WO2023057573A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines methanhaltigen produktgases - Google Patents

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Bernd Stuermer
Ulrich Zuberbuehler
Frank Baumgart
Bastian Feigl
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Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Gemeinnützige Stiftung
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a methane-containing product gas from a carbon oxide and hydrogen-containing feed gas.
  • the process according to the invention provides that the educt gas is initially reacted without pressure in a first reactor.
  • the invention relates to a device in which the method according to the invention can be carried out.
  • the device includes a first methanation reactor operated without pressure and a second pressurized methanation reactor.
  • Methane can generally be obtained by reacting carbon monoxide and/or carbon dioxide with hydrogen.
  • Equations show the stoichiometry of the methanation reactions:
  • Methane synthesis is traditionally carried out in chemical reactors, which can extract the heat generated during the exothermic reaction. Most of the plants for methane synthesis consist of a complex system of several reactors and gas circuits. What most plants also have in common is that they try to counteract the occurrence of catalyst-damaging temperature peaks in the catalyst bed.
  • An article by Kopyscinski et al. (“Production of synthetic natural gas (SNG) from coal and dry biomass - A technology review from 1950 to 2009”, Fuel. 89(8), 2010, pages 1763-1783).
  • Rönsch et al. describe the most common commercially used technologies ("methanation of synthesis gases” - basics and process developments, Chemie Ingenieurtechnik, 83(8), 2011, pages 1200-1208).
  • a device should be specified in which the procedure can be carried out.
  • Method and device should be characterized by low operating and investment costs.
  • the method and device should be designed in such a way that high load change speeds are possible. As a result, the device can be coupled with a power-to-gas system.
  • the process according to the invention for producing a methane-containing product gas from a carbon oxide-containing and hydrogen-containing reactant gas comprises the following steps: (a) subjecting the reactant gas to a methanation reaction in a first reactor, the methanation in the first reactor being operated without pressure, and (b) subjecting the methane-containing gas obtained in step (a) of a gas conditioning to obtain the methane-containing product gas, which has a higher methane content than the methane-containing gas from step (a), wherein step (a) and (b) are each carried out in the presence of a catalyst, and wherein the gas conditioning in step (b) comprises a methanation reaction carried out in a pressurized second reactor.
  • “Operating the methanation without pressure” means that the educt gas is converted in the presence of a catalyst at an absolute pressure of 1.0 bar to 3.0 bar.
  • the pressure at which the reaction takes place is preferably slightly higher than the actual atmospheric pressure and is in the range from 1.1 to 2.0 bar.
  • the absolute pressure at which the methanation takes place in step (a) is in the range from more than 1 bar to less than 2 bar.
  • An overpressure of less than 1.5 bar is particularly preferably understood as “operating the methanation without pressure” in the sense of the present invention. Overall, therefore, the first reactor in which the methanation takes place is not appreciably pressurized.
  • a known solid catalyst can be used as the catalyst both in step (a) and in step (b).
  • Such solid catalysts are, for example, nickel-based catalysts which are commercially available.
  • the catalyst in step (a) can be the same as or different from the catalyst in step (b).
  • the use of different catalysts makes sense in particular when they have been matched beforehand to the different reaction conditions in steps (a) and (b).
  • the reactant gas Before entering the first reactor, i.e. before step (a), can be preheated, preferably to a temperature of 180 to 350° C., particularly preferably to a temperature of 200 to 300° C., in particular to a temperature of 225 to 280°C.
  • the temperatures inside the first reactor are even higher due to the exothermic methanation reaction. The optimum operating temperature depends largely on the catalyst selected and should be adjusted accordingly after the catalyst has been selected.
  • a first heat exchanger or first recuperator is preferably used to preheat the educt gas.
  • the hot gas mixture obtained at the outlet of the first reactor is used to preheat the reactant gas and is passed through this first heat exchanger or recuperator to at least a part to give up its heat to the educt gas.
  • the reactant gas containing carbon oxide and hydrogen is to be understood as meaning a gas mixture which comprises hydrogen and a carbon gas containing oxide.
  • the reactant gas containing carbon oxide and hydrogen preferably comprises hydrogen and carbon dioxide.
