DE60203761T2 - Methode zur Herstellung von Synthesegas und Methode zur Herstellung von Methanol - Google Patents

Methode zur Herstellung von Synthesegas und Methode zur Herstellung von Methanol Download PDF

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Hiroyuki Hiroshima Osora
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases, das bei der Herstellung von Methanol, bei der Herstellung von Benzin mittels eines GTL (Gas to Liquid)-Prozesses oder bei der Herstellung von Dimethylether zu verwenden ist, und ferner ein Verfahren zur Herstellung von Methanol.
  • Ein Synthesegas, das Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) umfasst, wird beispielsweise als Ausgangsmaterial zur Synthese von Methanol verwendet.
  • Dieses Synthesegas wird herkömmlicherweise durch ein Verfahren hergestellt, wobei ein gasförmiger Kohlenwasserstoff oder ein in den Dampfzustand überführter flüssiger Kohlenwasserstoff unter Verwendung eines Reformers mit Wasserdampf in Gegenwart eines Nickelkatalysators bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000 °C umgesetzt wird, wobei das Synthesegas produziert wird. Dieses Synthesegas umfasst als Hauptkomponenten Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2).
  • In der Zwischenzeit offenbart die veröffentlichte japanische Patentanmeldung KOKAI Nr. 1-180841 (die der US-A-5 063 250 entspricht) ein Beispiel für das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Synthesegases, wobei Kohlendioxid, das in einem aus einem Reformer ausgetragenen Verbrennungsabgas vorhanden ist, durch eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung, die mit einem Kohlendioxidabsorptionsturm und mit einem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationstum ausgestattet ist, rückgewonnen wird und das auf diese Weise rückgewonnene Kohlendioxid an der stromaufwärtigen Seite des Reformers und/oder der stromabwärtigen Seite des Reformers eingespeist wird, wobei ein Synthesegas mit einem gewünschten Molverhältnis H2/CO erhalten wird, das zur Synthese von Methanol geeignet ist.
  • Da jedoch die durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung rückzugewinnende Kohlendioxidmenge bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Methanol erhöht ist, wird bewirkt, dass die Wärmemenge, die zur Verwendung in der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung erforderlich ist, entsprechend zunimmt, was zu einem Mangel an Heizquellen führt und daher die Herstellungskosten von Methanol erhöht.
  • Die EP-A-1 008 577 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Methanol, wobei ein gasförmiges Ausgangsmaterial, das Kohlenwasserstoff als Hauptkomponente enthält, zusammen mit Wasserdampf einem Reformer über eine Befeuchtungsvorrichtung zugeführt wird, wobei ein Synthesegas, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid als Hauptkomponenten enthält, durch die Umsetzung zwischen dem in dem gasförmigen Ausgangsmaterial enthaltenen Kohlenwasserstoff und dem Wasserdampf gebildet wird. Bei der Bildung des Synthesegases wird Kohlendioxid mindestens einer Fluidpassage, die aus der Gruppe der stromaufwärts der Befeuchtungsvorrichtung positionierten Fluidpassage und der zwischen der Befeuchtungsvorrichtung und dem Reformer liegenden Fluidpassage ausgewählt ist, zugeführt. Infolgedessen wird der überschüssige Wasserstoff, der in dem in dem Reformer gebildeten Gas enthalten ist, effektiv genutzt, ohne eine Deaktivierung des Methanolsynthesekataly sators in der Methanolsynthesestufe zu bewirken. Auch wird Kohlendioxid unter Verringerung der aus dem System ausgetragenen Kohlendioxidmenge effektiv genutzt. Ferner ist es möglich, die dem Reformer zugeführte Wasserdampfmenge zu verringern.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Synthesegases mit einem zur Synthese von Methanol geeigneten Molverhältnis H2/(CO+CO2), wobei die in einem Reformer produzierte Abwärme von heißem Synthesegas als Wärmequelle für eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung effektiv genutzt wird, wodurch es möglich wird, mit einer Zunahme der in der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung zu verwendenden Wärmemenge fertig zu werden.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Methanol, das ein Synthesegas mit einem zur Synthese von Methanol geeigneten Molverhältnis H2/(CO+CO2) produzieren und auch die in einem Reformergas produzierte Abwärme von heißem Synthesegas als Wärmequelle für eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung sowie als Wärmequelle für eine Destillationsvorrichtung effektiv nutzen kann, wodurch der Energieverbrauch minimiert werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Synthesegases, das umfasst:
    die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf in einem Reformer zur Bildung eines Synthesegases, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält;
    die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus aus dem Reformer ausgetragenem Verbrennungsabgas durch eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung, die mit einem Kohlendioxidabsorptions turm und mit einem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm ausgestattet ist; und
    das Einspeisen des auf diese Weise rückgewonnenen Kohlendioxids als eine Komponente des Rohgases an der stromaufwärtigen Seite und/oder der stromabwärtigen Seite des Reformers;
    wobei das in dem Reformer gebildete heiße Synthesegas als Wärmequelle zur Regeneration einer Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung genutzt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt ferner die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Methanol, das umfasst:
    die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf in einem Reformer zur Bildung eines Synthesegases, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält;
    die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus aus dem Reformer ausgetragenem Verbrennungsabgas durch eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung, die mit einem Kohlendioxidabsorptionsturm und mit einem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm ausgestattet ist; und
    das Einspeisen des auf diese Weise rückgewonnenen Kohlendioxids als eine Komponente des Rohgases an der stromaufwärtigen Seite und/oder der stromabwärtigen Seite des Reformers; die Produktion von rohem Methanol durch Einführen des Synthesegases in einen Methanolsynthesereaktor; und
    die Destillation von rohem Methanol unter Verwendung einer Destillationsvorrichtung zur Produktion von gereinigtem Methanol;
    wobei das in dem Reformer gebildete heiße Synthesegas als Wärmequelle zur Regeneration einer Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm genutzt wird, und
    das in dem Reformer produzierte heiße Synthesegas als Wärme quelle für die Destillationsvorrichtung genutzt wird.
  • Vorzugsweise kann bei dem Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung das heiße Synthesegas durch einen Wärmetauscher des Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms und durch einen Wärmetauscher der Destillationsvorrichtung laufen, wodurch das heiße Synthesegas einen Wärmeaustausch desselben durchlaufen kann. Insbesondere ist es günstig, wenn die Destillationsvorrichtung mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Destillationsturm, die jeweils mit einem Wärmetauscher ausgestattet sind, ausgestattet ist, wodurch es möglich ist, dass das heiße Synthesegas aus dem Reformer nacheinander den Wärmetauscher des zweiten Destillationsturms, den Wärmetauscher des Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms, den Wärmetauscher des dritten Destillationsturms und den Wärmetauscher des ersten Destillationsturms durchläuft, wodurch das heiße Synthesegas nacheinander einen Wärmeaustausch desselben durchlaufen kann.
