DE2462153A1 - Verfahren zur herstellung eines mit erdgas austauschbaren gases - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines mit erdgas austauschbaren gases

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DE2462153A1 DE19742462153 DE2462153A DE2462153A1 DE 2462153 A1 DE2462153 A1 DE 2462153A1 DE 19742462153 DE19742462153 DE 19742462153 DE 2462153 A DE2462153 A DE 2462153A DE 2462153 A1 DE2462153 A1 DE 2462153A1
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Heinz Dipl Ing Jockel
Friedrich Wilhelm Dr Moellet
Wolf-Dieter Dipl Ing Mueller
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    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10LFUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/08Production of synthetic natural gas

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Description

  • Verfanren zur Herstellung eines mit Erdgas austauschbaren Gases Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines mit Erdgas austauschbaren Gases aus einem Wasserstoff und Rohle -oxide enthaltenden Rohgas aus der Vergasung von Kohle, Teeren oder schweren Rückstandsölen unter erhöhtem Druck, welches gekühlt und von Katalysatorgiften, insbesondere Schwefelverbindungen, gereinigt einer mindestens zweistufigen Methanisierung an Nickelkatalysatoren bei Drücken von 5 bis 100 bar und Temperaturen im Bereich von 200 bis 5000C unterworfen wird.
  • Es ist bekannt, daß sich Kohlen, Teere und schwere Rückstandsöle durch Vergasen mit Wasserdampf und Sauerstoff unter erhöhtem Druck und bei höheren Temteraturen in ein Rohgas überführen lassen, dessen Gehalt an Kohlenoxiden größer ist als der Wasserstoffgehalt des Gases. Die durch -die Druckvergasung von Kohlen etwa bei 20 bis 80 bar mit Wasserdampf und Sauerstoff erzeugten Rohgase enthalten im allgemeinen viel C02 (28 bis 32 Vo.%) und CO (15 bis 20 Vol.%) bei einem relativ geringen .l2-G.analt ()5 bis 44 Vol%). Bei der Vergasung von Teeren und Rückstandsölen bei Temperaturen von etwa 1100 bis 1500°C erhält man ein Rohgas, das 3 bis 6 Vol.% CO2, 46 bis 50 Vol.% CO und 40 bis 48 Vol.% @2 enthält. Schwere Rückstandsöle sind Kohlenwasserstoffe, die oberhalb von 25000 sieden.
  • Die gereinigten und dabei insbesondere von Schvefelverbindungen befreiton @ohgase können durch bekannte, ein- oder nehrstufige @ethanisierungsverfahren mit Nilfe von @ickelkatalysatoren zu Gasen - CO2-frei gerechnet - mit mindestens 90 Vol.% Methan umgewandelt werden, die mit Erdgas austauschbar oder mischbar sind. Der Wasserstoffgehalt dieser Gase soll 2 Vol.% nicht übersteigen, vielfach werden auch Wasserstoffgehalte von weniger als 1 Vol.% gefordert. Das Gas enthält meist noch inerte Bestandteile in Form von Stickstoff und Argon sowie restlichem Kohlendioxid.
  • Bei der Methanisierung werden die Oxide des Kohlenstoffs mit Wasserstoff katalytisch zu Methan und Wasserdampf durch folgende Reaktionen umgesetzt, die exotherm verlaufen: CO + 3 H2 = CH4 + H20 CO2 + 4 H2 = CH4 + 2 H2O.
  • Aufgrund thermodynamischer Zusammenhänge ist bekannt, daß möglichst niedrige Umsetzungstemperaturen erforderlich sind, um hohe Methangehalte bzw. niedrige Restgehalte an Kohlenoxid und Wasserstoff zu erzielen. Vielfach ist es dabei zusätzlich erforderlich, vor dem Passieren der letzten Katalysatorschicht einen Großteil des in den vorausgegangenen Umsetzungsstufen gebildeten Wasserdampfes zu entfernen, um die weitere Methanbildung bei gleicher Temperaturlage zu begünstigen.
  • Dei einem bekanlten Verfahren wird das gewaschene Rohgas zunächst In einer sogenannten Kreislaufmethanisierungsstufe bei höheren Austrittstemperaturen umgesetzt, wobei der oberhalb von etwa 2800C liegende aktive Temperaturbereich des Nickelkatalysators ausgenutzt wird. In dieser Methanisierungsstufe wird zur Verdünnung des Dinsatzgases ein Teil des gebildeten Produktgases nach Abkühlung in einem Abhitzekessel zum Eingang dieser Stufe zurückgeführt, Diese Kreislaufmethanisierungsstufe kann mehrstufig ausgeführt werde, inden das @ohgas in mehrere Teilströme aufgetellt und durch hintereinandergeschaltete @e@ktoren geleitet wird. Dabei s@ellt das Austrittsgas des ersten Reaktors das Verdünnungsgas für den zweiten Reaktor dar und das Produktg.as des letzten Reaktors der :eihe wird teilweise als Verdünnungsgas zum ersten Reaktor zurückgeführt.
