DE2549439A1

DE2549439A1 - Verfahren zur herstellung von methanreichen gasen

Info

Publication number: DE2549439A1
Application number: DE19752549439
Authority: DE
Inventors: Ernst Joern
Original assignee: Haldor Topsoe AS
Current assignee: Topsoe AS
Priority date: 1974-11-06
Filing date: 1975-11-04
Publication date: 1976-05-13
Also published as: DE2549439C2; US4130575A; FR2290410A1; CA1075906A; DK142501C; JPS5953245B2; SU1215617A3; DK495675A; FR2290410B1; DK142501B; IN142700B; BR7507253A; AR205595A1; DD122066A5; JPS5168502A

Description

P.O. Box 49, DK-2860 S^borg

"betreffend

Verfahren zur Herstellung von methanreicfaen Gasen,

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines methanreichen Gases durch"Methanisierung". Erfindungsgemäß werden Kohlenstoffoxide und Sauerstoff in Anwesenheit eines Katalysators zu Methan umgesetzt. Inbesonaere "betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Methanisierung eines Gases mit hoher Konzentration an Kohlenstoffoxiden.

Methanisierungsverfahren werden seit mehreren Jahren "benutzt, um Spuren von Kohlenstoff oxiden aus Synthesegasen auf der Grundlage von Ammoniak zu entfernen. In letzter Zeit sind solche Verfahren von immer steigender Wichtigkeit für die Herstellung von methanreichen Gasen, die sich als Ersatz für Naturgas eignen, geworden. Man kann auf die V/eise feste und flüssige fosile Brennstoffe, wie Kohle und Erdöl, durch Vergasen und anschließendes Methanisieren in Ersatzstoffe für Erdgas überführen.

Bei derartigen Methanisierungsverfahren nähert sich die Bildung von Methan aus Oxiden des Kohlenstoffs und Wasserstoff

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in Anwesenheit eines Katalysators rasch einem Gleichgewicht und verlauft^ nach einer oder "beiden der folgenden Reaktionsschemen:

(1) CO + 3H₉-^-CH, + H₉O

(2) GO₉ + 4H₉->GH, + 2H₉O ^v ' Zd 4 2

Es ist nicht besonders wichtig, zu wissen welche der obigen beiden Reaktionen schneller verläuft, da sich bald wie folgt ein Gleichgewicht zwischen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid einstellen wird:

(3) CO + H₂O -*■ CO₂ '+ H₂

Die"eigentliche Umsetzung bei der Methanbildung nach Reaktion (1) oder (2) oder beiden ist stark exothermisch, weshalb sich die Temperatur des Reaktionsgemisches und der Produkte während des Durchgangs durch ein Katalysatorbett in einem adiabatischen Reaktor erhöht. Andererseits verschiebt die ansteigende Temperatur das Gleichgewicht gegen eine geringere Methankonzentration. Eine vollständige oder annähernd vollständige Umsetzung ist daher nur möglich,wenn der Temperaturanstieg durch Kühlen des Reaktionsgases auf eine oder die andere V/eise, z.B. durch Zurückleiten von gekühltem Produktgasjbeschränkt wird.

Man hat denn auch bisher gekühltes Produktgas zurückgeleitet, um den Temperaturanstieg in einem adiabatisch betriebenen Methanisierungsreaktor zu verringern. So hat man das erzeugte Gas beispielsweise auf etwa 50⁰C oder weniger gekühlt und ihm, bevor man es zurückleitete, das Wasserdampfkondensat entzogen. Das Kühlen auf so niedrige Temperaturen ist insofern nötig, da man sonst zum Zurückleiten keinen konventionellen Kompressor verwenden könnte. Leider führt jedoch ein so vollständiges Abkühlen des Gases vor dem Zurückführen zu einer schlechten Energieausbeute

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"■ 3 —

bei der Methanisierung.

