DE102019200245A1 - Method and device for producing liquid fuel - Google Patents
Method and device for producing liquid fuel Download PDFInfo
- Publication number
- DE102019200245A1 DE102019200245A1 DE102019200245.5A DE102019200245A DE102019200245A1 DE 102019200245 A1 DE102019200245 A1 DE 102019200245A1 DE 102019200245 A DE102019200245 A DE 102019200245A DE 102019200245 A1 DE102019200245 A1 DE 102019200245A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- reactor
- reformer
- separation station
- methanol
- hydrogen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
- C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
- C10G2/32—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
- C07C29/15—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
- C07C29/151—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
- C07C29/1516—Multisteps
- C07C29/1518—Multisteps one step being the formation of initial mixture of carbon oxides and hydrogen for synthesis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G3/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oxygen-containing organic materials, e.g. fatty oils, fatty acids
- C10G3/42—Catalytic treatment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P30/00—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry
- Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Benzin mit den Schritten:• Herstellung von Methanol aus Wasserstoff, Kohlendioxid und/ oder Kohlenmonoxid in einem ersten Reaktor;• Herstellung von gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen aus dem Methanol in einem zweiten Reaktor;• Weiterleiten der gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen aus dem Reaktor in eine Trennstation;• Abtrennen von flüssigem Wasserstoff in der Trennstation und Herausführen des abgetrennten flüssigem Kraftstoff aus der Trennstation;• Weiterleiten von einem Nebenprodukt aus der Trennstation in einen Reformer;• Herstellen von Synthesegas im Reformer aus dem Nebenprodukt.The invention relates to a method for producing gasoline, comprising the steps of: • producing methanol from hydrogen, carbon dioxide and / or carbon monoxide in a first reactor; • producing gaseous and liquid hydrocarbons from the methanol in a second reactor; • passing on the gaseous and liquid hydrocarbons from the reactor to a separation station; • separation of liquid hydrogen in the separation station and removal of the separated liquid fuel from the separation station; • forwarding of a by-product from the separation station to a reformer; • production of synthesis gas in the reformer from the by-product.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines flüssigen Kraftstoffs, also ein flüssiges Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen. Solche flüssigen Kraftstoffe sind unter der Bezeichnung Benzin, Diesel oder Kerosin bekannt.The invention relates to a method and a device for producing a liquid fuel, ie a liquid mixture of different hydrocarbons. Such liquid fuels are known as gasoline, diesel or kerosene.
Wasserstoff (H2) kann durch Elektrolyse aus Wasser (H2O) gemäß folgender Gleichung erzeugt werden:
Wasserstoff kann durch Reaktion mit Kohlendioxid (CO2) in Methanol (CH4O) katalytisch umgewandelt werden. Die Reaktion verläuft exotherm insbesondere wie folgt:
Weitere Reaktionen, die stattfinden können, verlaufen wie folgt:
Aus Kohlendioxid und Wasserstoff kann also Kohlenmonoxid und Wasser hergestellt werden. Diese Reaktion wird umgekehrte Wassergas - Shift - Reaktion genannt.Carbon monoxide and water can therefore be produced from carbon dioxide and hydrogen. This reaction is called the reverse water gas shift reaction.
Wasserstoff kann durch Reaktion mit Kohlenmonoxid (CO) in Methanol katalytisch umgewandelt werden.Hydrogen can be catalytically converted to methanol by reaction with carbon monoxide (CO).
Das Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid wird Synthesegas genannt. Synthesegas kann aus Kohle, Erdgas, Erdöl oder Biomasse hergestellt werden. Synthesegas kann durch Elektrolyse von CO2 und H2O erzeugt werden.The gas mixture of hydrogen and carbon monoxide is called synthesis gas. Syngas can be made from coal, natural gas, petroleum or biomass. Syngas can be generated by electrolysis of CO 2 and H 2 O.
Methanol wird großtechnisch aus Synthesegas im Nieder- oder Mitteldruckverfahren hergestellt. Das Mitteldruckverfahren verwendet einen Druck von 100 bis 250 bar bei einem Temperaturbereich von 220 bis 300 °C. Das Niederdruckverfahren wird bei einem Druck von 50 bis 100 bar und Temperaturen zwischen 200 und 300 °C durchgeführt.Methanol is produced on an industrial scale from synthesis gas using the low or medium pressure process. The medium pressure process uses a pressure of 100 to 250 bar at a temperature range of 220 to 300 ° C. The low pressure process is carried out at a pressure of 50 to 100 bar and temperatures between 200 and 300 ° C.
Für die Herstellung von Methanol aus Synthesegas und/oder aus Kohlendioxid und Wasserstoff werden Katalysatoren wie z. B. Zink-Chromoxid-Katalysatoren, kupferbasierte Katalysatoren mit Zusätzen von Zinkoxid und/oder Aluminiumoxid, Kombinationen aus Kupfer und Seltenerdmetallen; Kupferoxid/Zinkoxid-Katalysatoren, Kupferoxid/Zinkoxid/Chromoxid-Katalysatoren oder Kupfer-Zinkoxid-Aluminiumoxid Katalysatoren verwendet. Da die Methanolsynthese ein exothermer Prozess ist, sind geringe Temperaturen thermodynamisch günstig. Allerdings sind geeignete Katalysatoren erst ab Temperaturen von typischerweise ca. 250 °C ausreichend aktiv. So sind konventionelle Cu/ZnO/Al2O3-Katalysatoren erst ab etwa 230 °C aktiv und bis 290 °C temperaturstabil.For the production of methanol from synthesis gas and / or from carbon dioxide and hydrogen, catalysts such. B. zinc-chromium oxide catalysts, copper-based catalysts with additions of zinc oxide and / or aluminum oxide, combinations of copper and rare earth metals; Copper oxide / zinc oxide catalysts, copper oxide / zinc oxide / chromium oxide catalysts or copper-zinc oxide-aluminum oxide catalysts are used. Since methanol synthesis is an exothermic process, low temperatures are thermodynamically favorable. However, suitable catalysts are only sufficiently active from temperatures of typically around 250 ° C. Conventional Cu / ZnO / Al 2 O 3 catalysts are only active from around 230 ° C and temperature stable up to 290 ° C.
Es ist aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Ein Verfahren zur Herstellung von flüssigen Kraftstoffen aus kohlen- und wasserstoffhaltigen Ausgangsstoffen wie Kohle, Erdgas und Biomasse ist unter der Bezeichnung Fischer-Tropsch-Synthese bekannt. Zunächst kann beispielsweise durch Vergasung ein Synthesegas erzeugt werden, also ein Gasgemisch aus CO und H2. In der Fischer-Tropsch-Synthese werden aus dem Synthesegas langkettige Kohlenwasserstoffe erzeugt. Das Synthesegas kann beispielsweise heterogenkatalytisch in gasförmige und flüssige Kohlenwasserstoffe bei Temperaturen von etwa 160 bis 300 °C und Drücken von etwa 25 bar umgewandelt werden. Auch höhere Drücke von beispielsweise 40 bar sind möglich. Als Katalysatoren können Kontakte auf Basis von Cobalt oder Eisen dienen.A process for the production of liquid fuels from carbon and hydrogen-containing starting materials such as coal, natural gas and biomass is known under the name Fischer-Tropsch synthesis. First of all, a synthesis gas can be generated by gasification, i.e. a gas mixture of CO and H 2 . In Fischer-Tropsch synthesis, long-chain hydrocarbons are generated from the synthesis gas. The synthesis gas can, for example, be converted heterogeneously into gaseous and liquid hydrocarbons at temperatures of about 160 to 300 ° C. and pressures of about 25 bar. Higher pressures of, for example, 40 bar are also possible. Contacts based on cobalt or iron can serve as catalysts.
