DE102008052375A1

DE102008052375A1 - Combined production of vapor and methane gas from a feed gas, comprises producing methane gas by catalytic conversion of feed gas, transferring heat formed during conversion to vapor generating unit, and producing vapor in generating unit

Info

Publication number: DE102008052375A1
Application number: DE200810052375
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Schweiger; Thomas Dr. Hochleitner
Original assignee: Highterm Research GmbH
Current assignee: Highterm Research GmbH
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2010-04-29

Abstract

The method comprises producing the methane gas by catalytic conversion of the feed gas in a methanation unit (100), transferring the heat formed during the catalytic conversion from the methanation unit to a vapor generating unit (300) by a heat transfer unit (200), and producing vapor in the vapor generating unit, from a liquid present in the unit by the transferred heat, where the methanation step and the heat transferring steps are carried out by a number of parallelly switched functional units (A, B, C) that are formed from the methanation unit and the heat transfer unit. The method comprises producing the methane gas by catalytic conversion of the feed gas in a methanation unit (100), transferring the heat formed during the catalytic conversion from the methanation unit to a vapor generating unit (300) by a heat transfer unit (200), and producing vapor in the vapor generating unit, from a liquid present in the unit by the transferred heat, where the methanation step and the heat transferring steps are carried out by a number of parallelly switched functional units (A, B, C) that are formed from the methanation unit and the heat transfer unit and are modularly interchangeable. The methanation unit comprises a methanation reactor and the catalysts are activated by heat, where the heat is carried by the feed gas itself or supplied to the feed gas through the methanation reactor. An independent claim is included for a modular vapor-methane gas reactor (10) for combined production of vapor and methane gas from a feed gas.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten Erzeugung von Dampf und Methangas aus einem Eduktgas und einen modularen Dampf-Methangas-Reaktor zur Durchführung des Verfahrens.The The present invention relates to a combined production method of steam and methane gas from a reactant gas and a modular steam methane gas reactor for carrying out the method.

Es ist bekannt, in einem Dampferzeuger dadurch Dampf aus einer darin enthaltenen Flüssigkeit zu erzeugen, dass Wärme durch Wärmeleitrohre in die Flüssigkeit eingekoppelt wird. Die Wärme, die die Wärmeleitrohre abgeben, können diese zum Beispiel in Form einer Kraft-Wärme-Kopplung aus der Abwärme eines vorgeschalteten Prozesses aufnehmen.It is known, in a steam generator thereby steam from a in it contained liquid too generate that heat through heat pipes into the liquid is coupled. The heat, the the heat pipes can give up This example, in the form of a combined heat and power from the waste heat of a record upstream process.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraft-Wärme-Kopplungs-Verfahren sowie einen Wärme-Kopplungs-Reaktor zur Ausführung des Verfahrens bereitzustellen, bei dem der Dampferzeugungsprozess synergetisch mit dem vorgeschalteten Prozess zusammenwirkt.It is an object of the present invention, a combined heat and power method and a Heat and power reactor to carry out the Provide method in which the steam generating process synergistic cooperates with the upstream process.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrensanspruch 1 bzw. des Vorrichtungsanspruchs 3 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.These The object is achieved by the features of method claim 1 and of Device claim 3 solved. Further advantageous embodiments are in the subclaims Are defined.

Gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur kombinierten Erzeugung von Dampf und Methangas aus einem Eduktgas die Schritte: (a1) Erzeugen von Methangas durch katalytische Umsetzung des Eduktgases in einer Methanierungseinheit, (a2) Übertragen der bei der katalytischen Umsetzung entstandenen Wärme von der Methanierungseinheit in eine Dampferzeugungseinheit mit Hilfe einer Wärmeübertragungseinheit, und (a3) Erzeugen von Dampf in der Dampferzeugungs einheit aus einer darin befindlichen Flüssigkeit mit Hilfe der übertragenen Wärme, (a4) wobei der Methanierungsschritt und der Wärmeübertragungsschritt durch eine Mehrzahl von parallel geschalteten Funktionseinheiten ausgeführt wird, die jeweils aus der Methanierungseinheit und der Wärmeübertragungseinheit gebildet und modular austauschbar sind. Erfindungsgemäß ist somit der vorgeschaltete Prozess ein Methanierungsprozess. Dieser Prozess ist stark exotherm und wird insbesondere durch geschickte Abführung der abgegebenen Wärme günstig beeinflusst, da dadurch das Gleichgewicht der chemischen Reaktionen verschoben werden kann. Durch diese positive Rückwirkung des Dampferzeugungsprozesses auf den Methanierungsprozess ist die erfindungsgemäße Kombination beider Prozesse mehr als die Summe der Einzelprozesse. Das Merkmal (a4) hat den Vorteil, dass eine kontinuierliche Prozessführung ohne Stillstandszeiten möglich ist, da die Funktionseinheiten unabhängig voneinander ausgetauscht werden können. Die unabhängige Austauschbarkeit ermöglicht insbesondere die Erneuerung des zur katalytischen Umsetzung verwendeten und dabei „verbrauchten” Katalysators und eine Reparatur einzelner Komponenten.According to claim 1 of the present invention comprises a method for combined Production of steam and methane gas from a reactant gas the steps: (a1) Generation of methane gas by catalytic conversion of the educt gas in a methanation unit, (a2) transferring the catalytic Implementation of heat generated from the methanation unit into a steam generating unit Help of a heat transfer unit, and (a3) generating steam in the steam generating unit from a contained therein liquid with the help of the transferred Warmth, (a4) wherein the methanation step and the heat transfer step are performed by a A plurality of functional units connected in parallel, each from the methanation unit and the heat transfer unit formed and are modular exchangeable. According to the invention is thus the upstream process is a methanation process. This process is strongly exothermic and is particularly by skillful discharge of released heat Cheap influenced, since thereby the balance of the chemical reactions can be moved. Through this positive reaction of the steam generation process on the methanation process is the combination of the invention both processes more than the sum of the individual processes. The feature (a4) has the advantage that a continuous litigation without Downtimes possible is because the functional units are exchanged independently can be. The independent one Interchangeability possible in particular the renewal of the catalytic conversion used and thereby "spent" catalyst and a repair of individual components.