Kühlt man das zurückzuführende Gas andererseits nur wenig, so müßte der Kompressor einem Arbeiten bei hohen Temperaturen von z.B. 30O⁰C angepaßt werden. Bei so hohen Temperaturen wäre dann die Energiebilanz besser, da sich Icein Wasserdampf kondensieren würde und man die beim Kühlen entzogene Wärme zur Heißdampfproduktion ausnützen könnte. Ein einfacher und doch sicherer Kompressor für Temperaturen von wesentlich mehr als 150° ist jedoch kaum bekannt und wäre in jedem Fall kompliziert und teuer. Insofern würde das Zurückführen des produzierten Gases mit einer Temperatur von 300° zu ernsthaften Problemen hinsichtlich des Kompressors fuhrenJl)er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Methanisierungsverfahren bereitzustellen , bei dem der Reaktor durch Zurückleiten von gekühltem Produktgas kühler gehalten wird ohne daß eine Wasserdampfkondensation stattfindet und ohne Verwendung eines Kompressors. Das erfinaungsgemäße Verfahren zur Herstellung von methanreichem Gas, bei welchem ein Methan-Synthesegas gemeinsam mit einem Strom von heißem zurückgeführten Produktgas adiabatisch durch mindestens ein Katalysatorbett geleitet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß der zurückzuführende Gasstrom von dem Strom des Produktgases abgezweigt wird, nachdem dieser auf eine Temperatur über dem Konciensationspunkt des Produktgases gekühlt wurde, und daß der Strom von zurückzuführendem Gas mit Hilfe eines Ejectors zurückgeführt wird.

Im Einzelnen verläuft das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt: Zwecks Erzeugung eines methanreichen Gases in einem oder mehreren adiabatisch betriebenen Methanisierungsreaktoren vereinigt man einen Zufuhrstrom aus vorgewärmtem Methan-Synthesegas, der Wasserstoff und Kohlenstoffoxide, insbesondere Kohlenmonoxid, enthält mit einem zurückgeführten Strom des im Methanisierungsreaktor erzeugten Gases und leitet die vereinigten Ströme durch ein im Methanisierungsreaktor angeordnetes Bett aus einem Methanisierungskatalysator; den aus dem Reaktor austretenden Strom teilt

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man in einen zurückzuführenden Teilstrom und in einen Teilstrom aus Produktgas auf, der entweder der weiteren Verarbeitung zugeführt wird oder auch aufgefangen und zum unmittelbaren Ge"brauch, z.B. als Ersatz für Erdgas, gekühlt werden kann.,

Das beabsichtigte Ziel kann erfincmngsgemäß erreicht werden, wenn der Methanisierungsreaktor so betrieben wird, daß der austretende Strom eine Temperatur von 500 bis 70Q°C hat, worauf er dann auf eine Temperatur zwischen 250 und 350° abgekühlt wird," so daß eine Temperatur, je nach seiner Zusammensetzung und dem tatsächlich herrschenden Druck, mindestens 50⁰C über dem Taupunkt (d.h. der Kondensationstemperatur des in dem Abgasstrom anwesenden Wasserdampfs) liegt. lfacb|lem Kühlen wird der zurückzuführende. Teilstrom von dem Abgasstrom abgezweigt und ohne weitere Behandlung mit dem zuzuführenden Frischgas vereinigt.

Das erfinüungsgemäße Verfahren umfaßt demnach praktisch folgende Stufen:

(a) Man führt einem Methanissierungsrealctor einen Strom von vorgewärmtem, zur Methanisierung geeignetem Synthesegas mit einem Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxid ( oft auch Kohlendioxid) zu, der vereinigt ist mit einem Strom aus rückgeführtem Gas und durch das Katalysatorbett geleitet wird;

(b) man betreibt den Methanisierungsreaktor so, daß das abströmende Gas eine Temperatur zwischen 500 und 700⁰C hat; ■

(c) Wan kühlt das abströmende Gas auf eine Temperatur zwischen 250 und 350°, die jedoch bei dem herrschenden Druck der betreffenden Zusammensetzung des Gasstroms mindestens 50 C über dem Taupunkt liegt;

(d) nach dem Kühlen des abströmenden Gasstroms zweigt man daraus

das zurückzuführende Gas ab und vereinigt es ohne weitere Behandlung mit dem zuzuführenden Frischgas;

(e) das übrigbleibende, aus dem Reaktor abströmende Gas wird gekühlt und als eigentliches Endprodukt der Verwendung zugeführt.

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Erfindungsgemäß ist es sehr zweckmäßig, den zurückzuführenden Anteil aus dem abströmenden Gasstrom mit Hilfe eines Ejectors abzuziehen.

