NO176602B - Fremgangsmåte og anlegg for anvendelse av naturgass - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte, og et integrert anlegg for gjennomføring av fremgangsmåten, for å redusere utslipp av karbonoksider som sendes ut under fremstilling av metanol.

Naturgass (metan) blir idag i det vesentligste anvendt som brensel i fyringsanlegg eller i varmekraftverk. Det er videre kjent ulike industrielle anvendelser hvor metan utgjør det vesentligste råstoffet.

I de senere år har etterspørselen av metanol stadig vært økende. Metanol fremstilles fra metan, som er det dominerende hydrokarbon i naturgass.

Et konvensjonelt metanolanlegg omfatter som regel 5 trinn: 1) forbehandling av naturfødegass;

2) syntesegass-fremstilling; 3) kompresjon av syntesegass; 4) metanolfremstilling;

5) destillasjon av produktet.

Syntesegass fremstilles ved at forbehandlet naturgass reageres med damp og/eller oksygen over en katalysator eller ved høye temperaturer (1300-1500°C) for dannelse av en blanding av karbonoksider og hydrogen.

Det finnes flere alternative metoder for konvertering av fødegass til syntesegass. De mest vanlige prosesser er:

i) klassisk dampreformering

ii) termisk partiell oksidasjon

iii) kombinert dampreformering og partiell oksidasjon iv) kombinert dampreformering og katalytisk partiell

oksidasj on

v) autotermisk partiell oksidasjon

Metanol kan fremstilles i ulike typer reaktorer som for eksempel:

i) isotermiske reaktorer

ii) adiabatiske reaktorer

iii) quenche-reaktorer

Trykkområdet for slike metanolsyntese-prosesser er typisk i området 10-400 atmosfære avhengig av hvilken teknologi som anvendes, idet man skiller mellom lavtrykks-, (50-lOOatm) , mediumtrykks- (100-250atm) og høytrykks-prosesser (250-350atm). Lavtrykks-prosesser hvor en anvender kobberbaserte katalysatorer utgjør i dag den dominerende metanolteknologi.

Av kjent teknikk på området som angår integrerte anlegg skal det henvises til de følgende: US-patentsøknad nr. 4.309.359 som beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av metanol omfattende trinnene: a) omsetning av syntesegass til metanol; b) avkjøling av den resulterende delvis omsatte gass og separering av metanol; c) resirkulering av ikke-omsatt gass fra trinn b) til syntesetrinnet a); og d) utspyling av en del av den ikke omsatte gass for å hindre opphopning av ikke-reaktive gasser, der man i det etterkoblede anlegg tar sikte på å redusere energiforbruket pr. enhet fremstilt metanol ved å føre den utspylte gass til en eller flere .. brenselceller, for derved å danne elektrisitet ved oksidasjon av inneholdt hydrogen.

Videre skal det henvises til NO-patentsøknad nr. 910277, som beskriver et metanolproduksjonsanlegg, som imidlertid utnytter miljøforurensende biproduktgasser fra et annet produksjonsanlegg, særlig et silisiumkarbidproduksjons-anlegg, i et metanolproduksjonsanlegg.

Ved produksjon av metanol vil det frigjøres store mengder karbonoksider til atmosfæren. Fra myndighetenes side er man derfor pålagt strenge krav med hensyn på utslipp av miljøforurensende gasser.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er derfor å redusere utslipp av forurensende avgasser som er dannet i forbindelse med produksjon av produkter, som metanol, ut i atmosfæren.

Et videre formål med den foreliggende oppfinnelse er å omsette de ved denne metanolproduksjon dannede biprodukter hvortil også varme skal regnes, med metanol, for fremstilling av et kommersielt nyttig produkt, nemlig eddiksyre. Andre naturlige derivater av eddiksyre, så som eddiksyreanhydrid og metylacetat, kan være alternative produkter i en slik prosess.

Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et økonomisk og energisparende system for omdannelse av de forurensende avgasser.