Dadurch, dass die Aktivierung des Katalysators gemäß Anspruch 2 u. a. durch die Wärme erfolgen kann, die dem Eduktgas selbst entnommen wird, kann das Eduktgas zum Beispiel das Produktgas eines vorgeschalteten Bioreaktors sein, das eine zur Aktivierung (Erwärmung) des Katalysators ausreichende Temperatur besitzt. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 kann somit in einen komplexeren Prozess integriert sein. Der Bioreaktor kann zum Beispiel ein so genannter Heatpipe-Reaktor sein. Zusätzlich besteht gemäß Anspruch 2 die Möglichkeit, die zur Aktivierung des Katalysators erforderliche Wärme durch den Methanierungsreaktor zuzuführen, so dass das erfindungsgemäße Verfahren von der Temperatur des Eduktgases im Wesentlichen unabhängig ist.Thereby, that the activation of the catalyst according to claim 2 u. a. through the Heat done can, which is taken from the educt gas itself, the educt gas for example, the product gas of an upstream bioreactor, the one for activation (warming) the catalyst has sufficient temperature. The procedure according to claim 1 or 2 can thus be integrated into a more complex process be. The bioreactor can, for example, a so-called heat pipe reactor be. additionally exists according to claim 2 the possibility of the Heat required to activate the catalyst through the methanation reactor to feed, so that the inventive method is substantially independent of the temperature of the educt gas.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 umfasst ein modularer Dampf-Methangas-Reaktor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2: (b1) eine Methanierungseinheit, die einen Metanisierungsreaktor und eine Reaktorpatrone mit einem Katalysator umfasst, wobei der Methanierungsreaktor ein inneres Sackrohr und ein dieses umgebendes äußeres Mantelrohr umfasst, zwischen denen die Reaktorpatrone angeordnet ist, und der einen Durchströmungskanal umfasst, in dem die Reaktorpatrone angeordnet ist; (b2) eine Dampferzeugungseinheit, die einen Dampferzeu ger, in dem eine zu verdampfende Flüssigkeit aufgenommen ist, und eine Mehrzahl von mit ihrem jeweiligen geschlossenen Ende in den Dampferzeuger hineinragende Tauchrohre umfasst; und (b3) eine Wärmeübertragungseinheit, die einen Wärmeaufnahmeabschnitt umfasst, der das innere Sackrohr bündig ausfüllt, und einen Wärmeabgabeschnitt umfasst, der eines der Mehrzahl von Tauchrohren bündig ausfüllt, um Wärme von der Methanierungseinheit zu der Dampferzeugungseinheit zu transportieren, wobei (b4) der modulare Dampf-Methangas-Reaktor eine Mehrzahl von Funktionseinheiten umfasst, die jeweils aus der Methanierungseinheit und der Wärmeübertragungseinheit gebildet und modular austauschbar sind, wobei die Anzahl der Funktionseinheiten gleich der Anzahl der Tauchrohre ist. Die Merkmale (b1)–(b3) bilden die konstruktive Umsetzung der oben beschriebenen Verfahrensmerkmale (a1)–(a3); das Merkmal (b4) entspricht dem Merkmal (a4) und realisiert das modulare Konzept der vorliegenden Erfindung. Insbesondere umfasst erfindungsgemäß die Dampferzeugungseinheit einen Dampferzeuger mit einer Mehrzahl von Tauchrohren, die jeweils dicht mit dem Dampferzeuger verbunden sind, sich in ihn erstrecken und in die von außen jeweils ein Wärmeabgabeabschnitt einer Wärmeübertragungseinheit einführbar ist. Die Wärme wird von dem Wärmeabgabeabschnitt über das Tauchrohr in die in dem Dampferzeuger befindliche Flüssigkeit übertragen. Durch den dichten Abschluss zwischen den Tauchrohren und dem Dampferzeuger lassen sich die Funktionseinheiten getrennt und unabhängig voneinander entfernen, ohne den kontinuierlichen Betrieb des Gesamtsystems zu unterbrechen. Der modulare Aufbau des erfindungsgemäßen Dampf-Methangas-Reaktors ermöglicht ferner ein Auswechseln einer Reaktorpatrone einer Funktionseinheit, ohne die Funktionseinheit insgesamt austauschen zu müssen. Die Anzahl an Funktionseinheiten/Tauchrohren ist grundsätzlich nicht begrenzt.According to the features of claim 3, a modular steam methane gas reactor for carrying out the process according to any one of claims 1 and 2 comprises: (b1) a methanation unit comprising a metanization reactor and a reactor cartridge with a catalyst, the methanation reactor comprising an inner sack tube and a surrounding outer casing tube, between which the reactor cartridge is arranged, and which comprises a flow channel, in which the reactor cartridge is arranged; (b2) a steam generating unit comprising a steam generator in which a liquid to be evaporated is accommodated, and a plurality of dip tubes projecting into the steam generator with their respective closed ends; and (b3) a heat transfer unit including a heat receiving portion flush with the inner sack tube and a heat release section flush filling one of the plurality of submerged tubes to transfer heat from the methanation unit to the vapor generating unit, wherein (b4) is the modular one Steam methane gas reactor comprises a plurality of functional units, each consisting of the methanation unit and the heat transfer unit and are modularly exchangeable, wherein the number of functional units is equal to the number of dip tubes. The features (b1) - (b3) form the structural implementation of the method features (a1) - (a3) described above; Feature (b4) corresponds to feature (a4) and implements the modular concept of the present invention. In particular, according to the invention, the steam generating unit comprises a steam generator with a plurality of dip tubes, each of which is tightly connected to the steam generator, extending into it and in the outside of each heat dissipation portion of a heat transfer unit can be inserted. The heat is dissipated from the heat release cut transmitted via the dip tube in the liquid contained in the steam generator. Due to the tight seal between the dip tubes and the steam generator, the functional units can be separated and removed independently, without interrupting the continuous operation of the entire system. The modular design of the steam-methane gas reactor according to the invention also makes it possible to replace a reactor cartridge of a functional unit without having to replace the functional unit as a whole. The number of functional units / dip tubes is basically not limited.

Durch die Merkmale des Anspruchs 5 kann zum Beispiel in Situationen, in denen sich die Art des Eduktgases und die Temperatur des den Katalysator umströmenden Eduktgases zu dessen Aktivierung nicht ausreicht, eine Heizung geregelt zugeschaltet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Prozessführung optimal angepasst und der Wirkungsgrad der Gesamtanlage maximiert werden kann.By The features of claim 5 may, for example, in situations in which are the nature of the educt gas and the temperature of the educt gas flowing around the catalyst to activate it is not sufficient, a heating controlled switched. This has the advantage that the process control optimally adapted and the efficiency of the entire system can be maximized.

Durch die Merkmale des Anspruchs 6 wird gewährleistet, dass die bei der exothermen Reaktion in dem Methanierungsreaktor erzeugte Wärme gleichmäßig auf die Führungsrohre bzw. den Wärmeaufnahmeabschnitt der Wärmeübertragungseinheit übertragen wird. Die Mantelheizung ist ferner wenig raumgreifend und ermöglicht dadurch eine kompakte Bauweise.By the features of claim 6 ensures that the at exothermic reaction in the methanation reactor generated heat evenly the guide tubes or the heat receiving portion transferred to the heat transfer unit becomes. The jacket heater is also little space and thus allows a compact design.

