WO2015104238A1 - Verfahren zur trenntechnischen bearbeitung eines produktstroms eines dimethyletherreaktors - Google Patents

Verfahren zur trenntechnischen bearbeitung eines produktstroms eines dimethyletherreaktors Download PDF

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condensate
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Helmut Fritz
Andreas Peschel
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Definitions

  • the invention relates to a process for the separation processing of a product containing at least dimethyl ether, methanol, water, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen product stream of a reactor which is used for the synthesis of dimethyl ether from synthesis gas, a corresponding separation plant and a plant for the production of dimethyl ether according to the preambles of independent
  • DME Dimethyl ether
  • Dimethyl ether contains two methyl groups as organic radicals. Dimethyl ether is polar and is conventionally used in liquid form as a solvent. Dimethyl ether can also be used as a coolant and conventional
  • dimethyl ether is increasingly used as a substitute for fuel gas (LPG) and conventional fuels such as diesel. Because of its comparatively high cetane number of 55 to 60, for example, conventional diesel engines for operation with dimethyl ether need only be modified slightly. Dimethyl ether burns relatively clean and without soot formation. If dimethyl ether is produced from biomass, it is considered a so-called biofuel and therefore can
  • Dimethyl ether can either be produced directly from methanol or indirectly from natural gas or biogas. In the latter case, the natural gas or biogas is first reformed to synthesis gas. Synthesis gas can also be obtained by other methods, for example by pyrolysis of waste or biomass. The synthesis gas is then converted either directly to dimethyl ether in a two-step reaction to methanol and then to dimethyl ether or in a one-step reaction. Synthesis of dimethyl ether from synthesis gas is thermodynamically and economically advantageous over synthesis from methanol.
  • the present invention particularly relates to the one-step synthesis of
  • tubular reactors For one-step synthesis of dimethyl ether, normally upright tubular reactors are used which are fed from below with pressurized and heated synthesis gas. A product stream contained in the tubular reactor is taken off at the head, cooled and fed to a separation.
  • the product stream contains not only dimethyl ether unreacted components of the synthesis gas and other reaction products.
  • the product stream contains not only dimethyl ether unreacted components of the synthesis gas and other reaction products.
  • Product stream in addition to dimethyl ether at least methanol, water, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen and in lesser amounts of methane, ethane, organic acids and higher alcohols.
  • EP 0 343 454 A2 relates to a process for the production of methanol which is integrated into a methanol synthesis
  • the present invention proposes a process for separating a product stream containing at least dimethyl ether, methanol, water, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen from a reactor used for the synthesis of dimethyl ether from synthesis gas, a corresponding separation plant and a plant for Preparation of dimethyl ether according to the features of the independent claims.
  • Liquid and gaseous streams may be rich or poor in one or more components as used herein, with “rich” for a content of at least 90%, 95%, 99%, 99.5%, 99.9%, 99.99 % or 99.999% and “poor” for a content of not more than 10%, 5%, 1%, 0.1%, 0.01% or 0.001% of molar, Weight or volume can stand.
  • Liquid and gaseous streams may also be enriched or depleted in one or more components as used herein, which terms refer to a corresponding level in a starting mixture from which the liquid or gaseous stream was obtained.
  • the liquid or gaseous stream is "enriched” if it is at least 1, 1, 1, 5, 2, 5, 10, 100, or 1000 times, “depleted,” if it contains at most 0.9 times, 0, 5 times, 0.1 times, 0.01 times or 0.001 times the content of a corresponding component, based on the starting mixture.
  • a liquid or gaseous stream is "derived" from another liquid or gaseous stream (also referred to as the exit stream) if it has at least some components contained in or from the exit stream.
  • a derived in this sense current can from the output current through
  • pressure level and "temperature level” to characterize pressures and temperatures, thereby indicating that corresponding pressures and temperatures in a given plant need not be used in the form of exact pressure or temperature values to realize the innovative concept.
  • pressures and temperatures typically range in certain ranges, such as ⁇ 1%, 5%, 10%, 20%, or even 50%
  • Corresponding pressure levels and temperature levels can be in disjoint areas or in areas that overlap one another.
  • pressure levels include unavoidable or expected pressure losses, for example, due to cooling effects.
  • temperature levels include unavoidable or expected pressure losses, for example, due to cooling effects.
  • pressure levels include unavoidable or expected pressure losses, for example, due to cooling effects.
  • temperature levels include unavoidable or expected pressure losses, for example, due to cooling effects.
  • Pressure levels are absolute pressures.
  • each pure substances or mixtures to produce which are enriched relative to the mixture with respect to at least one component or depleted in the above-mentioned sense.
  • Distillation columns are well known in the field of separation technology. Typically they are
  • Distillation columns formed as a cylindrical metal container, which are equipped with internals, such as trays or ordered or disordered packages.
  • a distillation column is characterized, inter alia, by the fact that a liquid fraction is deposited in its lower region, also referred to as a sump. This liquid fraction, also referred to as bottom product, is heated in a distillation column by means of a bottom evaporator, so that continuously evaporates a portion of the bottom product and rises in gaseous form in the distillation column.
  • a distillation column is also typically with a so-called
  • Head condenser provided in the at least part of a in an upper
  • Absorption columns are also generally known in the field of separation technology. Absorption columns are used for absorption in the phase countercurrent and therefore also referred to as countercurrent columns. In countercurrent absorption, the donating gaseous phase flows upwardly through an absorption column. The receiving solution phase flows from above
  • a corresponding product stream contains not only dimethyl ether but also other compounds. These are at least methanol, water, carbon dioxide, carbon monoxide and
  • the present invention is based on the problem explained above, which, as explained, consists in that conventionally for the separation of dimethyl ether from a product stream of a reactor for the production of dimethyl ether, it must be cooled to temperatures well below 0 ⁇ . In order to avoid the freezing of water here and / or to be able to recover dimethyl ether in accordance with specifications, larger amounts of methanol and water must, as mentioned, be removed. This proves to be costly, because dimethyl ether and carbon dioxide dissolve very well in methanol and water and at the high pressures used despite the boiling point differences with a single-stage partial
  • the present invention proposes a process for separating a corresponding product stream which contains at least dimethyl ether, methanol, water, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen.
  • a product stream originates from a reactor used for the synthesis of dimethyl ether from synthesis gas, in particular a tubular reactor which is fed with synthesis gas and for the one-stage synthesis of dimethyl ether or the at least partial conversion of synthesis gas
  • Dimethyl ether is set up. According to the invention, it is provided to feed the product stream at least partially in gaseous form into an absorption column operated with a liquid reflux.
  • the feed is thus, in the case of completely gaseous feed, above the dew point of the corresponding product stream or the component with the highest boiling point at the pressure level used.
  • a partially liquid product stream may also be fed to the absorption column, i. the product stream can also be "condensed".
  • the bottom stream from the absorption column is at least partially fed into a first distillation column, wherein the first distillation column, a dimethyl ether-containing transfer stream and a predominantly methanol and / or water-containing stream are removed.
  • the "transfer stream” is typically formed from fluid taken from the top of the first distillation column.
  • the transfer stream can be liquid, partly liquid or gaseous.
  • fluid can be made from the first distillation column to provide a liquid reflux and partially liquefied in a top condenser.
  • the transfer stream may be a corresponding fluid that is not liquefied (or part of it), but also correspondingly liquefied or partially liquefied fluid.
  • the transfer stream typically contains carbon dioxide along with dimethyl ether, but is preferably low in or free of water and / or methanol. His further treatment is explained below.
  • At least part or all of the further condensate streams and the transfer stream is fed to a further distillation column, which is withdrawn on the marsh side a liquid stream which contains predominantly dimethyl ether and is low in or free from carbon dioxide.
  • the latter is the actual product of the process according to the invention.
  • the first condensate stream is used according to the invention partly for the formation of the liquid reflux and partly elsewhere.
  • the fraction of the first condensate stream which is not used for forming the liquid reflux can, if it is free of water and optionally methanol, also be fed at least partly into the further distillation column, into which at least part or all of the further condensate streams and the transfer stream are fed , Otherwise, the portion of the first condensate stream not used to form the liquid reflux can also be fed into the first distillation column into which the liquid bottom stream from the absorption column is also fed.
  • the transfer stream from the first distillation column is advantageously provided gaseous or liquid and can be transferred directly into the further distillation column.
  • the first distillation column is operated at a lower pressure than the further distillation column
  • a liquid transfer stream used which can be pressure-increased by means of a pump.
  • a gaseous stream consisting of fluid of the transfer stream can remain which can be passed, for example, to a burner.
  • its amount is low compared to the liquid condensate stream that is transferred to the further distillation column.
  • Dimethyl ether using a coolant at a temperature of more than about -47 ⁇ (higher than the freezing point of carbon dioxide) is possible.
  • the Operating pressures of both distillation columns are below those at which the formation of the condensate or other condensates takes place.
  • the temperature of the condensation in this first condensation stage ie the first temperature level at which the condensate stream is separated, depends on the dew point of the overhead stream or its components and the available refrigerants, for example air, cooling water, C3 refrigerant or dimethyl ether.
  • the present invention enables a cryogenic separation without negative effects of water and / or methanol in the product stream, since these components are washed out in the absorption column.
  • the inventively proposed method proves to be energetically significantly cheaper than conventional methods, so that by the
  • this overhead stream is substantially free of methanol and / or water.
