LU103405B1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff. Bei einem Verfahren bei dem die Effizienz und Energienutzung optimiert wird, sind mindestens die folgenden Schritte umfasst: Aufbereitung mindestens eines kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes; Vergasung in einem Vergaser (3) oder Pyrolyse in einem Pyrolyseofen des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes, zum Erhalt eines Rohsynthesegases; Aufbereitung des Rohsynthesegases zum Erhalt eines Synthesegases (4); Methanolsynthese zum Erhalt von Rohmethanol (5), Destillation (8) des Rohmethanols zum Erhalt von Methanol und eines Kopfproduktes; Rückführung zumindest eines Teils des Kopfproduktes in den Vergaser (3) und/oder Pyrolyseofen. (Figur 2)

Description

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Beschreibung

Verfahren und Anlage zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen

Einsatzstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff.

Daneben betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff.

Die Herstellung von Methanol erfolgt durch eine exotherme Reaktion, welche als Edukte

Wasserstoff und Kohlenstoffoxide vorsieht, welche einem entsprechenden Reaktor fur die Methanolsynthese als Gasstrom zugeführt werden. Diese Stoffe können aus verschiedenen Quellen gewonnen werden.

Eine erste Möglichkeit besteht darin, einen kohlenstoffhaltigen Energietragerstrom einer

Dampfreformierung oder etwa einer katalytischen partiellen Oxidation zu unterziehen, sodass ein Synthesegas im Wesentlichen aufweisend Wasserstoff und Kohlenstoffoxide erhalten wird. Je nach Art des Energietragers und Art der Erzeugung des

Synthesegases werden dabei unterschiedliche Anteile von Wasserstoff und den

Kohlenstoffoxiden - und damit eine unterschiedliche Stôchiometrie - im Synthesegas erreicht. Die resultierende Stéchiometrie kann dann durch verschiedene Maßnahmen wie etwa das Unterziehen einer Wassergas- Shift- Reaktion angepasst werden. Ein

Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass bereits der Energieträger selbst - z. B.

Erdgas - regelmäßig mit einem hohen Druck bereitgestellt werden kann, sodass nach dem Gewinnen des Synthesegases nur eine vergleichsweise geringe Druckerhôhung zum Erreichen des fur die Methanolsynthese erforderlichen Drucks notwendig ist.

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Eine weitere Möglichkeit zum Bereitstellen der Edukte für die Synthese von Methanol besteht darin, einen Gasstrom mit einem hohen Kohlenstoffdioxidanteil und ohne

Wasserstoff zu verwenden. Ein solcher Gasstrom kann etwa aus einem Rauchgas gewonnen werden, also aus einem Abgas einer Verbrennung. Ebenso kônnte ein solcher Gasstrom aus einer Anlage zum Herstellen von Bioethanol erhalten werden. Da ein solches Rauchgas also keinen Wasserstoff aufweist, muss bei dieser Variante der

Wasserstoff aus einer anderen Quelle bereitgestellt werden, beispielsweise aus einer

Elektrolyse. Regelmäßig wird für die Methanolsynthese das Gas mit den Edukten in einem Kreislauf zirkuliert, da üblicherweise ein einmaliger Durchgang dieses Gases durch den Reaktor nicht zu einer ausreichend weitgehenden Umsetzung in Methanol führt.

Das umgesetzte Methanol wird regelmäßig durch Kondensation aus dem zirkulierenden

Gas entfernt. Gleichzeitig sammeln sich durch die Zirkulation aber auch inerte Stoffe an, welche durch diese Kondensation nicht ausreichend entfernt werden können. Zur

Entfernung dieser Stoffe aus dem Kreislauf ist es erforderlich, einen Teil des zirkulierenden Gases als Purgegas abzuführen, welches Purgegas dann beispielsweise verfeuert werden kann.

Zukunftsorientierte Verfahren beziehungsweise Anlagen nutzen eine organische

Substanz, wie z. B. Biomasse, die vergast wird, um Methanol zu synthetisieren. Dafür gibt es verschiedene Vorgehensweisen. Im Vergleich zu Anlagen zur Synthese von

Methanol aus fossilen Brennstoffen benötigen diese Anlagen beziehungsweise

Verfahren aufwändigere Vorbehandlungen und ferner auch eine Gasreinigung.