  • Diese Zusammenfassung der Erfindung beschreibt nicht zwangsläufig alle notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Teilkombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
  • Die Erfindung ist aufgrund der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vollständiger verständlich, wobei:
  • 1 ein Flussdiagramm ist, das schematisch ein Beispiel für eine Anlage zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
  • 2 ein Flussdiagramm ist, das schematisch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung, die in die in 1 gezeigte Methanolherstellungsanlage einzuarbeiten ist, erläutert;
  • 3 ein Diagramm zur Erläuterung von Änderungen der Temperatur eines heißen Synthesegases für den Fall, dass der von dem heißen Synthesegas zu durchlaufende Strömungsweg mit einem Wärmetauscher eines zweiten Destillationsturms, einem Wärmetauscher eines dritten Destillationsturms und einem Wärmetauscher eines ersten Destillationsturms ausgestattet ist, wobei alle diese Wärmetauscher in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind, wodurch das heiße Synthesegas nacheinander einen Wärmeaustausch desselben durchlaufen kann, ist; und
  • 4 ein Diagramm zur Erläuterung von Änderungen der Temperatur eines heißen Synthesegases für den Fall, dass der von dem heißen Synthesegas zu durchlaufende Strömungsweg mit einem Wärmetauscher eines zweiten Destillationsturms, einem Wärmetauscher einer Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung zur Regeneration der Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit, einem Wärmetauscher eines dritten Destillationsturms und einem Wärmetauscher eines ersten Destillationsturms ausgestattet ist, wobei alle diese Wärmetauscher in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind, wodurch das heiße Synthesegas nacheinander einen Wärmeaustausch desselben durchlaufen kann, ist.
  • Als nächstes werden die Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen erklärt.
  • 1 erläutert schematisch ein Beispiel für die Anlage zur Herstellung von Methanol, die bei der Herstellung eines Synthesegases und bei der Herstellung von Methanol unter Verwendung dieses Synthesegases verwendet wurde; und 2 erläutert die in 1 gezeigte Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung.
  • Eine Befeuchtungsvorrichtung 10 des einstufigen Wärmetauschertyps ist dort mit einer Füllstoffschicht 11, die sich nahe dem oberen Ende der Befeuchtungsvorrichtung 10 befindet, und mit einer Röhre 12 des Befeuchtete-Wand-Typs, die sich unter der Füllstoffschicht 11 befindet, zum In-Kontakt-Bringen des Gases mit Wasser angebracht. Eine Pumpe 14 zum Zirkulieren von Wasser vom unteren Ende der Befeuchtungsvorrichtung 10 über eine Wasserzirkulationspassage 13 zum oberen Ende der Befeuchtungsvorrichtung 10 befindet sich unter der Befeuchtungsvorrichtung 10. Eine Rohgaszufuhrpassage 201 ist mit dem oberen Ende der Befeuchtungsvorrichtung 10 verbunden. Diese Rohgaszufuhrpassage 201 kann mit einer Entschwefelungsvorrichtung (nicht gezeigt) ausgestattet sein.
  • Ein Reformer 30 befindet sich auf der stromabwärtigen Seite der Befeuchtungsvorrichtung 10 und ist über eine Passage 202 mit der Befeuchtungsvorrichtung 10 verbunden. Dieser Reformer 30 ist mit einem Wasserdampfreformierungsreaktionsrohr 31, einer Verbrennungsvorrichtung 32, die das Reaktionsrohr 31 umgibt, so dass das Reaktionsrohr 31 durch Verbrennung eines Brennstoffs erhitzt wird, und einem Kamin 34, der durch einen Konvektionsteil (Abwärmerückgewinnungsteil) 33 mit der Verbrennungsvorrichtung 32 in Verbindung steht, ausgestattet. Das Reaktionsrohr 31 ist mit einem Katalysator auf Nickelbasis gefüllt. Eine Brennstoffzufuhrpassage 203 ist mit der Verbrennungsvorrichtung 32 des Reformers 30 verbunden.
  • Das Reaktionsrohr 31 des Reformers 30 ist mit der Befeuchtungsvorrichtung 10 über eine Passage 204 zum Durchleiten von in dem Reaktionsrohr 31 erzeugtem heißem Synthesegas verbunden. Die Passage 204 ist mit einem Wärmetauscher 41 ausgestattet. Die Befeuchtungsvorrichtung 10 ist über eine Passage 205 zum Durchleiten von heißem Synthesegas mit einer Methanolsynthesereaktionsvorrichtung 50 verbunden. Diese Reakti onsvorrichtung 50 ist mit einer Vorheizvorrichtung 51 und auch mit einem Methanolsynthesereaktor 53, in den ein Synthesegas über eine Zirkulationspassage 52 von der Vorheizvorrichtung 51 aus eingespeist wird, ausgestattet. Dieser Methanolsynthesereaktor 53 ist mit einem Methanolsynthesekatalysator gefüllt.
  • Eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 ist über eine Passage 206 mit der Vorheizvorrichtung 51 verbunden. Die Passage 206 ist mit einer Kühlvorrichtung 62 ausgestattet. Die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 ist über eine Gaszirkulationspassage 63 mit einem Bereich der Passage 205 , der sich nahe dem Einlass der Vorheizvorrichtung 51 befindet, verbunden. Die Gaszirkulationspassage 63 ist mit einem Gaskompressor 64 ausgestattet. Eine Spülgaspassage 207 zweigt von einem Bereich der Gaszirkulationspassage 63, der sich zwischen der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 und dem Gaskompressor 64 befindet, ab und ist mit der Brennstoffzufuhrpassage 203 verbunden. Das rohe Methanol, das durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 abgetrennt wurde, kann über eine Passage 208 in einen ersten Destillationsturm einer später zu erklärenden Destillationsvorrichtung eintreten.
  • Die Destillationsvorrichtung umfasst den ersten bis den dritten Destillationsturm 801 , 802 und 803 . Die Passage 205 ist mit mehreren Wärmetauschern und mehreren Kondensatoren, d.h. einem ersten Kondensator 71, einem Wärmetauscher 812 des zweiten Destillationsturms 802 , einem zweiten Kondensator 72, einem Wärmetauscher des Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 104 einer Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90, einem dritten Kondensator 73, einem Wärmetauscher 813 des dritten Destillationsturms 803 , einem vierten Kondensator 74, einem Wärmetauscher 811 des ersten Destillationsturms 801 , einem fünften Kondensator 75, einem Kühlwärmetauscher 76 und einem Kompressor 77 ausgestattet, die alle in der genannten Reihenfolge ausgehend von der Befeuchtungsvorrichtung 10 angeordnet sind.