  • Absorption column successively at least to at least another, for example, to a second and a third temperature level to cool.
  • further condensate streams can be separated in liquid form.
  • one or more further condensations are carried out in each case after a corresponding cooling.
  • a gradual cooling proves to be energetically particularly favorable and is known, for example, for the separation of ethane from ethane-containing mixtures.
  • Condensate flows the temperature levels used chosen such that these other condensate streams are low in carbon monoxide and hydrogen.
  • these condensate streams thus substantially still contain carbon dioxide and dimethyl ether, which can be separated from one another in a downstream separation.
  • the further distillation column is provided according to the invention, in which optionally not used as a liquid reflux portion of the condensate stream (see above), which is deposited from the gaseous overhead stream from the absorption column, but at least one of the other condensate streams and the
  • Transfer stream is at least partially fed.
  • the condensates obtained in the further condensation stages and optionally further fed-in fluids are separated in this further distillation column.
  • the separation task of the further distillation column can therefore be described as carrying out a separation of carbon dioxide and dimethyl ether in a corresponding mixture.
  • the further distillation column is taken from the top side, a gaseous overhead stream, which is rich in carbon dioxide and low in dimethyl ether.
  • the present invention is particularly suitable for processes in which the product stream from the reactor used for the synthesis of dimethyl ether from synthesis gas at a pressure level of 20 to 100 bar, in particular on a
  • the present invention is suitable for separation directly following synthesis and downstream cooling. In this case, it is particularly advantageous if the cooling takes place only by a heat exchange of the product stream with a synthesis gas stream fed into the reactor or reactors, so that it can be further heated
  • the product stream may remain in a superheated state, i. at a temperature level above the dew point. Its temperature level when fed into the
  • absorption column can be at 60 to 150 ⁇ , especially at 70 to 120 ⁇ , for example at 80 to 100 ⁇ or, based on the dew point, for example, at least 10 ⁇ and a maximum of 30 to 50 ⁇ above the dew point.
  • a feed in condensed form is possible.
  • the subsequent successive cooling of the top stream of the absorption column is carried out at ever lower temperatures, advantageously to a minimum temperature level, which is between the melting temperature of carbon dioxide at the pressure level used and -15,, example, at -50 to -20 ⁇ and in particular at ca . -35 ⁇ , the temperature of a C 3 refrigerant.
  • Temperature level can also be scarce, i. at least 0.5 to 10 ⁇ ,
  • the temperature level used also depends on the composition of the top stream and the desired composition of the condensates obtained here. In this way, an almost complete separation of the carbon dioxide and the dimethyl ether from the top stream of the absorption column can be achieved.
  • a portion of the overhead stream still remaining in gaseous form can be fed into a further absorption column, which enables a particularly effective depletion of dimethyl ether.
  • the further absorption column can be operated with a further liquid reflux, which consists of a liquefied, carbon dioxide-rich
  • Such product streams are obtained, for example, by charging a reactor with a synthesis gas in which the ratio of hydrogen to
  • Carbon monoxide 0.8 to 8 mol / mol, in particular 1 to 6 mol / mol.
  • a separation plant which separates separation technology
  • Product stream of a reactor used for the synthesis of dimethyl ether from synthesis gas is also an object of the present invention and specified in the corresponding independent claim.
  • Such a separation system is set up in particular for carrying out a method, as has been explained above.
  • Figure 1 shows a plant for the production of dimethyl ether according to the prior art in a schematic representation
  • Figure 2 shows a plant for the production of dimethyl ether according to a
  • 1 shows a plant for the production of dimethyl ether according to the prior art is shown schematically and designated as 1 10 in total.
  • the Appendix 1 10 includes a highly schematic here shown
  • Synthesis gas reactor 20 which can be charged with a suitable use a, for example, natural gas or biogas.
  • the synthesis gas reactor 20 may be a
  • Synthesis gas stream b are taken.
  • the synthesis gas stream b can, if appropriate after an admixture of further streams, be pressure-increased by means of a compressor 1.
  • a pressure required for a subsequent one-step dimethyl ether synthesis for example a pressure of 20 to 100 bar, can be set.
  • a correspondingly compressed stream, now denoted by c, is replaced by a first
  • Heat exchanger 2 out which can be heated with a product stream f of a reactor 4 for the synthesis of dimethyl ether (see below).
  • the correspondingly heated stream d has downstream of the first heat exchanger 2, for example, a temperature of 200 to 300 ⁇ .
  • the current d is given by a second one
  • Heat exchanger 3 out which is also referred to as a peak heater.
  • the further heated in the second heat exchanger 3 stream e is fed into the reactor 4, which is designed as a tubular reactor and the reaction tubes are filled with a suitable catalyst for Ein suitssynthese of dimethyl ether.
  • the illustration in FIG. 1 is greatly simplified.
  • reactors 4 are arranged upright for the synthesis of dimethyl ether, wherein a stream e is fed to the bottom of the tubular reactor 4. At the top of the reactor 4, a stream f is removed.
  • the current f is at a still higher temperature.
  • the current f is passed as a heating medium through the heat exchanger 2. As a result, it cools to a temperature which, for example, is about 30 ⁇ above the temperature of the compressed stream c.
  • the correspondingly cooled stream, now designated g is fed to a conventional separation plant 120.
  • a methanol stream h and a water stream i are separated off from the stream g, for example under intermediate relaxation, cooling, recompression, etc. (not shown) in a step 121.
  • the streams k and I are formed in a step 122, which are, for example, one of carbon dioxide
  • enriched stream k and a dimethyl ether enriched stream I can act.
  • the composition of the currents k and I depends on the composition of the current g and the operating parameters of the separator 120. As already explained, despite the large boiling point differences of the components involved due to the good solubility of dimethyl ether and carbon dioxide in methanol / water and the present high pressure with a single-stage partial condensation can not achieve satisfactory separation.
  • the present invention proposes, as already explained, to introduce a product stream, here the stream g, at a temperature above the dew point into an absorption column and to pre-separate it there.
  • the absorption column is designated 6 in FIG.
  • an absorption column 6 differs from a distillation column, such as the distillation columns 5 and 9 explained below, inter alia in that it has no bottom evaporator. Rising in the absorption column 6 vapors are washed by a discontinued at the top of the absorption column reflux, so that accumulate at the top of the absorption column, the more volatile and in the bottom of the absorption column, the less volatile components.
  • stream g in the example shown also contains methanol, water, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen (in addition to traces of other compounds as explained above), these are explained on the basis of the above
  • Separator tank 8 separates in the separator tank 8 from a bottom product, which consists essentially of dimethyl ether and carbon dioxide (optionally with traces of methanol).
  • a stream o can be withdrawn in gaseous form, which, in addition to carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen, also
  • distillation column 5 (“first distillation column"), as illustrated by a dashed arrow C. From the bottom of the absorption column 6, a liquid stream p is withdrawn and transferred to the distillation column 5.
  • Return amount and number of plates of the absorption column 6 can be optimized so that a corresponding bottom product p is obtained in only a smaller amount.
  • the reflux which is applied to the absorption column 6 is adjusted so that the methanol and water content in the stream m is minimized.
  • the composition of the current o resulting in this way is such that in the cooling and condensation sequence 10, to which the current o is subjected, the disadvantages explained above, for example a freezing out of water, can no longer be established.
  • the distillation column 5 which with a bottom evaporator 51 and a
  • Head capacitor 52 is operated, the stream p, which consists essentially of methanol, hydrogen, dimethyl ether and carbon dioxide, in an im
  • Substantially consisting of dimethyl ether and carbon dioxide overhead stream and a substantially consisting of methanol and / or water bottom stream r are separated. Part of the overhead stream is liquefied in the top condenser 52 and fed to the distillation column 5 as reflux. Another liquefied portion of the top stream is subtracted in the example shown as stream q. The non-liquefied residue is supplied in the example shown, for example, a combustion.
  • the stream q is referred to in the context of this application as "transfer stream" and transferred to another distillation column 9. As mentioned, can different from the representation in FIG. 2, a current corresponding to q
  • Transfer stream are also provided in gaseous form, in particular when the first distillation column 5 is operated at a higher pressure level than the further distillation column 9 explained below. If the stream q is provided in liquid form and the operating pressure of the first distillation column 5 is below that of the further distillation column 9, a pump is used to increase the pressure. In the opposite case, a relaxation, for example via a valve, as shown in Figure 2. In the top condenser 5 non-liquefied fluid, the proportion of which is advantageously minimized in a provision of a liquid transfer stream q, can also be partially recycled at a suitable other place in the separation process, possibly for which a compression takes place.
  • the manner of forming the transfer stream q is not limited to the example illustrated here. For example, the stream q may also be directly, i. under
  • the bottom stream r can also be used at a suitable location. Secluded water can also become one
  • Wastewater treatment or degassing are performed.
  • the already repeatedly mentioned steps for the further treatment of the current o are indicated here in total with 10.
  • the current o is first fed to a heat exchanger 1 1 and then fed into a separator tank 12.
  • the cooling in the heat exchanger 1 1 is made such that in the separator tank 12, a condensate s separates.
  • Separator 12 gaseous remaining portion is fed to a heat exchanger 13 and then fed into a further separator tank 14. There too, a condensate, designated here by t, is obtained.
  • the temperature of the flow o upstream of the heat exchanger 11 is, for example, +35 ⁇ .