  • the stoichiometry ratio SN of the starting gas containing carbon oxide and hydrogen which is calculated according to Equation 4 below, is preferably from 0.8 to 1.20, particularly preferably from 0.96 to 1.05. yH2
  • the carbon oxide gas can be used directly as a starting material at a low pressure level. It does not require any prior compression, which would entail additional energy expenditure. For this reason it makes sense to combine the operation of a biogas plant or a direct air capture plant with the method according to the invention. Both plants produce large amounts of CO2 at a low pressure level, which can be fed directly to the process according to the invention.
  • the required hydrogen can also be provided without pressure, for example from a water electrolysis.
  • the hydrogen contained in the educt gas is preferably green hydrogen that was obtained from water electrolysis using renewable energies.
  • Renewable energies refer to regenerative energies that are not based on nuclear power and non-fossil energy sources. Examples of renewable energies are solar, wind, water, bioenergy or geothermal energy.
  • the compression work to be applied overall in the process is reduced because the methanation in the first reactor is operated without pressure.
  • methanation reactions reduce the volume.
  • a volume must be compressed that is smaller than the initial volume, i.e. the overall required compressor capacity is reduced.
  • the conversion of the carbon oxides in the reactant gas in the first reactor can be limited by the reactor volume and the residence time.
  • the carbon oxide conversion can be less than 70% or less than 60%. Consequently, only a small amount of heat is generated in the first reactor by the exothermic methanation reaction. There is only a moderate increase in temperature in the catalyst zone of highest activity. The formation of temperature peaks (so-called "hot spots") is reduced, which protects the catalyst and has a positive effect on its service life.
  • no water management needed between the first and the second reactor no water management needed between the first and the second reactor. Water management involves the addition of water/steam in order to avoid deactivation mechanisms on the catalyst.
  • the second reactor which is downstream of the first reactor, has a smaller catalyst volume than the first reactor.
  • the second downstream reactor can have a smaller reactor volume overall than the first reactor. If the first reactor is operated with limited turnover, the reactor volume and/or catalyst volume of the second reactor can be the same as or even larger than that of the first reactor.
  • the amount of heat that arises in the first reactor can be fed back in or used for the steps following step (a). This has an advantageous effect and leads to low costs when operating the method according to the invention. Furthermore, due to the two-stage process with two pressure levels, heat management measures such as a staged gas feed into the reactor, a dilution with steam or the establishment of recycles (which are usually used to avoid hot spots) can be omitted.
  • a further advantage is that the device in which the method according to the invention can be carried out does not have to be purged with protective gases (e.g. N2 or H2) in preparation for a longer service life.
  • protective gases e.g. N2 or H2
  • the "standby" position can take place under the atmosphere of the educt gas or the methane-containing gas. It is only necessary to prevent water vapor from condensing out, as this would deactivate the catalytic converter. This can either be done by appropriate temperature control or keeping warm, or it is ensured that the atmosphere under which the “standby” takes place no longer contains any water vapor.
  • the gas mixture is preferably compressed to a pressure of 5 to 30 bar, particularly preferably to a pressure of 5 to 25 bar, very particularly preferably to a pressure of 6 to 22 bar, in particular to a pressure of more than 15 and less than 22 bar .
  • the process for producing a methane-containing product gas comprises the following steps: (a) subjecting the educt gas to a methanation reaction in a first reactor, the methanation in the first reactor being carried out at an absolute pressure of more than 1 bar and less than 2 bar is operated, and (b) subjecting the methane-containing gas obtained in step (a) to gas conditioning to obtain the methane-containing product gas which has a higher methane content than the methane-containing gas from step (a), wherein steps (a) and (b) are each carried out in the presence of a catalyst and wherein the gas conditioning in step (b) comprises a methanation reaction carried out in a pressurized second reactor at an absolute pressure of more than 15 bar and less than 25 bar.
  • the process for producing a methane-containing product gas comprises the following steps: (a) subjecting the educt gas to a methanation reaction in a first reactor, the methanation in the first reactor being carried out at an absolute pressure of more than 1 bar and less than 2 bar is operated, and (b) subjecting the methane-containing gas obtained in step (a) to gas conditioning to obtain the methane-containing product gas which has a higher methane content than the methane-containing gas from step (a), wherein steps (a) and (b) are each carried out in the presence of a catalyst, and wherein the gas conditioning in Step (b) comprises a methanation reaction carried out in a pressurized second reactor at an absolute pressure of 6 to 12 bar.