  • Der erste Destillationsturm 801 befindet sich auf der stromabwärtigen Seite der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 und er ist über die Passage 208 mit der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 verbunden. Ein erster Kondensator 821 ist über die Zirkulationspassage 831 mit dem oberen Teil des ersten Destillationsturms 801 verbunden. Der Boden des ersten Destillationsturms 801 ist über die Passage 209 mit dem zweiten Destillationsturms 802 verbunden. Eine erste Destillationsheizpassage 2010 zweigt von einem Bereich der Passage 209 , der nahe dem Boden des ersten Destillationsturms 801 positioniert ist, ab und ist über den Wärmetauscher 811 mit einem unteren Teil des ersten Destillationsturms 801 verbunden.
  • Der zweite Destillationsturm 802 befindet sich auf der stromabwärtigen Seite des ersten Destillationsturms 801 und er ist über die Passage 209 mit dem ersten Destillationsturm 801 verbunden. Ein zweiter Kondensator 822 ist über eine Zirkulationspassage 832 mit einem oberen Teil des zweiten Destillationsturms 802 verbunden. Der Boden des zweiten Destillationsturms 802 ist mit einer Abwasseraustragpassage 2011 verbunden. Eine zweite Destillationsturmheizpassage 2012 zweigt von einem Bereich der Passage 2011 , der nahe dem Boden des zweiten Destillationsturms 802 positioniert ist, ab und ist über den Wärmetauscher 812 mit einem unteren Teil des zweiten Destillationsturms 802 verbunden.
  • Ein dritter Destillationsturm 803 befindet sich auf der stromabwärtigen Seite des zweiten Destillationsturms 802 und er ist über eine Passage 2013 mit dem zweiten Destillationsturm 802 verbunden. Ein dritter Kondensator 823 ist über eine Zirkulationspassage 833 mit einem oberen Teil des dritten Destillationsturms 803 verbunden. Der Boden des dritten De stillationsturms 803 ist mit einer Abwasseraustragpassage 2014 verbunden. Eine dritte Destillationsturmheizpassage 2012 zweigt von einem Bereich der Passage 2014 , der nahe dem Boden des dritten Destillationsturms 803 positioniert ist, ab und ist über den Wärmetauscher 813 mit einem unteren Teil des dritten Destillationsturms 803 verbunden.
  • Die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 ist über eine Verbrennungsabgaszufuhrpassage 2016 mit dem Konvektionsteil 33 des Reformers 30 verbunden. Diese Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 ist, wie in 2 gezeigt ist, mit einem Kühlturm 91, einem Kohlendioxidabsorptionsturm 92 und einem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm 93, die alle jeweils benachbart angeordnet sind, ausgestattet. Der Kühlturm 91 ist dort mit einem Gas/Flüssigkeit-Kontaktelement 94 ausgestattet. Der Kohlendioxidabsorptionsturm 92 ist dort mit einem Paar von einem oberen und unteren Gas/Flüssigkeit-Kontaktelement 95a und 95b ausgestattet, zwischen denen sich ein Überlaufteil 96 für eine regenerierte Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit befindet. Der Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm 93 ist dort mit einem Paar von einem oberen und unteren Gas/Flüssigkeit-Kontaktelement 97a und 97b ausgestattet.
  • Der Kühlturm 91 ist über die Verbrennungsabgaszufuhrpassage 2016 mit dem Konvektionsteil 33 verbunden. Er ist derart gestaltet, dass das Kühlwasser über die Passage 201 auf einen oberen Teil des Kühlturms 91 gesprüht werden kann und das Verbrennungsabgas, das durch die Verbrennungsabgaszufuhrpassage 2016 in den Kühlturm 91 eingeführt wurde, mittels des Gas/Flüssigkeit-Kontaktelements 94 gekühlt wird.
  • Der obere Teil des Kühlturms 91 ist über die Passage 2018 mit einem unteren Teil des Kohlendioxid-Absorptionsturms 92 verbunden, und diese Passage 2018 ist mit einem Gebläse 98 aus gestattet. Der Boden des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 ist über eine Passage 2019 mit einem oberen Teil des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93, der sich zwischen dem oberen und unteren Gas/Flüssigkeits-Kontaktelement 97a und 97b befindet, verbunden. Eine Pumpe 99 und ein Wärmetauscher 100 sind an der Passage 2019 nacheinander montiert, wobei sich die Pumpe 99 näher am Kohlendioxidabsorptionsturm 92 als der Wärmeaustauscher 100 befindet.
  • Der Boden des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93 ist über eine Passage 2020 mit einem oberen Teil des Kohlendioxidabsorptionstums 92, wo sich der Überlaufteil 96 befindet, verbunden, wobei die Passage 2020 so angebracht ist, dass sie durch einen Wärmetauscher 100 läuft. Eine Pumpe 101 ist in einem Bereich der Passage 2020 , der sich zwischen dem Boden des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93 und dem Wärmetauscher 100 befindet, montiert. Eine Passage 2021 kommuniziert mit dem Kohlendioxidabsorptionsturm 92 derart, dass ein Ende derselben mit dem Überlaufteil 96 des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 verbunden ist und das andere Ende derselben über eine Pumpe 102 mit einem Bereich des Kohlendioxidabsorptionsturms 92, der sich über dem oberen Gas/Flüssigkeitskontaktelement 95a befindet, verbunden ist. Eine Abgaspassage 2022 ist über ein Ende derselben mit einem oberen Teil des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 verbunden. Eine Passage 2023 ist über ein Ende derselben mit einem unteren Teil des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93 verbunden, wobei das andere derselben mit einem Bereich des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93, der sich unmittelbar unter dem unteren Gas/Flüssigkeitskontaktelement 97b befindet, verbunden ist. Eine Pumpe 103 und ein Wärmetauscher 104 sind in der genannten Reihenfolge an der Passage 2023 angeordnet. Der Wärmetauscher 104 wird von der Passage 205 unter Wärmeaustausch mit dem heißen Synthesegas durchquert. Eine Passage 2024 ist über ein Ende derselben mit einem oberen Teil des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93 verbunden und auch über das andere Ende derselben und über einen Kühlwärmetauscher 105 mit der Passage 202 , die zur Zufuhr eines mit Wasserdampf gemischten Rohgases angebracht ist, verbunden. Diese Passage 2024 kann mit einem Kompressor zum Komprimieren von diese durchlaufendem Kohlendioxid ausgestattet sein. Eine Passage 2025 ist über ein Ende derselben mit einem oberen Teil des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93, der sich unmittelbar über dem oberen Gas/Flüssigkeitskontaktelement 97a befindet, verbunden, wobei das andere Ende derselben mit einem Bereich der Passage 2024 , der an der stromabwärtigen Seite des Kühlwärmetauschers 105 positioniert ist, verbunden ist.