  • u is converted in the example shown in a further absorption column 16. This is optional.
  • the stream u still contains dimethyl ether, carbon dioxide, carbon monoxide and
  • Absorption column 16 a mixture is withdrawn, which consists essentially of carbon dioxide, carbon monoxide and hydrogen. This can,
  • Absorption column 6 recycled proportion of the current n fed. As mentioned, this is possible if this stream is water-free and possibly methanol-free. Alternatively, it is also possible to feed into the first distillation column 5, as illustrated by a dashed arrow.

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Abstract

Ein Verfahren zur trenntechnischen Bearbeitung eines zumindest Dimethylether, Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Produktstroms (g) eines zur Synthese von Dimethylether (z) aus Synthesegas (e) verwendeten Reaktors (4) wird vorgeschlagen. Der Produktstrom (g) wird zumindest teilweise gasförmig in eine mit einem flüssigen Rücklauf betriebene Absorptionskolonne (6) eingespeist, wobei der Absorptionskolonne (6) kopfseitig ein gasförmiger Kopfstrom (m) und sumpfseitig ein flüssiger Sumpfstrom (p) entnommen werden. Der Sumpfstrom (p) wird zumindest zum Teil in eine erste Destillationssäule (5) eingespeist, wobei der ersten Destillationssäule (5) ein Dimethylether enthaltender, gasförmiger Transferstrom (q) und ein überwiegend Methanol und/oder Wasser enthaltender Strom (r) entnommen werden. Der Kopfstrom (m) wird zumindest zum Teil zunächst auf ein erstes und anschließend weiter auf ein oder mehrere weitere Temperaturniveaus abgekühlt, wobei nach dem Abkühlen auf das erste Temperaturniveau ein erster Kondensatstrom (n) gebildet wird und nach dem weiteren Abkühlen auf das oder die weiteren Temperaturniveaus ein oder mehrere weitere Kondensatströme (s, t) gebildet werden. Der erste Kondensatstrom (n) wird teilweise zur Bildung des flüssigen Rücklaufs verwendet und der oder die weiteren Kondensatströme (s, t) werden zumindest teilweise in eine weitere Destillationssäule (9) eingespeist, der sumpfseitig ein flüssiger Strom (z) entnommen wird, der überwiegend Dimethylether enthält und arm an oder frei von Kohlendioxid ist. Eine entsprechende Trennanlage und eine Anlage (100) zur Herstellung von Dimethylether sind ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren zur trenntechnischen Bearbeitung eines Produktstroms eines
Dimethyletherreaktors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur trenntechnischen Bearbeitung eines zumindest Dimethylether, Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Produktstroms eines Reaktors, der zur Synthese von Dimethylether aus Synthesegas verwendet wird, eine entsprechende Trennanlage sowie eine Anlage zur Erzeugung von Dimethylether gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen
Patentansprüche.
Stand der Technik
Bei Dimethylether (DME) handelt es sich um den strukturell einfachsten Ether.
Dimethylether enthält zwei Methylgruppen als organische Reste. Dimethylether ist polar und findet herkömmlicherweise in flüssiger Form als Lösungsmittel Verwendung. Dimethylether kann ferner als Kühlmittel eingesetzt werden und herkömmliche
Fluorchlorkohlenwasserstoffe ersetzen.
Neuerdings wird Dimethylether zunehmend als Ersatz für Brenngas (Flüssiggas) und herkömmliche Kraftstoffe wie Diesel eingesetzt. Aufgrund seiner vergleichsweise hohen Cetanzahl von 55 bis 60 müssen beispielsweise herkömmliche Dieselmotoren für den Betrieb mit Dimethylether nur geringfügig modifiziert werden. Dimethylether verbrennt vergleichsweise sauber und ohne Rußbildung. Wird Dimethylether aus Biomasse hergestellt, gilt er als sogenannter Biokraftstoff und kann daher
steuerbegünstigt vermarktet werden.
Dimethylether kann entweder direkt aus Methanol oder indirekt aus Erd- oder Biogas erzeugt werden. Im letzteren Fall wird das Erd- oder Biogas zunächst zu Synthesegas reformiert. Synthesegas kann auch mittels anderer Verfahren, beispielsweise durch Pyrolyse von Abfällen oder Biomasse, gewonnen werden. Das Synthesegas wird anschließend entweder in einer zweistufigen Reaktion zu Methanol und anschließend zu Dimethylether oder in einer einstufigen Reaktion direkt zu Dimethylether konvertiert. Die Synthese von Dimethylether aus Synthesegas ist thermodynamisch und wirtschaftlich vorteilhaft gegenüber einer Synthese aus Methanol.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die einstufige Synthese von
Dimethylether, wobei unter einer "einstufigen" Synthese eine Synthese verstanden wird, bei der sämtliche Reaktionen in einunddemselben Reaktor ablaufen. Die einstufige Synthese von Dimethylether ist beispielsweise aus der US 4,536,485 A und der US 5,189,203 A bekannt. Herkömmlicherweise werden hierbei Hybridkatalysatoren verwendet. Die Reaktion ist exotherm und erfolgt typischerweise bei einer Temperatur von 200 bis 300 Ό und bei einem Druck von 20 bis 1 00 bar.
Zur einstufigen Synthese von Dimethylether werden normalerweise aufrechtstehende Rohrreaktoren eingesetzt, die von unten mit druckbeaufschlagtem und erhitztem Synthesegas beschickt werden. Ein in dem Rohrreaktor enthaltener Produktstrom wird kopfseitig entnommen, gekühlt und einer Trennung zugeführt.
Der Produktstrom enthält neben Dimethylether nicht umgesetzte Komponenten des Synthesegases sowie weitere Reaktionsprodukte. Typischerweise weist der
Produktstrom neben Dimethylether zumindest Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowie in geringerer Menge Methan, Ethan, organische Säuren und höhere Alkohole auf.
Der Produktstrom wird bei dem zuvor erwähnten Druck zwischen 20 und 80 bar erhalten. Zur Gewinnung von Dimethylether aus dem Produktstrom muss dieser auf Temperaturen deutlich unter 0 Ό abgekühlt werden. Um hierbei beispielsweise das Ausfrieren von Wasser zu vermeiden und/oder um Dimethylether spezifikationsgerecht gewinnen zu können, kann es erforderlich sein, vor der Abkühlung des Produktstroms größere Mengen an Methanol und/oder Wasser abzutrennen. Aufgrund der vergleichsweise hohen Löslichkeit von Dimethylether und Kohlendioxid in Methanol und Wasser sowie aufgrund des hohen Drucks lässt sich jedoch trotz der hohen Siedepunktsunterschiede der genannten Komponenten mit einer einstufigen partiellen Kondensation keine befriedigende Trennung erreichen. Aus der US 2013/327086 A1 ist ein Verfahren zur vereinfachten Abtrennung eines Reaktionsprodukts aus einem Reaktionsgasgemisch, bestehend aus dem
Reaktionsprodukt, mindestens einem Leichtsieder und/oder nicht kondensierbaren Reaktionsgas und mindestens einem Hochsieder, bekannt. Die EP 0 343 454 A2 betrifft ein in eine Methanolsynthese integriertes Verfahren zur Herstellung von
Dimethylether durch katalytische Dehydratisierung von Methanol und die Reinigung des Dehyhdratisierungsprodukts durch Zuführung desselben in eine
Destillationskolonne zur Gewinnung von reinem Dimethylether. Zur Erhöhung der Ausbeute an Propan, Butan und anderer schwereren Komponenten aus einem Erdgasstrom wird in der US 5 685 170 A der Einsatz einer Absorptionskolonne vorgeschlagen. Ein Verfahren zur Herstellung von Dimethylether ist beispielsweise auch aus der DE 199 43 219 A1 bekannt.
Es besteht der Bedarf nach verbesserten Möglichkeiten zur Reduzierung des Methanol- und/oder Wassergehalts eines entsprechenden Produktstroms, insbesondere bei dem zuvor erwähnten Druck.
Offenbarung der Erfindung Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur trenntechnischen Bearbeitung eines zumindest Dimethylether, Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Produktstroms eines Reaktors, der zur Synthese von Dimethylether aus Synthesegas verwendet wird, eine entsprechende Trennanlage sowie eine Anlage zur Herstellung von Dimethylether gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte
Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vor der Erläuterung der Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deren Grundlagen und die verwendeten Begriffe erläutert.
Flüssige und gasförmige Ströme können im hier verwendeten Sprachgebrauch reich oder arm an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei "reich" für einen Gehalt von wenigstens 90%, 95%, 99%, 99,5%, 99,9%, 99,99% oder 99,999% und "arm" für einen Gehalt von höchstens 10%, 5%, 1 %, 0,1 %, 0,01 % oder 0,001 % auf molarer, Gewichts- oder Volumenbasis stehen kann. Flüssige und gasförmige Ströme können im hier verwendeten Sprachgebrauch ferner angereichert oder abgereichert an einer oder mehreren Komponenten sein, wobei sich diese Begriffe auf einen entsprechenden Gehalt in einem Ausgangsgemisch beziehen, aus dem der flüssige oder gasförmige Strom erhalten wurde. Der flüssige oder gasförmige Strom ist "angereichert", wenn dieser zumindest den 1 ,1-fachen, 1 ,5-fachen, 2-fachen, 5-fachen, 10-fachen 100- fachen oder 1.000-fachen Gehalt, "abgereichert", wenn er höchstens den 0,9-fachen, 0, 5-fachen, 0,1-fachen, 0,01 -fachen oder 0,001 -fachen Gehalt einer entsprechenden Komponente, bezogen auf das Ausgangsgemisch, enthält.