In einer typischen Methanolanlage wird die Vergasung mit Dampf und Sauerstoff durchgeführt. Der Grund für die Verwendung von Wasserdampf liegt darin, dass die

Biomasse thermisch zersetzt wird und der Wasserdampf mit dem Kohlenstoff aus der organischen Substanz unter Bildung von Wasserstoff reagiert. Die Methanolsynthese erfolgt unter hohem Druck, und wenn Luft für die Synthese verwendet wird, erhöht der in der Luft enthaltene Stickstoff die erforderliche Leistung, und der enthaltene Stickstoff verringert außerdem die Effizienz der Methanolsynthese. Daher wird die Verwendung von Sauerstoff vorgezogen.

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Herkômmiliche Anlagen, die bislang ohne Biomasse oder vergleichbare kohlenstoffhaltige Einsatzstoffe betrieben wurden, sind in Bezug auf die Kosten als

Anlagensystem zur Synthese von Methanol speziell aus Biomasse nur bedingt wettbewerbsfähig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zur

Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, insbesondere

Biomasse oder einem vergleichbaren kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, bereitzustellen, bei denen die Effizienz und Energienutzung optimiert wird.

Diese Aufgabe ist bei der vorliegenden Erfindung zunächst durch die Merkmale des

Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Verfahren mindestens die folgenden

Schritte umfasst: Aufbereitung mindestens eines kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes;

Vergasung in einem Vergaser und/oder Pyrolyse in einem Pyrolyseofen des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes, zum Erhalt eines Rohsynthesegases;

Aufbereitung des Rohsynthesegases zum Erhalt eines Synthesegases;

Methanolsynthese zum Erhalt von Rohmethanol; Destillation des Rohmethanols zum

Erhalt von Methanol und eines Kopfproduktes; Rückführung zumindest eines Teils des

Kopfproduktes in den Vergaser und/oder Pyrolyseofen.

Unter einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff sind insbesondere kohlenstoffhaltige

Feststoff und/oder kohlenstoffhaltige Flüssigkeiten zu verstehen. Bevorzugt handelt es sich bei dem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff um Biomasse. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff um Abfälle, beispielsweise um

Hausmüll, Plastik, etc..

Entsprechend kann die Aufbereitung des kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes unterschiedlich gestaltet werden, wobei dem Fachmann klar ist, dass die Aufbereitung fur unterschiedliche Einsatzstoffe unterschiedlich ausfallen kann und muss. Die

Aufbereitung kann dabei Schritte wie das Trocknen und/oder Zerkleinern des kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes beinhalten. Torrefizierung ist eine weitere Möglichkeit,

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Möglichkeit wäre eine Art Karbonisierung.

Je nachdem, wie die Vergasung und/oder Pyrolyse des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes erfolgt, muss die Aufbereitung entsprechend auf dieses Verfahren angepasst werden. Bei einem Flugstromvergaser ist es in der Regel erforderlich, die Struktur des kohlenstoffhaltigen Stoffes aufzubrechen, um ein akzeptables Ergebnis zu erzielen. Bei Festbettvergasern oder Wirbelschichtvergasern ist die Aufbereitung in der Regel weniger aufwendig.

Die Methanolsynthese findet in einem geeigneten Reaktorsystem statt. Am weitesten verbreitet sind adiabate Reaktoren und quasi isotherme Reaktoren. In adiabaten

Reaktoren mit einem einzigen Katalysatorbett wird die Reaktion durch Zugabe von kaltem Gas an mehreren Stellen gequencht. Das Temperaturprofil entlang der

Reaktorachse ist daher sagezahnférmig. In Reaktoren, in denen das Synthesegas durch mehrere axial hintereinander angeordnete Reaktorschichten strômt, wird die

Reaktionswärme durch Zwischenkühler abgeführt. In diesen Reaktoren strômt das

Synthesegas axial, radial oder axial/radial durch die Katalysatorbetten.