Durch die Merkmale des Anspruchs 7 ist ein leichter und schneller Zugang zu dem Methanierungsreaktor und den darin enthaltenen Komponenten gewährleistet, was zu Reparaturzwecken hilfreich sein kann.By the features of claim 7 is an easy and quick access to the methanation reactor and the components contained therein guaranteed which can be helpful for repair purposes.

Die Ausgestaltung der Wärmeübertragungseinheit in Form eines Wärmeleitrohres gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 ist dahingehend vorteilhaft, dass Wärmeleitrohre (englisch: „Heatpipes”) einen isothermen Wärmetransport über die gesamte Länge und eine hohe spezifische Wärmeleistung besitzen und somit kompakt hergestellt werden können.The Embodiment of the heat transfer unit in the form of a heat pipe according to the characteristics of claim 8 is advantageous in that heat pipes (English: "Heatpipes") one isothermal heat transport over the whole length and a high specific heat output own and thus can be made compact.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:Further Features and advantages of the present invention are evident from following detailed description, with reference to the attached Drawing was made, more apparent. In the drawings are:

1 eine schematische Vorderansicht eines modularen Dampf-Methangas-Reaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 1 a schematic front view of a modular steam methane gas reactor according to an embodiment of the present invention; and

2 eine vergrößerte schematische Darstellung einer Funktionseinheit gemäß der Ausführungsform. 2 an enlarged schematic representation of a functional unit according to the embodiment.

1 zeigt schematisch einen modularen Dampf-Methangas-Reaktor 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst der modulare Dampf-Methangas-Reaktor 10 drei Funktionseinheiten A, B und C, die jeweils eine Methanierungseinheit 100 und ein Wärmeleitrohr 200 umfassen, eine Dampferzeugungseinheit 300 und Vorrichtungen 400 für Gaszu- und abfuhr. 1 schematically shows a modular steam methane gas reactor 10 according to an embodiment of the present invention. As it is in 1 2, the modular steam methane gas reactor is shown 10 three functional units A, B and C, each a methanation unit 100 and a heat pipe 200 include a steam generating unit 300 and devices 400 for gas supply and removal.

Die Dampferzeugungseinheit 300 umfasst einen Dampferzeuger 302, in dem eine zu verdampfende Flüssigkeit 306 aufgenommen ist, deren Flüssigkeitsspiegel in 1 durch „∇” gekennzeichnet ist, und in den drei Tauchrohre 304 mit ihren geschlossenen Enden hineinragen. Die Tauchrohre 304 sind dicht mit dem Dampferzeuger 302 verbunden. In jedes der Tauchrohre 304 ist eines der drei Funktionseinheiten A, B, C über ihre jeweilige Wärmeleitrohre 200 so eingeführt, dass ein optimaler Wärmeübergang von den Wärmeleitrohren 200 über die jeweiligen Tauchrohre 304 in die Flüssigkeit 306 hergestellt ist.The steam generating unit 300 includes a steam generator 302 in which there is a liquid to be evaporated 306 is included, the liquid level in 1 indicated by "∇", and in the three dip tubes 304 protrude with their closed ends. The dip tubes 304 are close to the steam generator 302 connected. In each of the dip tubes 304 is one of the three functional units A, B, C via their respective heat pipes 200 so introduced, that optimum heat transfer from the heat pipes 200 over the respective dip tubes 304 into the liquid 306 is made.

Im laufenden Betrieb wird ein Eduktgashauptstrom E_H, der in eine Hauptleitung 402 eingekoppelt wird, in drei Eduktgasteilströme ET aufgeteilt, die über Nebenleitungen 404 den jeweiligen Funktionseinheiten A, B bzw. C über Zuführöffnungen 102 zugeführt wird. Das Eduktgas E wird in den Methanierungseinheiten 200 katalytisch in Methangas M umgewandelt, das als Methangasteilströme M_T die Methanierungseinheiten 100 über Abführöffnungen 104 verlässt und zu einem Methangashauptstrom M_H vereint wird (nicht gezeigt).During operation, a Eduktgashauptstrom E _H , which is in a main line 402 is coupled, divided into three reactant gas substreams ET, which via secondary lines 404 the respective functional units A, B and C via feed openings 102 is supplied. The educt gas E is in the methanation units 200 catalytically converted into methane gas M, as methane gas streams M _T the methanation units 100 via discharge openings 104 leaves and is combined to a methane gas main stream M _H (not shown).