Ein flüssiger oder gasförmiger Strom ist von einem anderen flüssigen oder gasförmigen Strom (auch als Ausgangsstrom bezeichnet) "abgeleitet", wenn er zumindest einige in dem Ausgangsstrom enthaltene oder aus diesem erhaltene Komponenten aufweist. Ein in diesem Sinne abgeleiteter Strom kann aus dem Ausgangsstrom durch
Abtrennen oder Abzweigen eines Teilstroms oder einer oder mehrerer Komponenten, Anreichern oder Abreichern bezüglich einer oder mehrerer Komponenten, chemisches oder physikalisches Umsetzen einer oder mehrerer Komponenten, Erwärmen, Abkühlen, Druckbeaufschlagen und dergleichen erhalten werden. Die vorliegende Anmeldung verwendet zur Charakterisierung von Drücken und Temperaturen die Begriffe "Druckniveau" und "Temperaturniveau", wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass entsprechende Drücke und Temperaturen in einer entsprechenden Anlage nicht in Form exakter Druck- bzw. Temperaturwerte verwendet werden müssen, um das erfinderische Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke und Temperaturen typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1 %, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen
Mittelwert liegen. Entsprechende Druckniveaus und Temperaturniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen.
Insbesondere schließen beispielsweise Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druck Verluste, beispielsweise aufgrund von Abkühlungseffekten, ein. Entsprechendes gilt für Temperaturniveaus. Bei den hier in bar angegebenen
Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.
Bei einer "Destillationssäule" handelt es sich im hier verwendeten Sprachgebrauch um eine Trenneinheit, die dafür eingerichtet ist, ein gasförmig oder flüssig oder in Form eines Zweiphasengemischs mit flüssigen und gasförmigen Anteilen, ggf. auch im überkritischen Zustand, bereitgestelltes Stoffgemisch zumindest teilweise
aufzutrennen, also aus dem Stoffgemisch jeweils Reinstoffe oder Stoffgemische zu erzeugen, die gegenüber dem Stoffgemisch bezüglich zumindest einer Komponente angereichert bzw. abgereichert im oben erläuterten Sinne sind. Destillationssäulen sind aus dem Bereich der Trenntechnik hinlänglich bekannt. Typischerweise sind
Destillationssäulen als zylindrische Metallbehälter ausgebildet, die mit Einbauten, beispielsweise Siebböden oder geordneten oder ungeordneten Packungen, ausgerüstet sind. Eine Destillationssäule zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass sich in ihrem unteren Bereich, auch als Sumpf bezeichnet, eine flüssige Fraktion abscheidet. Diese flüssige Fraktion, auch als Sumpfprodukt bezeichnet, wird in einer Destillationssäule mittels eines Sumpfverdampfers erwärmt, so dass kontinuierlich ein Teil des Sumpfprodukts verdampft und in der Destillationssäule gasförmig aufsteigt. Eine Destillationssäule ist ferner typischerweise mit einem sogenannten
Kopfkondensator versehen, in den zumindest ein Teil eines sich in einem oberen
Bereich der Destillationssäule anreichernden Gasgemischs oder ein entsprechendes Reingas, auch als Kopfprodukt bezeichnet, eingespeist, verflüssigt und als flüssiger Rücklauf am Kopf der Destillationssäule aufgegeben wird. Im Gegensatz zu einer Destillationssäule verfügt eine "Absorptionskolonne" nicht über einen Sumpfverdampfer. Auch Absorptionskolonnen sind aus dem Bereich der Trenntechnik allgemein bekannt. Absorptionskolonnen werden zur Absorption im Phasengegenstrom verwendet und daher auch als Gegenstromkolonnen bezeichnet. Bei der Absorption im Gegenstrom strömt die abgebende Gasphase aufwärts durch eine Absorptionskolonne. Die aufnehmende Lösungsphase fließt, von oben
aufgegeben und unten abgezogen, der Gasphase entgegen. In einer entsprechenden Absorptionskolonne sind ebenfalls typischerweise Einbauten vorgesehen, die für einen stufenweisen (Böden, Sprühzonen, rotierende Teller usw.) oder stetigen (regellose Schüttungen von Füllkörpern, Packungen usw.) Phasenkontakt sorgen.
Zur Auslegung und spezifischen Ausgestaltung von Destillationssäulen und
Absorptionskolonnen sei auf einschlägige Lehrbücher verwiesen (siehe beispielsweise Sattler, K.: Thermische Trennverfahren: Grundlagen, Auslegung, Apparate, 3. Auflage 2001 , Weinheim, Wiley-VCH). Ist nachfolgend kurz von einer "Synthese" von Dimethylether die Rede, wird hierunter ein Verfahren verstanden, bei dem ein Synthesegas enthaltender Einsatz, also ein Gasgemisch, das in geeigneten Anteilen zumindest Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, zu einem entsprechenden Dimethylether enthaltenden Produktstrom umgesetzt wird. Ein entsprechender Produktstrom enthält aufgrund der nicht vollständigen Reaktion und aufgrund des Auftretens von Nebenreaktionen bei der Synthese von Dimethylether, insbesondere in Abhängigkeit von den Charakteristika der verwendeten Katalysatoren und den jeweiligen Gehalten der Komponenten des Synthesegases, nicht ausschließlich Dimethylether sondern weitere Verbindungen. Diese sind zumindest Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und
Wasserstoff, jedoch typischerweise auch geringere Mengen Methan, Ethan, organische Säuren und höhere Alkohole. Diese genannten weiteren Verbindungen müssen, wie erwähnt, abgetrennt werden. Die Abtrennung erfolgt einerseits, um nachfolgende Trennschritte zu ermöglichen, und andererseits, um Dimethylether in der geforderten Reinheit, also "spezifikationsgerecht" zu gewinnen.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung geht von dem eingangs erläuterten Problem aus, das, wie erläutert, darin besteht, dass herkömmlicherweise zur Abtrennung von Dimethylether aus einem Produktstrom eines Reaktors zur Herstellung von Dimethylether dieser auf Temperaturen deutlich unter 0 Ό abgekühlt werden m uss. Um hier das Ausfrieren von Wasser zu vermeiden und/oder Dimethylether spezifikationsgerecht gewinnen zu können, müssen, wie erwähnt, größere Mengen an Methanol und Wasser abgetrennt werden. Dies erweist sich als aufwändig, weil sich Dimethylether und Kohlendioxid in Methanol und Wasser ausgesprochen gut lösen und sich bei den eingesetzten hohen Drücken trotz der Siedepunktsunterschiede mit einer einstufigen partiellen
Kondensation keine befriedigende Trennung erreichen lässt. Ein Druckabbau auf geringere Drücke, beispielsweise Umgebungsdruck, der eine Trennung erleichtern würde, ist nachteilig, weil für die anschließende Trennung unter
Tieftemperaturbedingungen wieder ein entsprechend hoher Druck zwischen 20 und 100 bar vorliegen muss. Es müsste also eine energieaufwendige Rückverdichtung erfolgen. Selbst eine mehrstufige Kondensation alleine führt aber nicht zu einer zufriedenstellenden Trennung. Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur trenntechnischen Bearbeitung eines entsprechenden Produktstroms, der zumindest Dimethylether, Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthält, vor. Wie erwähnt, stammt ein derartiger Produktstrom aus einem zur Synthese von Dimethylether aus Synthesegas verwendeten Reaktor, insbesondere einem Rohrreaktor, der mit Synthesegas beschickt wird und zur einstufigen Synthese von Dimethylether bzw. der zumindest teilweisen Umsetzung von Synthesegas zu
Dimethylether eingerichtet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Produktstrom zumindest teilweise gasförmig in eine mit einem flüssigen Rücklauf betriebene Absorptionskolonne einzuspeisen. Die Einspeisung erfolgt also, im Falle vollständig gasförmiger Einspeisung, oberhalb des Taupunkts des entsprechenden Produktstroms bzw. der Komponente mit dem höchsten Siedepunkt auf dem verwendeten Druckniveau. Es kann jedoch auch ein teilweise flüssiger Produktstrom in die Absorptionskolonne eingespeist werden, d.h. der Produktstrom kann auch "ankondensiert" sein.