Das Abziehen kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden: Erstens kann man erfindungsgemäß den zurückzuführenden Teilstrom aus dem abströmenden Gas mit Hilfe eines Ejectors abspalten, der durch den Frischgasstrom angetrieben wird. Zweitens kann man erfinaungsgemäß zum Abziehen des zurückzuführenden Gases auch einen mit Dampf angetrieben Ejector benützen. In beiden Fällen ist es von Vorteil und daher ein Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn man den Frischgasstrom auf eine Temperatur vorwärmt, die ungefähr der Temperatur entspricht, auf welche das abströmende Gas gekühlt wird, bevor man daraus den zurückzuführenden Gasstrom abspaltet.

Als für das erfindungsgeraäße Methanisierungsverfahren geeigneter Synthesegas erwies sich ein Gas/dessen Zusammensetzung im trockenen Zustand in Volumenprozent wie folgt war: 10-50$ Kohlenmonoxid, 0-35$ Kohlendioxid, 40-80$ Wasserstoff und verschiedene Konzentrationen an Methan, wobei der Methananteil von der Quelle für das Synthesegas abhängt.

Gase mit einem Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxid v/erden in größeren Mengen gewonnen durch Vergasen von Kohle und Heizöl. Dabei wird die Kohle bzw. das Heizöl bei hohen Temperaturen mit oxidierenden Gasen, die neben Sauerstoff und luft gegebenenfalls Wasserdampf enthalten, oxidiert. Das dabei erhaltene Rohgas muß, je nach seiner Zusammensetzung, verschiedenen Behandlungen unterworfen werden, bevor es sich zur Verwendung als Methansynthesegas eignet. Normalerweise muß es von Staub, Teerprodukten, Feststoffen, Schwefelverbindungen usw. gereinigt werden.

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Weicht die Zusammensetzung des Rohgases weit von dem zur Methanbildung führenden stöchiometrischen Verhältnis ab, so war es "bisher nötig, zwecks Anpassung der G-aszusammensetzung das Kohlenmonoxid gemäß dem Reaktionsschema (3) mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff umzusetzen und dem Gasstrom das Kohlendioxid und den Wasserdampf ganz oder teilweise zu entziehen. Demgegenüber "besteht ein Vorteil des erfinuungsgemäßen Verfahren darin, .daß es hinsichtlich der Zusammensetzung des Methansynthesegases recht flexibel ist. Diese Anpasungsfähigkeit "beruht teilweise darauf, daß das Verfahren so gelenkt werden kann, daß die Kohlenmonoxidumsetzung im Methanisierungsreaktor gleichzeitig mit der Methanisierung -selbst stattfindet und teilweise darauf, daß ein heißes Rückführungsgas verwendet wird. Auf diese Weise wurde es möglich, Abweichungen von der stöchiometrischen Zusammensetzung dadurch auszugleichen, daß man die Konzentration des in dem Methansynthesegas anwesenden Wasserdampfs variiert. Der Zusararaensetzungsbereich für ein verwendbares Synthesegas ist daher beim erfinaungsgemäßen Verfahren wesentlich weiter als bei den bekannten Verfahren, wodurch die Wirtschaftlichkeit wesentlich verbessert wird.

Will man ein Produkt herstellen, das dem Erdgasjäquivalent, d.h. reich an Methan ist, so geht man beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise von einem Methansynthesegas aus, das einen leichten Überschuß an Oxiden des Kohlenstoffs aufweist. Wählt man entsprechende Arbeitsbedingungen, so erscheinen im Endprodukt diese überschüssigen Oxide als Kohlendioxid, das sich leicht entfernen läßt.

Die Methanisierungsreaktionen werden katalysiert durch verschiedene,, auf entsprechenden Trägern angeordnete Metalle, wie u.a. Kobalt, Rhodium, Palladium, Platin, Ruthenium und vorzugsweise Wickel. So besteht ein brauchbarer Methanisierungskatalysator im wesentlichen aus reduziertem (d.h. metallischem) Nickel auf einem Träger. Ein derartiger Katalysator kann hergestellt werden durch

— Y —

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Tranken des Trägers mit einer zersetzlichen Mc keilverbindung oder dadurch, daß man eine zersetzliche Nickelverbindung gemeinsam mit dem Träger ausfällt. Die Nickelverbindung wird dann zunächst durch Calcinieren in Nickeloxid überführt, das dann vor oder während des Methanisierungsprozesses zu metallischem Nickel reduziert wird.

