DE19507098A1 - Prodn. of city gas contg. methane - Google Patents

Prodn. of city gas contg. methane

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Abstract

Prodn. of city gas contg. 20-50 vol.% methane comprises gasifying a solid, liquid or gaseous fuel by partial oxidn. and producing a gasified gas, which is de-dusted, cooled and desulphurised to produce a gas mixt. consisting of at least 90 vol.% H2,CO and CO2. The novelty is that a synthesis gas is produced, whose concns. of H2,CO and CO2 give the stoichiometric ratio S=(H2-CO2):(CO+CO2)= 1.9-2.3. A part of the synthesis gas is fed through a saturation zone, in which it is contacted with water at 100 deg C and is thus enriched with water vapour. The gas leaving the zone is catalytically converted at 250-550 deg C and the converted gas is divided into a 1st partial stream of 50-95% of converted synthesis gas and a residual stream. The 1st partial stream is fed through a catalytic methane synthesis operating at 250-500 deg C. Part of the methane-contg. gas leaving the methane synthesis is fed together with the residual stream through a cooling zone, in which the gas mixt. is sprayed with water, which is withdrawn from the saturation zone. The methane-contg. gas mixt. withdrawn from the cooling zone is dried.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von Stadtgas mit einem Methangehalt von 20 bis 50 Vol.-%, wobei man einen festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoff durch partielle Oxidation vergast und ein rohes Vergasungsgas erzeugt, welches man entstaubt, kühlt und entschwefelt und ein entschwefeltes Gasgemisch erzeugt, welches zu mindestens 90 Vol.-% aus den Gaskomponenten H₂, CO und CO₂ besteht.The invention relates to a method for generating Town gas with a methane content of 20 to 50 vol .-%, whereby a solid, liquid or gaseous fuel gasified by partial oxidation and a crude Gasification gas generated, which is dedusted, cooled and desulfurized and a desulfurized gas mixture is generated, which consists of at least 90 vol .-% of the gas components H₂, CO and CO₂ exists.

In Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A 12, Seiten 204 bis 233, ist ausführlich beschrieben, wie man aus festen oder flüssigen Brennstoffen, z. B. Kohle oder Schweröl, durch verschiedene Vergasungsverfahren mittels partieller Oxidation u. a. Synthesegas oder Stadtgas erzeugen kann. Stadtgase weisen üblicherweise Heizwerte von mindestens 4 kWh/Nm³ auf, sie dürfen nach internationaler Norm höchstens 10 Vol.-% CO aufweisen und vorzugsweise sollte der Gehalt an CO unter 3 Vol.-% liegen. Der Heizwert gereinigter Synthesegase liegt üblicherweise bei etwa 3 kWh/Nm³.In Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, volume A 12, pages 204 to 233, is detailed described how to make solid or liquid Fuels, e.g. B. coal or heavy oil, by various Gasification process by means of partial oxidation u. a. Can produce syngas or town gas. Show city gases usually calorific values of at least 4 kWh / Nm³, they According to international standards, a maximum of 10 vol .-% CO and preferably the content of CO should be below 3 vol .-% are. The calorific value of purified synthesis gases is usually around 3 kWh / Nm³.

Um aus einem Synthesegas ein Stadtgas zu erzeugen, muß aus einem Teil des Synthesegases Methan erzeugt werden, um den Heizwert zu steigern. Die Umwandlung von Synthesegas in Methan in Gegenwart von Katalysatoren ist bekannt und z. B. in DE-C-24 36 297 und in US-A-4 061 475 beschrieben.To generate a city gas from a synthesis gas, must part of the synthesis gas methane to be generated Increase calorific value. The conversion of synthesis gas into Methane in the presence of catalysts is known and z. B. in DE-C-24 36 297 and in US-A-4 061 475.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Gasgemisch, welches zu mindestens 90 Vol.-% aus den Gaskomponenten H₂, CO und CO₂ besteht und als Synthesegas zu bezeichnen ist, auf kostengünstige Weise Stadtgas zu erzeugen. Dabei soll es möglich sein, aus dem Synthesegas gleichzeitig auch Methanol oder andere Produkte, z. B. Kohlenwasserstoffe, herzustellen, um die Flexibilität des Gesamtverfahrens zu verbessern.The object of the invention is based on a gas mixture which consists of at least 90% by volume Gas components H₂, CO and CO₂ exists and as syngas designate, city gas in an inexpensive way produce. It should be possible from the synthesis gas at the same time also methanol or other products, e.g. B.  Hydrocarbons, to make the flexibility of the Improve overall process.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe beim eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß man ein Synthesegas erzeugt, dessen Konzentrationen der Gaskomponenten H₂, CO und CO₂ eine StöchiometriezahlAccording to the invention, the task at the beginning Process solved by generating a synthesis gas whose concentrations of the gas components H₂, CO and CO₂ a stoichiometric number