  • Ferner sind der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Kondensator 71–75 über die Passagen 2026 –2030 mit der Zirkulationswasserpassage 13 der Befeuchtungsvorrichtung 10 verbunden. Aufgrund dieses Verbindungssystems kann das in diesem ersten bis fünften Kondensator 71–75 erhaltene kondensierte Wasser der Befeuchtungsvorrichtung 10 zugeführt werden und zur Befeuchtung des Erdgases in dieser genutzt werden.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases und ein Verfahren zur Herstellung von Methanol unter Verwendung dieses Synthesegases unter Bezug auf die in 1 und 2 gezeigte Methanolherstellungsanlage erklärt.
  • 1) Stufe der Bildung von Synthesegas:
  • Zu allererst wird ein Brennstoff zur Verbrennung, beispielsweise Erdgas, durch die Brennstoffzufuhrpassage 203 der Verbrennungsvorrichtung 32 des Reformers 30 zugeführt. Ein Teil von nicht-umgesetztem Gas, das durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 generiert wird und hauptsächlich Wasserstoff enthält, wird als Reinigungsgas über die Reinigungsgaspassage 207 der Verbrennungsvorrichtung 32 des Reformers zu geführt. In dieser Verbrennungsvorrichtung 32 werden das im Vorhergehenden genannte Erdgas und Reinigungsgas zusammen mit Luft verbrennen gelassen, um dadurch das Innere des Reaktionsrohrs 31 bis auf eine ausreichend hohe Temperatur, beispielsweise 850 bis 900 °C, zu erhitzen. Der Grund für das Erhitzen des Reaktionsrohrs 31 auf eine derart hohe Temperatur beruht auf der Tatsache, dass die Reformierungsreaktion im Inneren des Reformers 30 eine endotherme Reaktion ist. Das Kohlendioxid enthaltende Verbrennungsabgas, das in der Verbrennungsvorrichtung 32 erzeugt wurde, wird über den Konvektionsteil 33 zum Kamin 34 transportiert. Dieses Verbrennungsabgas wird, wenn es den Konvektionsteil 33 durchläuft, durch den Wärmeaustausch desselben mit einem Rohgas, beispielsweise Erdgas, das die Rohgaszufuhrpassage 202 durchläuft, und mit Wasserdampf gemischt ist, sowie durch den Wärmeaustausch desselben mit Boilerwasser (nicht gezeigt) gekühlt.
  • Das in dem Konvektionsteil 33 gekühlte Verbrennungsabgas wird über die Verbrennungsabgaszufuhrpassage 2016 dem Kühlturm 91 der in 2 gezeigten Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 90 zugeführt und an dem Gas/Flüssigkeitskontaktelement 94 durch Kühlwasser, das über die Passage 2017 zugeführt wird, weiter gekühlt. Das auf diese Weise gekühlte Verbrennungsabgas wird ausgehend von einem oberen Teil des Kühlturms 91 durch Betreiben des Gebläses 98 über die Passage 2018 einem unteren Teil des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 zugeführt. Während des Zeitraums, in dem sich dieses Verbrennungsabgas durch das im Inneren des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 befindliche untere Gas/Flüssigkeitskontaktelement 95b bewegt, kann das in dem Verbrennungsabgas enthaltene Kohlendioxid mit einer Regenerationsabsorptionsflüssigkeit, beispielsweise einer Regenerationsaminflüssigkeit, die ausgehend von dem Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm 93 über die Passage 2020 (die den Wärmetauscher 100 durchläuft) dem Überlaufteil 96 des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 zugeführt wurde, in Kontakt kommen, wodurch das Kohlendioxid durch die Aminflüssigkeit absorbiert werden kann. Ferner kann während des Zeitraums, in dem dieses Verbrennungsabgas nach dem Durchlaufen des Überlaufteils 96 über das obere Gas/Flüssigkeitskontaktelement 95a nach oben bewegt wird, in dem Verbrennungsabgas verbliebenes nicht-absorbiertes Kohlendioxid mit einer Regenerationsaminflüssigkeit, die durch das Betreiben der Pumpe 102 über die Passage 2021 einen oberen Teil des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 zugeführt wurde, in Kontakt kommen, wodurch eine Absorption des nicht-absorbierten Kohlendioxids durch die Aminflüssigkeit möglich wird. Das auf diese Weise von Kohlendioxid befreite Verbrennungsabgas kann über die Abgaspassage 2022 in den Konvektionsteil 33 des Reformers 30 zurückkehren und über den Kamin 34 aus dem System ausgetragen werden.
  • Die Aminflüssigkeit mit absorbiertem Kohlendioxid wird im unteren Teil des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 aufbewahrt. Die auf diese Weise aufbewahrte Aminflüssigkeit kann durch Betreiben der Pumpe 99 von dort ausgehend und über die Passage 2019 einem oberen Teil des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93, der zwischen einem im Inneren des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93 befindlichen Paar des oberen und unteren Gas/Flüssigkeitskontaktelements 97a und 97b positioniert ist, zugeführt werden. In diesem Fall erfährt während des Zeitraums, in dem diese Aminflüssigkeit mit absorbiertem Kohlendioxid den an der Passage 2019 montierten Wärmetauscher 100 durchläuft, die Aminflüssigkeit einen Wärmeaustausch mit einer regenergierten Aminflüssigkeit, die eine relativ hohe Temperatur aufweist und die Passage 2020 , die mit dem Boden des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm 93 verbunden ist, durchläuft, wodurch die Aminflüssigkeit mit absorbiertem Kohlendioxid erhitzt und gleichzeitig die regenerierte Aminflüssigkeit, die die Passage 2020 durchläuft und eine relativ hohe Temperatur aufweist, gekühlt wird. Die Aminflüssigkeit mit absorbiertem Kohlendioxid, die auf diese Weise erhitzt wurde, wird dann in Kohlendioxid und regenerierte Aminfüssigkeit getrennt. Während dieses Zeitraums fließt die Aminflüssigkeit mit absorbiertem Kohlendioxid über das untere Gas/Flüssigkeitskontaktelement 97b des erhitzten Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93 nach unten. In diesem Fall wird die regenerierte Aminflüssigkeit am Boden des Regenerationsturms 93 aufbewahrt und bei Betreiben der Pumpe 103 über die Passage 2023 zirkulieren gelassen, wobei dann die regenerierte Aminflüssigkeit am Wärmetauscher 104, der von der Passage 205 , durch die wie später erklärt wird, ein heißes Synthesegas mit hoher Temperatur strömen kann, gequert wird, einen Wärmeaustausch erfährt. Die auf diese Weise erhitzte regenerierte Aminflüssigkeit wird zum Erhitzen des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93 selbst genutzt, wodurch die regenerierte Aminflüssigkeit als Wärmequelle zur Auftrennung der Aminflüssigkeit mit absorbiertem Kohlendioxid in Kohlendioxid und regenerierte Aminflüssigkeit genutzt werden kann.
