DE19634857A1

DE19634857A1 - Verfahren und Vorrichtung für die Herstellung von Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxyd-Gasgemisch

Info

Publication number: DE19634857A1
Application number: DE1996134857
Authority: DE
Inventors: Fumihiko Kiso; Norio Arashi; Atsushi Morihara; Shuntaro Koyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1996-08-28
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2016-08-29
Also published as: CA2184531A1; JPH0967582A; CA2184531C; DE19634857C2; CN1066186C; AU694052B2; AU6206496A; CN1152021A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff (H₂)-Kohlenstoffmonoxyd (CO)-Gasgemisch, welches aus Rohstoff für die Synthese von organischen Produkten wie Methylalkohol und/oder als Brenn stoff für Energiegewinnung als Kohle und/oder Erdgas ver wendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung von Methyl alkohol unter Verwendung von Wasserstoff-Kohlenstoff monoxyd-Gasgemisch, das durch das vorliegende erfindungsge mäße Verfahren gewonnen wurde.

Ein Verfahren zur Herstellung von Methylalkohol mit Erdgas als Rohstoff und ein Verfahren mit Kohle als Rohstoff ist allgemein bekannt.

Mit Bezug auf ein Verfahren auf Grundlage von Erdgas (Hauptkomponente: CH₄) kann das Verfahren grob in zwei Ar ten unterteilt werden: Zum einen in Verfahren mit Katalysa tor und zum anderen in Verfahren ohne Katalysator. Jedoch werden Verfahren mit Katalysator, wie zum Beispiel in JP-A- 51-29408 (1976) offenbart, hauptsächlich angewendet. Bei den Erdgasverfahren wird das Erdgas zunächst mit einer Ent schwefelungsanlage zur Entfernung von Schwefelwasserstoff (H₂S) im Erdgas behandelt. Im folgenden wird das entschwe felte Erdgas und Dampf in einer Erdgasreformierungsanlage zur Gewinnung von H₂-CO-Gasgemisch durch die Reaktion des Erdgases mit dem Dampf gemäß der folgenden Gleichung (1) weiterverarbeitet:

CH₄ + H₂O → 3H₂ + CO (1)

Wenn ein Katalysator eingesetzt wird, so wird ein Katalysa tor auf Nickelbasis mit etwa hitzebeständigem Aluminium als Träger verwendet, und für die Reaktion ist eine Temperatur von 800-900°C nötig. Die Reaktion nach Gleichung (1) ist eine endothermische Reaktion, und Wärme muß kontinuierlich zugeführt werden, um die notwendige Temperatur für die Re aktion, d. h. 800-900°C, einzuhalten. Gewöhnlich wird die Verbrennungswärme von Erdgas für die Wärmezufuhr verwendet, was sich mit der folgenden Gleichung (2) ausdrücken läßt:

CH₄ + 2O₂ → 2H₂O + CO₂ (2)

Wenn kein Katalysator verwendet wird, so ist eine hohe Tem peratur im Bereich von 1000-1600°C für den Ablauf der Reaktion nach Gleichung (1) notwendig, und die hohe Tempe ratur wird erreicht durch die Reaktion nach Gleichung (2), die im Reaktorkessel abläuft. In diesem Fall läuft auch ei ne Reaktion nach Gleichung (3) in der Erdgasreformierungs anlage ab.

CH₄ + CO₂ → 2H₂ + 2CO (3)

Das hergestellte H₂-CO-Gasgemisch wird in eine Methylalko hol-Synthetisierungsanlage zur Erzeugung von Methylalkohol aufgrund der Gleichung (4) geleitet.

2H₂ + CO → CH₃OH (4)

Das stöchiometrische Verhältnis des H₂-CO-Gasgemisches, das aus dem Erdgas nach der Reaktion nach Gleichung (1) gewon nen wurde, ist [H₂]/[CO] = 3, während für die Zusammenset zung des H₂-CO-Gasgemisches, das sich für die Herstellung von Methylalkohol aufgrund der Reaktion nach Gleichung (4) eignet, [H₂]/[CO] = 2 gilt. Daher muß die Zusammensetzung des H₂-CO-Gasgemisches angepaßt werden, so daß die Reaktion effektiv abläuft. Im allgemeinen wird eine mit der Gleich gewichtsgleichung (5) ausgedrückte Konvertierung zur Um wandlung von H₂ in CO verwendet.

CO + H₂O ⇔ CO₂ + H₂ (5)

Da also die Reaktion so ablaufen soll, daß die Zusammenset zung des H₂-CO-Gasgemisches nach der Gewinnung aus Erdgas sich von [H₂]/[CO) = 3 in [H₂]/[CO] = 2 wandelt, muß ein Teil des H₂ durch Zufuhr von CO₂ in CO gewandelt werden. Ei nes der allgemeinen Verfahren zur Gewinnung von CO₂ auf kommerzieller Basis ist die Pyrolyse von Kalkstein (CaCO₃). Jedoch ist die Pyrolyse von Kalkstein nicht nur effektiv für die Herstellung von CO₂, aber sie ist ökonomisch nur interessant, wenn zum Beispiel gleichzeitig Calziumhydroxyd (Ca (OH)₂) erzeugt wird.

Dementsprechend wird die Konvertierung unter Zufuhr von CO₂ selten bei Methylalkohol-Produktionsstätten angewendet, au ßer daß eine CO₂-Produktionsstätte sich in der Nähe befin det. Im allgemeinen wird der überschüssige Wasserstoff bei der Methylalkohol-Synthese mit anderen Restgasen vom Me thylalkohol getrennt und als Brennstoff für eine Dampfhei zungsanlage verwendet. Das bedeutet, daß die Energie des überschüssigen Wasserstoffes einmal in thermische Energie umgewandelt wird und dann über einen Wärmetauscher in Damp fenergie umgesetzt wird.

Dementsprechend kommt es umweigerlich zu großen Energiever lusten. Unter Berücksichtigung der obengenannten Punkte liegt die Umwandlungseffizienz, die die Energierate der Um wandlung von Erdgas in Methylalkohol ist, bei dem Verfahren zur Erzeugung von Methylalkohol aus Erdgas bei etwa 70%, und theoretisch ist keine signifikante Verbesserung der Um wandlungseffizient zu erwarten.

Bei einem Verfahren mit Kohle als Rohstoff wird Kohle und ein Oxydationsmittel in einen Vergasungsapparat zum Verga sen, wie in dem US-Patent 4,773,917 beschrieben, gebracht. Das durch die Vergasung von Kohle erzeugte Gas kann auch zur Erzeugung elektrischer Leistung wie in JP-A-59-196391 (1984) beschrieben verwendet werden. Kohle selbst ist ein organisches Gemisch aus Sauerstoff, Schwefel, Stickstoff und Asche mit Kohlenstoff und Wasserstoff. Wenn man es je doch vereinfacht zu CH, wird die Vergasungsreaktion von Kohle im wesentlichen durch die Gleichung (6) beschrieben.

2CH + O₂ → 2CO + H₂ (6)

Um Kohle zu vergasen, muß der Kohle-Vergasungsreaktor auf einer Temperatur von 900-1600°C gehalten werden, wobei jedoch keine Wärmequelle notwendig ist, da die Reaktion nach Gleichung (8) exothermisch abläuft. Wenn jedoch die Abgaswärme nicht ausgenutzt wird, so kann die Energienut zungseffizienz nicht verbessert werden. Das Abgas von dem Kohle-Vergasungsreaktor enthält Flugasche und H₂S. Die Flu gasche wird durch eine Entstaubungsanlage zurückgehalten, und H₂S wird durch eine Entschwefelungsanlage zurückgehal ten. Die Zusammensetzung des H₂-CO-Gasgemisches, das gemäß der Reaktion nach Gleichung (6) aus Kohle gewonnen wurde, läßt sich stöchiometrisch als [H₂]/[CO] = 0,5 ausdrücken. Die für die Synthese von Methylalkohol aus einem H₂-CO- Gasgemisch geeignete Zusammensetzung ist [H₂]/[CO] = 2, wie aus Gleichung (4) folgt, und dieser Wert ist größer als das Verhältnis [H₂]/[CO] in dem H₂-CO-Gasgemisch, das aus der Kohle-Vergasung gewonnen wurde. Daher muß die Zusammenset zung des H₂-CO-Gasgemisches nach der Kohlevergasung ange paßt werden an die Herstellung von Methylalkohol. Für diese Umwandlung läßt man die Konvertierung nach Gleichung (5) ablaufen. In diesem Fall wird ein Teil des CO in H₂ durch Zugabe von H₂O umgewandelt. Ein Temperaturabfall in dem Sy stem kann bei der Zugabe von H₂O nicht vermieden werden, und folglich ist die Zugabe von Wasser ein Nachteil für die effektive Ausnutzung der Abgaswärme bei der Kohlevergasung. Die Abgaswärme bei der Kohlevergasung kann zur Erzeugung elektrischer Leistung genutzt werden, ist aber nicht für Methylalkohol verwendbar. Theoretisch kann die Abgaswärme bei der Kohlevergasung nicht auf weniger als etwa 20% der Kohleenergie reduziert werden, noch kann die Abgaswärme bei der Herstellung von Methylalkohol aus H₂-CO-Gasgemisch auf weniger als etwa 15% der Energie des H₂-CO-Gasgemisches abgesenkt werden. Wenn man dies berücksichtigt, so ist das Energieverhältnis des Methylalkohols zur gesamten Kohle energie, d. h. das Umwandlungsverhältnis etwa 65%, und ei ne signifikante Verbesserung auf mehr als 65% kann theore tisch nicht erwartet werden.

Bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren von Methylalko hol mit Erdgas oder Kohle als Rohstoff war eine signifikan te Erhöhung der Effizienz theoretisch unmöglich, selbst wenn außerordentlich umfangreiche Verbesserungen zum Anhe ben des Umwandlungsverhältnisses von Rohstoff in Methylal kohol vorgenommen werden würden. Ein Grund hierfür ist, daß die Zusammensetzung des H₂-CO-Gasgemisches, das sich für die Herstellung von Methylalkohol eignet, das Verhältnis [H₂]/[CO] = 2 haben muß, während das H₂-CO-Gasgemisch aus Erdgas das Verhältnis [H₂]/[CO] = 3 hat und das H₂-CO- Gasgemisch aus Kohle das Verhältnis [H₂]/[CO] = 0,5 hat. Ein anderer Grund liegt darin, daß die Abgaswärme theore tisch nicht unter 20% abgesenkt werden kann, wenn Kohle als Rohstoff verwendet wird, und die Abgaswärme nicht in Form von Methylalkohl genutzt werden kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah ren zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch mit einem beliebi gen Verhältnis [H₂]/[CO] im Bereich von 0,5-3 anzugeben. Darüber hinaus soll mit der vorliegenden Erfindung ein neu es Verfahren zur Herstellung von Methylalkohol unter Ver wendung des Verfahrens zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch angegeben werden, mit dem die obengenannten Einschränkungen beim Stand der Technik überwunden werden können, und ein Verfahren zur Herstellung von Methylalkohol mit wesentlich höherer Effizienz und niedrigeren Kosten als beim Stand der Technik angegeben werden.

Darüber hinaus ist soll ein integriertes Energiesystem an gegeben werden, das sich zur Anwendung des obigen neuen Verfahrens zur Herstellung von Methylalkohol und zur Anpas sung an Schwankungen beim Leistungsbedarf eignet, wobei die Belastung der Produktionsstätte für H₂-CO-Gasgemisch bei nebenher laufender Produktion von Methylalkohol und elek trischer Leistung stabil gehalten wird.

Erfindungsgemäß wurde das H₂-CO-Gasgemisch mit für die Her stellung von Methylalkohol geeigneter Zusammensetzung her gestellt unter Verwendung sowohl von wasserstoffreichem Erdgas als auch kohlenstoffreicher Kohle als Rohstoffen und bei Steuerung der Zufuhrrate des Erdgases und der Kohle. Darüber hinaus wurde die Wärmeeffizienz verbessert und der Wärmetauscher weggelassen, indem die Kohle mit dem Sauer stoff und das Erdgas mit dem Dampf in demselben Reaktor zur Reaktion gebracht wurden.

Der theoretische Hintergrund zur Festlegung der Betriebsbe dingungen des Systems wird in allen Einzelheiten im folgen den erläutert.

Wenn Kohle, Erdgas, Sauerstoff und Dampf simultan in einen Reaktor geleitet werden, findet Reaktion mit Kohle nicht statt, da Erdgas, Sauerstoff und Dampf gasförmig vorliegen, während nur die Kohle in fester Form vorliegt. Im Vergleich der Reaktivität von Sauerstoff und Dampf mit Erdgas ist die Reaktivität von Sauerstoff mit Erdgas größer als die von Dampf. Dementsprechend läuft die Verbrennungsreaktion nach Gleichung (8), bei der das Erdgas mit Sauerstoff reagiert, vorrangig vor der Dampfreformierungsreaktion nach Gleichung (7) ab, bei der das Erdgas mit Dampf reagiert, so daß sich Kohlenstoffmonoxyd bildet.

CH₄ + H₂O → 3H₂ + CO (7)

CH₄ + 2O₂ → 2H₂O + CO₂ (8)

Wenn die Reaktion nach Gleichung (8) abläuft, so muß das erzeugte H₂O und CO₂ zu H₂ und CO reduziert werden. Daher kann die Reaktion nach Gleichung (9) bzw. (10) ablaufen ge lassen werden, d. h. die Reaktion von H₂O und CO₂ mit Koks (Kohlenstoffkomponente, Kohle ohne flüchtige Bestandteile).

C + H₂O → H₂ + CO (9)

C + CO₂ → 2CO (10)

Jedoch wird der Koks verbraucht, indem man ihn zur Redukti on von CO₂, verwendet, das normalerweise als flüchtiger Be standteil in Kohle enthalten ist, und von H₂O und CO₂, die durch Oxidation von H₂ und CO, ihrerseits flüchtige Be standteile von Kohle, entstehen. Daher kann der Koks nicht zur Reduzierung von durch die Reaktion nach Gleichung (8) erzeugtem H₂O und CO₂ verwendet werden.

Wenn Kohle und Erdgas im selben Reaktor reagieren, muß da her der Reaktor entsprechend konstruiert und müssen die Be triebsbedingungen entsprechend gewählt werden, so daß das Erdgas keine Verbrennungsreaktion nach Gleichung (8) durch läuft, sondern nur die Dampfreformierungsreaktion nach Gleichung (7) abläuft.

Zunächst wird im folgenden die Reaktion mit Kohle erläu tert. Ein Beispiel für Kohlezusammensetzung wie etwa bei Pazifikkohle ist in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Zusammensetzung der Kohle (Pazifikkohle)

Die Reaktion von Kohle mit Sauerstoff kann mit einem Modell nach Fig. 4 erklärt werden. Um die Reaktionsbedingungen und weiteres im einzelnen darzulegen, wird die molekulare For mel von Kohle als CaHbOcNdSe dargestellt, und es wird ange nommen, daß Kohle zusammengesetzt ist aus Naßgehalt, flüch tigen Bestandteilen, festem Kohlenstoff und Asche entspre chend der obigen industriellen Analyse. Der Naßgehalt ver dampft beim Aufheizen der Kohle, und die flüchtigen Be standteile und Koks, bei dem die Hauptkomponente Kohlen stoff ist, werden durch Pyrolyse getrennt. Die industrielle Analyse wird unter Atmosphäre vorgenommen, aber die Reakti on läuft unter Druck ab. Daher kann die Menge an flüchtigen Bestandteilen V [% in Gewicht: Gewichts-%], erzeugt durch Pyrolyse von Kohle aus dem Atmosphärenwert V 1 atm [Gewichts-%] gemäß der industriellen Analyse durch die fol gende mathematische Gleichung (1) berechnet werden:

V = V 1 atm · (1-0.066 ln Pt) (Math. 1)

Wobei Pt der Druck im Reaktor in [atm] ist.

Erfindungsgemäß wird der Druck im Reaktor auf 30 [atm] er höht. Die flüchtigen Bestandteile reagieren mit Sauerstoff zu CO₂ und H₂O. Diese Reaktion kann durch die folgende Glei chung (11) dargestellt werden:

CaHbOcNdSe + α O₂ → fC(Koks)
+ (b-2e)/2 H₂O + e H₂S + d/2 N₂
+ (2 (a-f) - c - 2 α + (b - 2e)/2) CO
+ (c + 2 α - (b - 2e)/2 - (a - f) CO₂ (11)

Das Dampfreformieren von Erdgas wird erfindungsgemäß gleichzeitig im selben Reaktor unter Zufuhr von Erdgas un ter Dampf ablaufen gelassen. Jedoch ist die Reformierungs reaktion eine endothermische Reaktion, und bei Zufuhr einer großen Erdgasmenge reicht die nur durch die Reaktion nach (11) erzeugte Wärme nicht aus. In diesem Fall wird die Zu fuhrmenge an Sauerstoff erhöht, um einen Teil des Kohlen stoffmonoxids entsprechend Gleichung (12) zur Erzeugung zu sätzlicher Wärme zu verbrennen:

2CO + O₂ → 2CO₂ (12)

Bei den obigen Reaktionen kann man davon ausgehen, daß sie unmittelbar ablaufen. Der restliche Koks ist fest, und der Koks wird durch Reaktion mit H₂O und CO₂, die aus der Ver brennung der flüchtigen Bestandteile entstehen, entspre chend den folgenden Gleichungen (13) und (14) vergast:

C (Koks) + H₂O → H₂ + CO (13)

C (Koks) + CO₂ → 2CO (14)

Jedoch kann man bei diesen Reaktionen nicht davon ausgehen, daß sie unmittelbar ablaufen, und ein Teil des Kokses wird unvergast zurückbleiben, wenn nicht genügend lange gewartet wird. Bei der Konstruktion des Reaktors muß daher der Zu sammenhang zwischen Kohlenstoffumwandlung des Kohlenstoffs in dem Koks und Reaktionszeit bekannt sein. Die Beziehung zwischen der Kohlenstoffumwandlung, XKoks [-] von Kohlen stoff im Koks und der Reaktionszeit ϑ [s] kann durch ein Modell gemäß den folgenden mathematischen Gleichungen (2), (3) und (4) dargestellt werden:

Dabei ist
pCO₂ der Partialdruck von CO₂,
pH₂O der Partialdruck H₂O,
ρ_Koks die Dichte des Kokses,
Dp die Teilchengröße des Kokses,
k_reakt die Reaktionsraten der Reaktionen (13) und (14)
k_Gas der Diffusionskoeffizient.

Gemäß der obigen Gleichungen muß bei Beladung mit Sauer stoff und Kohle und einem Massenverhältnis von Sauer stoff/Kohle von wenigstens 0,8 die Verweildauer der Kohle und des Sauerstoffs im Reaktor ein paar Sekunden betragen, um ein Vergasungsverhältnis der Kohle von wenigstens 0,9 zu erreichen. Die Beziehung zwischen dem Gas aus der Vergasung von Kohle unter den obigen Bedingungen und dem Massenver hältnis von Sauerstoff/Kohle im Reaktor ist in Fig. 5 dar gestellt.

Wie oben erläutert wird Erdgas und Dampf in den Reaktor un ter solchen Bedingungen geladen, daß die Reaktionen nach den Gleichungen (11), (12), (13), (14) in ausreichendem Maße ablaufen. Daher kommt es nicht zu einer Verbrennung des Erdgases nach Gleichung (15)

CH₄ + 2O₂ ⇔ 2H₂O + CO₂ (15)

Dementsprechend muß man davon ausgehen, daß das Gleichge wicht der Dampfreformierungsreaktion des Erdgases nach Gleichungen (16) und die Konversionsreaktion nach Gleichung (17) oben im Reaktor ablaufen.

