JPH0331694B2 - - Google Patents
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- JPH0331694B2 JPH0331694B2 JP56076404A JP7640481A JPH0331694B2 JP H0331694 B2 JPH0331694 B2 JP H0331694B2 JP 56076404 A JP56076404 A JP 56076404A JP 7640481 A JP7640481 A JP 7640481A JP H0331694 B2 JPH0331694 B2 JP H0331694B2
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Description
本発明はメタノールの製造に関し、特にメタノ
ールへの炭質原料の転化効率が改善される工程を
含むメタノール製造法に関する。 過去の10年間にわたつて、エネルギー回収を改
善するように方法工程を設計することにより、ま
たは物質の損失を回避することにより上記の転化
効率を増大させるために可成りの努力が払われて
きた。しかし、いくかの副生流から純粋なメタノ
ールを回収することはそれらにおける不純物含量
の故に必常に困難であり、従つてそのような副生
流は廃棄されるか、または燃料として焼却されて
きた。そのような副生流のうちの一つは、蒸留に
よるメタノール精製工程からのいわゆる「フーゼ
ル油」流であり、このものは、酸性不純物を中和
するために蒸留原料に添加されるアルカリ分を含
むので合成ガス発生反応またはメタノール合成反
応におけるいずれの接触工程へも全体としては再
循環できない。このフーゼル油部分は、反応工程
への原料中の炭素の数%に達しうるものであり、
従つてそれを回収することは非常に望ましい。 ここに我々はそのようなフーゼル油分を回収
し、それをメタノールに転化することができる適
切な方法を案出した。 この明細書において、「フーゼル油」とは、メ
タノールCH3OHよりも高い沸点を有する有機化
合物であつて、接触的メタノール合成反応中に副
生物として生成される有機化合物を指称するもの
である。この「フーゼル油」といる言葉は、始め
醗酵中に生成するメタノールC2H5OHより高沸点
の有機化合物を指称するのに使用されたが、この
意味はこの明細書では適用されない。 本発明によるメタノール製造法は、 (a) 炭素質原料を、水蒸気、二酸化炭素および酸
素から選択されるガス化剤と反応させることに
よりメタノール合成ガスを発生させ、 (b) メタノール合成触媒上で上記合成ガスを反応
させて、反応済のガスから粗メタノール液体生
成物を回収し; (c) 粗液体生成物を蒸留してそれから精製メタノ
ールと、メタノールよりも高沸点の有機化合物
を含むフーゼル油流と、を分離する; 各工程からなり、かつ液体状のフーゼル油流
を、工程(a)における化学反応に付されるべき気状
流と接触させ、かくしてフーゼル油流中に含まれ
ている有機化合物をメタノール合成ガスに転化さ
せることを特徴とするメタノール製造法である。 メタノール合成ガス発生工程において、天然ガ
ス、石油精製廃ガス、気状炭化水素、軽質石油留
分、重質気化性炭化水素、非気化性炭化水素、石
炭またはコークスのような炭質原料の反応は、典
型的には700℃を越える温度で起こり、反応を炭
素酸化物および水素を含む粗合成ガスにまで可成
り完全に進行させるには、接触法については1100
℃程度、また非接触法ではさらに高い反応温度と
なりうる。原料が上記の最初の四つのうちの一つ
であるならば、反応は炉中で外部を加熱された管
中の触媒上で酸素なしに行われるのがほとんどで
あるが(スチームリホーミング)、酸素も供給さ
れる場合(部分酸化)または適切な予熱が行われ
る場合には反応は断熱容器中で実施することがで
きる。空気を用いる部分酸化の工程は(もしメタ
ノール製造がアンモニア製造と一体化されている
ならば)、そのような反応の生成物に適用される。
もし原料が上記例示のものの最初の四つのうちの
一つであるならば、反応は触媒を用いずに酸素の
存在下で行うのが普通である。炭質原料の水素:
炭素比により、また酸素が使用される程度によ
り、合成ガス発生工程には、COシフトおよび
CO2除去段階を含めて、水素:炭素酸化物の比を
メタノール合成に必要とされる水準とすることが
できる。粗合成ガスは冷却し、未反応スチームを
充分に除いてから合成部門へ送る。別法として、
合成ガス発生は、一酸化炭素を原料として利用で
きる場合には、まず一酸化炭素をスチームとシフ
ト反応させて、二酸化炭素と水素(出口温度250
℃)を与える工程から始め、次いでCO2除去を行
うこともできる。 液体状のフーゼル油流は、これらの合成ガス発
生工程へ供給されるいずれの流れとも接触させる
ことができるが、当然にその供給流は燃焼を支持
しないものであることが好ましい。最も好適に
は、供給流は炭化水素または一酸化炭素またはス
チームまたはそれらの混合物であり、殊にスチー
ムとの接触反応による合成ガス発生工程へ供給さ
れるべき気状ないし気化炭化水素である。好まし
くは、そのような炭化水素は熱水で予め加湿され
る。 合成ガス発生部門における圧力は、典型的には
100絶対気圧まで、好ましくは10〜50絶対気圧で
あり、従つてガスは普通、メタノール合成部門へ
供給される前に圧縮されなければならない。 エネルギー消費の経済性を図るためには、粗合
成ガス流と、およびスチームリホーミング法が用
いられる場合にはさらに炉の煙道ガスと、の熱交
換により、スチームを発生させるのが好ましい。
スチームの圧力は50〜120絶対気圧であるのが好
ましく、そのような圧力の結果として貫流タイプ
のエンジン中でスチーム圧を降下させ、その排出
スチームを合成ガス発生用原料として用いること
ができるようになる。合成ガス発生工程へのスチ
ームの供給は、直接であつても、あるいは公告英
国特許出願2027737号明細書に記載のような加湿
器を介して行つてもよい。そのエンジンは合成ガ
ス圧縮機を直接に駆動しても、あるいはその圧縮