S = (H₂-CO₂) : (CO + CO₂) = 1,9 bis 2,3S = (H₂-CO₂): (CO + CO₂) = 1.9 to 2.3

ergeben, daß man mindestens einen Teil des Synthesegases durch eine Sättigungszone leitet, in welcher man das Synthesegas mit Wasser von mindestens 100°C in Kontakt bringt und dabei das Synthesegas mit Wasserdampf anreichert, daß man das aus der Sättigungszone kommende Synthesegas katalytisch bei 250 bis 550°C konvertiert, daß man das konvertierte Synthesegas in einen ersten Teilstrom von 50 bis 95% des konvertierten Synthesegases und einen Reststrom aufteilt, daß man den ersten Teilstrom durch eine katalytische Methansynthese leitet, die im Temperaturbereich von 250 bis 500°C arbeitet, daß man mindestens einen Teil des aus der Methansynthese kommenden methanhaltigen Gases zusammen mit dem Reststrom durch eine Kühlzone leitet, in welcher man das Gasgemisch mit Wasser berieselt, das aus der Sättigungszone abgezogen wird, und daß man das aus der Kühlzone abgezogene methanhaltige Gasgemisch trocknet. Zur Berechnung der Stöchiometriezahl sind in der obigen Formel, die den Fachleuten bekannt ist, die Konzentrationen der Gaskomponenten in mol-% einzusetzen.reveal that at least part of the synthesis gas through a saturation zone, in which the Synthesis gas in contact with water of at least 100 ° C brings and the synthesis gas with water vapor enriches that one comes from the saturation zone Synthesis gas catalytically converted at 250 to 550 ° C that the converted synthesis gas into a first partial stream from 50 to 95% of the converted synthesis gas and one Residual current divides that the first partial flow through a catalytic methane synthesis leads, which in Temperature range of 250 to 500 ° C works that one at least part of that coming from methane synthesis methane-containing gas together with the residual stream through a Cooling zone passes in which the gas mixture with water sprinkles, which is withdrawn from the saturation zone, and that the methane-containing withdrawn from the cooling zone Gas mixture dries. To calculate the stoichiometric number are in the above formula known to those skilled in the art the concentrations of the gas components in mol% to use.

Da der Gehalt an Wasserstoff im Vergasungsgas zu niedrig ist, muß vor oder nach der Entschwefelung eine Konvertierung erfolgen. Durch die Konvertierung wird katalytisch in bekannter Weise CO + H₂O zu CO₂ + H₂ umgesetzt, Einzelheiten sind in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Band 14, Seiten 422 bis 425, beschrieben. Anstelle der Konvertierung kann man auch Wasserstoff aus einer Fremdquelle zugeben, wie das im US-Patent 5 310 506 beschrieben ist.Because the content of hydrogen in the gasification gas is too low is a must before or after desulfurization Conversion done. The conversion will catalytically in a known manner CO + H₂O to CO₂ + H₂ implemented, details are in Ullmann's encyclopedia of technical chemistry, 4th edition, volume 14, pages 422 bis  425. Instead of the conversion you can also Add hydrogen from an external source, as in U.S. Patent 5,310,506.

Beim Verfahren der Erfindung kann man von festen Brennstoffen wie Kohle oder Braunkohle ausgehen, die in stückiger, körniger oder staubfeiner Form vergast werden. Ferner kann man flüssige oder gasförmige Brennstoffe wie Rohöl, Schweröl, Rückstandsöle oder Bitumen, das auch mit Wasser emulgiert sein kann, sowie Erdgas verwenden. Für alle diese Stoffe gibt es bekannte Verfahren der Vergasung sowie der Entstaubung, Kühlung und Entschwefelung des erzeugten Vergasungsgases, um zusammen mit der ebenfalls bekannten Konvertierung ein Synthesegas mit S = 1,9 bis 2,3 und vorzugsweise 2,0 bis 2,2 herzustellen. Aus diesem Synthesegas kann in bekannter Weise an kupferhaltigen Katalysatoren bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 300°C und Drücken von 40 bis 120 bar Methanol erzeugt werden. Das gleiche Synthesegas kann auch in einer Fischer-Tropsch-Synthese zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen verwendet werden.In the method of the invention one can of solid Fuels such as coal or lignite that go out in lumpy, granular or dusty form gasified. You can also use liquid or gaseous fuels such as Crude oil, heavy oil, residual oils or bitumen, also with Water can be emulsified, as well as use natural gas. For all of these substances are known gasification processes as well as the dedusting, cooling and desulfurization of the generated gasification gas to along with that as well known conversion of a synthesis gas with S = 1.9 to 2.3 and preferably 2.0 to 2.2. For this Synthesis gas can be copper-containing in a known manner Catalysts at temperatures in the range of 200 to 300 ° C and pressures of 40 to 120 bar methanol are generated. The The same synthesis gas can also be used in one Fischer-Tropsch synthesis for the generation of Hydrocarbons are used.

