DE3528858C2 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Synthesegas durch Spaltung von Kohlenwasserstoffen - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Herstellung von Synthesegas durch Spaltung von KohlenwasserstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Synthesegas entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1
sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Die Herstellung von Synthesegas, z. B. H₂ oder CO, durch
Spaltung von Kohlenwasserstoff, insbesondere Methanol, wird
in letzter Zeit in großem Umfang durchgeführt, da mit der
Erdölgewinnung große Mengen an Methan anfallen, das auf
relativ einfache Weise in Methanol umgewandelt werden kann,
und die Spaltung von Methanol bei wesentlich niedrigeren
Temperaturen (200-300°C) durchgeführt werden kann als die
Synthesegas-Gewinnung aus Erdgas, bei der Temperaturen von
800 bis 900°C erforderlich sind.
Es ist bekannt (DE 27 11 991 A1), einen Spaltkatalysator
direkt durch die heißen Abgase eines Öl- oder Gasbrenners zu
beheizen, wobei der Katalysator in der Brennkammer angeordnet
ist. Dieses Verfahren ist jedoch für Prozesse, die mit rela
tiv niedrigen Temperaturen arbeiten, wie die eingangs erwähn
te Spaltung von Methanol bei 250°C, wenig brauchbar, da die
Abgase eine wesentlich höhere Temperatur haben und die Gefahr
örtlicher Überhitzungen besteht.
Dieses Problem ist an sich durch ein Verfahren der gattungs
gemäßen Art gelöst, das aus der FR 2 490 615 bekannt ist.
Dort ist der Katalysator von einem Heizmantel umgeben, der
von einem im Kreislauf geführten Heißgas durchströmt wird,
das von den heißen Abgasen eines Brenners über einen Wärme
tauscher erhitzt wird. Durch die indirekte Beheizung ist die
Gefahr einer Überhitzung des Katalysators vermieden und das
Verfahren auch für Prozesse geeignet, die mit niedrigeren
Temperaturen arbeiten. Allerdings ist die zur Durchführung
dieses Verfahrens erforderliche Anlage ist äußerst aufwendig,
denn sie erfordert einen geschlossenen, druckfesten oder mit
einem Ausdehnungsgefäß verbundenen Kreislauf, ein eigenes
Wärmeübertragungsmedium und einen Wärmetauscher für die
Beheizung des Wärmeübertragungsmediums durch die Abgase des
Brenners.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungs
gemäßen Art zu schaffen, bei dem die Beheizung des Kataly
sators mit wesentlich geringerem Aufwand als bei dem
bekannten Verfahren erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag entfallen der Wärme
tauscher, ein eigenes Wärmeübertragungsmedium und ein
geschlossener Kreislauf für dieses, da das Heißgas von Ab
gasen des Brenners gebildet ist, die im Kreislauf geführt und
nach Durchströmen des Heizmantels des Katalysators durch Zu
gabe von "frischem" Abgas wieder auf die gewünschte Tempe
ratur gebracht werden, wobei das überschüssige Abgas aus dem
Kreislauf entfernt wird. Da der Kreislauf offen ist, wird das
bei einem geschlossenen Kreislauf entstehende Problem einer
evtl. Umweltverschmutzung durch aus einem Leck austretendes
Wärmeübertragungsmedium vermieden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Brenner konti
nuierlich in Abhängigkeit von der Temperatur des Heißgases
oder des Katalysators geregelt werden, um die erforderliche
Temperatur des Heißgases aufrechtzuerhalten.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anlage gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 3 zur Durchführung des erfindungs
gemäßen Verfahrens, bei der, ausgehend von einer aus der
US 4 109 701 bekannten Anlage, die einen von einem Heizmantel
umgebenen Katalysator, eine den Heizmantel einschließende
Zirkulationsleitung für Heißgas und einen Brenner für fließ
fähige Brennstoffe zur Erwärmung des Heißgases aufweist,
erfindungsgemäß die Abgasleitung des Brenners in die Zirku
lationsleitung mündet und an die Zirkulationsleitung eine
Abblaseleitung angeschlossen ist. In der Zirkulationsleitung
kann ein Ventilator zur Förderung des Heißgases durch die
Zirkulationsleitung vorgesehen werden. Um die thermische
Belastung des Ventilators zu verringern, mündet die Abgas
leitung stromab des Ventilators in die Zirkulationsleitung.
Da das den Katalysator umspülende Heißgas ein inertes Gas
ist, wird automatisch ein Explosionsschutz bewirkt, falls aus
dem Katalysator durch Undichtigkeiten Methanol oder andere
explosive oder brennbare Spaltprodukte austreten sollten.
Eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
In der Zeichnung ist mit 1 ein Spaltkatalysator bezeichnet,
der von einem Heizmantel 2 umgeben ist. Der Spaltkatalysator
1 steht einerseits mit einer Zuströmleitung 3 und anderer
seits mit einer Abströmleitung 4 in Verbindung. Die Zuström
leitung 3 enthält eine Pumpe 5 und ist an eine Methanolquelle
6 angeschlossen. Die Abströmleitung 4 führt zu einem Kühler 7
und von dort zu einer Gasreinigungs- oder Trenneinrichtung 8.
