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CN115175757A - 负荷跟随反应器系统、相关设备及其操作方法 - Google Patents

负荷跟随反应器系统、相关设备及其操作方法 Download PDF

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CN115175757A CN202180010645.1A CN202180010645A CN115175757A CN 115175757 A CN115175757 A CN 115175757A CN 202180010645 A CN202180010645 A CN 202180010645A CN 115175757 A CN115175757 A CN 115175757A
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Abstract

本申请公开了一种负荷跟随反应器系统(150)和相关设备，用于在变化负荷下反应器的改进控制。负荷跟随反应器(152)可以是用于甲醇合成的管冷式反应器。反应物可由至少一个阀元件(160、162)控制，使得一部分反应物通过反应器管(190)提供到反应器(152)，并且一部分反应物在热交换器(156)内加热后提供到反应器(152)。反应物的加热部分可在管(190)之后提供到反应器(152)。阀元件(160、162)可根据反应器(152)的温度和/或反应物的进料流量来控制以使反应器(152)的温度适应变化的反应物流量。

Description

负荷跟随反应器系统、相关设备及其操作方法
技术领域
本公开涉及负荷跟随反应器、相关部件以及用于实施或操作其的方法。负荷跟随反应器和相关部件可以配置为进行化学反应并响应反应物的流量的变化，这在转化成源自可再生能源的反应物时很常见。负荷跟随反应器可布置有相关部件，其可响应于一种或多种反应物的变化或工艺条件的变化而促进热传递和/或热集成，以适应负荷跟随反应器的工艺条件(例如温度)。
背景技术
在全球范围内努力提供清洁和可再生能源的一个紧迫困境是风能、太阳能、地热、水力、潮汐和其他可再生能源的固有可变性，以及无法在生产高峰期储存来自可再生能源的能量以便后续在高需求时使用。可再生能源(尤其是风能和太阳能)的生产高峰时期经常与高需求时期不匹配，即使可再生能源正在产生能量，一个地区的电网容纳可再生能源的能力也可能受到现有发电厂的缓慢周转或适应性的限制。
众所周知，例如在炎热的夏季月份期间，因人们在各自的家中和办公室运行空调设备而使得能源需求高峰出现在下午，但风力发电高峰通常出现在之后的傍晚或早上。太阳能只能在白天和有利的天气条件下收集。另外，可再生能源的来源通常远离消费者和输电线路，这使得现有电网内的能源的输送和有效消耗变得复杂。自2005年以来，风能和太阳能的能源生产量增加了10倍以上，成功容纳和利用可再生能源的挑战已变得十分突出，并将在可预见的未来继续增长。
正是由于生产时能源存储和需求时能源利用的困难，例如煤炭、石油和天然气的化石燃料长期以来已经是全球能源结构的主要组成部分，因为这些物质是以碳氢化合物的形式存储为可再生能源，特别是太阳能。到2050年，全球能源消耗预计增长50％——每年比当前消耗增加近300万亿英热单位——迫切需要用于生产、储存和利用可持续能源的新模式。
在高需求时期，如果没有一种有效的方法来适应来自电网中的可再生能源的能量，并且没有可行的存储选择，这种可再生能源通常会被削减、浪费或接地。通常，不可能简单地降低基准能量来源或诸如煤或核电厂等基本负荷发电厂的输出，因为此类发电厂的输出的快速降低然后快速增加在操作上可能不可行。
实际上，此类发电厂通常针对特定的生产水平进行了非常精细地校准，以至于生产水平的变化，例如适应风能的突变和大幅增加，可能会导致灾难性或昂贵的设备关闭或事故，这可能花费数天时间才能恢复正常。但是为了避免停电，电网中的可用电量必须始终等于需求量。因此，电网稳定性是广泛采用固有可变的可再生能源的障碍。
为了解决这个问题，电网运营商经常采用灵活的发电厂，称为峰值负荷发电厂或“调峰器”。这些设备的运行时间经常低于基本负荷发电厂，有些每年少到250小时，并且旨在尽快将负荷迅速提升到100％，以适应需求或生产的波动。调峰器通常在高需求或需求峰值期间(例如在夏季月份)部署，并且最近被用于平衡来自可再生能源的生产。与基本负荷和峰值负荷发电厂相比，负荷跟随发电厂是直接响应于不断变化的电力供应需求而运行。
负荷跟随发电厂可用作可再生能源的平衡资产，并配置为在较低负荷下运行，以平衡每分钟都在变化的可再生能源的变化。此类发电厂通常使用燃气轮机或水力发电机组，因为它们具有能快速提升或降低的能力，但以效率以及更高的资本和运营成本为代价。简而言之，将可再生能源整合到现有电网的主要方法是提供和使用负荷跟随型或其他灵活的发电厂(其通常成本高且效率低)，以在可再生能源生产高峰时降低电力生产，并在可再生能源生产减弱时增加电力生产。
提供负荷跟随发电厂的一种替代方式是在生产高峰期间存储能量以供后续使用，但现有的可再生能源的存储方式往往过于昂贵，难以扩大规模，或两者兼而有之。例如，可以在生产高峰期压缩地下洞穴(如废弃矿井)中的气体，然后在后续的需求高峰期通过发电涡轮来释放压缩气体。这也可以通过泵送水来完成，即在生产高峰期将能量作为较高海拔的水的势能来存储，并在需求高峰期以水流回时的动能的形式重新获得能量。虽然这种水力存储选项显然受到位置、成本和可扩展性的限制，但迄今为止全球能源存储容量的绝大多数都是抽水蓄能水力发电。
例如，太阳能发电厂可以使用热能存储来使用例如熔盐的材料以热的形式积聚能量，并在当天晚些时候释放能量。或者，可以使用泵送式热电存储系统，将热量从冷库泵送到热库，通过热泵反转以提取所存储的能量。与水力存储选项一样，热能存储选项受到位置、成本、维护问题和可扩展性的限制。热能存储可能最适合增量和特定地点的改进，例如减少办公楼的效率低下的能量，而不是为能源存储作大规模的选项。
锂离子电池能够储存来自可再生能源的能量，但成本在每千瓦·时380美元到每千瓦·时900美元之间，电池非常昂贵，尤其是在大规模生产时——仅美国在2018年就消耗了大约100万亿英热单位，或约三千亿千瓦·时。因此，通过电池为一个国家的大部分能源消耗提供能量存储目前在经济上是不可行的。
