AT412301B

AT412301B - Verfahren zur herstellung von formaldehyd

Info

Publication number: AT412301B
Application number: AT84199A
Authority: AT
Inventors: Erich Dipl Ing Baumann; Heinrich Dipl Ing Dr Holle; Josef Ing Schreiber; Thomas Dipl Ing Schmid
Original assignee: Dynea Austria Gmbh
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2004-12-27
Also published as: WO2000068175A1; AU4522700A; ATA84199A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formaldehyd bei gleichzei- tiger Stromerzeugung bzw. Gewinnung mechanischer Arbeit mittels Gasmotoren, die mit Schwach- gas aus einer katalytischen Formaldehydanlage betrieben werden.

Bei der Herstellung von Formaldehyd durch dehydrierende Oxidation von Methanol, typischer- weise mittels Silberkatalysator, entsteht ein Restgas, welches durch seinen Wasserstoffgehalt gerade noch brennbar ist. Dieses Gas wird üblicherweise über Fackeln oder in Dampfkesseln verfeuert. Durch den geringen Heizwert, der bei zirka einem Zwanzigstel desjenigen von Erdgas liegt, sind hierfür spezielle Brenner notwendig.

Da die Formaldehyderzeugung aus Methanol grundsätzlich exotherm ist, wird bei den meisten Prozessen schon über den Reaktor, durch Nutzung der Reaktionswärme, Dampf gewonnen, sodass häufig eine zusätzliche Dampferzeugung aus dem Schwachgas nicht mehr benötigt wird. Um dieses Problem vor allem bei grösseren Produktionskapazitäten zu mindern, wird diese schwach- gasseitige Energiegewinnung durch Mittel- oder Hochdruckdampferzeuger, in Kombination mit Gegendruck und/oder Kondensationsturbine, verbessert. Hierfür sind aber sehr hohe Investitions- kosten für eine aufwendigere Wasseraufbereitung, wesentlich teurere Dampferzeuger und zusätz- lich eine Dampfturbine notwendig. Die elektrischen Wirkungsgrade liegen aufgrund der verhältnis- mässig kleinen Anlagengrössen von wenigen MW elektrisch oft unter 20 %.

Dadurch lässt sich die Dampferzeugung zugunsten der Stromgewinnung nur geringfügig reduzieren. Der Einsatz von Kondensationsturbinen führt bei diesen Anlangengrössen zu einem extrem niedrigen energetischen Gesamtwirkungsgrad.

Die ständige technische Weiterentwicklung der Gasmotoren hat es nunmehr möglich gemacht, auch so heizwertarme Gase (Schwachgase), wie sie bei der Formalinherstellung anfallen, in sol- chen Motoren zur Explosion zu bringen. Diese Motoren können dann zur Stromerzeugung genutzt werden, oder die mechanische Wellenleistung kann direkt für andere Zwecke eingesetzt werden.

Das Schwachgas enthält nur 1 - 2 Gew.-% Wasserstoff, der als wesentlichster Energielieferant zur Verfügung steht. Verfahrensbedingt müssen daher sehr grosse Gasvolumina, die von wenigen 1. 000 m3/h bis zu vielen 10. 000 m3/h reichen, bei verhältnismässig niedrigen Überdrücken von 0 - 500 mbar bewältigt werden.

Der Formaldehydprozess ist auf Druckschwankungen empfindlich. Drucksprünge im Prozess führen unter anderem zu Siedepunktverschiebungen von Methanol, wodurch sich wiederum die Reaktionsgemischzusammensetzung verändert. Das führt zu unzulässigen Temperatursprüngen am Katalysator und unerwünschten Qualitätsschwankungen im Produkt. Auch die Gasmotoren benötigen einen relativ konstanten Brenngasvordruck, damit deren Gemischregelung und -aufbereitung richtig funktioniert und mit konstanter Drehzahl eine konstante Netzfrequenz erzeugt werden kann. Da sowohl eine Formalinanlage als auch ein Gasmotor ausfallen kann, würden ohne geeignete Gegenmassnahmen unzulässige Druckspitzen im Schwachgasnetz entstehen. Gleichzei- tig ist auch der Heizwert des Schwachgases infolge unterschiedlicher Betriebsbedingungen der Formalinanlage nicht konstant.

Schliesslich stellt das Verbrennen von Gasen in Gasmotoren mit Heizwerten von 1. 500 - 2.000 kJ/Nm3 die derzeit absolute Grenze des technisch Machbaren dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Formalintechnologie mit der Schwachgasmoto- rentechnologie trotz der schwierigen Randbedingungen erfolgreich zu kombinieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Mass- nahmen gelöst.

Durch die vorliegende Erfindung wird sichergestellt, dass aufkeimende Druckschwankungen zu- verlässig ausgeglichen werden, bevor dadurch eine Betriebsstörung an einem Gasmotor oder einer Formaldehydanlage entsteht.

In den angeschlossenen Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt.

Darin zeigt Figur 1 ein Schema einer Kombination von einer Formalinanlage mit einem Schwach- gasmotor, wogegen in Figur 2 der Aufbau von Schwachgasnetzwerken schematisch dargestellt ist.

In der in Figur 1 beispielhaft dargestellten Kombination einer Formalinanlage mit einem Schwachgasmotor werden in der Formalinanlage 1 aus Luft, Wasser und Methanol Formaldehyd- lösungen produziert.