Für die Herstellung von Stadtgas aus dem Synthesegas wird zunächst das ganze, für die Stadtgaserzeugung vorgesehene Synthesegas konvertiert. Dann wird ein Teilstrom des konvertierten Synthesegases durch eine Methansynthese geführt, die mit bekannten Katalysatoren, z. B. auf der Basis von Nickel, arbeitet. Eine Variante der Methansynthese besteht darin, daß man einen Teilstrom des aus der Methansynthese abgezogenen methanhaltigen Gases im Kreislauf zurück in die Methansynthese führt. Dieses Kreislaufgas dämpft den Temperaturanstieg durch die Exothermie der zur Methanbildung führenden ReaktionenFor the production of town gas from the synthesis gas First of all, the one intended for city gas production Converted synthesis gas. Then a partial flow of the converted synthesis gas through a methane synthesis performed with known catalysts, e.g. B. on the Base of nickel, works. A variant of the Methane synthesis consists in that a partial stream of withdrawn from the methane synthesis methane-containing gas in the Cycle leads back to methane synthesis. This Circulation gas dampens the temperature rise through the Exothermic reactions leading to methane formation

CO + 3 H₂ = CH₄ + H₂O undCO + 3 H₂ = CH₄ + H₂O and

CO₂ + 4 H₂ = CH₄ + 2 H₂O.CO₂ + 4 H₂ = CH₄ + 2 H₂O.

Wenn man die Methansynthese teilweise mit im Kreislauf geführtem Produktgas betreibt, kann man die Synthese selbst adiabatisch durchführen, was apparativ günstig ist.If you partially include the methane synthesis in the cycle operated product gas, you can do the synthesis yourself perform adiabatically, which is favorable in terms of apparatus.

Vorzugsweise wird das aus der Methansynthese kommende methanhaltige Gas unter Erzeugung von Wasserdampf indirekt gekühlt. Alternativ kann man die indirekte Kühlung auch in die Synthese integrieren und dabei Wasserdampf erzeugen. Der auf diesen Wegen erzeugte Wasserdampf ist ein zusätzlicher Wertstoff, der bei der Erzeugung von Stadtgas als Produkt anfällt.Preferably, that coming from methane synthesis methane-containing gas with the production of water vapor indirectly chilled. Alternatively, you can also use indirect cooling in integrate the synthesis and thereby generate water vapor. The water vapor generated in this way is a additional resource that is used in the production of city gas as a product.

Beim Verfahren der Erfindung wird das für die Stadtgaserzeugung vorgesehene Synthesegas vorzugsweise zu 100% und nicht nur ein Teil davon durch die Konvertierung geführt. Dabei erzeugt man ein konvertiertes Gas mit nur einem geringen Restgehalt an CO von weniger als 5 Vol.-%. Deshalb kann man anschließend den Teilstrom des konvertierten Gases, den man durch die Methansynthese führt, relativ klein halten und so den Aufwand für die Methansynthese kostengünstig gestalten. Trotzdem entsteht beim Vereinigen des Produktgases der Methansynthese mit dem Rest des konvertierten, nicht methanisierten Gases ein Gasgemisch mit erwünscht niedrigem CO-Gehalt. Für die Methansynthese ist es ferner günstig, daß darin konvertiertes Gas verarbeitet wird. Deshalb kann man z. B. mit einem verkleinerten Kreislaufgebläse arbeiten, da die Wärmetönung in der Methansynthese durch die vorangegangene Konvertierung vermindert wird, wodurch nur eine relativ kleine Menge an Kreislaufgas erforderlich wird. Ferner hat sich gezeigt, daß die Verteilung der Energieflüsse auf das Kreislaufwasser zwischen der Kühlzone und der Sättigungszone und auf die Erzeugung von Wasserdampf günstig ist und Energieverluste niedrig gehalten werden. In the method of the invention this is for the City gas generation provided synthesis gas preferably to 100% and not just part of it through conversion guided. In doing so, you generate a converted gas with only a low residual CO content of less than 5% by volume. Therefore, you can then the partial flow of converted gas, which is obtained through methane synthesis leads, keep relatively small and so the effort for the Make methane synthesis inexpensive. Still arises when combining the product gas of the methane synthesis with the Rest of the converted, non-methanized gas Gas mixture with the desired low CO content. For the Methane synthesis is also beneficial in that converted gas is processed. Therefore one can z. B. work with a reduced circuit fan, because the Heat tone in the methane synthesis by the previous one Conversion is reduced, making only a relative one small amount of cycle gas is required. It also has It has been shown that the distribution of energy flows over the Circulating water between the cooling zone and the Saturation zone and on the generation of water vapor is cheap and energy losses are kept low.  

Die Zeichnung zeigt ein Fließschema des Verfahrens in schematischer Darstellung.The drawing shows a flow diagram of the process in schematic representation.

Fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, z. B. Kohle oder Schweröl, wird durch die Leitung (1) einer Vergasung (2) aufgegeben, welcher man durch die Leitung (3) technisch reinen Sauerstoff und durch die Leitung (4) Wasserdampf zuführt. Die Vergasung durch partielle Oxidation erzeugt ein heißes Rohgas, das man in der Leitung (5) einer Entstaubung und Kühlung (6) zuführt. Eine katalytische Konvertierung (7) sowie eine Entschwefelung (8) schließen sich an. Die Einzelheiten dieser Verfahrensschritte sind den Fachleuten bekannt, wobei zahlreiche Variationen möglich sind. So kann z. B. die Vergasung feinkörniger Kohle in der zirkulierenden Wirbelschicht erfolgen und die Entschwefelung bei Temperaturen unter 0°C mit einem physikalisch wirkenden Waschmittel, z. B. Methanol, durchgeführt werden, wobei nicht nur Schwefelverbindungen, sondern auch ein Teil des CO₂ aus dem Gasgemisch entfernt werden. Die Konvertierung (7) kann durch Zugabe von Wasserstoff aus einer Fremdquelle ersetzt werden.Solid, liquid or gaseous fuel, e.g. B. coal or heavy oil, is given up through line ( 1 ) of gasification ( 2 ), which is fed through line ( 3 ) technically pure oxygen and through line ( 4 ) water vapor. The gasification by partial oxidation generates a hot raw gas, which is fed to a dedusting and cooling ( 6 ) in line ( 5 ). This is followed by a catalytic conversion ( 7 ) and a desulfurization ( 8 ). The details of these process steps are known to those skilled in the art, and numerous variations are possible. So z. B. the gasification of fine-grained coal in the circulating fluidized bed and the desulfurization at temperatures below 0 ° C with a physically active detergent, for. As methanol, are carried out, not only sulfur compounds, but also part of the CO₂ are removed from the gas mixture. The conversion ( 7 ) can be replaced by adding hydrogen from an external source.

In der Leitung (10) steht ein Synthesegas mit einer Stöchiometriezahl S = 1,9 bis 2,3 und vorzugsweise 2,0 bis 2,2 zur Verfügung. Dieses Synthesegas weist üblicherweise eine Temperatur im Bereich von 0 bis 200°C und durch vorausgegangene Verdichtung in den vorgenannten Behandlungsstufen einen Druck im Bereich von 5 bis 100 bar auf.A synthesis gas with a stoichiometric number S = 1.9 to 2.3 and preferably 2.0 to 2.2 is available in line ( 10 ). This synthesis gas usually has a temperature in the range from 0 to 200 ° C. and a pressure in the range from 5 to 100 bar due to previous compression in the aforementioned treatment stages.

Einen Teilstrom des Synthesegases kann man durch das geöffnete Ventil (11a) und die Leitung (11) zu einer Methanolsynthese-Anlage (12) führen. Anlagen dieser Art sind bekannt und z. B. in Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A 16, Seiten 467 bis 475, beschrieben. Das produzierte Methanol wird in der Leitung (13) abgezogen und ein Restgas ("purge gas"), das Wasserstoff, Kohlenoxide und Methan enthält, zieht man in der Leitung (14) ab. Dieses Restgas, dessen Menge klein ist, wird dem Gas der Leitung (10) zugemischt. Dadurch wird die Stöchiometriezahl im Synthesegas der Leitung (10) praktisch nicht verändert.A partial flow of the synthesis gas can be led through the open valve ( 11 a) and the line ( 11 ) to a methanol synthesis plant ( 12 ). Plants of this type are known and z. B. in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, volume A 16, pages 467 to 475. The methanol produced is drawn off in line ( 13 ) and a residual gas (“purge gas”) which contains hydrogen, carbon oxides and methane is drawn off in line ( 14 ). This residual gas, the amount of which is small, is mixed with the gas in line ( 10 ). As a result, the stoichiometric number in the synthesis gas of line ( 10 ) is practically unchanged.

Gleichzeitig oder alternativ kann man einen Teil des Synthesegases der Leitung (10) durch das geöffnete Ventil (11b) und die Leitung (11c) einer Anlage (12a) für die Fischer-Tropsch-Synthese zuführen. Einzelheiten solcher Anlagen sind in Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Auflage, Band A 7, Seiten 203 bis 217, beschrieben.At the same time, or alternatively, one can (11 b) (11 c) supplying a portion of the synthesis gas in line (10) through the opened valve and the line of a plant (12 a) for the Fischer-Tropsch synthesis. Details of such systems are described in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th edition, volume A 7, pages 203 to 217.

In der Leitung (15) gibt man das restliche Synthesegas einem Sättiger (16) auf, dem man durch die Leitung (17) Wasser mit einer Temperatur von mindestens 100°C zuführt. Im Sättiger (16) wird das Synthesegas mit Wasserdampf angereichert, zusätzlicher Wasserdampf kann dem Synthesegas durch die Leitung (18) beigemischt werden.In line ( 15 ), the remaining synthesis gas is fed to a saturator ( 16 ), to which water at a temperature of at least 100 ° C. is fed through line ( 17 ). The synthesis gas is enriched with water vapor in the saturator ( 16 ); additional water vapor can be mixed into the synthesis gas through line ( 18 ).

Synthesegas, das mit Wasserdampf ganz oder weitgehend gesättigt ist, verläßt den Sättiger (16) in der Leitung (19) und strömt zum Erwärmen zunächst durch einen indirekten Wärmeaustauscher (20), bevor es durch die Leitung (21) mit einer Temperatur von etwa 250 bis 350°C in die katalytische Konvertierung (22) eintritt. Die Konvertierung arbeitet im Temperaturbereich von 250 bis 550°C, bei einem Druck im Bereich von 10 bis 100 bar und vorzugsweise 20 bis 60 bar mit einem Katalysator z. B. auf Eisenbasis. Abweichend von der Darstellung der Zeichnung kann die Konvertierung (22) auch mehrstufig ausgebildet sein.Synthesis gas, which is completely or largely saturated with water vapor, leaves the saturator ( 16 ) in line ( 19 ) and flows for heating first through an indirect heat exchanger ( 20 ) before passing through line ( 21 ) at a temperature of about 250 up to 350 ° C in the catalytic conversion ( 22 ). The conversion works in the temperature range of 250 to 550 ° C, at a pressure in the range of 10 to 100 bar and preferably 20 to 60 bar with a catalyst such. B. iron-based. Deviating from the representation of the drawing, the conversion ( 22 ) can also be designed in several stages.