機に電力供給する発電機を駆動してもよい。好ま
しい条件においては、方法工程のその他の部分、
例えば合成ガス再循環機(再循環工程が用いられ
る場合)および種々の供給ポンプやフアン、で用
いられる機械的動力を直接または間接に供給する
に十分なスチームが発生されうる。スチームの一
部は凝縮式エンジンでまたは合成ガス発生圧より
も低圧で排出するエンジン(例えば以下で説明す
るメタノール蒸留のリボイラーへ排出)で用いる
ことができる。 工程(b)でメタノールを合成する圧力は、典型的
には10〜400絶対気圧の範囲である。この圧力範
囲は亜クロム酸亜鉛触媒を用い圧力が150〜400絶
対気圧そして温度が300〜450℃である旧式の方法
を包含する。好ましくは、合成工程は、銅含有触
媒を用い圧力が150絶対気圧以下、特に30〜120絶
対気圧である一層新しい方式の方法である。その
ような新式方法については触媒出口温度は典型的
には160〜300℃、殊に190〜280℃である。旧式法
におけるフーゼル油流の量は全精製メタノール生
成物の0.5〜4.0重量%に達するが、銅触媒法では
それはわずかに0.5〜2重量%程度である。それ
にもかかわらず、銅触媒法の一般的に良好なエネ
ルギー経済に鑑みて、その少量のフーゼル油流の
回収は価値がある。 銅含有触媒は好ましくは、1種またはそれ以上
の難還元性酸化物をも含む。そのような酸化物と
しては、普通、酸化亜鉛があり、ほう素、マグネ
シウム、アルミニウム、バナジウム、クロム、マ
ンガン、ジルコニウム、稀土類またはアクチニド
元素のうちの一種またはそれ以上のものの酸化
物、あるいは銀も存在してよい。特に有用な触媒
は、英国特許第1159035号明細書に記載されるよ
うにアルミナを含み、あるいは英国特許第
1296212号明細書に記載されるようにスピネルを
含む。 種々の一般的なタイプのメタノール合成法が提
案され、それらの方法では、合成反応で発生する
熱の処理取扱いにおいて採用する方法に差異があ
る。かくして合成は冷却媒で取囲まれた管内の触
媒上で行われることもあれば、あるいは冷媒を含
む管の周囲の空間中で行われることもある。冷媒
は、例えば加圧水、あるいはジフエニルとジフエ
ニルエーテルとの混合物であつてよく、加圧水
は、高圧スチーム発生用給水として使用すること
ができ、あるいはジフエニル混合物と同じように
そのような給水と液状のままで熱交換しうる。さ
らに好適には、かかる熱水は合成ガス発生反応へ
の気状または気化原料と直接に熱交換して、加湿
処理を行うことができ(かかる処理は好ましく
は、フーゼル油流との接触前に行い)、かくする
場合にはボイラー給水標準値にまで精製する必要
がなくなる。別法として、そのような冷媒水は沸
とうさせて、その結果生ずる中間圧力のスチーム
は、高圧スチーム発生工程へ供給されるべき水と
の熱交換において、または直接熱交換によつて凝
縮するようにできる。別の方法においては触媒床
をいくつかの部分に分割してそれらの部分間で冷
媒による熱吸収を行うようにできる。第3の方法
においては、触媒床内の管を通して流れる冷たい
供給ガスまたは触媒充填管の周囲空間を通して流
れる冷たい供給ガスとの熱交換によつて触媒床温
度を制御できる。しかし上記の三方法のうちの最
初の二つの方法については、従前に提案されたス
チーム発生方法よりもそれ程には簡単ではない反
応器が必要とされ、従つて第3の方法を用いるの
が好ましいことが多く、またさらに良好には温度
を反応中の高熱合成ガス中へ冷たい合成ガス(ク
エンチガス)を注入することにより制御する方法
を用いるのが好ましいことがある。クエンチガス
は、一つの触媒床の連続して設けられた各部分間
の混合室中へまたは連続する反応容器間の混合室
中へ注入することができる。非常に好適な装置系
はクエンチガスを導入するためのスパージヤーを
それぞれに有する中空多孔バー(触媒を含まな
い)を中に配置した単一体触媒床を有し、それら
の中空バーは混合帯域を構成するに充分な内部断
面であり、しかも相互におよび触媒床壁に充分に
近接していて反応混合物のほとんどの部分が中空
多孔バーの内側を通り抜けるようなものである
(我々の英国特許第1105614号明細書参照)。クエ
ンチガスの温度は50℃以下でありうるが、それが
50〜150℃の間であると熱効率が良好である。 好ましい銅含有触媒を用いるとき、触媒床での
ガス流動の容量空間速度は典型的には5000〜
50000/時であり、好ましくは生成メタノールの
量がガス温度を設計水準値にまで上げるのに足る
状態になつたときにガスが触媒床を去るような空
間速度値に固定するようにする。そのような設計
温度は300℃以下であり、最も好ましくは280℃以
下である。反応済ガスのメタノール含量は、例え
ば50絶対気圧での反応工程については2〜5%で
あり、反応圧力が高くなるにつれて比例的に増加
する。従つて未反応の炭素酸化物および水素はメ
タノールが回収された後にも残留するので、好ま
しくは再びメタノール合成触媒床に通す(例えば
触媒床の入口へ再循環させ、あるいは新しい合成
ガスと混合する)。上記の空間速度範囲はそのよ
うな工程における混合物についてのものである。 合成反応で発生する熱を水に移動させるための
好ましい方法においては、触媒を出る反応済ガス
を二基の並列熱交換器に通し、第1の熱交換器に
おいて合成ガス(原料)を合成反応入口温度(好
ましくは触媒床出口温度よりも20〜40℃低い)に
まで加熱する。そして第2の熱交換器では、水を
沸とうせしめない充分な、高圧力下で好ましくは
150〜260℃の範囲の温度に加熱するか、または冷
媒(前記のような冷媒)を一旦加熱してからその
熱を水に移動させる。反応済ガスは、これらの交
換器中でまず150〜190℃に冷却される。好ましく
は次いで(好ましくは両者の流れを再合流させて
から)、合成ガス発生部門もしくはメタノール回
収工程または両者からの冷たい合成ガスと熱交換
させる。これによつて有用な第2次熱回収がなさ
れ、上記第1次熱交換器の所要容量の低減ができ
る。第2次熱回収後に、反応済ガスをメタノール