For å oppnå de ovennevnte formål har man i overensstem-melse med den foreliggende oppfinnelse tilveiebragt en fremgangsmåte for å redusere utslipp av karbonoksider som sendes ut under fremstilling av metanol, og fremgangsmåten kjennetegnes ved en kombinasjon av trinnene: a) en første del av naturfødegassen reformeres til syntesegass, inneholdende CO, , CC^, 1^0 og

uomsatt naturgass,

b) en andre del av naturfødegassen forbrennes, for generering av nødvendig varme til reformerings-prosessen, hvorved det dannes en mengde C02 og H20,

c) syntesegassen fra trinn a) konverteres til en produktgass-strøm, inneholdende metanol og uomsatt

syntesegass,

d) produktgass-strømmen fra trinn c) avkjøles og metanol separeres ifra, e) en første del av den uomsatte gass fra separasjons-trinn d) resirkuleres og kombineres med syntesegassen

fra trinn a),

f) en andre del av den uomsatte gass fra separasjons-trinn d) , samt CO- og H20 fra trinn b) , føres til en

skiftreaktor for opprettelse av en tilnærmet likevekt

av C02, H2, CO og H20,

g) CO fra trinn f) omsettes med metanol fra trinn d) for fremstilling av eddiksyre.

Det skal bemerkes at selve produksjonsprosessene som anvendes for produksjon av metanol og eddiksyre omfatter tilgjengelig og kjent teknikk.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også et integrert anlegg for gjennomføring av fremgangsmåten som beskrevet ovenfor, og anlegget kjennetegnes ved kombinansjonen av: et system for forbehandling av naturfødegass;

en syntesegass-reaktor for reformering av naturfødegass

ved partiell oksidasjon og/eller dampreformering;

et forbrenningsanlegg for naturfødegass for å

fremskaffe varme til prosessen;

en konverter for konvertering av syntesegass til

metanol;

en skiftreaktor for omdannelse av C02 til CO, til

bruk i eddiksyreproduksjonen; og

en reaktor for omsetning av metanol med CO til eddiksyre; samt ytterligere konvensjonelt utstyr som varmevekslere, separatorer og rørledninger.

Den øvrige produksjon av metanol medfører store utslipp av CO2, og på grunn av de store varmemengder som er tilstede, vil det også foreligge overskuddsvarme som er tenkt benyttet ved den endoterme C02"Skiftreaksjonen (revers vanngass skiftreaksjon) for fremskaffelse av CO til eddiksyreproduksj on.

Ved den ifølge oppfinnelsen beskrevne kombinasjon oppnår man altså en vesentlig reduksjon av CO2-utslippet fra metanolproduksjonen samtidig som det totale behov for kjøling sterkt reduseres i og med at en ved eddiksyre-produks jonen benytter seg av overskuddsvarme. Som et resultat av dette følger også reduserte pumpekostnader for kjølevann som er en betydelig driftskostnad. Videre vil en ifølge oppfinnelsen oppnå økonomiske fordeler dersom det på sikt innføres C02~avgift også på landbasert virksomhet.

Fremgangsmåten og anlegget som beskrevet ovenfor kan tenkes benyttet f.eks. i forbindelse med metanolanlegget på Tjeldbergodden på den norske Nordsjø-kyst.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til fig. 1, som illustrerer et integrert anlegg for metanol- og eddiksyreproduksjon, som ikke skal virke begrensende på den foreliggende oppfinnelse.

Naturgass (metan) 8, oksygen og/eller damp 9 føres til reformeren 1 der det ved partiell oksidasjon og/eller dampreformering dannes syntesegass 10, også inneholdende mindre mengder karbondioksid og vann.

Syntesegassen føres via en varmeveksler 6 til en konverter 3 for omdanning til metanol. Den dannede metanol 11 føres til en separator 7 der produktstrømmen fra konverteren 11 separeres i produkt-metanol 12 og ikke omsatt gass 13.

En første del av den ikke omsatte gass 13 resirkuleres, via varmeveksler 6, til syngass-konverter 3.