CH₄ + H₂O ⇔ 3H₂ + C (16)

CO + H₂O ⇔ H₂ + CO (17)

Wenn der Partialdruck des jeweiligen Gases oben im Reaktor ausgedrückt wird für Sauerstoff als p [atm], für Kohlen stoffdioxyd als q [atm], für Dampf als r [atm], für Kohlen stoffmonoxyd als s [atm] und für Methan als t [atm], so wird die Gleichgewichtskonstante der Dampfreformierungsre aktion von Methan nach Gleichung (16) als K1 bezeichnet, und eine Gleichgewichtskonstante der Konversionsreaktion nach Gleichung (17) als K2 bezeichnet, so daß das Gleichge wicht durch die folgenden mathematischen Gleichungen (5) und (6) dargestellt werden kann.

Dabei sind die Gleichgewichtskonstanten für verschiedene Temperaturen in Tabelle 2 angegeben. Die Werte in Tabelle 2 wurden mit den folgenden Gleichungen (8)-(11) berechnet, da aus der Thermodynamik folgt, daß die Gleichgewichtskon stante für eine durch die mathematische Gleichung (7) aus gedrückte chemische Reaktion nach den mathematischen Glei chungen (8) bis (11) berechnet werden kann.

Σ ν · A_i = O (Math. 7)

Wobei A_i die chemische Formel für die Komponente I ist und ν_i ein stöchiometrischer Koeffizient der Komponente I [-] ist. (Er ist definitionsgemäß positiv für die Eduktgruppe und negativ für die Produktgruppe.)

Tabelle 2

Gleichgewichtskonstante

Dabei ist
K₂₉₈ die Gleichgewichtskonstante [-] bei 298, 15 [K] und
K_T die Gleichgewichtskonstante [-] bei einer Temperatur T
[K] T₀ die Standardtemperatur (= 298,15 [K]),
T die Temperatur [K],
ΔG_fi° die freie Energie bei der Bildung der Komponente i [J/mol]
ΔH_fi° die Bildenthalpie der Komponente i (J/mol),
L_vi° die Verdampfungswärme der Komponente i bei T₀ [K],
a_i, b_i, c_i, d_i der Wärmekapazitätscoeffizient der Komponente i bei konstantem Druck [J/[mol · Kⁿ)].

Die Beziehung zwischen dem Sauerstoff/Kohlenverhältnis und der Gaskonzentration am Auslaß des Reaktors nach den obigen Gleichungen ist in Fig. 6 dargestellt. Bei der obigen Be rechnung wurde das Verhältnis [Masse des Erdgases]/[Masse der Kohle] 1 gesetzt und das Verhältnis [Masse des Damp fes]/[Masse des Erdgases] 2 gesetzt.

Für den obigen Fall sind die Bedingungen für die Reaktion von Kohle, Erdgas, Sauerstoff und Dampf in einem Reaktor zur Erzeugung von H₂-CO-Gasgemisch mit einem Verhältnis [H₂]/[CO] von 2 und die Synthetisierung von Methylalkohol in Fig. 7 dargestellt. Das Massenverhältnis der Beschickung ist für Sauerstoff/Kohle 1,2. Über die obigen Reaktionen erhält man ein reaktives Gas mit der Zusammensetzung [H₂] = 20%, [H₂O] = 15%, [CO] = 43% und [CO₂] = 21% bei 1500°C. Durch Zufuhr von Erdgas 1 und Dampf in das reak tive Gas kann ein reaktives Gas mit der Zusammensetzung von [H₂] = 48%, [H₂O] = 19%, [CO] = 24% und [CO₂] = 6% bei 1000°C erreicht werden. Diese Gaszusammensetzung eignet sich für die Synthese von Methylalkohol.

Um die Abgaswärme nach dem Reaktor zu nutzen, wird die Mas se des in den Reaktor geleiteten Dampfes vorzugsweise klein gehalten. Mit dem Verhältnis [Masse des Dampfes]/[Masse des Erdgases) = 1,5 kann ein Gasgemisch mit der Zusammensetzung [H₂]/[CO] = 2 erreicht werden, indem das Verhältnis [Masse des Erdgases]/[Masse der Kohle] = 1,3 und das Verhältnis [Masse des Sauerstoffs]/[Masse der Kohle] = 1,6 gesetzt wird.

Um zu einem Gasgemisch mit der Zusammensetzung [H₂]/[CO] ungleich 2 zu kommen, können die Verhältnisse [Masse des Erdgases]/[Masse der Kohle] und [Masse Sauerstoff]/[Masse der Kohle] aus dem Bereich in Fig. 8 unter Einstellung der Dampfmenge gewählt werden.

Erfindungsgemäß wurde eine Kraftwerksanlage parallel zur Methylalkohol-Herstellungsanlage unterhalb von der H₂-CO- Gasgemischherstellungsanlage installiert. Mit diesem System wurde die Auslastung der H₂-CO-Gasgemischherstellungsanlage konstant gehalten und die Zufuhrverteilung des H₂-CO- Gasgemisches zu der Methylalkohol-Herstellungsanlage und der Kraftwerksanlage entsprechend dem Bedarf an Leistung variiert. Abhängig von der Verfügbarkeit des Systems, d. h. Auslastung der Kraftwerksanlage und der Methylalkohl- Herstellungsanlage wurden die ökonomischen Werte für die Zufuhr von Kohle, Erdgas, Sauerstoff und Dampf berechnet und die Zufuhr der Rohstoffe entsprechend dieser berechne ten Werte eingestellt. Praktisch erfolgte die Einstellung wie folgt:
Wenn nur die Herstellung von Methylalkohol erfolgt, so wird die Zufuhrmenge der Rohstoffe so eingestellt, daß das Gas gemisch ein Verhältnis von [H₂]/[CO] = 2 hat und Methylal kohol hergestellt wird. Wenn sowohl Methylalkohol herge stellt wird als auch gleichzeitig Energie erzeugt wird, so wird nichtverbrauchtes, in der Methylalkohol-Syntheseanlage erzeugtes Gas nicht in die Methylalkohol-Syntheseanlage zu rückgeführt, sondern der Kraftwerksanlage als Brennstoff für die Energieerzeugung zugeführt. Wenn nur Energie er zeugt wird, wird die Zufuhr von Erdgas unterbrochen und mit dem durch Kohle und Oxydationsmittel erzeugtem Gas wird Energie erzeugt.

Erfindungsgemäß kann die Zusammensetzung des H₂-CO-Gasge misches zur Synthese von Methylalkohol ohne Konversionsre aktion steuert und dementsprechend die Energie effektiv ausgenutzt werden. Für den Fall, daß Kohle und Erdgas im selben Reaktor verarbeitet werden, wird ein Wärmetauscher für die Wärmezufuhr zum Reformieren des Erdgases unnötig, und gleichzeitig können die Kosten für die Herstellung von Methylalkohl durch Reduzieren der Komponenten bei gleich hoher Energieausnutzung gesenkt werden. Die Effizienz bei der Herstellung von Methylalkohol kann um 10-15% des Ab solutwertes von einem theoretischen Grenzwert bei der kon ventionellen Methylalkohol-Herstellung erhöht werden, indem Methylalkohol mit dem Gasgemisch mit dem Verhältnis [H₂]/[CO] = 2 hergestellt wird, das gemäß dem erfindungsge mäßen Verfahren erzeugt wurde.

Darüber hinaus kann bei einem System mit parallel zur Me thylalkohol-Herstellungsanlage installierter Kraftwerksan lage die Last für die Kohlevergasung unabhängig von Schwan kungen bei dem Energiebedarf konstant gehalten werden.

Abhängig von der Verfügbarkeit des Systems, d. h. Ausla stung der Kraftwerksanlage und der Methylalkohol- Herstellungsanlage, können die meisten ökonomischen Werte für die Zufuhr von Kohle, Erdgas, Sauerstoff und Dampf be rechnet werden und die Zufuhr der Rohstoffe entsprechend der berechneten Werte eingestellt werden.

Mit dem Methylalkohol-Herstellungssystem hoher Effizienz auf der Basis von Kohle und Erdgas gemäß der vorliegenden Erfindung kann Energie in erheblichem Maße eingespart wer den, wenn Energieträger über See über eine große Strecke transportiert werden.

Das bedeutet, daß im Vergleich zum Transport fester Kohle und zum Transport von Erdgas, das notwendigerweise verflüs sigt werden muß, für die Herstellung von Methylalkohol die Handhabung einfach wird und Massentransporte mit Tankern möglich werden, die praktisch bei konventionellem Öltrans port eingesetzt werden.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Er findung werden deutlich im Verlauf der folgenden Beschrei bung der Einzelheiten, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines integrierten Energiesystems mit H₂-CO-Gasgemisch- Herstellungsanlage aus Erdgas und Kohle als Roh stoff gemäß der vorliegenden Erfindung, einer Methylalkohol-Herstellungsanlage und einer Kraftwerksanlage ist,

Fig. 2 den Querschnitt einer Ausführungsform eines Reak tors in der H₂-CO-Gasgemischherstellungsanlage aus Erdgas und Kohle als Rohstoffen schematisch darstellt,

Fig. 3 den Querschnitt einer anderen Ausführungsform eines Reaktors für die H₂-CO-Gasgemischherstel lung aus Erdgas und Kohle als Rohstoffen schema tisch darstellt,

Fig. 4 zur Erläuterung der Kohlevergasung dient,

Fig. 5 die Beziehung zwischen dem Verhältnis der Sauerstoff-/Kohle-Beschickung in die H₂-CO- Gasgemischherstellungsanlage gemäß der vor liegenden Erfindung und der Gaszusammensetzung in einer unteren Stufe des Reaktors darstellt,

Fig. 6 den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis der Sauerstoff-/Kohle-Beschickung der H₂-CO-Gas gemischherstellungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung und der Gaszusammensetzung auf einer oberen Stufe des Reaktors darstellt,