Ein für das erfindungsgemäße Methanisierungsverfahren bevorzugter Katalysator besteht aus Nickel oder Nickeloxid, zusammen mit einem tonerdehaltigen Träger. Besonders geeignet sind Katalysatoren, die im wesentlichen aus Nickeloxid und Tonerde/Zirconoxid als Trägermaterial bestehen. Derartige Katalysatoren, bei denen Nickeloxid teilweise in chemischer Verbindung mit Aluminiumoxid vorhanden ist, können hergestellt werden mit Hilfe des im Patent (Patentanmeldung P 25 29 316.7) beschriebenen Verfahrens. Das vorliegende Verfahren ist jedoch nicht auf die Verwendung eines derartigen Katalysators beschränkt, sondern man kann je&n Nickelkatalysator, der bei Temperaturen von etwa 30O⁰C ein—e gute Aktivität und bei Temperaturen von mehr als 600⁰C eine gute Beständigkeit aufweist, verwendenr

Der Katalysator wird in einem Reaktor mit festgelegtem Katalysatorbett angeordnet. Der Reaktor kann ein zylindrisches Gefäß mit großem Durchmesser sein und das Gas kann von unten nach oben oder vorzugsweise von oben nach unten in axialer Richtung durch das Katalysatorbett hindurchstreichen. Sollte der Druckabfall beim Durchstreichen des Katalysatorbettes eine störende Rolle spielen, so kann es zweckmäßig sein, den Katalysator in einem ringförmigen Bett anzuordnen, durch welches dann das Gas in radialer Sichtung von innen nach außen oder von außen nach innen hindurchstreicht.

Bei den meisten bekannten Verfahren muß im Methanisierungsreaktor gekühlt werden und für diesen Zweck wurden schon verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen. Gemäß einem dieser Vorschläge unterteilt man das Katalysatorbett in mehrere Abschnitte und bewirkt das Kühlen entweder durch Einleiten des kalten Synthesegases

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zwischen die Abschnitte oder dadurch,, daß man das Produkt aus dem einen Abschnitt abzieht und kühlt, bevor man es= in den, folgenden Abschnitt einleitet. Fach einem anderen Torschlag baut in das Katalysatorbett eine Anzahl Rohre ein, durch die man dann ein flüssiges Kühlmedium leitet« Be ist leicht einzusehen, daß ein nach solchen Torschlägen konstruierter Methanisierungsreaktor in seinem Bau und im Betrieb wesentlich komplizierter ist als der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete« Barin besteht zum Teil die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Arbeitsweise über die bekannten Verfahren.

In der Zeichnung stellen die ]?ig.1 und 2 Reaktionsschemata dar, aus denen hervorgeht, daß mit ansteigendem Druck die Neigung zur Verschiebung des Gleichgewichts gegen hohe Methankonzentrationen zunimmt. Es ist daher von Vorteil, wenn man das Methanisierungsverfahren bei hohen Drücken durchführt. Allerdings können für die Wahl des Arbeitsdrucks auch noch andere Überlegungen maßgebend sein. Normalerweise betreibt man das Verfahren daher entweder bei dem Druck, bei welchem das Methansynthesegas verfügbar ist oder aber bei dem Druck, den das Endprodukt haben soll. Soll das erzeugte Gas ein synthetischer Ersatz für Erdgas sein, so erzeugt man es vorzugsweise bei einem Druck, der dem in den Erdgasleitungen herrschenden Druck von etwa 50 bis 90 Atmosphären entspricht. Steht jedoch das zur Methansynthese zu verwendende Frischgas bei einem niedrigeren Druck zur Verfügung, so kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem solchen niedrigeren Druck, z.B. bei etwa 20 bis 40 Atmosphären durchgeführt v/erden.

Beim Einführen in den Methanisxerungsreaktor wird der Strom aus Synthesegas vereinigt mit einem rückgeführten Strom von heißem Proauktgas. Die Temperatur der vereinigten G-asströme sollte möglichst niedrig gehalten werden, muß jedoch hoch genug sein, um die Methanisierungsreaktionen einzuleiten, wenn die vereinigten Gasströme mit dem Katalysator in Berührung kommen. Eine geeignete

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- 9 - · Einleitungsteaiperatur liegt zwischen 250 und 35O⁰C.