En andre del av uomsatt gass 13 resirkuleres til en skiftreaktor 4 mens produkt-metanolen deles i en produktstrøm 12b samt en strøm 12a som føres til eddiksyre-reaktor 5.

I en annen linje føres naturgass 8, oksygen og/eller luft 9 til en forbrenningsreaktor 2 og den dannede produktstrøm 14 føres i varmeveksling med produktstrømmen 10 fra reformeren 1 til konverteren 3, til skift-reaktoren 4 for der å gå inn i en skift-reaksjon med strømmen 13 av ikke omsatt gass fra separatoren 7.

CO trekkes av fra skift-reaktoren og føres til eddiksyre-reaktoren 5 for der sammen med delstrømmen 12a av produkt-metanol og underkastes omsetning til eddiksyre. Også andre naturlige derivater av eddiksyre, såsom eddiksyreanhydrid og metylacetat, kan fremstilles.

Ved oppfinnelsens kombinasjon av i og for seg kjente trinn og reaksjoner oppnår man å kunne utnytte den ved det totale anlegg tilstedeværende varme for en i og for seg endoterm reaksjon under fremstilling av et produkt som har et bredt anvendelsesspektrum i den kjemiske industri.

I tillegg til fremstillingen av et kommersielt interessant produkt oppnår man ved systemet ifølge oppfinnelsen i en ganske vesentlig grad å redusere driftsomkostningen i og med at overskuddsvarme utnyttes og behovet for pumpe-energi for pumping av kjølevann sterkt reduseres.

I tillegg oppnår man en vesentlig forbedring av systemets miljøbalanse idet karbondioksidutslippet fra metanolproduksjonen for det første reduseres og for det andre benyttes ved fremstilling av et kommersielt ønskelig produkt.

Det skal forstås at den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til de spesifikke utførelsesformer som ovenfor er vist og beskrevet, og at forskjellige endringer kan gjennomføres innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelse som definert i de etterfølgende patentkrav.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å redusere utslipp av karbonoksider som sendes ut under fremstilling av metanol, karakterisert ved følgende trinn: a) en første del av naturfødegassen reformeres til syntesegass (10), inneholdende CO, , CO2, H^O og uomsatt naturgass, b) en andre del av naturfødegassen forbrennes, for generering av nødvendig varme til reformerings-prosessen, hvorved det dannes en mengde CO2 og 1^0, c) syntesegassen (10)fra trinn a) konverteres til en produktgass-strøm (11), inneholdende metanol og uomsatt syntesegass, d) produktgass-strømmen (11) fra trinn c) avkjøles og metanol (12) separeres ifra, e) en første del av den uomsatte gass (13) fra separasjonstrinn d) resirkuleres og kombineres med syntesegassen (10) fra trinn a), f) en andre del av den uomsatte gass (13) fra separasjonstrinn d), samt C<O>2 og 1^0 fra trinn b), føres til en skiftreaktor (4) for opprettelse av en tilnærmet likevekt av CO2, ^, CO og 1^0, g) CO (15) fra trinn f) omsettes med metanol (12a) fra trinn d) for fremstilling av eddiksyre.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1), karakterisert ved at syntesegass fremstilles ved partiell oksidasjon og/eller damp-ref ormering .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1), karakterisert ved at det i-trinn g) fremstilles naturlige derivater av eddiksyre, så som eddiksyreanhydrid og metylacetat.

4. Integrert anlegg for koproduksjon av metanol og eddiksyre karakterisert ved kombinasjonen av: et system for forbehandling av naturgass, en syntesegass-reaktor (1) for reformering av naturfødegass ved partiell oksidasjon og/ eller dampreformering, et forbrenningsanlegg (2) for naturfødegass for å fremskaffe varme til prosessen, en konverter (3) for konvertering av syntesegass til metanol, en skiftreaktor (4) for omdannelse av co2 til CO, til bruk i eddiksyreproduksjonen, en reaktor (5) for omsetning av metanol og CO til eddiksyre, samt ytterligere konvensjonelt utstyr som varmevekslere, separatorer og rørledninger.