Als Nebenprodukt fallen bei der Herstellung eines synthetischen flüssigen Kraftstoffs aus Methanol kürzere Kohlenwasserstoffe wie Methan, Ethan, Propan oder n-Butan an. Derartige Nebenprodukte werden in der Druckschrift „Buddenberg, T., C. Bergins, and S. Schmidt, Power to fuel as a sustainable business model for cross-sectorial energy storage in industry and power plants, in 5th Conference on Carbon Dioxide as Feedstock for Fuels, Chemistry und Polymers. 2016: Cologne, Germany“ als LPG bezeichnet.As a by-product, shorter hydrocarbons such as methane, ethane, propane or n-butane are produced in the production of a synthetic liquid fuel from methanol. Such by-products are described in the publication “Buddenberg, T., C. Bergins, and S. Schmidt, Power to fuel as a sustainable business model for cross-sectorial energy storage in industry and power plants, in 5th Conference on Carbon Dioxide as Feedstock for Fuels, Chemistry and Polymers. 2016: Cologne, Germany ”referred to as LPG.
Aus der Dissertation „Daniel Helmut König, Techno-ökonomische Prozessbewertung der Herstellung synthetischen Flugturbinentreibstoffes aus CO2 und H2, Universität Stuttgart, 2016“ ist bekannt, in einem ersten Schritt Wasserstoff durch Wasserelektrolyse zu erzeugen. Zusammen mit Kohlenstoffdioxid wird mit der reversen Wassergas-Shift-Reaktion Synthesegas gebildet, welches mittels Fischer-Tropsch-Synthese in langkettige Kohlenwasserstoffe umgesetzt wird. Eine nachfolgende Produktauftrennung und -aufbereitung liefert synthetischen Flugturbinentreibstoff und die Nebenprodukte Benzin und Diesel. Aus der Druckschrift ist außerdem bekannt, eine Hochtemperatur-Co-Elektrolyse einzusetzen, um aus Dampf und Kohlenstoffdioxid direkt Synthesegas zu produzieren. From the dissertation "Daniel Helmut König, Techno-Economic Process Assessment of the Production of Synthetic Aviation Fuel from CO 2 and H 2 , University of Stuttgart, 2016" it is known to generate hydrogen by water electrolysis in a first step. Together with carbon dioxide, the reverse water gas shift reaction forms synthesis gas, which is converted into long-chain hydrocarbons using Fischer-Tropsch synthesis. Subsequent product separation and processing supplies synthetic aviation turbine fuel and the by-products petrol and diesel. It is also known from the publication to use high-temperature co-electrolysis in order to produce synthesis gas directly from steam and carbon dioxide.
Es ist bekannt, Nebenprodukte, die bei der Herstellung eines synthetischen flüssigen Kraftstoffs aus Methanol entstehen, in den Reaktor zurückzuführen,It is known to return by-products to the reactor that arise from the production of a synthetic liquid fuel from methanol,
Es ist Aufgabe der Erfindung, flüssigen Kraftstoff und zwar einerseits insbesondere Benzin oder andererseits Diesel und Kerosin verbessert herzustellen.It is an object of the invention to improve the production of liquid fuel, in particular gasoline on the one hand or diesel and kerosene on the other hand.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Vorrichtung umfasst zur Lösung der Aufgabe die Merkmale des Nebenanspruchs.The object is achieved by a method having the features of
Zur Lösung der Aufgabe umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- • Einleiten von Kohlendioxid und Wasserstoff in einen ersten Reaktor;
- • Zuführen von Kohlenmonoxid aus einem Reformer in den ersten Reaktor;
- • Herstellen von Methanol aus dem Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid in dem ersten Reaktor mithilfe eines Katalysators und/oder Herstellen eines Synthesegases in dem ersten Reaktor mithilfe eines Katalysators;
- • Zuführen von Methanol und/oder Synthesegas aus dem ersten Reaktor in einen zweiten Reaktor;
- • Herstellen von Kohlenwasserstoffen aus dem Methanol und/oder aus dem Synthesegas mithilfe des zweiten Reaktors;
- • Zuführen der Kohlenwasserstoffe in eine Trennstation;
- • Abtrennen von flüssigem Kraftstoff in der Trennstation und Herausführen des abgetrennten flüssigen Kraftstoffs aus der Trennstation;
- • Zuführen eines Nebenprodukts aus der Trennstation in den Reformer;
- • Herstellen des Kohlenmonoxids in dem Reformer aus dem Nebenprodukt.
- • introducing carbon dioxide and hydrogen into a first reactor;
- • feeding carbon monoxide from a reformer into the first reactor;
- • producing methanol from the hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide in the first reactor using a catalyst and / or producing a synthesis gas in the first reactor using a catalyst;
- Feeding methanol and / or synthesis gas from the first reactor into a second reactor;
- • Production of hydrocarbons from the methanol and / or from the synthesis gas using the second reactor;
- • feeding the hydrocarbons into a separation station;
- • separation of liquid fuel in the separation station and removal of the separated liquid fuel from the separation station;
- Feeding a by-product from the separation station into the reformer;
- • producing the carbon monoxide in the reformer from the by-product.
Einleiten von Kohlendioxid und Wasserstoff in einen ersten Reaktor meint, dass extern bereitgestelltes Kohlendioxid und extern bereitgestellter Wasserstoff in den ersten Reaktor eingeleitet wird. Kohlendioxid wird beispielsweise durch Abscheidung aus Luft, Industrieabgasen oder aus bei einer Verbrennung entstehenden Gasen extern bereitgestellt. Wasserstoff wird beispielsweise durch Elektrolyse extern bereitgestellt.Introducing carbon dioxide and hydrogen into a first reactor means that externally provided carbon dioxide and externally provided hydrogen are introduced into the first reactor. Carbon dioxide is provided externally, for example, by separation from air, industrial exhaust gases or from gases generated during combustion. For example, hydrogen is provided externally by electrolysis.
Als Katalysator können im ersten Reaktor ein oder mehrere Katalysatoren eingesetzt sein, die für eine katalytische Umwandlung eines Gemisches aus CO2, CO und H2 in CH4O und/oder in Synthesegas bekanntermaßen geeignet sind.One or more catalysts which are known to be suitable for catalytic conversion of a mixture of CO 2 , CO and H 2 into CH 4 O and / or into synthesis gas can be used as the catalyst in the first reactor.
Um Stoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung zuführen zu können, kann eine rohrförmige Verbindung vorgesehen sein, über die ein Fluid von einer Station zu einer nächsten Station geleitet werden kann. So kann beispielsweise eine rohrförmige Verbindung den Reformer mit dem ersten Reaktor so verbinden, dass Kohlenmonoxid aus dem Reformer herausgeleitet und das herausgeleitete Kohlenmonoxid in den ersten Reaktor hineingeleitet werden kann.In order to be able to supply substances in the sense of the present invention, a tubular connection can be provided, via which a fluid can be passed from one station to a next station. For example, a tubular connection can connect the reformer to the first reactor in such a way that carbon monoxide can be led out of the reformer and the led out carbon monoxide can be led into the first reactor.
