DE2651567A1

DE2651567A1 - Verfahren und vorrichtung zum einstellen und konstanthalten der temperatur beim methanisieren

Info

Publication number: DE2651567A1
Application number: DE19762651567
Authority: DE
Inventors: Claus Dr Flockenhaus; Erich Hackler; Werner Dr Lommerzheim
Original assignee: Thyssengas GmbH; Didier Engineering GmbH
Current assignee: Thyssengas GmbH; Didier Engineering GmbH
Priority date: 1976-11-12
Filing date: 1976-11-12
Publication date: 1978-05-24
Also published as: US4539016A; AU512393B2; JPS5361601A; AU2921577A; DE2651567C2; JPS6223799B2

Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen

Patentanwälte ■ 4οαα Düsseldorf so · Cecilienallee 7S ·

11.Nov.1976 31 105 K

Thyssengas GmbH, Duisburger Str. 161, 4100 Duisburg-Hamborn DIDIER ENGINEERING GMBH, AIfredstr. 28, 4300 Essen

"Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen und Konstanthalten der Temperatur beim Methanisieren"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen und Konstanthalten der Temperatur beim Methanisieren von CO- und Hp-haltigem Einsatzgas in einem ¥irbelbettreaktor mit Wirbelbettζone und Flugstrombettzone, bei dem das Einsatzgas an einem Wirbelbett-Katalysator umgesetzt und die Reaktionswärme mit Hilfe eines verdampfenden Kühlmediums abgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein solches Verfahren mit zugehöriger Vorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 449 587 bekannt; es arbeitet bei einer Temperatur von 288 bis 565 C und einem Druck von 35 bis 140 bar mit unterschiedlichen Katalysatoren, beispielsweise Chromoxyd, Molybdänoxyd, Eisenoxyd oder Molybdänsulfid. Die Wirbelbett-Temperatur muß daher je nach Einsatzgas und Wirbelbett-Katalysator eingestellt und gehalten werden, um eine maximale Methan-Ausbeute zu erreichen und möglichst bei der theoretischen Gleichgewichtstemperatur zu arbeiten. Bei dem bekannten Verfahren wird die Reaktionswärme mit Hilfe eines durch in der Reaktionszone des Wirbelbettreaktors angeordnete Kühlschlangen fließenden verdampfenden Kühlmediums abgeführt. Auf diese Weise allein läßt sich jedoch die Wirbelbett-Temperatur

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nicht genau genug einstellen und feinfühlig ändern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Methanisieren zu schaffen, bei dem die Temperatur des Wirbelbetts mit einfachen Mitteln auf einem genau einstellbaren Niveau gehalten und der Gasumsat?. damit nahe an das theoretische heterogene Gasgleichgewicht entsprechend der eingestellten Temperatur gebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Siedetemperatur des verdampfenden Kühlmediums über dessen Dampfdruck eingestellt wird. Als verdampfendes Kühlmedium eignet sich insbesondere Wasser.

Die Siedetemperatur kann auf etwa 60 bis 80 C unterhalb der gewünschten Wirbelbett-Temperatur eingestellt werden. Wird die Siedetemperatur beispielsweise auf der Wasserseite auf 26O⁰C (etwa 48 bar Dampfdruck) gehalten, so beträgt die Wirbelbett-Temperatur etwa 33O⁰C.

Die Reaktionswärme sollte sowohl in der Wirbelbettzone selbst als auch in der darüber befindlichen Flugstrombettzone abgeführt werden. Da sich in der Flugstrombettzone der staubförmige Katalysator in einer Flugwolke befindet, läßt sich die Flugstrombettzone für die Methanisierung ausnutzen. Obgleich die Reaktionswärme schon in der Wirbelbett zone zum größten Teil abgeführt wird, finden in der Flugstrombettzone noch Restgasumsetzungen am fein verteilten Katalysator statt. Die Wärmeentwicklung aus dieser Gasumsetzung ist jedoch geringer, und die Temperatur der Flugstrombettzone ist etwa 10 C geringer als die Temperatur der Wirbelbettzone.

Der Katalysatorstaub wird in einer Abscheidezone vom Gas getrennt. Das Gas kommt in dieser Abscheidezone intensiv

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mit dem Katalysatorstaub in Berührung und wird bei entsprechend tiefer Temperatur noch nachmethanisiert. Um dies zu ermöglichen, soll in der Abscheidezone eine noch tiefere Temperatur als in der Flugstrombettzone herrschen. Die Reaktionswärme sollte daher auf dieselbe Weise auch aus der Abscheidezone abgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise bei erhöhtem Druck durchgeführt. Ein wirtschaftlicher Druck kann zwischen etwa 6 und 100 bar liegen.

Soll das erzeugte Gas, nach einem teilweisen Auswaschen des CO , als Ersatzgas für L-Erdgas eingesetzt werden, wird der Verfahrensdruck je nach dem Verteiler-Leitungsnetz auf etwa 30 bis 60 bar eingestellt, um eine Nachkompressorstufe einzusparen.

Der Dampf des Kühlsystems kann zur weiteren Ausnutzung in Entspannungsturbinen eingesetzt werden.