  • the temperature of the first reactor and the second reactor can be controlled by means of a heat circuit or two heat circuits.
  • the heat circuits of the first reactor and the second reactor can be interconnected. All common temperature control media can be used in the heating circuits.
  • the gases can be guided in such a way that the flow through the first and/or the second reactor is from bottom to top.
  • pressurized water which evaporates. The evaporation that occurs ensures good heat transfer, homogenizes the temperature distribution and leads to less pronounced hot spots.
  • temperature control of the second reactor by means of heat circulation is dispensed with entirely.
  • the second reactor is operated completely adiabatically. It is also possible to choose a combination of adiabatic operation and temperature control axially to the reactor length for the second reactor.
  • the temperature of the catalyst material near the gas outlet is controlled in order to come as close as possible to thermodynamic equilibrium and to achieve high conversion rates.
  • the product water of the first reactor i. H. the water contained in the gas mixture at the outlet of the first reactor is at least partially separated.
  • the gas mixture is preferably cooled to a temperature below 70.degree. C., in particular below 30.degree.
  • the separated water can be used to provide a water load for the second reactor.
  • At least part of the water vapor contained in the gas mixture is preferably separated off and temporarily stored immediately after exiting the first reactor. A suitable amount of this temporarily stored water vapor can then be added to the gas mixture be added again before entering the second reactor. Alternatively, the water formed in the methanation reaction can remain in the gas mixture obtained after step (a) and is thus fed into the second reactor as part of the gas mixture.
  • the optimal amount of water or the optimal water load for the second reactor can be determined on the basis of the composition of the gas mixture obtained after the first reactor.
  • the volume flow and the methane content are decisive as "control variables".
  • other factors such as the stoichiometry of the gas can also influence the determination of the optimum water load.
  • equilibrium calculations are used to determine the optimum water load, which can be stored in a control unit for some operating points.
  • the first and the second reactor can be of the same reactor type or of different reactor types.
  • the reactor type can be selected, for example, from the group consisting of tube reactor, tube bundle reactor, fixed bed reactor, plate reactor, slurry reactor, fluidized bed reactor, honeycomb reactor and bubble column reactor.
  • the first reactor is preferably designed as a plate reactor. The use of a plate reactor is particularly advantageous for the first reactor since it is operated without pressure. There are then low material and investment costs.
  • a plate reactor in the context of the present invention can be understood to mean a reactor with a fixed catalyst bed and thermoplates. This is easily scalable due to the light and compact design.
  • the gas conditioning in step b) also includes one or more post-processing processes in addition to the methanation reaction in the pressurized second reactor.
  • the gas conditioning in step b) can, for example, also include a gas cleaning process in addition to the methanation reaction in the pressurized second reactor.
  • a gas cleaning process in addition to the methanation reaction in the pressurized second reactor.
  • the gas purification process is preferably carried out using at least one membrane unit.
  • Different types of membrane units are known from the prior art. There are, for example, single-stage membrane units of the tubular membrane type, e.g. B. tubular modules and capillary - / hollow fiber modules, and of the flat membrane type, z. B. Plate modules and winding modules. There are also multi-stage membrane units with membrane separation stages connected in series.
  • the gas conditioning can comprise a further step in which additives are added to the product gas, preferably inert gases and/or short-chain alkanes, e.g. ethane, propane, butane and/or pentane.
  • additives are added to the product gas, preferably inert gases and/or short-chain alkanes, e.g. ethane, propane, butane and/or pentane.
  • inert gases and/or short-chain alkanes e.g. ethane, propane, butane and/or pentane.
  • the gas conditioning can additionally comprise a liquefaction, which follows the methanation reaction in the second reactor.
  • liquid methane can also be produced by the method according to the invention.
  • Advantageous uses of the method according to the invention arise in the production of motor fuels and in the production of a natural gas substitute that can be fed into the natural gas network.
