NO155000B - Fremgangsmaate til avkjoeling av en reaktor for fremstilling av metanol. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til avkjøling av en reaktor for fremstilling av metanol ved eksoterm omsetning av gasser inneholdende oksyder av karbon og hydrogen ved temperaturer på 200-300°C under et trykk fra 20 til 100 bar på en kobberholdig katalysator som er anordnet inne i reaktoren i rør som gjennomstrømmes ovenifra og nedover som for indirekte avkjøling er omgitt av vann mellom en nedre og en øvre rørbunn, uttak av dannet damp sammen med sirkulasjonsvann, adskillelse av damp og vann utenfor reaktoren, tilbake-føring av vann og erstatning av det fordampede vannet med matevann.

Det er kjent for utnyttelse av reaksjonsvarme ved fremstilling av metanol ved omsetning av en syntesegass frembragt ved spalting av hydrokarboner med vanndamp på en indirekte oppvarmet nikkelholdig katalysator ved temperaturer over 700°C og inneholdende oksyder av karbon og hydrogen og en kobberholdig katalysator under trykk fra 30 til 80 atmosfære ved temperaturer fra 230-280°C, idet katalysatoren er anordnet i rør som avkjøles indirekte med vann og gjennom-fører avkjølingen av reaktorrørene under frembringelse av høytrykkdamp (DE-PS 20 13 297).

Det er videre kjent en innretning til fremstilling av metanol bestående av en rørreaktor hvis rør omspyles med kokende trykkvann, idet matevannet trer inn i reaktorens nedre del og den dannede damp føres i en overopp-varmer. En del av denne damp kan fjernes som høytrykkdamp, en annen del kan tilføres til en turbin som driver en kom-primerer. Den resterende del av dampen kan utvinnes som turbindamp (DE-PS 21 23 950).

De hittil kjente rørreaktorer arbeider således at til rør-reaktoren tilføres omløpsvann fra en damptrommel. På de med katalysatoren fylte rør, hvorpå det finner sted omsetning av komponentene f^O, CO og CO2 til metanol foregår da fordampningen av en del av det tilførte vann. Ved termosiffonvirkning drives den dannede damp sammen med om-løpsvann inn i damptrommelen. Der adskilles damp og det ved kokepunktet befinnende vann kommer igjen tilbake til reaktor-underdelen. Den fra damptrommelen fjernede damp må i form av matevann igjen tilføres til systemet. Alt etter foropp-varming av dette matevann ligger temperaturen i damptrommelen mer eller mindre nær vannets kokepunkt. Forutsetter man et ca. 10 ganger vannomløp og antar man at matevannet tilføres med en temperatur på 120°C, så ville ved trykk på 40 bar i systemet det til reaktorens underdel tilførte sirkulasjonsvann være ca. 237°C varmt og dermed ligge 13°C under kokepunktet. Temperaturdifferansen ved reaktorrørenes underdel hvis innhold, katalysatoren har en temperatur på ca. 255°C er dermed meget liten og det kan ikke mer finne sted noen nevneverdig varmeutveksling og dermed ingen avkjøling av den reagerende gassblanding i rørene.

Arbeidsmåten ved de kjente rørreaktorer muliggjør ved metanolfrembringelse hittil bare frembringelse av damp med maksimalt ca. 40 bar. Dette er på den ene side betinget ved kobberkatalysatorens temperaturfølsomhet og på den annen side ønske etter en god likevektsinnstilling.

Til. grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å unngå

disse ulemper ifølge teknikkens stand og å øke temperaturdifferansen i reaktorens nedre del og å bevirke en bedre og mer intens avkjøling av den reagerende gassblanding. Likevektsinnstillingen skal forbedres og samtidig frem-bringes damp med høyere trykk. Fremgangsmåten skal ut-merke seg ved lave energiomkostninger.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at man i en avstand på 20-150 cm over den nedre rørbunnen anordner en tynn mellombunn, som har åpninger, at man tilfører sirkulasjonsvannet over denne mellombunnen ved temperaturer på 200-300°C, at man under mellombunnen i nærheten av den nedre rørbunnen tilfører matevann med temperaturer på 100-180°C, og leder dette matevannet oppover gjennom åpningen i mellombunnen og at man avkjøler den gassformige reaksjonsblandingen i den nedre del med de katalysatorfylte rørene i området mellom mellombunnen og den nedre rørbunnen til en temperatur på 20-50°C.

Ifølge oppfinnelsen anordner man mellombunnene hensiktsmessig i en avstand på 50 cm over den nedre rørbunn.

Sirkulasjonsvannet fører man til reaktoren fortrinnsvis med en temperatur fra 200-300, fortrinnsvis med en temperatur fra 230-290°C, mens man tilfører matevannet med en temperatur fra 100-180, fortrinnsvis 110-150°C.