然而，进一步的能量储存方式包括通过使用飞轮或其他机械设备(例如混凝土块)来储存机械能量，这同样受到资本和运营成本的限制。另一种储能方式是化学储能，特别是氢能存储，其中在可再生能源的生产高峰期产生的多余电能用于将水电解成氧气和氢气，氢气随后用于在燃料电池或燃气轮机中产生电能。氢气可以储存在人工容器中，例如储罐(具有由于氢气分子的小尺寸可以通过钢罐逃逸的困难)，或者储存在例如盐丘的地下洞穴中。氢气储存的效率低下且难以扩大规模，这是由于氢气的爆炸性性质，这在大多数发达国家现有的能源和石化基础设备中提出了工程挑战。
于2019年6月6日公开的美国专利申请公开2019/0168155以及于2012年4月20日提交的美国专利8,506,910描述了使用甲醇来储存可再生能源的能量，这两篇文献通过引用以其整体并入本文。甲醇由合成气生产，该合成气包含通过电解水获得的氢气和从任何合适的来源获得的二氧化碳(CO2)，包括工业点源(如发电厂)。合成气在反应器中通过合适的催化剂(如铜-锌催化剂)与反应器流出物中的甲醇、水、副产物和未反应的原料的混合物反应，然后可以如美国专利申请公开2019/0168155中所述地将其分离。
甲醇相对于氢气是有利的，因此“甲醇经济”相对于“氢经济”是有利的，因为甲醇是可再生能源的一种可替代的化学储存部署方式，并且相对于氢气来说天然地是一种更稠、更安全和可通过现有的能源和石化基础设备更容易容纳的液体。甲醇还对进一步的化学合成工艺具有重要作用(包括甲酸、甲醛、甲基叔丁基醚、乙酸、甲基丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、碳酸二甲酯(DMC)、甲胺、氯甲烷、甲硫醇、二甲醚和烯烃(例如乙烯和丙烯))，用作运输燃料、燃料电池、废水处理和电力生产。
如美国专利申请公开No.2019/0168155所描述的那样，从可再生能源中生产甲醇的问题在于，随着可再生能源的生产量的变化或波动，用于从中生产甲醇的设备必须相应地进行调整，以实现最佳运行。可再生能源的生产量与通过电解获得的氢气量成正比。可根据氢气的变化量来提供来自合适来源的相应的或化学计量量的CO2，从而导致供给反应器的合成气的变化量。
由于从CO2和氢气中合成甲醇是放热的反应，而且反应器的条件会影响反应的效率和产量，因此反应器必须适应不断变化的合成气负载，以例如避免过热(如催化剂烧结、热失控和产品降解)的不利影响。相反，在低于稳态温度下操作的不利影响会导致低效转化和不希望的副产物的积累，例如来自吸热的反向水煤气变换反应。
众所周知，调节反应器的温度以实现稳态运行(例如在启动时)是具有挑战性的。高度动态的温度控制系统仅用于维持稳态操作。在不同于稳态条件的启动或非稳态条件下运行带来了进一步的控制挑战，并导致选择性和产量的低下，还会导致反应堆容器或相关部件和设备发生灾难性故障。
从反应器启动到此类反应的“线性态”或稳态运行的期间可以从几小时到几天或几周不等。鉴于可再生能源的分分钟都会变化，这种用于实现线性态或稳态运行的冗长程序是不可接受的或经济上不可行的，特别是考虑到当反应器不在稳定状态下运行时选择性和生产率的降低。调节反应器温度的困难部分是由于反应物和催化剂以及反应器容器本身的热惯性，这使得快速地且精确地将反应器中的温度调节到所需值的难度更加复杂。也就是说，相对于质量的传递而言，反应器系统的热惯性可能会减慢热量的传递，这在放热反应中具有更大的意义，在放热反应中预计会出现波动，包括质量流速的显著增加。例如，当负载增加时，由于反应器顶部的反应速率较慢，与反应器底部相比，反应器顶部的加热可能更慢。
用于调节反应器温度的现有设备通常非常复杂，并且很难适应与负荷跟随反应器相关的流量的增加和减少。例如，某些反应器配备有靠近催化剂床的加热元件。其他反应器可以改变多催化剂床反应器和相关设备的床，例如可以将反应物提供到能够获得穿过某些催化剂床的温度剖面的床间热交换器。
反应器很难且很慢适应不断变化的工艺条件的问题的现有解决方案是复杂的，并且缺乏快速升高或降低反应器整体温度的能力。另外，解决这个问题的现有尝试低效地添加和去除热量，从而增加了设备的运营支出(OPEX)，这给存储可再生能源的设备带来了额外的经济压力。在许多情况下，使用现有的用于调节反应器温度的方式来运行这样的设备在经济上是不可行的。现有方式(如加热盘管、热交换器或提供试图调节反应器温度的其他热传输相关的设备)所提供的对复杂设备的必要维护进一步增加了运营支出，更不用说资本支出(CAPEX)。
鉴于可用于根据本公开的实施例的负荷跟随反应器系统和相关设备中的某些反应(包括甲醇合成、CO、CO2和H2的甲烷化及其他)的放热性质，保持对负荷跟随反应器系统的控制以避免热失控、催化剂烧结和其他与高温相关的问题也是至关重要的。
包括用于从源自可再生能源的合成气中生产甲醇的反应器的设备可以通过调整条件和装备以适应基于可再生能源的生产的不断变化的原料负荷来配置为负荷跟随反应器和设备。然而，鉴于使包括反应器在内的关键装备去适应变化的负荷的上述挑战，特别是在反应器温度的背景下，很少(如果有的话)有化学能量存储的负荷跟随应用。
综上所述，需要一种改进的低成本的负荷跟随反应器、相关的设备及其操作方法，以提供改进的能量存储和对变化的原料负荷的适应性，同时不会显著增加运营支出花费。
发明内容
本公开的实施例讨论了负荷跟随反应器、相关设施及其操作方法，其解决了具有可变负荷原料或反应物的反应器在非稳态条件下次优地和低效地运行的问题。负荷跟随反应器系统可包括相关设备，例如包括控制器的热集成设备，以响应于反应物的量的变化来调整和控制负荷跟随反应器的工艺条件(例如温度)，从而使负荷跟随反应器去适应不同的反应物流速，并更快地实现稳态或平衡运行。
负荷跟随反应器可以是包括管和/或合适的催化剂(例如甲醇合成催化剂)的反应器。反应器可包括一根或多根管子，以促进反应器和催化剂内的热集成。例如，一根或多根管子可配置成在反应器主体内延伸，并从管子的起始部分或开始部分穿过催化剂或催化剂床延伸到管子的末端部分。反应物可以通过管子，从而在加热的反应物被部署到催化剂之前可与催化剂、反应器内部构件和/或反应物、副产物和产物进行热交换。反应器可以包括位于转向点的旋流器，例如反应物离开管子然后开始直接流过反应器和/或催化剂床的点。旋流器可确保反应物适当地混合。
在放热反应中，通过一根或多根管子来提供反应物可以有利地从不断进行的反应中提取热量并将反应物预热至反应温度，从而使额外的热交换最小化。在吸热反应中，提供一根或多根管子可配置为将来自反应物的热量提供给正在进行的反应以促进反应。相关联的热集成设备可被配置为改变通过管子的反应物或热交换介质的流量来实现、达到或保持目标温度。