  • Das in der Kreislaufmethanisierungsstufe gebildete Produktgas enthalt aufgrund der Gleichgewichtseinstellung bei vergleichsweise hoher Temperatur noch einen beträchtlichen Anteil an Wasserstoff, der nur bei niedrigeren Temperaturen mit weiteren Kohlenoxiden zu Methan umgesetzt werden kann. Es ist deshalb auch eine bekannte Verfahrensweise, das Produktgas der Kreislaufmethanisierungsstufe zu kühlen und einer ersten Nachmethanisierung zu unterwerfen, die ohne vorherigen Entzug von Wasserdampf als sogenannte nasse Wachmethanisierungsstufe betrieben wird. Da durch die nasse Methanisierung der gewünschte Methangehalt im Produktgas noch nicht erreicht wird, ist es weiterhin üblich, das erhaltene Gas abzukühlen, einen Großteil des darin enthaltenen Wasserdampfes auszukondensieren, dieses Gas wieder aufzuheizen und nochmals über Nickelkatalysatoren zu leiten. Diese sogenannte trockene Nachmethanisierungsstufe ergibt das gewünschte, mit Erdgas austauschbare Gas, aus dem nur noch überschüssiges C02 ausgewaschen zu werden braucht.
  • Gelegentlich wird auch unter Umgehung der nassen Nachmethanisierungsstufe das aus der kreislaufstufe abgezogene Produktgas unmittelbar gekühlt und nach Auskondensieren von Wasserdampf in die trockene Nachmethanisierung geschickt. Der Methangehalt dieses Produktgases ist jedoch geringer und auch die Rückgewinnung von freigesetzter Reaktionswärme wird verschlechtert, so daß der thermische Wirkungsgrad der Gesamtanlage gegenüber der zuerst geschilderten Verfahrensweise sinkt. Außerdem wird durch den geringen Wasserdampfanteil und die vergleichsweise hohe Austrittstemperatur des Gases aus der Hachmethanisierung die Gefahr der Rußbildung durch die Boudouard-Reaktion gegenüber den Verfahren mit aufeinanderfolgender nasser und trockener Machnethanisierung wesentlich erhöht.
  • Der @rfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfa@@@ der eingangs genannten Art die Nethanisierung zu vereinfachen und dabei auch auf das Auskondensieren von asserdampf vor der letzten Methanisierungsstufe zu verzichten. Gleichzeitig soll auch der Anteil der genutzten Reaktionswärme erhöht werden.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Produktgas der vorausgegangenen Methanisierungsstufe in der letzten Methanisierungsstufe an einem im Gegenstrom indirekt mit Gas gekühlten Katalysator umgesetzt wird. Die Gaskühlung im Methanisierungsreaktor erlaubt es, die Aktivität des Katalysators bis zu diesen niedrigsten Reaktionstemperaturen auszunutzen, wogegen adisbate Methanisierungsstufen hohere Temperaturen zum stabilen Betrieb benötigen. Da auch die letzte Stufe unter de-Bedingungen der nassen Methanisierung arbeitet, kann das Restgas geringfügig mehr Wasserstoff aufweisen, als dies bei der Anwendung einer trockenen iiethanisierung der Fall ist, wobei der Wasserstoffgehalt jedoch immer noch unter der geforderten löchstgrenze bleibt.
  • Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Wiedererwärmung des Gases vor der trockenen Methanisierung nach der Auskondensation von Wasserdampf entfällt, werden teure Wärmeaustauschereinrichtungen eingespart. Aufgrund des geringeren Druckverlustes 2 der erfindungsgemäßen Verfahrensführung steigt der Abgabedruck des Endgases, wodurch Energie bei der im Regelfall erforderlichen Verdichtung für die Abgabe in das Verteilernetz gespart wird.
  • Ist zur Einstellung des Inertgasgehalts des Endgases zusätzlich die Auswaschung überschüssigen Kohlendioxids erforderlich, so fördert der erhöhte Gasdruck die C02-Absorption, insbesondere beim Verwenden physikalisch wirkender Waschmittel. Wird die erfindungsgemäße Methanisierung bei so hohem Druck betrieben, daß das Endgas direkt in das Gasnetz abgegeben werden kann, so kann gleichzeitig auch der Druck in der vorausgehenden Vergasun; zur Erzeugung des Rohgases niedriger gewählt werden. In diesem Fall kommt die Energieersparnis der Vergasungsanlage zugute, wo die Vergasungsmittel Sauerstoff und Wasserdampf nur mit geringerem Druck zur Verfügung gestellt zu werden brauchen.