Der Absorptionskolonne werden kopfseitig ein gasförmiger Kopfstrom und sumpfseitig ein flüssiger Sumpfstrom entnommen. Auch im Fall einer Einspeisung eines teilweise flüssigen Stroms gehen Gase wie Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff kaum in dem Sumpfstrom über, da die in der Absorptionskolonne verwendeten Temperaturen vergleichsweise hoch sind. Vorteilhafterweise ist die Eintrittstemperatur in die
Absorptionskolonne wesentlich höher als die Temperatur in deren Kopf (letztere liegt typischerweise auf einem Temperaturniveau von 50 bis 150 Ό). Dadurch lösen sich wesentlich weniger der genannten Gase im Sumpfstrom als dies beispielsweise bei einer einstufigen Kondensation der Fall wäre. Der Sumpfstrom ist daher in beiden Fällen arm an oder frei von den genannten Gasen, was die Trennung in den nachfolgend erläuterten Schritten deutlich verbessert. Der Kopfstrom wird zumindest zum Teil zunächst auf ein erstes und anschließend weiter auf ein oder mehrere weitere Temperaturniveaus abgekühlt, wobei nach dem Abkühlen auf das erste Temperaturniveau ein erster Kondensatstrom gebildet wird und nach dem weiteren Abkühlen auf das oder die weiteren Temperaturniveaus ein oder mehrere weitere Kondensatströme gebildet werden. Die weitere Abkühlung kann also mehrstufig sein, wobei optional nach einer letzten Abkühlstufe auch eine weitere Absorptionskolonne zum Einsatz kommen kann, wie unten erläutert. Nach den sonstigen Abkühlstufen werden hingegen typischerweise normale Abscheidebehälter eingesetzt, um die Kondensatströme zu bilden. Ist hier davon die Rede, dass "der Kopfstrom" (oder ein Teil davon) mehrfach unter Bildung von Kondensaten abgekühlt wird, versteht sich, dass jede zusätzliche Abkühlstufe immer nur den nicht
kondensierten Anteil (oder einen Teil davon) betrifft, also sich die Menge des abgekühlten Fluids kontinuierlich verringert.
Der Sumpfstrom aus der Absorptionskolonne wird zumindest zum Teil in eine erste Destillationssäule eingespeist, wobei der ersten Destillationssäule ein Dimethylether enthaltender Transferstrom und ein überwiegend Methanol und/oder Wasser enthaltender Strom entnommen werden. Der "Transferstrom" wird typischerweise aus Fluid gebildet, das der ersten Destillationssäule kopfseitig entnommen wird. Der Transferstrom kann flüssig, teilweise flüssig oder gasförmig sein. Beispielsweise kann aus der ersten Destillationssäule zur Bereitstellung eines flüssigen Rücklaufs Fluid ausgeführt und teilweise in einem Kopfkondensator verflüssigt werden. Bei dem Transferstrom kann es sich um entsprechendes Fluid handeln, das nicht verflüssigt wird (oder einen Teil davon), aber auch um entsprechend verflüssigtes oder teilverflüssigtes Fluid. Der Transferstrom enthält neben Dimethylether damit typischerweise auch Kohlendioxid, ist aber vorzugsweise arm an oder frei von Wasser und/oder Methanol. Seine weitere Behandlung ist unten erläutert.
Der ebenfalls der Destillationssäule entnommene, überwiegend Methanol und/oder Wasser enthaltende Strom wird aufgrund der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen nicht der Tieftemperaturtrennung zugeführt, in der Wasser und/oder Methanol, wie erwähnt, stören könnten.
Zumindest ein Teil des oder der weiteren Kondensatströme und des Transferstroms wird in eine weitere Destillationssäule eingespeist, der sumpfseitig ein flüssiger Strom entnommen wird, der überwiegend Dimethylether enthält und arm an oder frei von Kohlendioxid ist. Bei letzterem handelt es sich um das eigentliche Produkt des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der erste Kondensatstrom wird erfindungsgemäß teilweise zur Bildung des flüssigen Rücklaufs und teilweise anderweitig verwendet. Der nicht zur Bildung des flüssigen Rücklaufs verwendete Anteil des ersten Kondensatstroms kann, wenn er wasser- und ggf. methanolfrei ist, ebenfalls zumindest zum Teil in die weitere Destillationssäule eingespeist werden, in die zumindest ein Teil des oder der weiteren Kondensatströme und des Transferstroms eingespeist wird. Anderenfalls kann der nicht zur Bildung des flüssigen Rücklaufs verwendete Anteil des ersten Kondensatstroms auch in die erste Destillationssäule eingespeist werden, in die auch der flüssige Sumpfstrom aus der Absorptionskolonne eingespeist wird.
Mit anderen Worten wird die Absorptionskolonne im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit einem flüssigen Rücklauf betrieben, der erfindungsgemäß aus einem Kondensatstrom gebildet wird, welcher aus dem kopfseitig der Absorptionskolonne entnommenen gasförmigen Kopfstrom nach Abkühlung auf ein erstes
Temperaturniveau flüssig abgeschieden wird. Bei dem Kopfstrom handelt es sich um das Reinigungsprodukt der Absorptionskolonne, das zuvor im Gegenstrom zu dem flüssigen Rücklauf die Absorptionskolonne von unten nach oben durchlaufen hat.
Wird die erste Destillationssäule bei einem höheren Druck als die weitere
Destillationssäule betrieben, wird der Transferstrom aus der ersten Destillationssäule vorteilhafterweise gasförmig oder flüssig bereitgestellt und kann direkt in die weitere Destillationssäule überführt werden. Wird die erste Destillationssäule hingegen bei einem niedrigeren Druck als die weitere Destillationssäule betrieben, wird
vorteilhafterweise ein flüssiger Transferstrom verwendet, der mittels einer Pumpe druckerhöht werden kann. In diesem Fall kann ggf. ein gasförmiger, aus Fluid des Transferstroms bestehender Strom verbleiben, der beispielsweise zu einem Brenner geleitet werden kann. Typischerweise ist dessen Menge im Vergleich zum flüssigen Kondensatstrom, der in die weitere Destillationssäule überführt wird, gering. Die in der ersten und der weiteren Destillationssäule verwendeten Drücke werden
vorteilhafterweise derart gewählt, dass in der ersten Destillationssäule möglichst
Kühlwasser als Kühlmedium in deren Kopfkondensator verwendet werden kann und in der weiteren Destillationssäule eine effektive Trennung von Kohlendioxid und
Dimethylether unter Verwendung eines Kühlmittels bei einer Temperatur von mehr als ca. -47 Ό (höher als der Gefrierpunkt von Kohlendi oxid) möglich ist. Die Betriebsdrücke beider Destillationssäulen liegen unterhalb jener, bei der die Bildung des oder der weiteren Kondensate erfolgt.
Die oben erläuterte Trennaufgabe wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung also unter anderem dadurch gelöst, dass der Produktstrom zunächst in eine
Absorptionskolonne geleitet und mit zumindest einem Teil des anfallenden Kondensats einer ersten Kondensationsstufe als Rücklauf gewaschen wird. In die erste
Kondensationsstufe wird der gasförmige Kopfstrom der Absorptionskolonne
eingespeist. Die Temperatur der Kondensation in dieser ersten Kondensationsstufe, also das erste Temperaturniveau, bei der der Kondensatstrom abgeschieden wird, richtet sich dabei nach dem Taupunkt des Kopfstroms bzw. seiner Komponenten und den verfügbaren Kältemitteln, zum Beispiel Luft, Kühlwasser, C3-Kältemittel oder Dimethylether. In den Rücklauf der Absorptionskolonne und damit den Sumpfstrom gelangter Dimethylether geht erfindungsgemäß nicht verloren, sondern wird in dem Transferstrom aus der ersten Destillationssäule, in die der Sumpfstrom zuvor eingespeist wird, zumindest größtenteils in die weitere Destillationssäule überführt, die zur Bereitstellung des eigentlichen Dimethyletherprodukts dient. Gleichzeitig ermöglicht die vorliegende Erfindung, wie bereits erwähnt, eine Tieftemperaturtrennung ohne negative Auswirkungen von Wasser und/oder Methanol im Produktstrom, da diese Komponenten in der Absorptionskolonne ausgewaschen werden.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren erweist sich als energetisch bedeutend günstiger als herkömmliche Verfahren, so dass durch die
erfindungsgemäßen Maßnahmen eine vorteilhafte Trennung gegenüber
Trennverfahren erzielt wird, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Vorteilhafterweise wird die Absorptionskolonne, insbesondere durch Einstellen der Temperatur- und Druckbedingungen und der Menge des verwendeten Rücklaufs, derart betrieben, dass der Kopfstrom arm an Methanol und/oder Wasser ist.
Vorzugsweise ist dieser Kopfstrom weitgehend frei von Methanol und/oder Wasser.
Der Kopfstrom weist damit noch im Wesentlichen die anderen Komponenten des Produktstroms auf, nämlich zumindest Dimethylether, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Ein Strom mit dieser Zusammensetzung erweist sich in den nachgeschalteten Trenneinheiten als unproblematisch, da er insbesondere kein möglicherweise ausfrierendes Wasser und die Trenneigenschaften negativ
beeinflussendes Methanol mehr enthält.
Erfindungsgemäß ist, wie erwähnt, vorgesehen, einen auf dem ersten
Temperaturniveau gasförmig verbleibenden Anteil des Kopfstroms aus der
Absorptionskolonne sukzessive zumindest auf wenigstens ein weiteres, beispielsweise auf ein zweites und ein drittes Temperaturniveau, abzukühlen. Auf dem zweiten und dem dritten Temperaturniveau können dabei weitere Kondensatströme flüssig abgeschieden werden. Es werden also jeweils nach einer entsprechenden Abkühlung eine oder mehrere weitere Kondensationen durchgeführt. Eine stufenweise Abkühlung erweist sich als energetisch besonders günstig und ist beispielsweise zur Abtrennung von Ethan aus ethanhaltigen Gemischen bekannt.
Vorteilhafterweise werden bei der Abtrennung entsprechender weiterer
Kondensatströme die verwendeten Temperaturniveaus derart gewählt, dass diese weiteren Kondensatströme arm an Kohlenmonoxid und Wasserstoff sind.
