DE2521189C2 - Verfahren zur Herstellung eines methanreichen Gases - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines methanreichen GasesInfo
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Description
(a) das gekühlte und gereinigte Generatorgas auf Temperaturen von 200 bis 2600C vorerhitzt und
anschießend in einer ersten Methanisierungszone bei Temperaturen von 770 bis 86O0C methanisiert, das Gasgemisch aus dieser ersten
Methamsierungszone abzieht, sobald es einen
Gehalt von 40 bis 60 MoI-Va CH4 (trocken) aufweist und in drei aufeinanderfolgenden Stufen
zur Entfernung von Wasser auf eine Temperatur unterhalb des Taupunkts abkühlt, wobei im
Wärmetausch in der ersten Stufe mit Heißwasser überhitzter Wasserdampf in der zweiten
Stufe mit Generatorgas die der ersten Methanisierungszone zu unterwerfenden vorerhitzten
Prozeßgase, und in der dritten Stufe mit Wasser Heißwasser erzeugt werden,
(b) das methanreiche, auf 200 bis 2600C vorerhitzte
Prozeßgas aus der ersten Methanisierungszone
in einer zweiten Methanisierungszone bei Temperaturen von 570 bis 6500C methanisiert und
das erhaltene Produktgas abzieht, sobald es einen CH4-Gehalt von 65 bis 83% (trecken) aufweist und in drei aufeinanderfolgenden Stufen
auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes abkühlt, wobei im Wärmeaustausch in der ersten Stufe mit Heißwasser überhitzter Wasserdampf mit Temperaturen von 310 bis 3700C, in
der zweiten Stufe mit Produktgas der ersten Methanisierungszone die der zweiten Methanisierung zu unterwerfenden vorerhitzten Prozeßgasen und in der dritten Stufe mit Wasser
Heißwasser erzeugt werden, und
(c) das methanreiche, auf 200 bis 260° C vorerhitzte
Prozeßgas aus der zweiten Methanisierungszone in einer dritten Methanisierungszone bei
Temperaturen von 370 bis 4600C methanisiert und das erhaltene Produktgas mit einem CH4-Gehalt von 90 bis über 98 Mol-% (trocken) abzieht und in drei aufeinanderfolgenden Stufen
abkühlt, wobei im Wärmeaustausch in der ersten Stufe mit Heißwasser überhitzter Wasserdampf
mit Temperaturen von 288 bis 343"C, in
der zweiten Stufe mit Produktgas der zweiten Methanisierungszone die der dritten Methanisierung
zu unterwerfenden vorerhitzten Prozeßgase und in der dritten Stufe mit Wasser Heißwasser erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von reinem, methanrei-
,5 chen Gas aus kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen,
insbesondere zur Herstellung von methanreichen Brenngasen, die frei von nichtumgesetzten Kohlenstoffteilchen sind.
Die weltweite Brennstoffverknappung hai die Suche
nach neuen Energiequellen beschleunigt. Diese erstreckt sich insbesondere auf preiswerte, gasförmige
Brennstoffe, die bei der Verbrennung nicht die Atmosphäre verschmutzen. Nach US-PS 36 88 438 ist es bekannt, Synthesegas durch Partialoxidation von kohlen-
wasserstoffhaltigem Brennstoff mit bis zu 26 VoL-% Methan herzustellen, wobei mit einem vergleichsweise
hohen Gewichtsverhältuis von Dampf zu Brennstoff und ohne nachfolgende katalytische Methanisierungsstufe gearbeitet wird. Weiterhin ist es nach US-PS
37 09 669 bekannt, daß das Synthesegas nach Verlassen des Partialoxidaf'onsgasgenerators in einer zusätzlichen
Verfahrensstufe behandelt wird, in der in einer Wassergasreaktion vor der katalytischen Methanisierung das
H2/C0-M0I-Verhältnis auf vorzugsweise 3 eingestellt
wird. Bei diesem yerfshren tritt jedoch unerwünscht
sungsgases für den katalytischen Methanisierungsreak
tor über 10 MoI.-% (trocken, CO2-frei) ansteigt.
res, methanhaltiges Gas mit eint.p Methangehalt von
über 99 Mol.-% herzustellen, das einen Heizwert von 28765 bis 41033 kJ/Nm3 aufweist Das Verfahren während der Methanisierung soll dabei ohne Rußbildung
ablaufen um zu verhindern, daß Kohlenstoffabiagerun
gen die Wirksamkeit des Prozesses herabsetzen oder
die Lebensdauer der Katalysatoren verkürzen. Es soll ein wirtschaftliches und umweltfreundliches Verfahren
zur Methangasgewinnung bereitgestellt werden.