Fig. 7 die optimalen Betriebsbedingungen für die Methyl alkohol-Herstellungsanlage gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig. 8 die Beziehung zwischen der Zusammensetzung der Rohstoffbeschickung und der Zusammensetzung des H₂-CO-Gasgemisches in der erfindungsgemäßen H₂-CO- Gasgemischherstellungsanlage darstellt,

Fig. 9 zur Erläuterung eines Verfahrens für den effek tiven Betrieb des integrierten Energiesystems mit Methylalkohol-Herstellungsanlage aus Erdgas und Kohle als Rohstoffen gemäß vorliegender Erfindung und Kraftwerksanlage dient,

Fig. 10 den Aufbau einer Methylalkohol-Herstellungsanlage mit H₂-CO-Gasgemischherstellungsanlage gemäß vor liegender Erfindung aus Erdgas und Kohle als Roh stoffen schematisch darstellt, und

Fig. 11 den Querschnitt einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Er findung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

(Ausführungsform 1)

Fig. 1 zeigt ein integriertes Energiesystem gemäß der vor liegenden Erfindung. Das System umfaßt eine Rohstoffzufuhr 100, eine H₂-CO-Gasgemischherstellung 200, einen Gasvertei ler 500, eine Methylalkohol-Herstellung 300 und eine Kraft anlage 400. Die Rohstoffzufuhr 110 liefert Kohle 10, Erdgas 20, Sauerstoff 11 und Dampf 22 an die H₂-CO-Gasgemischher stellung 200. Das erzeugte H₂-CO-Gasgemisch wird auf die Methylalkoholherstellung 300 und die Kraftanlage 400 über den Gasverteiler 500 verteilt, so daß sowohl Methylalkohol als auch elektrische Energie erzeugt werden.

Die Strukturen der obigen Elemente werden in ihren Einzel heiten im folgenden erläutert.

Die Rohrstoffversorgung umfaßt einen Kohleteil, einen Sau erstoffteil, einen Erdgasteil und einen Dampfteil.

Die Kohlezufuhr umfaßt einen Bunker 110 sowie eine Kohlen steuerklappe 111. Der Bunker 110 ist eine Vorrichtung zur Speicherung von Kohle, die auf 90% unter-100-Unzen pulve risiert wurde, wobei gröberes Material eliminiert wurde. Der Bunker wird mit Stickstoff 12 unter Druck gesetzt, wel ches ein Nebenprodukt der Sauerstoffherstellung 130 ist. Die Kohlesteuerklappe 111 ist eine Klappe zum Einstellen der Menge der Rohkohlezufuhr je nach Betriebsbedingung des Systems.

Die Sauerstoffversorgung umfaßt eine Sauerstoffherstellung 130 und eine Sauerstoffsteuerdüse 131. Die Sauerstoffher stellung 130 ist eine Vorrichtung zum Komprimieren und Ver flüssigen von Luft durch einen Kompressor und zum Destil lieren der verflüssigten Luft für die Trennung von Sauer stoff und Stickstoff, der Hauptkomponente von Luft. Das Sauerstoffsteuerventil 131 ist ein Ventil zur Steuerung der Menge der Sauerstoffzufuhr als Oxidationsmittel, und zwar in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Systems.

Die Erdgasversorgung umfaßt einen Erdgasspeichertank 120 und ein Erdgassteuerventil 121. Das Erdgas wird gewöhnlich direkt durch eine Leitung zugeführt. Jedoch ist der Erdgas speichertank eine Möglichkeit, um zusätzlich Erdgas zur Si cherstellung des ungestörten Betriebes der Methylalkohol- Herstellung bei vorgegebener Last sicherzustellen, wenn die Zufuhr von Erdgas über die Leitung schwankt. Das Erd gassteuerventil 121 ist ein Ventil zur Steuerung der Menge der Erdgaszufuhr in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung des Systems.

Die Dampfversorgung umfaßt einen Kühlwassertank 140 und ein Dampfsteuerventil 141. Das flüssige Kühlwasser 21 in dem Kühlwassertank 140 wird aufgeheizt, indem es in die Wärme rückgewinnung 213 des Reaktors 210 geleitet wird, so daß Dampf 22 hoher Temperatur erzeugt wird. Ein Teil des Damp fes 22 wird durch das Dampfsteuerventil 141 in den Reaktor 210 geleitet, das ein Ventil zur Steuerung der Menge an Dampfzufuhr in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung des Systems ist.

Die H₂-CO-Mischgasherstellung 200 umfaßt den Reaktor 210, einen Staubfilter 240 und eine Entschwefelung 250.

Der Reaktor 210 umfaßt einen Niederkammerbrenner 211 für die Zufuhr von Kohle 10 und Sauerstoff 11, einen Hochkam merbrenner 212 für die Zufuhr von Erdgas 20 und Dampf 22, die Wärmerückgewinnung 213 für die Kühlung des Reaktorga ses und eine Schlackenentnahme 221 für das Sammeln von Schlacke, die durch das Schmelzen von Asche der Kohle ent steht.

Der Staubfilter 240 ist eine Vorrichtung für das Sammeln von Staubpartikeln in dem Reaktorgas und praktisch können hierfür Drallabscheider oder Keramikfilter verwendet wer den.

Die Entschwefelung ist eine Vorrichtung zum Entfernen von H₂S-Gas in dem Reaktorgas, und zum Beispiel kann ein Ver fahren nach dem sogenannten Selexol-Prozeß verwendet wer den. Nach diesem Selexol-Prozeß wird H₂S-Gas in einem or ganischen Lösungsmittel absorbiert, das absorbierte H₂S wird aus der Lösung extrahiert, wenn die Konzentration von H₂S in der Lösung steigt, das extrahierte H₂S-Gas hoher Kon zentration wird zu SO₂ oxidiert, und das SO₂ wird als Gips gebunden, indem man es mit einem Kalziumcarbonatbrei rea gieren läßt, was die übliche Methode bei Kohlekraftwerken ist. Bei einem Trockenentschwefelungsverfahren wird H₂S-Gas direkt an feinen Partikeln aus Kalziumcarbonat, Zinkoxyd oder dergleichen gebunden.

Die Methylalkoholherstellung 300 umfaßt eine Methylalkohol- Synthese 310, eine Methylalkohol-Destillation und einen Wärmetauscher. Die Methylalkohol-Synthese 310 ist eine Vor richtung zur Synthese von Methylalkohol aus dem H₂-CO- Gasgemisch, wobei etwa ein ZnO-Gruppen-Katalysator als Ka talysator verwendet werden kann. Reaktionsbedingung ist ei ne Temperatur von etwa 300°C bei 100 Atmosphären. Die Er zeugung von Methylalkohol ist eine exotherme Reaktion, und die Reaktionswärme wird wiedergewonnen und in einer späte ren Stufe genutzt, um die Wärmeeffizienz des gesamten Sy stems zu verbessern. Um die Reaktionswärme wiederzugewin nen, werden Wärmetauscher 340, 350, 360 verwendet. Die Me thylalkohol-Destillation ist eine Vorrichtung zur Reinigung des Methylalkohols, indem Verunreinigungen aus dem Methyl- Rohalkohol entfernt werden, welche eine erste Destillati onskolonne 320 und eine zweite Destillationskolonne 330 um faßt. Die Abgaswärme bei der Methylalkoholsynthese, die durch den Wärmetauscher 350 wiedergewonnen wurde, kann als Energie für die Destillation verwendet werden.

Die Energieerzeugung 400 umfaßt eine Gasturbine 410, einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 420 und eine Dampfturbine 430 für den Energieerzeugungszyklus.

In der Gasturbine 410 wird das H₂-CO-Gasgemisch mit Druck luft 60 von einem Kompressor verbrannt, und eine Turbine wird zur Erzeugung elektrischer Energie durch das Verbren nungsgas angetrieben. Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 420 dient zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus dem Ver brennungsabgas 65 aus der Gasturbine 410 in Form von Dampf 67. Die Dampfturbine 430 wird durch den Dampf 67 aus dem Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 420 angetrieben und er zeugt elektrische Energie.

Die Betriebsbedingungen des Systems bei der vorliegenden Ausführungsform werden im folgenden erläutert.

Die Betriebsbedingungen müssen so festgelegt werden, daß Kohle und Erdgas im selben Reaktor reagieren können. Wenn Kohle, Erdgas, Sauerstoff und Dampf miteinander vermischt werden und zur gleichen Zeit in den Reaktor verbracht wer den, so kann die Reaktion von Kohle nicht ablaufen, da Erd gas, Sauerstoff und Dampf gasförmig vorliegen und nur Kohle als Festkörper vorliegt. Im Vergleich zu Erdgas und Wasser ist die Reaktivität von Erdgas und Sauerstoff hoch. Das be deutet, daß eine Verbrennungsreaktion nach Gleichung (19), die die Reaktion von Erdgas mit Sauerstoff darstellt, zu erst abläuft, vor der Dampfreformierungsreaktion nach Glei chung (18), wobei Erdgas mit Dampf zu Kohlenstoffmonoxyd reagiert.

CH₄ + H₂O → 3H₂ + CO (18)

CH₄ + 2O₂ → 2H₂O + CO₂ (19)

Wenn daher Kohle und Erdgas im selben Reaktor reagieren sollen, müssen die Betriebsbedingungen so eingestellt wer den, daß Erdgas nicht die Verbrennungsreaktion nach Glei chung (19) durchläuft, sondern daß die Dampfreformierungs reaktion nach Gleichung (18) abläuft.