Die bei der Umwandlung in Methan (siehe unten) erzeugte Wärme wird über die Wärmeleitrohre 200 und die Tauchrohre 304 in die Flüssigkeit 306 übertragen, so dass die Flüssigkeit 306 über ihren Verdampfungspunkt erwärmt wird. Der dabei erzeugte Dampf D wird über eine Austrittsöffnung 308 ab- und einer weiteren Verwendung (nicht gezeigt) zugeführt.The heat generated in the conversion to methane (see below) is transferred via the heat pipes 200 and the dip tubes 304 into the liquid 306 transfer, leaving the liquid 306 is heated above its evaporation point. The generated steam D is via an outlet opening 308 off and another use (not shown) supplied.

In jede der Nebenleitungen 404 ist ein Sperrventil 406 geschaltet, mit deren Hilfe die Eduktgasteilströme E_T unabhängig voneinander blockiert oder durchgelassen werden.In each of the secondary lines 404 is a check valve 406 connected, with the aid of the Eduktgasteilströme E _T are blocked or transmitted independently.

Die zum Aktivieren des sich in den Methanierungseinheiten 100 befindlichen Katalysators (siehe unten) wird gemäß der Ausführungsform das Eduktgas selbst verwendet, obgleich es auch sinnvoll sein kann, wie es oben ausgeführt ist, eine zusätzliche Heizung vorzusehen. Der Zustand (die Temperatur) des Katalysators lässt sich anhand der Austrittsteilströme erfassen, die solange der Katalysator noch nicht aktiviert ist aus dem Eduktgas gebildet sind.To activate in the methanation units 100 Catalyst (see below) is used according to the embodiment, the reactant gas itself, although it may also be useful, as stated above, to provide additional heating. The state (the temperature) of the catalyst can be detected on the basis of the outlet partial flows which, as long as the catalyst has not yet been activated, are formed from the educt gas.

Da die Funktionseinheiten gemäß der Ausführungsform identisch aufgebaut sind, ist nachfolgend nur auf eine Bezug genommen.There the functional units according to the embodiment are constructed identically, reference is made below only to a reference.

Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst die Methanierungseinheit 100 einen Methanierungsreaktor 110, der ein kreiszylindrisches inneres Sackrohr 112, ein kreiszylindrischen äußeres Mantelrohr 114, einen ersten, der Dampferzeugungseinheit 300 zugewandten (hier oberen) Abdeckflansch 116 und einen zweiten, diesem gegenüberliegenden (hier unteren) Abdeckflansch 118 umfasst. Der erste Abdeckflansch 116 ist dicht mit dem äußeren Mantelrohr 114 verschweißt und weist eine Durchführung 120, in der der ein offener Endabschnitt 122 des inneren Sackrohrs 112 aufgenommen ist, wobei das innere Sackrohr 112 mit dem ersten Abdeckflansch 116 ebenfalls dicht verschweißt ist. Das innere Sackrohr 112 wird somit gemäß der Ausführungsform durch den ersten Abdeckflansch 116 koaxial zu dem äußeren Mantelrohr 114 gehalten. Der zweite Abdeckflansch 118 ist mit einer Schraubverbindung mit einem Flansch 124 an dem Mantelrohr 114 verbunden und weist die Gaszuführöffnung 102 auf, durch die das Eduktgas E in den Methanierungsreaktor 100 eingeleitet wird.As it is in 2 shown comprises the methanation unit 100 a methanation reactor 110 , which is a circular cylindrical inner sack tube 112 , a circular cylindrical outer casing pipe 114 , a first, the steam generating unit 300 facing (here upper) Abdeckflansch 116 and a second, this opposite (here lower) Abdeckflansch 118 includes. The first cover flange 116 is tight with the outer jacket tube 114 welded and has a bushing 120 in which the one open end section 122 of the inner sack tube 112 is included, with the inner blind tube 112 with the first cover flange 116 also tightly welded. The inner sack tube 112 is thus according to the embodiment by the first cover 116 coaxial with the outer jacket tube 114 held. The second cover flange 118 is with a screw connection with a flange 124 on the jacket pipe 114 connected and has the gas supply opening 102 on, through which the reactant gas E in the methanation reactor 100 is initiated.

