JP4837213B2 - メタノールを製造する方法と設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の種類の少なくとも１つの合成段によって加圧下で水素，一酸化炭素及び二酸化炭素からメタノールを合成する方法とそれに対応する設備に関する。
【０００２】
多くの設備又は触媒によるメタノール合成方法が公知である。この場合、これらの解決手段を満たすには、ここではドイツ連邦共和国特許発明第 21 17 060号明細書，ドイツ連邦共和国特許発明第 25 29 591号明細書，ドイツ連邦共和国特許発明第 32 20 995号明細書，ドイツ連邦共和国特許発明第 35 18 362号明細書，米国特許発明第 2 904 575号明細書，及びドイツ連邦共和国特許発明第 41 00 632号明細書が事例として挙げられる。
【０００３】
トリマー加熱器が対応するガス／ガス熱交換器の前に配置されている方法が、国際公開パンフレット第 97/31707 号明細書から公知である。これによって、このガス／ガス熱交換器の温度差が小さくなる。その結果、このガス／ガス熱交換器の面積が広くなる。このような面積の拡張は、本発明によって阻止されなければならない。熱交換器が反応器内に組込まれている技術も、国際公開パンフレット第 97/31707 号明細書中に記されている。このことは、追加の熱交換器を当然に必要とする。何故なら、追加の熱交換器がないと、反応状況が不安定だからである。
【０００４】
本出願人のドイツ連邦共和国特許発明第 40 28 750号明細書中には、炉（そこでは６）が、断熱反応器の入口で必要な反応温度を得るため、及び蒸留中の沸騰容器（そこでは１１）に対する間接加熱器として使用される。そこでは、反応器の反応熱のごく一部だけが反応器入口のガスに対して使用される。そこでは、この沸騰容器は、後続する蒸留を作動させるためだけに使用される。
【０００５】
本出願人のドイツ連邦共和国特許発明第 40 04 862号明細書中には、付加的な熱交換器が記されている。この熱交換器は、そこでは確かに移送熱交換器(Anfahrwaermetauscher)としてだけ使用されるものの、この移送熱交換器の使用は、それ以外の熱交換器の面積を低減させるものではない。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許発明第 41 00 632号明細書中に記すように、反応器を有する多数の合成段を使用すること、これらの合成段で生成されたメタノールを凝縮すること、合成ガスから分離すること、そして個々の反応器ごとに独立したメタノール生成物流体として蒸留することが有益である。反応器から流出するメタノール合成ガス混合物を冷却する場合、それぞれの反応器内に向かう流入流体をガス／ガス熱交換器によって前もって加熱するために、放出すべき熱の少なくとも一部を利用すると効率的である。
【０００７】
しかしながら、最適な回収量を確保するため、常により高い反応温度が必要になるぐらいに、メタノール反応器内で一般に使用される触媒物質が経時中のその触媒物質の活性中に変質することが、長年の稼働における欠点として確認されている。この場合、確かに反応器のガス流入領域後方の領域内では、このようなより高い反応温度は若干の時間の経過後はもはや実現不可能である。反応転化が低下するために、メタノールとメタノール反応の冷却時に一般に結合生成物(Koppelprodukt) として生じる蒸気とが僅かしか生成されない。
【０００８】
本発明の課題は、この説明した欠点を解消すること、特に熱交換面積を節減すること、及び／又は触媒の変動する活性を特に考慮しつつ回収量を高めるという可能性を提供することにある。
【０００９】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の方法と請求項１に記載の特徴によって解決される。この場合、少なくとも１つの合成段において、触媒で充填されたメタノール反応器内で使用されるガス混合物が、このメタノール反応器内に添加される直前に付加的なトリマー加熱器内で加熱される。
【００１０】
本発明の形態は、特に、
−触媒で充填されたメタノール反応器内で使用されるガス混合物の温度が、付加 的なトリマー加熱器によるそのガス混合物の加熱後に測定され、
−このトリマー加熱器の熱供給が、制御され得、そして、
−この付加的なトリマー加熱器が、別の媒体、例えば蒸気で加熱される点にある。
【００１１】
このような方式の主な利点は、流入する流れに対して逆方向に反応器から流出する流れを冷却するガス／ガス熱交換器が明らかに小さく寸法決めされ得る点にある。意外ではあるが、触媒の活性が弱まったときでも、最適な回収量が、反応器の入口の温度を再制御することによって常に確保され得る。
【００１２】