  • Vorteilhaft ist weiterhin, daß das erfindungsgemäße Verfah@en mit einem geringeren Katalysatorvolumen auskommt, als bei Anwendung einer nassen und einer trockemen @achmethanisierr@sstufe erforderlich wäre.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung kommt als Kühlgas einmal gereinigtes Rohgas infrage, das dann erwärmt in die die vorausgehende Methanisierungsstufe, z.B. eine Kreislaufmethanisi@-rungsstufe, geführt wire; zum anderen kann auch vorgekühltes Produktgas der vorausgegangenen Methanisierungsstufe verwendet werden, welches in Reaktor der letzten Methanisierungsstufe so geführt wird, daß es zunächst den Katalysator indirekt @ühlt, um dann erwärmt in Katalysator umgesetzt zu werden.
  • Das in der letzten Methanisierungsstufe umzusetzende Produktgas soll vorteilhafterweise mindestens 60 Vol.% Methan und 0,25 bis 0,7 kg Wasserdampf pro Nm Gas, jeweils bezogen auf trockenes Gas, enthalten.
  • Schaltungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt@ Fig. 1 die Methanisierung eines gereinigten rohgases, das gleichzeitig als Kühlgas in der letzten Methanisierungsstufe dient, Fig. 2 ein demgegenüber abgewandeltes Methanisierungsverfa'nren Fig. 3 den Temperaturverlauf in der letzte Methanisierungsstufe im Verfahren gemäß Fig. 1 -ünd Fig. 4 den Temperaturverlauf in der letzten Methanisierungsstufe im Verfahren gemäß Fig. 2.
  • In Verfahren der Fig 1 wird das von Katalysatorgiften gerelnigte Rohgas, welches überwiegend Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasserstoff enthält, in der Leitung 1 als Kühlgas durch den Methanisierungsreaktor 2 geführt. Das Rohgas konnt von der nicht dargestellten Gaswäsche mit einer Temperatur unter 200°C und üblicherweise von höchstens 100°C. Wurde das Rectisol-Vorfahren zur Gaswäsche verwendet, so beträgt die Austrittstemperatur des Gases etwa 20°C. In @eaktor 2 durcas@römt das R@ as die miteinander verbundenen Kühlelemente 3 und tritt in der Leitung 4 4 erwärmt aus dem £ceaktor 2 wieder aus. Das Rohgas in der Leitung 4 führt Wärme ab, die sich aus fühlbarer Wärme und Reaktionswärme aus der exothermen Hethanisierungsreaktion im schraffiert dargestellten Katalysatormaterial 5 zusammenset@t.
  • Der Methanisierungskatalysator enthält Mickel als aktive Komponente, vorzugsweise mit einem Anteil von 40 bis 65 aew.;i, auf einem wasserdampffesten Trägermaterial. Als Trägermaterial kommt z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumsilikat, Magnesiumsilikat, Magnesiumspinell oder Mischungen dieser Verbindungen infrage.
  • Das Rohgas in der Leitung 4 wird mit Produktgas in der Leitung 7 aus der Methanisierung im Reaktor 6 gemischt und das Gemisch in der Leitung # dem Methanisierungsreaktor 6 aufgegeben Der Reaktor 6 kann, wie in der Zeichnung schematisch dargestellt, als Schachtreaktor mit einer schraffiert gezeichneten Katalysatorfüllung 6a ausgebildet sein. Das Katalysatormaterial kann das gleiche wie im Reaktor 2 sein. Abweichend von ig. 1 kann das Katalysatormaterial 6a auch in mehrere Schichten unterteilt oder auf mehrere, hintereinander geschaltete Reaktoren verteilt sein.
  • Ein Teil des Produktgases des Reaktors 6 wird in Abhitzekessel 8 gekühlt; ungekühltes Produktgas wird in der Leitung 9 abgezweigt und ein Teil des gekühlten Produktgases in der Leitung 7 mit Hilfe des Verdichters 10 im Kreislauf zurückgeführt. Hinter den Abhitzekessel 8 wird ein Produktgas-Teilstrom auc- in der Leitung 11 abgezogen und mit dem Gas der Leitung 9 gemischt, um die gewünschte Temperatur des Gases einzustellen, das in der Leitung 12 in die letzte Methanisierungsstufe (Reaktor 2) gegebei wird. Die Eintrittstemperatur des Gases für den Reaktor 2 wird auf 250 bis 3500C eingestellt.