Als Katalysator können im zweiten Reaktor ein oder mehrere Katalysatoren eingesetzt sein, die für eine katalytische Umwandlung von Methanol in flüssigen Kraftstoff, und/oder von Synthesegas in flüssigen Kraftstoff bekanntermaßen geeignet sind.One or more catalysts which are known to be suitable for catalytic conversion of methanol into liquid fuel and / or of synthesis gas into liquid fuel are known to be used as catalysts in the second reactor.
Im zweiten Reaktor kann aber auch zunächst Dimethylether hergestellt werden. Aus dem hergestellten Dimethylether können in einem weiteren Reaktor Olefine hergestellt werden, um hieraus schließlich gewünschte flüssige Kraftstoffe zu gewinnen.In the second reactor, however, dimethyl ether can also be produced first. In a further reactor, olefins can be produced from the dimethyl ether produced in order to finally obtain the desired liquid fuels therefrom.
Werden im zweiten Reaktor Kohlenwasserstoffe aus dem Methanol unmittelbar erzeugt, so werden die erzeugten Kohlenwasserstoffe aus dem zweiten Reaktor der Trennstation zugeführt. Wird im zweiten Reaktor zunächst Dimethylether erzeugt, um in einem nachfolgenden Verarbeitungsschritt Kohlenwasserstoffe aus dem Dimethylether herzustellen, dann werden die Kohlenwasserstoffe im Anschluss an den entsprechenden Verarbeitungsschritt der Trennstation zugeführt.If hydrocarbons are produced directly from the methanol in the second reactor, the hydrocarbons produced are fed from the second reactor to the separation station. If dimethyl ether is first produced in the second reactor in order to produce hydrocarbons from the dimethyl ether in a subsequent processing step, the hydrocarbons are then fed to the separation station after the corresponding processing step.
Die Trennstation ist so eingerichtet, dass ein der Trennstation zugeführtes Gemisch in Bestandteile getrennt werden kann. Die Trennstation kann eine Rektifikationskolonne umfassen, um Fraktionen mit unterschiedlichen Siedetemperaturen aus dem Gemisch abzutrennen. Die Trennstation kann eine Einrichtung umfassen, die Dichteunterschiede ausnutzt, um beispielsweise gasförmige Bestandteile von flüssigen Bestandteilen zu trennen. Die Trennstation kann einen Flüssigkeitsabscheider umfassen, um Gase von Flüssigkeiten zu trennen.The separation station is set up in such a way that a mixture supplied to the separation station can be separated into components. The separation station can comprise a rectification column to separate fractions with different boiling temperatures from the Separate mixture. The separation station can comprise a device that uses density differences, for example to separate gaseous components from liquid components. The separation station may include a liquid separator to separate gases from liquids.
Insbesondere ist die Trennstation so eingerichtet, dass Benzin abgetrennt und das abgetrennte Benzin aus der Trennstation herausgeführt werden kann. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn Methanol in dem ersten Reaktor hergestellt wurde.In particular, the separation station is set up so that gasoline can be separated and the separated gasoline can be led out of the separation station. This is particularly advantageous if methanol was produced in the first reactor.
In den ersten Reaktor werden also insbesondere für die Herstellung von Benzin Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff eingeleitet, um dieses Gasgemisch im ersten Reaktor katalytisch in Methanol umzuwandeln. Es findet also eine Methanolsynthese aus H2, CO2 und CO statt, was sich positiv auf die Katalysatorlebensdauer auswirkt. Es entstehen bei der erfindungsgemäßen Methanolsynthese nur relativ geringe Mengen an Wasser als Koppelprodukt, was den Energieverbrauch von Pumpen, Verdichtern und Kolonnen gering hält. Insgesamt kann ein flüssiger Kraftstoff wie Benzin mit hohem Wirkungsgrad, hoher Ausbeute und geringem technischen Aufwand hergestellt werden.Carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen are therefore introduced into the first reactor, in particular for the production of gasoline, in order to catalytically convert this gas mixture into methanol in the first reactor. So there is a methanol synthesis from H 2 , CO 2 and CO, which has a positive effect on the catalyst life. The methanol synthesis according to the invention produces only relatively small amounts of water as a by-product, which keeps the energy consumption of pumps, compressors and columns low. Overall, a liquid fuel such as gasoline can be produced with high efficiency, high yield and little technical effort.
Aus dem Nebenprodukt kann mit Hilfe des Reformers unter Einsatz von O2 und H2O das Kohlenmonoxid hergestellt werden.The carbon monoxide can be produced from the by-product with the aid of the reformer using O 2 and H 2 O.
Es kann durch autotherme Reformierung das Kohlenmonoxid aus dem Nebenprodukt hergestellt werden.The carbon monoxide can be produced from the by-product by autothermal reforming.
Als Nebenprodukt können Methan (CH4), Ethan (C2H6), Propan (C3H8) und/oder Butan (C4H10) entstehen, die aus der Trennstation heraus dem Reformer zugeführt werden. Methan (CH4), Ethan (C2H6), Propan (C3H8) und/oder Butan (C4H10) werden dann also von der Trennstation zu dem Reformer weitergeleitet. Alle Nebenprodukte, die nicht der Benzinfraktion entsprechen, können dem Reformer zugeführt werden. Von der Erfindung ist aber auch umfasst, dass die aus der Trennstation herausgeführten Nebenprodukte nur zum Teil in den Reformer eingeleitet werden.A by-product can be methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) and / or butane (C 4 H 10 ), which are fed to the reformer from the separation station. Methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ) and / or butane (C 4 H 10 ) are then forwarded from the separation station to the reformer. All by-products that do not correspond to the gasoline fraction can be fed to the reformer. However, the invention also includes that the by-products led out of the separation station are only partly introduced into the reformer.
Im Reformer können sich im Anschluss an eine Reformierung H2, CO, CO2 und/oder CH4 befinden, die aus dem Reformer herausgeleitet und in den ersten Reaktor hineingeleitet werden.Following reformation, the reformer may contain H 2 , CO, CO 2 and / or CH 4 , which are led out of the reformer and passed into the first reactor.
Wasserdampf, der in dem ersten oder zweiten Reaktor entsteht, kann in die Trennstation für die Durchführung der Trennung und/oder in den Reformer für die Durchführung der Reformierung eingeleitet werden, um die Produktivität weiter zu verbessern.Water vapor generated in the first or second reactor can be introduced into the separation station for carrying out the separation and / or into the reformer for carrying out the reforming in order to further improve productivity.
Aus dem ersten Reaktor kann Gas periodisch herausgeführt werden, was sich ebenfalls günstig auf die Produktivität auswirken kann. Herausführen meint, dass dieses Gas nicht in den zweiten Reaktor eingeleitet wird. Es wird auf diese Weise beispielsweise 10 Vol.-% an Gas, welches in den ersten Reaktor eingeleitet wurde, nicht in den zweiten Reaktor hineingeleitet, sondern stattdessen auf andere Weise weiter verwertet.Gas can be removed periodically from the first reactor, which can also have a favorable effect on productivity. Leading out means that this gas is not introduced into the second reactor. In this way, for example, 10% by volume of gas which was introduced into the first reactor is not passed into the second reactor, but instead is used further in another way.
