LU103406B1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen EinsatzstoffInfo
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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 von mindestens einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff; 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 mindestens eines Nebenproduktes; Entnahme eines Teilstroms der Methanolsynthese und Zuführen mindestens eines Teils des Teilstroms in den Vergaser und/oder Pyrolyseofen.
Description
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LU103406
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 benötigte 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 betrieben wurden, sind in Bezug auf die Kosten als Anlagensystem zur Synthese von Methanol speziell aus Biomasse nur bedingt wettbewerbsfahig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zur
Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, insbesondere
Biomasse 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 von mindestens einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff;
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 mindestens eines Nebenproduktes; Entnahme eines
Teilstroms der Methanolsynthese und Zuführen mindestens eines Teils des Teilstroms
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 für unterschiedliche Einsatzstoffe unterschiedlich ausfallen kann und muss. Die
Aufbereitung kann dabei Schritte wie ein Trocknen, eine Torrefizierung, Karbonisierung und/oder ein Zerkleinern des kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes beinhalten.
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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 sägezahnfôrmig. 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 Wasser. Der Katalysator befindet sich in Rohren, die zur Abfuhr der
Reaktionswärme von Wasser am Siedepunkt umgeben sind. Die Temperatur des
Kühimediums wird durch einen voreingestellten Druck in der Dampftrommel eingestellt.
Das Synthesegas strômt in axialer Richtung durch die Rohre.
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
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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.
Diese vorgeschlagene Konfiguration, mit Entnahme eines Teilstroms der
Methanolsynthese und Zuführen mindestens eines Teils des Teilstroms in den
Vergaser, erlaubt zudem bei Vergasungstechnologien/ -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 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.
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 mindestens ein Teil des Teilstroms in Strömungsrichtung vor der
Methanolsynthese eingebracht wird. Auf diese Weise entsteht ein Recycle-Kreislauf, wobei nur ein Teil zurück in den Reaktor geführt wird und, erfindungsgemäß, ein Teil zurück in den Vergaser und/oder Pyrolyseofen geleitet wird. Der Kreislaufstrom wird nicht vollständig dem Methanol Reaktor, sondern teilweise der Biomassevergasung zugeführt. In der Vergasung werden gewisse Bestandteile wie Kohlenwasserstoffe zum
Teil zu Synthesegas umgesetzt. Das Gas gelangt anschließend mit dem in der
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Vergasung aus Biomasse oder Abfällen produzierten Synthesegas in die
Gasaufbereitung und wird schlieBlich der Methanol-Synthese zugeführt.
Entsprechend der Bedingungen und Vorgaben an den Prozess, sprich das Verfahren beziehungsweise die Anlage, kann das Verhältnis zwischen dem Teil des Teilstroms, der in die Methanolsynthese, ohne weitere Behandlung beziehungsweise zwischengeschaltete Operationen, geleitet wird und dem Teil des Teilstroms, der in den
Vergaser und/oder Pyrolyseofen geleitet wird, eingestellt werden. Bevorzugt ist das mengenmäBige Verhältnis zwischen dem Teil des Teilstroms (methanol- und wasserstoffarm), der in den Vergaser und/oder Pyrolyseofen geleitet wird, und dem Teil des Teilstroms, der in die Methanolsynthese geleitet wird, kleiner als 1, bevorzugt kleiner als 0,5, besonders bevorzugt kleiner als 0,1.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser und/oder Pyrolyseofen in eine
Methanolrückgewinnungseinheit geleitet wird, wobei in der
Methanolrückgewinnungseinheit ein methanolbeladener Strom und ein methanolarmer
Teilstrom anfällt. Bei der Methanolrückgewinnungseinheit handelt es sich insbesondere um einen Methanol-Waschkolonne.
Dabei kann weiter, bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens vorgesehen sein, dass der methanolbeladene Strom zur Destillation geleitet wird. Diese vorteilhafte Verschaltung führt dazu, dass Methanol auch aus diesem methanolhaltigen Strom als Wertprodukt abgetrennt werden kann.
