DE3041054A1 - Integrierte methanol-synthese - Google Patents

Integrierte methanol-synthese

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DE3041054A1 DE19803041054 DE3041054A DE3041054A1 DE 3041054 A1 DE3041054 A1 DE 3041054A1 DE 19803041054 DE19803041054 DE 19803041054 DE 3041054 A DE3041054 A DE 3041054A DE 3041054 A1 DE3041054 A1 DE 3041054A1
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Description

Methanol wird in Zukunft sowohl direkt als Motortreibstoff, als auch als Zwischenprodukt für die Herstellung von Benzin aus Kohle eine größere Bedeutung erlangen. Für die Herstellung von Methanol aus Kohle bieten sich Kohlevergasungsverfahren an, die ein sogenanntes Synthesegas erzeugen. Ein solches Synthesegas besteht zu einem großen Teil aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid und enthält auch geringe Anteile an Kohlendioxid. Synthesegas kann man herstellen, indem man das in einer hydrierenden Kohlevergasung.hergestellte Methan mit Wasserdampf in einem Methanspaltofen unter Wärmezufuhr bei sehr hohen Temperaturen umsetzt.
In der deutschen Offenlegungsschrift 28 37 988.6 wird eine Anlage zur Herstellung von Synthesegas aus Kohle, insbesondere unter Ausnutzung der Kernenergie beschrieben.
In der deutschen Zeitschrift "Kerntechnik" (1975) Nr. auf den Seiten 181 - 187 wird die "Kohlevergasung unter Nutzung der Wärme aus Hochtemperatur-Kernreaktoren usw." dargestellt. In dem Buch "Chemierohstoffe aus Kohle" von Jürgen Falbe, 1977, Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart, wird auf den Seiten 300 - 322 über den neuesten Stand der Methanolherstellung aus Synthesegas berichtet. Aus der Abbildung 157 auf Seite 306 ist ersichtlich, daß ein
■::·:"30Α105Α
3 24.516.7
großer Teil des Wasserstoffs aus dem Methanol-Abscheider über einen Gaskreislauf und einen Kreislaufverdichter der Methanol-Synthese praktisch im Kreislauf wieder zugeführt werden muß. Auch in der bereits oben erwähnten hydrierenden Kohlevergasung ist ein Wasserstoff-Überschuß notwendig, so daß auch dort ein großer Wasserstoff-Strom praktisch im Kreislauf geführt wird. Beide Wasserstoff-Kreisläufe sind mit einem erheblichen Aufwand an Rohrleitungen und Kompressoren verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Anlage zur Methanol-Herstellung aus vergaster Kohle, bei der der oben genannte Aufwand für die Wasserstoff-Kreisläufe erheblich reduziert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anlage nach dem ersten Anspruch vorgeschlagen. Durch diese Integration der Methanol-Synthese in die Kohlevergasungsanlage wird der im Kreislauf geführte Wasserstoff-Strom im ganzen wesentlich kleiner, so daß die entsprechenden Rohrleitungen und Kompressoren mit erheblich geringerem Aufwand erstellt werden können. Die eingesetzte Kohle wird mittels Wasserstoff hydrierend vergast und das austretende Rohgas nach Kühlung und Abscheidung von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff mit dem aus dem Methanspaltofen austretenden Synthesegas gemischt. Dieses Gemisch wird der Methanol-Synthese zugeführt und zu über 90 % in einem Durchgang in Methanol umgesetzt. Das nach Kondensation und Abscheidung von Methanol verbleibende Gasgemisch mit einem hohen Anteil Wasserstoff, einem Anteil von Methan und einem geringen Anteil von nicht umgesetztem Kohlenmonoxid wird in der Tieftemperatur-Gaszerlegung in diese drei Fraktionen zerlegt. Der Methan-Strom wird mit Wasserdampf dem Spaltofen zugeführt, der Wasserstoff-Strom wird dem hydrierenden Kohlevergaser zugeführt und der
^ν,ΐνί·
Kohlennionoxid-Strom wird der Methanol-Synthese zugeführt. Die für die Methanspaltung notwendige Wärme kann entweder von einem Kernreaktor zur Verfügung gestellt werden oder von dem aus der hydrierenden Vergasung austretenden Restkoks. Mit der vorgeschlagenen Anlage erhält man beim Eintritt in die Methanol-Synthese ein sehr hohes Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid, so daß dort bereits nach einem Durchgang ein sehr großer Anteil an Methanol erzeugt wird. Während in dem erwähnten Buch von Falbe auf Seite 305 ein H2/CO-Verhältnis von ungefähr 3,5 im Synthesegas angegeben wird, kann die. vorliegende Anlage mit einem Verhältnis von 5 oder mehr betrieben werden. Auch die bei einer hydrierenden Kohlevergasungsanlage notwendige Tieftemperatur-Gaszerlegung wird durch die vorgeschlagene Integrierung der Methanol-Synthese wesentlich kleiner. Bei der konventionellen Methanol^- Synthese ist keine Tieftemperatur-Gaszerlegung vorgesehen, so daß der sich im Kreislauf anreichernde Stickstoff nach Abscheidung des Methanols abgeleitet werden muß. Das ergibt unvermeidlich einen Verlust ■ von Wasserstoff und Kohlenmonoxid, der wegen des Stickstoffanteils nicht mehr in der Anlage verwertet sondern nur noch verbrannt werden kann.