Innerhalb der Methanolsynthese wird nicht umgesetztes Edukt (H2, CO2, CO) vom Reaktorprodukt vorteilhaft abgeschieden und innerhalb des Verfahrens zurückgeführt. Übrig bleibt ein Gemisch aus Methanol und Wasser. Dieses kann in einer Trennkolonne in Methanol und Wasser getrennt werden. So kann reines Methanol aus dem Prozess austreten.Unreacted starting material (H 2 , CO 2 , CO) is advantageously separated from the reactor product in the methanol synthesis and recycled within the process. What remains is a mixture of methanol and water. This can be separated in a separation column in methanol and water. This means that pure methanol can escape from the process.
Es können also eine oder mehrere weitere Trennstationen vorhanden sein, um Produkte geeignet zu separieren. So kann beispielsweise eine Rektifikationskolonne als Trennstation vorgesehen sein, die das im ersten Reaktor erzeugte Methanol von anderen Bestandteilen trennt, um so vorteilhaft eine hohe Reinheit von mehr als 90 Gew.-%, so zum Beispiel eine Reinheit von wenigstens 99,9 Gew.-%, zu erhalten. Erst im Anschluss daran wird das Methanol dem zweiten Reaktor zugeführt.One or more further separation stations can therefore be present in order to separate products appropriately. For example, a rectification column can be provided as a separation station, which separates the methanol produced in the first reactor from other constituents, so that a high purity of more than 90% by weight, for example a purity of at least 99.9% by weight, is advantageous. %, to obtain. Only then is the methanol fed to the second reactor.
Abwärme, die aufgrund der durchgeführten exothermen Reaktionen zur Verfügung steht, kann vorteilhaft ein oder mehreren Rektifikationskolonnen oder Destillationskolonnen zugeführt und so für ein Trennen genutzt werden. Abwärme kann auch bei der Eduktbereitstellung genutzt werden.Waste heat that is available as a result of the exothermic reactions carried out can advantageously be fed to one or more rectification columns or distillation columns and thus used for separation. Waste heat can also be used in the supply of starting materials.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden aus der Trennstation herausgeführte Nebenprodukte teilweise in den Reformer eingeleitet und teilweise in den ersten Reaktor. Durch diese Ausgestaltung kann der Energiebedarf für die Herstellung gesenkt werden und zwar insbesondere der Bedarf an elektrischer Energie. Diese Ausgestaltung ist vor allem für den Fall günstig, dass Diesel, Kerosin und/oder in dem ersten Reaktor ein Synthesegas erzeugt wird. Elektrische Energie kann vor allem deshalb eingespart werden, weil der Wasserstoffbedarf gering gehalten werden kann und für die Erzeugung von Wasserstoff in der Regel elektrische Energie eingesetzt wird.In an advantageous embodiment of the method by-products led out of the separation station are partly introduced into the reformer and partly into the first reactor. With this configuration, the energy requirement for production can be reduced, in particular the requirement for electrical energy. This configuration is particularly favorable in the event that diesel, kerosene and / or a synthesis gas is generated in the first reactor. Electrical energy can be saved primarily because the hydrogen requirement can be kept low and electrical energy is generally used for the production of hydrogen.
Vorzugsweise werden aus der Trennstation herausgeführte Nebenprodukte zum überwiegenden Teil in den Reformer eingeleitet. Ein geringerer Teil wird in den ersten Reaktor eingeleitet, um weiter verbessert den Bedarf an elektrischer Energie gering zu halten. Vorzugsweise werden aus der Trennstation herausgeführte Nebenprodukte zu wenigstens 60 Vol.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 70 Vol.-%, in den Reformer eingeleitet. Vorzugsweise werden aus der Trennstation herausgeführte Nebenprodukte zu wenigstens 10 Vol.-%, besonders bevorzugt zu wenigstens 20 Vol.-%, in den ersten Reaktor eingeleitet. Aus der Trennstation herausgeführte Nebenprodukte werden also beispielsweise zu 70 Vol.-% bis 80 Vol.-% dem Reformer und zu 20 Vol.-% bis 30 Vol.-% dem ersten Reaktor zugeführt, um den Bedarf für elektrische Energie gering zu halten.By-products which are preferably led out of the separation station are preferably introduced into the reformer. A smaller part is introduced into the first reactor in order to further minimize the need for electrical energy. At least 60% by volume, particularly preferably at least 70% by volume, of by-products led out of the separation station are preferably introduced into the reformer. At least 10% by volume, particularly preferably at least 20% by volume, of by-products led out of the separation station are preferably introduced into the first reactor. By-products led out of the separation station are thus fed, for example, to the reformer at 70 vol.% To 80 vol.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist der erste Reaktor ein RWGS - Reaktor. Mit RWGS wird „Reverse Water-Gas Shift Reaction“ abgekürzt. Ein RWGS - Reaktor ist also ein Reaktor, in dem eine umgekehrte Wassergas - Shift - Reaktion durchgeführt wird, um aus Wasserstoff und Kohlendioxid ein Gemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Wasser bzw. Wasserdampf zu erzeugen.In one embodiment of the method, the first reactor is an RWGS reactor. With RWGS "Reverse Water-Gas Shift Reaction" is abbreviated. An RWGS reactor is therefore a reactor in which a reverse water gas shift reaction is carried out in order to produce a mixture of hydrogen, carbon monoxide and water or water vapor from hydrogen and carbon dioxide.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist der zweite Reaktor ein Reaktor zur Durchführung einer Fischer - Tropsch - Synthese. Im zweiten Reaktor kann daher ein Katalysator auf Basis von Cobalt (Co) oder Eisen (Fe) vorhanden sein, um aus Synthesegas Kohlenwasserstoffe zu erzeugen.In one embodiment of the method, the second reactor is a reactor for carrying out a Fischer-Tropsch synthesis. A catalyst based on cobalt (Co) or iron (Fe) can therefore be present in the second reactor in order to generate hydrocarbons from synthesis gas.
Vorteilhaft werden in den ersten Reaktor ein Gemisch aus externem Wasserstoff und externem Kohlendioxid so eingeleitet, dass das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid 1,6 bis 2,2, vorzugsweise 1,8 bis 2, beträgt, welches in den Reaktor zur Durchführung einer Fischer - Tropsch - Synthese eingeleitet wird.A mixture of external hydrogen and external carbon dioxide is advantageously introduced into the first reactor such that the ratio of hydrogen to carbon monoxide is 1.6 to 2.2, preferably 1.8 to 2, which is in the reactor for carrying out a Fischer Tropsch synthesis is initiated.
Insbesondere wird der erste Reaktor so betrieben, dass Temperaturen von 800° bis 1000°C im ersten Reaktor erreicht werden, um die Bildung des Nebenprodukts CH4 gering zu halten. Dafür benötigte Energie kann im Bedarfsfall vorteilhaft vom Reformer zum ersten Reaktor geleitet werden. Aus dem ersten Reaktor kann dann beispielsweise Synthesegas herausgeführt werden, welches anfangs 800°C bis 1000°C heiß ist.In particular, the first reactor is operated in such a way that temperatures of 800 ° to 1000 ° C. are reached in the first reactor in order to keep the formation of the by-product CH 4 low. If necessary, the energy required for this can advantageously be conducted from the reformer to the first reactor. Synthesis gas can then be led out of the first reactor, for example, which is initially 800 ° C to 1000 ° C hot.