ren zur Herstellung eines methanreichen Gases durch Partialoxidation von kohlen wasserstoffhaltigem Brennstoff mit im wesentlichen reinem Sauerstoff und Wasserdampf in der Reaktionszone eines strörnungshindernisfreien, nichtkatalytischen Synthesegasgenerators,
wobei die Partialoxidation bei einer sich selbst einstellenden Temperatur von etwa 650 bis 12000C und einem
Druck von 25 bis 246 bar abläuft, das Atomverhältnis von Sauerstoff im Sauerstoffspeisegas zu Kohlenstoff
im Brennstoff (O/C-Verhältnis) im Bereich von 0,6 bis
1,2 liegt und das Gewichtsverhältnis von Dampf zu Brennstoff im Bereich von 3 bis 5 :1 eingestellt ist, und
das erhaltene Rohgeneratorgas mit einem H2/C0-M0I-verhältnis von 2,6 bis 4 (trocken) und einem Methangehalt von 10 bis 30 Mol-% (trocken, COrfrei) zur Entfcr-
nung von Kohlenstoffteilchen, H2O und Säuregas in einer Kühl- und Reinigungszone behandelt wird, und anschließend in Gegenwart von Übergangselementen der
VIII. Gruppe des Periodensystems, insbesondere Eisen,
Nickel oder Kobalt enthaltenden Katalysatoren bei
Temperaturen von ober 2OQ0C und einem Pruck von 25
ist 246 bar metbanisiert sowis das gebildete Wasser durch Abkühlen kondensiert wird, gelöst, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man
(a) das gekühlte und gereinigte Generatorgas auf Temperaturen von 200 bis 2600C vorerhitzt und
anschließend in einer ersten Methanisierungszone bei Temperaturen von 770 bis 8600C methanisiert,
das Gasgemisch aus dieser ersten Methanisiemngszone abzieht, sobald es einen Gehalt von 40 bis 60
Mol-% CH4 (trocken) aufweist und in drei aufeinanderfolgenden
Stufen zur Entfernung von Wasser auf eine Temperatur unterhalb des Taupunktes abkühlt,
wobei im Wärmetausch in der ersten Stufe mit Heißwasser überhitzter Wasserdampf, in: der
zweiten Stufe mit Generatorgas die der ersten Methanisierungszone zu unterwerfenden vorerhitzten
Prozeßgase und in der dritten Stufe mit Wasser Heißwasser erzeugt werden,
(b) das methanreiche, auf 200 bis 260° C vorerhitzte
Prozeßgas aus der ersten Methanisierungszorie in einer zweiten Methanisierungszone bei Temperaturen
von 570 bis 6500C, methanisiert und das erhaltene
Produktgas abzieht, sobald es einen CH4-Gehalt
von 65 bis 83% (trocken) aufweist und in drei aufeinanderfolgenden Stufen auf eine Temperatur
unterhalb des Taupunktes abkühlt, wobei im Wärmeaustausch in der ersten Stufe mit Heißwasser
überhitzter Wasserdampf mit Temperaturen von 310 bis 3700C, in der zweiten Stufe mit Produktgas
der ersten Methanisierungszone die der zweiten Methanisierungs zu unterwerfenden vorerhitzten
Prozeßgasen und in der dritten Stufe mit Wasser Heißwasser erzeugt werden, und
(c) das methanreiche, auf 200 bis 2600C vorerhitzte
Prozeßgas aus der zweiten Methanisierungszone in einer dritten Methanisierungszone bei Temperaturen
von 370 bis 460° C methanisiert und das erhaltene Produktgas mit einem CH4-Gehalt von 90 bis
über 98 Mol-% (trocken) abzieht und in drei aulfeinanderfolgenden Stufen abkühlt, wobei im Wärmeaustausch
in der ersten Stufe mit Heißwasser überhitzter Wasserdampf mit Temperaturen von 288 bis
3430C, in der zweiten Stufe mit Produktgas der zweiten Methanisierungszone die der dritten Methanisierung
zu unterwerfenden vorerhitzten Prozeßgase und in der dritten Stufe mit Wasser Heißwasser
erzeugt werden.