Das konvertierte Synthesegas verläßt die Konvertierung (22) in der Leitung (24), gibt Wärme im Wärmeaustauscher (20) ab und strömt in der Leitung (24a) weiter. Dann wird das Synthesegas aufgeteilt und zwar in einen ersten Teilstrom, der durch die Leitung (25) zunächst zum Wärmeaustauscher (26) geführt wird. Dieser erste Teilstrom umfaßt 50 bis 95% der Gasmenge, die in der Leitung (24) die Konvertierung (22) verlassen hat. Der restliche Teil des konvertierten Synthesegases, der hier als Reststrom bezeichnet wird, strömt in der Leitung (27) ab.The converted synthesis gas leaves the conversion ( 22 ) in the line ( 24 ), gives off heat in the heat exchanger ( 20 ) and flows on in the line ( 24 a). Then the synthesis gas is divided into a first partial flow, which is first led through line ( 25 ) to the heat exchanger ( 26 ). This first partial flow comprises 50 to 95% of the amount of gas which has left the conversion ( 22 ) in the line ( 24 ). The remaining part of the converted synthesis gas, which is referred to here as the residual current, flows out in line ( 27 ).

Im Wärmeaustauscher (26) gekühltes, konvertiertes Synthesegas strömt in der Leitung (28) zusammen mit Kreislaufgas aus der Leitung (29) zu einer Methansynthese (30). In der Methansynthese (30) werden CO und CO₂ mit Wasserstoff zu Methan umgesetzt. Die Methansynthese arbeitet bei Temperaturen im Bereich von 250 bis 500°C und Drücken im Bereich von 10 bis 100 bar und vorzugsweise 20 bis 60 bar. Geeignete Katalysatoren können z. B. Nickel als Hauptkomponente enthalten.Converted synthesis gas cooled in the heat exchanger ( 26 ) flows in line ( 28 ) together with recycle gas from line ( 29 ) to a methane synthesis ( 30 ). In methane synthesis ( 30 ), CO and CO₂ are converted to methane with hydrogen. The methane synthesis works at temperatures in the range from 250 to 500 ° C. and pressures in the range from 10 to 100 bar and preferably 20 to 60 bar. Suitable catalysts can e.g. B. contain nickel as the main component.

In der in der Zeichnung dargestellten Verfahrensführung wird die Methansynthese (30) adiabatisch betrieben, d. h. man verzichtet auf eine indirekte Kühlung des Katalysators. Das im Kreislauf geführte Produktgas der Leitung (29), das unter der Wirkung des Verdichters (29a) in die Methansynthese zurückgeführt wird, dämpft den Temperaturanstieg, der durch die exothermen Methanisierungsreaktionen entsteht.In the process shown in the drawing, the methane synthesis ( 30 ) is operated adiabatically, ie there is no indirect cooling of the catalyst. The recirculated product gas from line ( 29 ), which is returned to the methane synthesis under the action of the compressor ( 29 a), dampens the temperature rise caused by the exothermic methanation reactions.

Das methanreiche Gasgemisch, das die Methansynthese (30) in der Leitung (31) verläßt, wird zunächst durch einen indirekten Wärmeaustauscher (32) geführt, welcher mit einem Sammelbehälter (33) für erzeugten Wasserdampf verbunden ist. Kesselspeisewasser wird dem Behälter (33) durch die Leitung (34) zugeführt, Wasser gelangt durch die Falleitung (35) zum Wärmeaustauscher (32) und ein Wasserdampf-Wasser-Gemisch wird in der Leitung (36) zurück in den Behälter (33) geführt. Man zieht gebildeten Wasserdampf, bei dem es sich um Sattdampf handelt, in der Leitung (37) ab und kann einen Teil davon, üblicherweise höchstens 10%, durch die Leitung (18) in das Synthesegas der Leitung (19) einspeisen. Überschüssiger Wasserdampf, bei dem es sich um ein wertvolles Produkt handelt, steht zur weiteren Verwendung in der Leitung (37a) zur Verfügung.The methane-rich gas mixture, which leaves the methane synthesis ( 30 ) in line ( 31 ), is first passed through an indirect heat exchanger ( 32 ) which is connected to a collecting container ( 33 ) for the water vapor generated. Boiler feed water is fed to the container ( 33 ) through the line ( 34 ), water passes through the down line ( 35 ) to the heat exchanger ( 32 ) and a water vapor / water mixture is fed back into the container ( 33 ) in line ( 36 ) . Water vapor formed, which is saturated steam, is drawn off in line ( 37 ) and a part of it, usually at most 10%, can be fed through line ( 18 ) into the synthesis gas of line ( 19 ). Excess steam, which is a valuable product, is available for further use in line ( 37 a).

