DE10150481A1 - Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus Methanol - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus MethanolInfo
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- C07C1/20—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon starting from organic compounds containing only oxygen atoms as heteroatoms
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus Methanol in einem Reaktor beschrieben, wobei flüssiges Methanol verdampft wird und als gasförmiges Methanol zur Olefinsynthese in den Reaktor eingeleitet wird, während heißes olefinhaltiges Reaktorabgas vom Reaktor abgezogen wird. Zur besseren Wärmeausnutzung wird vorgeschlagen, zumindest einen Teil des flüssigen Methanols (1) mit dem Reaktorabgas (15) in Wärmetausch (9) zu bringen, wobei das flüssige Methanol (1) verdampft und das Reaktorabgas (15) gleichzeitig abgekühlt wird. Das derart verdampfte Methanol (14) kann unmittelbar oder nach Zugabe zu einem anderen Strom (3) in den Reaktor eingeleitet werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus Methanol in einem Reaktor, wobei flüssiges Methanol verdampft wird und als gasförmiges Methanol zur Olefinsynthese in den Reaktor eingeleitet wird, während heißes olefinhaltiges Reaktorabgas vom Reaktor abgezogen wird.
- Die Olefinsynthese aus Methanol ist als vielversprechende Alternative zur herkömmlichen Olefinerzeugung aus Erdöl anzusehen. Methanol gilt als lager- und handelbares Zwischenprodukt zur Verwertung von bisher nicht genutztem Erdgas. Somit könnte der steigende Olefinbedarf auf dem Weltmarkt auch durch Nutzung von sehr billigem Methan bedient werden. Die bisher vorgeschlagenen Prozesse zur Herstellung von kurzkettigen Olefinen aus Methanol arbeiten z. B. katalytisch nach der Summenformel 2CH3OH → C2H4 + 2H2O. Die Olefinsynthese erfolgt dabei in einem Reaktor, in den gasförmiges Methanol eingeleitet wird. Im Reaktor erfolgt bei erhöhten Temperaturen eine Umsetzung des Methanols zu Olefinen und Nebenprodukten, die als heißes Reaktorabgas den Reaktor verlassen. Zur Fraktionierung der Olefine und Nebenprodukte muss das Reaktorabgas zunächst abgekühlt werden. Da das frische Methanol üblicherweise in flüssigen Zustand vorliegt, muss es vor dem Eintritt in den Reaktor durch Wärmezufuhr verdampft werden. Zur Abkühlung des Reaktorabgases und zur Erwärmung des frischen Methanols sind üblicherweise Wasser-Dampf-Kreisläufe vorgesehen. Der Betrieb dieser Wasser-Dampf-Kreisläufe bewirkt einen nicht unerheblichen Energiebedarf.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten, dass auf wirtschaftliche Weise Methanol für die Verwendung als Einsatzgas für den Reaktor verdampft und das Reaktorabgas für die Fraktionierung abgekühlt wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil des flüssigen Methanols mit dem Reaktorabgas in Wärmetausch gebracht wird, wobei das flüssige Methanol verdampft und das Reaktorabgas gleichzeitig abgekühlt wird, und das derart verdampfte Methanol unmittelbar oder nach Zugabe zu einem anderen Strom in den Reaktor eingeleitet wird.
- Um gleichzeitig frisches Methanol durch Erwärmung zu verdampfen und heißes Reaktorabgas abzukühlen, ist es zunächst denkbar, dass man unter Herstellung von Dampf auf verschiedenen Druckstufen das Reaktorabgas abkühlt und mit dem hergestellten Dampf das frische Methanol erwärmt und dadurch verdampft. Bei dieser Variante, die einen Prozessdampf-Kreislauf vorsieht, in den die Methanolerwärmung und die Reaktorabgasabkühlung eingeschaltet sind, ist man allerdings mit dem Druck nach unten durch das zur Verdampfung von Methanol wirtschaftlich nutzbare Dampfniveau von ca. 2,5-ca. 5 bar abs. begrenzt, sodass das Reaktorabgas nur bis ca. 180°C abgekühlt werden kann, bevor es beispielsweise in eine der Fraktionierung vorgeschaltete nasse Quenchstufe eintritt. Dort kann Wärme maximal auf einem Niveau von 100°C bis 80°C gewonnen werden, was zur Beheizung der Methanolverdampfung ungeeignet ist. Die Wärme muss letztenendes über Fremdkühlung abgeführt werden. Daher wird vorzugsweise zumindest ein Teil des flüssigen Methanols ohne Zwischenschaltung eines Wärmeträgerkreislaufs unmittelbar mit dem Reaktorabgas in Wärmetausch gebracht. Hierzu wird zweckmäßigerweise ein Wärmetauscher mit senkrechten Rohren verwendet, der während des Betriebes durch Einspritzung von Wasser gereinigt werden kann. In dem Wärmetauscher wird das zu verdampfende Methanol unmittelbar mit dem Reaktorabgas in indirekten Wärmetausch gebracht. Durch den Verzicht auf einen zwischengeschalteten Wärmeträgerkreislauf können unnötige Wärmeverluste vermieden werden. Durch Einsparung des Wärme-/Kältemittelkreislaufs und entsprechender Verminderung der notwendigen treibenden Temperaturdifferenz wird Wärme auf einem günstigen Niveau gewonnen. Bei einer 1000 KTA-Anlage sind das beispielsweise etwa 21 Megawatt, die ohne den erfindungsgemäßen Methanol- Verdampfungsschritt auf der einen Seite in einem Dampferzeuger erzeugt werden müssen und am kalten Ende durch hohe Investitionen vernichtet werden müssen.
- Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird beim Wärmetausch des Methanols mit dem Reaktorabgas ein Druck des Methanols eingestellt, bei dem auf der Reaktorabgasseite die Wasser-Taupunkts-Temeratur von 113°C bei 2137 bar nicht unterschritten wird. Dadurch wird erreicht, dass auf der Reaktorabgasseite kein Wasser kondensieren kann. Die Vermeidung von Wasserkondensation im Gaskühler bringt verfahrenstechnische Vorteile.
- Zweckmäßigerweise wird das Reaktorabgas mehrstufig insbesondere dreistufig mittels als Gaskühler ausgebildete Wärmetauscher abgekühlt. Mit Vorteil wird das Methanol in der letzten Stufe der Gaskühlung mit dem Reaktorabgas in Wärmetausch gebracht.
- Prinzipiell kann die gesamte für die Beschickung des Reaktors vorgesehene Menge an frischem Methanol durch Wärmetausch mit dem Reaktorabgas verdampft werden. Es kann aber auch nur ein Teil des Methanols auf diese Weise verdampft werden und dem verbleibenden Rest des Methanols vor Eintritt in den Reaktor zugemischt werden. Der Rest kann entweder auf andere Weise verdampft werden oder zumindest zum Teil in flüssigem Zustand bleiben. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäß verdampfte Methanol in einen Strom unverdampften Methanols entspannt und der entstehende Methanolmischstrom in den Reaktor eingeleitet.
- Die Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen: Einerseits wird das Methanol bei einem Druck verdampft, der für den Reaktoreintritt gebraucht wird. Andererseits wird das Reaktorabgas weitestgehend vor Eintritt in die nasse Quenchstufe abgekühlt. Darüber hinaus kann eine Wasserkondensation im Gaskühler vermieden werden. Es können auch weitere Prozessströme durch Methanolverdampfung gekühlt werden. Auf diese Weise kann die Wärmeausnutzung noch weiter gesteigert werden.
- Im folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden:
Frisches flüssiges Methanol wird von einem in der Figur nicht dargestellten Vorratstank sowohl über eine Leitung (1) als auch über eine Leitung (3) jeweils Anlagenteilen zur Verdampfung des Methanols zugeführt. Das in Leitung (3) fließende Methanol wird zweistufig in Wärmetauschem (4) und (5) gegen Prozessdampf angewärmt, der über Leitung (20) den Wärmetauschem (5) und (4) zugeführt wird. Über Leitung (6) wird aus dem Prozessdampf entstehendes Kondensat abgeführt. Das so verdampfte Methanol wird über Leitung (2) zum in der Figur nicht dargestellten Reaktor zur Olefinsynthese geleitet. Andererseits wird das in Leitung (1) fließende flüssige Methanol über Leitungen (7) und (8) einem Wärmetauscher (9) zugeführt. Im Wärmetauscher (9) wird das Methanol mit Reaktorabgas, dass von dem in der Figur nicht dargestellten Reaktor zur Olefinsynthese abgezogen wird und über Leitung (15) dem Wärmetauscher (9) zugeführt wird, in Wärmetausch gebracht. Das Reaktorabgas wird zuvor in Gaskühlern (11) und (10) gegen Wasser-Dampf-Kreisläufe, die in Leitungen (12), (13), (18) und (19) fließen, abgekühlt. Das auf diese Weise dreistufig in den als Gaskühler ausgebildeten Wärmetauschem (11), (10) und (9) abgekühlte Reaktorabgas wir über Leitung (16) abgeführt und kann nach einer in der Figur nicht dargestellten nassen Quenchstufe einer Fraktionierung zugeführt werden. Das durch Wärmetausch mit dem Reaktorabgas im Wärmetauscher (9) verdampfte Methanol wird über Leitung (14) dem in Leitung (2) fließenden Methanolstrom zugemischt. Flüssiges Methanol kann über Leitung (17) abgezogen und einer geeigneten Verwendung zugeführt werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Olefinen aus Methanol in einem Reaktor, wobei
flüssiges Methanol verdampft wird und als gasförmiges Methanol zur
Olefinsynthese in den Reaktor eingeleitet wird, während heißes olefinhaltiges Reaktorabgas
vom Reaktor abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil
des flüssigen Methanols (1) mit dem Reaktorabgas (15) in Wärmetausch (9)
gebracht wird, wobei das flüssige Methanol verdampft wird und das Reaktorabgas
gleichzeitig abgekühlt wird, und das derart verdampfte Methanol (14) unmittelbar
oder nach Zugabe zu einem anderen Strom (2) in den Reaktor eingeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des flüssigen
Methanols (1) ohne Zwischenschaltung eines Wärmeträgerkreislaufs unmittelbar
mit dem Reaktorabgas (15) in Wärmetausch (9) gebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim
Wärmetausch (9) des Methanols (1) mit dem Reaktorabgas (15) ein Druck des Methanols
eingestellt wird, bei dem auf der Reaktorabgasseite die Wasser-Taupunkts-
Temperatur von 113°C bei 2137 bar nicht unterschritten wird, so dass auf der
Reaktorabgasseite kein Wasser kondensieren kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
verdampfte Methanol (14) in einem Strom unverdampften Methanols (3) entspannt
wird und der entspannte Methanolmischstrom (2) in den Reaktor eingeleitet wird.
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