  • the device according to the invention in which the process can be carried out, comprises a first methanation reactor, which is equipped with a catalyst and is operated without pressure, for obtaining a methane-containing gas, and a second methanation reactor, which is also equipped with a catalyst but is pressurized, for obtaining the methane-containing product gas, the has a higher methane content than the methane-containing gas obtained in the first methanation reactor.
  • a first methanation reactor which is equipped with a catalyst and is operated without pressure
  • a second methanation reactor which is also equipped with a catalyst but is pressurized, for obtaining the methane-containing product gas, the has a higher methane content than the methane-containing gas obtained in the first methanation reactor.
  • FIG. 1 shows a plant for carrying out the process according to the invention according to a first concept, in which the temperature of the first and the second reactor is controlled.
  • FIG. 2 shows a plant for carrying out the process according to the invention according to a second concept, in which the first reactor is temperature-controlled and the second reactor is operated partially adiabatically and partially, namely near the end of the gas outlet, is temperature-controlled.
  • FIG. 3 shows a plant for carrying out the process according to the invention, in which the first reactor is temperature-controlled and the second reactor is operated completely adiabatically.
  • FIG. 4 is an overview of the most important process parameters in conventional methane synthesis and two variants of the process according to the invention.
  • the process parameters were calculated in a simulation using the IPSEpro program.
  • the educt gases are fed from a metering unit 1 into a first reactor 2 operated without pressure and converted there in the presence of a catalyst to form a methane-rich gas mixture (intermediate product).
  • the first reactor 2 can be a plate reactor which comprises a fixed catalyst bed and thermoplates.
  • the temperature of the first reactor is controlled using a heat management system 5 .
  • the thermal management system 5 can have circuits for tempering media such as pressurized water, salt or thermal oil.
  • the temperature control of the first reactor 2 includes heating to a required, catalyst-dependent operating temperature of between 180 and 350°C.
  • the first reactor 2 can be designed and operated in such a way that a maximum degree of conversion of the reactants fed in is achieved.
  • the first reactor 2 can also be designed and operated with limited turnover.
  • the methane-rich gas mixture which is obtained as an intermediate product, is cooled after leaving the first reactor 2 .
  • the water formed during the reaction is condensed out and fed to a water management system 6 .
  • the gas mixture dried in this way is then compressed with the aid of a compressor unit 4 and, as shown in FIG.
  • Water vapor is then added to the hot, compressed, methane-rich gas mixture, which is generated from the water management system 6 with the provision of process heat from the heat management system 5 .
  • This admixture of water/steam can, under certain circumstances, be omitted if the main reactor is operated in a turnover-limiting manner.
  • the resulting gas stream, the intermediate product, is fed to a second reactor 3 in the further course of the process connection.
  • the second reactor 3 converts unreacted hydrogen and unreacted carbon oxide in the first reactor 2 to methane. As a result, very high overall conversion levels can be achieved for the generation of motor fuels.
  • the temperature of the second reactor can be controlled completely (as shown in FIG. 1) or only partially (as shown in FIG. 2) by means of the heat management system 5 . Furthermore, depending on the degree of conversion in the first reactor, adiabatic operation of the second reactor is also conceivable (cf. FIG. 3). The same reference symbols also denote the same components in FIGS. 1-3.
  • the conversion in the first reactor was not limited, so that 97.5% of CO2 was already converted here. Only a low conversion of the carbon oxide still contained in the methane-containing gas of 83.4% was then achieved in the second reactor.
  • the conversion of the educt gas in the first reactor was limited so that it was only around 66.6%.
  • the conversion in the second reactor was correspondingly high and amounted to 98.7%.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxid- und wasserstoffhaltigen Eduktgas gerichtet. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Eduktgas in einem ersten Reaktor zunächst drucklos umgesetzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxid- und wasserstoffhaltigen Eduktgas. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Eduktgas in einem ersten Reaktor zunächst drucklos umgesetzt wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Die Vorrichtung beinhaltet einen ersten drucklos betriebenen Methanisierungsreaktor sowie einen zweiten druckgeladenen Methanisierungsreaktor.