Insbesondere wird der zweite Reaktor so betrieben, dass Temperaturen von 200° bis 250°C im zweiten Reaktor erreicht werden, um günstig Kohlenwasserstofffraktionen herstellen zu können.In particular, the second reactor is operated in such a way that temperatures of 200 ° to 250 ° C. are reached in the second reactor in order to be able to produce hydrocarbon fractions cheaply.
Werden höhermolekulare Kohlenwasserstofffraktionen erzeugt, so werden diese vorzugsweise von der Trennstation einem Hydrocracker zugeführt, um zu flüssigen Kraftstoffen und zwar insbesondere zu Kerosin und Diesel zu gelangen. Im Hydrocracker gecrackte höhermolekularen Kohlenwasserstoffe werden anschließend beispielsweise einer Rektifikationskolonne zugeführt, um darüber gewünschte flüssige Kraftstoffe wie Kersosin und Diesel zu erhalten. Werden durch Rektifikation in der Rektifikationskolonne neben Kerosin und Diesel immer noch höhermolekulare Kohlenwasserstoffe im Vergleich zu Kerosin und Diesel erhalten, so werden diese vorzugsweise in den Hydrocracker zurückgeführt. Andere Nebenprodukte wie Benzinfraktionen oder Naphtha werden vorzugsweise dem Reformer zugeführt.If higher molecular weight hydrocarbon fractions are generated, they are preferably fed from the separation station to a hydrocracker in order to get to liquid fuels, in particular kerosene and diesel. High-molecular hydrocarbons cracked in the hydrocracker are then fed, for example, to a rectification column in order to obtain the desired liquid fuels such as kerosene and diesel. If, in addition to kerosene and diesel, higher molecular weight hydrocarbons are obtained in comparison to kerosene and diesel by rectification in the rectification column, these are preferably returned to the hydrocracker. Other by-products such as gasoline fractions or naphtha are preferably fed to the reformer.
Der Reformer kann in einer Ausgestaltung exotherm gefahren werden, um für die Rektifikation benötigte Wärme vom Reformer zur Rektifikationskolonne zu leiten. Insbesondere wird der Reformer so gefahren, dass Temperaturen von 800° bis 1000°C erreicht werden.In one embodiment, the reformer can be operated exothermic in order to conduct the heat required for the rectification from the reformer to the rectification column. In particular, the reformer is operated in such a way that temperatures of 800 ° to 1000 ° C. are reached.
Vorteilhaft gibt es eine Zuführung von dem zweiten Reaktor zur Rektifikationskolonne, um für die Rektifikation benötigte Wärme in Form von Wasserdampf von dem zweiten Reaktor kommend zur Rektifikationskolonne zu leiten.There is advantageously a feed from the second reactor to the rectification column in order to conduct heat required for the rectification in the form of water vapor coming from the second reactor to the rectification column.
Wasserdampf, der für die Reformierung benötigt wird, wird vorteilhaft dem ersten Reaktor entnommen und in den Reformer eingeleitet, also dem Reformer zugeführt.Water vapor, which is required for the reforming, is advantageously removed from the first reactor and introduced into the reformer, that is to say fed to the reformer.
Eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens kann umfassen:
- • einen ersten Reaktor,
- • einen Einlass für ein Einleiten von Kohlendioxid und Wasserstoff in den ersten Reaktor;
- • einen Katalysator in dem ersten Reaktor für eine katalytische Umwandlung eines Gemisches aus Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff in Methanol;
- • einen Reformer;
- • eine Verbindung zwischen dem ersten Reaktor und dem Reformer für ein Zuführen von Kohlenmonoxid aus dem Reformer in den ersten Reaktor;
- • einen zweiten Reaktor;
- • eine Verbindung zwischen dem ersten Reaktor und dem zweiten Reaktor für ein Zuführen von Methanol aus dem ersten Reaktor in den zweiten Reaktor;
- • einen Katalysator in dem zweiten Reaktor für eine katalytische Umwandlung von Methanol in gasförmige und flüssigen Kohlenwasserstoffe in dem zweiten Reaktor;
- • eine Trennstation;
- • eine Verbindung zwischen dem zweiten Reaktor und der Trennstation für ein Zuführen der gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffe in die Trennstation;
- • eine Trenneinrichtung in der Trennstation, durch die flüssiger Kraftstoff in der Trennstation abgetrennt und durch die flüssiger Kraftstoff aus der Trennstation herausgeführt werden kann;
- • eine Verbindung zwischen der Trennstation und dem Reformer, durch die ein Nebenprodukt aus der Trennstation dem Reformer zugeführt werden kann;
- • eine Reformierungseinrichtung in dem Reformer, durch die aus dem Nebenprodukt Kohlenmonoxid erzeugt werden kann.
- A first reactor,
- An inlet for introducing carbon dioxide and hydrogen into the first reactor;
- A catalyst in the first reactor for catalytic conversion of a mixture of carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen into methanol;
- • a reformer;
- A connection between the first reactor and the reformer for feeding carbon monoxide from the reformer into the first reactor;
- • a second reactor;
- A connection between the first reactor and the second reactor for feeding methanol from the first reactor into the second reactor;
- A catalyst in the second reactor for catalytic conversion of methanol into gaseous and liquid hydrocarbons in the second reactor;
- • a separation station;
- A connection between the second reactor and the separation station for feeding the gaseous and liquid hydrocarbons into the separation station;
- • a separation device in the separation station, through which liquid fuel in the separation station separated and through which liquid fuel can be led out of the separation station;
- A connection between the separation station and the reformer, through which a by-product from the separation station can be fed to the reformer;
- • A reformer in the reformer, through which carbon monoxide can be generated from the by-product.
Der erste Reaktor kann einen Gasauslass aufweisen. Es kann eine Steuereinrichtung vorhanden sein, durch die Gas aus dem Gasauslass periodisch herausgeführt werden kann.The first reactor can have a gas outlet. A control device can be provided by means of which gas can be led out periodically from the gas outlet.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktor kann eine weitere Trennstation vorhanden sein, um Methanol geeignet zu separieren. Als weitere Trennstation kann eine Rektifikationskolonne vorgesehen sein. Eine weitere Trennstation kann vorgesehen sein, um das im zweiten Reaktor entstandene Wasser von den Kohlenwasserstoffen zu trennen. Dafür kann ebenfalls eine Rektifikationskolonne vorgesehen sein.A further separation station can be present between the first and the second reactor in order to suitably separate methanol. A rectification column can be provided as a further separation station. A further separation station can be provided in order to separate the water formed in the second reactor from the hydrocarbons. A rectification column can also be provided for this.