Nach abschließender Reinigung und Entfernung der Säuregase mittels eines Säuregasabscheiders wird ein
reines Produktgas mit 98 bis 99 Mol-% Methan und mehr erhalten. Vorteilhafterweise ist der Druck bei der
Durchführung der verschiedenen Verfahrensstufen wie Kühlung, Reinigung, Methanisierung und Wasserabzug
aus dem Prozeßgas im wesentlichen gleich dem Druck in der Reaktionszone des Synthesegasgenerators. Der
Katalysator enthält dabei zweckmäßigerweise 33 bis 38 Gew.-% an Nickeloxid und 12 bis 25 Gew.-% Aluminiumoxid.
Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung erlaubt es, die Ausbeute bei der Methanisierung kohlenstoffhaltigen
Brennstoffes auf über 99% CH4 zu steigern, wobei
durch Rückgewinnung und Rückführung einer Öl/Ruß-Aufschlämmung
der Wirkungsgrad des Verfahrens beträchtlich gesteigert werden kann. Daneben wird durch
die Einführung des dreistufigen Kühlverfahrens ein besonders wirksames und wirtschaftliches Verfahren zur
Abkühlung des ProzeQgases bereitgestellt, das es erlaubt,
überhitzten Wasserdampf zu gewinnen und im Prozeß als Wärmequelle wiederzuverwenden. Damit
wird auch die Umwelt durch Verminderung der Verfahrensabwärme weniger belastet
Durch Steuerung der Verfahrensbedingungen und Zusammensetzung des Gases in dem erfindungsgemä-
Ben kritischen Bereich wurde überraschenderweise gefunden, daß unerwünschte Rußbildung in jeder einzelnen
katalytischen Methanisierungszone verhindert wird, obwohl der CH4-Gehalt des Methanisierungsgases von
Methanisierungsstufe zu Methanisierungsstufe angeho-
ben wird und hohe Temperaturen eingesetzt werden. Das erfindungsgemäß hergestellte Produktgas ist frei
von Kohlenstoffteilchen und Schwefelverbindungen, so daß es ohne Verunreinigung der Atmosphäre verbrannt
werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst Synthesegas durch nichtkatalytische Partialoxidation
von kohlenwasserstoffhaltigem Bren ^iofi mit im wesentlichen
reinem Sauerstoff und Dampf in der Reaktionszone eines Strömungshindernisfreien Synthesegas-
generators hergestellt Der Begriff Synthesegas umfaßt prinzipiell Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid,
Wasserdampf, Methan sowie weitere Gase wie Stickstoff, Argon, Carbonylschwefel und/oder Schwefelwasserstoff
und auch mitgerissene Kohlenstoffteilchen. Die Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und die Reaktionsbedingungen
werden so gesteuert, daß ein Generatorgas mit einem Mol-Verhältnis H2: CO von 2,6 bis
4,0, einem CH4-Gehalt von 10 bis 30 Mol-% (trocken, Crfreie Basis) und einem Gehalt an mitgerissenen Kohlenstoffteilchen
von 0,1 bis 13 Gew.-% (bezogen auf das Basisgewicht des Kohlenstoffs in dem Kohlenwasserstoff-Brennstoff)
hergestellt wird.
Kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe, die als Ausgangsmaterialien für den Gasgenerator geeignet sind,
sind Kohlenwasserstoffe wie z. B. Erdöldestillate- und
Erdölrückstände, Gasöl, Brennstoffrückstände, Rohöl und reduziertes Rohöl, Asphalt, Kohleteere, Teeröle,
Schieferöle und Teersandöle. Leicht destillierende Erdöäe mit einem Siedepunkt bis zu 204°C, z.B. Naphta,
Gasolin und Kerosin, können benutzt werden, jedoch ist das Verfahren besonders wirtschaftlich; wenn preisgünstige,
schwefelhaltige Erdölbrennstoffe eingesetzt werden, die einen Siedepunkt von 204 bis 482° C und einen
Schwefelgehalt von 1 bis 7 Gew.-% aufweisen. Es können auch pumpbare Aufschlämmungen von festen kohlenwasserstoffhaltigen
Brennstoffen verwendet werden, z. B. von Kohle, Koks, Kohlenstoffteilchen und Petroleumkoks,
in einem der oben aufgeführten Kohlenwaserstoff-Brennstoffe
oder in Wasser. Zur Steuerung der Temperatur im Synthesegasgenerator wird Wasser
oder Dampf benutzt. Sie können getrennt zugeführt oder vermischt werben mit Sauerstoff oder mit kohlenwasserstoffhaltigem
Speisegas oder beidem. Es werden 3 bis 5 kg H2O pro 1 kg kohlenwasserstoffhaltigem
Brennstoff in die Reaktionszone eingeführt. Im wesentlichen reiner Sauerstoff mit einem Sauerstoffgehalt von
über 95 Mol-%, Rest N2 und seltene Gase, kann als Oxidationsmittel in die Reaktionszone eingeführ1 werden,
wobei sich der Temperaturbereich voll Raumtemperatur bis 6490C erstreckt. Das Verhältnis von Sauerstoff
zu Kohlenstoff im Speisegas (O/C-Verhältnis) beträgt
0,6 bis 1,2, vorzugiweist 0,8 bis 1,0. Die Mengt an Sauerstoff wird kontrolliert zugeführt, um die voll-
ständige Verbrennung des Kohlenstoffs zu verhindern und die Temperatur in der Reaktionszone zu steuern.