Technischer Hintergrund und Stand der Technik
Der Anteil erneuerbarer Energien an der Energieversorgung ist stetig steigend. Mittel- bis langfristig werden statt der fossilen Brennstoffe auch große Mengen nachhaltig hergestellter Kohlen- stoff-basierter Kraftstoffe, z.B. für den Flug-, Schiffs- und Schwerlastverkehr, sowie Basischemikalien benötigt. Das Power-to-Gas Konzept, bei dem elektrische Energie aus erneuerbaren Energien zur Herstellung von Brenngasen verwendet wird, gewinnt durch diese Entwicklung immer mehr an Bedeutung. Somit ist es auch von wachsendem Interesse, Verfahren zur Herstellung von methanhaltigen Gasen bereitzustellen, die einen hohen Umsatz an Kohlenstoffoxiden aufweisen.
Methan kann generell durch Reaktion von Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff gewonnen werden. Aus den nachfolgenden Gleichungen (Gl. 1 und Gl. 2 ist die Stöchiometrie der Methanisierungsreaktionen ersichtlich:
3 H2 + CO ^ CH4 + H2O AHR° = -206,4 kJ/mol (Gl. 1)
4 H2 + CO2^ CH4 + 2 H2O AHR° = -164,9 kJ/mol (Gl. 2) In Abhängigkeit von den vorherrschenden Reaktionsbedingungen stellt sich ein komplexes Gleichgewicht zwischen den Reaktionen ein, welche durch die nachfolgende Wassergas-Shift- Reaktion (Gl. 3) miteinander gekoppelt sind:
CO + H2O — H2 + CO2 AHR° = -41,5 kJ/mol (Gl. 3)
Die Methansynthese wird klassischerweise in chemischen Reaktoren durchgeführt, welche die Wärme, die bei der exothermen Reaktion entsteht, auskoppeln können. Meist bestehen die Anlagen für die Methansynthese aus einem komplexen System aus mehreren Reaktoren und Gaskreisläufen. Zudem ist den meisten Anlagen gemeinsam, dass sie versuchen, dem Auftreten von katalysatorschädigenden Temperaturspitzen im Katalysatorbett entgegenzuwirken. Einen Überblick über bekannte Verfahren bietet ein Artikel von Kopyscinski et al. („Production of synthetic natural gas (SNG) from coal and dry biomass - A technology review from 1950 to 2009“, Fuel. 89(8), 2010, Seiten 1763-1783). Auch Rönsch et al. beschreiben die gängigsten kommerziell verwendeten Technologien („Methanisierung von Synthesegasen“ - Grundlagen und Verfahrensentwicklungen, Chemie Ingenieur Technik, 83(8), 2011, Seiten 1200-1208).
Der Anlagenkapazität sind im Stand der Technik ebenfalls keine Grenzen gesetzt. Über großskalige Methanisierungssysteme (> 100 MW) wurde in der einschlägigen Literatur bereits ausgiebig berichtet. Die Systeme sind jedoch für den Betrieb mit klassischem Synthesegas (H2, CO) ausgelegt und nur bedingt für einen dynamischen Betrieb mit erneuerbaren Energien und CO2 geeignet.
Zudem wird empfohlen, die gängigen Verfahren zur Herstellung methanhaltiger Produktgase durchgängig druckgeladen zu fahren, um eine hohe Ausbeute an Methan zu erzielen. Dies schlägt sich aber in hohen Investitions- und Betriebskosten nieder und erschwert einen marktwirtschaftlichen Betrieb der Anlagen im „Power-to-Gas“ Energiesegment.
Aufgabe der Erfindung
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein energieeffizienteres Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases zu entwickeln. Außerdem sollte auch eine Vorrich- tung angegeben werden, in der das Verfahren durchgeführt werden kann. Verfahren und Vorrichtung sollten sich durch niedrige Betriebs- und Investitionskosten auszeichnen. Zudem sollten Verfahren und Vorrichtung so gestaltet sein, dass hohe Laständerungsgeschwindig- keiten möglich sind. Dadurch kann die Vorrichtung mit einer Power to Gas-Anlagen gekoppelt werden.