Das Verhältnis von rückgeführtem Gas zu Frischgas im einzuleitenden Gasstrom sollte rait Rücksicht auf die Zusammensetzung des Jrischgases so gewählt werden, daß man am Reaktorausgang eine Gastemperatur zwischen bOO unci 700 C hat.

Bei der Wahl des Rückführungs-verhältnisses ist das Risiko einer Kohleausscheidung zu "berücksichtigen. Dies "bedingt zwar ziemlich komplizierte Berechnungen, jedoch sind ausreichende thermodynamisch^ Daten verfügbar, so daß man die Wahrscheinlichkeit einer Kohlebildung "bei den gewählten Arbeitsbedingungen verhältnismäßig gut abschätzen kann. In diesem Zusammenhang liegt ein wichtiger "Vorteil des erfinaungsgemäßen Verfahrens darin, daß es ebenso gut mit wie ohne zusätzlichen Wasserdampf im zugeführten Synthesegas betrieben werden kann, da man durch Zusatz einer gewissen Menge an Wasserdampf auch dann eine Kohler ausscheidung wirkungsvoll vermeiden kann, wenn dieses Risiko sonst bestehen würde.

Will man ein Gas mit hohem Methangehalt herstellen, so können dazu mehrere in Serien geschaltete Methanierungsreaktionen nötig sein. Das aus dem ersten Reaktor kommende Gas wird dann gekühlt bis es die Temperatur hat, bei der es in den zweiten Reaktor eingeleitet wird, worin es der weiteren Methanisierung unterworfen wird. Auch in den zweiten und in die folgenden Reaktoren kann Produktgas zurückgeführt werden; dies ist jedoch normalerweise nicht nötig, da der Temperaturanstieg in diesen Folgereaktoren nur mäßig ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher vorzugsweise nur im Zusammenhang mit dem ersten Methanisierungsreaktor angewandt und die Weiterbehandlung des in diesem ersten Reaktor erzeugten Gases in den lolgereaktoren oder anderen Vorrichtungsteilen stellt keinen wesentlichen Teil der Erfindung dar.

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Ein wesentliches Merkmal des erfinüungsgemäßen Verfahrens "besteht dagegen darin, daß man zum Zurückleiten des heißen IProduktgases in den Methanisierungsreaktor einen Ejector verwendet. Das Zurückführen eines Gasstroms, der auf eine Temperatur gekühlt ist, die noch hoch genug ist, um die Kondensation von Viasserdampf zu vermeiden, ist insofern von Vorteil, da hiermit eine bessere Energieausnützung erreicht wird als "bei Verfahren, bei denen das Rückführungsgas auf Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur gekühlt werden muß. Zum Zurückführen des heißen G-asstroras bestehen mehrere Möglichkeiten, jedoch wurde gefunden daß es einen beträchtlichen Vorteil bedeutet, wenn man für diesen Zweck einen Ejector verwendet* Die Ausführungsform eines bei hohen Temperaturen und Drucken und mit wechselnder Kapazität arbeitenden Ejectors ist verhältnismäßig einfach und mit keinen besonderen Kosten verbunden. Insofern trägt, außer der besonders günstigen Energieausnutzung, die Verwendung eines Ejectors ebenfalls zur Verbesserung der Y/irtschaftlichkeit des Methanisierungsverfahrens bei. Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, daß der Ejector entweder durch das der Methansynthese dienende Gas selbst oaer, falls ein Dampfzusatz nötig ist, durch Druckdampf betrieben werden kann. Jede dieser Ausführungsformen hat "besondere Vorteile und sie seien nun anhand der Zeichnung beschrieben, in der die Figureni und Fließschemata der bevorzugten Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellen.