Vorteilhafterweise enthalten diese Kondensatströme damit im Wesentlichen noch Kohlendioxid und Dimethylether, welche in einer nachgeschalteten Trennung voneinander getrennt werden können.
Hierzu ist erfindungsgemäß die weitere Destillationssäule vorgesehen, in welche ggf. der nicht als flüssige Rücklauf verwendete Anteil des Kondensatstroms (siehe oben), der aus dem gasförmigen Kopfstrom aus der Absorptionskolonne abgeschieden wird, jedenfalls aber zumindest einer der weiteren Kondensatströme sowie der
Transferstrom zumindest teilweise eingespeist wird. Hierbei werden die in den weiteren Kondensationsstufen gewonnenen Kondensate und ggf. weitere eingespeiste Fluide in dieser weiteren Destillationssäule getrennt.
Dies erfolgt unter Bedingungen, die bewirken, dass der weiteren Destillationssäule sumpfseitig ein flüssiger Sumpfstrom entnehmbar ist, der reich an Dimethylether und arm an Kohlendioxid ist. Die Trennaufgabe der weiteren Destillationssäule kann also damit beschrieben werden, eine Trennung von Kohlendioxid und Dimethylether in einem entsprechenden Gemisch vorzunehmen. Der weiteren Destillationssäule wird kopfseitig ein gasförmiger Kopfstrom entnommen, welcher reich an Kohlendioxid und arm an Dimethylether ist. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für Verfahren, bei denen der Produktstrom aus dem zur Synthese von Dimethylether aus Synthesegas verwendeten Reaktor auf einem Druckniveau von 20 bis 100 bar, insbesondere auf einem
Druckniveau von 30 bis 80 bar, in die Absorptionskolonne eingespeist wird. Die Abtrennung von Methanol und/oder Wasser kann hier unter Druck erfolgen, eine vorherige Entspannung, die dann eine erneute energieaufwendige
Druckbeaufschlagung erfordern würde, ist nicht notwendig. Die vorliegende Erfindung eignet sich für eine Trennung direkt im Anschluss an die Synthese und eine nachgeschaltete Abkühlung. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn die Abkühlung nur durch einen Wärmetausch des Produktstroms mit einem in den oder die Reaktoren eingespeisten Synthesegasstrom erfolgt, so dass auf weitere
aufwendige Kühleinrichtungen mit ggf. extern zugeführtem Kältemittel verzichtet werden kann. Dies ist möglich, weil der Taupunkt des Produktstroms im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht unterschritten werden muss. Der Produktstrom kann also trotz der Abkühlung in überhitztem Zustand bleiben, d.h. auf einem Temperaturniveau oberhalb des Taupunkts. Sein Temperaturniveau bei der Einspeisung in die
Absorptionskolonne kann also beispielsweise bei 60 bis 150 Ό, insbesondere bei 70 bis 120 Ό, beispielsweise bei 80 bis 100 Ό oder, auf den Taupunkt bezogen, beispielsweise mindestens 10 Ό und maximal 30 bis 50 Ό oberhalb des Taupunkts liegen. Wie erwähnt, ist auch eine Einspeisung in ankondensierter Form möglich.
Die anschließende sukzessive Abkühlung des Kopfstroms der Absorptionskolonne erfolgt auf immer niedrigere Temperaturen, vorteilhafterweise bis auf ein minimales Temperaturniveau, das zwischen der Schmelztemperatur von Kohlendioxid auf dem verwendeten Druckniveau und -15 Ό liegt, beispiels weise bei -50 bis -20 Ό und insbesondere bei ca. -35 Ό, der Temperatur eines C 3-Kältemittels. Das
Temperaturniveau kann dabei auch knapp, d.h. mindestens 0,5 bis 10 Ό,
insbesondere 1 bis 5 Ό, oberhalb der Schmelztemper atur von Kohlendioxid auf dem verwendeten Druckniveau liegen. Das verwendete Temperaturniveau richtet sich auch nach der Zusammensetzung des Kopfstroms und der gewünschten Zusammensetzung der hierbei gewonnenen Kondensate. Auf diese Weise kann eine nahezu vollständige Abscheidung des Kohlendioxids und des Dimethylethers aus dem Kopfstrom der Absorptionskolonne erzielt werden. Nach dem Abkühlen auf das minimale Temperaturniveau kann ein noch immer gasförmig verbliebener Anteil des Kopfstroms in eine weitere Absorptionskolonne eingespeist werden, die eine besonders effektive Abreicherung an Dimethylether ermöglicht. Hierzu kann die weitere Absorptionskolonne mit einem weiteren flüssigen Rücklauf betrieben werden, der aus einem verflüssigten, kohlendioxidreichen
Kopfstrom der weiteren Destillationssäule gebildet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Produktströmen unterschiedlichster Zusammensetzung zum Einsatz kommen. Entsprechende Produktströme enthalten beispielsweise 2 bis 50 Molprozent, insbesondere 5 bis 30 Molprozent, Dimethylether, 0,1 bis 20 Molprozent, insbesondere 0,7 bis 10 Molprozent, Methanol, 0,1 bis 20 Molprozent, insbesondere 0,8 bis 10 Molprozent, Wasser, 1 bis 50 Molprozent, insbesondere 3 bis 30 Molprozent, Kohlendioxid, 0,1 bis 25 Molprozent, insbesondere 1 bis 1 1 Molprozent Kohlenmonoxid und 5 bis 90 Molprozent, insbesondere 20 bis 80 Molprozent, Wasserstoff. Nach der Entfernung von Wasser und Methanol ist das Gasgemisch vorzugsweise arm an Wasser und Methanol.
Solche Produktströme werden beispielsweise durch Beschicken eines Reaktors mit einem Synthesegas erhalten, in dem das Verhältnis von Wasserstoff zu
Kohlenmonoxid 0,8 bis 8 mol/mol, insbesondere 1 bis 6 mol/mol beträgt.
Eine Trennanlage, die zur Abtrennung trenntechnischen Bearbeitung eines
Produktstroms eines zur Synthese von Dimethylether aus Synthesegas verwendeten Reaktors eingerichtet ist, ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung und in dem entsprechenden unabhängigen Patentanspruch angegeben.
Eine derartige Trennanlage ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, wie es zuvor erläutert wurde.
Eine entsprechende Trennanlage, ebenso wie eine erfindungsgemäß vorgesehene Anlage zur Herstellung von Dimethylether, profitiert von den zuvor erläuterten
Vorteilen, auf die daher ausdrücklich verwiesen wird. Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, die eine Ausführungsform der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zeigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Anlage zur Erzeugung von Dimethylether gemäß dem Stand der Technik in schematischer Darstellung
Figur 2 zeigt eine Anlage zur Erzeugung von Dimethylether gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.
In den Figuren sind einander entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Anlage zur Erzeugung von Dimethylether gemäß dem Stand der Technik schematisch dargestellt und insgesamt mit 1 10 bezeichnet. Die Anlage 1 10 umfasst einen hier stark schematisiert dargestellten
Synthesegasreaktor 20, der mit einem geeigneten Einsatz a, beispielsweise Erd- oder Biogas, beschickt werden kann. Dem Synthesegasreaktor 20 kann ein
Synthesegasstrom b entnommen werden. Der Synthesegasstrom b kann, gegebenenfalls nach einer Beimischung weiterer Ströme, mittels eines Verdichters 1 druckerhöht werden. Hierdurch kann ein für eine nachfolgende einschrittige Dimethylethersynthese erforderlicher Druck, beispielsweise ein Druck von 20 bis 100 bar, eingestellt werden. Ein entsprechend verdichteter Strom, nun mit c bezeichnet, wird durch einen ersten
Wärmetauscher 2 geführt, der mit einem Produktstrom f eines Reaktors 4 zur Synthese von Dimethylether (siehe unten) erwärmt werden kann. Der entsprechend erwärmte Strom d weist stromab des ersten Wärmetauschers 2 beispielsweise eine Temperatur von 200 bis 300 Ό auf. Der Strom d wird gegebenenf alls durch einen zweiten
Wärmetauscher 3 geführt, welcher auch als Spitzenerhitzer bezeichnet wird. Der in dem zweiten Wärmetauscher 3 weiter erwärmte Strom e wird in den Reaktor 4 eingespeist, der als Rohrreaktor ausgebildet ist und dessen Reaktionsrohre mit einem geeigneten Katalysator zur Einschrittsynthese von Dimethylether befüllt sind. Die Darstellung in der Figur 1 ist stark vereinfacht. Typischerweise sind Reaktoren 4 zur Synthese von Dimethylether stehend angeordnet, wobei ein Strom e bodenseitig in den Rohrreaktor 4 eingespeist wird. Kopfseitig wird dem Reaktor 4 ein Strom f entnommen.
Aufgrund der exothermen Reaktion in dem Rohrreaktor 4 liegt der Strom f bei nochmals höherer Temperatur vor. Der Strom f wird als Heizmedium durch den Wärmetauscher 2 geführt. Er kühlt sich hierdurch auf eine Temperatur ab, die beispielsweise ca. 30 Ό oberhalb der Temperatur de s verdichteten Stroms c liegt. Der entsprechend abgekühlte Strom, nun mit g bezeichnet, wird einer herkömmlichen Trennanlage 120 zugeführt. In der Trennanlage 120 werden aus dem Strom g beispielsweise unter zwischenzeitlicher Entspannung, Abkühlung, Rückverdichtung usw. (nicht dargestellt) in einem Schritt 121 ein Methanolstrom h und ein Wasserstrom i abgetrennt. Aus dem verbleibenden Rest werden in einem Schritt 122 die Ströme k und I gebildet, bei denen es sich beispielsweise um einen an Kohlendioxid
angereicherten Strom k und einen an Dimethylether angereicherten Strom I handeln kann.