  • Die regenerierte Aminflüssigkeit, die auf diese Weise getrennt wurde, wird am Boden des Regenerationsturms 93 aufbewahrt und dann durch Betreiben der Pumpe 101 über die Passage 2020 zu dem Kohlendioxid-Absorptionsturm 92 rückgeführt. Auf der anderen Seite wird das Kohlendioxid, das von der Aminflüssigkeit mit absorbiertem Kohlendioxid abgetrennt wurde, über das obere Gas/Flüssigkeitskontaktelement 97a des Regenerationsturms 93 strömengelassen und ausgehend von einem oberen Teil des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93 über die Zirkulationspassage 2024 zirkuliert, wobei das Kohlendioxid währenddessen durch den Kühlwärmetauscher 105 gekühlt wird, wodurch der Amindampf, der zusammen mit dem Kohlendioxid mitgeführt wird, kondensiert wird, und die kondensierte Aminflüssigkeit anschließend über die abgezweigte Passage 2025 in den Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm 93 zurückkehren gelassen wird. Das auf diese Weise rückgewonnene Kohlendioxid wird über die Passage 2024 der Passage 201 , die zum Durchleiten von Erdgas, wie im folgenden beschrieben, angebracht ist, zugeführt.
  • Als Rohgas durchläuft beispielsweise Erdgas, das hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen besteht, die mittels einer (nicht gezeigten) Entschwefelungsvorrichtung entschwefelt wurden, die Rohgaszufuhrpassage 201 . Eine vorgegebene Kohlendioxidmenge, die durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung rückgewonnen wurde, wird mittels der Passage 2024 dem Rohgas zugesetzt und mit diesem gemischt. Dieses Gasgemisch, das das Erdgas und Kohlendioxid umfasst, wird dann über die Rohmaterialzufuhrpassage 201 der Füllstoffschicht 11, die sich in einem oberen Teil der Befeuchtungsvorrichtung 10 des Wärmetauschertyps befindet, zugeführt. In diesem Fall wird die Pumpe 14, die sich unter der Befeuchtungsvorrichtung des Wärmetauschertyps befindet, zuvor betätigt, um zu ermöglichen, dass Wasser vom Boden der Befeuchtungsvorrichtung des Wärmetauschertyps zum oberen Teil der Befeuchtungsvorrichtung 10 des Wärmetauschertyps über die Zirkulationswasserpassage 13 zirkuliert, wodurch das Gasgemisch, das das Erdgas und Kohlendioxid umfasst, das in den oberen Teil der Befeuchtungsvorrichtung 10 des Wärmetauschertyps eingeführt wurde, befeuchtet wird. Nachdem das Gasgemisch mit dem Wasser, das von der Zirkulationswasserpassage 13 zugeführt wurde, an der Füllstoffschicht 11 in Kontakt gekommen und durch dieses befeuchtet ist, wird das Gasgemisch durch den Wärmeaustausch desselben an dem Rohr 12 mit einem heißen Synthesegas, das ausgehend von dem Reformer 30 über die Passage 204 diesem zugeführt wurde, des weiteren erhitzt und befeuchtet. Infolgedessen wird Wasserdampf in wesentlicher Menge dem Gasgemisch zugesetzt.
  • Übrigens ist es im Falle des Mischens des Erdgases mit Kohlendioxid und Wasserdampf günstig, das Mischverhältnis von Methan (CH4) in dem Erdgas/Wasserdampf (H2O) auf 1/1,5–1/5 (auf der Basis des Molverhältnisses) und das Mischverhältnis von Methan (CH4)/Kohlendioxid (CO2) auf 1/0,1–1/3 (auf der Basis des Molverhältnisses) einzustellen.
  • Das Erdgas, das Kohlendioxid und Wasserdampf enthält, kann die Passage 202 durchlaufen und wird dann während des Zeitraums, in dem das Erdgas den Konvektionsteil 33 des Reformers 30 durchläuft, vorerhitzt, wonach das Erdgas in das Reaktionsrohr 31, das auf eine ausreichende Temperatur erhitzt wurde, eingespeist wird.
  • Die gesamten Komponenten Wasserdampf, Kohlendioxid und Erdgas, das hauptsächlich aus Methan (CH4) bestand, die dem Reaktionsrohr 31 des Reformers 30 zugeführt wurden, werden in Gegenwart eines Katalysators in dem Reaktionsrohr 31, worin die Wasserdampfreformierung von Methan stattfinden kann, miteinander reagieren gelassen, wodurch ein Synthesegas, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid umfasst, gemäß den folgenden Gleichungen (1) und (2) produziert wird. CH4 + H2O ⇆ CO + 3H2 (1) CO + H2O ⇆ CO2 + H2 (2)
  • Wie aus diesen Gleichungen (1) und (2) der Reformierungsreaktion ersichtlich, werden infolge der Reaktion zwischen einem Mol Methan und zwei Molen Wasserdampf vier Mole Wasserstoff und ein Mol Kohlendioxid produziert. In dem tatsächlichen Reaktionssystem kann jedoch eine Zusammensetzung, die nahe der Zusammensetzung des chemischen Reaktionsgleichgewichts ist, die durch die Auslasstemperatur und den Druck des Reaktionsrohrs 11 bestimmt wird, erhalten werden.