Einen Teilstrom des methanreichen Kreislaufgases zweigt man in der Leitung (40) ab und vereinigt das Gas mit dem Reststrom der Leitung (27). Das Gasgemisch wird zunächst zum Kühlen durch einen indirekten Wärmeaustauscher (41) geführt und dann durch die Leitung (42) einem Berieselungskühler (43) aufgegeben. Dem Kühler führt man durch die Leitung (44) einen ersten Strom an gekühltem Kreislaufwasser und durch die Leitung (45) einen zweiten Strom an gekühltem Kreislaufwasser zu. Während das Wasser der beiden Ströme über Füllkörperschichten oder Kontaktböden abwärts rieselt, strömt das Gas im Berieselungskühler (43) aufwärts im direkten Kontakt mit dem Kreislaufwasser. Dabei wird ein Teil des Wasserdampfgehalts des Gasgemisches kondensiert und aus dem Sumpf des Kühlers (43) zusammen mit Kreislaufwasser in der Leitung (46) abgezogen.A partial stream of the methane-rich cycle gas is branched off in line ( 40 ) and the gas is combined with the residual stream of line ( 27 ). The gas mixture is first passed through an indirect heat exchanger ( 41 ) for cooling and then fed to a sprinkler cooler ( 43 ) through line ( 42 ). A first stream of cooled circulating water is fed to the cooler through line ( 44 ) and a second stream of cooled circulating water is fed through line ( 45 ). While the water of the two streams trickles down over packing layers or contact trays, the gas in the sprinkler cooler ( 43 ) flows upwards in direct contact with the circulating water. Part of the water vapor content of the gas mixture is condensed and drawn off from the sump of the cooler ( 43 ) together with circulating water in the line ( 46 ).

Gekühltes, methanhaltiges Produktgas, das noch Wasserdampf enthält, verläßt den Kühler (43) in der Leitung (47), strömt durch einen weiteren indirekten Kühler (48) und wird dann durch die Leitung (49) zu einer Gastrocknung (50) geführt. Die Trocknung erfolgt in an sich bekannter Weise mit Glykol, wobei aufgenommenes Wasser durch Erwärmen des Glykols wieder abgegeben wird. Das Gas in der Leitung (51) kann als Stadtgas verwendet werden.Cooled, methane-containing product gas, which still contains water vapor, leaves the cooler ( 43 ) in the line ( 47 ), flows through a further indirect cooler ( 48 ) and is then passed through the line ( 49 ) to a gas dryer ( 50 ). Drying is carried out in a manner known per se using glycol, water taken up being released again by heating the glycol. The gas in line ( 51 ) can be used as town gas.

Das in der Leitung (46) abgezogene Kreislaufwasser wird durch die Pumpe (53) zunächst zum indirekten Wärmeaustauscher (41) und dann durch die Leitung (54) zum indirekten Wärmeaustauscher (26) geführt, bevor das erwärmte Wasser in der Leitung (17) zum Sättiger (16) gelangt.The circuit water withdrawn in line ( 46 ) is first led by the pump ( 53 ) to the indirect heat exchanger ( 41 ) and then through line ( 54 ) to the indirect heat exchanger ( 26 ) before the heated water in line ( 17 ) Saturator ( 16 ) arrives.

Aus dem Sumpf des Sättigers (16) zieht man in der Leitung (56) mit Hilfe der Pumpe (57) Kreislaufwasser ab und führt einen ersten Teilstrom durch die Leitung (44) direkt in den Berieselungskühler (43). Das restliche Kreislaufwasser gelangt durch die Leitung (58) zu einem indirekten Kühler (59), in welchem man Kesselspeisewasser anwärmt, das man in der Leitung (60) abzieht. Dieses Kesselspeisewasser kann man durch die Leitung (34) in den Sammelbehälter (33) führen. Dem Kreislaufwasser der Leitung (61) gibt man durch die Leitung (62) Frischwasser zu und führt das Wasser durch einen weiteren indirekten Kühler (63). Gekühltes Wasser zieht man in der Leitung (45) ab und entfernt einen kleinen Teilstrom durch die Leitung (64), bevor man das restliche Wasser durch die Leitung (45) in der bereits beschriebenen Weise dem Kühler (43) aufgibt.From the sump of the saturator ( 16 ), circuit water is drawn off in line ( 56 ) with the aid of the pump ( 57 ) and a first partial flow is led through line ( 44 ) directly into the sprinkler cooler ( 43 ). The rest of the circulation water passes through line ( 58 ) to an indirect cooler ( 59 ), in which boiler feed water is heated, which is drawn off in line ( 60 ). This boiler feed water can be led through the line ( 34 ) into the collecting tank ( 33 ). Fresh water is added to the circuit water of line ( 61 ) through line ( 62 ) and the water is led through a further indirect cooler ( 63 ). Cooled water is drawn off in line ( 45 ) and a small partial stream is removed through line ( 64 ) before the remaining water is passed through line ( 45 ) to the cooler ( 43 ) in the manner already described.