  • Die im @@hitzekessel 8 dem Produktgns entzogene @ärme die@@ zur Brzeugung von @asserdampf, der in der Leitung 15 ei@@@ D@@pftro@mel 14 zugelü@rt wird, @elche Speise asser in der Leitung 15 zugeführt erhült. Das asser in @er Tronnel 14 @ in der Leitung 16 zum Abhitzekessel 8 geführt. Oberschüssi@@.
  • Dampf wird der Dampftrommel 14 durch die Leitung 17 ent@o @@e..
  • Dieser Dampf steht z.B. als Vergasungsmittel für die Druckv@rgasung zur Erzeugung des Rohgases zur Verfügung.
  • Das Produktgas der Kreislaufmethanisierungsstufe mit den Aecktor 6 als Kernteil tritt in der Leitung 12 in den Kethanisierungsreaktor 2 ein und wird mit Hilfe des @ickelkatalysators 5 umgesetzt. Der Katalysator sitzt auf Rosten 18, die zwischen den Kühlelementen 3 angeordnet sind Die Kühlung 1nit Hilfe des Rohgases aus Leitung 1 wird vorteilhafterweise so eingestellt, daß die Temperatur im umzusetzenden Gas im oberen Bereich der Katalysatorschüttung zunächst ansteigt und dann zu der. Rosten 18 hin wieder abnimmt, da eine möglichst niedrige Endtemperatur des den Reaktor 2 verlassenden ungesetzten Gases angestrebt wird.
  • Um im oberen Teil der Katalysatorschüttung etwa in einer Länge vom 0,2- bis 0,4-fachen der gesamten Katalysatorhöhn die Reaktionstemperatur ansteigen zu lassen, kann dort in nicht näher dargestellter Weise, den Erfordernissen des Einsatzgases entsprechend, die Kühlung beibehalten, außer @irkung gesetzt oder vermindert werden0 Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß die für die Kühlung wirksame Höhe der Elemente 3 gleich oder niedriger als die Schichthöhe des Katalysatormaterials 5 gemacht wird oder wärmedämmende Schichten im besagten Teil der Kühlelemente angebracht werden Das Produktgas des Reaktors 2 verläßt diesem. durch die Leitung 19 und wird in der ebenfalls nur schematisch dargestellten Kühlstufe 20 abgekühlt, wobei sich üblicherweise Luftkühlung und Wasserkühlung ergänzen. Über die Leitung 21 wird das bei dieser Kühlung anfallende Kondensat abgezogen. Das Produktgas in der Leitung 22 wird, falls erforderlich, einer nicht dargestellten Machbehandlung zur Entfernung überschüssigen Kohlendioxides und zur Trocknung zugeführt.
  • Im Verfahrensschema der Fig. 2 sind gleiche Vergahrensteile wie in Fig. 1, für welche auch die dort bereits gegebene Erläuterungen gelten, mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Stufe der zum Reaktor 6 gehörenden Kreislaufmeth sierun nach Fig. 2 unterscheidet sich nur insoweit vom Verfahren dem Fig. 1, als das gereinigte Rohgas In der Leitung 4a dem rüc@ geführten Produktgas in der Leitung 7 zugemischt wird, ohne bereits vorher als Kühlgas für die letzte @ethanisierungsstufe gedient zu haben. Eine andere Ausgestaltung zeigt auch die letzte Methanisierungsstufe, die nunmehr gemäß Fig. 2 im Reaktor 30 durchgeführt wird. Dazu wird Produktgas in der Leitung 12 aus der Kreislauf-Methanisierungsstufe im Wärmeaustauscher 31 vorgekühlt, wobei die abgeführte Wärme zum Brwärmen von @peisewasser dient, das aus der Leitung 32 komrnt. Das allgewänmte Speisewasser wird dann in der Leitung 15 der Dampftrommel 14 zugeführt.
  • Nicht zwingend notwendig, aber für die Praxis vorteilhaft ist es, einen einstellbaren Teil strom des Produktgases ungekühlt in der Leitung 33 am Twlärmeaustauscher 31 vorbeizuführen und diesen.
  • Teilstrom dem gekühlten Produktgas-Teilstrom zuzumischen, um damit die Eintrittstemperatur des Gases für den Reaktor 30 einzustellen. Das vorgekühlte Produktgas in der Leitung 34 tritt in den Reaktor. 30 ein und verzweigt sich dort auf Kanäle 35, die zwischen Katalysatorbehältern 36 ausgebildet sind. Die Katalysatorbehälter 36 sind am obere de offen, so daß dor das umzuse-tzende Gas ungehindert in das Katalysatormaterial 5 eindringen kann, we das durch die abgebogenen Strömungspfeile @7 angedeutet ist. Das dafür nötige Druckgefälle im Vergleich der Gase in den Leitungen 34 und 39 ist in der Anlage vorhanden.