在一些实施例中，新鲜反应物(例如甲醇合成环境中的H2)的流量根据其可用性而增加。例如，当过量的电力(如来自可再生能源的电力)用于电解过程时，例如，新鲜的H2反应物的流量可能会相应地(且暂时地)增加。例如在发电厂中产生的CO2的流量可以相应地增加以适应增加的H2，并提供给供到反应器中使用的特定催化剂的合成气体(“合成气”)的组分的适当比例。
因为在反应器条件没有相应变化的情况下增加反应物的流量可能不利地影响正在进行的反应的转化和选择性，控制器可以被配置为调节各种的工艺条件，以在反应器中达到所期望的温度，从而实现最佳反应物的转化。当过量发电导致H2生产的增加和反应物流量的增加时，控制器可促动用于控制反应物部署的阀元件。
反应物的合适部分可通过阀元件转移至反应器的第一进料管线，而反应物的剩余部分可通过反应器的第二进料管线输送。当由第二反应器进料管线输送的反应物的剩余部分按照正常操作经过反应器的管子时，第一进料管线可以进行进一步的热交换，以提高第一进料管线中反应物的温度。第一进料管线可以连接到反应器，使得通过其中输送的反应物部分地、基本上地或完全地绕过这些管子。另外，通过降低经过管子输送的反应物的比例，从反应器中带走的热量(在放热操作中)更少。
当反应物快速增加和放热操作时，阀元件的导流作用可以提高反应器本身和反应物在反应前的温度，从而使反应快速且无缝隙地达到稳定状态且低效率得以改善，例如由于反应器条件和流量的不匹配而导致不期望地增加了副产物的产生。
在一些实施例中，阀元件包括位于反应器的第一和第二进料管线中的每一个上的第一和第二阀，从而允许控制器精确地控制反应物的流量。例如，可以允许全部反应物进料通过管子，或者可以将全部反应物进料转移到第一进料管线以进行进一步的热交换和/或绕过管子，或者反应物进料的任何合适的分配可以在合适的情况下进行，以在反应器和相关设备中获得期望的工艺条件。
在一些实施例中，与第一进料管线相关联的进一步的热交换被提供在专用的第一热交换器中发生。第一热交换器可构造成通过任何合适的热交换介质(例如蒸汽)来向第一进料管线提供热量。在一些实施例中，第一热交换器可以与反应器输出流热集成，从而为第一进料管线提供从加热的反应产物中提取的热量。在其他实施例中，第一热交换器可适于通过任何合适的热交换介质(例如冷却水)从反应物中除去热量。
当与反应器输出流热集成时，第一热交换器可布置成从基本上全部的反应器输出流或从反应器输出流的侧流部分中接收热量。在反应器输出流的侧流部分经由第一热交换器加热第一进料管线的实施例中，可以在侧流部分上配置另外的阀元件，用于补充的和微调的过程控制。冷却的侧流部分可以在加热第一进料管线之后再在任何合适的位置与反应器流出管线重新汇合。
在通过至少一个阀元件向第一和第二进料管线进行的任何转向发生之前，反应物可以由第二热交换器预热。第二热交换器可以与反应器流出管线热集成。在一些实施例中，第一和第二热交换器都与反应器流出管线热集成。第一热交换器可以布置在反应器与第二热交换器之间，或者可以相对于反应器布置在第二热交换器的下游。
在一些实施例中，反应器输出流可以与任何合适的过程或布置进行热集成；在一个实施例中，反应器输出流可以为下游分离过程提供再沸器负荷，例如将粗反应产物分离成精制产物的分馏器。例如，当从可再生的H2和CO2中产生合成甲醇时，这种布置是特别有益的，这是因为来自反应器的粗甲醇产物可能包含夹带的水、CO2、CO或其他必须分馏以获得足够纯度的甲醇产物的物质。
反应器系统和相关设备的效率可以通过提供初步分离部分和再循环设备来提高。反应器流出物可以在反应器部分的下游通过使用任何合适的热交换介质(例如冷却水)的热交换器来进行热交换(例如冷却或冷凝)。产物的冷凝用于促进气态未反应的合成气(例如包括H2和CO2)和反应产物的分离。闪蒸罐或捕集器可以将剩余的气态组分(例如未反应的合成气和例如CO的气态副产物)从冷凝的液体产物中分离出来，而气态组分再循环回到反应器。
可提供氢气回收单元来从所分离的气态组分中的至少一部分中去除H2并且可产生或提取废气流，剩余的合成气再循环到新鲜的反应物进料中。可设置压缩机或循环器来压缩所分离的气态组分中的至少一部分，其与新鲜的反应物进料一起提供到反应器中。
冷凝的液体产物可以为在第二个闪蒸罐中的下游分离或回收单元的进一步处理做准备，其中闪蒸气体(包括任何剩余的未反应的合成气、副产品或其他轻组分)被送至再循环、废气、电池限制或另一个工艺，剩余的液体产物被处理成存储、电池限制、下游分离工艺(如分馏)或进一步处理。在一些实施例中，例如，粗甲醇产物可提供给一个进一步处理单元，作为用于甲醛或DMC合成工艺的原料。为了从冷凝的液体产物中更完全地分离气态组分，第二个闪蒸罐可以在比第一个闪蒸罐更低的压力下操作。
根据本公开的一些实施例，通过提供负荷跟随反应器系统、相关设备及其操作方法，解决了现有的化学合成单元不适合适应于变化的反应器进料的问题，特别是基于变化的反应器进料而使得反应器缓慢或难以实现稳态操作。所公开的实施例更好地使反应器系统和相关设备能够进行负荷跟随以用于能量存储和其他应用，同时不会显着增加系统和工艺的CAPEX或OPEX。
在以下讨论中更详细地描述了其他方法、实施例和系统的变型。
附图说明
基于以下描述、所附权利要求和附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更加清楚和更好理解。
图1A是根据本公开的一个实施例的负荷跟随反应器系统和相关设备的简化图。
图1B是根据图1A的实施例的负荷跟随反应器和相关设备的简化图。
图1C是图1B的负荷跟随反应器的一种变型的简化图。
图2A是根据本公开的另一个实施例的负荷跟随反应器和相关设备的简化图。
图2B是图2A的负荷跟随反应器和相关设施的一种变型的简化图。
图3是根据本公开的另一个实施例的负荷跟随反应器和相关设备的简化图。
图4是根据本公开的负荷跟随反应器系统和相关设备的操作方法的简化图。
附图不一定按比例绘制，而是以提供对部件的更好理解的方式来绘制，并且不旨在限制范围而是提供示例性说明。附图说明了负荷跟随反应器系统和相关设备的示例性配置，并且绝不限制根据本公开的负荷跟随反应器系统和相关设备的结构、配置或功能。
具体实施方式
从以下带有附图阅读的描述中可以更好地理解本发明的不同实施例，其中相同的附图标记指代相同的元件。
尽管本公开易于进行各种修改和替代构造，但某些说明性实施例在附图中示出并且将在下文进行描述。然而应该理解的是，本公开并不被限制为所公开的实施例，相反，本公开涵盖了落入本公开以及由所附权利要求所定义的主旨和范围内的所有修改、替代构造、组合和等同物。
