DE4004862A1 - Methanolsynthese mit frischgaszufuhr - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Methanol- Synthese aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid un­ ter Druck und bei erhöhter Temperatur unter Einsatz wenig­ stens eines Methanol-Reaktors mit Katalysator, wobei ein Teilstrom den den Reaktor verlassenden Methanol-Produktga­ ses über einen Methanol-Abscheider, Wärmetauscher u. dgl. zurück in den Methanol-Reaktor geführt wird.

Aus der DE-A 25 29 591, die nur als Beispiel aus einer Viel­ zahl von Literaturstellen dienen soll, ist es bekannt, Frischgas nach einer gewissen Vorbehandlung, beispielsweise in einem Kompressor, zu mischen, und zwar mit im Kreislauf geführten, einen Seperator entnommenen Methanol-Produktgas, um dieses Gemisch dann dem Haupteintritt des Synthesegas­ reaktors vorgewärmt zuzuführen. Vor der Vorwärmung wird da­ bei ein Teil dieses Gemisches aus Frischgas und im Kreis­ lauf geführten Gases unvorgewärmt Abschreckeintritten des Reaktors zugeführt. In jedem Falle wird dem Reaktor bei der Verfahrensweise nach der DE-A 25 29 591 immer ein Gemisch aus Frischgas und Kreislaufgas zugeführt, unabhängig davon, ob es dem Haupteintritt vorgewärmt oder den Katalysatorbet­ ten als Kühlgas zugeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung verbesserter Reak­ tionsbedingungen, insbesondere auch die Optimierung des Reaktors mit Einsparung von Katalysatorvolumen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung verfahrensmäßig da­ durch gelöst, daß das zu behandelnde Frischgas nach einer Vorwärmung ungemischt direkt auf das erste Blatt des Metha­ nol-Reaktors geleitet und das im Kreislauf geführte Synthe­ segas als Quenchgas dem Methanol-Reaktor zugeführt wird.

Es hat sich gezeigt, daß stöchiometrisches Frischgas, wel­ ches das erste Bett beaufschlagt, aufgrund des höheren Par­ tialdruckes der Reaktanten für den gleichen Umsatz weniger Katalysatorvolumen benötigt als dies bei der bekannten Schaltung der Fall ist. Nach der ersten Zumischung von Kreislaufgas als Quenchgas ändert sich die stöchiometrische Kennzahl der Mischung. Dies kann dann in der gewünschten Weise durch Mehrstufenzumischung jeweils optimiert werden, derart, daß insbesondere im Abscheider die dort gewünschten Verhältnisse herrschen.

In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß vor Abschei­ dung des Rohmethanols das Methanol-Produktgas einem Gas-/ Gaswärmeaustauscher zur Vorwärmung des Frischgases zuge­ führt wird. Grundsätzlich ist diese Technologie für sich gesehen bekannt, sie bildet aber in Verbindung mit der im Anspruch 1 angegebenen Lehre eine zweckmäßige Weiterbil­ dung.

Die Erfindung sieht auch vor, daß wenigstens zwei Methanol- Synthesereaktoren eingesetzt werden, wobei diese Reaktoren parallel und/oder in Serie angeordnet sind und wobei das im Kreislauf geführte Gas in Aufteilung den Synthesereaktoren aufgegeben wird.

Zur Lösung der oben formulierten Aufgabe sieht die Erfin­ dung auch eine Anlage vor, die sich dadurch auszeichnet, daß parallel und/oder in Reihe wenigstens zwei Methanol-Re­ aktoren vorgesehen sind mit je einem ausschließlich von un­ gemischtem Frischgas beaufschlagten Hauptgaseintritt und mit einer der Anzahl der Katalysatorbetten entsprechenden Anzahl von Quenchgaseintritten.

Die oben zur Verfahrensweise beschriebenen Vorteile gelten hier in gleicher Weise, d. h., die Methanol-Reaktoren können insbesondere kleiner gebaut werden mit den sich daraus erge­ benden Vorteilen.

Die Kombination aus Zuleitung des Frischgases im Hauptgas­ eintritt und des als Kreislaufgas geführten Quenchgases nach dem ersten Bett, macht eine optimale Regelung und Ver­ besserung der Reaktionsbedingungen möglich.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Fi­ gur ein prinzipielles Schaltbild.

In der in Fig. 1 dargestellten Anlage sind zunächst die an­ lagenwesentlichen Elemente mit "römischen" Ziffern bezeich­ net, wobei in der Figur in etwa von rechts nach links die folgenden Anlagenelemente dargestellt sind:

Ia erster Methanol-Reaktor
Ib zweiter Methanol-Reaktor
II Gas-/Gaswärmeaustauscher
III Anfahrwärmeaustauscher
IV Luftkühler
V Kondensator
VI Abscheider
VII Entspannungsbehälter
VIII Kreislaufverdichter
IX Synthesegasverdichter.

Zur weiteren Beschreibung sei der Lauf des Frischgases und nachfolgend derjenige des als Purgegas eingesetzten Kreis­ laufgases beschrieben:
Mit dem Pfeil unten links in der Figur ist der Eintritt des Frischgases bzw. Synthesegases in den Synthesegasverdichter IX angegeben. Das Synthesegas wird über die Leitung 2 nach dem Verdichter IX über die Wärmetauscher II und III den mit 3a und 3b bezeichneten Hauptgaseintritten der beiden Metha­ nol-Reaktoren Ia und Ib über die Leitungen 2a und 2b zuge­ führt.

Nach den einzelnen, nicht näher bezeichneten Betten und Zu­ mischung von Kreislaufgas als Purgegas, die entsprechenden Zuführungen sind durch die Pfeile 4 angedeutet, verläßt das Gasgemisch als Methanol-Produktgas die Reaktoren Ia und Ib über die Leitungen 5a und 5b, beaufschlagt den Gas-/Gaswär­ meaustauscher II, im dargestellten Beispiel einen Luftküh­ ler IV, einen Kondensator V und beaufschlagt über die Lei­ tung 6 den Abscheider VI.

Das im Dom des Abscheiders VI abgenommene Gas wird teilwei­ se als Purgegas über die Leitungen 7 dem System entnommen und teilweise als Kreislauf bzw. Quenchgas über die Lei­ tung 8 dem Kreislaufgasverdichter VIII zugeführt, um schließlich über die Leitung 9 den stufenmäßigen Purgegaszu­ führungen 4 bei den Methanol-Reaktoren Ia und Ib zugeleitet zu werden.

Um diesen Kreis darstellerisch etwas deutlicher werden zu lassen, sind die Leitungen 5a, 5b, 6, 8 und 9 als durchgezo­ gene und gestrichelte Linien in der Figur dargestellt.

Die zusätzlichen Elemente der vereinfacht wiedergegebenen Anlage bestehen aus der Zuleitung 10 des Rohmethanols nach dem Abscheider IV zum Entspannungsbehälter VII, die Auslei­ tung des Rohmethanols zur Destillation, was mit der Leitung 11 angedeutet ist, die Abteilung des Entspannungsgases aus dem Entspannungsbehälter VII ist oben mit 12 bezeichnet. Schließlich ist die CO₂-Gaszuführung in das Kreislaufgas mit 13 bezeichnet, die Leitung eines Aufheizmediums zum Anfahrwärmetauscher III ist mit 14 bezeichnet.

Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Er­ findung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist, wie weiter oben schon ausgeführt, die Anordnung der Methanol-Reaktoren auch in al­ ternativer Weise oder kombinierter Weise in Serie oder Reihe möglich.

Claims (5)

1. Verfahren zur Methanol-Synthese aus Wasserstoff, Kohlen­ monoxid und Kohlendioxid unter Druck und bei erhöhter Tempe­ ratur unter Einsatz wenigstens eines Methanol-Reaktors mit Katalysator, wobei ein Teilstrom des den Reaktor verlassen­ den Methanol-Produktgases über einen Methanol-Abscheider, Wärmetauscher u. dgl. zurück in den Methanol-Reaktor ge­ führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Frischgas nach einer Vorwärmung unge­ mischt direkt auf das erste Bett des Methanol-Reaktors ge­ leitet und das im Kreislauf geführte Synthesegas als Quench­ gas dem Methanol-Reaktor zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Abscheidung des Rohmethanols das Methanol-Produkt­ gas einem Gas-/Gaswärmeaustauscher zur Vorwärmung des Frischgases zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Methanol-Synthesereaktoren eingesetzt werden, wobei diese Reaktoren parallel und/oder in Serie an­ geordnet sind und daß das im Kreislauf geführte Gas in Auf­ teilung den Synthesereaktoren aufgegeben wird.

4. Anlage insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche mit wenigstens einem vom Produktgas auf der einen Seite beheizten Gas-/Gaswärmeaus­ tauscher und mit einem Methanol-Reaktor, dadurch gekennzeichnet, daß parallel und/oder in Reihe wenigstens zwei Methanol-Re­ aktoren (Ia, Ib) vorgesehen sind mit je einem ausschließlich von ungemischtem Frischgas beaufschlagten Hauptgaseintritt (3a, 3b) und mit einer der Anzahl der Katalysatorbetten ent­ sprechenden Anzahl von Quenchgaseintritten (4).

5. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen vom Frischgas beaufschlagten, zur Kühlung des Methanol-Produktgases dienenden Gas-/Gaswärmeaustau­ schers (II).