Erfindungsgemäß werden Kohle und Sauerstoff im unteren Teil des Reaktors in den Reaktor verbracht und Erdgas und Dampf im oberen Teil des Reaktors in den Reaktor verbracht. Die Formen des Reaktors, Verfahren zur Zufuhr von Rohstoffen und das Verhältnis der zugeführten Kohle zu Sauerstoff wur den so festgelegt, daß die von dem unteren Teil in den Re aktor verbrachte Kohle und Sauerstoff ausreichend miteinan der reagieren, so daß das Verhältnis von gasförmigem Koh lenstoff zu dem gesamten Kohlenstoff in der Kohle wenig stens 0,9 beträgt, bevor Berührung mit dem Erdgas stattfin det und der Dampf von dem oberen Teil in den Reaktor ge langt. Der praktische Aufbau und Funktion des Reaktors wird in Einzelheiten in den Ausführungsformen 2 und 3 erläutert.

Um Kohle und Erdgas im Reaktor zu verwirbeln, wurden obere und untere Brenner jeweils so angeordnet, daß sie tangenti al zur Innenwand des Reaktors ausgerichtet sind. Nach dem oberen Verfahren wurde das H₂-CO-Gasgemisch mit einem Ver hältnis von [H₂]/[CO] von 2 erzeugt und Methylalkohol aus diesem H₂-CO-Gasgemisch hergestellt.

Wenn erfindungsgemäß Methylalkohol aus den Rohstoffen Kohle (Pazifikkohle) mit 100 t pro Tag, 120 t Sauerstoff pro Tag, 100 t Erdgas pro Tag und 200 t Dampf pro Tag erzeugt wird, so können 260 t Methylalkohol pro Tag hergestellt werden, und das Umwandlungsverhältnis der Energie der Rohstoffe zu Methylalkohol wird etwa 80%. Im Vergleich zu dem konven tionellen Verfahren für die Herstellung von Methylalkohol bedeutet dies eine signifikante Steigerung des Umwandlungs verhältnisses von 10-15% des Absolutwertes.

Im folgenden wird ein Beispiel für den Betrieb des Systems erläutert.

Pulverisierte Kohle 10 wird von einem Bunker 110 in einen Reaktor 210 der H₂-CO-Gasgemischherstellung 200 durch eine Kohlensteuerklappe 111 und einen Niederkammerbrenner 211 verbracht. Sauerstoff 11 wird bei einer Sauerstofferzeugung 130 hergestellt und in den Reaktor 210 der H₂-CO-Gasge mischherstellung 200 durch eine Sauerstoffsteuerdüse 131 und den Niederkammerbrenner 211 geleitet.

Stickstoff 12 unter Druck ebenfalls von der Sauerstoffher stellung 130, wo es durch Destillation von flüssiger Luft gewonnen wurde, wird für die Druckbeaufschlagung der pulve risierten Kohle 10 verwendet. Sowohl Erdgas 20 in dem Erd gasspeichertank 120 der Rohstoffversorgung 100 als auch Dampf 22, der durch die über die Wärmerückgewinnung 213 wiedergewonnene Wärme vom Reaktor 210 aufgeheizt wurde, werden in den Reaktor 210 der H₂-CO-Gasgemischherstellung 200 über eine Erdgassteuerdüse 121 oder eine Dampfsteuerdü se 141 und einen Hochkammerbrenner 212 in den Reaktor 210 geleitet. Ein Reaktor 210 nach Fig. 2 mit Niederkammerbren ner 121 und Hochkammerbrenner 212, die voneinander weit be abstandet sind, so daß eine gewisse Retentionszeit sicher gestellt ist, bevor ein Reaktorgas von Kohle und Sauerstoff mit Erdgas und Dampf in Kontakt kommt, wird verwendet. Ein anderer Reaktor nach Fig. 3, der eine Einschnürung im Mit telteil des Reaktor 210 hat, kann ebenso verwendet werden.

Schlacke, die von der Kohle im Reaktor herrührt, kann bei der Schlackenentnahme 221 entnommen werden. Die Abgaswärme vom Reaktor wird durch die Wärmerückgewinnung 213 in Form von Dampf 22 wieder nutzbar gemacht. Das Reaktorgas 30 von Reaktor 210 durchläuft einen Staubfilter 240 zur Entfernung von Staub und eine Entschwefelung 250 zur Entfernung von H₂S.

Das gesäuberte H₂-CO-Gasgemisch 40 wird über einen Gasver teiler 500 an die Methylalkohol-Herstellung 300 und die elektrische Energieerzeugung 400 verteilt.

In der Methylherstellung 300 wird Methyl-Rohalkohol 50 aus dem H₂-CO-Gasgemisch 40 in der Methylalkoholsynthese 310 hergestellt. Der Methyl-Rohalkohol wird durch Destillation in der ersten Destillationskolonne 320 und der zweiten De stillationskolonne 330 zu gereinigtem Methylalkohol 51 ge reinigt. In der Methylalkoholherstellung 300 wird unver brauchtes Gas 52 aus dem Methyl-Rohalkohol in der ersten Destillationskolonne 320 getrennt und im Wärmetauscher 340 aufgeheizt und schließlich zur Methylalkoholsynthese 310 zurückgeführt. Wenn gleichzeitig elektrische Energie er zeugt wird, wird das unverbrauchte Gas in die elektrische Energieerzeugung 400 geleitet. Die Abgaswärme der Methylal koholsynthese wird durch einen Wärmetauscher 350 wiederge wonnen und mittels Wärmetauscher 360 in der zweiten Destil lationskolonne 360 verwendet.

Bei der elektrischen Energieerzeugung 400 wird das H₂-CO- Gasgemisch 40 mit Druckluft 60 verbrannt, um eine Gasturbi ne 410 anzutreiben und so elektrische Energie zu erzeugen. Das Abgas von der Gasturbine 410 wird durch einen Wärme rückgewinnungsdampfgenerator 420 in Form von Dampf 67 wie der nutzbar gemacht, und der Dampf 67 wird für den Antrieb einer Dampfturbine 430 zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt.

Als nächstes wird ein Verfahren für die Zufuhr von Rohstof fen in das System erläutert.

Wenn nur Methylalkohol erzeugt wird, so ist bei dem H₂-CO- Gasgemisch 40 das Verhältnis [H₂]/[CO] von 2 für die Erzeu gung von Methylalkohol geeignet und wird in der H₂-CO-Gas gemischherstellung 200 aus Kohle 10, einem Oxydationsmittel wie Sauerstoff 11, Erdgas 20 und Dampf 22 hergestellt.

Das gesamte H₂-CO-Gasgemisch wird zur Methylalkoholherstel lung 300 über den Gasverteiler 500 geleitet, und es wird Methyl-Rohalkohol 51 erzeugt. Wenn nur elektrische Energie erzeugt wird, so wird das Erdgas nicht in den Reaktor ge leitet, und das H₂-CO-Gasgemisch 40 wird in der H₂-CO- Gasgemischherstellung 200 aus Kohle 10, die billiger als Erdgas ist, einem Oxydationsmittel wie Sauerstoff 11 und Dampf 22 hergestellt. Dieses erzeugte H₂-CO-Gasgemisch wird zur elektrischen Energieerzeugung 400 durch den Gasvertei ler 500 geleitet, und es wird elektrische Energie erzeugt. In diesem Fall kann die Zufuhrmenge an Kohle gesteigert werden, indem der Hochkammerbrenner von Erdgasversorgung auf Kohleversorgung umgestellt wird und umgekehrt. Wenn so wohl Methylalkohol als auch elektrische Energie erzeugt wird, so wird das Verhältnis von Erdgas 20 zu Kohle 10 auf Werte gesenkt, die kleiner sind als für den Fall, daß nur Methylalkohol hergestellt wird, um die Kosten für die elek trische Energieerzeugung zu senken. In diesem Fall hat die Zusammensetzung des H₂-CO-Gasgemisches 40 das Verhältnis [H₂]/[CO] von kleiner als 2, und unverbrauchtes CO-Gas 52 fällt bei der Methylalkoholsynthese an. Das unverbrauchte CO-Gas 52 wird vom Methylalkohol in der ersten Destillati onskolonne 320 abgetrennt und der elektrischen Energieer zeugung 400 zugeführt, nachdem es durch den Wärmetauscher 340 aufgeheizt wurde, um zur elektrischen Energieerzeugung zu dienen. Daher sinkt die Nutzungseffizienz des gesamten Systems nicht. Die obige Beziehung wird in Fig. 9 in Form eines Diagramms dargestellt, indem die Beziehung des Lastverhältnisses der Methylalkoholherstellung und elektri schen Energieerzeugung in Abhängigkeit von der Versorgung mit Rohstoffen (Erdgas/Kohle, Sauerstoff/Kohle) dargestellt wird.

(Ausführungsform 2)

Eine Ausführungsform des Reaktors 210 der H₂-CO-Gasge mischherstellung aus Erdgas und Kohle als Rohstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Der gesamte Reaktor 210 besteht aus feuerfestem Material 216, umkleidet mit einem Kessel 217, und der Reaktor kann in drei Zonen unterteilt werden, nämlich einer oberen Reaktor zone 218, einer Reaktorinnenzone 219 und einer unteren Re aktorzone 215. Die Hochkammerbrenner 212 sind in der oberen Zone installiert, und die Niederstufenbrenner 211 sind in der unteren Reaktorzone installiert. Eine Schlackenentnahme 220 ist in der unteren Reaktorzone 210 vorgesehen, und ein Schlackenkühltank 221 befindet sich unterhalb der Schlackenentnahme. Eine Einschnürung 222 befindet sich innen am Ausgang des Reaktors. Die Hochkammerbrenner 212 und Nieder kammerbrenner 211 wurden in tangentialer Richtung in Bezug auf die Innenwand des Reaktors angeordnet, so daß sich der in Fig. 2 angedeutete Wirbel bilden kann. Im allgemeinen sind mehrere Hochkammerbrenner und Niederkammerbrenner ent lang des Umfangs des Reaktors vorgesehen. In Fig. 2 können, obgleich jeweils nur ein einzelner dargestellt ist, die Hochkammerbrenner und Niederkammerbrenner in mehreren Rei hen angeordnet sein.