Der quasi-isotherme Standardreaktor besteht aus einem Rôhrenreaktor mit Kühlung durch kochendes Wasser. Der Katalysator befindet sich in Rohren, die zur Abfuhr der

Reaktionswärme von Wasser am Siedepunkt umgeben sind. Die Temperatur des

Kühlmediums wird durch einen voreingestellten Druck in der Dampftrommel eingestellt.

Das Synthesegas strômt in axialer Richtung durch die Rohre.

Mehrere hintereinander- oder parallelgeschaltete Reaktoren sind ebenfalls môglich, die gemeinsam eine Einrichtung zur Methanolsynthese bilden.

In einer ersten Kolonne der Destillations-Sektion einer Methanol-Anlage werden in erster Linie aus dem Rohmethanol leichtflüchtige, gelöste Komponenten, wie

Kohlenoxide, Methan und Wasserstoff über Kopf abgezogen. Dieses Kopfprodukt kann dann als Brenngas verwendet werden. Es“ enthält" jedoch eine große Menge an CO», was seinen Heizwert begrenzt, sowie viele leichtflüchtige Bestandteile, deren

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Verbrennung zu größeren CO,-Emissionen führt. Darüber hinaus enthält das

Kopfprodukt eine grôBere Menge an Methanol.

Rohmethanol, das den Reaktor verlässt, enthält Wasser und andere Verunreinigungen.

Menge und Zusammensetzung dieser Verunreinigungen hängen von den

Reaktionsbedingungen, dem Einsatzgas sowie der Art und Lebensdauer des

Katalysators ab. Das Rohmethanol enthält niedrigsiedende und hochsiedende

Bestandteile (leichte und schwere). Zu den Leichtsiedern gehören hauptsächlich gelöste Gase (z. B. CO»), Dimethylether, Methylformiat und Aceton. Zu den schweren

Enden gehören höhere Alkohole, langkettige Kohlenwasserstoffe, höhere Ketone und

Ester niederer Alkohole.

Die Verunreinigungen im Rohmethanol werden im Allgemeinen in zwei Stufen abgetrennt. Zunächst werden alle Bestandteile, die bei einer niedrigeren Temperatur als

Methanol sieden, in einer Leichtsiederkolonne entfernt. Das reine Methanol wird dann in einer oder mehreren Destillationskolonnen über Kopf destilliert. Wenn die Kolonnen bei unterschiedlichen Drücken arbeiten, kann die Kondensationswärme der Dämpfe der

Kolonne, die bei höherem Druck arbeitet, zur Beheizung der Kolonne mit niedrigerem

Druck genutzt werden.

Einige Komponenten bilden azeotrope Gemische mit Methanol, z. B. Aceton,

Ethylformiat, Methylacetat, Ethylacetat und Methylproprionat.

Bei der vorgeschlagenen Anlagenkonfiguration wird das Kopfprodukt der

Destillationskolonne nach der Rückgewinnung von Methanol direkt in den Vergaser und/oder Pyrolyseofen zurückgeführt. Kohlenwasserstoffe werden im Vergaser und/oder Pyrolyseofen zusammen mit der Biomasse oder Abfällen zu Synthesegas zersetzt und werden nach der Gasaufbereitung der Methanol-Synthese zugeführt.

Durch diese Verschaltung werden Kohlenwasserstoffe dem Gesamtprozess wieder zugeführt und auch die im Kopfstrom enthaltenen Kohlenoxide und Wasserstoff gehen nicht verloren, sondern werden nach dem Vergasungsschritt und der Gasaufbereitung ebenfalls der Methanolsynthese zugeführt.

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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kopfprodukt vor der Rückführung in eine erste

Methanolrückgewinnungseinheit geleitet wird, wobei in der ersten rückgewinnungseinheit ein erster methanolbeladener Strom und ein erster methanolarmer Teilstrom anfällt, wobei der erste methanolbeladene Strom der

Destillation und/oder in den Rohmethanolstrom vor der Destillation zugeführt wird. Bei der ersten Methanolrückgewinnungseinheit kann es sich insbesondere um eine

Methanol-Waschkolonne handeln.

Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass Rohmethanol in einem Niederdruckabscheider entspannt wird, dass in dem

Niederdruckabscheider ein Entspannungsgas anfällt und dass das Entspannungsgas zumindest teilweise der Destillation und/oder dem Vergaser bzw. dem Pyrolyseofen zugeführt wird. Bevor das Rohmethanol in den Destillationsbereich der Anlage geleitet wird, muss der Druck auf einen niedrigeren Wert in einem Niederdruckabscheider gesenkt werden. Dabei fällt ein Entspannungsgas an, das noch erhebliche Mengen an

Methanol, Kohlenstoff und Wasserstoff enthält. Um das Methanol zurückzugewinnen, kann es in die erste Destillationskolonne oder in eine Methanol-Waschkolonne geleitet werden.

Zusätzlich kann bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass von der Methanolsynthese ein Teilstrom entnommen wird und dass zumindest ein Teil des Teilstroms dem Vergaser und/oder dem Pyrolyseofen zugeführt wird. Diese vorgeschlagene Konfiguration, mit Entnahme eines Teilstroms der

Methanolsynthese und Zuführen mindestens eines Teils des Teilstroms in den Vergaser bzw. Pyrolyseofen, erlaubt zudem bei Vergasungs/Pyrolysetechnologien/ -verfahren, bei denen CO; als Fördergas für den Einsatzstoff verwendet wird, die CO,-Abtrennung zu reduzieren oder sogar darauf zu verzichten, da das nicht umgesetzte Gas aus der

Methanol-Synthese als Fördergas eingesetzt werden kann. Die Notwendigkeit weniger

CO, zur Verfügung stellen zu müssen führt dazu, dass weniger Lösungsmittel in der

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CO--Abtrennungsvorrichtung eingesetzt werden muss und somit auch weniger Energie für die Regeneration benötigt wird. Zudem entfällt auch eine Komprimierung des CO»

Gasstroms auf den Betriebsdruck des Vergasers, falls dieser bei erhöhtem Druck betrieben wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser und/oder

Pyrolyseofen in eine zweite Methanolrückgewinnungseinheit geleitet wird, wobei in der zweiten Methanolrückgewinnungseinheit ein zweiter methanolbeladener Strom und ein zweiter methanolarmer Teilstrom anfällt. Bei der zweiten

Methanolrückgewinnungseinheit kann es sich insbesondere um eine Methanol-

Waschkolonne handeln.

Zusätzlich oder alternativ ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Verfahrens vorgesehen, dass der zweite methanolbeladene Strom dem

Niederdruckabscheider und/oder der Destillation zugeführt wird.

Dabei ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der

Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser und/oder Pyrolyseofen in eine

Wasserstoffrückgewinnungseinheit geleitet wird, wobei ein wasserstoffreicher Strom und ein wasserstoffarmer Teilstrom anfällt und wobei der wasserstoffreiche Strom der

Methanolsynthese zugeführt wird. Auf diese Weise werden Wasserstoffverluste minimiert. Bei kombinierter Nutzung der Wasserstoffrückgewinnungseinheit und der

Methanolrückgewinnungseinheit kann die Wasserstoffrückgewinnungseinheit der

Methanolrückgewinnungseinheit vor- oder nachgeschaltet sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels Wasserelektrolyse ein Wasserstoffstrom und ein

Sauerstoffstrom generiert wird und dass der Wasserstoffstrom in stromaufwarts der

Methanolsynthese oder in die Methanolsynthese eingebracht wird und dass der

Sauerstoffstrom in den Vergaser eingebracht wird. Um die Kohlenstoffausbeute zu erhôhen bietet es sich an externen Wasserstoff hinzuzugeben, zum Beispiel aus einer

Wasserelektrolyse. Bei einer Anlagenkonfiguration mit Wasserelektrolyse kann der bei

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Dann ist auch keine weitere Sauerstoffquelle, zum Beispiel aus einer

Luftzerlegungsanlage (ASU) notwendig.