Das in Fig.1 wiedergegebene !Fließschema bezieht sich auf eine Durchführungsform,bei welcher der Ejector durch das Synthesegas selbst angetrieben ..wird, während das Fließschema nach E-ig. 2 sich auf eine Durchführungsform bezieht, bei welcher der Ejector durch zugesetzten Hochdruckdampf betrieben ist, der entweder bei der Methanisierung selbst erzeugt wurde oder aus anderen Quellen stammt. In beiden Figuren ist das Fließschema insofern vereinfacht als Einzelheiten, wie Einblaseinrichtung für das Gas, Kompressoren, Details von Kühl-, Heiz- und Siedeeinrichtungen

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sowie Hilfseinrichtungen zum Messen der Temperatur, des Druckes, des Durchflusses usw. weggelassen sind. Die Ergänzung der dargestellten I¹UeBschemata durch solche zusätzliche Einzelheiten kann dem Fachmann überlassen "bleiben. Dies gilt "besonders auch für die Ausgestaltung des Verfahrens und der einzelnen Vorrichtungsteile im Blick auf wirtschaftliche Vorteile.

Gemäß Eig.1 wird ein Strom 1 eines zur Methansynthese bestimmten Gases, der unter erhöhtem Druck zur Verfugung steht, in den YJarmeaustauschem2 und 3 mit Hilfe der aus den MethanisierungE reaktoren 6 bzw. 10 (1. und 2*Reaktor) austretenden Produktgasströme auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Im Ejector 4 wird der Synthesegasstrom mit einem zurückgeführten Gasstrom 5 vereinigt, der aus dem Gasstrom abgezweigtjwurde, der aus dem Methanisierungsreaktor 6 abströmte. Um für den Ejector die zum Abzraigen des Stroms 5 an Rückführungsgas notwendige Antriebskraft bereitzustellen, muß der Synthesegasstrom bei einem Druck zur Verfügung stehen, der etwa höher ist als der am Einlaß des Methanisierungsreaktors notwendige Druck.

Die vereinigten Ströme aus Synthesegas 1 und aus Rückführungsgas 5 treten über Leitung 16 in den ersten Methanisierungsreaktor ein und passieren dort das Katalysatorbett 7. Das aus dem ersten Methanisierungsreaktor 6 als Strom 8 ausströmende Gas, dessen Temperatur aufgrund der exothermischen Reaktionen entsprechend angestiegen ist, wird im Wärmeaustauscher 9 gekühlt, der als Generator für Hochdruckdarapf betrieben wird. Nach Abziehen des zurückzuführenden Gasstromes 5 wird der Produktgasstrom aus dem ersten Reaktor im Wärmeaustauscher 2 weitergekühlt und passiert dann im zweiten Methanisierungsreaktor 1^ das Katalysatorbett

Das aus dem zweiten Methanisierungsreaktor 10 austretende Produktgas wird in den Wärmeaustauschern 3 und 13 gekühlt. Der Wasserdampf wird im Separator 14- abgetrennt und das Endprodukt wird als Gasstrom 15 erhalten.

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In Pig.2 entsprechen die meisten Teile der Pig.1 und tragen daher auch die gleiche Nummerierung. Es seien daher nur die Unterschiede "beschrieben, die sich daraus ergeben, daß der Ejector durch hochgespannten Via ss er dampf angetrieben wird. Der zum Antrieb des Ejectors zugeführte Dampf wird unter hoher Spannung im Wärmeaustauscher 9 bereitet, aus dem er .über Leitung 17 eiern Ejector zugeführt wird. Der zur Methansynthese notwendige Gasstrom 1 wird unmittelbar über Leitung 16 dem ersten Methanisierungsreaktor zugeleitet und in diesem Pail ist im Gegensatz zur Durchführungsform nach Fig. 1 kein Überdruck notwendig.

Die in der Tabelle dargestellten 8 Beispiele dienen der näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durchgeführt wird mit Hilfe von Synthesegasen verschiedener Zusammensetzung, wobei der Ejector in den Beispielen 1, 2, 3 und 6. durch das Synthesegas selbst und in den Beispielen 4, 5, 7 und 8 durch hochgespannten Wasserdampf angetrieben wird.

Das bei einigen der Beispiele (insbesondere bei Beispiel 2, und 4)als Produkt erhaltene Gas enthält noch etwas Wasserstoff und Kohlendioxid. Wenn daher eine Methankonzentration über 90 YoI.-$ erzielt werden soll, unterwirft man den aus dem zweiten Methanisierungsreaktor kommenden Gasstrom 12 nach Kühlen auf 250 - 300⁰C einer weiteren Methanisierung in einem dritten Reaktor. Da jedoch dieser Schritt kein Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, ist er in den Pließschemen (Pig. 1 und 2) nicht dargestellt. Bei den übrigen Beispielen ( Beispiel 1, 5 , 6,7, und 8) liegt die Methankonzentration entweder über 90 Vol.-$ oder sie kann einfach durch Entzug von Kohlendioxid auf diese Höhe gebracht werden. Dies gilt insbesonuere für Beispiel 5 und 8, bei denen man durch Entzug des Kohlendioxides Gase mit 97,5 bzw. 94,5$ Methan erhalten kann.