Das Sauerstoffgas wird gleichzeitig mit H2O und kohlenwasserstoffhaltigem
Brennstoff in die Reaktionszone des Synthesegasgenerators eingeführt. Hierbei kann ein
Ringbrenner benutzt werden, wie er in den US-Patentschriften 29 29 460 und 37 43 606 beschrieben ist. Der
Generator besteht aus einem zylindrisch geformten, senkrecht angeordneten Stahldruckkessel, dessen Innenwand
mit feuerfestem Material, z. B. Aluminiumoxid, ausgekleidet ist. In den US-Patentschriften 28 18 326
und 30 00 711 sind geeignete Gasgeneratoren beschrieben.
Die Größe der Reaktionskammer ist so gemessen, daß die durchschnittliche Verweilzeit der Reaktanden
und der Reaktionsprodukte im Bereich von 0,5 bis 20 Sek., vorzugsweise I bis 8 Sek., liegt. Am Kopf und am
Fuß des Gasgenerators sind axial fluchtend Einlaß und Auslaß angebracht. Die Einspeisung in den Gasgenerator
kann bei 38 bis 540°C vorgenommen werden. In einer oevurzugien /MiSiunfüngSiörin ΐ5ΐ am ϊνορΐ gcs
Gasgenerators ein Ringbrenner in axialer Ausrichtung zur Einspeisung und Vermischung des Beschickungsstromes an den Generatoreinlaß geflanscht.
In der Reaktionszone des nichtkatalytischen, strömungshindernisfreien
Synthesegasgenerators läuft die Reaktion bei einer autogenen Temperatur von 650 bis
930° C ab. Dabei liegt der Druck im Bereich von 24,5 bis 147 bar. Das Abgas des Gasgenerators hat die folgende
Zusammensetzung in Mol-% Trockenbase: H2: 30-50, CO: 8-18, CO2: 30-40, CH4: 6-20, H2S: 0-2,0, COS:
0-0,1, N2:0-03, A: 0-0,3, Kohlenstoffteilchen 0,1 -13
Gew.-% bezogen auf die Basis C im Brennstoff. Methan: 10-30 Mol-% (trocken, COrfreie Basis), H2:CO:
2,6-4,0.
Mit Hilfe üblicher Verfahren wird das Rohgasgeneratorgas gekühlt. Die Kohlcr.stoffteilchen und gasförmigen
Verunreinigungen werden entfernt. Das Generatorgas kann durch einen Abhitzekessel geführt werden und
durch indirekten Wärmeaustausch mit Wasser auf eine Temperatur im Bereich von 150 bis 430°C abgekühlt
werden. Dabei wird überhitzter Wasserdampf von 400 bis 450° C erzeugt, der im Gasgenerator, an anderer
Stelle im Prozoß oder auch außerhalb eingesetzt werden kann.
Kohlenstoffteilchen, z. B. freier Kohlenstoff und Ruß, sowie andere mitgerissene Festkörper, können aus dem
Rohgeneratorgas durch bekannte Waschtechniken in einer Gas/Flüssig-Waschzone entfernt werden. Die
Kohlenstoffteilchen können mit einem Öl/Wasser-Gemisch aus dem Prozeßgas ausgewaschen werden. Die
Aufschlämmung der Waschflüssigkeit mit Kohlenstoffteilchen kann iii den Gasgenerator als Teil der Kohlenwasserstoff-Einspeisung
zurückgeführt werden.