の回収のために冷却および分離器へ送る。 反応器中でスチームを発生させ、それを水との
熱交換により凝縮させることにより水に熱を移動
させる別の態様方法においては、反応器を去る反
応済ガスは冷合成ガスとの単一熱交換で50〜150
℃に冷却し、次いで冷却および分離工程へ送るこ
とができる。 分離器からの未反応ガスは好ましくは再循環さ
れるが、もし新鮮な合成ガスが化学量論量と異な
る水素:炭素酸化物の比を有し、および/また
は、窒素、メタンまたはアルゴンのような非反応
性ガスを含むならば、未反応ガスの一部をパージ
して、触媒上へ移行するガス中にそのような非反
応性ガス濃度が過多に蓄積することのないように
する必要がある。パージガスは合成圧力の下で
は、わずかの容積であるのでそれを膨張エンジン
内で圧力降下(圧力開放)することにより有効な
熱回収が得られる。パージガスはメタノール分離
の低温度にあるので、プラント内の他の工程流か
ら低品位熱を吸収することができ、従つてパージ
ガスからのエネルギー回収は一層価値がある。圧
力降下後にパージガスは、燃料として、または原
料脱流の如き処理工程もしくは燃料電池用の水素
源として使用できる。 合成反応圧にある分離器内の粗液体メタールは
圧力開放容器中へ流出し、そこで圧力を大気圧ま
たはそれよりわずかに高い圧力にまで低下され
る。これは揮発性物質(主としてジメチルエーテ
ル)、二酸化炭素およびメタンを沸とう除去せし
める。これらの量は典型的には全合成反応生成物
の1〜5モル%に達し、合成ガス発生工程入口へ
の再循環により、または燃料として、回収する価
値がある。 得られる粗メタノールは次いで蒸留により精製
される。粗メタノールは痕跡量の有機酸を含むの
で、まずアルカリ金属の水酸化物もしくは炭酸
塩、アミンまたは水酸化アンモニウムのような塩
基を添加することにより中和する。典型的な塩基
添加量は、高温法メタノールについてはNaOH
化学当量で換算して40〜120ppm(w/w)であ
り、または300℃以下の反応温度で銅含有触媒上
で合成されたメタノールについては20〜100ppm
(w/w)(同基準)である。工程(a)における合成
ガス発生に供給されるべき流れとの直接的な接触
は、連続的になされ、好ましくはそのフーゼル油
流の不完全蒸発を起こさせ、そしてアルカリ金属
化合物の溶液を取出す。 本発明では、「フーゼル油」流を出ずるいずれ
の蒸留装置をも使用できる。そのフーゼル油流
が、圧力降下(開放)容器からの粗メタノールを
供給された塔から;またはそのような粗メタノー
ルを供給された塔からの塔底生成物をさらに供給
された塔から;取出された液体であるときには、
その取出し位置は、供給水準(位置)よりも低位
であるのが特に有利である。別法としては、ある
いは追加的に、フーゼル油流は、そのような塔の
供給位置(水準)よりも上位から取出されてよ
く、あるいは水抽出蒸留塔の塔頂から回収される
水における制限された溶解度をもつ化合物である
こともある。そのようなフーゼル油流中における
メタノールを、高級アルコール(メタノールより
も高級の意味)の水中における低溶解度を利用し
て高級アルコールから分離することが提案されて
きているが、これは本発明の方法においては不要
である。その理由はそのようなフーゼル油流の全
有機質含有物は、単一操作で方法工程へ返還でき
るからである。 下記の1〜6は本発明で使用しうる蒸留装置の
例である。 1 単一塔:揮発性物質を塔頂から取り、製品メ
タノールを高水準(位置)で採取し、フーゼル
油を原料供給位置よりも上位で蒸気として、お
よび/または供給位置よりも下位で液体とし
て、取出し、そして水を塔底生成物として取出
す。 2 二塔:第1の塔はトツピング塔で、それから
揮発性物質を塔頂部で採取し、そして水性メタ
ノールを塔底で採取する。第2の塔は精留塔で
あり、それから製品メタノールを塔頂で、また
は高い位置で取出し、水を塔底で取出す。少な
くともその精留塔はフーゼル油を供給位置より
も上位で蒸気として、および/または供給位置
よりも下位で液体として、取出す口を有する。 3 二塔:第1塔は水抽出塔であり、それには粗
メタノール供給位置よりも上位の水準において
水が供給される。その水の量は、40%(w/
w)以上、例えば40〜60%あるいは、さらに80
〜95%(w/w)の水を含む塔底液を生ずるに
足る量である。(水の効果は、ケトンおよび高
級アルコールのような不純物の相対的揮発性を
増進させ、それらが揮発性物質と共に塔頂から
排出してフーゼル油流を与えるようにする)。
この第1塔は1個またはそれ以上のフーゼル油
直接取出口(側面)を有してよい。第2の塔は
上記系(装置)2の精留塔に類似している。 4 準粗水性メタノールを単一塔または精留塔に
おける供給点よりも上位で液体として取出し、
それを最終の精留塔へ送るようにした装置であ
り、その精留塔から製品メタノールを塔頂また
は上方位で取出す(貯蔵のため、または前の塔
への追加の還流として)。そして水または水性
メタノールは塔底から取出す。エタノールおよ
びその他の高級アルコールに富む側流を取出す
のであれば、それは本発明による合成ガス発生
工程へ戻しうる。 5 高沸点成分をメタノールから吸着により除く
装置であり、ここではフーゼル油流は吸着剤を
再生することにより得られる。 6 メタノールと高沸点化合物とを含む流れを、
別個の塔における蒸留で分離し、あるいは主塔
に返還してメタノール含量が低減したフーゼル
油が取出せるようにした装置である。 フーゼル油流は、方法工程へ戻されるので、各
蒸留塔は、その量やそのメタノール含量を、通常
適用しうる低水準にまで制限するように設計され
る必要がない。 フーゼル油流は、(そのメタノール含量が低減
されていてもしなくても)、それを液状に維持す
るに足る充分な圧力下で適当には反応済合成ガス
または凝縮するスチームとの熱交換により、好ま
しくは150〜250℃の温度に加熱され、次いで合成
ガス発生工程への気状供給物と接触する帯域へ供
給される。非常に適切にはその気状供給物は炭化
水素原料とスチームとの混合物(特に炭化水素と
反応済ガスによつて加熱された水との直接熱交換