Durch die Erfindung können flüssige Kraftstoffe deutlich effizienter hergestellt werden. Der dafür benötigte Mehraufwand kann überraschend gering gehalten werden. Auch wirkt sich die Erfindung positiv auf die Lebensdauer von Komponenten aus. Durch ein hohes Kohlenmonoxid zu Wasserstoffverhältnis im Produktstrom des Reformers und anschließender Beimischung zum Produktstrom des RWGS - Reaktors sowie Einstellung des für die Fischer-Tropsch- Synthese günstigen Wasserstoff zu Kohlenmonoxid Verhältnisses mittels Wasserstoffzugabe wird die thermische Beheizung für den RWGS - Reaktor gering gehalten.The invention enables liquid fuels to be produced much more efficiently. The additional effort required for this can be kept surprisingly low. The invention also has a positive effect on the life of components. A high carbon monoxide to hydrogen ratio in the product stream of the reformer and subsequent addition to the product stream of the RWGS reactor and adjustment of the hydrogen to carbon monoxide ratio favorable for the Fischer-Tropsch synthesis by means of hydrogen addition keeps the thermal heating for the RWGS reactor low.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 : nicht erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Herstellung von Benzin; -
2 : erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Herstellung von Benzin; -
3 : Ergebnisse; -
4 : erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Herstellung von Kerosin sowie Diesel; -
5 : Blockfließbild des entwickelten Fischer-Tropsch-Verfahrens.
-
1 : Device according to the invention for the production of gasoline; -
2nd : Device according to the invention for the production of gasoline; -
3rd : Results; -
4th : Device according to the invention for the production of kerosene and diesel; -
5 : Block flow diagram of the developed Fischer-Tropsch process.
Es folgt die Beschreibung von zwei Simulationsbeispielen mit anschließendem Vergleich. Das erste Beispiel ist ein Vergleichsbeispiel welches anhand der
Die
Im zweiten Reaktor
Die in der
Nach Durchführung der Reformierung wird aus dem Reformer
Der Prozess zur Methanolsynthese wurde wie folgt ausgelegt.
- • Reaktor: 250 °C, 80 bar.
- • Vorwärmung des Eduktstroms des Reaktors mit dem Produktstrom des Reaktors
- • Abtrennung nicht umgesetzter Gase durch Drosselung und Abkühlung des Produktstroms auf 80 °C und 75 bar
- • Rückführung der Gase zum Reaktor
- • Rohmethanol (Methanol+Wasser) wird in
einer Kolonne bei 1 bar aufgetrennt. - • im Rohmethanol (Methanol+Wasser) ist noch CO2 gelöst. Der Gehalt kann z.B. nach der Rektifikation durch weitere Abkühlung verringert werden.
- • Reactor: 250 ° C, 80 bar.
- Preheating the reactant feed stream with the reactor product stream
- • Separation of unreacted gases by throttling and cooling the product flow to 80 ° C and 75 bar
- • Return of the gases to the reactor
- • Raw methanol (methanol + water) is separated in a column at 1 bar.
- • CO 2 is still dissolved in the raw methanol (methanol + water). The content can be reduced by further cooling, for example after rectification.
Zur technischen Umsetzung werden normalerweise werden mehrere Kolonnen verwendet, da mit Nebenprodukten, wie Ethanol und Ameisensäure, gerechnet wird.Several columns are normally used for technical implementation, since by-products such as ethanol and formic acid are expected.
Es wurde davon ausgegangen, dass sich die Produktzusammensetzung aus der Lage des Gleichgewichts durch Minimierung der freien Gibbs-Energie ergibt. Gewählt wurde für diesen Fall ein molares H2:CO/CO2 Verhältnis von 4 (gemäß Druckschrift Otto, A., Chemische, verfahrenstechnische und ökonomische Bewertung von Kohlendioxid als Rohstoff in der chemischen Industrie; 2015, Forschungszentrum Jülich GmbH: Jülich). Es wurde angenommen, dass neben dem Koppelprodukt Wasser keine Nebenprodukte entstehen. Innerhalb des Teilprozesses wurden nicht umgesetzte Edukte rückgeführt. Nach Produktseparation mittels Rektifikationskolonne hat das Produkt Methanol eine Reinheit von 99,9 Gew.-% und entspricht damit dem AA-Grade. Zur Steigerung des Prozesswirkungsgrades wurde die Reaktorabwärme im Verdampfer der Kolonne genutzt.It was assumed that the product composition results from the position of the equilibrium by minimizing the free Gibbs energy. A molar H 2 : CO / CO 2 ratio of 4 was selected for this case (according to Otto, A., chemical, process engineering and economic evaluation of carbon dioxide as a raw material in the chemical industry; 2015, Forschungszentrum Jülich GmbH: Jülich). It was assumed that there were no by-products in addition to the co-product water. Unreacted starting materials were returned within the sub-process. After product separation using a rectification column, the product methanol has a purity of 99.9% by weight and thus corresponds to the AA grade. The reactor waste heat in the column evaporator was used to increase the process efficiency.
Der MTG-Prozess wurde basierend auf dem NREL-Report von Phillips, S.D., et al., Gasoline from Wood via integrated Gasification, Synthesis, and Methanol-to-Gasoline Technologies. 2011, NREL - National Renewable Energy Laboratory: Golden, Colorado; p. 115 ausgelegt. Der Bericht liefert eine für die Simulation hinreichend genaue Produktverteilung eines Wirbelschichtreaktors. In Übereinstimmung mit der vorgenannten Druckschrift von Phillips et al. wird von einem 100%igen Methanolumsatz ausgegangen.The MTG process was based on the NREL report by Phillips, S.D., et al., Gasoline from Wood via integrated Gasification, Synthesis, and Methanol-to-Gasoline Technologies. 2011, NREL - National Renewable Energy Laboratory: Golden, Colorado; p. 115 designed. The report provides a product distribution of a fluidized bed reactor that is sufficiently precise for the simulation. In accordance with the aforementioned Phillips et al. 100% methanol conversion is assumed.
Die Produktaufbereitung (De-Ethanisierung, Alkylierung, ...) wird vernachlässigt, sodass der Prozess ähnlich zu der in Wesseling [siehe z.B.
Wie in
Für die Simulation des autothermischen Reformers wurde das folgende beispielhafte Design gewählt:
- Die Produktverteilung wird mittels des thermodynamischen Gleichgewichts (errechnet durch Minimierung der Gibbs-Energie) für eine Reaktoraustrittstemperatur von 900 °C bestimmt. Diese Temperatur kann auch höher oder niedriger sein. Eine höhere Temperatur begünstigt die Lage des thermodynamischen Gleichgewichts, ist aber apparatetechnisch schwieriger umzusetzen. Der Edukstrom wird mit dem Produktstrom vorgeheizt. Dieser Schritt dient zur Wärmerückgewinnung und ist nicht zwingend notwendig. Für die Reformierungsreaktion ist die Zugabe von Wasser (in den Edukstrom oder den Reaktor] wichtig. Hier wurde beispielhaft ein H2O/C-
Verhältnis von 0,6 gewählt. Dieses Verhältnis kann variiert werden. Die O2-Zugabe in den Reaktor wurde so geregelt, dass der Reaktor autotherm ist.
- The product distribution is determined by means of the thermodynamic equilibrium (calculated by minimizing the Gibbs energy) for a reactor outlet temperature of 900 ° C. This temperature can also be higher or lower. A higher temperature favors the position of the thermodynamic equilibrium, but is more difficult to implement in terms of apparatus. The educt stream is preheated with the product stream. This step is for heat recovery and is not essential. The addition of water (into the educt stream or into the reactor) is important for the reforming reaction. Here, an H 2 O / C ratio of 0.6 was chosen as an example. This ratio can be varied. The O 2 addition into the reactor was regulated so that the reactor is autothermal.