Der Innendurchmesser des inneren Sackrohrs 112 entspricht dem Außendurchmesser des Wärmeleitrohrs 200. Durch das innere Sackrohr 112, das äußere Mantelrohr 114 und den ersten und zweiten Abdeckflansch 116 bzw. 118 ist ein im Querschnitt U-förmiger gasdichter Raum gebildet, der von dem Gas (Eduktgas, Methangas) durchströmt wird. Insbesondere bildet der U-förmige Raum einen Abschnitt eines Strömungskanals, an dessen Anfang im laufenden Betrieb der Eduktgashauptstrom E_H und an dessen Ende der Methangashauptstrom M_H steht. Gemäß der Ausführungsform ist eine Reaktorpatrone 126 – in 2 durch Kreuzschraffur angedeutet – in einem von dem inneren Sackrohr 112 und dem äußeren Mantelrohr 114 begrenzten ringförmigen Raum angeordnet. Die Reaktorpatrone 126 füllt somit im Wesentlichen den gesamten Querschnitt des durch den Methanierungsreaktor 110 gebildeten Abschnitts des Strömungskanals aus. Die Reaktorpatrone 126 ist in Form eines durchströmbaren zylindrischen Körpers ausgebildet, in dem der Katalysator K als Schüttung aufgenommen ist. Die Reaktorpatrone 126 wird von einem Stützgitter 128 in der in 2 gezeigten Position gehalten.The inner diameter of the inner sack tube 112 corresponds to the outer diameter of the heat pipe 200 , Through the inner sack tube 112 , the outer jacket tube 114 and the first and second cover flange 116 respectively. 118 is formed in a cross-section U-shaped gas-tight space, which is traversed by the gas (educt gas, methane gas). In particular, the U-shaped space forms a portion of a flow channel, at the beginning of which during operation the starting gas main stream E _H and at whose end the methane gas main stream M _H is located. According to the embodiment is a reactor cartridge 126 - in 2 indicated by cross-hatching - in one of the inner blind tube 112 and the outer jacket tube 114 arranged limited annular space. The reactor cartridge 126 thus essentially fills the entire cross section of the through the methanation reactor 110 formed portion of the flow channel. The reactor cartridge 126 is formed in the form of a permeable cylindrical body in which the catalyst K is added as a bed. The reactor cartridge 126 is from a support grid 128 in the in 2 held position shown.

Das Wärmeleitrohr 200 weist einen Wärmeaufnahmeabschnitt 202 auf, der „satt” in dem inneren Sackrohr 112 aufgenommen ist, so dass ein optimaler Wärmeübergang zwischen der Reaktorpatrone 126 (dem Katalysator) und dem Wärmeaufnahmeabschnitt 202 hergestellt ist und die bei der katalytischen Umsetzung in der Reaktorpatrone 126 erzeugte Wärmeenergie mit einem hohen Wirkungsgrad zu dem Wärmeaufnahmeabschnitt 202 übertragen wird.The heat pipe 200 has a heat receiving portion 202 on, the "fed" in the inner sack tube 112 is absorbed, so that an optimal heat transfer between the reactor cartridge 126 (the catalyst) and the heat receiving portion 202 is prepared and in the catalytic reaction in the reactor cartridge 126 generated heat energy with a high efficiency to the heat receiving portion 202 is transmitted.

Wie es oben erwähnt ist, weist das Wärmeleitrohr 200 einen Wärmeabgabeabschnitt 204 auf, der „satt” in dem Tauchrohr 304 aufgenommen ist. Das Wärmeleitrohr 200 weist ferner einen ersten Flansch 206 und einen zweiten Flansch 208 auf, die mit einem Flansch 310 an dem Tauchrohr 304 bzw. an dem ersten Abdeckflansch 116 über Schraubverbindungen befestigt sind. Das Wärmeleitrohr 200 stellt somit eine thermische Kopplung zwischen der Methanierungseinheit 100 und der Dampferzeugungseinheit 300 her, wobei die Symmetrieachsen der Methanierungseinheit 100, insbesondere des Methanierungsreaktors 110, des Wärmeleitrohrs 200 und des Tauchrohrs 304 fluchten.As mentioned above, the heat pipe has 200 a heat release section 204 on, the "fed" in the dip tube 304 is included. The heat pipe 200 also has a first flange 206 and a second flange 208 on that with a flange 310 on the dip tube 304 or on the first cover flange 116 are fastened via screw connections. The heat pipe 200 thus provides a thermal coupling between the methanation unit 100 and the steam generating unit 300 where the symmetry axes of the methanation unit 100 , in particular the methanation reactor 110 , the heat pipe 200 and the dip tube 304 aligned.