Das beschriebene Verfahren ist sehr flexibel für das gleichzeitige Herstellen von Methanol und Stadtgas aus dem selben Synthesegas, wobei jederzeit die Herstellung des einen Produktes gegenüber dem anderen Produkt variiert werden kann. Vorteilhaft ist auch die zusätzliche Produktion an Wasserdampf in Sattdampfqualität. Würde man die Konvertierung (22) und die Methansynthese (30) parallel schalten, d. h., ausgehend vom Synthesegas der Leitung (15) jeweils mit einem Teilstrom dieses Synthesegases betreiben, würde man weniger günstige Verbrauchszahlen erhalten.The described method is very flexible for the simultaneous production of methanol and town gas from the same synthesis gas, whereby the production of one product can be varied at any time compared to the other product. The additional production of steam in saturated steam quality is also advantageous. If the conversion ( 22 ) and the methane synthesis ( 30 ) were to be connected in parallel, that is, starting from the synthesis gas of the line ( 15 ) each with a partial stream of this synthesis gas, one would obtain less favorable consumption figures.

Beispielexample

In einer der Zeichnung entsprechenden Verfahrenführung ohne die Anlage (12a) werden pro Tag 300 000 kg Methanol und 600 000 Nm³ Stadtgas hergestellt. Einzelheiten zum Erzeugen des Synthesegases der Leitung (10) bleiben offen, die folgenden Daten sind teilweise berechnet.In a procedure corresponding to the drawing without the plant ( 12 a), 300,000 kg of methanol and 600,000 Nm³ of city gas are produced per day. Details on generating the synthesis gas of line ( 10 ) remain open, the following data are partially calculated.

In der Leitung (10) werden pro Stunde 2763,6 kmol Synthesegas herangeführt, dessen Zusammensetzung in der Tabelle 1 in Spalte A angegeben ist und das eine Temperatur von 20°C und einen Druck von 25 bar aufweist:In line ( 10 ) 2763.6 kmol of synthesis gas are introduced per hour, the composition of which is given in Table 1 in column A and which has a temperature of 20 ° C. and a pressure of 25 bar:

Tabelle 1 Table 1

Das Synthesegas der Leitung (10) hat eine Stöchiometriezahl S = 2,05. 1367 kmol/h dieses Gases werden durch die Leitung (11) zu einer konventionellen Methanolsynthese-Anlage geführt, die in der Lage ist, daraus pro Tag 300 000 kg Methanol zu erzeugen. Dabei fallen 123,9 kmol/h Restgas an, die durch die Leitung (14) abgeführt werden und die Gasmenge in der Leitung (15) auf 1520,5 kmol/h bringen. Die Spalte B in Tabelle 1 gibt Einzelheiten dieses Gases an.The synthesis gas of line ( 10 ) has a stoichiometric number S = 2.05. 1367 kmol / h of this gas are fed through line ( 11 ) to a conventional methanol synthesis plant, which is able to produce 300,000 kg of methanol per day. This results in 123.9 kmol / h of residual gas, which are discharged through line ( 14 ) and bring the amount of gas in line ( 15 ) to 1520.5 kmol / h. Column B in Table 1 gives details of this gas.

Temperaturen und Drücke in verschiedenen Leitungen sind:Temperatures and pressures in different lines are:

Die Ergebnisse der Konvertierung (22) und der Methansynthese (30) werden auffolgender Basis berechnet:The results of the conversion ( 22 ) and methane synthesis ( 30 ) are calculated on the following basis:

Die Gasmengen in den Leitungen (25) und (27) verhalten sich wie 7 : 3. Die Daten des konvertierten Gases der Leitung (24) sind in Tabelle 1 in Spalte C angegeben, Spalte D gibt die Daten des Gases in der Leitung (40) an. Die Trocknung (50) erfolgt mittels Glykol und zum Stadtgas, das in der Leitung (51) zur Verfügung steht, gehören die Daten der Spalte E in Tabelle 1, der Heizwert des Stadtgases beträgt 4,07 kWh/Nm³.The gas quantities in lines ( 25 ) and ( 27 ) behave as 7: 3. The data of the converted gas of line ( 24 ) are given in Table 1 in column C, column D gives the data of the gas in line ( 40 ) at. The drying ( 50 ) is carried out using glycol and the town gas that is available in line ( 51 ) includes the data in column E in table 1, the calorific value of the town gas is 4.07 kWh / Nm³.