Diese Aufgabe wurde hinsichtlich des Verfahrens durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxidhaltigen und wasserstoffhaltigen Eduktgas, umfasst die folgenden Schritte: (a) Unterziehen des Eduktgases in einem ersten Reaktor einer Methanisierungsreaktion, wobei die Methanisierung in dem ersten Reaktor drucklos betrieben wird, und (b) Unterziehen des in Schritt (a) erhaltenen methanhaltigen Gases einer Gaskonditionierung zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das methanhaltige Gas aus Schritt (a), wobei Schritt (a) und (b) jeweils in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, und wobei die Gaskonditionierung in Schritt (b) eine Methanisierungsreaktion umfasst, die in einem druckgeladenen zweiten Reaktor durchgeführt wird.
Unter dem „drucklosen Betreiben der Methanisierung“ ist zu verstehen, dass das Eduktgas in Gegenwart eines Katalysators bei einem absoluten Druck von 1,0 bar bis 3,0 bar umgesetzt wird. Bevorzugt ist der Druck, bei dem die Umsetzung stattfindet, geringfügig höher als der aktuelle Atmosphärendruck und liegt im Bereich von 1,1 bis 2,0 bar. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt der absolute Druck, bei dem die Methanisierung in Schritt (a) stattfindet, im Bereich von mehr als 1 bar bis weniger als 2 bar. Ein Überdruck von weniger als 1,5 bar wird besonders bevorzugt unter dem „drucklosen Betreiben der Methanisierung“ im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden. Insgesamt wird also der erste Reaktor, in dem die Methanisierung stattfindet nicht nennenswert mit Druck beaufschlagt. Als Katalysator kann sowohl in Schritt (a) als auch in Schritt (b) ein bekannter Feststoffkatalysator eingesetzt werden. Solche Feststoffkatalysatoren sind beispielsweise Katalysatoren auf Nickelbasis, die kommerziell erhältlich sind. Der Katalysator in Schritt (a) kann gleich oder verschieden von dem Katalysator in Schritt (b) sein. Die Verwendung von verschiedenen Katalysatoren ist insbesondere dann sinnvoll, wenn sie vorher auf die unterschiedlichen Reaktionsbedingungen in Schritt (a) und (b) abgestimmt werden.
Das Eduktgas kann vor Eintritt in den ersten Reaktor, d.h. vor Schritt (a), vorgeheizt werden, bevorzugt auf eine Temperatur von 180 bis 350°C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur von 200 bis 300°C, insbesondere auf eine Temperatur von 225 bis 280°C. Im Inneren des ersten Reaktors herrschen durch die exotherme Methanisierungsreaktion noch höhere Temperaturen. Die optimale Betriebstemperatur hängt maßgeblich von dem gewählten Katalysator ab und sollte nach Wahl des Katalysators entsprechend angepasst werden.
Zum Vorheizen des Eduktgases wird bevorzugt ein erster Wärmetauscher oder erster Rekuperator verwendet. Mit Blick auf eine erfolgreiche Wärmeintegration und eine vorteilhafte Energiebilanz des Verfahrens ist es bevorzugt, wenn das heiße Gasgemisch, das am Ausgang des ersten Reaktors erhalten wird, zur Vorheizung des Eduktgases verwendet wird und durch diesen ersten Wärmetauscher oder Rekuperator geleitet wird, um zumindest einen Teil seiner Wärme an das Eduktgas abzugeben.
Unter dem kohlenstoffoxidhaltigen und wasserstoffhaltigen Eduktgas ist eine Gasmischung zu verstehen, die Wasserstoff und ein oxidhaltiges Kohlenstoffgas umfasst. Bevorzugt umfasst das kohlenstoffoxidhaltige und wasserstoffhaltige Eduktgas Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid. Das Stöchiometrieverhältnis SN des kohlenstoffoxid- und wasserstoffhaltigen Eduktgases, welches sich nach der folgenden Gleichung 4 berechnet, beträgt bevorzugt 0,8 bis 1,20, besonders bevorzugt 0,96 bis 1,05. yH2
SN: (Gl. 4) yco + Yco2 Das erfindungsgemäße Verfahren hat mehrere Vorteile. Einerseits kann das Kohlenstof- foxidgas mit einem niedrigen Druckniveau direkt als Edukt eingesetzt werden. Es bedarf keiner vorherigen Verdichtung, die mit einem zusätzlichen Energieaufwand verbunden wäre. Aus diesem Grund bietet es sich an, den Betrieb einer Biogasanlage oder einer Direct Air Capture Anlage mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kombinieren. Bei beiden Anlagen fallen großen Mengen an CO2 auf einem niedrigen Druckniveau an, welche dem erfindungsgemäßen Verfahren direkt zugeführt werden können.