Die Zusammensetzung der Ströme k und I richtet sich nach der Zusammensetzung des Stroms g und den Betriebsparametern der Trennanlage 120. Wie bereits erläutert, lässt sich trotz der großen Siedepunktsunterschiede der beteiligten Komponenten aufgrund der guten Löslichkeit von Dimethylether und Kohlendioxid in Methanol/Wasser und dem vorliegenden hohen Druck mit einer einstufigen partiellen Kondensation keine befriedigende Trennung erreichen.
Soll in nachgeschalteten Trennschritten eine weitere Aufreinigung erfolgen, muss eine Abkühlung auf Temperaturen von deutlich unter 0 Ό erfolgen. Dies ist bei einem entsprechenden Wassergehalt des Stroms i jedoch nicht möglich, da das Wasser ausfrieren würde. Bei Anwesenheit von Methanol wäre keine befriedigende Trennung möglich. Eine Anwesenheit von Methanol ohne Wasser ("trockenem Methanol") ist zu vermeiden, da dieses die verwendeten Wärmetauscher schädigen würde. Entsprechendes gilt auch für eine ggf. erforderliche Abkühlung des Stroms I, der zunächst nur unbefriedigend getrennt vorliegt.
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung, wie bereits erläutert, vor, einen Produktstrom, hier den Strom g, mit einer Temperatur oberhalb des Taupunkts in eine Absorptionskolonne einzuleiten und dort vorzutrennen.
Dies ist in Figur 2 veranschaulicht, die eine Anlage zur Erzeugung von Dimethylether gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt. Diese ist insgesamt mit 100 bezeichnet.
Die Absorptionskolonne ist in der Figur 2 mit 6 bezeichnet. Wie bereits erläutert unterscheidet sich eine Absorptionskolonne 6 von einer Destillationssäule wie den nachfolgend erläuterten Destillationssäulen 5 und 9 unter anderem dadurch, dass sie keinen Sumpfverdampfer aufweist. In der Absorptionskolonne 6 aufsteigende Dämpfe werden durch einen am Kopf der Absorptionskolonne aufgegebenen Rücklauf gewaschen, so dass sich am Kopf der Absorptionskolonne die leichter flüchtigen und im Sumpf der Absorptionskolonne die schwerer flüchtigen Komponenten anreichern. In der Anlage 100, die in Figur 2 dargestellt ist, wird der Strom g in die
Absorptionskolonne 6 eingeleitet. Vom Kopf der Absorptionskolonne 6 wird ein Kopfstrom m entnommen und in einem Wärmetauscher 7 gegen ein geeignetes Kältemittel, beispielsweise Kühlwasser, gekühlt. Der entsprechend abgekühlte Strom m wird in einen Abscheiderbehälter 8 überführt, aus dessen Sumpf ein flüssiger Strom n entnommen und mittels einer Pumpe (ohne Bezeichnung) zumindest zum Teil als Rücklauf auf die Absorptionskolonne 6 aufgegeben wird.
Enthält der Strom g im dargestellten Beispiel neben Dimethylether auch Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff (neben Spuren anderer Verbindungen wie oben erläutert), gehen hiervon aufgrund der erläuterten
Rückwaschung Dimethylether, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff überwiegend in den Kopfstrom m über. Durch eine geeignete Abkühlung in dem Wärmetauscher 7 und entsprechende Abscheidebedingungen in dem
Abscheiderbehälter 8 scheidet sich in dem Abscheiderbehälter 8 ein Sumpfprodukt ab, das im Wesentlichen aus Dimethylether und Kohlendioxid (gegebenenfalls mit Spuren von Methanol) besteht.
Vom Kopf des Abscheiderbehälters 8 kann ein Strom o gasförmig abgezogen werden, der, zusätzlich zu Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff, ebenfalls
Dimethylether enthält. Der Strom o wird anschließend einer sequenziellen Abkühlung und Kondensation unterworfen, wie unten erläutert. Der nicht als flüssiger Rücklauf auf die Absorptionskolonne 6 aufgegebene Anteil des Stroms n kann bei geeigneter Zusammensetzung, wie die bei der sequenziellen Abkühlung und Kondensation des Stroms o anfallenden Kondensate, in eine Destillationssäule 9 ("weitere
Destillationssäule") eingespeist werden. Anderenfalls erfolgt eine Einspeisung in eine Destillationssäule 5 ("erste Destillationssäule"), wie mit einem gestrichelten Flusspfeil veranschaulicht. Aus dem Sumpf der Absorptionskolonne 6 wird ein flüssiger Strom p entnommen und in die Destillationssäule 5 überführt.
Rücklaufmenge und Bodenzahl der Absorptionskolonne 6 können so optimiert werden, dass ein entsprechendes Sumpfprodukt p in nurmehr geringerer Menge anfällt.
Vorteilhafterweise wird der Rücklauf, der auf die Absorptionskolonne 6 aufgebracht wird, derart eingestellt, dass der Methanol- und Wassergehalt in dem Strom m minimiert wird. Die sich auf diese Weise ergebende Zusammensetzung des Stroms o ist derart, dass sich in der Abkühlungs- und Kondensationssequenz 10, der der Strom o unterworfen wird, die zuvor erläuterten Nachteile, beispielsweise ein Ausfrieren von Wasser, nicht mehr einstellen können. In der Destillationssäule 5, die mit einem Sumpfverdampfer 51 und einem
Kopfkondensator 52 betrieben wird, kann der Strom p, der im Wesentlichen noch aus Methanol, Wasserstoff, Dimethylether und Kohlendioxid besteht, in einen im
Wesentlichen aus Dimethylether und Kohlendioxid bestehenden Kopfstrom und einen im Wesentlichen aus Methanol und/oder Wasser bestehenden Sumpfstrom r getrennt werden. Ein Teil des Kopfstroms wird in dem Kopfkondensator 52 verflüssigt und auf die Destillationssäule 5 als Rücklauf aufgegeben. Ein weiterer verflüssigter Anteil des Kopfstroms wird im dargestellten Beispiel als Strom q abgezogen. Der nicht verflüssigte Rest wird im dargestellten Beispiel beispielsweise einer Verbrennung zugeführt. Der Strom q wird im Rahmen dieser Anmeldung als "Transferstrom" bezeichnet und in eine weitere Destillationssäule 9 überführt. Wie erwähnt, kann abweichend zur Darstellung in der Figur 2 ein dem Strom q entsprechender
Transferstrom auch gasförmig bereitgestellt werden, insbesondere, wenn die erste Destillationssäule 5 auf einem höheren Druckniveau als die nachfolgend erläuterte weitere Destillationssäule 9 betrieben wird. Wird der Strom q in flüssiger Form bereitgestellt und liegt der Betriebsdruck der ersten Destillationssäule 5 unterhalb jener der weiteren Destillationssäule 9, kommt eine Pumpe zur Druckerhöhung zum Einsatz. Im umgekehrten Fall erfolgt eine Entspannung, beispielsweise über ein Ventil, wie in der Figur 2 dargestellt. In dem Kopfkondensator 5 nicht verflüssigtes Fluid, dessen Anteil bei einer Bereitstellung eines flüssigen Transferstroms q vorteilhafterweise minimiert wird, kann statt der thermischen Verwertung auch teilweise an geeigneter anderer Stelle in den Trennprozess zurückgeführt werden, wozu ggf. eine Verdichtung erfolgt. Die Art der Bildung des Transferstroms q ist nicht auf das hier veranschaulichte Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann der Strom q auch direkt, d.h. unter
Umgehung des Kopfkondensators 52, von der Destillationssäule 5 in die
Destillationssäule 9 überführt werden. Auch der Sumpfstrom r kann an geeigneter Stelle verwendet werden. Abgeschiedenes Wasser kann auch zu einer
Abwasserbehandlung oder einer Entgasung geführt werden.
Die bereits mehrfach erwähnten Schritte zur Weiterbehandlung des Stroms o sind hier insgesamt mit 10 angegeben. Der Strom o wird dabei zunächst einem Wärmetauscher 1 1 zugeführt und anschließend in einen Abscheiderbehälter 12 eingespeist. Die Abkühlung in dem Wärmetauscher 1 1 wird dabei derart vorgenommen, dass sich in dem Abscheiderbehälter 12 ein Kondensat s abscheidet. Ein in dem
Abscheiderbehälter 12 gasförmig verbleibender Anteil wird einem Wärmetauscher 13 zugeführt und anschließend in einen weiteren Abscheiderbehälter 14 eingespeist. Auch dort wird ein Kondensat, hier mit t bezeichnet, erhalten.