Ferner ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemalien Verfahrens vorgesehen, dass mittels Luftzerlegung ein Sauerstoffstrom generiert wird, der in den

Vergaser eingebracht wird. Ohne Wasserelektrolyse kann zusätzlicher Sauerstoff mittels einer Luftzerlegungsanlage (ASU) hinzugefügt werden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn kein externer Wasserstoff benötigt wird.

Die vorgenannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einer Anlage zur Herstellung von

Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, umfassend mindestens die folgenden Komponenten: eine Einrichtung zur Aufbereitung mindestens eines kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes; einen Vergaser zur Vergasung und/oder einen

Pyrolyseofen zur Pyrolyse des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes, zum

Erhalt eines Rohsynthesegases; eine Einrichtung zur Aufbereitung des

Rohsynthesegases zum Erhalt eines Synthesegases; eine Einrichtung zur

Methanolsynthese zum Erhalt von Rohmethanol; eine Destillation zum Destillieren des entspannten Rohmethanols zum Erhalt von Methanol und einem Kopfprodukt, eine

Rückführung zum Rückführen zumindest eines Teils des Kopfproduktes in den

Vergaser und/oder Pyrolyseofen. Die Anlage zur Herstellung von Methanol ist dabei eingerichtet und ausgestaltet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die vorherigen Ausführungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Anlage.

Bei einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist eine erste

Methanolrückgewinnungseinheit vorgesehen, die in Strömungsrichtung zwischen dem

Kopf der Destillation und dem Vergaser und/oder Pyrolyseofen angeordnet ist.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage umfasst die Anlage einen Niederdruckabscheider zur Entspannung des Rohmethanols, wobei eine zweite

Rückführung von dem Niederdruckabscheider zum Vergaser und/oder Pyrolyseofen und/oder zur ersten Methanolrückgewinnungseinheit und/oder zur Destillation zur

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Zuführung eines in dem Niederdruckabscheider anfallenden Entspannungsgases vorgesehen ist.

Ferner ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäfBen

Anlage eine dritte Rückführung von der Methanolsynthese zum Vergaser und/oder

Pyrolyseofen vorgesehen.

Dabei ist weiter in der dritten Rückführung eine zweite Methanolrückgewinnungseinheit vorgesehen, wobei in der zweiten Methanolrückgewinnungseinheit ein zweiter methanolbeladener Strom und ein zweiter methanolarmer Teilstrom anfällt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist eine strömungstechnische Verbindung zwischen der zweiten

Methanolrückgewinnungseinheit und dem Niederdruckabscheider und/oder der

Destillation zum Zuführen des zweiten methanolbeladenen Stroms in den

Niederdruckabscheider vorgesehen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist eine

Wasserstoffrückgewinnungseinheit vorgesehen, wobei die

Wasserstoffrückgewinnungseinheit strömungstechnisch mit der zweiten

Methanolrückgewinnungseinheit und dem Vergaser und/oder Pyrolyseofen verbunden ist.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen

Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer

Anlage beziehungsweise eines Verfahrens zur Herstellung von

Methanol aus Biomasse,

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Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optimierten Anlage beziehungsweise eines Verfahrens zur Herstellung von Methanol aus Biomasse und

Figur 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer optimierten Anlage beziehungsweise eines Verfahrens zur

Herstellung von Methanol aus Biomasse.

Figur 1 zeigt schematisch ein Verfahren beziehungsweise eine Anlage 1 zur Herstellung von Methanol aus einem Synthesegas, das aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, in diesem Fall Biomasse, gewonnen wird. Dabei wird zunächst in einer Einrichtung zur

Aufbereitung des kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes 2 biologisches Material beziehungsweise kohlenstoffreiches Material für die Weiterverarbeitung aufbereitet.