应当理解，除非在本专利中定义了一个术语以具有所描述的含义，否则并未明确地或间接地限制该术语的含义，使其超出其简单或普通的含义。
根据本公开的负载跟随反应器系统、相关设备及其操作方法的实施例有利地允许反应器系统通过使反应器和相关设备能够轻松地且快速地适应不断变化的工艺条件，以便更有效地对包括但不限于能量存储的应用进行负荷跟随，从而最大限度地减少因工艺条件不匹配而导致的效率低下。
因为反应器的尺寸通常针对优化产量、转化和选择性的一组特定的优化动力学参数而设计，所以以不同于设计情况的流量运行反应器需要相应地改变反应器运行的其他动力学参数。例如，随着反应物的流量变化，根据本公开的负荷跟随反应器系统实施例可以有利于将反应器的温度调节到所调节的目标值以快速实现稳态操作，优选地在反应平衡下，从而保持适当的反应物转化率并最大限度地减少运营支出(OPEX)。
在一个示例性实施例中，随着可再生电力负荷的增加导致反应物流量的增加，继能量和反应物负荷的增加，反应器温度可以向上调节至更高的温度和更高的平衡常数。升高的温度导致更快的反应速率，以及可补偿在反应器中反应物更短的停留时间的平衡常数。在例如甲醇合成的放热反应中，较高的温度可能会增加转化率并降低选择性，从而使反应器系统和相关设备能够处理反应物流量的增加。
同样，随着反应物流量的降低，反应器温度可以相应地向下调节至较低的温度和反映了较长停留时间的较低的转化率，以副产物和未反应的合成气分离和再循环过程的形式降低了OPEX、提高了选择性、不利于副反应(如反向水煤气变换反应)，并最大限度地减少产物降解。这样做允许反应器系统的实施例跟随能量和反应物负荷的减少。可以根据需要相似地调节工艺条件(例如压力、再循环速率和各个反应物的浓度)的相应的或其他的变化。
本公开的负荷跟随反应器系统和相关设备的实施例可以将反应器的温度调节到定义峰形了的反应器上的非均匀温度分布，和/或基于此来进行调节。例如，当负荷较低时(即反应物的流量相对于基本情况减少)，反应器温度可以定义具有接近反应器的顶部的峰的峰形分布。相反地，当负荷高时(即反应物的流量相对于基本情况增加)，反应器温度可以定义具有接近反应器的底部的峰的峰形分布。峰形分布的动态特性有助于反应器和反应物的热惯性。本公开的负荷跟随反应器系统的实施例有利地减少了克服反应器和催化剂的热惯性的时间，以及重新分配反应器内的热量并因此重新定位反应器的温度分布的时间。通过这样做，反应器内发生的热传递可以得到更快和更精确地控制。
图1A的简化工艺流程图显示了根据一个实施例的负荷跟随反应器系统和相关设备。反应器系统100可包括反应器部分150、进料段110、初步分离段170和氢气回收单元120。在一个示例性但非限制性的实施例中，反应器系统100被配置为甲醇合成设备，其中进料部分110提供新鲜的H2进料103和新鲜的CO2进料101。新鲜的H2进料可以从一种或多种电解过程中获得，由此可再生电能被用于从水中生产H2和O2，或者获得和提纯用于第二工业过程。新鲜的CO2进料101可以从任何合适的来源获得，例如来自工业或基于化石燃料的发电厂的点源，或者从稀释的大气源中获得和提纯。新鲜的H2和CO2一起定义了适合于使用合适的催化剂生产甲醇的合成气混合物，例如常规的基于Cu-Zn的催化剂，或本领域技术人员已知的更稀有的贵金属催化剂。
所合并的新鲜进料流105与再循环合成气流117合并，并在合成气压缩机104中压缩至合适的反应压力。所压缩的组合合成气流107可以在所合并的反应物流109被提供到反应器部分150之前与所压缩的再循环气流113合并，这将在本文中更详细地描述。反应器部分150可以布置为负荷跟随反应器，用于将基本上包含H2和CO2的合成气转化为甲醇产物。虽然在所公开的实施例中描述了新鲜的H2和CO2，但应当理解，所公开的实施例仅是示例性的，并且可以使用任何合适的反应套组。例如，可以类似地且有效地使用包含H2、CO2和CO的混合物的常规合成气。
可以将反应器流出物或产物流171从反应器部分150输送到热交换器174。热交换器174可以布置为冷凝器，并且可以使用在流173处提供的任何合适的热交换介质来冷却。热交换介质可以是冷却水，或任何其他合适的介质。热交换器174可以配置成冷凝反应器流出物或产物流171，使得冷凝的产物流175被传送到第一闪蒸罐或捕集器176。
第一闪蒸罐176被配置为对反应器流出物中的组分进行第一分离，该反应器流出物在离开反应器部分150时包括甲醇产物、副产物和未反应的合成气的组合，其中每种组分可以具有不同的热力学特性。通过将冷凝产物流175输送到第一闪蒸罐176并通过第一闪蒸罐176，未冷凝或不可冷凝的流体(例如包含H2、CO2和CO的未反应的合成气)可通过第一分离气流179基本上去除。
分离气流179可以通过第二分离气流115将未反应的合成气输送到氢气回收单元120。或者，未反应的合成气可以在阀门112的控制下通过第三分离气流111输送到合成气循环器或压缩机106。第三分离气流111中的未反应合成气可被再加压至例如反应器部分150的所期望的运行压力，然后与组合合成气流107合并。
氢气回收单元120可以从第一分离气流179中的未反应的合成气和其他组分中提取氢气。氢气回收单元120可产生废气流119，其将排放到大气中、烧掉、移至设备区、储存、燃烧或以其他方式在熔炉或其他设备中消耗，或以其他方式处置。废气流119的组成可以基于相关法规和工艺条件来选择。氢气回收单元120可进一步提供再循环合成气流117以与所合并的新鲜进料流105合并，之后再循环至反应器部分150。
氢气回收单元120可以是任何合适的氢回收设备，利用诸如变压吸附(SPA)单元、膜纯化单元、低温分离单元或其他的已知技术。反应器系统100可以包括在任何合适的位置或配置的氢气回收单元120，其基于任何合适的工艺约束并考虑到下游或替代的H2处置、当前H2生产水平或其他因素来设计。
在第一闪蒸罐176中分离之后剩余的冷凝产物可以通过液体流出物管线177传送到第二闪蒸罐180。第二闪蒸罐180类似地可以将液体产物从仍然夹带在液体产物内的废气中分离。第二闪蒸罐180可以在任何合适的工艺条件下操作，并且在实施例中可以在比第一闪蒸罐176更低的压力下操作，以实现所夹带的气态组分的更完全的分离。所分离的气态组分可以通过第二废气流181去除，与废气流119一样，第二废气流181可排放到大气中、烧掉、移至设备区、储存、燃烧或以其他方式在熔炉或其他设备中消耗，或以其他方式处置。
