DE2934332C2 - Verfahren zur katalytischen Synthese von Methanol - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung

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von Methanol durch Spaltung von Erdgas zu einem CO, CO2 und H2 enthaltenden Rohgas, mehrstufige Kompression auf den Synthesedruck von 50—150 bar, Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators und Rückführung der nichtumgesetzten Gase wobei dem Synthesekreislauf zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Inertgasspiegels eine Entspannungs-Gasmenge entnommen wird.

Das Verfahren zur katalytischen Synthese von Methanol aus einem Rohgas, das im wesentlichen CO, CO2 und H₂ enthält, besteht im allgemeinen aus drei Abschnitten, nämlich der Spaltung von Erdgas in das Rohgas, der Rohgaskompression auf den erforderlichen Synthesedruck und aus der katalytischen Synthese selbst. Für die Spaltung von brdgas ist die Zuführung von hochgradiger Wärme erforderlich (beispeilsweise 700—1200° C). Danach muß das Rohgas bis auf Umgebungstemperatur, 20—40⁰C, abgekühlt werden, um von ca. 10—30 bar mittels einer großen Energiezufuhr auf ca. 50—150 bar komprimiert zu werden. Die nachfolgende katalytische Methanolsypthese verläuft bei mittelhohem Temperaturniveau (200—300⁰C) und liefert abgekühltes Gas und kondensiertes Methanol. Zur Aufrechterhaltung eines zulässigen Inertgasspiegels im Synthesekreislauf wird ständig eine bestimmte Menge Kreislaufgas aus dem Kreislauf entfernt Dieses Gas enthält einen wesentlichen Anteil an brennbaren Energieträgern wie CO und H₂ und wird über ein Entspannungsventil dem Kreislauf entnommen, daher auch als Entspannungsgas (Purge-Gas) bezeichnet und bei niedrigem Druck im Spaltofen verbrannt. Obwohl bei dem vorbeschriebenen Methanolsyntheseprozeß die Energiebeziehungen von Spaltprozeß, Kompression und Syntheseprozeß aufeinander abgestimmt werden, wurde bisher der Energiehaushalt der Kompression und ihre Betriebssicherheit zu wenig berücksichtigt. So wurde die Kompressionswärme vollständig an Kühlwasser abgeführt und zur Sicherung der wirksamen Zwischenkühlung und Nachkühlung des Synthesegases mußten Reservekühlwaoserpumpen bereitgestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die drei Sektionen wie Spaltgasanlage, Kompression und Methanolsynthese zweckmäßig zu verknüpfen und die oben genannten Nachteile zu beseitigen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäfl dadurch gelöst, daß man das zu spaltende Erdgas und das unter Druck stehende Entspannungsgas in einer Sektion der Zwischenkühler und des Nachkühlers der Synthesekompression vorwärmt bzw. aufheizt.

Um den Rückgewinn an Energie weiter zu vervollständigen wird das auf über 150⁰C erhitzte Entspannungsgas einer Entspannungsturbine zugeleitet bevor es mit niedrigem Druck im Spahgasofen zur Beheizung eingesetzt wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Zwischen- und der Nachkühler des Synthesegaskompressors stets von einem Kühlmittel durchflossen werden und dabei gleichzeitig die Kompressionswärme auf hohem Niveau zurückgewonnen wird. Für die Zwischenkühler ist das Kühlmittel Erdgas und Entspannungsgas, das mit einem Druck von ca. 30—40 bar bzw. 50—100 bar bereitsteht Der Nachkühler wird ebenfalls von Entspannungsgas durchströmt Beide Gase durchströmen selbst bei Ausfall des Kühlwassers stets die Zwischenkühler, so daß in den Folgestufen des Synthesegaskompressors keine Überhitzung mangels Kühlung auftreten kann. Lager und Wellen des Synthesegaskompressors verbleiben stets im Betriebstemperatur-Bereich. Der Erdgasvorwärmer als Zwischenkühler des Kompressors und der Entspannungsgasaufheizer als Zwischen- bzw. als Nachkühler des Kompressors weisen auf der Gas- und Mantelseite in etwa gleiche Betriebsdrücke, einmal Mitteldruck ca. 10—30 bar und einmal Hochdruck 50—150 bar auf. Die Wärmeaustausciierrohre sind somit im Betrieb fast druckentlastet. Die Vorwärmung der Erdgasmenge für Heizung und Produktgaserzeugung ermöglicht eine beträchtliche Reduzierung der Wärmetauscherfläche des Luftvorwärmers im Rauchgaskanal des Spaltofens, infolge Vorhandensein von günstigeren Rauchgastemperaturen.