Zusätzlich kann bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass der Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser und/oder
Pyrolyseofen in eine Wasserstoffrückgewinnungseinheit geleitet wird. Die
Wasserstoffrückgewinnungseinheit kann mit der Methanolrückgewinnungseinheit kombiniert werden, wobei die Wasserstoffrückgewinnungseinheit der
Methanolrückgewinnungseinheit vor- oder nachgeschaltet sein kann. In der
Wasserstoffrückgewinnungseinheit fällt ein wasserstoffreicher Strom und ein wasserstoffarmer Teilstrom an, wobei der wasserstoffreiche Strom der
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Methanolsynthese zugeführt wird. Das nicht umgesetzte Synthesegas enthält nach der
Abtrennung von Rohmethanol noch Methanol und einen größeren Anteil an
Wasserstoff. Der Methanol-Gehalt kann mit einer Wäsche signifikant reduziert werden.
Der Wasserstoff kann mit einer Wasserstoffrückgewinnung abgetrennt und dem
Methanol Reaktor direkt zugeführt werden. Für die Wasserstoffrückgewinnung bieten sich vor allem die beiden folgenden Technologien an: Membranverfahren und
Druckwechseladsorption (PSA).
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäBen Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels Wasserelektrolyse ein Wasserstoffstrom und ein
Sauerstoffstrom generiert wird und dass der Wasserstoffstrom stromaufwärts der
Methanolsynthese oder in die Methanolsynthese eingebracht wird und dass der
Sauerstoffstrom oder ein Teilstrom in den Vergaser eingebracht wird. Um die
Kohlenstoffausbeute zu erhöhen bietet es sich an externen Wasserstoff hinzuzugeben, zum Beispiel aus einer Wasserelektrolyse. Bei einer Anlagenkonfiguration mit
Wasserelektrolyse kann der bei der Spaltung von Wasser anfallende Sauerstoff in der
Vergasung eingesetzt werden. Dann ist auch keine weitere Sauerstoffquelle, zum
Beispiel aus einer Luftzerlegungsanlage (ASU) notwendig.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäBen Verfahrens ist 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 des kohlenstoffhaltigen
Einsatzstoffes; einen Vergaser zur Vergasung und/oder einen Pyrolyseofen zur
Pyrolyse des aufbereiteten des 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 Rohmethanols zum Erhalt von
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Methanol und mindestens eines Nebenproduktes; eine Rückführung von der
Einrichtung zur Methanolsynthese zur Einrichtung zum Vergaser und/oder
Pyrolyseofen. Die Anlage zur Herstellung von Methanol ist dabei eingerichtet und ausgestaltet, ein erfindungsgemäBes Verfahren durchzuführen. Die vorherigen
Ausführungen betreffend das erfindungsgemäße Verfahren gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Anlage.
Bei einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist in der Rückführung eine Methanolrückgewinnungseinheit vorgesehen, wobei in der
Methanolrückgewinnungseinheit ein methanolbeladener Strom und ein erster methanolarmer Teilstrom anfällt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist eine
Wasserstoffrückgewinnungseinheit vorgesehen, wobei die
Wasserstoffrickgewinnungseinheit strömungstechnisch mit der
Methanolrückgewinnungseinheit und der Einrichtung zur Methanolsynthese 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,
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optimierten Anlage beziehungsweise eines Verfahrens zur Herstellung von Methanol aus Biomasse,
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Figur 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer optimierten Anlage beziehungsweise eines Verfahrens zur
Herstellung von Methanol aus Biomasse und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer optimierten Anlage mit einer Methanol- und
Wasserstoffrückgewinnung.
Figur 1 zeigt schematisch ein Verfahren beziehungsweise eine Anlage 1 zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff. Dabei wird zunächst in einer
Einrichtung zur Aufbereitung 2 mindestens eines kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes , in diesem Fall Biomasse, biologisches Material beziehungsweise kohlenstoffreiches
Material für die Weiterverarbeitung aufbereitet. Nach der Aufbereitung 2 wird die
Biomasse in einem Vergaser 3 vergast und/oder 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 stromabwärts des Reaktors 6 eine Destillation 7 vorgesehen, um reines Methanol zu erhalten. Bei der Destillation 7 werden Nebenprodukte, Prozesswasser und nicht umgesetzte Stoffe vom Methanol thermisch abgetrennt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zusätzlich eine Wasserelektrolyse 8 vorgesehen, die Sauerstoff für den Vergaser bereitstellt und Wasserstoff für die
Methanolsynthese. Als Trägergas für die Biomasse wird üblicherweise N, oder CO, genutzt. Bei manchen Vergasungstechnologien wird auch kein Trägergas eingesetzt.