Nach der Aufbereitung wird die Biomasse in einem Vergaser 3 vergast und/oder in einem Pyrolyseofen (nicht dargestellt) pyrolysiert, wodurch ein Rohsynthesegas erhalten wird. Dieses Rohsynthesegas wird in einer Einrichtung zur Aufbereitung des

Rohsynthesegases 4 behandelt, um ein Synthesegas zu erhalten. Anschließend wird das Synthesegas in einer Einrichtung zur Methanolsynthese 5, die mindestens einen

Reaktor 6 umfasst, zu Methanol beziehungsweise Rohmethanol umgesetzt.

Rohmethanol, das den Reaktor 6 verlässt, enthält Wasser und andere

Verunreinigungen. Darum ist stromabwarts des Reaktors 6 zunächst ein

Niederdruckabscheider 7 vorgesehen. Bevor das Rohmethanol in einen

Destillationsbereich der Anlage geleitet wird, muss der Druck auf einen niedrigeren

Wert im Niederdruckabscheider 7 gesenkt werden. Dabei fällt ein Entspannungsgas an, das noch erhebliche Mengen an Methanol, Kohlenstoff und Wasserstoff enthält. Um das

Methanol zurückzugewinnen, wird es in die Destillation 8 geleitet. In der Destillation 8 wird reines Methanol erhalten. Bei der Destillation 8 werden Nebenprodukte,

Prozesswasser und nicht umgesetzte Stoffe vom Methanol thermisch abgetrennt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist für die Bereitstellung von Sauerstoff eine

Luftzerlegungsanlage (ASU) 9 vorgesehen, die Sauerstoff für den Vergaser 3 bereitstellt.

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Figur 2 zeigt ein optimiertes Verfahren beziehungsweise eine Anlage 1 zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff. Im Vergleich zum vorherigen

Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, ist in Figur 2 anstelle der Luftzerlegungsanlage (ASU) 9 eine Wasserelektrolyse 10 vorgesehen, die Sauerstoff für den Vergaser bereitstellt und Wasserstoff für die Methanolsynthese. Als Trägergas für die Biomasse kann CO, genutzt werden, .

Ferner ist eine Rückführung 11 zumindest eines Teils des Kopfproduktes in den

Vergaser 3 vorgesehen. Bei der vorgeschlagenen Anlagenkonfiguration wird das

Kopfprodukt der Destillation 8 nach der Rückgewinnung von Methanol direkt in den

Vergaser 3 zurückgeführt. Kohlenwasserstoffe werden im Vergaser 3 zusammen mit der Biomasse oder Abfällen zu Synthesegas zersetzt und werden nach der

Gasaufbereitung der Einrichtung zur Methanolsynthese 5 zugeführt. Durch diese

Verschaltung werden Kohlenwasserstoffe dem Gesamtprozess wieder zugeführt und auch die im Kopfstrom enthaltenen Kohlenoxide und Wasserstoff gehen nicht verloren, sondern werden nach dem Vergasungsschritt und der Gasaufbereitung ebenfalls der

Methanolsynthese zugeführt.

Das Kopfprodukt der Destillation 8 kann vor der Rückführung in eine erste

Methanolrückgewinnungseinheit 14, bespielsweise eine Waschkolonne, geleitet werden, wobei ein erster methanolbeladener Strom und ein erster methanolarmer

Teilstrom anfällt. Der methanolbeladene Strom kann der Destillation 8 und/oder in den

Rohmethanolstrom vor der Destillation 8 zugeführt werden, um das darin enthaltene

Methanol als Produkt abscheiden zu können. Der methanolarme Teilstrom wird in den

Vergaser 3 zurückgeführt.

Denkbar wäre auch eine als gestrichelte Linie dargestellte zweite Rückführung 12, die vom Niederdruckabscheider 7 in den Vergaser 3 und/oder in die erste

Methanolrückgewinnungseinheit 14 führt, um das im Niederdruckabscheider 7 anfallende Entspannungsgas zumindest teilweise dem Vergaser 3 und/oder der ersten

Methanolrückgewinnungseinheit 14 zuzuführen.