によつて得られる混合物)である。接解帯域にお
ける温度および圧力は、フーゼル油流を液状に維
持し、またその水含量が完全蒸発するのを防ぐよ
うに選択される。なんとなればフーゼル油流中に
溶解されているアルカリまたはアミン塩が、水が
完全に蒸発してしまえば、析出してしまうからで
ある。所望ならば追加の水を、蒸留塔から取出し
たフーゼル油流中に混入することができる。 本発明の好ましい一態様を添付図面により説明
する。添付図は天然ガスからメタノールを製造す
る工程のフローシートである。 脱流済の温天然ガスを10で二段充填塔12の
底へ供給する。塔12の底部分中で天然ガスは熱
水と向流接触しつつ充填層14内を上向きに流れ
る。その熱水は、以下で説明する供給源から位置
16で供給される。かくして得られる加湿ガスは
チムニイ・プレートを通り抜けて塔12の上方部
分中へ移り、そこでフーゼル油流と接触する。そ
のフーゼル油は以下で説明するメタノール精製工
程から20で供給され、多くの場合は水を添加さ
れている。かくしてガスはフーゼル油中の有機化
合物の実質的に全ての含量をストリツピング除去
する。塔12から管22によつて水流が取出さ
れ、それは水加熱器に向つている。また水中のナ
トリウム塩の廃溶液を管24で取出し、ドレイン
へ送る。天然ガス、スチーム、メタノール蒸気お
よび高級アルコール蒸気からなる塔12からの塔
頂流は26においてさらにスチームと混合され、
その混合物は、予熱器(図示せず)を介して、外
部加熱管28中のスチームリホーミング触媒へ供
給される。かくして得られる炭素酸化物、水素、
メタンおよび過剰のスチームを含むガスを装置3
0(これは一般的に使用されるような、熱回収、
冷却、スチーム凝縮および水分除去装置を総括的
に示している)に送る。乾燥した冷たいガスを圧
縮機32中で合成反応圧力にまで圧縮すると共に
再循環未反応ガスと混合する。この混合物を熱交
換器34中で合成触媒入口温度にまで加熱し、合
成反応器36へ送る。(実用的には一段よりも多
くの熱交換を採用するであろうし、ガスの一部分
はクエンチ流としてわずかに加熱されまたは加熱
されずに反応器へ別個供給されるかもしれない。
その他の実用的方法には、そのようなクエンチン
グの代りに間接熱交換により温度制御を行う合成
反応器を使用する)。反応器36を去る高温の反
応済ガスは38において、予熱流(このものは熱
交換器34の高温側に供給)と、熱回収流とに分
割される。後者の流れは、熱交換器40の高温側
に送られる。交換器40は管22からの再循環水
および管42からの新鮮水を受け、塔12中で天
然ガスの加湿に必要とされる熱水を16へ供給す
る。熱交換器34および40の通過後に、それぞ
れ冷却された反応済ガス流を再合流し、小容量の
熱交換器(図示せず)中でさらに冷却してメタノ
ールの露点以下とし、そしてキヤツチポツト44
へ送り、そこでメタノールおよび水分を液体とし
て分離させ、またそこから未反応ガス流を頂部で
取出して、一部を46で放出しまた一部を再循環
未反応ガス流として圧縮機32へ供給する。46
で放出されるガスは、好ましくは反応済メタノー
ル合成ガスと熱交換した後に、タービンを通して
圧力降下させることができる。 キヤツチポツト44からの底部液体流は、圧力
降下(圧力開放)容器48に送り、そこで溶存気
体を沸とう退出させ、次いで液体を、アルカリ添
加点49を経て、トツピング塔50の中間棚段へ
導入する。塔50中では、メタノールとメタノー
ルよりも易揮発性の成分とを頂部から取出す。メ
タノールは冷却器52中で凝縮し、還流として返
送される。揮発性物質、主にジメチルエーテルは
54で取出され、スチームリホーミング管28用
の反応原料または燃料として用いられる。塔底生
成物として塔50を去るメタノールおよび水は、
その一部分は、スチーム加熱されたリボイラー5
6へ戻され、また残部は精留塔58の中段部へ送
られる。塔58の頂部でメタノール蒸気は60に
おいて凝縮し、一部分は還流され、一部分は位置
62で製品として取出される。精留塔58の塔底
液体は稀いアルカリ塩水溶液であり、このものは
一部分はリボイラーを介して再循環され、また一
部分は66で廃棄する。所望ならば、この廃液流
は(例えばポンプ67を介して点線に沿つて)塔
12の上方部分の如き加湿器において使用できる
が、一定のパージ放出を維持することを条件とす
る。その廃液流はボイラー供給水として使用する
のには不適当である。塔58は液体パージ取出口
68をも有するが、この取出口は供給口の水準よ
りも下位であり、従つて水およびアルカリ金属
塩、ならびにメタノールおよび高沸点有機化合物
を含んでいる。供給を上方へずらすことの結果と
して供給プレートとパージ取出口68との間に、
比較的に一定なメタノール:水の比の領域が存在
することがありうる。供給を上方へずらして行う
と、パージ液体中のメタノール含量を低減させる
効果がある。パージされた液体はポンプ69(そ
の出口においては液体は沸とうが生じない十分な
高圧の下にある)で、加熱器70へ、そして次い
で20の充填塔12へ供給され、その有機化合物
含量は反応工程用原料に対して加えられる。 実施例 上記のフローシートを用いての典型的な工程に
おける反応条件および流量を表1にそして組成を
表2に示した。
ールへの炭質原料の転化効率が改善される工程を
含むメタノール製造法に関する。 過去の10年間にわたつて、エネルギー回収を改
善するように方法工程を設計することにより、ま
たは物質の損失を回避することにより上記の転化
効率を増大させるために可成りの努力が払われて
きた。しかし、いくかの副生流から純粋なメタノ
ールを回収することはそれらにおける不純物含量
の故に必常に困難であり、従つてそのような副生
流は廃棄されるか、または燃料として焼却されて
きた。そのような副生流のうちの一つは、蒸留に
よるメタノール精製工程からのいわゆる「フーゼ
ル油」流であり、このものは、酸性不純物を中和
するために蒸留原料に添加されるアルカリ分を含
むので合成ガス発生反応またはメタノール合成反
応におけるいずれの接触工程へも全体としては再
循環できない。このフーゼル油部分は、反応工程