在由第二闪蒸罐180实现的分离之后剩余的剩余液体产物可以包括反应产物的增强部分(例如当合成气是反应物时的粗甲醇)，并可以任何合适的方式处置。例如，流183中的反应产物可以被储存、提供至设备区、在下游的化学处理单元中进一步处理，或在分离部分中进一步提炼。下游分离部分可以是如美国专利公开No.2019/0168155(于2019年6月6日公布，属于本公开的受让人，其全部内容通过引用并入本文)中所描述的分离单元。
从图1B开始更详细地示出了反应器部分150。反应器部分150可包含所合并的反应物流109，其可包含新鲜的进料和再循环的反应物。在甲醇合成反应的实施例中，所合并的反应物流109可包含基于期望的反应条件和期望的催化剂而具有合适分数的H2、CO和/或CO2的合成气。
在图1B的实施例中，所合并的反应物流109在热交换器155中与反应器流出物进行热集成。在放热的甲醇合成反应的实施例中，由较热的反应器流出物所携带的热量可以基于反应器条件将所合并的反应物预热至合适的温度。热交换器155和本文所描述的所有热交换器可以是配置为具有任何合适的特性并以任何合适的方式操作的任何合适的热交换器。例如，热交换器155可以是平行式和逆流式热交换器、翅片和无翅片管式热交换器、壳管式、U形管、单程直式和两程直式热交换器、板式和框架式换热器、板翅式换热器、微通道换热器或其他。
预热的组合反应物流121可以通过阀元件162在第一反应器进料管线123和第二反应器进料管线125之间转移。第一反应器进料管线123可以被布置为接收进一步预热或热交换，并且可以配置成在反应器152的顶部154处与反应器152连接。第一反应器进料管线123可以支撑阀元件160。第二反应器进料管线125支撑阀元件162，并且可以配置成在反应器152的底部153处与反应器152连接。在所描绘的实施例中，反应器152可以是管冷式反应器，其包括如美国专利申请公开No.2019/0168155所述的延伸通过其主体的管190。也就是说，管190可以从反应器152的底部153向顶部154延伸，相对于流过反应器152的反应物、副产物和产物的流动为大致逆流的方式。
阀元件160、162可以是任何合适的阀元件，包括但不限于线性运动阀(包括闸阀、截止阀、隔膜阀、夹管阀和针阀)、旋转阀(包括球阀、旋塞阀和蝶阀)、例如止回阀和减压阀的自驱动阀，或其他阀。阀元件160、162可以包括驱动件(未示出)，其配置为与控制器配合以根据需要调节阀元件160、162。阀元件160、162可以是相同类型和尺寸的阀，或可以不同。
通过第二反应器进料管线125输送到反应器152的反应物可以从对应于反应器底部153的管190的底部191向上流过管190，吸收在反应器152的主体中发生的放热反应的热量。当反应物到达对应于反应器152的顶部154的管190的顶部192时，反应物可能已经实现了显著的温度升高。靠近或处在反应器152的顶部154处，所加热的反应物可以离开管190并进入反应器152的主体，从而与布置在反应器主体中的催化剂接触。
催化剂可以是任何合适的催化剂。在甲醇合成反应器的实施例中，催化剂可以是例如本领域技术人员已知的合适的基于Cu-Zn的催化剂。催化剂可以进一步以任何合适的形式和排列而布置。在一些实施例中，反应器152可以定义一个或多个催化剂床，在该催化剂床上布置一定量的催化剂并且管可以通过该催化剂床，以便从一个或多个催化剂床中的每一个获得所期望的热传递。
在其他实施方案中，催化剂可以在反应器主体内以单体的形式来填充。催化剂可以包括任何合适的基质，并且填料可以包括任何合适的结构，以在反应物从顶部154向下流向底部153时增强反应物与催化剂之间的接触。应当理解的是，所描绘的实施例仅是示例性的，并且可以使用任何合适的反应器布置方式。
第一反应器进料管线123能被配置为将通过其中转移的反应物直接传送到反应器152的顶部154，并且通过绕过管，可以跳过与正在进行的反应参与者进行热交换的步骤。在诸如从合成气中合成甲醇的放热过程中，跳过从正在进行的反应中将热量提取到反应物中的步骤能用于增加反应器的温度和温度分布，这是因为热量在反应器主体、催化剂以及反应参与者内所积聚。由此，通过第一反应器进料管线123转移一部分反应物可至少暂时地和在一定程度上牺牲反应效率，以提高反应速度，特别是加速达到稳态操作的过程。
通过第一反应器进料管线123转移到反应器152的顶部154的反应物能在热交换器156中在反应器的内部热交换过程之外被预热。热交换器156能与反应器流出物流127进行热集成，以向第一反应器进料管线123提供热量，从而使废热最小化，并降低反应器系统100的总体OPEX和排放。
在一些实施例中，热交换器156可被配置和操作以便持续保持温暖，而与阀元件160、162的操作无关。通过持续保持热交换器156的温暖，反应器152和相关设备中的热惯性可以被最小化和减轻，这是因为负荷跟随反应器系统100例如通过同时地改变反应物和反应器152的温度来适应负荷变化。
另外，通过始终或基本上持续地保持热交换器156的温暖，负荷跟随反应器系统100能够快速地且灵活地响应负荷变化，从而提高负荷跟随反应器系统100的灵活性和响应性。如本文所讨论的那样，相对于非负荷跟随的工艺设计而言，这些优点通过提供热交换器和相应设备而有利地实现。
即，本公开的负荷跟随反应器系统和相关设备和实施例以比现有解决方案更简单、平稳且成本更低的方式解决了正在经历负荷变化的反应器中的热惯性问题。负荷跟随反应器系统和相关设备和实施例进一步使与反应器系统配合的设备能够瞬时或非连续地运行，从而使OPEX最小化，并且仅在反应物的流量和产物的处置在经济上有利时才启动。
尽管图1B和1C示出了热交换器156在反应器流出物管线127上被加热，但应当理解的是，热交换器156能替代地或附加地由外部设备来加热，包括但不限于电线圈、来自燃料气体(如过量的H2、CO或甲醇)的燃烧热，或通过合适的热交换介质(如蒸汽)。
在放热甲醇合成反应的实施例中，可将所加热的反应器流出物流127传送至热交换器156，以向由阀元件160、162转移通过第一反应器进料管线123的反应物提供热量。部分冷却的反应器流出物流可在物流133处被输送到热交换器155，以针对进入的反应物被进一步冷却。然后，可将进一步冷却的反应器流出物流在物流171处输送出反应器部分150。特别是，反应器流出物流127、133与反应物之间所传递的热量以及反应器流出物流127、133、171中的剩余热量通过所合并的反应物流109转移到第一反应器进料管线123的程度来控制。