  • 2) Stufe von Wärmeaustausch und Kühlung des heißen Synthese gases:
  • Das an dem Reformer 30 produzierte heiße Synthesegas wird über die Passage 204 zum Wärmetauscher 41 transportiert, worin das heiße Synthesegas zum Erhitzen von Boilerwasser zur Erzeugung von Wasserdampf hohen Drucks verwendet wird und gleichzeitig das heiße Synthesegas selbst gekühlt und dann einer äußeren Passage des Rohrs 12 der Befeuchtungsvorrichtung 10 zugeführt wird. In diesem Rohr 12 wird ein Teil der Wärme des Synthesegases rückgewonnen und als Wärmequelle für die Befeuchtungsvorrichtung 10 genutzt.
  • Das Synthesegas, das die Befeuchtungsvorrichtung 10 durchlaufen hat, wird über die Passage 205 der Methanolsynthesereaktionsvorrichtung 50, wie in 1 gezeigt, zugeführt. In diesem Fall wird während des Zeitraums, in dem dieses Synthesegas die Passage 205 durchläuft, dieses Synthesegas durch den Wärmeaustausch desselben mit dem Wärmetauscher 812 des zweiten Destillationsturms 802 , mit dem Wärmetauscher 104 des Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm einer Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 90, mit dem Wärmetauscher 813 eines dritten Destillationsturms 803 und mit dem Wärmetauscher 811 des ersten Destillationsturms 801 gekühlt. Das auf diese Weise gekühlte Synthesegas wird durch den Kühlwärmetauscher 76 weiter gekühlt und dann mittels des Kompressors 77 auf einen Druck (beispielsweise 5065 bis 15195 kPa (50 – 150 atm)), der für die Methanolsynthesereaktion geeignet ist, komprimiert. Das heißt, die Abwärme des Synthesegases wird während der Prozesse, in denen das Synthesegas die im Vorhergehenden genannten Wärmetauscher 811 – 813 und 104 durchläuft, effektiv genutzt, wodurch ein Kühlen des Synthesegases selbst in diesen Prozessen ermöglicht wird. Ferner wird der in dem Synthesegas enthaltene Wasserdampf durch den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Kondensator 71 – 75 in kondensiertes Wasser umgewandelt, und das kondensier te Wasser anschließend über die Passagen 2026 – 3030 der Zirkulationswasserpassage 13 der Befeuchtungsvorrichtung 10 zugeführt, wodurch eine Nutzung des kondensierten Wassers zur Befeuchtung des Rohgases, das in die Befeuchtungsvorrichtung 10 eingeführt wurde, ermöglicht wird.
  • 3) Stufe der Synthese von rohem Methanol:
  • Das komprimierte Synthesegas wird über die Passage 205 der Vorheizvorrichtung 61 der Methanolsynthesereaktionsvorrichtung 50 zugeführt, in der das Synthesegas bis auf eine Temperatur (beispielsweise 200 – 300 °C), die zur Methanolsynthesereaktion geeignet ist, vorerhitzt wird. Danach wird das vorerhitzte Synthesegas über die Zirkulationspassage 52 dem Methanolsynthesereaktor 53, der mit einem Methanolsynthesekatalysator gefüllt ist, zugeführt. Übrigens wir das nicht-umgeetzte Gas, das an der Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 (die später erklärt wird) abgetrennt wurde, über die Gaszirkulationspassage 63 einem Bereich der Passage 205 zugeführt, die unmittelbar vor der Vorheizvorrichtung 51 positioniert ist, wodurch ein Mischen des nicht-umgesetzten Gases mit dem Synthesegas ermöglicht wird. In dem Reaktor 53 kann ein Produkt, das Methanol enthält, das gemäß den in den folgenden Gleichungen (3) und (4) gezeigten Reaktionen synthetisiert wurde, erhalten werden. CO + 2H2 ⇆ CH3OH (3) CO2 + 3H2 ⇆ CH3OH + H2O (4)
  • Ferner werden aufgrund von Nebenreaktionen Verunreinigungen, wie Dimethylether und Ethanol, produziert. Diese Verunreinigungen und Wasser sind zusammen mit Methanol in dem Produkt vorhanden, wobei ein flüssiges rohes Methanol gebildet wird.
  • 4) Stufe der Gewinnung von flüssigem rohem Methanol:
  • Das aus dem Reaktor 53 erhaltene Produkt wird nacheinander über die Zirkulationspassage 52 und die Passage 206 in den Kühler 62 eingespeist, um es auf gewöhnliche Temperatur abzukühlen. An diesem Moment sind der größte Teil des in dem Produkt enthaltenen Methanols und Wasserdampfs kondensiert und sie können als Flüssigkeit in die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 eintreten. In dieser Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 wird das Produkt in ein flüssiges rohes Methanol und ein nicht-umgesetztes Gas, d.h. wasserstoffreiches nicht-umgesetztes Gas, das hauptsächlich aus Wasserstoff besteht, getrennt.
  • Der größte Teil dieses wasserstoffreichen nicht-umgesetzten Gases wird dann über die Gaszirkulationspassage 63 dem Gaskompressor 64 zugeführt, indem das wasserstoffreiche, nicht-umgesetzte Gas komprimiert wird und dann wird es über die Gaszirkulationspassage 63 in einen Bereich der Passage 205 , die am Einlass der Vorheizeinrichtung 51 positioniert ist, zirkuliert, um es zusammen mit dem Synthesegas dem Reaktor 53 zuzuführen. Ein Teil des wasserstoffreichen nicht-umgesetzten Gases wird als Reinigungsgas verwendet und durch die Reinigungsgaspassage 207 geleitet, um es als Teil des Brennstoffs für die Verbrennungsvorrichtung 32 in dem Reformer 30 zu nutzen.
  • 5) Destillierstufe:
  • Das flüssige rohe Methanol, das durch die Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 getrennt wurde, wird über die Passage 208 dem ersten Destillationsturm 801 der Destillationsvorrichtung zugeführt. Dieses flüssige rohe Methanol wird dann durch größtenteils Verwenden der Wärme, die durch den Wärmeaustausch am Wärmetauscher 811 mit der Abwärme des durch die Passage 205 strömenden heißen Synthesegases erzeugt wurde, erhitzt. Organische Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt konzentrieren sich im oberen Teil des ersten Destillationsturms 801 und ein Teil der organischen Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt kondensiert am ersten Kondensator 821 und refluxiert, wobei der Rest derselben zusammen mit gelösten Gasen aus dem System ausgetragen wird.