への原料中の炭素の数%に達しうるものであり、
従つてそれを回収することは非常に望ましい。 ここに我々はそのようなフーゼル油分を回収
し、それをメタノールに転化することができる適
切な方法を案出した。 この明細書において、「フーゼル油」とは、メ
タノールCH3OHよりも高い沸点を有する有機化
合物であつて、接触的メタノール合成反応中に副
生物として生成される有機化合物を指称するもの
である。この「フーゼル油」といる言葉は、始め
醗酵中に生成するメタノールC2H5OHより高沸点
の有機化合物を指称するのに使用されたが、この
意味はこの明細書では適用されない。 本発明によるメタノール製造法は、 (a) 炭素質原料を、水蒸気、二酸化炭素および酸
素から選択されるガス化剤と反応させることに
よりメタノール合成ガスを発生させ、 (b) メタノール合成触媒上で上記合成ガスを反応
させて、反応済のガスから粗メタノール液体生
成物を回収し; (c) 粗液体生成物を蒸留してそれから精製メタノ
ールと、メタノールよりも高沸点の有機化合物
を含むフーゼル油流と、を分離する; 各工程からなり、かつ液体状のフーゼル油流
を、工程(a)における化学反応に付されるべき気状
流と接触させ、かくしてフーゼル油流中に含まれ
ている有機化合物をメタノール合成ガスに転化さ
せることを特徴とするメタノール製造法である。 メタノール合成ガス発生工程において、天然ガ
ス、石油精製廃ガス、気状炭化水素、軽質石油留
分、重質気化性炭化水素、非気化性炭化水素、石
炭またはコークスのような炭質原料の反応は、典
型的には700℃を越える温度で起こり、反応を炭
素酸化物および水素を含む粗合成ガスにまで可成
り完全に進行させるには、接触法については1100
℃程度、また非接触法ではさらに高い反応温度と
なりうる。原料が上記の最初の四つのうちの一つ
であるならば、反応は炉中で外部を加熱された管
中の触媒上で酸素なしに行われるのがほとんどで
あるが(スチームリホーミング)、酸素も供給さ
れる場合(部分酸化)または適切な予熱が行われ
る場合には反応は断熱容器中で実施することがで
きる。空気を用いる部分酸化の工程は(もしメタ
ノール製造がアンモニア製造と一体化されている
ならば)、そのような反応の生成物に適用される。
もし原料が上記例示のものの最初の四つのうちの
一つであるならば、反応は触媒を用いずに酸素の
存在下で行うのが普通である。炭質原料の水素:
炭素比により、また酸素が使用される程度によ
り、合成ガス発生工程には、COシフトおよび
CO2除去段階を含めて、水素:炭素酸化物の比を
メタノール合成に必要とされる水準とすることが
できる。粗合成ガスは冷却し、未反応スチームを
充分に除いてから合成部門へ送る。別法として、
合成ガス発生は、一酸化炭素を原料として利用で
きる場合には、まず一酸化炭素をスチームとシフ
ト反応させて、二酸化炭素と水素(出口温度250
℃)を与える工程から始め、次いでCO2除去を行
うこともできる。 液体状のフーゼル油流は、これらの合成ガス発
生工程へ供給されるいずれの流れとも接触させる
ことができるが、当然にその供給流は燃焼を支持
しないものであることが好ましい。最も好適に
は、供給流は炭化水素または一酸化炭素またはス
チームまたはそれらの混合物であり、殊にスチー
ムとの接触反応による合成ガス発生工程へ供給さ
れるべき気状ないし気化炭化水素である。好まし
くは、そのような炭化水素は熱水で予め加湿され
る。 合成ガス発生部門における圧力は、典型的には
100絶対気圧まで、好ましくは10〜50絶対気圧で
あり、従つてガスは普通、メタノール合成部門へ
供給される前に圧縮されなければならない。 エネルギー消費の経済性を図るためには、粗合
成ガス流と、およびスチームリホーミング法が用
いられる場合にはさらに炉の煙道ガスと、の熱交
換により、スチームを発生させるのが好ましい。
スチームの圧力は50〜120絶対気圧であるのが好
ましく、そのような圧力の結果として貫流タイプ
のエンジン中でスチーム圧を降下させ、その排出
スチームを合成ガス発生用原料として用いること
ができるようになる。合成ガス発生工程へのスチ
ームの供給は、直接であつても、あるいは公告英
国特許出願2027737号明細書に記載のような加湿
器を介して行つてもよい。そのエンジンは合成ガ
ス圧縮機を直接に駆動しても、あるいはその圧縮
機に電力供給する発電機を駆動してもよい。好ま
しい条件においては、方法工程のその他の部分、
例えば合成ガス再循環機(再循環工程が用いられ
る場合)および種々の供給ポンプやフアン、で用
いられる機械的動力を直接または間接に供給する
に十分なスチームが発生されうる。スチームの一
部は凝縮式エンジンでまたは合成ガス発生圧より
も低圧で排出するエンジン(例えば以下で説明す
るメタノール蒸留のリボイラーへ排出)で用いる
ことができる。 工程(b)でメタノールを合成する圧力は、典型的
には10〜400絶対気圧の範囲である。この圧力範
囲は亜クロム酸亜鉛触媒を用い圧力が150〜400絶
対気圧そして温度が300〜450℃である旧式の方法
を包含する。好ましくは、合成工程は、銅含有触
媒を用い圧力が150絶対気圧以下、特に30〜120絶
対気圧である一層新しい方式の方法である。その
ような新式方法については触媒出口温度は典型的
には160〜300℃、殊に190〜280℃である。旧式法
におけるフーゼル油流の量は全精製メタノール生
成物の0.5〜4.0重量%に達するが、銅触媒法では
それはわずかに0.5〜2重量%程度である。それ
にもかかわらず、銅触媒法の一般的に良好なエネ
ルギー経済に鑑みて、その少量のフーゼル油流の
回収は価値がある。 銅含有触媒は好ましくは、1種またはそれ以上
の難還元性酸化物をも含む。そのような酸化物と
しては、普通、酸化亜鉛があり、ほう素、マグネ
シウム、アルミニウム、バナジウム、クロム、マ
ンガン、ジルコニウム、稀土類またはアクチニド
元素のうちの一種またはそれ以上のものの酸化
物、あるいは銀も存在してよい。特に有用な触媒
は、英国特許第1159035号明細書に記載されるよ
うにアルミナを含み、あるいは英国特許第