  • Das Katalysatormaterial 5 in den Behältern 36 sitzt auf Rosten 37.
  • unter denen jeweils noch ein Gassammelraum 38 freibleibt. Die Gassammelräume 38 der verschiedenen Behälter sind, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, untereinander verbunden, so daß das in den verschiedenen Behältern gebildete Produktgas gemeinsam in der Leitung 39 abgezogen werden kann. Die Weiterbehandlung dieses Produktgases erfolgt ebenso wie in den zu Fig. 1 gegebenen Erläuterungen.
  • Die Katalysatorbehälter 36 enthalten in ihren oberen Bereich jeweils Abschirmungen 40, die den Wärmeübergang verhindern oder zumindest weitgehend behindern. Dadurch wird das Katalysatormaterial in diesem Bereich durch das in den Kanälen 35 nach oben strömende Gas nicht gekühlt und die Temperatur des umzusetzenden Gases steigt mit wachsender Eindringtiefe in das Katalysatormaterial zunächst an. Die Kühlung .sird jedoch für den Katalysatorbereich zwischen den Rosten 38 und der unteren Begrenzung der Abschirmungen 40 wirksam, so daß dort die Temperaturen zu den Rosten 38 hin wieder abnehmen. Die ungekühlte Katalysatorstrecke beträgt etwa das 0,2- bis 0,4-fache der Iföne der Katalysatorschüttung.
  • Die Temperaturverhältnisse der Gase im Reaktor 2 werden anhand der Fig. 3, der Temperaturverlauf der Gase im Reaktor 30 wird mit Hilfe der Fig. 4 näher erläutert. Im Verfahren der Fig. 1 tritt relativ kaltes Synthesegas mit z.B. 250C (Punkt 3 in Fig. 3) in den ;Reaktor 2 ein und erwärmt sich allmählich beim Durchströmen der Kühlelemente 3 bis auf die Temperatur C.
  • Mit dieser Temperatur verläßt das Kühlgas den Reaktor 2.
  • Der Kurvenverlauf D-E-F betrifft das umzusetzende Gas, das in Leitung 12 in den Reaktor 2 einströmt. Es hat bei der ersten Berührung mit dem Katalysatormaterial 5 zunächst eine Temperatur D von etwa 3300C, welche ausreichend über der Mindest-Temperatur für die Aktivität des Katalysators von etwa 2500C liegt. Während das umzusetzende Gas im Katalysator nach unten strömt, steigt die Temperatur im Katalysator zunächst bis zum Punkt E an, danach setzt die Kühlwirkung des Rohgases in den Kühlelementen 3 vers-tärkt ein und bewirkt ein allmähliches Aosinken der Temperatur des Gases im Katalysatormaterial, je geringer die Entfernung zu den Rosten 18 wird. Die absinkende Temperatur im umzusetzenden Gas verschiebt die Gleichgewichtsverhältnisse in den Methanisierungsreaktionen zugunsten der Methanbildung. Der Punkt F gibt die Temperatur im umgesetzte Gas nach Verlassen des Katalysatormaterials an, das sich in der Leitung 19 sammelt.
  • Wird das umzusetzende Gas im Verfahren der Fig. 1 zu start gekühlt, so verläuft seine gestrichelt in wig. 3 eingezeich@ete Temperaturkurve flacher zum Punkt E' und fällt steiler zum Punkt F' hin ab. Bereits dazwischen (Punkt @) hört die @ktivität des Katalysators und damit die Umsetzung auf, so daß die restliche Katalysatorstrecke bis zum Rost nicht ausgenutzt vird.
  • Der Temperaturbereich niedriger Katalysatoraktivität mit geringer Reaktionsgeschwindigkeit wird dabei zu schnell durchlaufen, so daß die in der Leitung 19 erhaltene Gasanalyse schlechter ist, als wenn der Temperaturverlauf 3-F durchlaufen würde. Damit wird deutlich, wie wichtig eine ausreichende, jedoch an sich ändernde Bedingungen leicht anpaßbare Kühlung des Katalysatormaterials ist. In Fig. 3 gehör-t die gestrichelte Gerade B-C' zum Temperaturverlauf eines zu stark kühlenden Gases.