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O CD OO PO O

Beispiel Nr.
greibmedium für Ejector

Synthesegasstrom 1:

Geschwindigkeit in Ifar/h Druck in atm.abs. Temperatur in ⁰G Zusammensetzung: YoI.°,o H₉

f CO

Yol.jS CO₉ YoI.5$ CHf VoL^H₉ O^ YoI. ^c/o inerte Bestandteile

Zusammengesetzter? Gasstrom 16 "bei

	Φ Sl	bei	1 e	000	3	000	4	LfN	000	6	_r000	7	000	8	000
1		2			Gas		Dampf	Dampf		Gas	•
Gas		Gas		100,		100,000	100,		100
100	,000	100,	1 1 1 0 .0 .7	30	8 .4 .7 .1 .0 .0	30	30	O O 00 H OO OO	30	.7 .1 .1 .1 .0 .0	• Dampf	7 1 1 .1 .0 .0	Dampf	0 0 0 0 .0 .0
74		36		300		300	300		300		100,		100,
300		300		66 19 2 11 0 0	66.8 19.4 2.7 11.1 0.0 0.0	49. 49. 0 0 0 0	48 16 0 3.5 0 0	30	30
48 16 0 35 0 0	.7 .1 " .1 .1 .0 .0	75. 24. 0 . o 0 0				300	300
		48. 16 0 35 0 0	40. 20. 28 11 0 1

Eintr. in den Reaktor 6:	in lTm³/h •	250,000 71 300	400,00 29 300	300,000 26 3.QO	313,686 30 300	636,800 30 300	300,000 26 300	210,000 30 300	355 30 300
Geschwindigkeit Druck in atm.abs !Temperatur in C	Yol.fo H₉ VoI ¥a Cn	25.9 6.7	34.1 6.8	36.8 7.6	34.5 6.9	12.5 8.5	23.6 5.6	32.0 8.2	15 6
Zusammensetzung:	V KJ -L · /& \J \J YoI.% CO₉ VoI ^a CH	1.4 55.4	3.2 29.2	4.2 33.5	4.0 26.5	22.4 23.0	1.6 57.3	1.8 42.8	29 10
	ΛΓηΊ ^c' fj fh	10.6	25.8	17.9	28.1	33.6	11.9	15.2	28
	V UJ- . /O jtlpLi Vol.fo inerte Be	0.0	0.9	0.0	0.0	O. Ό	0.0	0.0	0
	standteile
	8 aus Reaktor 6:
Abströmendes Gas

Geschwindigkeit in !Temperatur in ⁰C Zusammensetzung: YoI.# E₀

Vol./, 06

Vol.5

if s"