反应器系统100可设置有控制器，该控制器配置为基于在任何给定的时间的工艺的动态和需要来确定与第二反应物进料管线125相比转移通过第一反应物进料管线123的所合并的反应物流109的适当比例。控制器可以接收指示工艺条件的信号(例如流量、成分、温度和压力)，并自动确定阀元件160、162的适当动作。
例如，控制器可以接收新鲜H2流103的流量已经增加的信号。基于新鲜H2流103的增加程度，控制器可要求将所合并的反应物流109的一部分(例如体积的50％)转移到第一反应器进料管线123，以基于所增加的反应物流量来提高反应器的温度。这可以通过向驱动器发送信号来将阀元件160、162调节相应的量来实现。控制器还可要求随着新鲜H2流103的增加，新鲜CO2流101的流量也在化学计量上增加。
应当理解，控制器可以通过任何合适的调节来响应任何工艺条件。例如，与第二反应器进料流125相比，新鲜H2流103的流量增加或减少的程度可能需要任何合适比例的反应物来被转移到第一反应器进料流123，范围从0％到100％，按体积、质量或其他计。
控制器可以进一步地或替代地影响任何合适的工艺条件的运行，例如压缩机104、106将反应物流105、111所升高到的压力、由氢气回收单元120提取的氢量、从反应器流出物中提取的热量，或其他。
在图1B中所示的反应器堆150的变型中，图1C中描绘的反应器部分175可以类似地结合有反应器152，以及如前所描述的第一热交换器155和第二热交换器156。除了第一热交换器155和第二热交换器156之外，反应器部分175可以结合有第三热交换器158。在所示实施例中，第三热交换器158被示为在第一热交换器155之前接收反应器流出物流129，但该实施例仅是示例性的，第三热交换器158可布置在第一热交换器155的下游，第二热交换器156的上游，或任何合适的位置。
第三热交换器158可布置成从反应器流出物流129中提取热量，以用于任何合适的目的。在某些实施例中，从第三热交换器158中的反应器流出物流129处所提取的热量可提供给下游工艺或不相关的工艺，这与预热反应器部分175中的反应物不同。
可以使用所提取的热量的示例性工艺是向初步分离段170下游的分馏塔提供再沸器负荷。分馏塔可用于将产物甲醇与污染物(如水)分离，如美国专利申请公开No.2019/0168155中所述。如图所示的第三换热器158可替代地用于为这样的工艺提供热量，而与如图所示的第一热交换器155和第二热交换器156的使用无关。第三热交换器158的使用同样可由控制器来控制和增强。
除了设置在第二反应器进料管线125上的第一阀元件162之外，第二阀元件160设置在第一反应器进料管线123上。通过提供另外的阀元件160，控制器可以对在第一反应器进料管线123和第二反应器进料管线125之间转移的反应物的量施加额外程度的精确控制。例如，第二阀元件160可以根据需要完全阻止反应物向第一反应器进料管线123流动，并且阀元件162可以根据需要完全阻止反应物向第二反应器进料管线125流动，并且控制两者之间的任何比例。
反应器部分150的一个变型在图2A和2B的实施例中示出。反应器部分250可以类似地集成在图1A中所示的反应器系统100中。反应器部分250可以包括具有顶部254和底部253的反应器252，并且可以配置有一个或多个延伸穿过其主体的管。与第二反应器进料管线225相比，如前所述的合并的反应物进料流可以布置成以期望的程度转移到第一反应器进料管线223。所合并的反应器进料109可以在被转移之前在第一热交换器255中被预热。第一反应器进料管线223可以布置成在第二热交换器256中被预热之后将转移的反应物提供到反应器252的顶部254，使得可与反应器流出物热集成。
第二热交换器256可仅从反应器流出物流227的期望比例中提取热量。第三阀元件230和相应的驱动器可以由控制器来控制，以将期望量的反应器流出物流227通过管线231转移到第二热交换器256。反应器流出物流227的剩余部分可以通过管线229输送到第一热交换器255。在从管线231的反应器流出物中已经提取到的所期望的热量后，它在管线232中被输送回反应器流出物流229的剩余部分。在图2A所描绘的实施例中，反应器流出物流229的剩余部分可以在第一热交换器255中从反应器流出物管线233中提取热量之前接收转向部分232或与转向部分232重新汇合。反应器流出物管线271最终可以从反应器部分250输送到前述下游工艺。
由第三阀元件230所转移的反应器流出物流227的量可由控制器基于通过第一阀元件260和第二阀元件262从第二反应器进料管线225转移到第一反应器进料管线223的反应物进料109的比例来确定，如前所述，第一阀元件260和第二阀元件262可由控制器来驱动，以向反应器进料管线223、225提供所合并的反应器进料109的任何所期望的分流。
在一些实施例中，转移至第一反应器进料管线223的较小比例的所合并的反应器进料109可对应于由第三阀元件230转移至热交换器256的较小比例的反应器流出物流227。在其他实施例中，控制器主要基于何时需要将反应器温度快速增加一定量来增加转移到热交换器256的反应器流出物管线227的量。与前述实施例类似，热交换器256可以在负荷跟随反应器系统运行的所有时间或基本上所有时间保持温暖，以增加负荷跟随反应器系统的灵活性和响应性，并且可以通过如上关于热交换器156所述的任何合适的方式保持温暖。
图2B示出了一种变型。与图2A的实施例类似，反应器252的温度和/或其他条件可以通过与第二反应器进料管线225相比将所合并的反应器进料109的一部分转移通过第一反应器进料管线223来控制。可进一步预热第一反应器进料管线223中的转移部分反应物的热交换器256可直接通过加热元件或来自外部源的热量来加热反应物，或加热反应器流出物管线227的一部分，其可以由第三阀元件230根据控制器的指示转移，以响应工艺条件的一个或多个指示，例如反应器温度、压力、反应物流量或其他。
与图2A的变型相反，在管线231中通过热交换器256的被转移的反应器流出物管线227的部分可通过热交换器255下游的管线234与反应器流出物管线的剩余部分重新汇合。然后可以将重组的反应器流出物流235输送出反应器部分250之外。在这个实施例中，在两个热交换器255、256中交换的热量可通过控制器进行微调和调整，使得反应器252的温度分布或任何其他合适的工艺条件可以基于另一个变化的工艺条件(例如，H2等反应物的流量)来调整。