  • Im Verfahren gemäß Fig. 2 tritt das Produktgas der Kreislaufmethanisierung in der Leitung 34 mit der leicht einstellbaren Temperatur G (Fig. 4) in den Reaktor 30 ein und erwärmt sich beim Aufwärtsströmen durch die Kanäle 35, bis die Temperatur li am unteren Rand der Abschirmungen 40 erreicht ist. Die Strömungsstrecke entlang dieser Abschirmungen bringt keine weitere Temperaturerhöhung, was im Kurvenstück bis zum Punkt k berücksichtigt ist. Mit der Temperatur I; von etwa 3000C tritt das Produktgas dann von oben in die Katalysatorbehälter 35 ein und strömt dort durch das Katalysatormaterial zu den Rosten 3B, währenddem die Methanisierungsreaktionen ablaufen. Im umzusetzenden Gasgemisch steigt die Teimpera-tur zunächst @ bis zw Punkt i @@, weil aufgrund der Abschirmungen 40 keine Värne der exothermer Methanbildung abgeführt wird. Danach fällt die Temperatur durch die indirekte Kühlung wieder allmählich zum Punkt M hin ab, welcher die Temperatur des In der Leitung 39 abgezogenen -;oduktgases angibt.
  • Das Verfahren der Fig. 2 ist sehr flexibel, weil sich auf einfache Weise die Eintrittstemperatur des unzusetzenden Gases in der Leitung 34 einstellen läßt, was z.B. mit Hilfe der Umgehungsleitung 33 erfolgen kann, Mit der Eintrittstemperatur des Gases in den Reaktor 30 läßt sich auch die Kühlwirkung des Gases in den Kanälen 35 einstellen. Damit hat diese Eintrittstemperatur auch einen Einfluß auf die Endtemperatur des umgesetzten Gases (Punkt M), da M von der Eintrittstemperatur des eingeleiteten Produktgases abhängt. Durch die flexible Kühlung kann der jeweiligen Aktivität des Katalysators in Kbhängigkeit von dessen Alter optimal Rechnung getragen wercen; was auch für das Verfahren der Fig. 1 gilt.
  • In den beiden folgenden Zahlenbeispielen werden jeweils drei verschiedene gereinigte Rohgase bei der Umwandlung in mit Erdgas austauschbares Gas gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren betrachtet. Die Gase I und II stammen von einer Kohledruckvergasung mit Sauerstoff und Wasserdampf, wobei im Gas I das als Stöchiometriezahl bezeichnete Volumenverhältnis H2 : (3 CO + 4 CO2) = 0,6 und im Gas II die Stöchiometriezanl 1 betragt. Das Gas III stammt aus der thermischen Vergasung von schwerem Rückstandsöl (Bunker-C-ùl) bei Temperaturen zwischen 1200 und 14000C mit Sauerstoff und Wasserdampf.
  • Beispiel 1 In diesem Beispiel werden die drei Gase I, II und III beim Durchlaufen einer Verfahrens schaltung gemäß Fig.4k betrachtet.
  • Über Leitung 1 werden dem Methanisierungsreaktor 2 je 1000 kmol (1 kmol = 22,4 Nm3) Gase zugeführt, die einen Druck von 25 bar und eine Temperatur von 30°C aufweisen. Die Zusammensetzung der Gase ist In Tabelle 1 angegeben.
  • Tabelle 1 Ges I Gas II Gas III CO2 (mol-%) 8,00 3,00 8,00 CO " 16,00 17.20 27,30 H2 " 59,10 62.40 69,20 CH4 " 16,50 17,00 0,30 Inerte " 0,40 0,40 0,20 Diese Gase werden auf eine Temperatur von 150/165/135°C im Reaktor 2 aufgeheizt. (Die aufeinanderfolgenden Temperaturangaben gehören jeweils zum Gas I/Cas II/Gas III; diese abgekürzte Schreibweise wird auch nachfolgend benutzt.) Die im Reaktor 2 aufgeheizten Gase stehen in Leitung 4 zur Verfügung.
  • Vom Verdichter 10 werden in Leitung 7 4300/4650/6000 kmol feuchten Gases mit Temperaturen von 325/320/320°C zugemischt.
  • Die Zusammensetzung des Gases in Leitung 7 zeigt Tabelle 2.