Die dem Prozess zugeführte Luftmenge ist abhängig von der eingestellten Anlagenkapazität. Je höher die gefahrene Produktionsleistung, umso grösser ist der Luftbedarf. Luft, Wasser und Metha- nol sind in einem bestimmten Verhältnis zueinander geregelt. Die Produktqualität bestimmt das

einzustellende Verhältnis. Das beim Formaldehydprozess anfallende Schwachgas wird von einem Schwachgasmotor 2 verbrannt. Beim Schwachgasmotor sind zwei Betriebsweisen möglich:
Betriebsweise A: Netzparallelbetrieb
Der Schwachgasmotor 2 orientiert sich an der anfallenden Schwachgasmenge und erzeugt daraus beispielsweise Strom in einem Generator 3, welcher Strom zu einem bestehenden Strom- netz zugespeist wird.

Hierzu versucht eine bei Gasmotoren üblicherweise eingebaute Regeleinheit, den anstehenden Gasdruck konstant zu halten, d. h. gerade soviel Gas zu konsumieren, wie er- zeugt wird. Dieser Regelkreis ist symbolisiert durch einen Druckaufnehmer 4 mit einer Stellarmatur 5 für das Schwachgas.

Betriebsweise B: Inselbetrieb
Bei dieser Betriebsweise erzeugt der Schwachgasmotor 2 gerade so viel Strom, wie von den angeschlossenen Verbrauchern gefordert wird. Daraus ergibt sich zwangsläufig ein Schwachgas- bedarf, der nun durch ein anderes Regelsystem mit dem Angebot in Einklang gebracht werden muss. Ein Überschuss an Schwachgas wird entweder durch Drosseln der Formalinanlage 1 und/oder durch Abführen über eine Bypass-Regelung beseitigt. Umgekehrt wird bei einem Schwachgasmangel die Formaldehydproduktion angehoben oder Bypass-Ströme werden redu- ziert. Sollte das nicht ausreichen, wird durch ein elektrisches Lastabwurfsystem der Verbrauch des Schwachgases reduziert bzw. der gesamte Schwachgasmotor 2 weggeschaltet.

Das in Figur 2 dargestellte zweite Schema befasst sich mit dem Aufbau von Schwachgasnetz- werken. Bei diesen Netzwerken wurde das Grundprinzip der Einzelkombination weiterentwickelt.

Der wesentlichste Unterschied ist, dass sowohl die Verbraucher (Motoren 2', 2") als auch die Erzeuger (Formaldehydanlagen 1', 1") nach Prioritäten gestaffelt geregelt werden. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass beispielsweise alle Gasmotoren am selben Schwachgasnetz mit dem selben Netzdruck angebunden sind, jedoch individuell leicht gestaffelte Druck-Sollwerte vorgege- ben haben. Dadurch wird erreicht, dass möglichst viele Motoren mit Vollast laufen und möglichst immer nur ein Motor oder ein anderer Verbraucher 6 Schwachgasangebots- oder Heizwertschwan- kungen ausregelt. Fällt ein Schwachgaserzeuger aus (Formalinanlage 1', 1"), so erfolgt ein gestaf- feltes Zurückregeln der Verbraucher.

Durch diese überraschend geglückte Kombination von modernsten Technologien steht nun ein neuartiges Produktionsverfahren für Formalin zu Verfügung, bei dem nicht gleichzeitig Strom und Dampf verbraucht sondern beide in Überschuss erzeugt werden.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Formaldehyd bei gleichzeitiger Stromerzeugung bzw.

Gewinnung mechanischer Arbeit mittels Gasmotoren, die mit Schwachgas aus einer kata- lytischen Formaldehydanlage betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die im
Schwachgas aus einer katalytischen Formaldehydanlage (1) aufkeimenden Druckschwan- kungen ausgeglichen werden, bevor dadurch eine Betriebsstörung an einem mit dem
Schwachgas betriebenen Gasmotor (2) oder an der Formaldehydanlage (1 ) entsteht.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Netzparallelbetrieb der Gasdruck des dem Gasmotor zugeführten Schwachgases konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Druckschwankungen durch Drosseln der Formaldehydanlage (1) und/oder durch Abführen von Schwachgas über eine Bypass-Regelung beseitigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schwachgasman- gel im Inselbetrieb die Produktion der Formaldehydanlage (1) angehoben wird oder Bypass-Ströme reduziert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwachgasverbrauch durch ein elektrisches Lastabwurfsystem verringert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwachgasmotor (2) zur Gänze weggeschaltet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Verbraucher (Motoren 2', 2", anderer Vebraucher 6) als auch die Erzeuger (Formaldehydanlagen 1', 1 ") <Desc/Clms Page number 3> nach Prioritäten gestaffelt geregelt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Verbraucher (Gasmoto- ren 2', 2", anderer Verbraucher 6) mit vorgegebenen gestaffelten Drucksollwerten an das selbe Schwachgasnetz mit dem selben Netzdruck angebunden sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass möglichst viele Schwach- gasmotoren (2', 2") mit Vollast gefahren werden und möglichst nur ein Motor (2', 2") oder ein anderer Verbraucher (6) Schwachgasangebots- oder Heizwertschwankungen ausre- gelt.

HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN