DE4004862C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Methanol-Synthese aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid unter Druck und bei erhöhter Temperatur unter Einsatz wenigstens eines Methanol-Reaktors mit Katalysator, wobei ein Teilstrom des den Reaktor verlassenden Methanol-Produktgases 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 Vielzahl 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 Separator entnommenen Methanol-Produktgas, um dieses Gasgemisch dann dem Haupteintritt des Synthesegasreaktors vorgewärmt zuzuführen. Vor der Vorwärmung wird dabei ein Teil dieses Gemisches aus Frischgas und im Kreislauf 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 Katalysatorbetten als Kühlgas zugeführt wird.

Aus der DE-A 35 18 362 ist eine Fremdkühlung der Reaktorbetten bekannt, eine Quenchgasströmung ist dort nicht vorgesehen. Aus dem "Abstract der JP-A-251-131-813" wird ein erster Reaktor mit Frischgas beaufschlagt, eine spezielle Regelung ist nicht vorgesehen, der zweite Reaktor wird ausschließlich mit Kreislaufgas beaufschlagt. Eine Fremdkühlung der Reaktorbetten ist aus der DE-A 35 18 362 bekannt, eine Quenchgassteuerung ist dort nicht vorgesehen.

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

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das zu behandelnde Frischgas nach einer Vorwärmung ungemischt direkt auf das erste Bett des Methanol-Reaktors oder den ersten Methanol-Reaktor geleitet und daß als Quenchgas den nachfolgenden Katalysatorbetten bzw. Reaktoren im Kreislauf geführtes Synthesegas 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 Weiterbildung.

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

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer das Verfahren durchführenden Anlage näher erläutert. Diese zeigt in der einzigen Figur ein prinzipielles Schaltbild.

In der dargestellten Anlage sind zunächst die anlagenwesentlichen Elemente mit "römischen" Ziffern bezeichnet, 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 Kreislaufgases 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 Methanol-Reaktoren Ia und Ib über die Leitungen 2a und 2b zugeführt.

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 (4)

1. Verfahren zur Methanol-Synthese aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid unter Druck und bei erhöhter Temperatur unter Einsatz wenigstens eines Methanol-Reaktors mit Katalysator, wobei ein Teilstrom des den Reaktor verlassenden Methanol-Produktgases über einen Methanol-Abscheider, Wärmetauscher u. dgl. zurück in den Methanol-Reaktor geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Frischgas nach einer Vorwärmung ungemischt direkt auf das erste Bett des Methanol-Reaktors oder den ersten Methanol-Reaktor geleitet und daß als Quenchgas den nachfolgenden Katalysatorbetten bzw. Reaktoren im Kreislauf geführtes Synthesegas zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Abscheidung des Rohmethanols das Methanol-Produktgas 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 angeordnet sind und daß das im Kreislauf geführte Synthesegas in Aufteilung unvorgewärmt den Synthesereaktoren aufgegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Methanol-Synthesereaktoren eingesetzt werden, wobei diese Reaktoren in Serie angeordnet sind und daß das im Kreislauf geführte Synthesegas in Aufteilung unvorgewärmt den Synthesereaktoren aufgegeben wird.