Die Figur zeigt ein Ausführüngsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schaltung. Dabei werden die einzelnen Teile der Anlage, wie üblich, mit Ziffern
30 bezeichnet, während die Buchstaben auf die beiliegende Tabelle 1 verweisen, in der die am jeweiligen Ort vorhandenen Gaszusammensetzungen und -zustände angege ben sind. Tabelle 2 enthält Angaben über die der Berechnung zugrunde liegende Kohle und den daraus
5 entstehenden Restkoks. Tabelle 3 enthält die wesentlichsten Daten der Anlage.
5 24.516.7
In dem hydrierenden Kohlevergaser (1) wird Kohle nach Tabelle 2 vergast und von dort der Restkoks abgezogen. Das austretende Gas beheizt bei (2) das eintretende Gas, wird bei (3) weiter abgekühlt, bei (4) mit Wasser vom Staub befreit und bei (5) von Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff befreit. In dem Spaltofen (6) wird ein Gemisch aus Methan, Wasserdampf und Kohlendioxid zu Synthesegas gespalten, bei (7) und (8) abgekühlt, bei (9) von Kohlendioxid befreit und mit dem Kompressor (10) verdichtet. Die bei (5) und (10) austretenden Gasströme werden gemischt und der Methanol-Synthese (11) zugeführt. Das dort austretende Methanol-Gasgemisch wird bei (12) abgekühlt und bei (13) getrennt. Das vom Methanol weitgehend befreite Gasgemisch wird in einer Tieftemperatur-Gaszerlegung (14) zerlegt. Das Kohlenmonoxid wird mit dem Kompressor (15) verdichtet und der Methanol-Synthese (.11) zugeführt. Der Wasserstoff wird mit dem Kompressor (16) verdichtet und über den Wärmetauscher (2) dem hydrierenden Kohlevergaser (1) zugeführt, während das Methan mit dem Kompressor (17) verdichtet und dem Spaltofen (6) zugeführt wird. Der weiterhin bei (14) anfallende Stickstoff wird in der Anlage nicht weiter verwendet. Das bei (9) anfallende Kohlendioxid kann zumindest teilweise mit dem Kompressor (18) verdichtet und dem Spaltofen (6) zugeführt werden. Der Spaltofen (6) kann von dem Helium-Kühlkreis eines Hochtemperatur-Kernreaktors (25) beheizt werden. In dem Falle dient das aus dem Spaltofen (6) austretende Helium bei (19) zur Dampferzeugung, wobei der Dampf zunächst in einer Dampfturbine (20) entspannt und zur Stromerzeugung verwendet wird und dann teilweise in derselben Turbine weiter entspannt und teilweise dem Spaltofen (6) zugeführt wird. Der Dampfkreislauf enthält außerdem einen Kondensator (22) und eine Speisepumpe (23), während der Heliumkreislauf noch einen Kompressor (24) enthält.
.Tabelle 1
Gas zusammensetzungen und -zustände
Ort H,
Gaszusammensetzung in
CO
CO,
CH,
Druck
H„0 Gesamt bar
Temp. 0C
A 173, 3 8,2 0,7 9
2		 • 75,7 2, 3
B 173, 3 8,2 .- 6 75,7 2, 3
C 261, 5 67,8 96,9 7 58,1 -
D 261, 5 67,8 - 2 58,1 -
E - 5,7 - - -
F 278, 3 - - - -
G - - - 133,8 2, 3
H 173, 3 13,9 - 75,7 2, 3
I 434, 7 81,7 - 133,8 2, 3
K 278, 3 5,7 - 133,8 2, 3
L - - - -
M
N		 — 96,
82,
0 - - 14, - -
P - 0, - -
Q — _ 82, ' 133,8 2, 2
0,8 1,1 10,2 272,2 80 900
1,1 0,9 261,5 77 65
371,8 856,0 39 363
1,3 388,6 77 151
5,7 1,5 20
- 278,3 73,5 20
- 136,1 1,7 20 1,1 0,9 267,2 77 69 1,1 2,1 655,8 77 117 1,1 0,1 421,3 76 5 1,1 - 1,1 1,5 ■ 20
3,3 100,2 1,7 ' 35
- - 2,8 85,0 45 250
0,5 15,1 1,7 35
0,8 - 0,1 1,5 1,7 35
468,0 686,3 45 281
rs ι
* m
Tabelle" 2 *
•· mm ·&
Deutsche Gasflammenkohle
Asche
Ib, J
6,5
1,5
1,1
0,7
4,3
Restkoks
86,39 0,97
0,51
0,76
0,41
10,96 %
Tabelle 3
Hauptdaten der Anlage
Kernreaktor
thermische Leistung Heliumaustrittstemperatur
(Kern)
Heliumaustrittstemperatur (Spaltofen)
Heliumeintrittstemperatur
(Kern)
Brutto-Stromerzeugung Strombedarf Gesamtanlage Stromabgabe nach außen
MW 900 ° C
700 ° C 250 ° C
602,8 MW 530,8 MW . 72 MW
Kohlevergasung
Kohleeinsatz (Ho= 29977 KJ/Kg) 415,7 t/h Restkokserzeugung (Ho= 26052 KJ/Kg)163,1 t/h Synthesegas (H2/CO= 2,06) (in Methanol-Synthese umgesetzt)
. 103mn 3/h
Methanolerzeugung
391,0 t/h
Dehydratisierung mit Alkylation
Benz inerzeugung
Flüssiggaserzeugung SNG - Erzeugung
149,65 t/h
10,87 t/h
9,54 t/h
Leerseite