Da es in dem Zwischenkühler und Nachkühler für das Synthesegas nicht zur Kondensatbildung durch Taupunktunterschreitung kommt, sind keine besonders legierten Materialien notwendig.

Das Verfahren wird durch das folgende Beispiel in Verbindung mit der Abbildung beschrieben, die ein Fließschema einer bevorzugten Ausführungsform darstellt.

In der Abbildung werden der Rauchgaskanal des Spaltofens, der Synthesegaskompressor mit Kreislaufverdichter und die Methanolsynthese schematisch dargestellt. Das über die Leitung 1 der Gesamtanlage zugeführte Erdgas wird im Zwischenkühler 2 der ersten Stufengruppe 3 des Synthesegasverdichters 4 von ca. 40° C auf ca. 140° C aufgeheizt und strömt dann dem Erdgas-Erhitzer 5 im Rauchgaskanal 6 zu, um von dort auf den Heizgasteil und den Produktgasanteil für die Spaltung aufgeteilt zu werden.

Durch die Erdgasaufheizung erfährt das Synthesegas aus der ersten Stufengruppe eine Abkühlung auf ca. 125°C. Seine weitere Abkühlung auf ca. 40°C erfolgt im Wasserkühler 7. Nach Abtrennung von Kondensat im Abscheider 8 tritt das auf ca. 41 bar komprimierte Synthesegas in die letzte Stufengruppe 9 des Synthesegasverdichters ein, um auf ca. 100 bar verdichtet zu werden. Seine Temperatur am Austritt Verdichter beträgt ca. 173°C. Der Wärmeinhalt des Synthesegases ist hoch genug, um das Entspannungsgas in Leitung 10 aus der Methanolsynthese im Nachkühler 11 von ca. 40° C auf ca. 165° C aufzuheizen. Das aufgeheizte Entspannungsgas kann entweder direkt verfeuert werden oder bei ausreichender Menge vor dem Verfeuern in einer Entspannungsturbine auf ca. 2 — 5 bar Überdruck zur Gewinnung von Antriebsenergie entspannt werden. Mit ca. 136°C tritt das auf ca. 100 bar

htete Synthesegas in den Wasserkühler 12 ein und iuf ca. 40° C abgekühlt Von hier aus gelangt es .eitung 13 in den Methanolsynthesekreislauf mit aufverdichter 14, Aufheizer 15, Synthesereaktor •hitzekessel 17, Schlußkühler 18 und Abscheider is dem Abscheider 19 wird unten das flüssige kt. Methanol, abgezogen und oben nichtreagiertes, nichtumgesetztes Kreislaufgas in den Kreislaufverdichter zurückgeleitet Zur Aufrechterhaltung eines optimalen Inertgasspiegels im Kreislauf wird über Leitung 10 eine gewisse Menge Kreislaufgas als Entspannungsgas aus dem Kreislauf entfernt Der verbliebenen Kreislaufgasmenge wird Synthesegas wie oben beschrieben zugeführt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Methanoi durch Spaltung von Erdgas zu einem CO, CO2 und H2 enthaltenden Rohgas, mehrstufige Kompression auf den Synthesedruck von 50—150 bar, Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators und Rückführung der nichtumgesetzten Gase, wobei dem Synthesekreislauf eine Entspannungsgasmenge entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu spaltende Erdgas und das unter Dmck stehende Entspannungsgas in einer Sektion der Zwischenkühler und des Nachkühlers der Synthesegaskompression vorwärmt bzw. aufheizt.

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