图3示出了负荷跟随反应器和相关设备的另一个实施例。类似于前述实施例的反应器部分350可包括反应器352和至少一个热交换器355、356，所述热交换器配置为基于并且响应于变化的工艺条件来预热合并的反应器进料109。热交换器356可布置为如在先前实施例中的热集成换热器，反应器流出物管线327用于向反应物提供预热，冷却的反应器流出物管线371从反应器部分350输出到下游工艺。
热交换器356可以配置为使用反应器部分350的反应物和流出物之外的热交换介质。在一些实施例中，合适的热交换介质在管线331处提供给热交换器356，并在管线333处离开。热交换介质可以是任何合适压力的蒸汽，例如低压(LP)蒸汽、中压(MP)蒸汽、高压(HP)蒸汽、超高压蒸汽(SHP)或其他。热交换介质可以是来自分离工艺的废热。在其他实施例中，或者附加地，热交换介质可以由电加热器来提供。
如前所述，反应器部分350可配置为通过第一阀元件360和第二阀元件362中的一个或两个的驱动来将合并的反应物进料109的所期望的比例转移到第一反应器进料管线323中的附加预热程序，从而被转移到反应器352的顶部354。例如，当诸如新鲜H2进料的流量的工艺条件改变时，控制器可检测到反应器352或另一设备的温度、压力或其他工艺条件不适合或不匹配于所改变的工艺条件。
由于在一些实施例中可再生电能的增加用于从电解水产生H2，在CO2流量的化学计量增加的情况下，反应器的温度可能太低而无法实现有效且平衡的稳态操作。与操作反应器的现有方法(通常涉及对工艺条件的缓慢和/或低效调整以试图实现稳态操作)相比，本公开实施例的反应器系统和相关设备能够提供用于调整工艺条件的改进工艺，并具有简化的流程计划。虽然描述了CO2流量的化学计量增加，但应当理解的是，负荷跟随反应器系统和相关设备可以利用任何合适的反应物比率和流量。例如，过量的H2可用于提高反应速率并提高CO2的转化率。
图4所示了本公开实施例的操作反应器系统及相关设备的方法。操作负荷跟随反应器和相关设备的方法400包括检测一个或多个工艺条件的第一步骤402。这尤其包括检测例如H2的反应物的流量或预测流量。第二步骤404包括确定一个或多个条件的适当变化，这可基于并且响应于在第一步骤402中检测到的变化的工艺条件。例如，控制器可检测到根据增加的H2流量，反应器温度例如应该增加10℃，以便在增加的流量下实现最优操作。在一个实施例中，可根据反应物的流量来确定目标温度。可能需要更改多个条件。新鲜CO2的化学计量增加可需要与反应器温度的增加、压缩机压力的变化或其他一起实现。
第三步骤406涉及确定与第二反应器进料管线相比应当被转移到第一反应器进料管线的反应器部分中的反应物的比例。例如，反应器系统可具有默认操作，该默认操作为将反应物通过被输送到反应器底部的第二反应器进料管线而完全转移。为了实现反应器条件(例如温度)的变化，可能需要将一定比例的反应器转移到被输送到反应器顶部的第一反应器进料管线(从而绕过在反应器管中发生的热交换)，并且还可需要另外的预热以提高反应器温度。控制器可确定必须转移多少反应物，例如根据反应物的体积百分比，以快速地、稳定地和安全地实现所期望的工艺变化。
第四步骤408涉及促动一个或多个对应的阀元件以便与第二反应器进料管线相比将所期望的反应物的量转移到第一反应器进料管线。基于反应器部分中某个位置处所使用的阀元件的类型，10％体积的反应物转移可能需要在第二反应器进料管线上的截止阀元件50％地关闭。所有此类计算将受制于各个工艺约束和条件，包括反应物的组成、反应器类型、催化剂类型、热交换器的效率和/或其他。
第五步骤410涉及检测由于将部分反应物转移到第一反应物进料管线而导致的工艺条件的变化。在第五步骤410和任何其他相关步骤中的检测可以通过合适的传感器来完成，包括热电偶、压力传感器、流量计或其他。传感器可以配置为与控制器通信，以通过反应器系统和相关设备来指示工艺条件的当前状态。例如，热电偶或其他合适的温度传感器可布置在反应器的不同位置处。例如，热电偶可以布置在反应器的顶部和底部，以及催化剂主体中靠近催化剂的至少一个位置，以及如反应器主体中的任何一个或多个催化剂床处。可类似地获得和监测反应器流出物管线、所合并的反应物进料、第一和第二反应器进料管线、热交换器和任何其他合适的管线或设备的温度，并将它们用于确定阀元件的适当促动。
在尚未达到所需工艺条件的情况下——如所检测到的变化所示——可以重复第三步骤406、第四步骤408和第五步骤410一次或多次，直到实现所期望的变化。应当理解的是，可以使用任何合适的工艺控制方案或策略，包括反馈、前馈、比例、积分、微分、比例-积分、比例-微分、积分-微分、模型预测、它们的组合，或其他，可用于由控制器根据所检测到的工艺条件变化来确定合适的工艺条件，确定转移到第一反应器进料管线的反应物的合适比例，并确定应被引导至实现所期望的工艺条件的阀元件的促动程度。
控制器可包括处理器、存储器、I/O接口和其他合适的部件，用于接收来自传感器的信号、确定工艺条件变化、确定转移到第一反应器进料管线的反应物的合适比例，和/或确定阀元件的促动程度。
通过提供根据所公开的实施例的负荷跟随反应器、相关设备及其操作方法，解决了现有技术中的不充分地、低效地和次优地响应变化的工艺条件的问题，特别是解决了在响应于反应物流量的变化并克服反应器的热惯性的背景中的问题。负荷跟随反应器系统、相关设备及其操作方法的本公开实施例提供了一种简化的、有效的和改进的方式，用于响应于不同工艺条件(如反应物流量)的变化来调节所期望的例如反应器温度的工艺条件。负荷跟随反应器、相关设备及其操作方法有利地减少反应器达到热平衡的时间，特别是在改变流量和条件的期间，而这在负荷跟随反应器系统中很常见。
应当理解的是，在本公开的任何实施例下，不一定所有的目的或优点都能实现。本领域技术人员将认识到，负荷跟随反应器、相关设施及其操作方法可以以实现或优化所教导的一个优点或一组优点而不实现所教导或建议的其他目的或优点的方式来体现或执行。
本领域技术人员将认识到各种公开特征的可互换性。除了所描述的变化之外，通过本领域普通技术人员可混合和匹配的每个特征的其他已知等同物，以在本公开的原理下制造或使用负荷跟随反应器和相关设备。本领域技术人员可理解的是，所描述的特征可适用于其他类型的化学物质和工艺。因此，本公开和实施例及其变型，不限于甲醇合成工艺或负荷跟随应用，而是可用于任何化学或能源相关工艺。
尽管本公开描述了负荷跟随反应器、相关设备及其操作方法的某些示例性实施例和示例，但是本领域技术人员可理解的是，从本公开具体公开的实施例延伸到本公开的其他可替代的实施例和/或本公开的用途及其明显的修改和等同物。意在本公开不应受限于上述特定公开的实施例。