Als Einsatzgase für das Verfahren eignen sich CO- und H„-haltige Gase aus autothermen bzw. Dampfspaltanlagen für Kohlenwasserstoffe. Auch die nach neueren Verfahren unter Verwendung von Kernenergie hergestellten Gase aus Stein- und Braunkohlen können entschwefelt eingesetzt werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem einen Wirbelbett-Katalysator enthaltenden und die Einsatzgase aufnehmenden Wirbelbettreaktor mit einer Wirbelbettzone und einer Flugstrombettzone und einem Kühler zum Abführen der Reaktionswärme. Der Kühler ist dadurch gekennzeichnet, daß er auf der Kühlmittelseite als Verdampfer arbeitet und eine Dampfdruckregelung besitzt, die den Kühlmitteldampf bei einem bestimmtein Druck überströmen läßt und damit die Siedetemperatur des

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Kühlmediums auf eine "bestimmte Höhe einstellt. Dem Verdampfer ist vorzugsweise eine Entspannungsturbine nachgeschaltet. Der Kühler kann senkrecht durch den Wirbelbettreaktor verlaufende Siederohre aufweisen. Die Kühlvorrichtung befindet sich in der Wirbelbettzone und gegebenenfalls auch in der Flugbettzone. Wenn die Vorrichtung in an sich bekannter Weise eine Abscheidezone für den mitgenommenen staubförmigen Wirbelbettkatalysator hat, kann sich auch in der Abscheidezone, eine Kühlvorrichtung befinden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens des näheren erläutert.

Das Einsatzgas gelangt durch eine Einsatzgasleitung 10 über einen Wärmetauscher 7 von unten in einen Wirbelbettreaktor 1 in Form eines länglichen, senkrecht stehenden Tanks. Mit Hilfe eines Ausströmbodens 12 wird das Einsatzgas gleichmäßig in die darüber befindliche Wirbelbettzone 2 mit einem staubförmigen Katalysator eingeführt. Unter Ablauf der Methanisierungsreaktion strömt das Einsatzgas weiter nach oben in eine Flugstrombettzone 3 und nimmt dabei einen Teil des staubförmigen Wirbelbettkätalysators mit, so dass sich in der Flugstrombettzone eine Katalysatorwolke ergibt. Nach oben geht die Flugstrombettzone 3 in. eine Abscheidezone über, in der der staubförmige Wirbelbettkatalysator vom Gas getrennt wird. Senkrecht in dem Wirbelbettreaktor 1 befinden sich Siederohre 5, die sich über die Wirbelbettzone 2,die Flugstrombettzone 3 und die Abscheidezone 4 erstrecken.

Die bei der Umsetzung des Einsatzgases entstehende Reaktionswärme wird mit Hilfe der Siederohre abgeführt; diese enthalten ein verdampfendes Kühlmedium, dessen Siedetemperatur durch Einregelung des Dampfdruckes auf einer bestimmten Höhe gehalten wird. Dies geschieht in der Weise, daß die Siederohre .5 über eine Kreislaufleitung mit einer Dampftrommel 6

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verbunden sind, an deren Dampfraum ein Druckregler 8 angeschlossen ist, der bei Überschreiten eines bestimmten
Druckes Dampf überströmen läßt. Dem Druckregler 8 wird
über eine Siedewasserleitung 14 Siedewasser nachgeliefert.

Das im Wirbelbettreaktor methanisierte Gas wird aus dem
oberen Bereich des Wirbelbettreaktors 1 über eine Gasleitung abgezogen und über den Wärmetauscher 7 einem CO -Wäscher 9 zugeführt, von wo aus das Gas als L-Erdgas über einen Druckregler 11 an das Verbrauchernetz gelangt.

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Bezugszeiciienliste

1 Wirbelbettreaktor

2 Wirbelbettzone

3 Flugstrombettzone

4 Abscheideζone

5 Siederohre

6 Dampftrommel

7 Wärmetauscher

8 Druckregler

9 C0₂-Wäscher

Einsatzgasleitung

11 Druckregler

Ausströmboden Kreislaufleitung Siedewasserleitung Gasleitung

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Leerseite

Claims

Thyssengas GmbH, Duisburger Str. 161, 4100 Duisburg-Hamborn DIDIER ENGINEERING GMBH, Alfredstr. 28, 4300 Essen

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Einstellen und Konstanthalten der Temperatur beim Methanisieren von CO- und Hp-haltigen Einsatzgasen in einem Wirbelbettreaktor mit einer Wirbelbettzone und einer Flugstrombettzone, bei dem das Einsatzgas an einem Wirbelbett-Katalysator umgesetzt und die Reaktionswärme mit Hilfe eines verdampfenden Kühlmediums abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur des Kühlmediums über dessen Dampfdruck eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel aus Wasser besteht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur etwa 60 bis 80 G unterhalb der Wirbelbett-Temperatur liegt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionswärme sowohl aus der Wirbelbettzone als auch aus der Flugstrombettzone abgeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Gas mitgenommene Wirbelbettkatalysator abgeschieden und die Reaktionswärme aus der Abscheidezone abgeführt wird.

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6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensdruck 6 bis 100 bar beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensdruck 30 bis 60 bar beträgt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der entstehende Dampf in Entspannungsturbinen ausgenutzt wird.

9· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzgas aus autothermen bzw. Dampfspaltanlagen für Kohlenwasserstoffe besteht.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus Stein- und Braunkohle gewonnenes Einsatzgas entschwefelt wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 10, mit einem einen Wirbelbett-Katalysator enthaltenden und das Einsatzgas aufnehmenden Wirbelbettreaktor mit Wirbelbettzone und einer Flugstrombettzone und einem Kühler zum Abführen der Reaktionswärme, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler auf der Kühlmittelseite als Verdampfer ausgebildet und einen Dampfdruckregler (6,8) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühler in der Wirbelbettzone (2) und/oder der Flugstrombettzone (3) angeordnet ist.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12 mit einer Abscheidezone für den vom Gas mitgenommenen staubförmigen Wirbelbett-Katalysator, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kühler auch in der Abscheidezone (4) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Ms 13» dadur chg e kennz ei chn e t, daß dem Verdampfer (6).eine Entspannungsturbine nachgeschaltet ist.

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß der Kühler senkrecht durch den Wirbelbettreaktor (1) verlaufende Siederohre (5) aufweist.

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