例えば蒸気で加熱するトリマー加熱器が、ガス／ガス熱交換器より何倍にも改良された熱伝達特性を備え、かつ必要な安全補強材(Sicherheitsreserve)も、このトリマー加熱器だけに組込まれ得る。その結果、投資コストがさらに節減される。しかも、触媒の耐用年数期間にわたってトリマー加熱器内で使用すべき蒸気量は、反応転化に起因した損失が発生したときの結合生成物の損失量よりも小さい。その結果、生成される蒸気の量が、蒸気量を追加するにもかかわらず増大する。しかも、トリマー加熱器が始動加熱器として使用され得るならば、このような設備の運転開始期間を著しく短縮させることができる。
【００１３】
この課題は、このような種類の設備を備えた状態で、メタノール反応器に直接供給されるガス混合物を加熱するためのトリマー加熱器が少なくとも１つの合成段に設けられていることによって解決される。
【００１４】
この設備のその他の構成は、その他の装置に係る請求項に記載されている。この場合、これらの設備から奏される利点は、それに対応する方法の利点と一致する。
【００１５】
以下に、本発明のその他の利点，詳細及び特徴を図面に基づいて説明する。
【００１６】
この図面は、メタノール合成設備の通常同一に構成されたその他の多数の段のうちの１つの段を簡略化して示す。
【００１７】
圧縮器２が、流入ガス１を圧縮するために設けられている。この場合、この流入ガスを予備加熱するためのガス／ガス熱交換器３が、別のガス経路内に設けられている。こうして予備加熱されたガスが、配管４を介してトリマー加熱器５に供給される。このトリマー加熱器５は、この流入ガス１を所望の温度に加熱する。温度測定制御装置７が、温度測定のために供給配管６内に設けられている。この場合、最適なガス流入温度が触媒で充填されたメタノール反応器１０内で設定され得るように、蒸気供給９が、蒸気制御弁８によって制御される。
【００１８】
触媒で充填されたメタノール反応器１０内では、流入ガスが熱の発生下で反応する。反応熱が、蒸気１２を給水部１１から発生させるために利用される。熱い生成ガス１３が、その熱エネルギーの一部をガス／ガス交換器３内で放出する。反応器内で生成されたガス状のメタノールが、メタノール凝縮器１４内で合成ガスから凝縮され、凝縮液分離器１５内でその合成ガスから分離され、そして生成メタノール１６として回収される。残りの合成ガス１７は、後続する段で再使用され得る。
【００１９】
本発明の設備では、メタノール反応器１０内の反応が、充填された配管を包囲する冷却媒体（水１１つまり蒸気１２）用の図中に詳しく示さなかった圧力制御部によって主に制御される。触媒の活性が弱まった場合は、反応器内の全体の温度レベルを上げる必要がある。このことは、冷却媒体の圧力を上げる制御によって実行される。これによって、冷却媒体の蒸気温度が上昇する。その結果、触媒内の温度が上がり、出口温度１３が同様に上がる。
【００２０】
配管４内の温度が、熱交換器３によって同様に上がるものの、まだ最適な反応条件を得るために必要な程度ではない。このことは、トリマー加熱器５によって解決される。一方では温度差が大きくなることによって、他方では従来の安全補強材(Sicherheitszuschlag) が省略され得ることによって、しかもそれ故に、熱の伝達が、トリマー加熱器内で係数７程度より良好であるために、トリマー加熱器５が、ガス／ガス熱交換器３に必要な面積を省略するという重要な課題を解決することが分かる。それ故に熱交換器のときよりも非常に小さい安全補助剤の面積は、本発明の重要な利点である。
【００２１】
当然に、説明した本発明の実施の形態は、本発明の範囲を超えることなしにいろいろな点で変更することができる。したがって、例えばトリマー加熱器を場合によっては２段式等に構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 メタノール合成設備の通常同一に構成されるその他の多数の段のうちの１つの段を簡略化して示す。
【符号の説明】
１ 流入ガス
２ 圧縮器
３ ガス／ガス熱交換器
４ 配管
５ トリマー加熱器
６ 供給配管
７ 温度測定制御装置
８ 蒸気制御弁
９ 蒸気供給
１０ メタノール反応器
１１ 給水部、水
１２ 蒸気
１３ 熱い生成ガス，出口温度
１４ メタノール凝縮器（コンデンサ）
１５ 凝縮液分離器
１６ 生成メタノール
１７ 合成ガス
本発明は、請求項１の上位概念に記載の種類の少なくとも１つの合成段によって加圧下で水素，一酸化炭素及び二酸化炭素からメタノールを合成する方法とそれに対応する設備に関する。
【０００２】
多くの設備又は触媒によるメタノール合成方法が公知である。この場合、これらの解決手段を満たすには、ここではドイツ連邦共和国特許発明第 21 17 060号明細書，ドイツ連邦共和国特許発明第 25 29 591号明細書，ドイツ連邦共和国特許発明第 32 20 995号明細書，ドイツ連邦共和国特許発明第 35 18 362号明細書，米国特許発明第 2 904 575号明細書，及びドイツ連邦共和国特許発明第 41 00 632号明細書が事例として挙げられる。
【０００３】