  • Die (hauptsächlich aus Methanol und Wasser bestehende) Bodenflüssigkeit des ersten Destillationsturms 801 wird über die Passage 209 dem zweiten Destillationsturm 802 zugeführt. Das Methanol und Wasser, die in den zweiten Destillationsturm 802 eingeführt wurden, werden durch größtenteils Verwendung der Wärme, die durch den Wärmeaustausch am Wärmetauscher 812 mit der Abwärme des durch die Passage 205 strömenden heißen Synthesegases erzeugt wurde, erhitzt. Am oberen Teil des zweiten Destillationsturms 802 wird eine Methanolfraktion durch den zweiten Kondensator 822 gekühlt und kondensiert, und die kondensierte Methanolfraktion wird anschließend refluxiert und raffiniert, wobei Methanol hoher Reinheit produziert wird, das dann dem System entnommen wird. Die Bodenflüssigkeit des zweiten Destillationsturms 802 besteht hauptsächlich aus Wasser, enthält jedoch auch eine kleine Menge organischer Verbindungen mit hohem Siedepunkt und organischer Säuren sowie eine winzige Menge anorganischer Substanzen, die aus der Vorrichtung stammen, wobei dieses Abwasser anschließend aus dem Boden des zweiten Destillationsturms 802 entnommen und über die Passage 2011 aus dem System ausgetragen wird.
  • Eine hauptsächlich ungereinigtes Methanol enthaltende Flüssigkeit verbleibt nahe dem Mittelteil des zweiten Destillationsturms 802 , wobei dieses ungereinigte Methanol anschließend über die Passage 2013 in den dritten Destillationsturm 803 übertragen wird. Die Flüssigkeit, die in den dritten Destillationsturm 803 eingeführt wurde, wird aufgrund von größtenteils der Wärme, die durch den Wärmeaustausch an dem Wärmetauscher 813 mit der Abwärme des durch die Passage 205 strömenden heißen Synthesegases erzeugt wurde, erhitzt. Im oberen Teil des dritten Destillationsturms 803 wird eine Methanolfraktion durch den dritten Kondensator 823 gekühlt und kondensiert und die kondensierte Methanolfraktion anschließend refluxiert und raffiniert, wobei Methanol hoher Reinheit produziert wird, das dann aus dem System entnommen wird. Die Bodenflüssigkeit des dritten Destillationsturms 803 ist hauptsächlich aus Wasser bestehendes Abwasser und sie wird anschließend aus dem Boden des dritten Destillationsturms 803 entnommen und über die Passage 2014 aus dem System ausgetragen.
  • Wie im Vorhergehenden beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Zugabe von Kohlendioxid zusammen mit Wasserdampf zu Erdgas möglich, ein Synthesegas mit einem H2/(CO+CO2)-Verhältnis, das zur Synthese von Methanol geeignet ist, herzustellen.
  • Ferner kann, da das aus dem Reformer 30 ausgetragene Verbrennungsabgas durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 so rückgewonnen wird, dass das darin enthaltene Kohlendioxid als eine Komponente des Rohgases zur Herstellung von Synthesegas genutzt werden kann, die aus dem System auszutragende Kohlendioxidmenge bei der Herstellung von Synthesegas verringert werden. Infolgedessen kann die Wirtschaftlichkeit einer Methanolherstellungsanlage insbesondere verbessert werden, wenn eine Steuer auf die Kohlendioxidemission neu eingeführt wird oder eine strengere Regelung für die Kohlendioxidemission neu in Kraft gesetzt wird.
  • Ferner wird es wegen der Nutzung der Abwärme des in dem Reformer 30 erzeugten heißen Synthesegases als Wärmequelle für den Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm 93 der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 möglich, die bei der Produktion eines Synthesegases erforderliche Wärmeenergie zu verringern und die Herstellungskosten des Synthesegases zu verringern.
  • Ferner wird es wegen der Nutzung der Abwärme des in dem Reformer 30 erzeugten heißen Synthesegases als Wärmequelle für den Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm 93 der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 und auch als Wärmequelle für den ersten, zweiten und dritten Destillationsturm 801 , 802 und 803 möglich, das Synthesegas zu einer ausreichend niedrigen Temperatur abzukühlen und die bei der Produktion von Ethanol erforderliche Wärmeenergie zu verringern. Infolgedessen ist es nun möglich, die Herstellungskosten von Methanol zu verringern.
  • Insbesondere sind, wie in 1 gezeigt, die Wärmetauscher 811 – 813 des ersten, zweiten und dritten Destillationsturms 801 – 803 an und längs der Passage 205 derart montiert, dass der Wärmetauscher 812 des zweiten Destillationsturms 802 , der auf die höchste Temperatur erhitzt werden muss, zunächst angebracht ist, worauf nacheinander auf der stromabwärtigen Seite desselben der Wärmetauscher 104 des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93, der Wärmetauscher 813 des dritten Destillationsturms 803 und der Wärmetauscher 811 des ersten Destillationsturms 801 folgen. Aufgrund dieser Anordnung kann das Einstellen der Temperaturbedingungen des ersten, zweiten und dritten Destillationsturms 801 – 803 leicht so durchgeführt werden, dass diese zur Reinigung von flüssigem rohem Methanol optimiert sind, und ferner die Einstellung der Temperaturbedingung des Regenerationsturms 93 der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung 90 leicht so durchgeführt werden, dass sie zur Regeneration der Absorptionsflüssigkeit optimiert ist.
  • Tatsächlich wurde, wenn der Wärmeaustausch von Synthesegas unter der Bedingung durchgeführt wurde, dass der Wärmetau scher 812 des zweiten Destillationsturms 802 , der Wärmetauscher 813 des dritten Destillationsturms 803 und der Wärmetauscher 811 des ersten Destillationsturms 801 in der genannten Reihenfolge an der Passage 205 wie in 3 angegeben angeordnet waren, die Temperatur des durch die Passage 205 strömenden Synthesegases höchstens auf 146 °C gesenkt. Dagegen war es, wenn der Wärmeaustausch von Synthesegas unter der Bedingung durchgeführt wurde, dass der Wärmetauscher 812 des zweiten Destillationsturms 802 , der Wärmetauscher 104 des Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms 93, der Wärmetauscher 813 des dritten Destillationsturms 803 und der Wärmetauscher 811 des ersten Destillationsturms 801 in der genannten Reihenfolge an der Passage 205 wie in 4 gezeigt angeordnet waren, möglich, die Temperatur des durch die Passage 205 strömenden Synthesegases auf bis zu 96 °C zu senken, wodurch gezeigt wird, dass das Synthesegas auf eine ausreichend niedrige Temperatur abgesenkt werden kann und die Abwärme des Synthesegases effektiv genutzt werden kann.