Claims (1)

Gesellschaft für Hochtemperaturreaktor-Technik mbH D-5060 Bergisch-Gladbach 1 Integrierte Methanol-Synthese Patentanspruch
1. Anlage zur Methanol-Herstellung aus vergaster Kohle mit einem hydrierenden Kohlevergaser, einem Methan-Spaltofen, einer Methanol-Synthese sowie mit den üblichen Wärmetauschern und Kompressoren gekennzeichnet durch folgende Merkmale :
a) Die Methanol-Synthese (11) wird gespeist mit einem Synthesegas-Strom aus dem Methan-Spaltofen (6) und mit einem methanhaltigen Gas-Strom aus dem hydrierenden Kohlevergaser (1),
b) das aus der Methanol-Synthese (11) austretende Gemisch von diversen Gasen wird nach Kondensation und Abtrennung des Methanols in einer Tieftemperatur-Gaszerlegung (14) getrennt,
c) der aus der Tieftemperatur-Gaszerlegung (14) austretende Methan-Strom wird dem Methan-Spaltofen (6) zugeführt,
d) der aus der Tieftemperatur-Zerlegung (14) austretende Wasserstoff-Strom wird dem hydrierenden Kohlevergaser (6) zugeführt,
e) der aus der Tieftemperatur-Gaszerlegung (14) austretende Kohlenmonoxid-Strom wird der Methanol-Synthese (11) zugeführt.
Go/22.10.80
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