Ved de med oppfinnelsen oppnådde fordeler består spesielt

i at en enkel energisparende fremgangsmåte lykkes å øke temperaturdifferansen mellom kjølemediet og den i røret inneholdte katalysator i reaktorens nedre del. Derved økes der varmeutvekslingen og det oppnås en sterk avkjøling av den reagerende gassblanding og derved begunstiges den termo-dynamiske likevekt. De anvendte temperaturer ligger innen de grenser som er gitt ved katalysatorens rekrystallisa-sjonsforhold. Ifølge oppfinnelsen blir metanolfremstilling mer økonomisk.

Oppfinnelsen er eksempelvis og skjematisk vist på tegningen og forklares nærmere i det følgende.

På tegningen betyr:

1 - reaktoren, 2 - katalysatorrørene, 3 - den nedre rørbunn, 4 - mellombunnen, 5 - matevanntilførsel, 6 - sirkulasjons-vanntilførsel, 7 - blanding av vanndamp og sirkulasjonsvann, 8 - adskillelse av vanndamp fra sirkulasjonsvann (damptrommel) og 9 - uttak av høytrykksdamp.

Eksemgel

1 en reaktor for fremstilling av metanol 1, inneholdende rør 2 til opptak av katalysatoren anordnes i en høyde på 50 cm målt fra den nedre rørbunn 3, en mellombunn 4. Som mellombunn egner det seg et tynt stålblikk som inneholder passer-inger i form av utboringer av liten diameter. Matevannet innføres med en temperatur på 120°C over tilførselsledning 5 like over den nedre rørbunn 3 inn i reaktoren. Dette matevann kommer ublandet i berøring med den nedre del av katalysatorrøret 2 og bevirker over en rørlengde på 50 cm en avkjøling av den reagerende gassblanding rundt 35°C. Derved oppvarmes matevannet til en temperatur på 280°C, mens samtidig fordamper en mindre del.

Gjennom ledning 6 tilføres sirkulasjonsvann ved en temperatur på 280°C like over mellombunnen 4 i reaktoren 1.

Ved hjelp av den ifølge oppfinnelsen anordnede mellombunn

4 fordeles det nedenfor tilførte kaldere matevann jevnt, mens på den annen side unngås en tilbakeblanding med det ovenfor tilførte varmere sirkulasjonsvann.

Matevannet 5 blander seg først over mellombunnen 4 med sirkulasjonsvann. Derved drives det over mellombunnen 4 liggende område av katalysatorrørene 2 en ved en temperatur på 280°C. Ved denne driftsmåte oppnås et trykk i sirkula-sjonsvannsystemet på over 60 bar, mens det ved de tidligere fremgangsmåter bare kunne oppnås et trykk inntil 40 bar. Etter fjerning av blandingen av vanndamp og sirkulasjonsvann over 7 og adskillelse av de to komponenter i 8, utvinnes høytrykksdamp ved 9 med et trykk over 60 bar, som kan anvendes til mange formål innen bedriften, f.eks. til arbeidsytende avspenning f.eks. i kondensasjonsturbiner til frembringelse av elektrisk energi til drift av gass-kompressorer, til dekning av energi i metanolsluttdestill-ering og for andre formål. Fremgangsmåten er spesielt økonomisk pga. av dens betraktelig energetiske fordeler.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til avkjøling av en reaktor (1) for fremstilling av metanol ved eksoterm omsetning av gasser inneholdende oksyder av karbon og hydrogen ved temperaturer fra 200-300°C under et trykk fra 20 til 100 bar på en kobberholdig katalysator som er anordnet inne i reaktoren i rør (2) som gjennomstrømmes ovenfra og nedover som for indirekte avkjøling er omgitt av vann mellom en nedre (3) og en øvre rørbunn, uttak av dannet damp sammen med sirkulasjonsvann, adskillelse av damp og vann utenfor reaktoren, tilbake-føring av vann og erstatning av det fordampede vannet med matevann, karakterisert ved at man i en avstand på 20 til 150 cm over den nedre rørbunnen (3) anordner en tynn mellombunn (4) som har åpninger, at man tilfører sirkulasjonsvannet over denne mellombunnen (4) med temperaturer på 200-300°C, at man under mellombunnen (4) i nærheten av den nedre rørbunnen (3) tilfører matevann med temperaturer på 100-180°C og leder dette matevannet oppover gjennom åpningene i mellombunnen og at man avkjøler den gassformige reaksjonsblandingen i den nedre delen med de katalysatorfylte rørene (2) i området mellom mellombunnen (4) og den nedre rørbunnen (3) til en temperatur på 20-50°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at man tilfører sirkulasjonsvannet med en temperatur fra 230-290°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at man tilfører matevannet ved en temperatur fra 110-150°C.