  • Das Verhältnis [a/b] der Verbrauchsmenge von Erdgas (Brennstoff für die Verbrennung + Ausgangsmaterial) [a] pro Mengeneinheit der Produktion von Methanol [b] für den Fall, dass die Abwärme von Synthesegas unter Verwendung von drei Wärmetauschern von drei Destillationstürmen wärmeausgetauscht wird (Beispiel 1), wie in 3 gezeigt, und für den Fall, dass die Abwärme von Synthesegas unter Verwendung von drei Wärmetauschern von drei Destillationstürmen zusammen mit dem Wärmetauscher des Rückgewinnungsturms der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung wärmeausgetauscht wird (Beispiel 2), wie in 4 gezeigt wurde, ermittelt. Das Ergebnis war ein Verhältnis [a/b] in Beispiel 2 von 94 im Vergleich zu einem Verhältnis [a/b] in Beispiel 1, das als 100 angenommen wurde, wodurch gezeigt wird, dass gemäß Beispiel 2 die Herstellung von Methanol mit geringerem Brennstoffverbrauch oder weniger Wärmeenergie als im Vergleich mit Beispiel 1 möglich ist.
  • Übrigens wurde in der im Vorhergehenden genannten Ausführungsform das Synthesegas zur Herstellung von Methanol verwendet, wobei das Synthesegas auf die gleiche Weise bei der Herstellung von Benzin mittels eines GTL (Gas to Liquid)-Prozesses oder bei der Herstellung von Dimethylether verwendet werden kann.
  • Wie im Vorhergehenden beschrieben ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases mit einem H2/(CO+CO2)-Molverhältnis, das zur Synthese von Methanol geeignet ist, am Reformer und ein Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases, wobei die in einem Reformer erzeugte Abwärme als Wärmequelle für den Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung effektiv genutzt werden kann, wodurch eine Verringerung des Energieverbrauchs und eine Senkung der Herstellungskosten desselben ermöglicht wird, bereitzustellen.
  • Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Synthesegas mit einem H2/(CO+CO2)-Molverhältnis, das zur Synthese von Methanol geeignet ist, an dem Reformer zu produzieren und gleichzeitig ein Verfahren zur Herstellung von Methanol bereitzustellen, wobei die Abwärme des an dem Reformer erzeugten heißen Synthesegases als Wärmequelle für den Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung und auch als Wärmequelle für die Destillationsvorrichtung genutzt werden kann, wodurch eine Verringerung des Energieverbrauchs und eine Senkung der Herstellungskosten desselben möglich werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases, das umfasst: die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf in einem Reformer (30) zur Bildung eines Synthesegases, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält; die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus aus dem Reformer ausgetragenem Verbrennungsabgas durch eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung (90), die mit einem Kohlendioxidabsorptionsturm (92) und mit einem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) ausgestattet ist; und das Einspeisen des auf diese Weise rückgewonnenen Kohlendioxids als eine Komponente des Rohgases an der stromaufwärtigen Seite und/oder der stromabwärtigen Seite des Reformers; dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Reformer gebildete heiße Synthesegas als Wärmequelle zur Regeneration einer Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) der Kohlendioxid-Rückgewinnungsvorrichtung (90) genutzt wird.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid, das durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung (90) aus aus dem Reformer (30) ausgetragenem Verbrennungsabgas rückgewon nen wurde, mit den Kohlenwasserstoffen zur Herstellung eines Gasgemisches gemischt wird, und das gebildete Gasgemisch anschließend einer Befeuchtungsvorrichtung (10) zur Zufuhr von Wasserdampf zu dem Gasgemisch zugeführt wird, wobei das gebildete befeuchtete Gasgemisch anschließend dem Reformer zugeführt wird, um das Stattfinden einer Reformierungsreaktion zu ermöglichen.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe Erdgas sind.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Synthesegases nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Reformer (30) produzierte Synthesegas ferner als Wärmequelle zur Regeneration von Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) unter Verwendung eines Wärmetauschers (104) genutzt wird.
  5. Verfahren zur Herstellung von Methanol, umfassend: die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf in einem Reformer (30) zur Bildung eines Synthesegases, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält; die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus aus dem Reformer ausgetragenem Verbrennungsabgas durch eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung (90), die mit einem Kohlendioxidabsorptionsturm (92) und mit einem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) ausgestattet ist; und das Einspeisen des auf diese Weise rückgewonnenen Kohlendioxids als eine Komponente des Rohgases an der stromaufwärtigen Seite und/oder der stromabwärtigen Seite des Reformers (30); die Produktion von rohem Methanol durch Einführen des Synthesegases in einen Methanolsynthesereaktor; und die Destillation von rohem Methanol unter Verwendung einer Destillationsvorrichtung zur Produktion von gereinigtem Methanol; dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Reformer (30) gebildete heiße Synthesegas als Wärmequelle zur Regeneration einer Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) genutzt wird, und das in dem Reformer (30) produzierte heiße Synthesegas als Wärmequelle für die Destillationsvorrichtung genutzt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas durch ein Verfahren produziert wird, wobei das Kohlendioxid, das durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung (90) aus aus dem Reformer (30) ausgetragenem Verbrennungsabgas rückgewonnen wurde, mit den Kohlenwasserstoffen zur Herstellung eines Gasgemisches gemischt wird, und das gebildete Gasgemisch anschließend einer Befeuchtungsvorrichtung (10) zur Zufuhr von Wasserdampf zu dem Gasgemisch zugeführt wird, wobei das gebildete befeuchtete Gasgemisch anschließend dem Reformer (30) zugeführt wird, um das Stattfinden einer Reformierungsreaktion zu ermöglichen.
  7. Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe Erdgas sind.
  8. Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Reformer (30) produzierte heiße Synthesegas ferner als Wärmequelle zur Regeneration von Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) unter Verwendung eines Wärmetauschers genutzt wird.
  9. Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Reformer (30) produzierte heiße Synthesegas ferner als Wärmequelle für die Destillationsvorrichtung unter Verwendung eines Wärmetauschers genutzt wird.
  10. Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Destillationsvorrichtung mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Destillationsturm (801 ), (802 ) und (803 ), die jeweils mit einem Wärmetauscher (811 ), (812 ) und (813 ) ausgestattet sind, ausgestattet ist, wodurch es möglich ist, dass das heiße Synthesegas aus dem Reformer nacheinander den Wärmetauscher (812 ) des zweiten Destillationsturms (802 ), den Wärmetauscher (104) des Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturms (93), den Wärmetauscher (813 ) des dritten Destillationsturms (803 ) und den Wärmetauscher (811 ) des ersten Destillationsturms (801 ) durchläuft, wodurch das heiße Synthesegas nacheinander einen Wärmeaustausch desselben durchlaufen kann.
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