Die Kohle und das Oxydationsmittel im Inneren des Reaktors, die von den Niederkammerbrennern kommen, bilden eine Wir belströmung, und ihre Reaktion wird durch die Wirbelströ mung verstärkt. Auf ähnliche Art und Weise bilden das Erd gas und der Dampf von den Hochkammerbrennern im Reaktor ei ne Wirbelströmung, und ihre Reaktion wird durch die Wirbel strömung verstärkt.

Als nächstes wird die Funktion der vorliegenden Ausfüh rungsform erläutert. Die Kohle 10 und das Oxydationsmittel wie Sauerstoff 11 wird von den Niederkammerbrennern 211 in den Reaktor geleitet, und das Erdgas 20 und der Dampf 22 wird von den Hochkammerbrennern 212 in den Reaktor gelei tet. Verbrauchtes Gas steigt von der Innenseite 219 des Re aktors in die obere Zone 218 des Reaktors, und Schlacke, die die geschmolzene Asche der Kohle ist, fällt von der In nenseite 219 des Reaktors in die untere Zone 215 des Reak tors. Die Hochkammerbrenner 212 und die Niederkammerbrenner 211 werden mit einem Abstand installiert, der ausreicht, daß Kohle 10 und Sauerstoff 11, die von den Niederkammer brennern 211 zugeführt worden sind, in Kontakt mit Erdgas 20 und Dampf, die von den Hochkammerbrennern zugeführt wor den sind, in Kontakt kommen, nachdem die Kohle 10 und der Sauerstoff 11 ausreichend miteinander reagiert haben.

Dementsprechend wird eine Niederkammerreaktionszone 223, in der die Vergasungsreaktion der Kohle 10 hauptsächlich ab läuft, in einem niedrigeren Teil innerhalb des Reaktors ge bildet, und eine Hochkammerreaktionszone 224, in der die Dampfreformierungsreaktion von Erdgas hauptsächlich ab läuft, wird in einem oberen Teil innerhalb des Reaktors ge bildet. Das Massenverhältnis Sauerstoff/Kohle von den Nie derkammerbrennern 211 wird stärker angehoben als es der Fall ist, wenn nur Kohle für die Vergasung zugeführt wird, um eine ausreichende Wärmemenge für die Dampfreformierung des Erdgases 20, das von den Hochkammerbrennern 212 zuge führt wurde, bereitzuhalten. Mit der vorliegenden Ausfüh rungsform des Reaktors 210 kann die Wärmeenergie, die bei der Kohlevergasung der Niederkammerreaktionszone 223 an fällt, für die Dampfreformierungsreaktion von Erdgas in der Hochkammerreaktionszone 234 ohne irgendeinen Wärmetauscher ausgenutzt werden.

Die Schlackenentnahme 220 in der unteren Zone des Reaktors 210 lenkt Schlacke, die durch schmelzende Aschen der Kohle entsteht, in den Schlackenkühltank 221, der unterhalb der Schlackenentnahme angeordnet ist, um diese aus dem Reaktor zu entfernen. Die aus dem Reaktor entnommene Schlacke 31 wird in dem Schlackenkühltank 221 mit Wasser gekühlt, so daß sie fest wird.

Die Einschnürung 222 innen am Ausgang des Reaktors verhin dert die Abgabe von unverbranntem Koks aus dem Inneren 219 des Reaktors. Dadurch, daß die Abgabe von unverbranntem Koks verhindert und ins Innere 219 des Reaktors zurückge führt wird, kann ein Absinken des Kohlevergasungsverhält nisses vermieden werden. Darüber hinaus vermindert die Ein schnürung die Abgabe von Festkörpern aus dem Reaktor strom abwärts, und dementsprechend kann die Kapazität des Staub filters 240 stromabwärts verringert werden. Insbesondere, wenn Keramikfilter als Staubfilter 240 verwendet werden, kann das Verstopfen der Keramikfilter verhindert werden, indem eine Einschnürung vorgesehen wird, und dementspre chend kann die Lebensdauer des Keramikfilters verlängert werden, was einen Vorteil bezüglich der Produktionskosten darstellt, die erheblich gesenkt werden können.

(Ausführungsform 3)

Eine weitere Ausführungsform 210 für die H₂-CO-Gasgemisch herstellung aus Erdgas und Kohle als Rohstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fig. 11 dargestellt. Der ge samte Reaktor besteht aus feuerfesten Materialien 216, die mit einem Kessel 217 umgeben sind, und der Reaktor kann in drei Zonen unterteilt werden, eine obere Reaktorzone 218, eine innere Reaktorzone 219 und eine untere Reaktorzone 215. Die Hochkammerbrenner 212 sind in der oberen Zone in stalliert, und die Niederkammerbrenner 211 sind in der un teren Zone des Reaktors installiert. Sauerstoffzufuhrbren ner 213 für die Zufuhr von Sauerstoff sind zwischen den Niederkammerbrennern 211 und Oberkammerbrennern 212 vorge sehen. Eine Schlackenentnahme 220 ist in der unteren Reak torzone 210 vorgesehen, und ein Schlackenkühltank 221 be findet sich unterhalb der Schlackenentnahme. Eine Ein schnürung 222 ist am Auslaß innen im Reaktor vorgesehen. Die Hochkammerbrenner 212, die Niederkammerbrenner 211 und die Sauerstoffversorgungsbrenner 213 sind in tangentialer Richtung mit Bezug auf die Innenwand des Reaktors angeord net, um eine Wirbelströmung zu erzeugen. Insbesondere wur den die Sauerstoffversorgungsbrenner so angeordnet, daß der entstehende Wirbel nach unten zur unteren Stufe des Reak tors läuft. Nur einzelne Hochkammerbrenner 212, Niederkam merbrenner 211 und Sauerstoffversorgungsbrenner 213 sind in Fig. 11 dargestellt, aber es können mehrere der obigen Brenner in mehreren Reihe angeordnet werden.

Als nächstes wird die Funktion der vorliegenden Ausfüh rungsform erläutert. Die Kohle 10 und das Oxydationsmittel wie Sauerstoff 11, die in das Innere des Reaktors von den Niederkammerbrennern 211 geleitet werden, bilden eine Wir belströmung und ihre Reaktion wird durch die Wirbelströmung dabei verstärkt. Genauso bilden das Erdgas 20 und der Dampf 22, die in das Innere des Reaktors von den Hochkammerbren nern 212 geleitet werden, eine Wirbelströmung, und ihre Re aktion wird durch die Wirbelströmung verstärkt.

Wenn eine ausreichende Menge an Sauerstoff in den Reaktor geleitet worden ist, wobei das Massenverhältnis Sauer stoff/Kohle 1 überschreitet, wird für den Fall, daß die Wirbelströmung, die durch die Niederkammerbrenner erzeugt wurde, schwach ist, die Temperatur in der Nähe der Nieder kammerbrenner lokal durch die Verbrennungsreaktion der Koh le erhöht. Daher wird der Sauerstoff mit dem Massenverhält nis Sauerstoff/Kohle, das 1 übersteigt, durch einen Sauer stoffversorgungsbrenner 213 zugeführt, so daß ein Bereich, in dem die Verbrennungsreaktion der Kohle ohne weiteres ab läuft, in zwei Zonen unterteilt wird, nämlich in der Nähe der Niederkammerbrenner und in der Nähe der Sauerstoffver sorgungsbrenner. Mit dieser Verbesserung kann ein lokales Aufheizen in dem Reaktor auf eine hohe Temperatur vermieden werden, und die Belastung der Metalle, aus denen der Reak tor besteht, können gesenkt werden. Da der Sauerstoff von den Sauerstoffversorgungsbrennern eine Wirbelströmung bil det, die zu den Niederkammerbrennern fließt, reagiert der Sauerstoff kaum mit dem Erdgas von den Hochkammerbrennern, und die Reaktion des Erdgases mit dem Dampf wird nicht ge stört. Andere Funktionen des Reaktors sind die gleichen wie bei dem Reaktor in der Ausführungsform 2.

(Ausführungsform 4)

Eine andere Ausführungsform des Reaktors 210 bei der H₂-CO- Gasgemischherstellung aus Erdgas und Kohle als Rohstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Der gesamte Reaktor besteht aus feuerfesten Materialien 216, die mit einem Kessel 217 umgeben sind, und der Reaktor umfaßt eine Kohlevergasungskammer 231 und eine Erdgasrefor mierungskammer 232, die durch eine Einschnürung getrennt sind. Sowohl die Kohlevergasungskammer 231 als auch die Erdgasreformierungskammer 232 ist mit Niederkammerbrennern 211 und Hochkammerbrennern 212 für die Versorgung mit Roh stoffen versehen, welche in tangentialer Richtung mit Bezug auf die Innenwand des Reaktors angeordnet sind. Eine Schlackenentnahme 220 befindet sich am unteren Teil des Re aktors, und ein Schlackenkühltank 221 wird unterhalb der Schlackenentnahme angeordnet. Eine Einschnürung 222 befin det sich am Auslaß des Reaktors. Die Kohle und das Oxydati onsmittel, die in den Reaktor durch die Niederkammerbrenner geleitet werden, bilden eine Wirbelströmung entlang der In nenwand des Reaktors und führen nach unten wegen der zen tralen Einschnürung 230 in der Mitte des Reaktors und wen den sich dann nach oben bei der Schlackenentnahme. Dement sprechend ist eine Retentionszeit für Kohle und Oxydations mittel sichergestellt, und die Vergasungsreaktion läuft ab. Genauso bilden das Erdgas und der Dampf, die in den Reaktor durch die Hochkammerbrenner geleitet worden sind, eine Wir belströmung entlang der Innenwand des Reaktors, welche nach unten gerichtet ist, da sich am Auslaß des Reaktors eine Einschnürung 222 befindet, und wird zu einem geraden Strom nach oben an der zentralen Einschnürung 230 gelenkt.