Das modulare Konzept der vorliegenden Erfindung ermöglicht (bei gesperrtem Ventil 406) den Austausch einzelner Baugruppen ohne den Betrieb der Gesamtanlage unterbrechen zu müssen. So sieht die vorliegende Erfindung vor, die Reaktorpatrone 126 einer der Funktionseinheiten A, B, C auszutauschen, indem die Verbindung zwischen dem Flansch 124 und dem zweiten Abdeckflansch 118 gelöst, das Stützgitter 128 entfernt und die Reaktorpatrone 126 nach unten in 2 herausgezogen wird. Ferner ist es möglich, die Methanierungseinheit 100 insgesamt zum Beispiel zu Reparaturzwecken zu entfernen, indem die Verbindung zwischen dem zweiten Flansch 208 des Wärmeleitrohrs 200 und dem ersten Abdeckflansch 116 gelöst und die Methanierungseinheit 100 nach unten abgenommen wird. Schließlich ist es möglich, eine gesamte Funktionseinheit A, B, C zu entfernen, indem die Verbindung zwischen dem Flansch 310 des Tauchrohres 304 und dem ersten Flansch 206 des Wärmeleitrohrs 200 gelöst wird.The modular concept of the present invention allows (with valve locked 406 ) to interrupt the exchange of individual modules without the operation of the entire system. Thus, the present invention provides, the reactor cartridge 126 one of the functional units A, B, C exchange, by the connection between the flange 124 and the second cover flange 118 solved, the support grid 128 removed and the reactor cartridge 126 down in 2 is pulled out. Furthermore, it is possible to use the methanation unit 100 For example, for repair purposes, remove the connection between the second flange 208 of the heat pipe 200 and the first cover flange 116 dissolved and the methanation unit 100 is taken down. Finally, it is possible to remove an entire functional unit A, B, C by removing the connection between the flange 310 of the dip tube 304 and the first flange 206 of the heat pipe 200 is solved.

Obgleich die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsform offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.Although the present invention with respect the preferred embodiment has been disclosed in order to enable a better understanding of these should be perceived that the invention to various Wise can be realized without departing from the scope of the invention. Therefore, the invention should be understood to include all possible embodiments and embodiments to the embodiments shown, the can be realized without departing from the scope of the invention as set forth in the appended claims.

Insbesondere ist die Anzahl der Funktionseinheiten nicht auf drei begrenzt, und es kann statt einer Flanschverbindung jede andere lösbare und dichte Verbindung verwendet werden. Ferner ist es denkbar, statt dem inneren Sackrohr 112 ein beidseits offenes Rohr zu verwenden, das sich bis zu dem zweiten Anschlussflansch 118 erstreckt und das Eduktgas statt durch eine einzige mittige Zuführungsöffnung 102 wie oben beschrieben über eine kreisringförmige Fläche zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr einzuleiten, so dass der für die Reaktorpatrone zur Verfügung stehende Raum vergrößert ist. Obwohl gemäß der Ausführungsform die Dampferzeugungseinheit 300 über den Funktionseinheiten A, B, C angeordnet ist, ist es möglich, die gesamte Anlage zu drehen, so dass die Funktionseinheiten A, B, C seitlich an der Dampferzeugungseinheit 300 angeordnet sind, solange die Tauchrohre 304 in die Flüssigkeit 306 ragen. Es liegt darüber hinaus im Rahmen der Erfindung, dass die Funktionseinheiten A, B, C (mit entsprechend angepassten Tauchrohren 304) im Detail unterschiedlich ausgebildet, zum Beispiel unterschiedlich groß sind.In particular, the number of functional units is not limited to three, and instead of a flange connection, any other releasable and sealed connection can be used. It is also conceivable, instead of the inner sack tube 112 to use a tube that is open on both sides, extending to the second flange 118 extends and the educt gas instead of a single central feed opening 102 as described above a circle annular surface between the inner and the outer tube to initiate, so that the space available for the reactor cartridge is increased. Although according to the embodiment, the steam generating unit 300 is arranged above the functional units A, B, C, it is possible to rotate the entire system, so that the functional units A, B, C side of the steam generating unit 300 are arranged as long as the dip tubes 304 into the liquid 306 protrude. It is also within the scope of the invention that the functional units A, B, C (with appropriately adapted dip tubes 304 ) formed differently in detail, for example, are different sizes.