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In Figur 3 ist zusätzlich eine dritte Rückführung 13 vorgesehen, durch die ein Teilstrom aus der Einrichtung zur Methanolsynthese 5 entnommen und in den Vergaser 3 geleitet wird. Die Rückführung in den Vergaser 3, erlaubt es, die CO,-Abtrennung zu reduzieren oder sogar darauf zu verzichten, da das nicht umgesetzte Gas aus der Methanol-

Synthese als Fördergas eingesetzt werden kann. CO, als Trägergas aus der

Einrichtung zur Aufbereitung des Rohsynthesegases 4 ist daher nicht mehr notwendig und lediglich gestrichelt dargestellt. Die Notwendigkeit weniger CO, zur Verfügung stellen zu müssen führt dazu, dass weniger Lösungsmittel in der CO».

Abtrennungsvorrichtung eingesetzt werden muss und somit auch weniger Energie für die Regeneration benötigt wird. Zudem entfällt auch eine Komprimierung des CO,

Gasstroms auf den Betriebsdruck des Vergasers, falls dieser bei erhöhtem Druck betrieben wird.

In der dritten Rückführung 13 kann eine zweite Methanolrückgewinnungseinheit 15 vorgesehen sein, in der ein zweiter methanolbeladener Strom und ein zweiter methanolarmer Teilstrom anfällt. Der methanolbeladene Strom wird vorzugsweise über eine strömungstechnische Verbindung zwischen der zweiten

Methanolrückgewinnungseinheit und dem Niederdruckabscheider 7 und/oder der

Destillation 8 dem Niederdruckabscheider 7 bzw. der Destillation 8 zugeführt. Der methanolarme Strom wird weiter zum Vergaser 3 zurückgeführt. Zusätzlich kann eine

Wasserstoffrückgewinnungseinheit 16 vorgesehen sein, die strömungstechnisch mit der zweiten Methanolrückgewinnungseinheit 15 und dem Vergaser 3 oder Pyrolyseofen verbunden ist. Die Wasserstoffrückgewinnungseinheit 16 kann der zweiten

Methanolrückgewinnungseinheit 15 vor- oder nachgeschaltet sein.

Die erste Methanolrückgewinnungseinheit 14 und die zweite

Methanolrückgewinnungseinheit 15 können einzeln oder in Kombination Verwendung finden.

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Bezugszeichenliste 1 Anlage 2 Einrichtung zur Aufbereitung des kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes 3 Vergaser 4 Einrichtung zur Aufbereitung des Rohsynthesegases 0 5 Einrichtung zur Methanolsynthese 6 Reaktor 7 Niederdruckabscheider 8 Destillation 9 Luftzerlegungsanlage (ASU) 10 Wasserelektrolyse 11 Erste Rückführung 12 Zweite Rückführung 13 Dritte Rückführung 14 erste Methanolrückgewinnungseinheit 15 zweite Methanolrückgewinnungseinheit 16 Wasserstoffrückgewinnungseinheit

Claims (16)

230560P00LU 09.10.2024 LU103405 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, umfassend mindestens die folgenden Schritte:

a. Aufbereitung von mindestens einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff,

b. Vergasung in einem Vergaser und/oder Pyrolyse in einem Pyrolyseofen des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes, zum Erhalt eines Rohsynthesegases;

C. Aufbereitung des Rohsynthesegases zum Erhalt eines Synthesegases;

d. Methanolsynthese zum Erhalt von Rohmethanol;

e. Destillation (8) des Rohmethanols zum Erhalt von Methanol und eines Kopfproduktes;