Als nächstes wird die Funktion der vorliegenden Ausfüh rungsform erläutert. Die Kohle 10 und das Oxydationsmittel wie Sauerstoff 11 werden in den Reaktor von den Niederkam merbrennern 211 geleitet, welche sich in der Kohleverga sungskammer 231 befinden, und das Erdgas 20 und der Dampf 22 werden in den Reaktor von den Hochkammerbrennern 212 ge leitet, welche sich in der Erdgasreformierungskammer 232 befinden. Mit diesem Aufbau soll der Reaktor verkleinert werden. Eine ausreichende Entfernung zwischen den Nieder kammerbrennern 211 und den Hochkammerbrennern 212 für Kon takt der Kohle 10 und des Sauerstoffs 11 mit dem Erdgas 20 und dem Dampf 22 nach ausreichender Reaktion von Kohle 10 und Sauerstoff 11 miteinander kann nicht erzielt werden, wenn der Reaktor verkleiner werden soll. Daher wurde erfin dungsgemäß die zentrale Einschnürung 230 in der Mitte des Reaktors vorgesehen, wurde die Kohlevergasungskammer 231, in der die Kohlevergasungsreaktion hauptsächlich abläuft, am unteren Teil des Reaktors aufgebaut und die Erdgasrefor mierungskammer 232, in der die Erdgasreformierungsreaktion hauptsächlich abläuft, im oberen Reaktorteil angeordnet.

Das Massenverhältnis Sauerstoff/Kohle, die von den Nieder kammerbrennern zugeführt wurden, wurde höher gewählt als wenn nur Kohle für die Vergasung zugeführt würde, um aus reichende Wärme für die Reformierung des Erdgases von den Hochkammerbrennern zu gewinnen. Der Reaktor der vorliegen den Ausführungsform eignet sich auch zum Ausnutzen der Wär meenergie, die durch die Kohlevergasungsreaktion in der Niederkammerreaktionszone 223 frei wird, für die Dampfre formierungsreaktion des Erdgases, die in der Oberstufenre aktionszone 224 abläuft, ohne daß ein Wärmetauscher notwen dig ist, genauso wie das Verfahren bei der Ausführungsform 3.

Die Funktionen der Schlackenentnahme 220 am unteren Teil des Reaktors, des Schlackenkühltanks 221 unterhalb der Schlackenentnahme und der Einschnürung 222 am Auslaß des Reaktors sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 3.

(Ausführungsform 5)

Fig. 10 stellt schematisch eine Ausführungsform einer Me thylalkoholherstellung aus Erdgas und Kohle als Rohstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Die Methylalkoholher stellung umfaßt einen Kohlevergasungsreaktor 280, einen Staubfilter 240, eine Entschwefelung 250, eine Erdgasrefor mierung 260 und eine Methylalkoholsynthese 310, die in der oben genannten Reihenfolge angeordnet sind.

Rohstoffe werden von der Kohleversorgung und Sauerstoffver sorgung in den Kohlevergasungsreaktor gebracht. Die Kohle versorgung umfaßt einen Bunker 110 und eine Kohlesteuer klappe 111. Der Bunker 110 dient zum Speichern von Kohle, die auf 90% unter-100-Unzen pulverisiert wurde, indem die groben Teile eliminiert wurden, wobei der Bunker mit Stick stoff 12 unter Druck gesetzt wird, welches ein Nebenprodukt der Sauerstofferzeugung 130 ist. Die Kohlesteuerklappe 111 ist eine Klappe zur Steuerung der Zufuhrmenge der Rohkohle in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Systems.

Die Sauerstoffversorgung umfaßt eine Sauerstofferzeugung 130 und ein Sauerstoffsteuerventil 131. Die Sauerstoffer zeugung 130 dient zur Kompression und Verflüssigung von Luft mit einem Kompressor und zur Destillation von verflüs sigter Luft zum Trennen von Sauerstoff und Stickstoff, der Hauptkomponente von Luft. Das Sauerstoffsteuerventil 131 ist ein Ventil zur Steuerung der Zufuhrmenge des Sauer stoffs, eines Oxydationsmittels, in Abhängigkeit von der Betriebsbedingung des Systems.

Der Kohlevergasungsreaktor 280 umfaßt Niederkammerbrenner 211 und Hochkammerbrenner für die Zufuhr von Kohle 10 und von Oxydationsmitteln wie Sauerstoff 11 und Dampf 22, die Wärmerückgewinnung 213 für die Kühlung des verbrauchten Ga ses und eine Schlackenentnahme 221 für das Sammeln der Schlacke, die durch Aschenschmelze der Kohle entsteht.

Der Staubfilter 240 beruht auf einem Trockenprozeß zum Sam meln von festem Staub in dem verbrauchten Gas, um nicht die Temperatur des Gases von dem Kohlevergasungsreaktor unter 900°C sinken zu lassen, was eine notwendige Temperatur für den Ablauf der Dampfreformierungsreaktion des Erdgases in der Erdgasreformierung 260 darstellt, die sich unterhalb des Reaktors befindet. Praktisch kann ein Drallabscheider oder ein Keramikfilter verwendet werden.

Die Entschwefelung 250 beruht auf einem Trockenprozeß wie der Staubfilter, um nicht die Temperatur des Gases absinken zu lassen. Der Trockenprozeß ist ein Verfahren zum Binden von H₂S-Gas direkt auf feinem Pulver aus Kalziumcarbonat oder Zinkoxyd.

Die Methylalkoholherstellung 300 ist dieselbe wie im kon ventionellen Fall.

Als nächstes wir die Funktion der vorliegenden Ausführungs form erläutert. Die Dampfreformierungsreaktion des Erdgases 20 erfordert eine hohe Temperatur von 1.600°C, wenn kein Katalysator verwendet wird. Entsprechend dem Verfahren in Ausführungsform 1 wird die hohe Temperatur durch Betreiben des Reaktors mit einem hohen Sauerstoff-/Kohlenverhältnis in dem Kohlevergasungsreaktor 280 erreicht. In diesem Fall übersteigt jedoch die hohe Temperatur manchmal die geeigne te Temperatur für die Vergasung, abhängig von der Art der Kohle. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungs form wird ein Katalysator in der Erdgasreformierung verwen det. Die Reformierungsreaktion des Erdgases läuft bei etwa 900°C ab. Wenn dementsprechend eine Temperatur von etwa 1000°C durch die Kohlevergasung eingehalten werden kann, reicht dies für die Reformierungsreaktion für Erdgas. Ob gleich die Produktionskosten hoch sind, da jeweils Reakto ren für Kohle und Erdgas vorgesehen werden müssen, wird in diesem Fall ein Betrieb mit hoher Effizienz aufgrund der Beschaffenheit der Kohle möglich. Obgleich Kohle und Erdgas nicht in dem selben Reaktor reagieren wie bei der Ausfüh rungsform 1, kann darüber hinaus die Verwendung eines Wär metauschers überflüssig werden, indem der Kohlevergasungs reaktor 280 und die Erdgasreformierung 260 in Reihe ge schaltet werden, und die effektive Ausnutzung der Wärme wird wie bei der Ausführungsform 1 möglich.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Umwandlungs verhältnis von Rohstoffen zu Methylalkohol etwa 80%. Dem entsprechend wird gegenüber dem konventionellen Verfahren eine Verbesserung des Umwandlungsverhältnisses von etwa 10-15% des Absolutwertes realisiert, ebenso wie bei Ausfüh rungsform 1.

Bei den Ausführungsformen 1-4 kann ein Brei aus Kohle und Wasser als Rohstoff für die Herstellung des H₂-CO-Gasge misches an Stelle von Kohle verwendet werden, und eine Kom bination aus Kohle-Wasser-Brei, Erdgas, Dampf und Oxydati onsmittel wie Sauerstoff kann als Rohstoff für die Herstel lung von H₂-CO-Gasgemisch herangezogen werden. Die Verwen dung des Kohle-Wasser-Breis an Stelle von Kohle vereinfacht die Handhabung der Rohrstoffe.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff (H₂)- Kohlenstoffmonoxyd (CO)-Gasgemisch, das die Schritte aufweist:
Pulverisieren von Kohle und
Zufuhr der pulverisierten Kohle in eine erste Reaktor zone mit einem Oxydationsmittel zur Erzeugung von Was serstoff und Kohlenstoffmonoxyd, wobei die weiteren Schritte sind:
Zufuhr von Erdgas in eine zweite Reaktorzone mit Dampf zur Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxyd zeitgleich mit der Zufuhr von der besagten pulveri sierten Kohle und dem besagten Oxydationsmittel und
Abgabe von dem erzeugten H₂-CO-Gasgemisch aus dem Re aktor.

2. Verfahren zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 1, wobei die besagte erste Reaktorzone auf einer Temperatur im Bereich von 900-1600°C gehalten wird und die besag te zweite Reaktorzone auf einer Temperatur im Bereich von 800-900°C mit Katalysator oder von 1000-1600°C ohne Katalysator gehalten wird.

3. Verfahren zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 1, wobei sich die besagte zweite Zone gasstrommäßig unterhalb der besagten ersten Zone im Reaktor befindet.

4. Verfahren zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 1, wobei das Erzeugungsverhältnis von Wasserstoff zu Kohlen stoffmonoxyd durch Einstellen der Zufuhrmengen der be sagten Kohle und des besagten Erdgases in den Reaktor gesteuert wird.

5. Verfahren zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 1, wobei die besagte erste Zone und die besagte zweite Zone da durch unterteilt werden, daß die zugeführte pulveri sierte Kohle und das Oxydationsmittel und das zuge führte Erdgas und der Dampf entlang dem Umfang im Re aktor jeweils verwirbelt werden.

6. Verfahren zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 1, wobei die besagte erste und besagte zweite Reaktorzone un terteilt werden durch eine Trennung wenigstens in Form einer Einschnürung.