Wenn öl als Waschflüssigkeit eingesetzt wird, sollte
die Temperatur des Waschöls unterhalb der Cracktemperatur und oberhalb des Taupunktes von Wasser im
Prozeßgas gehalten werden. Das Rohgeneratorgas kann auch in eine Flüssiggaskolonne vom Glockenbodentyp
im Gegenstrom mit flüssigem Kohlenwaserstofföl eingeführt werden, wie in Perry's Chemical Engineers'
Handbook, 4. Auflage, McGraw Hill 1963, Kap. 18, Seiten
3 bis 5, beschrieben. Eine Aufschlämmung von Kohlenstoffteilchen und flüssigem Kohlenwasserstofföl wird
dann von dem Boden der Waschkolonne bei einer geeigneten Vorwärmtemperatur als Teil der Kohlenwasserstoffeinspeisung
in die Reaktionszone des Synthesegasgenerators gegeben.
Falls erforderlich, kann der Waschvorgang fortgesetzt werden, z. B. indem das Gas in Kohlenwasserstofföl
abgeschreckt oder in einem flüssigen Kohlenwasserstoff mittels einer Waschdüse oder eines Venturiwäscher
gewaschen wird (Perry's Chemical Engineers'
Handbook, 4. Auflage, Kap. 18, Seiten 54 bis 56).
Wenn das Prozeßgas den Waschturm verläßt, ist es praktisch frei von Kohlenstoffteilchen und weist eine
Temperatur von 149 bis 343" C auf. Es wird dann kondensiert, und verdampfte Kohlenwasserstoffe und Was-
ο ser werden abgetrennt (siehe dazu US- PS 36 39 261).
In einer nächsten Verfahrensstufe wird säurehaltiges Gas, das aus CO3, HjS und COS oder Mischungen davon
besteht, aus dem Prozeßgas in einer Gasreinigungszone entfernt. Dieses kann durch physikalische oder chemisehe
Absorption mit geeigneten Lösungsmitteln, wie Methylalkohol, N-Methylpyrrolidon, Triäthanolamin.
Propylencarbonat und Kaliumcarbonat, geschehen. Das Lösungsmittel sollte für Methan, Wasserstoff und CO
unlöslich sein. Der größte Teil des CO2, der im Lösungs-
2Q rriit'.s! adsorbiert ist, wird durch Verdampfen freigesetzt.
Das CO2-GaS hat einen Reinheitsgrad von 98,5% und kann zur organischen Synthese eingesetzt oder dem
Gasgenerator als Temperaturmoderator zugeführt werden. Das gereinigte Lösungsmittel wird in die Absorp-
tionskolonne zur Wiederverwendung zurückgeführt. Falls erforderlich kann das Prozeßgas durch Eisenoxid
oder aktivierte Kohle geleitet werden, um Restspuren von H2S oder organischen Sulfiden zu entfernen.
Übungsmittel, die H2S oder COS enthalten, können
durch zusätzliche Verdampfung regeneriert werden. Aus H2S und COS kann dann, z. B. nach dem Claus-Verfahren,
reiner Schwefel gewonnen werden, wie in Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 2. Aufgabe,
Band 19, John Wiley 1969, Seite 352 beschrieben.
Nach der Gasreinigungszone hat das im wesentlichen trnrk.pp.e Generatorgas foleende Zusammensetzung in
Mol-%: H2: 45-757 CO: U -30, CH4: 10-30, CO2:
0-0,5 und weniger als 0,1 ppm Schwefel (H2S + COS). Der obere Heizwert liegt im Bereich 419-561 k|/Nm3,
und die Temperatur liegt im Bereich von 37 bis 100°C, nachdem das Säuregas entfernt wurde. Danach wird das
Generatorgas auf eine Temperatur von 200 bis 240° C durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Prozeßgas
aus dem ersten katalytischen Methanisator aufgeheizt.
Die katalytische Herstellung von Methan aus Wasserstoff und Kohlenoxid verläuft in der Regel in exothermer
Reaktion. Hohe Temperaturen im Katalysatorbett, die zur Zerstörung der Aktivität des Katalysators und
zur Herabsetzung der Methanausbeute führen, können durch die Anwendung bekannter Steuerverfahren verhindert
werden.
Übergangselemente der Gruppe VIII, hau, sächlich Eisen, Nickel und kobalt, sind sehr geeignete Katalysatoren
für die Methanisierung. Die Lebensdauer des Katalysators kann dadurch verlängert werden, daß der
Schwefelgehalt im Reaktionsgas unter 2,85 mg/Nm3 Schwefel gehalten wird.