356,470 601

20.5 1.0

4.1 •38.9 34.5 1.0

264,390 279,200 591,500 272,000 186,060 308,790 606 518 530 602

21.7 1.7 4.9 44-8

26.9 0.0

20.7

1.1

5.0

35.9

37-3

0.0

6.1

1.1

28.3

28.7

35-8

0.0

11.0 0.4 2.3

68.6

17-7 0.0

18.4 1.2

3.7 54.8

21.9 0-0

Ia I) e 11 e - Fortsetzung

	Beispiel Nr.	in Hm	Austri	1	68,271	Bestandteile	in ITm	ir Öl ·	15:	52,555	2	000	3	000	4	000	5	500	6	000	7	000	8	130	ro in
					347	Endprodukt, Gasstrom	#	Vol.		69		5		5		5		5		5		5		5
			³/h	150,000	1.8	Geschwindigkeit		YoI.		30	300,		200,		200,		503,		200,		100,		210,		<D
	Rückgeführter Gasstrom 5:			70.5	0.0	Druck in atm.abs	YoI.		2.3	⁷28.		25-		29.		29.		25.		29.		29.
	Geschwindigkeit		H₉	300	0.4	Temperatur ⁰C	Vol.	'fo CS	0.0	300		300		300		300		300		300		300		U)
	Druck in atm.abs		CO		74.7	Zusammensetzung:	YoI.	io Co₉	0.5		470		390		201		000		000		060		650	CO
	Temperatur in ⁰C	b.Eintritt	CO₉		23.1			/° v/iii d TT Π /ο Jl₉ U	97-1
	Produktgastrom 8		CHT	71,678	0.0			0.1	56,		64,		79,		88,		72,		86,		98,
CD	in Reaktor 10:	in Nm	H₂O	250		fo inerte 0.0	300		250		250		250		300		300		250
O CD	Geschwindigkeit		inerte	t't		Bestandteile		600		922		914		270		090		290		600
CO	Temperatur in ⁰C	12 b.
K) O	Produktgasstrom			52,	3	58,	0	72,	4	85,	7	69,	5	80,	6	95,	6 '
	aus Reaktor 10:	in ITm	454	1	444	1	432	0	326	0	380	0	444	1	326	0
	Geschwindigkeit		8.	7	7.	5	6.	2	0.	8	3.	7	6.	6	0	6
co	Temperatur in ⁰C	YoI. #	0.	4	0.	5	0.	4	0.	3	0.	5	0	3	0.	0
cn	Zusammensetzung:	Vol. Io	1.	4	2.	9	2.	0	28.	2	0.	3	1	.4	34.	5
			45-	1	53.	0	43.	0	31-	0	73	0	62	.0	27.	3
		Vol!^	43		36		48.		39		22		29		36.
			1		0		0.		0»		0		0		1.
		Yoi \io		,680		,257		951		,900		,700		,600		500
				.5		.5		• 5		5		.5		.5		4
			26		37		37		51		53		56		60,
		27	.7	24	.0	28	.2	28	.2	24	.5	28	.4	28.	3
	30	.2	30	.1	30	.1	30	.0	30	.0	30	.1	30	0
	14	.0	11	.0	12	.3	1	.2	4	.9	9	.3	0.	6
	0	.2	0	.7	0	.2	0	.4	0	.4	0	.0	■ 0.	9
	3	.1	4	.2	4	.2	47	.2	0	.2	2	.2	54	2
	80	.0	84	.0	83	.0"	51	.0	94	.0	88	.0	42	0
	0		0		0		• o		0		0		0.
	2	0	0	0	0	0	2.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines raethanreichen Gases in einem oder mehreren adia"batisch betriebenen Methanisierungsreaktoren mit einem Bett aus einem Methanisierungskatalysator , wobei ein Strom aus vorgewärmtem, zur Methansynthese geeignetem Gas mit einem Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxid vereinigt wird mit einem Strom von aus dem Methanisierungsreaktor surückgeleitetem Gas_; worauf die vereinigten Ströme durch das Katalysatorbett im Reaktor geleitet werden, während ein Strom von aus dem Reaktor abströmendem Gas aufgeteilt wird in den zurückzuführenden Gasstrom und einen Strom aus Produktgas, das der Weiterverarbeitung oder der Kühlung und unmittelbaren Verwendung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Methanisierungsreaktor derart be- ' treibt, daß der daraus abströmende Gasstrom eine Terapeatur zwischen 500 und 70O⁰G hat, worauf man den austretenden Strom auf eine Temperatur zwischen 250 und 35O⁰C, die mindestens um 50° über dem' Taupunkt des abströmenden Gases bei dessen tatsächlichem Druck und Zusammensetzung liegt, und daß man den von dem abströmenden Gas abgezweigten, in den Reaktor zurückzuführenden Gasstrom nach Abkühlen ohne weitere Behandlung mit dem zuzuführenden Synthesegas vereinigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Abzweigen des zurückzuführenden Gasstromes von dem aus dem Reaktor abströmenden Gasstrom einen Ejector verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen durch Dampf angetriebenen Ejector verwendet.

609820/1185

1Λ-47 222

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen durch den Strom des einzuleiteten Synthesegases angetriebenen Ejector verwendet.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einzuleitende Strom von Synthesegas annähernd auf die gleiche Temperatur vorgeheizt wird, auf welche das aus dem Reaktor abströmende Gas gekühlt wird, bevor daraus der in den Reaktor zurückzuführende Gasstrom abgezweigt wird.

86S2

609820/1 185

Le e rs e i te