Der Reaktor könnte auch exotherm oder endotherm sein. Bei der endothermen Fahrweise kann die Wärmebereitstellung durch eine elektrische Aufheizung des Eduktstroms, beispielsweise auf 1000 °C, erfolgen. Der Sauerstoff muss nicht in Reinform zugegeben werden. Beispielsweise wäre auch Luft oder ein O2/H2O-Gemisch möglich. Wie die Reaktortemperatur ist auch der Reaktordruck variabel und beeinflusst das thermodynamische Gleichgewicht der Reaktion.The reactor could also be exothermic or endothermic. In the endothermic mode of operation, the heat can be provided by electrically heating the educt stream, for example to 1000 ° C. The oxygen does not have to be added in pure form. For example, air or an O 2 / H 2 O mixture would also be possible. Like the reactor temperature, the reactor pressure is also variable and influences the thermodynamic equilibrium of the reaction.
Der Vergleich der Simulationen eines Ausführungsbeispiels mit und ohne autothermen Reformer ergibt eine Steigerung des Anlagenwirkungsgrades und des chemischen Umsetzungsgrads wie aus der
In der Simulation wird der Reaktoraustrittsstrom aus dem zweiten Reaktor heraus in eine Gas- und eine Benzinfraktion aufgeteilt. Dabei geht nach Wasserabscheidung etwa 25 Gew.-% in die Gas- und 75 Gew.-% in die Benzinfraktion. Der hohe Gasanteil liegt an den etwas zu hohen Pentan und Isobutananteilen im Gas. Die Benzinfraktion erfüllt allerdings weitestgehend die Standards für konventionelles Benzin.In the simulation, the reactor outlet stream from the second reactor is divided into a gas and a gasoline fraction. After water separation, about 25% by weight goes into the gas fraction and 75% by weight into the gasoline fraction. The high gas content is due to the somewhat high pentane and isobutane content in the gas. However, the gasoline fraction largely meets the standards for conventional gasoline.
Versuche haben gezeigt, dass sich durch die Erfindung die Lebensdauer von eingesetzten Katalysatoren verbessern lässt und zwar zumindest von CuO/ZnO/Al2O3-Katalysatoren.Tests have shown that the life of the catalysts used can be improved by the invention, at least of CuO / ZnO / Al 2 O 3 catalysts.
Mit dem gleichen Konzept (Rückverwertung der Nebenprodukte aus der Kohlenwasserstoffsynthese durch Reformierung und anschließende Verwertung der Reformierungsprodukte bei der Synthese des Vorprodukts zu den Kohlenwasserstoffen) ist auch Folgendes umsetzbar:
- • Variation des Zwischenprodukts:
- ◯ Bei der Reaktion von Methanol zu Kohlenwasserstoffen wird im Reaktor in der Regel das Zwischenprodukt DME gebildet.
- ◯ Man kann auch Dimethylether (DME) anstelle von Methanol produzieren und dieses anschließend zu Kohlenwasserstoffen umwandeln.
- ◯ DME kann man aus H2/CO, H2/CO/CO2, H2/CO2 oder konventionell aus Methanol herstellen.
- ◯ Es kann Methanol zunächst zu DME umgewandelt und anschließend in einem nächsten Reaktor zu Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden. Damit kann Einfluss auf die Produktverteilung im Reaktor genommen werden.
- • Variation der Kohlenwasserstoffsynthese
- • variation of the intermediate:
- ◯ In the reaction of methanol to hydrocarbons, the intermediate product DME is usually formed in the reactor.
- ◯ You can also produce dimethyl ether (DME) instead of methanol and then convert it to hydrocarbons.
- ◯ DME can be produced from H 2 / CO, H 2 / CO / CO 2 , H 2 / CO 2 or conventionally from methanol.
- Methanol Methanol can first be converted to DME and then converted to hydrocarbons in a next reactor. This can influence the product distribution in the reactor.
- • Variation in hydrocarbon synthesis
Anstelle des MTG-Verfahrens zur Synthese von Kohlenwasserstoffen, die der Benzinfraktion zugeordnet werden können, können mit dem MTO (Methanol-to-Olefins) oder DTO (DME-to-Olefins) auch Olefine gebildet werden. Auch hier ist die Bildung der gewünschten Olefine nicht selektiv und es werden stets Nebenprodukte gebildet. Olefine sind wichtige Basischemikalien und eignen sich auch zur Synthese von Diesel und Kerosin. Derzeit werden Olefine hauptsächlich aus Erdöl gewonnen.Instead of the MTG process for the synthesis of hydrocarbons, which can be assigned to the gasoline fraction, olefins can also be formed with the MTO (methanol-to-olefins) or DTO (DME-to-olefins). Here too, the formation of the desired olefins is not selective and by-products are always formed. Olefins are important basic chemicals and are also suitable for the synthesis of diesel and kerosene. At present, olefins are mainly obtained from petroleum.
Die
Der Reformer
Der Reformer
Vom Reformer
Sauerstoff, der dem Reformer
Nebenprodukte werden von der Trennstation
Das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlendioxid, welches extern bereitgestellt dem ersten Reaktor zugeführt wird, ist so gewählt, dass das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid, welches in den zweiten Reaktor
Für die Durchführung einer Reformierung werden in den Reformer
Das in
Nach Abtrennung der wässrigen Phase wird die Flüssigphase, die zu 81 Gew.-% aus C18+-Kohlenwasserstoffen besteht, zum Hydrocracker geleitet. Die weitere Produkttrennung direkt hinter dem FT-Reaktor erfolgt schrittweise isobare Kondensation durch Abkühlung. In Dekantern wird dabei die unterschiedliche Dichte sowie Polarität der Kohlenwasserstoffe gegenüber Wasser genutzt, um letzteres abzutrennen. Die erste Abkühlung ist auf 80 °C, dessen Flüssigphase in der Literatur als „hot condensate“ bezeichnet wird. Zur Vermeidung von Feststoffausfall wird die Temperatur der wachsreichen Stoffströme immer über 70 °C gehalten. Die Kondensatströme der ersten und zweiten Abkühlungsstufen enthalten kaum C18+Kohlenwasserstoffe und werden nach Wasserabscheidung direkt zur Destillation geleitet.After the aqueous phase has been separated off, the liquid phase, which consists of 81% by weight of C 18+ hydrocarbons, is passed to the hydrocracker. The further product separation directly behind the FT reactor takes place step by step isobaric condensation by cooling. In decanters, the different densities and polarities of the hydrocarbons compared to water are used to separate the latter. The first cooling is to 80 ° C, the liquid phase of which is called “hot condensate” in the literature. In order to avoid solids failure, the temperature of the wax-rich material flows is always kept above 70 ° C. The condensate streams from the first and second cooling stages contain hardly any C 18 + hydrocarbons and are passed directly to the distillation after water separation.
Im Fall des in
Die Produkte des RWGS-Reaktors und des Reformers werden zusammengeführt und dem FT-Reaktor zugeführt. Die Einstellung des exakten H2/CO-Verhältnisses im Eduktstrom des FT-Reaktors erfolgt über die Einstellung des H2/CO2-Verhältnisses im Eduktstrom für die Gesamtanlage.The products of the RWGS reactor and the reformer are brought together and fed to the FT reactor. The exact H 2 / CO ratio in the feed stream of the FT reactor is set by setting the H 2 / CO 2 ratio in the feed stream for the entire system.