Figur 2 zeigt ein optimiertes Verfahren beziehungsweise eine Anlage 1 zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff. Für die Bereitstellung von
Sauerstoff ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Luftzerlegungsanlage (ASU) 9 vorgesehen, die Sauerstoff für den Vergaser 3 bereitstellt.
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Ferner ist eine Rückführung 10 vorgesehen, durch die ein Teilstrom aus der Einrichtung zur Methanolsynthese 5 entnommen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Teilstrom ein weiteres Mal geteilt, sodass ein Teil des Teilstroms unmittelbar, ohne weitere Aufbereitung in die Methanolsynthese 5 zurückgeleitet wird, während ein weiterer Teil des Teilstroms 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 Fôrdergas eingesetzt werden kann. CO» als Tragergas 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.
Der Kreislaufstrom wird nicht vollständig dem Methanol Reaktor, sondern teilweise der
Biomassevergasung zugeführt. Im Vergaser 3 werden gewisse Bestandteile wie
Kohlenwasserstoffe zum Teil zu Synthesegas umgesetzt. Das Gas gelangt anschließend mit dem in der Vergasung aus Biomasse oder Abfällen produzierten
Synthesegas in die Gasaufbereitung und wird schließlich der Methanol-Synthese zugeführt. Entsprechend der Bedingungen und Vorgaben an den Prozess, sprich das
Verfahren beziehungsweise die Anlage, kann das Verhältnis zwischen dem Teil des
Teilstroms, der in die Einrichtung zur Methanolsynthese 5, ohne weitere Behandlung beziehungsweise zwischengeschaltete Operationen, geleitet wird und dem Teil des
Teilstroms, der in den Vergaser geleitet wird, eingestellt werden. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist das mengenmäBige Verhältnis zwischen dem Teil des
Teilstroms, der in den Vergaser 3 geleitet wird, und dem Teil des Teilstroms, der in die
Einrichtung zur Methanolsynthese 5 geleitet wird, kleiner als 1.
Figur 3 zeigt eine Konfiguration die größtenteils mit dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 2 übereinstimmt. Allerdings wird statt der Luftzerlegungsanlage 9 eine
Wasserelektrolyse 8 genutzt, wobei der entstehende Sauerstoff zumindest teilweise in
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Einrichtung zur Methanolsynthese 5 in den Prozess eingebracht wird.
Figur 4 zeigt eine Konfiguration bei der der Teil des Teilstroms, der in den Vergaser 2
Zurückgeleitet wird, zunächst eine in eine Methanolrückgewinnungseinheit 11 in Form einer Methanol-Waschkolonne geleitet wird, wobei in der
Methanolrückgewinnungseinheit 11 ein methanolbeladener Strom in Form eines
Wasser-Methanol-Gemisches und ein methanolarmer Teilstrom anfallen. Zusätzlich ist stromabwärts der Methanolrückgewinnungseinheit 11 vorgesehen, dass der methanolarme Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser in eine
Wasserstoffrückgewinnungseinheit 12 geleitet wird, wobei ein wasserstoffreicher Strom und ein wasserstoff- und methanolarmer Teilstrom anfallen und wobei der wasserstoffreiche Strom der Methanolsynthese 5 zugeführt wird. Das nicht umgesetzte
Synthesegas enthält nach der Abtrennung von Rohmethanol noch Methanol und einen größeren Anteil an Wasserstoff. Der Methanol-Gehalt kann mit einer Wäsche signifikant reduziert werden. Der Wasserstoff kann mit einer Wasserstoffrückgewinnung abgetrennt und der Methanolsynthese 5 direkt zugeführt werden. Für die
Wasserstoffrückgewinnung bieten sich vor allem die beiden folgenden Technologien an:
Membranverfahren und Druckwechseladsorption (PSA).
Ferner ist in Figur 4 ersichtlich, dass das Wasser-Methanol-Gemisch in die Destillation 7 geleitet wird. Somit ergeben sich insgesamt vier môgliche Recyclestrôme. Ein innerer
Recyclestrom, der unbehandelt wieder der Methanolsynthese 5 zugeführt wird. Ein
Recycle-Strom der das Methanol-Wasser-Gemisch in die Destillation zur Abtrennung von Methanol leitet; ein wasserstoffreicher Strom, der durch die
Wasserstoffrückgewinnungseinheit 12 erhalten und der Methanolsynthese 5 zugeführt werden kann und ein äußerer Recyclestrom als Teil des Teilstroms, der in den Vergaser zurückgeführt wird. Dieser Strom ist wasserstoff- und methanolarm.