Es ist bekannt, daß bei Einhaltung bestimmter kritischer Verfahrensbedingungen die Reaktionskomponenten
CO und H2 im Prozeßgas auf katalytischem Wege unter Erhöhung des Methangehaltes umgesetzt werden
können, ohne daß dabei unerwünschte Nebenprodukte wie Ruß entstehen. Während der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird auch kein freier
Kohlenstoff auf dem Katalysator abgelagert Gleichzeitig
wird wertvoller überhitzter Wasserdampf hergestellt. Die Verfahrenstemperatur in der ersten katalytischen
Methanisierungszone beträgt 770 bis 860° C Die
Raumströmungsgeschwindigkeit beträgt zwischen 100 bis 10 000 Raumteile Gas pro Raumteile Katalysator
und Stunde, wobei der Druck 24,5 bis 147 bar beträgt. Die Verfahrenstemperatur in der zweiten Methanisierungszone
betragt 570 bis 6500C und in der dritten Methanisierungszone
370 bis 4600C.
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispiels sowie einer Zeichnung
näher erläutert:
Dar« kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial wird to
über eine Speiseleitung 1 bei einer Temperatur von 11O0C vom Tank 2 mit 1090 kg/h abgezogen. Aus der
Leitung 4 tritt überhitzter Wasserdampt bei einer Temperatur von 430°C und in einer Menge von 3860 kg/h in
die Leitung 3 ein und wird dort mit dem Kohlenwasser-Stoffausgangsmaterial
gemischt. Die Mischung gelangt durch Ringraum 5 in den Ringbrenner 6, der an dem
Einlaß 7 eines vertikal angeordneten Gasgenerators 8 angeflanscht ist. Der Gasgenerator ist strömungshindernisfrei
und besitzt eine Reaktionskammer 9 mit 0,62 m3 Rauminhalt. Das kohlenwasserstoffhaltige Ausgangsmaterial
im Tank 2 enthält 525 kg Brennstoff mit einem oberen Heizwert von 43 335 kj/kg und 17°C API. Während
der Brennstoff durch Leitung 10 in den Tank eingeführt wird, gelangt eine ÖL/Ruß-Aufschlämmung durch
Leitung 11 dorthin. Die Öl/Ruß-Aufschlämmung im
Tank hat ein Gewicht von 569 kg und besteht aus 44 kg Kohlenstoffteilchen sowie 525 kg hochsiedendem
Waschöl. Von Leitung 20 gelangen 1065 kg Sauerstoff (99,5 MoI-0Zn) mit einer Temperatur von 44"C durch das
Zentralrohr 21 des Brenners 6 in die Reaktionskammer 9. Oort läuft die Partialoxidation bei einer sich selbst
einstellenden Temperatur von etwa 93O0C und einem Druck von 103,5 bar ab.
Die Verweilzeit in der feuerfest ausgekleideten Reaktionszone beträgt ungefähr 12 Sek. Durch Auslaß 22 des
Synthesegasgenerators 8 gelangen 248 Nm3 Synthesegas in die Leitung 23. Die Zusammensetzung des Synthesegases
und der obere Heizwert sind ά Tabelle I angegeben. Die Temperatur des methanreichen Rohgeneratorgases
wird im Abhitzekessel 24 durch indirekten Wärmeaustausch auf 316° C gesenkt, wobei das Kühlwasser
durch Leitung 25 mit etwa 650C in den Abhitzekessel 24 eintritt und diesen durch Leitung 26 mit etwa
427°C als überhitzter Dampf verläßt. Ein Teil des überhitzten Dampfes wird zum Synthesegasgenerator über
Leitung 4 zurückgeführt. Die Rußbestandteile des Rohgeneratorgases werden durch ölwäsche im Venturiwäscher
27 mit Hilfe von Waschöl entfernt, das durch Leitung 28 aus der Leitung 12 zugeführt wird. Die Öl/Ruß-Mischung
wird durch Leitung 29 in die Waschkolonne 30 eingeleitet und dort unter Zusatz von weiterem
Waschöl, das durch Leitung 31 eintritt, aufbereitet. Am Boden der Waschkolonne 30 wird eine Öl/Kohlenstoff Aufschlämmung
durch Leitung 11 abgezogen. Diese Aufschlämmung ist während des Waschprozesses aufgeheizt
worden und wird nun im Tank 2 gespeichert, um dem Synthesegasgenerator als Teil des Kohlenstoffausgangsmaterials
wieder zugeführt zu werden. Das gereinigte Generatorgas strömt vom oberen Ende der
Waschkolonne 30 durch die Leitung 35 in den Kühler 36. Dort wird das Generatorgas auf eine Temperatur von
etwa 38° C abgekühlt, um Wasser und restliche, nicht
flüchtige Bestandteile zu kondensieren und durch die Leitung 38 auszuscheiden. Das Kühlwasser tritt mit
Raumtemperatur durch die Leitung 37 in den Kühler 36 ein.