Der Heizmantel 2 ist Teil einer Zirkulationsleitung 9 für
Heißgas, in der ein Ventilator 10 zur Förderung des Heißgases
durch die Zirkulationsleitung 9 in Richtung der Pfeile 11
vorgesehen ist.
Zum Aufheizen des Heißgases dient im Ausführungsbeispiel
ein Brenner 12, dessen heiße Abgase durch die Abgaslei
tung 13 in die Zirkulationsleitung 9 stromab des Ventila
tors 10 eingeführt werden. Überschüssiges Heißgas wird
aus der Zirkulationsleitung 9 durch eine Abblaseleitung
14 abgeführt. Der Brenner 12 wird zum Start der Anlage
durch eine Leitung 15, die von der Zuströmleitung 3
stromab der Pumpe 5 ausgeht, mit Methanol aus der Me
thanolquelle 6 als Brennstoff versorgt, während ihm im
Betrieb das in der Gasreinigungsvorrichtung 8 anfallen
de wasserstoffhaltige Tailgas als Brennstoff durch eine
Leitung 16 zugeführt wird. Mit 17 ist die Leitung zur
Zuführung von Verbrennungsluft zum Brenner 12 bezeich
net.
Der Brenner 12 kann grundsätzlich auch mit einem anderen
Brennstoff, beispielsweise Heizöl oder Brenngas, betrie
ben werden.
Der Brenner 12 wird kontinuierlich in Abhängigkeit von
der Temperatur in der Zirkulationsleitung 9 durch einen
schematisch angedeuteten Regler 18 derart geregelt, daß
die erforderliche Temperatur des Heißgases in dem Heiz
mantel 2 aufrechterhalten wird. Anstelle der Temperatur
im Heizmantel kann auch die Temperatur des Katalysators 1
als Regelgröße für den Brenner 12 dienen.
In die Zirkulationsleitung 9 kann ein Wärmetauscher 19
eingeschaltet werden, der sekundärseitig in der Zuström
leitung 3 liegt und in welchem der Kohlenwasserstoff
verdampft und/oder überhitzt wird.
Bei manchen Prozessen ist es erwünscht, dem Kohlenwasser
stoff vor der Einführung in den Katalysator 1 Wasserdampf
zuzumischen. Bei der dargestellten Anlage wird in die
Zuströmleitung 3 vor dem Wärmetauscher 19 durch eine Lei
tung 20 Wasser eingeführt, das in dem Wärmetauscher 19
verdampft, so daß sich eine eigene Verdampfungseinrichtung
erübrigt. Alternativ kann anstelle von Wasser auch Wasser
dampf eingeführt werden, der im Wärmetauscher 19 überhitzt
wird.
Der Wärmehaushalt der Anlage kann weiter dadurch verbessert
werden, daß in der Zuströmleitung 3 ein Wärmetauscher 21
angeordnet ist, der an die Abströmleitung 4 angeschlossen
ist, so daß die Wärme des aus dem Katalysator austretenden
Synthesegases zur Vorwärmung und/oder Verdampfung des Koh
lenwasserstoffes verwendet werden kann.
Die Zugabe des Wassers erfolgt zweckmäßigerweise zu dem
noch flüssigen Methanol, also bei Anordnung des Wärmetau
schers 21 vor diesem und vorzugsweise vor der Pumpe 5.
Mit der dargestellten Anlage wird aus Methanol ein Synthe
segas, bestehend aus H₂, CO und CO₂ gewonnen. Als Heiß
gas wird das Abgas des Brenners 12 verwendet, das überwie
gend aus N₂ und CO₂ besteht und laufend ergänzt wird.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas durch Spaltung von
Kohlenwasserstoffen mittels eines Katalysators, der durch ein
im Kreislauf geführtes Heißgas beheizt wird, wobei die Wärme
von einem Brenner erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung
des Heißgases durch Zumischung von heißen Abgasen des Brenners
erfolgt und das überschüssige Heißgas aus dem Kreislauf ent
fernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Brenner kontinuierlich in Abhängigkeit von der Temperatur des
Heißgases oder des Katalysators geregelt wird.
3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit
einem Katalysator (1), der von einem Heizmantel (2) umgeben
ist, welcher ein Teil einer Zirkulationsleitung (9) für Heißgas
ist, und mit einem Brenner (12) für fließfähige Brennstoffe zur
Erwärmung des Heißgases, dadurch gekennzeich
net, daß die Abgasleitung (13) des Brenners (12) in die
Zirkulationsleitung (9) mündet und daß an die Zirkulationslei
tung eine Abblaseleitung (14) angeschlossen ist.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Zirkulationsleitung (9) ein Ventilator (10) angeordnet ist und
daß die Abgasleitung (13) stromab des Ventilators in die
Zirkulationsleitung (9) mündet.
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