Dem Sättiger (16) gibt man durch die Leitung (17) 290,4 t/h Wasser von 197°C auf, so daß das Gas in der Leitung (19) pro Nm³ trockenes Gas 0,815 kg Wasserdampf enthält. Durch die Leitung (18) werden 2960 kg/h Wasserdampf von 250°C zugespeist. Durch die Leitung (56) zieht man aus dem Sättiger (16) 262,7 t/h Wasser mit einer Temperatur von 149°C ab, dem Kühler (43) führt man durch die Leitung (45) 51,9 t/h Wasser von 50°C und durch die Leitung (44) 206,8 t/h von 148°C zu. Da im Kühler auch Kondensat gebildet wird, zieht man durch die Leitung (46) 290,4 t/h Wasser ab, das eine Temperatur von 191°C aufweist.The saturator ( 16 ) through line ( 17 ) gives 290.4 t / h of water at 197 ° C., so that the gas in line ( 19 ) contains 0.815 kg of steam per Nm³ of dry gas. The line ( 18 ) 2960 kg / h of water vapor of 250 ° C are fed. 262.7 t / h of water at a temperature of 149 ° C. are drawn off from the saturator ( 16 ) through the line ( 56 ), and the cooler ( 43 ) is led through the line ( 45 ) at 51.9 t / h of water of 50 ° C and through line ( 44 ) 206.8 t / h of 148 ° C. Since condensate is also formed in the cooler, 290.4 t / h of water, which has a temperature of 191 ° C., is drawn off through line ( 46 ).

Im Wärmeaustauscher (32) werden 16,5 t/h Sattdampf von 40 bar erzeugt, den man aus dem Behälter (33) in der Leitung (37) abführt. Zur anderweitigen Nutzung stehen in der Leitung (37a) 13,5 t/h Wasserdampf zur Verfügung.16.5 t / h of saturated steam of 40 bar are generated in the heat exchanger ( 32 ) and are removed from the container ( 33 ) in the line ( 37 ). 13.5 t / h of water vapor are available in the line ( 37 a) for other use.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erzeugen von Stadtgas mit einem Methangehalt von 20 bis 50 Vol.-%, wobei man einen festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoff durch partielle Oxidation vergast und ein rohes Vergasungsgas erzeugt, welches man entstaubt, kühlt und entschwefelt und ein entschwefeltes Gasgemisch erzeugt, welches zu mindestens 90 Vol.-% aus den Gaskomponenten H₂, CO und CO₂ besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Synthesegas erzeugt, dessen Konzentrationen der Gaskomponenten H₂, CO und CO₂ eine Stöchiometriezahl S = (H₂-CO₂) : (CO + CO₂) = 1,9 bis 2,3ergeben, daß man mindestens einen Teil des Synthesegases durch eine Sättigungszone leitet, in welcher man das Synthesegas mit Wasser von mindestens 100°C in Kontakt bringt und dabei das Synthesegas mit Wasserdampf anreichert, daß man das aus der Sättigungszone kommende Synthesegas katalytisch bei 250 bis 550°C konvertiert, daß man das konvertierte Synthesegas in einen ersten Teilstrom von 50 bis 95% des konvertierten Synthesegases und einen Reststrom aufteilt, daß man den ersten Teilstrom durch eine katalytische Methansynthese leitet, die im Temperaturbereich von 250 bis 500°C arbeitet, daß man mindestens einen Teil des aus der Methansynthese kommenden methanhaltigen Gases zusammen mit dem Reststrom durch eine Kühlzone leitet, in welcher man das Gasgemisch mit Wasser berieselt, das aus der Sättigungszone abgezogen wird, und daß man das aus der Kühlzone abgezogene methanhaltige Gasgemisch trocknet. 1. A process for the production of town gas with a methane content of 20 to 50 vol .-%, whereby a solid, liquid or gaseous fuel is gasified by partial oxidation and a raw gasification gas is generated, which is dedusted, cooled and desulfurized and a desulfurized gas mixture is produced , which consists of at least 90 vol .-% of the gas components H₂, CO and CO₂, characterized in that one generates a synthesis gas whose concentrations of the gas components H₂, CO and CO₂ have a stoichiometric number S = (H₂-CO₂): (CO + CO₂) = 1.9 to 2.3 show that at least part of the synthesis gas is passed through a saturation zone, in which the synthesis gas is brought into contact with water of at least 100 ° C. and the synthesis gas is enriched with water vapor, so that the the saturation zone coming synthesis gas catalytically converted at 250 to 550 ° C that the converted synthesis gas in a first partial flow of 50 to 95% of the conver tated synthesis gas and a residual stream, that the first partial stream is passed through a catalytic methane synthesis which operates in the temperature range from 250 to 500 ° C., that at least part of the methane-containing gas coming from the methane synthesis is passed through a cooling zone together with the residual stream, in which the gas mixture is sprinkled with water which is withdrawn from the saturation zone and the methane-containing gas mixture withdrawn from the cooling zone is dried. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teilstrom des aus der Methansynthese abgezogenen methanhaltigen Gases im Kreislauf zurück in die Methansynthese führt.2. The method according to claim 1, characterized in that one of the partial streams from methane synthesis withdrawn methane-containing gas in the cycle back in leads the methane synthesis. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus der Methansynthese kommende methanhaltige Gas unter Erzeugung von Wasserdampf indirekt kühlt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that one from methane synthesis coming methane containing gas producing Water vapor cools indirectly. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Synthesegases mit S = 1,9 bis 2,3 in eine Methanolsynthese leitet und Methanol erzeugt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a part of the synthesis gas with S = 1.9 to 2.3 leads into a methanol synthesis and Produced methanol. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Synthesegases mit S = 1,9 bis 2,3 in eine Fischer-Tropsch-Synthese leitet.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that a part of the synthesis gas with S = 1.9 to 2.3 leads into a Fischer-Tropsch synthesis.
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