Das trockene, festkörperfreie Generatorgas wird durch Leitung 39 in einen gewöhnlichen Säuregasabscheider 40 eingeleitet, wo CO2 und H2S durch Leitungen 41 und 42 abgezogen werden.
Das trockene, festkörperfreie Generatorgas wird durch Leitung 39 in einen gewöhnlichen Säuregasabscheider 40 eingeleitet, wo CO2 und H2S durch Leitungen 41 und 42 abgezogen werden.
Tabelle I gibt die Zusammensetzung und den oberen Heizwert des Generatorgases nach Verlassen des Säuregasabscheiders
40 durch Leitung 43 an. Das Generatorgas wird dann im Wärmeaustauscher 45 auf eine
Temperatur von 26O0C aufgeheizt. Die Aufheizung geschieht
durch indirekten Wärmeaustausch mit Prozeßgas, das die erste katalytische Methanisierungszone 46
verlassen hat und zum Teil im Abhitzekessel 47 abgekühlt wurde.
Das aufgeheizte, methanreiche Generatorgas wird durch Leitung 48 in die Methanisierungszone 46 bei einer
Raumströmungsgeschwindigkeit von 7000 Raumteile Gas pro Raumteile Katalysator und Stunde eingeführt.
Der Katalysator in der Methanisierungszone 46 enthält NiO · AL2O3, der auf Kaolin aufgebracht und
mit Wasserstoff reduziert wurde.
Durch die Leitung 49 verläßt das Prozeßgehäuse die ivieihanisierungszoiie 46 iiiii einer Temperatur von
827° C und wird dann in drei Stufen auf eine Temperatur von 37,8°C abgekühlt, um Wasser auszukondensieren.
In einer ersten Stufe des Kühlverfahrens wird das Prozeßgas im Abhitzekessel 47 auf 260°C durch indirekten
Wärmeaustausch mit Wasser abgekühlt, das durch Leitung 50 in den Abhitzekessel eingeführt und ihn durch
Leitung 51 mit einer Temperatur von 371°C als überhitzter Wasserdampf verläßt. In der zweiten Stufe wird
das Prozeßgas durch die Leitung 52 in den Wärmeaustauscher 45 geführt und dadurch auf eine Temperatur
von 93" C abgekühlt, wodurch gleichzeitig das Speiseglas
für die erste Methanisierungszone 46 aufgeheizt wird.
In der dritten Kühlstufe wird das Prozeßgas durch Leitung 53 in den Kühler 54 eingeführt und dort unter
den Taupunkt gekühlt durch indirekten Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser, das durch die Leitung 55
mit Raumtemperatur von 21,7°C eintritt und den Kühler
54 durch die Leitung 50 mit 65,6°C verläßt. Kondensiertes
Wasser wird durch die Leitung 56 abgezogen.
Die Zusammensetzung und der obere Heizwert d*s
Prozeßgases, das nun durch Leitung 60 die erste Methanisierungszone verläßt, wird in Tabelle I gezeigt. Im
Erhitzer 61 wird das Prozeßgas auf eine Temperatur von 2600C aufgeheizt und dann in einer zweiten katalytischer!
Methanisierungszone 62 durch die Leitung 63 eingeführt. Der Katalysator in der Methanisierungszone
62 ist von derselben Beschaffenheit wie der Katalysator in der Methanisieningszone 46. In der Methanisierungszone
62 reagieren CO und H2, um Methan und Wasser zu bilden. Das Prozeßgas wird durch Leitung 64 mit
einer Temperatur von 627° C abgezogen. Wie bereits bei der ersten Methanisierungszone beschrieben, wird Wärme
von dem Prozeßgas in einem Abhitzekessel 65 abgezogen und dabei überhitzter Wasserdampf mit einer
Temperatur von 343° C gebildet, der durch Leitung 66
den Abhitzekessel verläßt. Ein zweites Mal wird Wärme aus dem Prozeßgas im Erhitzer 61 gezogen, um den
gasförmigen Speisestrom für die zweite Methanisierungszone 62 vorzuheizen, und ein drittes Mal wird
Wärme im Wärmeaustauscher 67 gewonnen, die das Kühlwasser von Raumtemperatur auf 65,6° C anwärmt
Das Prozeßgas wird dabei auf 37,8° C abgekühlt (unterhalb des Taupunktes), und das kondensierende Wasser
wird durch Leitung 68 abgezogen.