Die Kondensate s und t werden, zusammen mit dem nicht auf die Absorptionskolonne 6 rückgeführten Anteil des Stroms n, in die bereits erwähnte weitere Destillationssäule 9 eingespeist, die wie unten erläutert betrieben wird. Ein auch am Kopf des
Abscheiderbehälters 14 gasförmig verbleibender Anteil wird in einem weiteren
Wärmetauscher 15 abgekühlt. Er liegt stromab dieses Wärmetauschers 15
beispielsweise bei einer Temperatur von -35 Ό oder darunter vor, beispielsweise knapp oberhalb der Schmelztemperatur von Kohlendioxid. Die Temperatur des Stroms o stromauf des Wärmetauschers 1 1 beträgt demgegenüber beispielsweise +35 Ό. Der entsprechend abgekühlte Strom, hier mit u bezeichnet, wird im dargestellten Beispiel in eine weitere Absorptionskolonne 16 überführt. Dies ist optional.
Der Strom u enthält noch Dimethylether, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und
Wasserstoff. Unter Verwendung eines flüssigen Rücklaufs v, der aus einem Teil eines Kondensats gebildet wird, das aus einem Kopfstrom der weiteren Destillationssäule 9 erhalten wird, wird im dargestellten Beispiel im Sumpf der Absorptionskolonne 16 ein Gemisch aus Dimethylether und Kohlendioxid abgeschieden. Am Kopf der
Absorptionskolonne 16 wird hingegen ein Gemisch abgezogen, das im Wesentlichen aus Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Dieses kann,
gegebenenfalls nach entsprechender Verdichtung in einem Verdichter 17, als Strom x anderweitig verwendet werden. Die Verwendung der weiteren Absorptionskolonne 16 ist optional, es kann auch eine anderweitige Verarbeitung des Stroms u erfolgen. In die weitere Destillationssäule 9 werden die Ströme s und t sowie der Transferstrom q eingespeist. Da diese unterschiedliche Gehalte an Dimethylether und Kohlendioxid aufweisen (Spuren von Kohlenmonoxid und Wasserstoff sind in gelöster Form ebenfalls enthalten), werden diese in unterschiedlicher Höhe in die Destillationssäule 9 eingespeist, wozu geeignete Ventile (ohne Bezeichnung) vorgesehen sind. In die weitere Destillationssäule q wird im dargestellten Beispiel auch der nicht in die
Absorptionskolonne 6 rückgeführte Anteil des Stroms n eingespeist. Wie erwähnt, ist dies möglich, wenn dieser Strom wasser- und ggf. methanolfrei ist. Alternativ dazu ist auch eine Einspeisung in die erste Destillationssäule 5 möglich, wie mit einem gestrichelten Flusspfeil veranschaulicht.
Auch die weitere Destillationssäule 9 wird mit einem Sumpfverdampfer 91 und einem Kopfkondensator 92 betrieben. Ein Kopfstrom der weiteren Destillationssäule 9 wird in dem Kopfkondensator 92 unter Verwendung eines mit einem geeigneten Kältemittel betriebenen Wärmetauschers zumindest teilweise verflüssigt und als flüssiger Rücklauf auf die weitere Destillationssäule 9 aufgegeben. Ein weiterer Anteil wird zur Bildung des Stroms v und eines weiteren Stroms y verwendet.
Aus dem Sumpf der weiteren Destillationssäule 9 wird ein flüssiger Strom z
entnommen, der im Wesentlichen noch aus Dimethylether besteht, jedoch
insbesondere frei oder arm an Kohlendioxid ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur trenntechnischen Bearbeitung eines zumindest Dimethylether, Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Produktstroms (g) eines zur Synthese von Dimethylether aus Synthesegas (e) verwendeten Reaktors (4), dadurch gekennzeichnet, dass
- der Produktstrom (g) zumindest teilweise gasförmig in eine mit einem
flüssigen Rücklauf betriebene Absorptionskolonne (6) eingespeist wird, wobei der Absorptionskolonne (6) kopfseitig ein gasförmiger Kopfstrom (m) und sumpfseitig ein flüssiger Sumpfstrom (p) entnommen wird,
- der Sumpfstrom (p) zumindest zum Teil in eine erste Destillationssaule (5) eingespeist wird, wobei der ersten Destillationssaule (5) ein Dimethylether enthaltender Transferstrom (q) und ein überwiegend Methanol und/oder Wasser enthaltender Strom (r) entnommen wird,
- der Kopfstrom (m) zumindest zum Teil zunächst auf ein erstes und
anschließend weiter auf ein oder mehrere weitere Temperaturniveaus abgekühlt wird, wobei nach dem Abkühlen auf das erste Temperaturniveau ein erster Kondensatstrom (n) gebildet wird und nach dem weiteren Abkühlen auf das oder die weiteren Temperaturniveaus ein oder mehrere weitere Kondensatströme (s, t) gebildet werden, und
- der erste Kondensatstrom (n) teilweise zur Bildung des flüssigen Rücklaufs verwendet wird und der oder die weiteren Kondensatströme (s, t) zumindest teilweise in eine weitere Destillationssaule (9) eingespeist werden, der sumpfseitig ein flüssiger Strom (z) entnommen wird, der überwiegend
Dimethylether enthält und arm an oder frei von Kohlendioxid ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem ein nicht zur Bildung des flüssigen Rücklaufs verwendeter Anteil des ersten Kondensatstroms (n) zumindest teilweise in die erste Destillationssäule (5) oder die weitere Destillationssäule (9) eingespeist wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Absorptionskolonne (6) derart betrieben wird, dass der Kopfstrom (m) arm an Methanol und/oder Wasser ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das oder die
weiteren Temperaturniveaus derart gewählt werden, dass der oder die weiteren
Kondensatströme (s, t) arm an Kohlenmonoxid und Wasserstoff sind.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der weiteren
Destillationssäule (9) kopfseitig ein gasförmiger Kopfstrom entnommen wird, der reich an Kohlendioxid und arm an Dimethylether ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Produktstrom (g) auf einem Druckniveau von 20 bis 100 bar, insbesondere von 30 bis 70 bar, in die Absorptionskolonne (6) eingespeist wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Produktstrom (g) auf einem Temperaturniveau von 60 bis 150 Ό in die Absorptionskolonne (6) eingespeist wird. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das weitere
Abkühlen des Kopfstroms (m) auf das oder die weiteren Temperaturniveaus ein Abkühlen bis auf ein minimales Temperaturniveau zwischen der
Schmelztemperatur von Kohlendioxid und -15 Ό umfas st. 9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein nach dem Abkühlen auf das minimale Temperaturniveau ein gasförmig verbliebener Anteil des Kopfstroms (m) in eine weitere Absorptionskolonne (16) eingespeist wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die weitere Absorptionskolonne (16) mit einem weiteren flüssigen Rücklauf (v) betrieben wird, der aus einem verflüssigten, kohlendioxidreichen Kopfstrom der weiteren Destillationssäule (9) gebildet wird.
1 1. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Produktstrom (g) 2 bis 50 Molprozent Dimethylether, 0,1 bis 20 Molprozent Methanol, 0,1 bis 20 Molprozent Wasser, 1 bis 50 Molprozent Kohlendioxid, 0,1 bis 25 Molprozent Kohlenmonoxid und 5 bis 90 Molprozent Wasserstoff enthält.
Trennanlage, die zur trenntechnischen Bearbeitung eines zumindest
Dimethylether, Methanol, Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Produktstroms (g) eines zur Synthese von Dimethylether aus Synthesegas (e) verwendeten Reaktors (4) eingerichtet ist,
gekennzeichnet durch
- eine Absorptionskolonne (6), die dafür eingerichtet ist, mit dem
Produktstrom (g) zumindest teilweise gasförmig gespeist und mit einem flüssigen Rücklauf betrieben zu werden, wobei Mittel vorgesehen sind, die dafür eingerichtet sind, der Absorptionskolonne (6) kopfseitig einen gasförmigen Kopfstrom (m) und sumpfseitig einen flüssigen Sumpfstrom (p) zu entnehmen,
- Mittel, die dafür eingerichtet sind, den Sumpfstrom (p) zumindest zum Teil in eine erste Destillationssäule (5) einzuspeisen und der ersten
Destillationssäule (5) einen Dimethylether enthaltenden Transferstrom (q) und einen überwiegend Methanol und/oder Wasser enthaltenden Strom (r) zu entnehmen,
- Mittel, die dafür eingerichtet sind, den Kopfstrom (m) zumindest zum Teil zunächst auf ein erstes und anschließend weiter auf ein oder mehrere weitere Temperaturniveaus abzukühlen und nach dem Abkühlen auf das erste Temperaturniveau einen ersten Kondensatstrom (n) zu bilden und nach dem weiteren Abkühlen auf das oder die weiteren Temperaturniveaus einen oder mehrere weitere Kondensatströme (s, t) zu bilden, und
- Mittel, die dafür eingerichtet sind, den ersten Kondensatstrom (n) teilweise als den flüssigen Rücklauf zu verwenden, den oder die weiteren
Kondensatströme (s, t) zumindest teilweise in eine weitere
Destillationssäule (9) einzuspeisen, und der weiteren Destillationssäule (9) sumpfseitig einen flüssigen Strom (z) zu entnehmen, der überwiegend Dimethylether enthält und arm an oder frei von Kohlendioxid ist.
13. Trennanlage, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 eingerichtet ist.
Anlage (100) zur Herstellung von Dimethylether (z) mit einem zur Synth
Dimethylether (z) aus Synthesegas (e) eingerichteten Reaktor (4),
gekennzeichnet durch eine Trennanlage nach Anspruch 1 1 oder 12.
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