  • Tabelle 2 Gas I Gas II Gas III CO2 (mol-%) 13,44 3,54 23,89 CO " 0,41 0,14 0,47 H2 " 7,92 11,78 8,58 CH4 " 77,33 83,60 66,47 Inerte " 0,90 0,94 0,59 H2O (mol/mol trockenes Gas) 0,4475 0,4721 0,6542 Die Gase in den Leitungen 4 und 7 werden gemischt, so daß durch Leitung zum Reaktor 6 5300/5650/7000 kmol feuchten Gases @it jeweils 3000C strömen.Die Zusammensetzung gibt Tabelle 3 an. Tabelle 3 Gas I Gas II Gas III CO2 (mol-%) 12,08 3,41 20,46 CO " 4,31 4,24 5,19 H2 " 20,75 23,96 21,67 CH4 " 62,09 67,58 52,17 Inerte " 0,77 0,81 0,51 H2O (mol/mol trockenes Gas 0,3354 0,3585 0,5129 Der Katalysator im Reaktor 6 ist ein Nickelkatalysator mit 58 Gew % Nickel auf einem Aluminiumoxid-Träger. Die Katalysator-Schütthöhe beträgt 2,65 m. Die Temperatur des Produktgases de Reaktors 6 beträgt in allen Fällen 460°C, wobei die Gaszusammensetzung bereits in Tabelle 2 angegeben wurde. Im Abhitzekessel 8 wird ein Teil des Gases aus de Reaktor 5 auf eine Temperatur von 315/310/310°C eingestellt, wobei mit einer Zulauftemperatur des Speisewassers von 105°C durch Leitung 15 in der Dampftrommel 17 14 500/15 550/19 050 kg Î von 7G bar Druck gebildet und über Leitung 17 an die Verbraucher abgegeben werden.
  • Für die Umsetzung im Reaktor 2 steht g Leitung 12 ein Gas mit in allen Fällen einer Temperatur von 330°C (Punkt D in Fig. 3) zur Verfügung, dessen Menge (feucht) 643,0/627,4/557,3 kinol beträgt. Bei dem in den Katalysator 5 eintretenden Gas überwiegt zunächst die Wärmentwicklung durch die exotherme Methanisierungsreaktion gegenüber der Kühlung, so daß die Temperatur in Katalysator bis zum Punkt z der Fig. 3 auf etwa 360/350/365°C ansteigt.
  • Im weiteren Verlauf der Katalysatorstrecke von 4 m Gesamtlänge überwiegt die Wärmeabfuhr an das Kühlgas, so daß schließlich eine Austrittstemperatur in allen Fällen von 2500C (Punkt F der Fig. 3) erreicht wird. Das Produktgas strömt in Leitung 19 ab.
  • In der Schlußkühlung 20 werden 3840/3610/4180kg Wasser konden siert und das die Methanisierung durch die Leitung 22 verlassende Produktgas mit jeweils einem Druck von 20,5 bar und einer Temperatur von 3000 in einer Menge von 412/383/311 knol besitzt die Zusammensetzung der Tabelle 4: Tabelle 4 Gas I Gas II Gas III C02 (mol-%) 12,87 1,22 24,18 CO@ " 0,01 0,01 0,01 H2 " 0,83 1,75 0,90 CH4 " 85,32 95,98 74,27 Inerte " o,97 1,G5 0,64 Wasserdampf (mol/mol trockenes 0,002 0,002 0,002 Gas) Für die Gase T und III ist üblichenjeise die Auswaschung überschüssigen Kohlendioxids in der nicht dargestellten Schlußwäsche erforderlich, wodurch Endgase folgender Qualitäten erzielt werden, die in Tabelle 5 angegeben sind: Tabelle 5 Gas I Gas III C02 0,50 C,50 CO 0,01 0,01 H2 0,95 1,17 CH4 97,43 97,47 Inerte 1,11 0,85 Das Gas II kann ohne CO2-Wäsche verwendet werden.
  • Beispiel 2 Die bereits für Beispiel 1 veniendeten Gase 1, II und III durchlaufen nunmehr die Verfahrensschaltung der Fig. 2. In Leitung 4a stehen je 1000 lmiol dieser Gase mit einer Temperatur von und einem Druck von 25 bar zur Verfügung, ihre Zusammensetzung ist die der Tabelle 1 in Beispiel 1. 4300/4650/6000 kmol feuchten Gases in Leitung 7 mit einer Temperatur von 345/340/330°C und der bereits in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzung werden dem Gas der Leitung 4a zugemischt. Damit ist das in den Reaktor 6 eingeleitete Gas bezüglich Menge, Temperatur und Zusammensetzung gleich wie im Beispiel 1.
  • Der Katalysator im Reaktor 6 weist 58 Gew.% Nickel auf einem Aluminiumoxid-Träger auf, die Schütthöhe beträgt 2,65 n. Das Produktgas des Reaktors 6 hat jeweils eine Temperatur von 460°C und die bereits im Beispiel 1 beschriebene Zusammensetzung.