f. Rückführung zumindest eines Teils des Kopfproduktes in den Vergaser (3) und/oder Pyrolyseofen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfprodukt vor der Rückführung in eine erste Methanolriickgewinnungseinheit (14) geleitet wird, wobei in der ersten Methanolrückgewinnungseinheit (14) ein erster methanolbeladener Strom und ein erster methanolarmer Teilstrom anfällt, wobei der methanolbeladene Strom der Destillation (8) und/oder in den Rohmethanolstrom vor der Destillation (8) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmethanol in einem Niederdruckabscheider (7) entspannt wird und ein Entspannungsgas anfällt und dass das Entspannungsgas zumindest teilweise der Destillation (8) und/oder dem Vergaser (3) und/oder dem Pyrolyseofen und/oder der ersten Methanolrückgewinnungseinheit (14) zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass von der Methanolsynthese (5) ein Teilstrom entnommen wird und dass zumindest ein Teil des Teilstroms dem Vergaser (3) und/oder dem Pyrolyseofen zugeführt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser (3) und/oder den Pyrolyseofen in eine zweite Methanolrückgewinnungseinheit (15) geleitet wird, wobei in der zweiten Methanolrückgewinnungseinheit (15) ein zweiter methanolbeladener Strom und ein zweiter methanolarmer Teilstrom anfällt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite methanolbeladene Strom dem Niederdruckabscheider (7) und/oder der Destillation (8) zugeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser (3) und/oder den Pyrolyseofen in eine Wasserstoffrückgewinnungseinheit geleitet wird, wobei ein wasserstoffreicher Strom und ein wasserstoffarmer Teilstrom anfällt und wobei der wasserstoffreiche Strom der Methanolsynthese zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Wasserelektrolyse (10) ein Wasserstoffstrom und ein Sauerstoffstrom generiert wird und dass der Wasserstoffstrom in stromaufwärts der Methanolsynthese oder in die Methanolsynthese eingebracht wird und dass der Sauerstoffstrom in den Vergaser (3) eingebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Luftzerlegung ein Sauerstoffstrom generiert wird, der in den Vergaser (3) eingebracht wird.

10. Anlage (1) zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, umfassend mindestens die folgenden Komponenten:

a. eine Einrichtung zur Aufbereitung mindestens eines kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes (2);

230560P00LU

09.10.2024 -3- LU103405 b. einen Vergaser (3) zur Vergasung und/oder einen Pyrolyseofen zur Pyrolyse des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes, zum Erhalt eines Rohsynthesegases;

C. eine Einrichtung zur Aufbereitung des Rohsynthesegases (4) zum Erhalt eines Synthesegases;

d. eine Einrichtung zur Methanolsynthese (5) zum Erhalt von Rohmethanol;

e. eine Destillation (8) zum Destillieren des Rohmethanols zum Erhalt von Methanol und einem Kopfprodukt,

f. eine Rückführung (11) zum Rückführen zumindest eines Teils des Kopfproduktes in den Vergaser (3) und/oder Pyrolyseofen.

11. Anlage (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Methanolrückgewinnungseinheit vorgesehen ist, die in Strômungsrichtung zwischen dem Kopf der Destillation (8) und dem Vergaser (3) oder Pyrolyseofen angeordnet ist.

12. Anlage (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niederdruckabscheider (7) zur Entspannung des Rohmethanols vorgesehen ist, dass eine zweite Rückführung (12) von dem Niederdruckabscheider (7) zum Vergaser (3) und/oder Pyrolyseofen und/oder zur ersten Methanolrückgewinnungseinheit (14) und/oder zur Destillation (8) zur Zuführung eines in dem Niederdruckabscheider (7) anfallenden Entspannungsgases vorgesehen ist.

13. Anlage (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Rückführung (13) von der Einrichtung zur Methanolsynthese (5) zum Vergaser (3) und/oder Pyrolyseofen vorgesehen ist.

14. Anlage (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Rückführung (13) eine zweite Methanolrückgewinnungseinheit (15) vorgesehen ist, wobei in der zweiten Methanolrückgewinnungseinheit (15) ein zweiter methanolbeladener Strom und ein zweiter methanolarmer Teilstrom anfällt.

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15. Anlage (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine strômungstechnische Verbindung zwischen der zweiten Methanolrückgewinnungseinheit (15) und dem Niederdruckabscheider (7) und/oder der Destillation (8) zum Zuführen des zweiten methanolbeladenen Stroms.

16. Anlage (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserstoffrückgewinnungseinheit (16) vorgesehen ist, dass die Wasserstoffrückgewinnungseinheit (16) strômungstechnisch mit der zweiten Methanolrückgewinnungseinheit (15) und dem Vergaser (3) oder Pyrolyseofen verbunden ist.