; LN es el logaritmo natural con la base numérica 2,71828; Exp es el antilogaritmo natural o la función exponencial con base numérica 2,71828. 6. Un método para producir metanol en un reactor según la reivindicación 2 ó 4, que comprende la etapa de convertir un gas de síntesis de metanol en un reactor que comprende en una carcasa común un lecho catalítico que sostiene una carga de catalizador para la conversión de un gas de síntesis en metanol y una unidad de intercambio de calor dentro de la carga de catalítica, consistiendo la unidad de intercambio de calor en una pluralidad de tubos o tubos con aletas o una pluralidad de intercambiadores de calor de placas que están distribuidos uniformemente en la carga de catalizador y que forman una superficie refrigerante, enfriándose la unidad de intercambio de calor mediante un agente refrigerante líquido a presión, comprendiendo el gas de síntesis hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, cada uno en una cantidad para proporcionar un valor de módulo de entrada M y conteniendo una fracción de inertes A, en el que la temperatura de ebullición del agente refrigerante líquido se ajusta a una temperatura (TBW) que da como resultado un valor H de entre 0,5 y 1,8 calculado por medio de la ecuación 1, y en el que la relación de volumen bruto de la carga de catalizador a superficie de la unidad de intercambio de calor (VCAT/ACOOL) se ajusta para dar como resultado un valor L de entre 0,4 y 5 calculado por medio de la ecuación 2, y en el que Ecuación 1: H = E*Exp(-3978/(TBW[ºC]+273)+12,3)*(1+3978*E*(220-TBW[ºC])/((TBW[ºC]+273) 2 ))/(D*P*9,87); Ecuación 2: VCAT/ACOOL [m 3 /m 2 ] = K*L*((G*DEQ[m]*(220-TBW)) 0,5 ); en las que: M = (Y(H2)-Y(CO2))/(Y(CO)+Y(CO2)); A = 1,0-Y(CO)-Y(H2)-Y(CO2)-Y(CH3OH)-Y(H2O); B es Y(CO)/Y(CO2); C = 1,0 si M es menor que 2,0; de otro modo C = Exp(-0,2*(M-2,0)); D = (0,072*Ln(B)+0,244)*C*(1,125-2,5*A)*(0,478+P/25,2); E = Exp((P-13,2)/30,1); K = 0,045 (constante geométrica); G = (MW-Y(CH3OH)*32-15,5*J)/(1-D)*29*J); J = (Y(CO)+Y(CO2)) si M es mayor que 2,0, de otro modo J = Y(H2)*(B+1)/(2*B+3); DEQ1 = (6*(volumen de una partícula del catalizador de la síntesis de metanol [m 3 ])/3,14) 0,33 con partículas de catalizador del mismo tamaño, y con partículas de catalizador de diferente tamaño; DEQ2 = (w(i)*(DEQ(i) 3 )) 0,33 , en la que w(i) es la fracción ponderal de partículas de catalizador con un diámetro equivalente de DEQ(i)[m]; y P [MPa] es la presión absoluta del gas de síntesis en la entrada del reactor; MW [kg/kmol] es el peso molecular medio del gas de síntesis en la entrada del reactor; Y(x) [fracción molar] es la concentración de cada componente en la entrada del reactor; LN es el logaritmo natural con la base numérica 2,71828; y 12 E09714360 24-11-2011   Exp es el antilogaritmo natural o la función exponencial con base numérica 2,71828. 7. Un método para producir metanol en un reactor según la reivindicación 3 ó 4, que comprende la etapa de convertir un gas de síntesis de metanol en un reactor que comprende en una carcasa común un lecho de catalizador que contiene partículas de catalizador para la conversión de un gas de síntesis en metanol, estando dispuesta una unidad de intercambio de calor dentro del lecho de catalizador, consistiendo la unidad de intercambio de calor en una pluralidad de tubos, tubos con aletas o una pluralidad de intercambiadores de calor de placas que están distribuidos uniformemente en el lecho de catalizador formando una superficie refrigerante, hacer pasar el gas de síntesis en una dirección del flujo a través del lecho de catalizador que es perpendicular al eje de la carcasa del reactor, comprendiendo el gas de síntesis hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono, en una cantidad para proporcionar un valor de módulo de entrada M y conteniendo una fracción de inertes A, en el que la unidad de intercambio de calor se enfría mediante un agente refrigerante líquido a presión, que tiene una temperatura de ebullición (TBW) que da como resultado un valor H entre 0,5 y 1,8 calculado por medio de la ecuación 1, y en el que la relación de volumen bruto de las partículas de catalizador a superficie de la unidad de intercambio de calor (VCAT/ACOOL) se ajusta para dar como resultado un valor L de entre 0,4 y 15 calculado por medio de la ecuación 2, y en el que Ecuación 1: H = E*Exp(-3978/(TBW[ºC]+273)+12,3)*(1+3978*E*(220-TBW[ºC])/((TBW[ºC]+273) 2 ))/(D*P*9,87); Ecuación 2: VCAT/ACOOL [m 3 /m 2 ] = K*L*((G*DEQ[m]*(220-TBW)) 0,5 ); en las que: M = (Y(H2)-Y(CO2))/(Y(CO)+Y(CO2)); A = 1,0-Y(CO)-Y(H2)-Y(CO2)-Y(CH3OH)-Y(H2O); B = Y(CO)/Y(CO2); C = 1,0 si M es menor que 2,0; de otro modo C = Exp(-0,2*(M-2,0)); D = (0,072*LN(B)+0,244)*C*(1,125-2,5*A)*(0,478+P/25,2); E = Exp((P-13,2)/30,1); K = 0,02 (constante geométrica); G = (MW-Y(CH3OH)*32-15,5*J)/(1-D)*29*J); J = (Y(CO)+Y(CO2)) si M es mayor que 2,0, de otro modo J = Y(H2)*(B+1)/(2*B+3); DEQ1 = (6*(volumen de una partícula del catalizador de la síntesis de metanol [m 3 ])/3,14) 0,33 con partículas de catalizador del mismo tamaño, y con partículas de catalizador de diferente tamaño; DEQ2 = (w(i)*(DEQ(i) 3 )) 0,33 , en la que w(i) es la fracción ponderal de partículas de catalizador con un diámetro equivalente de DEQ(i)[m]; y P [MPa] es la presión absoluta del gas de síntesis en la entrada del reactor; MW [kg/kmol] es el peso molecular medio del gas de síntesis en la entrada del reactor; Y(x) [fracción molar] es la concentración de cada componente en la entrada del reactor; LN es el logaritmo natural con la base numérica 2,71828; y Exp es el antilogaritmo natural o la función exponencial con base numérica 2,71828. 13 E09714360 24-11-2011   14 E09714360 24-11-2011   E09714360 24-11-2011   16 E09714360 24-11-2011   17 E09714360 24-11-2011   18 E09714360 24-11-2011   19 E09714360 24-11-2011   E09714360 24-11-2011   21 E09714360 24-11-2011   22 E09714360 24-11-2011   23 E09714360 24-11-2011   24 E09714360 24-11-2011

 

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