1296212号明細書に記載されるようにスピネルを
含む。 種々の一般的なタイプのメタノール合成法が提
案され、それらの方法では、合成反応で発生する
熱の処理取扱いにおいて採用する方法に差異があ
る。かくして合成は冷却媒で取囲まれた管内の触
媒上で行われることもあれば、あるいは冷媒を含
む管の周囲の空間中で行われることもある。冷媒
は、例えば加圧水、あるいはジフエニルとジフエ
ニルエーテルとの混合物であつてよく、加圧水
は、高圧スチーム発生用給水として使用すること
ができ、あるいはジフエニル混合物と同じように
そのような給水と液状のままで熱交換しうる。さ
らに好適には、かかる熱水は合成ガス発生反応へ
の気状または気化原料と直接に熱交換して、加湿
処理を行うことができ(かかる処理は好ましく
は、フーゼル油流との接触前に行い)、かくする
場合にはボイラー給水標準値にまで精製する必要
がなくなる。別法として、そのような冷媒水は沸
とうさせて、その結果生ずる中間圧力のスチーム
は、高圧スチーム発生工程へ供給されるべき水と
の熱交換において、または直接熱交換によつて凝
縮するようにできる。別の方法においては触媒床
をいくつかの部分に分割してそれらの部分間で冷
媒による熱吸収を行うようにできる。第3の方法
においては、触媒床内の管を通して流れる冷たい
供給ガスまたは触媒充填管の周囲空間を通して流
れる冷たい供給ガスとの熱交換によつて触媒床温
度を制御できる。しかし上記の三方法のうちの最
初の二つの方法については、従前に提案されたス
チーム発生方法よりもそれ程には簡単ではない反
応器が必要とされ、従つて第3の方法を用いるの
が好ましいことが多く、またさらに良好には温度
を反応中の高熱合成ガス中へ冷たい合成ガス(ク
エンチガス)を注入することにより制御する方法
を用いるのが好ましいことがある。クエンチガス
は、一つの触媒床の連続して設けられた各部分間
の混合室中へまたは連続する反応容器間の混合室
中へ注入することができる。非常に好適な装置系
はクエンチガスを導入するためのスパージヤーを
それぞれに有する中空多孔バー(触媒を含まな
い)を中に配置した単一体触媒床を有し、それら
の中空バーは混合帯域を構成するに充分な内部断
面であり、しかも相互におよび触媒床壁に充分に
近接していて反応混合物のほとんどの部分が中空
多孔バーの内側を通り抜けるようなものである
(我々の英国特許第1105614号明細書参照)。クエ
ンチガスの温度は50℃以下でありうるが、それが
50〜150℃の間であると熱効率が良好である。 好ましい銅含有触媒を用いるとき、触媒床での
ガス流動の容量空間速度は典型的には5000〜
50000/時であり、好ましくは生成メタノールの
量がガス温度を設計水準値にまで上げるのに足る
状態になつたときにガスが触媒床を去るような空
間速度値に固定するようにする。そのような設計
温度は300℃以下であり、最も好ましくは280℃以
下である。反応済ガスのメタノール含量は、例え
ば50絶対気圧での反応工程については2〜5%で
あり、反応圧力が高くなるにつれて比例的に増加
する。従つて未反応の炭素酸化物および水素はメ
タノールが回収された後にも残留するので、好ま
しくは再びメタノール合成触媒床に通す(例えば
触媒床の入口へ再循環させ、あるいは新しい合成
ガスと混合する)。上記の空間速度範囲はそのよ
うな工程における混合物についてのものである。 合成反応で発生する熱を水に移動させるための
好ましい方法においては、触媒を出る反応済ガス
を二基の並列熱交換器に通し、第1の熱交換器に
おいて合成ガス(原料)を合成反応入口温度(好
ましくは触媒床出口温度よりも20〜40℃低い)に
まで加熱する。そして第2の熱交換器では、水を
沸とうせしめない充分な、高圧力下で好ましくは
150〜260℃の範囲の温度に加熱するか、または冷
媒(前記のような冷媒)を一旦加熱してからその
熱を水に移動させる。反応済ガスは、これらの交
換器中でまず150〜190℃に冷却される。好ましく
は次いで(好ましくは両者の流れを再合流させて
から)、合成ガス発生部門もしくはメタノール回
収工程または両者からの冷たい合成ガスと熱交換
させる。これによつて有用な第2次熱回収がなさ
れ、上記第1次熱交換器の所要容量の低減ができ
る。第2次熱回収後に、反応済ガスをメタノール
の回収のために冷却および分離器へ送る。 反応器中でスチームを発生させ、それを水との
熱交換により凝縮させることにより水に熱を移動
させる別の態様方法においては、反応器を去る反
応済ガスは冷合成ガスとの単一熱交換で50〜150
℃に冷却し、次いで冷却および分離工程へ送るこ
とができる。 分離器からの未反応ガスは好ましくは再循環さ
れるが、もし新鮮な合成ガスが化学量論量と異な
る水素:炭素酸化物の比を有し、および/また
は、窒素、メタンまたはアルゴンのような非反応
性ガスを含むならば、未反応ガスの一部をパージ
して、触媒上へ移行するガス中にそのような非反
応性ガス濃度が過多に蓄積することのないように
する必要がある。パージガスは合成圧力の下で
は、わずかの容積であるのでそれを膨張エンジン
内で圧力降下(圧力開放)することにより有効な
熱回収が得られる。パージガスはメタノール分離
の低温度にあるので、プラント内の他の工程流か
ら低品位熱を吸収することができ、従つてパージ
ガスからのエネルギー回収は一層価値がある。圧
力降下後にパージガスは、燃料として、または原
料脱流の如き処理工程もしくは燃料電池用の水素
源として使用できる。 合成反応圧にある分離器内の粗液体メタールは
圧力開放容器中へ流出し、そこで圧力を大気圧ま
たはそれよりわずかに高い圧力にまで低下され
る。これは揮発性物質(主としてジメチルエーテ
ル)、二酸化炭素およびメタンを沸とう除去せし
める。これらの量は典型的には全合成反応生成物
の1〜5モル%に達し、合成ガス発生工程入口へ
の再循環により、または燃料として、回収する価
値がある。 得られる粗メタノールは次いで蒸留により精製
される。粗メタノールは痕跡量の有機酸を含むの
で、まずアルカリ金属の水酸化物もしくは炭酸
塩、アミンまたは水酸化アンモニウムのような塩
基を添加することにより中和する。典型的な塩基
添加量は、高温法メタノールについてはNaOH
化学当量で換算して40〜120ppm(w/w)であ
り、または300℃以下の反応温度で銅含有触媒上
で合成されたメタノールについては20〜100ppm
(w/w)(同基準)である。工程(a)における合成
ガス発生に供給されるべき流れとの直接的な接触
は、連続的になされ、好ましくはそのフーゼル油
流の不完全蒸発を起こさせ、そしてアルカリ金属
化合物の溶液を取出す。 本発明では、「フーゼル油」流を出ずるいずれ
の蒸留装置をも使用できる。そのフーゼル油流
が、圧力降下(開放)容器からの粗メタノールを
供給された塔から;またはそのような粗メタノー
ルを供給された塔からの塔底生成物をさらに供給
された塔から;取出された液体であるときには、
その取出し位置は、供給水準(位置)よりも低位
であるのが特に有利である。別法としては、ある
いは追加的に、フーゼル油流は、そのような塔の
供給位置(水準)よりも上位から取出されてよ
く、あるいは水抽出蒸留塔の塔頂から回収される
水における制限された溶解度をもつ化合物である
こともある。そのようなフーゼル油流中における
メタノールを、高級アルコール(メタノールより
も高級の意味)の水中における低溶解度を利用し
て高級アルコールから分離することが提案されて
きているが、これは本発明の方法においては不要
である。その理由はそのようなフーゼル油流の全
有機質含有物は、単一操作で方法工程へ返還でき
るからである。 下記の1〜6は本発明で使用しうる蒸留装置の
例である。 1 単一塔:揮発性物質を塔頂から取り、製品メ
タノールを高水準(位置)で採取し、フーゼル
油を原料供給位置よりも上位で蒸気として、お
よび/または供給位置よりも下位で液体とし
て、取出し、そして水を塔底生成物として取出
す。 2 二塔:第1の塔はトツピング塔で、それから
揮発性物質を塔頂部で採取し、そして水性メタ
ノールを塔底で採取する。第2の塔は精留塔で
あり、それから製品メタノールを塔頂で、また
は高い位置で取出し、水を塔底で取出す。少な
くともその精留塔はフーゼル油を供給位置より
も上位で蒸気として、および/または供給位置
よりも下位で液体として、取出す口を有する。 3 二塔:第1塔は水抽出塔であり、それには粗
メタノール供給位置よりも上位の水準において
水が供給される。その水の量は、40%(w/
w)以上、例えば40〜60%あるいは、さらに80
〜95%(w/w)の水を含む塔底液を生ずるに
足る量である。(水の効果は、ケトンおよび高
級アルコールのような不純物の相対的揮発性を
増進させ、それらが揮発性物質と共に塔頂から
排出してフーゼル油流を与えるようにする)。
この第1塔は1個またはそれ以上のフーゼル油
直接取出口(側面)を有してよい。第2の塔は
上記系(装置)2の精留塔に類似している。 4 準粗水性メタノールを単一塔または精留塔に
おける供給点よりも上位で液体として取出し、
それを最終の精留塔へ送るようにした装置であ
り、その精留塔から製品メタノールを塔頂また
は上方位で取出す(貯蔵のため、または前の塔
への追加の還流として)。そして水または水性
メタノールは塔底から取出す。エタノールおよ
びその他の高級アルコールに富む側流を取出す
のであれば、それは本発明による合成ガス発生
工程へ戻しうる。 5 高沸点成分をメタノールから吸着により除く
装置であり、ここではフーゼル油流は吸着剤を
再生することにより得られる。 6 メタノールと高沸点化合物とを含む流れを、
別個の塔における蒸留で分離し、あるいは主塔
に返還してメタノール含量が低減したフーゼル
油が取出せるようにした装置である。 フーゼル油流は、方法工程へ戻されるので、各
蒸留塔は、その量やそのメタノール含量を、通常
適用しうる低水準にまで制限するように設計され
る必要がない。 フーゼル油流は、(そのメタノール含量が低減
されていてもしなくても)、それを液状に維持す
るに足る充分な圧力下で適当には反応済合成ガス
または凝縮するスチームとの熱交換により、好ま
しくは150〜250℃の温度に加熱され、次いで合成
ガス発生工程への気状供給物と接触する帯域へ供
給される。非常に適切にはその気状供給物は炭化
水素原料とスチームとの混合物(特に炭化水素と
反応済ガスによつて加熱された水との直接熱交換
によつて得られる混合物)である。接解帯域にお
ける温度および圧力は、フーゼル油流を液状に維
持し、またその水含量が完全蒸発するのを防ぐよ
うに選択される。なんとなればフーゼル油流中に
溶解されているアルカリまたはアミン塩が、水が
完全に蒸発してしまえば、析出してしまうからで
ある。所望ならば追加の水を、蒸留塔から取出し
たフーゼル油流中に混入することができる。 本発明の好ましい一態様を添付図面により説明
する。添付図は天然ガスからメタノールを製造す
る工程のフローシートである。 脱流済の温天然ガスを10で二段充填塔12の
底へ供給する。塔12の底部分中で天然ガスは熱
水と向流接触しつつ充填層14内を上向きに流れ
る。その熱水は、以下で説明する供給源から位置
16で供給される。かくして得られる加湿ガスは
チムニイ・プレートを通り抜けて塔12の上方部
分中へ移り、そこでフーゼル油流と接触する。そ
のフーゼル油は以下で説明するメタノール精製工
程から20で供給され、多くの場合は水を添加さ
れている。かくしてガスはフーゼル油中の有機化
合物の実質的に全ての含量をストリツピング除去
する。塔12から管22によつて水流が取出さ
れ、それは水加熱器に向つている。また水中のナ
トリウム塩の廃溶液を管24で取出し、ドレイン
へ送る。天然ガス、スチーム、メタノール蒸気お
よび高級アルコール蒸気からなる塔12からの塔
頂流は26においてさらにスチームと混合され、
その混合物は、予熱器(図示せず)を介して、外
部加熱管28中のスチームリホーミング触媒へ供
給される。かくして得られる炭素酸化物、水素、
メタンおよび過剰のスチームを含むガスを装置3
0(これは一般的に使用されるような、熱回収、
冷却、スチーム凝縮および水分除去装置を総括的
に示している)に送る。乾燥した冷たいガスを圧