Die Wasserabtrennung zwischen RWGS- und FT-Reaktor ist eigentlich typisch für Prozesse mit wasseranfälligen Fe-Katalysatoren, dient dagegen hier zur Verringerung des Volumens des FT-Reaktors. Der Reformer wird nicht autotherm, sondern exotherm gefahren, um die thermische Leistung, die der Verdampfer des Destillationskolonne benötigt, bereitzustellen (siehe
Insgesamt gelingt so die Herstellung von Kerosin und Diesel aus Kohlendioxid und Wasserstoff mit geringem energetischem Aufwand auf eine für eingesetzte Katalysatoren schonende Weise.All in all, kerosene and diesel can be produced from carbon dioxide and hydrogen with little energy expenditure in a way that is gentle on the catalysts used.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102009046790 A1 [0011]DE 102009046790 A1 [0011]
- US 4523046 [0011]US 4523046 [0011]
Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited
- „Aasberg-Petersen, K., et al., Recent developments in autothermal reforming and pre-reforming for synthesis gas production in GTL applications; Fuel Processing Technology, 2003. 83(1-3): p. 253-261 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0378-3820(03)00073-0“ [0010]"Aasberg-Petersen, K., et al., Recent developments in autothermal reforming and pre-reforming for synthesis gas production in GTL applications; Fuel Processing Technology, 2003. 83 (1-3): p. 253-261 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0378-3820(03)00073-0 “[0010]
- Druckschrift Avidan, A.A., Gasoline and Distillate Fuels From Methanol, in Studies in Surface Science and Catalysis, D.M. Bibby, et al., Editors. 1988, Elsevier. p. 307-323 DOI: https:// doi.org/1 0.1016/S0167-2991 (09)60524-3.) von 1982-1985 [0062]Avidan, A.A., Gasoline and Distillate Fuels From Methanol, in Studies in Surface Science and Catalysis, D.M. Bibby, et al., Editors. 1988, Elsevier. p. 307-323 DOI: https: // doi.org/1 0.1016 / S0167-2991 (09) 60524-3.) From 1982-1985 [0062]
Claims (17)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019200245.5A DE102019200245A1 (en) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Method and device for producing liquid fuel |
EP19215478.9A EP3670443A1 (en) | 2018-12-20 | 2019-12-12 | Method and device for producing liquid fluid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019200245.5A DE102019200245A1 (en) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | Method and device for producing liquid fuel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019200245A1 true DE102019200245A1 (en) | 2020-07-16 |
Family
ID=71132127
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019200245.5A Withdrawn DE102019200245A1 (en) | 2018-12-20 | 2019-01-10 | Method and device for producing liquid fuel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102019200245A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3992265A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-04 | Ineratec GmbH | Method and system for preparation of fischer-tropsch based raw products for the production of preformulated or standard fuels |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4523046A (en) | 1982-02-25 | 1985-06-11 | Mobil Oil Corporation | Method for gasoline yield enhancement in the fixed bed methanol-to-gasoline process |
DE102009046790A1 (en) | 2009-11-17 | 2011-05-19 | Chemieanlagenbau Chemnitz Gmbh | Process for the production of hydrocarbons, in particular gasoline, from synthesis gas |
US20110152593A1 (en) * | 2008-04-21 | 2011-06-23 | Karen Sue Kelly | Production of hydrocarbon liquids |
-
2019
- 2019-01-10 DE DE102019200245.5A patent/DE102019200245A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4523046A (en) | 1982-02-25 | 1985-06-11 | Mobil Oil Corporation | Method for gasoline yield enhancement in the fixed bed methanol-to-gasoline process |
US20110152593A1 (en) * | 2008-04-21 | 2011-06-23 | Karen Sue Kelly | Production of hydrocarbon liquids |
DE102009046790A1 (en) | 2009-11-17 | 2011-05-19 | Chemieanlagenbau Chemnitz Gmbh | Process for the production of hydrocarbons, in particular gasoline, from synthesis gas |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
„Aasberg-Petersen, K., et al., Recent developments in autothermal reforming and pre-reforming for synthesis gas production in GTL applications; Fuel Processing Technology, 2003. 83(1-3): p. 253-261 DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0378-3820(03)00073-0" |
Druckschrift Avidan, A.A., Gasoline and Distillate Fuels From Methanol, in Studies in Surface Science and Catalysis, D.M. Bibby, et al., Editors. 1988, Elsevier. p. 307-323 DOI: https:// doi.org/1 0.1016/S0167-2991 (09)60524-3.) von 1982-1985 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3992265A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-04 | Ineratec GmbH | Method and system for preparation of fischer-tropsch based raw products for the production of preformulated or standard fuels |
WO2022089955A1 (en) | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Ineratec Gmbh | Methods and installation for the product preparation of fischer-tropsch-based raw products for producing preformulated fuels or fuels conforming to standards |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2146926B1 (en) | Method for producing synthesis gas | |
DE102009046790B9 (en) | Process for the production of hydrocarbons, in particular gasoline, from synthesis gas | |
NL1027594C2 (en) | Control of the CO2 emissions of a Fischer-Tropsch installation through the application of dual functional syngas conversion. | |
EP2501781B1 (en) | Process for selectively producing light olefins | |
DE68904126T2 (en) | METHOD FOR RECYCLING AND CLEANING A CONDENSATE FROM A HYDROCARBON OR ALCOHOL SYNTHESIS METHOD. | |
DE102012010542A1 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING SYNTHESEGAS | |
AU2017328489A1 (en) | Novel, highly efficient eco-friendly processes for converting CO2 or CO-rich streams to liquid fuels and chemicals | |
WO2022096229A1 (en) | Conversion of co2 to chemical energy carriers and products | |
DE60009039T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING HYDROCARBONS FROM CARBON OXIDE AND HYDROGEN | |
EP3670443A1 (en) | Method and device for producing liquid fluid | |
DE602005006154T2 (en) | METHANOL FOR THE PREPARATION OF METHANOL | |
DE69117287T2 (en) | METHOD FOR RECOVERY OF NATURAL GAS IN THE FORM OF A LIQUID, CARBON-CONTAINING COMPOUND, UNDER NORMAL CONDITIONS | |
DE2164142A1 (en) | ||
DE102019200245A1 (en) | Method and device for producing liquid fuel | |
WO2015113727A1 (en) | Method and system for obtaining dimethyl ether from syngas | |
DE102022001997A1 (en) | Production of syngas from methanol made from syngas and/or CO2 | |
EP4298187A1 (en) | System and process for producing synthetic fuels without emitting carbon dioxide | |
WO2003083013A1 (en) | Fischer-tropsch synthesis using industrial process off gas feedstreams | |
DE102014202803A1 (en) | Process for the preparation of liquid and / or solid hydrocarbon compounds | |
WO2024056652A1 (en) | Heat-integrated method for producing c2-c4 olefins | |
DE102016006713A1 (en) | Process and plant for the production of ethanol | |
EP4083258A1 (en) | Method and system for the production of hydrocarbons | |
WO2022228793A1 (en) | Method and system for producing hydrocarbons | |
DE102020208458A1 (en) | Plant network and method for operating such a plant network for the production of higher alcohols | |
DE102020101054A1 (en) | Process and plant for the production of one or more olefins |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
R120 | Application withdrawn or ip right abandoned |