  • Im Abhitzekessel 8 wird der Größte Teil des Gases aus aei Reaktor 6 auf 335/330/320°C gekühlt. Das in der Leitung 12 abgezogene Gas in einer enge (feucht) von 643,0/627,4/557,3 kmol und einer Temperatur von jeweils 350°C wird im Speisewasservorwärmer 31 weiter auf 195/175/1950C abgekühlt, wobei das in der Leitung 32 mit 105°C zufließende Speisewasser auf 175/175/150°C aufgeheizt und in der Leitung 15 der Dampftrommel 14 zugeführt wird. Durch die im Abhitzekessel 3 dz und Speisewasservorwärmer 3i Värmemengen werden 14 500/15 600/19 200 kg Wasser verdamprt, die als Sattdampf von 70 bar Druck in der Leitu@@ 17 ver@@ @@ar sine.
  • Da i@ @eispiel 2 die Umgehungsleitung 33 nicht benutzt wird, betragen die Temperaturen der Gase in der Leitung 34 195/175/ 19500, was den Funkt G der Fig 4 entspricht. In den Kanälen 35 des Reaktors 30 wird das Gas bis auf eine Temperatur von jeweils 300°C (Punkt H der Fig. 4) am Beginn der Abschirmungen 40 aufgeheizt. In der wärmeisolierten Strömungsstrecke des Kühlgases kann keine Wärme ausgetauscht werden, so daß das Gas auch mit der vorerwähnten Temperatur von 300°C in den Katalysator 5 (Punkt K der Fig. 4) gelangt. Die Schütthöhe des Katalysators 5 und damit die in Betracht zu ziehende Strömungsstrecke beträgt wiederum in allen Fällen 4 m, es wird der gleiche Katalysator wie im Reaktor 6 verwendet. In der ungekühlten Strömungsstrecke im (atalysator, die 1 in lang ist, steigt die Temperatur bis auf den Maximalwert (Punkt L in Fig. 4) von 345/350/3450C an. Das umzusetzende Gas enthält dabei noch einen restlichen Wasserstoffanteil von 2,1/4,5/2,6 mol-%. Die bis hierher erreichte Zusammensetzung des Gases würde etwa derjenigen entsprechen, die bei einem herkömmlichen Verfahren mit einer einstufigen,nassen Nachmethanisierung zu erzielen wäre.
  • Im gekühlten Teil des Katalysators 5 vermindert sich die.Temperatur der Gase beim weiteren Durch strömen zu den Rosten 37 hin stetig, bis schließlich mit 250°C für die umgesetzten Gase I, II und III die Endtemperatur (Punkt M in Fig. 4) erreicht ist.
  • Das Gas mit dieser Endtemperatur steht In Leitung 39 zur Verfügung. Die weitere Behandlung im Schlußkühler 20 und in einer nachgeschalteten CO2-Wäsche ist die gleiche wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Zusammensetzung der Gase I, II und III vor und nach der CO2-Wäsche ist die der Tabellen 4 und 5 (cispiel 1).

Claims (6)

P a t e n t a n s p r ü c ½ e
1. Verfahren zur Erzeugung eines mit Erdgas austauschbaren Gases aus einem Wasserstoff und Kohlenoxide enthaltenden @@@-gas aus der Vergasung von Kohle, Teeren oder schweren Rückstandsölen unter erhöhtem Druck, welches gekühlt und von @ntalysatorgiften, insbesondere Schwefelverbindungen, gereinigt einer mindestens zweistufigen Methanisierung an Nickelkatalysatoren bei Drücken von 5 bis 100 bar und Temperaturen im Bereich von 200 bis 500°C unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Produktgas der vorausgegangenen ie-thanisierungsstufe in der letzten Methanisierungsstufe an einem im Gegenstrom indirekt mit Gas gekühlten Katalysator umgesetzt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kühlen in der letzten Methanisierungsstufe gereinigtes Rohgas verwendet wird, welches im Gegenstrom zum umzusetzenden Gas durch die letzte Methanisierungsstufe geleitet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kühlen in der letzten Methanisierungsstufe vorgekühltes Produktgas der vorausgegangenen Methanisierungsstufe verwende@ wird, welches zunächst als Kühlgas durch die letzte Methanisierungsstufe strömt und dann im Gegenstrom durch deil Katalysator geführt wird.
4) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator 40 bis 65 Gew.% Nickel auf einem wasserdampffesten Trägermaterial enthält.
5) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Methanisierung in zwei Stufen durchgeführt wird und die Umsetzung in der ersten Methanisierungsstufe bei 250 bis 5000C und in der zweiten Stufe bei 250 bis 400°C erfolgt.
6) Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet, daß in der letzten Methanisierungsstufe ein Anteil von 0,2 bis 0,4 der Katalysatorstrecke am Eintrittsbereich für das umzusetzende Gas ungekühlt bleibt.
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