Das Prozeßgas gelangt nun durch Leitung 69 in eine dritte Methanisierungszone. Es weist dabei eine Zusam-
ίο
mensetzung und einen Heizwert auf. die wie in Tabelle I gezeigt. Das ProzeDgas wird im Wärmeaustauscher 75
auf eine Temperatur von 5600C erwärmt und dann in der dritten Methanisierungszone 76 durch Leitung 77
eingeführt. Der Katalysator in der Methanisierungszone 76 hat dieselbe Beschaffenheit wie der Katalysator der
Methanisierungszonen 46 und 62. Ebenso ist die Raumströmungsgeschwindigkeit
in den Methanisierungszonen 46,62 und 76 '.n etwa gleich hoch.
In der Methanisierungszone 76 reagieren CO und H2
miteinander, und es entstehen Methan und Wasser. Das Prozeßgas verläßt die Methanisierungszone durch Leitung
78 mit einer Temperatur von 4270C. Wie schon vorher beschrieben, wird im Abhitzekessel 79 überhitzter
Dampf hergestellt mit einer Temperatur von 316°C. der den Kessel durch Leitung 80 verläßt. Im Wärmeaustauscher
75 wird das Prozeßgas vorgewärmt, worauf in
Zusammensetzung und oberer ! !eizwert der Prozeßgase: bzw. des Produktgases in MoI-P7?. !rocken
einem Wärmeaustauscher 81 das Kühlwasser von Raumtemperatur auf etwa 65,6°C erwärmt wird. Das
Prozeßgas wird a if 37,8°C abgekühlt, und das kondensierte
Wasser durch die Leitung 82 abgezogen.
Die Zusammensetzung und der obere Heizwert des Produktgases beim Verlassen der dritten Methanisierungszone
wird in Tabelle I gezeigt. Das Prozeßgas verläßt den Wärmeaustauscher 81 durch Leitung 83 und
wird dann in einen gewöhnlichen Säuregasabscheider 84 eingeführt. Dort wird die Restmenge CO2 durch Leitung
85 abgezogen, und ein sauberes Produktgas wird durch Leitung 86 in einer Menge von 789 NmJ gewonnen. Das
Produktgas hat einen Methangehall von 9<1 MoI-% und
einen oberen Heizwert von 41 409 KJ/NmJ. In Tabelle I
ist die Zusammensetzung und der obere Heizwert des Produktgases in Leitung 86 gezeigt.
Leitung Nr.
23
23
43
60 69
CO | 13,3 | 19,5 | 9.5 | 2.0 | 0,1 | 0.1 | |
i | H2 | 35.0 | 50,6 | 29.3 | 8,6 | 0,8 | 0,8 |
1 | CH4 | 20,5 | 29,8 | 57,4 | 84,3 | 94.1 | 99.0 |
CO2 | 30,8 | 0 | 3.7 | 5,0 | 4.9 | 0 | |
I | H2 S+ COS | 0,3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
3 | A + N | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0.1 | 0.1 |
% | oberer Heiz | ||||||
wert in KJ/Nm3 | 14 948 | 21 689 | 29 016 | 36 218 | 39 148 | 41 4 |
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch;Verfahren zur Herstellung eines methanreichen Gases durch PartJaloxidation von kohlenwasserstoffhaltigero Brennstoff mit im wesentlichen reinem Sauerstoff und Wasserdampf in der Reaktionszone eines Strömungshindernisfreien, nichtkatalytischen Synthesegasgenerators, wobei die Partialoxidation bei einer sich selbst einstellenden Temperatur von etwa 650 bis 1200"C und einem Druck von 25 bis bar abläuft, das Atomverhältnis von Sauerstoff im Sauerstoffspeisegas zu Kohlenstoff im Brennstoff (O/C-Verhältnis) im Bereich von 0,6 bis 1,2 liegt und das Gewichtsverhältnis von Dampf zu Brennstoff im Bereich von 3 bis 5 :1 eingestellt ist, und das erhaltene Rohgeneratorgas mit einem H2/CO-MoIverhältnis von 2,6 bis 4 (trocken) und einem Methangehalt von 10 bis 30 Moi-% (trocken, CO^frei) zur Entfernung von Kohlenstoffteilchen, H2O und Säuregas in einer Kühl· und Reinigungszone behandelt wird, und anschließend in Gegenwart von Obergangselementen der VIII. Gruppe des Periodensystems, insbesondere Eisen, Nickel oder Kobalt enthaltenden Katalysatoren bei Temperaturen von Ober 2000C und einem Druck von 25 bis 246 bar methanisiert sowie das gebildete Wasser durch Abkühlen kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man
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