縮機32中で合成反応圧力にまで圧縮すると共に
再循環未反応ガスと混合する。この混合物を熱交
換器34中で合成触媒入口温度にまで加熱し、合
成反応器36へ送る。(実用的には一段よりも多
くの熱交換を採用するであろうし、ガスの一部分
はクエンチ流としてわずかに加熱されまたは加熱
されずに反応器へ別個供給されるかもしれない。
その他の実用的方法には、そのようなクエンチン
グの代りに間接熱交換により温度制御を行う合成
反応器を使用する)。反応器36を去る高温の反
応済ガスは38において、予熱流(このものは熱
交換器34の高温側に供給)と、熱回収流とに分
割される。後者の流れは、熱交換器40の高温側
に送られる。交換器40は管22からの再循環水
および管42からの新鮮水を受け、塔12中で天
然ガスの加湿に必要とされる熱水を16へ供給す
る。熱交換器34および40の通過後に、それぞ
れ冷却された反応済ガス流を再合流し、小容量の
熱交換器(図示せず)中でさらに冷却してメタノ
ールの露点以下とし、そしてキヤツチポツト44
へ送り、そこでメタノールおよび水分を液体とし
て分離させ、またそこから未反応ガス流を頂部で
取出して、一部を46で放出しまた一部を再循環
未反応ガス流として圧縮機32へ供給する。46
で放出されるガスは、好ましくは反応済メタノー
ル合成ガスと熱交換した後に、タービンを通して
圧力降下させることができる。 キヤツチポツト44からの底部液体流は、圧力
降下(圧力開放)容器48に送り、そこで溶存気
体を沸とう退出させ、次いで液体を、アルカリ添
加点49を経て、トツピング塔50の中間棚段へ
導入する。塔50中では、メタノールとメタノー
ルよりも易揮発性の成分とを頂部から取出す。メ
タノールは冷却器52中で凝縮し、還流として返
送される。揮発性物質、主にジメチルエーテルは
54で取出され、スチームリホーミング管28用
の反応原料または燃料として用いられる。塔底生
成物として塔50を去るメタノールおよび水は、
その一部分は、スチーム加熱されたリボイラー5
6へ戻され、また残部は精留塔58の中段部へ送
られる。塔58の頂部でメタノール蒸気は60に
おいて凝縮し、一部分は還流され、一部分は位置
62で製品として取出される。精留塔58の塔底
液体は稀いアルカリ塩水溶液であり、このものは
一部分はリボイラーを介して再循環され、また一
部分は66で廃棄する。所望ならば、この廃液流
は(例えばポンプ67を介して点線に沿つて)塔
12の上方部分の如き加湿器において使用できる
が、一定のパージ放出を維持することを条件とす
る。その廃液流はボイラー供給水として使用する
のには不適当である。塔58は液体パージ取出口
68をも有するが、この取出口は供給口の水準よ
りも下位であり、従つて水およびアルカリ金属
塩、ならびにメタノールおよび高沸点有機化合物
を含んでいる。供給を上方へずらすことの結果と
して供給プレートとパージ取出口68との間に、
比較的に一定なメタノール:水の比の領域が存在
することがありうる。供給を上方へずらして行う
と、パージ液体中のメタノール含量を低減させる
効果がある。パージされた液体はポンプ69(そ
の出口においては液体は沸とうが生じない十分な
高圧の下にある)で、加熱器70へ、そして次い
で20の充填塔12へ供給され、その有機化合物
含量は反応工程用原料に対して加えられる。 実施例 上記のフローシートを用いての典型的な工程に
おける反応条件および流量を表1にそして組成を
表2に示した。
【表】
添付図は本発明の製造法を実施するためのフロ
ーシートの一例である。 20:フーゼル油再循環位置、28:合成ガス
発生触媒床、36:メタノール合成反応器、4
4:粗メタノール分離キヤツチポツト、50:ト
ツピング塔、58:精留塔、60:精製メタノー
ル取出口、68:フーゼル油流取出口。
ーシートの一例である。 20:フーゼル油再循環位置、28:合成ガス
発生触媒床、36:メタノール合成反応器、4
4:粗メタノール分離キヤツチポツト、50:ト
ツピング塔、58:精留塔、60:精製メタノー
ル取出口、68:フーゼル油流取出口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1(a) 炭素質原料を、水蒸気、二酸化炭素およ
び酸素から選択されるガス化剤と反応させるこ
とによりメタノール合成ガスを発生させ; (b) メタノール合成触媒上で上記合成ガスを反応
させて、反応済のガスから粗メタノール液体生
成物を回収し; (c) 粗メタノール液体生成物に対してアルカリ金
属の水酸化物または炭酸塩を添加し; (d) 得られる混合物を蒸留し、その混合物から、
精製メタノール流と、メタノールよりも高沸点
の有機炭化水素及びアルカリ金属化合物を含む
液体フーゼル油流と、を分離し; (e) そのフーゼル油流を合成ガス発生反応へ再循
環させることによりその有機炭化水素を合成ガ
スへ転化する; 各工程からなり、 フーゼル油流をその不完全な蒸発が行なわれる
ような条件下で液状において、工程(a)での化学反
応に付されるべきある気状流と接触させ、かくし
てそのフーゼル油中の有機化合物をその気状流中
へ気化させて、アルカリ金属化合物を含む液体水
性流を残留させ、そして気化された有機化合物を
含む気状流を液体水性流から分離することを特徴
とするメタノール製造法。 2 フーゼル油と接触させられる気状流は、水蒸
気との接触反応に供給されるべき気状または気化
された炭化水素である特許請求の範囲第1項記載
の方法。 3 気状または気化された炭化水素流は、フーゼ
ル油流とそれとの接触前に加湿される特許請求の
範囲第2項記載の方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8016619 | 1980-05-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPS5718640A JPS5718640A (en) | 1982-01-30 |
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