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Bezugszeichenliste 1 Anlage 2 Aufbereitung eines kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes 3 Vergaser 4 Einrichtung zur Aufbereitung des Rohsynthesegases 0 5 Einrichtung zur Methanolsynthese 6 Reaktor 7 Destillation 8 Wasserelektrolyse 9 Luftzerlegungsanlage (ASU) 10 Rückführung 11 Methanolrückgewinnungseinheit 12 Wasserstoffrückgewinnungseinheit
Claims (10)
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 (3) und/oder Pyrolyse in einem Pyrolyseofen des aufbereiteten kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffes zum Erhalt eines Rohsynthesegases;
C. Aufbereitung des Rohsynthesegases zum Erhalt eines Synthesegases;
d. Methanolsynthese (5) zum Erhalt von Rohmethanol;
e. Destillation des Rohmethanols zum Erhalt von Methanol und mindestens eines Nebenproduktes:
f. Entnahme eines Teilstroms der Methanolsynthese (5) und Zuführen mindestens eines Teils des Teilstroms in den Vergaser und/oder den Pyrolyseofen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Tell des Teilstroms in Strémungsrichtung vor der Methanolsynthese (5) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser (3) und/oder Pyrolyseofen in eine Methanolrückgewinnungseinheit (11) geleitet wird, wobei in der Methanolrückgewinnungseinheit ein methanolbeladener Strom und ein methanolarmer Teilstrom anfallt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der methanolbeladene Strom zur Destillation (7) geleitet wird.
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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom vor der Zuführung in den Vergaser (3) und/oder Pyrolyseofen in eine Wasserstoffrückgewinnungseinheit (12) geleitet wird, wobei ein wasserstoffreicher Strom und ein wasserstoffarmer Teilstrom anfällt und wobei der wasserstoffreiche Strom der Methanolsynthese (5) zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Wasserelektrolyse (8) ein Wasserstoffstrom und ein Sauerstoffstrom generiert wird und dass der Wasserstoffstrom stromaufwärts der Methanolsynthese oder in die Methanolsynthese eingebracht wird und dass mindestens ein Teil des Sauerstoffstroms in den Vergaser eingebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Luftzerlegung ein Sauerstoffstrom generiert wird, der in den Vergaser (3) eingebracht wird.
8. Anlage (1) zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff, umfassend mindestens die folgenden Komponenten:
a. eine Einrichtung zur Aufbereitung (2) von mindestens einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff;
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 (7) zum Destillieren des Rohmethanols zum Erhalt von Methanol und mindestens eines Nebenproduktes;
f. eine Rückführung (10) von der Einrichtung zur Methanolsynthese (5) zum Vergaser und/oder Pyrolyseofen.
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9. Anlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückführung (10) eine Methanol-Waschkolonne (11) vorgesehen ist, wobei in der Methanolrückgewinnungseinheit (11) ein methanolbeladener Strom und ein methanolarmer Teilstrom anfällt.
10. Anlage (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserstoffrückgewinnungseinheit (12) vorgesehen ist, dass die Wasserstoffrückgewinnungseinheit (12) strômungstechnisch mit der Methanolrückgewinnungseinheit (11) und der Einrichtung zur Methanolsynthese (5) verbunden ist.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LU103406A LU103406B1 (de) | 2024-10-09 | 2024-10-09 | Verfahren und Anlage zur Herstellung von Methanol aus einem kohlenstoffhaltigen Einsatzstoff |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LU (1) | LU103406B1 (de) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023110526A1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | Casale Sa | Methanol from biomass gasification |
| EP3847146B1 (de) * | 2018-09-04 | 2023-10-11 | Basf Se | Verfahren zur herstellung von methanol aus synthesegas ohne emission von kohlendioxid |
-
2024
- 2024-10-09 LU LU103406A patent/LU103406B1/de active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3847146B1 (de) * | 2018-09-04 | 2023-10-11 | Basf Se | Verfahren zur herstellung von methanol aus synthesegas ohne emission von kohlendioxid |
| WO2023110526A1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-06-22 | Casale Sa | Methanol from biomass gasification |
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