Claims (20)

1.一种负荷跟随反应器系统(150)，包括：
至少一个反应器(152)，其构造为进行至少一种化学反应；
构造为输送反应物流的反应物管线(109)；
第一热交换器(156)，所述反应物流的第一部分构造为经由所述第一热交换器(156)并通过第一进料管线(123)到达所述至少一个反应器(152)；
至少一个阀元件(160、162)，其构造为控制所述第一部分到所述第一进料管线(123)的流量；和
连接到所述至少一个反应器(152)的至少一个第二进料管线(125)，所述反应物流的剩余部分构造为通过所述第二进料管线(125)。
2.根据权利要求1所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述第一热交换器(156)构造为加热所述反应物流的第一部分。
3.根据权利要求1所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述第一热交换器(156)与所述至少一个反应器(152)的流出物管线热集成。
4.根据权利要求1所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述至少一个阀元件(160、162)包括分别布置在所述第一进料管线(123)和至少一个第二进料管线(125)上的第一阀(160)和第二阀(162)。
5.根据权利要求1所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，还包括布置为热集成热交换器的第二热交换器(155)。
6.根据权利要求5所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述热集成热交换器(155)由流出物管线(127)加热，并将来自所述流出物管线(127)的一部分热量传递到所述反应物管线(109)。
7.根据权利要求5所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述热集成热交换器(155)布置成由所述第一热交换器(156)下游的所述流出物管线(127)加热。
8.根据权利要求1所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述反应物流包括新鲜的CO2进料和新鲜的H2进料。
9.根据权利要求1所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述至少一个反应器(152)包括多个管(190)，所述管(190)构造为与在所述至少一个反应器(152)的主体内的反应物、副产物和产物的流动方向相反地输送反应物流。
10.根据权利要求8所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述反应物流的所述第一部分被输送到所述多个管(190)的末端部(192)。
11.根据权利要求10所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述反应物流的所述剩余部分被输送到所述多个管(190)的起始端部(191)。
12.根据权利要求1所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述至少一个反应器(152)为包含甲醇合成催化剂的甲醇合成反应器。
13.一种操作负荷跟随反应器系统的方法(400)，该方法(400)包括以下步骤：
提供构造为进行至少一种化学反应的至少一个反应器(152)；
构造用于输送反应物流的反应物管线(109)；
第一热交换器(156)，所述反应物流的第一部分构造为经由所述第一热交换器(156)并通过第一进料管线(123)到达所述至少一个反应器(152)；
至少一个阀元件(160、162)，其构造为控制所述第一部分到所述第一进料管线(123)的流量；和
连接到所述至少一个反应器(152)的至少一个第二进料管线(125)，所述反应物流的剩余部分构造为通过所述第二进料管线(125)；
检测所述至少一个反应器(152)中的一个或多个工艺条件(402)；
确定所述一个或多个工艺条件的适当变化(404)；
确定转移到第一进料管线(406)的所述反应物流的比例；和
促动所述至少一个阀元件(408)。
14.根据权利要求13所述的方法(400)，其中，所述至少一个阀元件(160、162)包括分别布置在所述第一进料管线(123)和至少一个第二进料管线(125)上的第一阀(160)和第二阀(162)。
15.根据权利要求13所述的方法(400)，其中，所述反应器(152)包括多个管(190)，所述管(190)构造为与在所述反应器(152)的主体内的反应物、副产物和产物的流动方向相反地输送反应物流，所述多个管(190)限定了所述反应器(152)的预热部分。
16.根据权利要求15所述的方法(400)，其中，所述第一进料管线(123)被引导至所述多个管(190)的末端部(192)。
17.根据权利要求15所述的方法(400)，其中，所述至少一个第二进料管线(125)被引导至所述多个管(190)的起始端部(191)。
18.一种负荷跟随反应器系统(150)，包括：
至少一个反应器(152)，其构造为进行至少一种化学反应，所述至少一个反应器(152)为管冷式反应器，包括构造为从甲醇合成催化剂和反应物、副产物和产物中的一种或多种中提取热量的多个管(190)；
构造为输送反应物流的反应物管线(109)；
第一热交换器(156)，所述反应物流的第一部分构造为经由所述第一热交换器(156)并通过第一进料管线(123)到达所述至少一个反应器(152)；
至少一个阀元件(160、162)，其构造为控制所述第一部分到所述第一进料管线(123)的流量；和
连接到所述至少一个反应器(152)的至少一个第二进料管线(125)，所述反应物流的剩余部分构造为通过所述第二进料管线(125)。
19.根据权利要求18所述的负荷跟随反应器系统(150)，其中，所述至少一个阀元件(160、162)根据所述反应器(152)的温度来控制。
20.根据权利要求19所述的负荷跟随反应器系统(150)，还包括控制器，所述控制器被配置为接收来自所述至少一个反应器(152)的至少一个温度信号和来自新鲜反应物进料的至少一个流量信号。
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