7. Vorrichtung für die Herstellung von Wasserstoff(H₂)- Kohlenstoffmonoxyd (CO) -Gasgemisch, die umfaßt:
eine Rohstoffzufuhr, die umfaßt
einen Zerstäuber,
Speichertanks für jeweils Kohle, Sauerstoff, Erdgas und Wasser,
einen Dampferzeuger und
Steuerdüsen für die Regulierung der Zufuhrmengen von jeweils Kohle, Sauerstoff, Erdgas und Dampf,
einen Reaktor, der umfaßt
eine erste Zone, welche wenigstens einen Einlaß je weils für die Zufuhr von pulverisierter Kohle und Sau erstoff umfaßt,
eine zweite Zone, die wenigstens einen Einlaß jeweils für die Zufuhr von Erdgas und Dampf umfaßt, und
einen Auslaß für die Abgabe des erzeugten H₂-CO- Gasgemisches, eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung, ei ne Entschwefelungsanlage und einen Staubfilter.

8. Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 7, wobei die besagte zweite Zone sich gasstrommäßig unterhalb der ersten Zone im Reaktor befindet.

9. Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 7, wobei
die besagte erste Zone mit Vorrichtungen für die Er zeugung einer Wirbelströmung der zugeführten pulveri sierten Kohle und Sauerstoffströmungen jeweils in Richtung entlang des inneren Umfangs der kreisförmigen Wand des Reaktors versehen ist, und
die besagte zweite Zone mit Vorrichtungen für die Er zeugung einer Wirbelströmung des zugeführten Erdgases und der Dampfströmungen jeweils in Richtung entlang dem inneren Umfang der kreisförmigen Wand des Reaktors versehen ist.

10. Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 9, wobei
die besagte Vorrichtung zur Erzeugung einer Wirbel strömung in der ersten Zone Ausblasbrenner für die Zu fuhr pulverisierter Kohle und Sauerstoffströmungen je weils in Richtung entlang dem inneren Umfang der kreisförmigen Wand des Reaktors sind, um eine Wirbel strömung einer Mischung aus pulverisierter Kohle und Sauerstoff in dem Reaktor zu erzeugen, und
die besagten Vorrichtungen für die Erzeugung einer Wirbelströmung in der zweiten Zone Ausblasbrenner für die Zufuhr von Erdgas und Dampfströmungen jeweils in Richtung entlang dem inneren Umfang der kreisförmigen Wand des Reaktors zur Erzeugung einer Wirbelströmung einer Mischung aus Erdgas und Dampf im Reaktor sind.

11. Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 7, wobei eine Unterteilung wenigstens in Form einer Ein schnürung zur Abgrenzung der ersten Zone von der zwei ten Zone im Reaktor vorgesehen ist.

12. Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 7, wobei das Erzeugungsverhältnis von Wasserstoff zu Kohlen stoffmonoxyd in dem erzeugten H₂-CO-Gasgemisch durch Einstellen der Zufuhrmenge an Kohle und Erdgas jeweils durch die besagten Steuerventile reguliert wird.

13. Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 7, die außerdem umfaßt:
eine Vielzahl von Brennern an den Seitenwänden des Re aktors in mehreren Reihen entlang der Strömung des er zeugten Gases, wobei
der besagte Reaktor so aufgebaut ist, daß das erzeugte Gas in eine Richtung fließt,
wenigstens eine Reihe von besagten Brennern unter den mehreren Reihen in dem stromabwärts liegenden Bereich so zusammengesetzt sind, daß die Versorgung der Kohle mit Oxydationsmittel und des Erdgases mit Dampf verän derbar ist und der Rest der Brenner so aufgebaut sind, daß die Versorgung von nur der Kohle mit Oxydations mittel möglich ist, um mit dem Reaktor nicht nur die Vergasung der Kohle sondern auch die Reaktion des Erd gases mit Dampf gleichzeitig mit der Vergasung von Kohle zu ermöglichen, und
das Erzeugungsverhältnis von Wasserstoff zu Kohlen stoffmonoxyd in dem erzeugten H₂-CO-Gasgemisch gesteu ert wird durch Regulierung der Zufuhrmenge an Kohle und Erdgas jeweils für den Fall, daß sowohl Kohle als auch Erdgas in den Reaktor zugeführt werden.

14. Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 7, die außerdem umfaßt:
eine Vielzahl von Brennern, die an den Seitenwänden des Reaktors in zwei Reihen entlang des Stroms des er zeugten Gases angeordnet sind, wobei
der besagte Reaktor so aufgebaut ist, daß das erzeugte Gas in eine Richtung strömt,
das Erdgas und der Dampf von den Brennern im stromab wärts liegenden Bereich zugeführt werden, und
die Kohle und das Oxydationsmittel von den Brennern im stromaufwärts liegenden Bereich zugeführt werden, wo bei
eine Vielzahl von Sauerstoffzufuhrdüsen zwischen den besagten Brennern im stromabwärts liegenden Bereich und besagten Brennern im stromaufwärts liegenden Be reich vorgesehen sind, und
die Menge des in den Reaktor zugeführten Sauerstoffs mit einem Sauerstoff/Kohlen-Gewichtsverhältnis von größer als 1 in zwei Teile aufgespalten wird, wobei ein Teil mit dem Sauerstoff/Kohlen-Gewichtsverhältnis größer als 1 durch die besagten Sauerstoffzufuhrdüsen zugeführt wird, und der andere Teile mit dem Sauer stoff/Kohlen-Gewichtsverhältnis gleich 1 durch die be sagten Brenner im stromaufwärts liegenden Bereich zu geführt wird, so daß der untere Teil des Reaktors vor lokaler Überhitzung bewahrt wird.

15. Verfahren zur Synthese von Methylalkohol, das die Schritte umfaßt:
Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch mit einem H₂/CO- Verhältnis von 2 nach einem der Verfahren in den An sprüchen 1-6 und
Synthese von Methylalkohol aus dem besagten H₂-CO- Gasgemisch.

16. Vorrichtung für die Synthese von Methylalkohol, die umfaßt:
eine Methylalkohol-Synthesevorrichtung für die Synthe se von Methylalkohol aus einem H₂-CO-Gasgemisch von einer Vorrichtung für die Herstellung von H₂-CO- Gasgemisch nach einem der Ansprüche 7-13, welche in einer späteren Stufe der besagten Vorrichtung für die Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch installiert ist.

17. Vorrichtung für die Herstellung von Methylalkohol nach Anspruch 14, wobei:
Vorrichtungen für die Entfernung von Schwefelwasser stoff in dem erzeugten H₂-CO-Gasgemisch in einer Stufe vorgesehen sind, die vor der Zufuhr des H₂-CO-Gas gemisches von der Vorrichtung für die Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch in die besagte Methylalkoholsynthese vorrichtung liegt.

18. Verfahren zur Herstellung von Methylalkohol aus Kohle, Erdgas, Dampf und Oxydationsmittel, wobei eine Erdgasreformierungsanlage in einem stromabwärts liegenden Bereich einer Kohlevergasungsanlage instal liert ist, welche Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxyd her stellt.

19. Ein integriertes Energiesystem, bei dem die Herstel lung von Methylalkohol und die Erzeugung elektrischer Energie gleichzeitig ablaufen durch Installierung:
einer Vorrichtung für die Synthese von Methylalkohol aus H₂-CO-Gasgemisch und
eines elektrischen Generators mit H₂-CO-Gasgemisch als Brennstoff auf einer späteren Stufe der Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch nach Anspruch 7.

20. Ein integriertes Energiesystem nach Anspruch 19, wobei Vorrichtungen für die Entschwefelung zwischen der Vor richtung für die Herstellung von dem besagten H₂-CO- Gasgemisch und sowohl der besagten Vorrichtung für die Synthese von Methylalkohol aus H₂-CO-Gasgemisch als auch dem besagten elektrischen Generator mit H₂-CO- Gasgemisch als Brennstoff angeordnet sind.

21. Verfahren zum Betrieb eines integrierten Systems, bei dem
eine Produktion von Methylalkohol und elektrischer Energieerzeugung gleichzeitig erfolgen durch Instal lierung:
einer Vorrichtung zur Synthese von Methylalkohol aus H₂-CO-Gasgemisch und
eines elektrischen Generators, der H₂-CO-Gasgemisch als Brennstoff verwendet,
auf einer späteren Stufe der Vorrichtung zur Herstel lung des besagten H₂-CO-Gasgemisches, das die Schritte umfaßt:
Steuerung der Zufuhrmengen der Rohstoffe, Kohle, Erd gas, Dampf und Oxydationsmittel zu der Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch, um die Zusammenset zung des erzeugten Gases mit einem H₂/CO-Verhältnis von 2 zu ermöglichen, und
Zufuhr des besagten H₂-CO-Gasgemisches zur besagten Vorrichtung zur Synthese von Methylalkohol aus H₂-CO- Gasgemisch,
wenn nur Produktion von Methylalkohol durchgeführt wird,
Steuerung der Zufuhrmengen der Rohstoffe, Kohle, Dampf und ein Oxydationsmittel an die besagte Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch, dadurch daß nur Kohlevergasung durchgeführt wird, und
Zufuhr von dem besagten H₂-CO-Gasgemisch zum besagten elektrischen Generator, der H₂-CO-Gasgemische als Brennstoff verwendet, wenn nur elektrische Energie er zeugt wird, und
Steuerung der Zufuhrmengen von Kohle und Erdgas an die besagte Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO- Gasgemisch und Verteilung des H₂-CO-Gasgemisches von der Vorrichtung zur Herstellung von H₂-CO-Gasgemisch auf die Vorrichtung zur Synthese von Methylalkohol aus H₂-CO-Gasgemisch und dem besagten elektrischen Genera tor, der H₂-CO-Gasgemische als Brennstoff verwendet, aufgrund eines Verhältnisses von Methylalkoholproduk tion und elektrischer Energieerzeugung, um die Last der Vorrichtung für die Synthese von Methylalkohol aus H₂-CO-Gasgemisch stabil und unabhängig von Schwankung des Bedarfs an elektrischer Energie zu halten, wenn sowohl Methylalkoholproduktion als auch elektrische Energieerzeugung durchgeführt werden.