1010: Dampf-Methangas-ReaktorSteam-methane reactor
100100: MethanierungseinheitMethanierungseinheit
102102: Zuführöffnungfeed
104104: Abführöffnungdischarge opening
110110: Methanierungsreaktormethanation
112112: Inneres SackrohrInterior siphon
114114: Äußeres MantelrohrOuter casing pipe
116116: Erster Abdeckflanschfirst cover flange
118118: Zweiter Abdeckflanschsecond cover flange
120120: Durchführung in 116 Carrying out in 116
122122: Offener Endabschnitt von 112 Open end section of 112
124124: Flansch von 114 Flange of 114
126126: Reaktorpatronereactor cartridge
128128: Stützgittersupport grid
200200: Wärmeleitrohrheat pipe
202202: WärmeaufnahmeabschnittHeat receiving portion
204204: WärmeabgabeabschnittHeat release section
206206: Erster Flansch von 200 First flange of 200
208208: Zweiter Flansch von 200 Second flange of 200
300300: DampferzeugungseinheitSteam generating unit
302302: Dampferzeugersteam generator
304304: Tauchrohrdip tube
306306: Flüssigkeitliquid
308308: Austrittsöffnungoutlet opening
310310: Flansch von 304 Flange of 304
400400: Gaszu- und abführvorrichtunggas supply and drainage device
402402: Hauptleitungmain
404404: Nebenleitungensecondary lines
406406: Sperrventilcheck valve
AA: Funktionseinheitfunctional unit
BB: Funktionseinheitfunctional unit
CC: Funktionseinheitfunctional unit
DD: Dampfsteam
Ee: Eduktgasreactant gas
E_H E _H: EduktgashauptstromEduktgashauptstrom
E_T E _T: EduktgasteilstromEduktgasteilstrom
MM: Methangasmarsh gas
M_H M _H: MethangashauptstromMethane gas main stream
M_T M _T: MethangasteilstromMethane gas partial flow
∇∇: Flüssigkeitsspiegelliquid level

Claims

Process for the combined production of steam (D) and methane gas (M) from a reactant gas (E), comprising the following steps: - producing methane gas (M) by catalytic conversion of the reactant gas (E) into a methanation unit ( 100 ); Transferring the heat generated during the catalytic conversion from the methanation unit ( 100 ) into a steam generating unit ( 300 ) by means of a heat transfer unit ( 200 ); and - generating steam (D) in the steam generating unit ( 300 ) from a liquid ( 306 ) with the aid of the transferred heat, - wherein the methanation step and the heat transfer step are carried out by a plurality of parallel-connected functional units (A, B, C), each from the methanation unit ( 100 ) and the heat transfer unit ( 200 ) are formed and modular exchangeable.

Method according to claim 1, characterized in that the methanation unit ( 100 ) a methanation reactor ( 110 ) and the activation of the catalyst is carried out by heat, which is taken from the educt gas (E) itself, or through the methanation reactor ( 110 ) is supplied.

Modular steam methane gas reactor ( 10 ) for carrying out the method according to claim 1 or 2, comprising: - a methanation unit ( 100 ) containing a metanisation reactor ( 110 ) and a reactor cartridge ( 126 ) comprising a catalyst, wherein the methanation reactor ( 110 ) an inner sack tube ( 112 ) and a surrounding outer jacket tube ( 114 ) between which the reactor cartridge ( 126 ) is arranged, and which comprises a flow channel in which the reactor cartridge ( 126 ) is arranged; - a steam generating unit ( 300 ), which is a steam generator ( 302 ), in which a liquid to be evaporated ( 306 ) is received, and a plurality of with their respective closed end in the steam generator ( 302 ) projecting dip tubes ( 304 ); and a heat transfer unit ( 200 ) having a heat receiving portion ( 202 ) comprising the inner sack tube ( 112 ) flush and a heat release cut ( 204 ), one of the plurality of dip tubes ( 304 ) flush with heat from the methanation unit ( 100 ) to the steam generating unit ( 300 ) to transport; - wherein the modular steam methane gas reactor ( 10 ) comprises a plurality of functional units (A, B, C), each from the methanation unit ( 100 ) and the heat transfer unit ( 200 ) are formed and modular exchangeable, wherein the number of functional units (A, B, C) is equal to the An number of dip tubes ( 304 ).

Modular steam methane gas reactor ( 10 ) according to claim 3, characterized in that the open ends of the dip tube ( 304 ) of the steam generator ( 302 ) and the inner sack tube ( 112 ) of the methanation reactor ( 110 ) each have a flange ( 310 . 116 ) with corresponding flanges ( 206 . 208 ) of the heat transfer unit ( 200 ) are connectable.

Modular steam methane gas reactor ( 10 ) according to claim 3 or 4, characterized in that a heater is provided for activating the catalyst.

Modular steam methane gas reactor ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the heater is designed as a jacket heating in or on at least part of the circumference of the reactor cartridge ( 126 ) or the outer jacket tube ( 114 ) is arranged.

Modular steam methane gas reactor ( 10 ) according to one of claims 4 to 6, characterized in that the outer jacket tube ( 114 ) a flange ( 124 ), on which a cover flange ( 118 ) fixed to the bottom of the inner blind tube ( 112 ) is opposed by the educt gas (E) can be initiated.

Modular steam methane gas reactor ( 10 ) according to one of claims 4 to 7, characterized in that the heat transfer unit ( 200 ) contains a heat pipe.