トリマー加熱器が対応するガス／ガス熱交換器の前に配置されている方法が、国際公開パンフレット第 97/31707 号明細書から公知である。これによって、このガス／ガス熱交換器の温度差が小さくなる。その結果、このガス／ガス熱交換器の面積が広くなる。このような面積の拡張は、本発明によって阻止されなければならない。熱交換器が反応器内に組込まれている技術も、国際公開パンフレット第 97/31707 号明細書中に記されている。このことは、追加の熱交換器を当然に必要とする。何故なら、追加の熱交換器がないと、反応状況が不安定だからである。
【０００４】
本出願人のドイツ連邦共和国特許発明第 40 28 750号明細書中には、炉（そこでは６）が、断熱反応器の入口で必要な反応温度を得るため、及び蒸留中の沸騰容器（そこでは１１）に対する間接加熱器として使用される。そこでは、反応器の反応熱のごく一部だけが反応器入口のガスに対して使用される。そこでは、この沸騰容器は、後続する蒸留を作動させるためだけに使用される。
【０００５】
本出願人のドイツ連邦共和国特許発明第 40 04 862号明細書中には、付加的な熱交換器が記されている。この熱交換器は、そこでは確かに移送熱交換器(Anfahrwaermetauscher)としてだけ使用されるものの、この移送熱交換器の使用は、それ以外の熱交換器の面積を低減させるものではない。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許発明第 41 00 632号明細書中に記すように、反応器を有する多数の合成段を使用すること、これらの合成段で生成されたメタノールを凝縮すること、合成ガスから分離すること、そして個々の反応器ごとに独立したメタノール生成物流体として蒸留することが有益である。反応器から流出するメタノール合成ガス混合物を冷却する場合、それぞれの反応器内に向かう流入流体をガス／ガス熱交換器によって前もって加熱するために、放出すべき熱の少なくとも一部を利用すると効率的である。
【０００７】
しかしながら、最適な回収量を確保するため、常により高い反応温度が必要になるぐらいに、メタノール反応器内で一般に使用される触媒物質が経時中のその触媒物質の活性中に変質することが、長年の稼働における欠点として確認されている。この場合、確かに反応器のガス流入領域後方の領域内では、このようなより高い反応温度は若干の時間の経過後はもはや実現不可能である。反応転化が低下するために、メタノールとメタノール反応の冷却時に一般に結合生成物(Koppelprodukt) として生じる蒸気とが僅かしか生成されない。
【０００８】
本発明の課題は、この説明した欠点を解消すること、特に熱交換面積を節減すること、及び／又は触媒の変動する活性を特に考慮しつつ回収量を高めるという可能性を提供することにある。
【０００９】
本発明の課題は、冒頭で述べた種類の方法と請求項１に記載の特徴によって解決される。この場合、少なくとも１つの合成段において、触媒で充填されたメタノール反応器内で使用されるガス混合物が、このメタノール反応器内に添加される直前に付加的なトリマー加熱器内で加熱される。
【００１０】
本発明の形態は、特に、
−触媒で充填されたメタノール反応器内で使用されるガス混合物の温度が、付加 的なトリマー加熱器によるそのガス混合物の加熱後に測定され、
−このトリマー加熱器の熱供給が、制御され得、そして、
−この付加的なトリマー加熱器が、別の媒体、例えば蒸気で加熱される点にある。
【００１１】
このような方式の主な利点は、流入する流れに対して逆方向に反応器から流出する流れを冷却するガス／ガス熱交換器が明らかに小さく寸法決めされ得る点にある。意外ではあるが、触媒の活性が弱まったときでも、最適な回収量が、反応器の入口の温度を再制御することによって常に確保され得る。
【００１２】
例えば蒸気で加熱するトリマー加熱器が、ガス／ガス熱交換器より何倍にも改良された熱伝達特性を備え、かつ必要な安全補強材(Sicherheitsreserve)も、このトリマー加熱器だけに組込まれ得る。その結果、投資コストがさらに節減される。しかも、触媒の耐用年数期間にわたってトリマー加熱器内で使用すべき蒸気量は、反応転化に起因した損失が発生したときの結合生成物の損失量よりも小さい。その結果、生成される蒸気の量が、蒸気量を追加するにもかかわらず増大する。しかも、トリマー加熱器が始動加熱器として使用され得るならば、このような設備の運転開始期間を著しく短縮させることができる。
【００１３】
この課題は、このような種類の設備を備えた状態で、メタノール反応器に直接供給されるガス混合物を加熱するためのトリマー加熱器が少なくとも１つの合成段に設けられていることによって解決される。
【００１４】
この設備のその他の構成は、その他の装置に係る請求項に記載されている。この場合、これらの設備から奏される利点は、それに対応する方法の利点と一致する。
【００１５】
以下に、本発明のその他の利点，詳細及び特徴を図面に基づいて説明する。
【００１６】
この図面は、メタノール合成設備の通常同一に構成されたその他の多数の段のうちの１つの段を簡略化して示す。
【００１７】
圧縮器２が、流入ガス１を圧縮するために設けられている。この場合、この流入ガスを予備加熱するためのガス／ガス熱交換器３が、別のガス経路内に設けられている。こうして予備加熱されたガスが、配管４を介してトリマー加熱器５に供給される。このトリマー加熱器５は、この流入ガス１を所望の温度に加熱する。温度測定制御装置７が、温度測定のために供給配管６内に設けられている。この場合、最適なガス流入温度が触媒で充填されたメタノール反応器１０内で設定され得るように、蒸気供給９が、蒸気制御弁８によって制御される。
【００１８】
触媒で充填されたメタノール反応器１０内では、流入ガスが熱の発生下で反応する。反応熱が、蒸気１２を給水部１１から発生させるために利用される。熱い生成ガス１３が、その熱エネルギーの一部をガス／ガス交換器３内で放出する。反応器内で生成されたガス状のメタノールが、メタノール凝縮器１４内で合成ガスから凝縮され、凝縮液分離器１５内でその合成ガスから分離され、そして生成メタノール１６として回収される。残りの合成ガス１７は、後続する段で再使用され得る。
【００１９】
本発明の設備では、メタノール反応器１０内の反応が、充填された配管を包囲する冷却媒体（水１１つまり蒸気１２）用の図中に詳しく示さなかった圧力制御部によって主に制御される。触媒の活性が弱まった場合は、反応器内の全体の温度レベルを上げる必要がある。このことは、冷却媒体の圧力を上げる制御によって実行される。これによって、冷却媒体の蒸気温度が上昇する。その結果、触媒内の温度が上がり、出口温度１３が同様に上がる。
【００２０】
配管４内の温度が、熱交換器３によって同様に上がるものの、まだ最適な反応条件を得るために必要な程度ではない。このことは、トリマー加熱器５によって解決される。一方では温度差が大きくなることによって、他方では従来の安全補強材(Sicherheitszuschlag) が省略され得ることによって、しかもそれ故に、熱の伝達が、トリマー加熱器内で係数７程度より良好であるために、トリマー加熱器５が、ガス／ガス熱交換器３に必要な面積を省略するという重要な課題を解決することが分かる。それ故に熱交換器のときよりも非常に小さい安全補助剤の面積は、本発明の重要な利点である。
【００２１】
当然に、説明した本発明の実施の形態は、本発明の範囲を超えることなしにいろいろな点で変更することができる。したがって、例えばトリマー加熱器を場合によっては２段式等に構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 メタノール合成設備の通常同一に構成されるその他の多数の段のうちの１つの段を簡略化して示す。
【符号の説明】
１ 流入ガス
２ 圧縮器
３ ガス／ガス熱交換器
４ 配管
５ トリマー加熱器
６ 供給配管
７ 温度測定制御装置
８ 蒸気制御弁
９ 蒸気供給
１０ メタノール反応器
１１ 給水部、水
１２ 蒸気
１３ 熱い生成ガス，出口温度
１４ メタノール凝縮器（コンデンサ）
１５ 凝縮液分離器
１６ 生成メタノール
１７ 合成ガス
Claims (6)
- 触媒で充填された少なくとも１つのメタノール反応器を有する少なくとも１つの合成段によって加圧下で水素、一酸化炭素及び二酸化炭素からメタノールを合成し、この場合、多数の段の少なくとも１つの段が、圧縮器を備え、このとき、全ての合成段が、メタノール用の固有の生成物管路を備え、かつメタノール反応器から流出されるガス混合物の熱エネルギーを、このメタノール反応器内で使用するために準備されたガス混合物に伝えるための固有のガス／ガス熱交換器を備えている方法において、
少なくとも１つの合成段において、触媒で充填されたメタノール反応器内で使用されるガス混合物が、このメタノール反応器内に添加される直前に付加的なトリマー加熱器内で加熱されることを特徴とする方法。 - 触媒で充填されたメタノール反応器内で使用されるガス混合物の温度が、このガス混合物のトリマー加熱器による加熱後に測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- トリマー加熱器の熱供給が、制御され得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- トリマー加熱器は、蒸気で加熱されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
- メタノールを合成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法を実行する設備において、
トリマー加熱器（５）は、少なくとも１つの合成段でメタノール反応器（１０）に直接流入するガス混合物を加熱するために設けられていることを特徴とする設備。 - 温度測定制御装置（７）が、供給配管（６）内のトリマー加熱器（５）に後続配置されていることを特徴とする請求項５に記載の設備。
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