Auch der benötigte Wasserstoff kann drucklos bereitgestellt werden, beispielsweise aus einer Wasserelektrolyse. Bevorzugt ist der Wasserstoff, der im Eduktgas enthalten ist, grüner Wasserstoff, der unter Einsatz von erneuerbaren Energien aus einer Wasserelektrolyse erhalten wurde. Erneuerbare Energien bezeichnen regenerative Energien, die nicht auf Atomkraft und nicht auf nicht-fossile Energieträger zurückgehen. Beispiele für erneuerbare Energien sind Sonnen-, Wind-, Wasser-, Bioenergie oder Geothermie.
Andererseits verringert sich die in dem Verfahren insgesamt aufzubringende Kompressionsarbeit dadurch, dass die Methanisierung in dem ersten Reaktor drucklos betrieben wird. Dies liegt unter anderem daran, dass Methanisierungsreaktionen volumenreduzierend sind. Dadurch muss in den nach Verfahrensschritt (a) folgenden Verfahrensschritten, ein Volumen verdichtet werden, das kleiner ist als das Ausgangsvolumen, d.h. die insgesamt benötigte Verdichterleistung wird reduziert.
Darüber hinaus kann der Umsatz der Kohlenstoffoxide im Eduktgas in dem ersten Reaktor durch das Reaktorvolumen und die Verweilzeit limitiert sein. Bei einem ersten Reaktor mit einem kleinen Reaktorvolumen und einer kurzen durchschnittlichen Verweilzeit des Eduktgases kann der Kohlenstoffoxid-Umsatz weniger als 70 % oder weniger als 60 % betragen. Folglich entsteht im ersten Reaktor nur eine geringe Wärmemenge durch die exotherme Methanisierungsreaktion. Es kommt lediglich zu einem moderaten Temperaturanstieg in der Katalysatorzone höchster Aktivität. Eine Ausbildung von Temperaturspitzen (sogenannten „Hot Spots“) wird reduziert, was den Katalysator schont und sich positiv auf dessen Lebensdauer auswirkt. Zudem ist bei einem limitierten Kohlenstoffoxid-Umsatz von weniger als 70 % oder weniger als 60 % im ersten Reaktor kein Wassermanagement zwischen dem ersten und dem zweiten Reaktor nötig. Unter Wassermanagement wird dabei die Zugabe von Wasser/ Dampf, um Deaktivierungsmechanismen am Katalysator zu vermeiden.
In einer Variante des Verfahrens, insbesondere wenn der erste Reaktor mit maximalem Umsatz betrieben wird, weist der zweite Reaktor, der dem ersten Reaktor nachgeschaltet ist, ein kleineres Katalysatorvolumen auf als der erste Reaktor. Zudem kann der zweite nachgeschaltete Reaktor insgesamt ein kleineres Reaktorvolumen aufweisen als der erste Reaktor. Wird der erste Reaktor umsatzlimitiert betrieben, können Reaktorvolumen und/oder Katalysatorvolumen des zweiten Reaktors gleich groß oder sogar größer als beim ersten Reaktor sein.
Die Wärmemenge, die im ersten Reaktor entsteht, kann für die nach Schritt (a) folgenden Schritte wieder eingekoppelt bzw. verwendet werden. Dies wirkt sich vorteilhaft aus und führt zu geringen Kosten beim Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens. Weiterhin können durch die zweistufige Verfahrensführung mit zwei Druckniveaus Wärmemanagement-Maßnahmen wie z.B. eine gestufte Gaszuführung in den Reaktor, eine Verdünnung mit Dampf oder die Einrichtung von Rückführungen (die üblicherweise zur Vermeidung von Hot-Spots angewandt werden) entfallen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, zur Vorbereitung auf eine längere Standzeit nicht mit Schutzgasen (z.B. N2 oder H2) gespült werden muss. Die „Standby “-Haltung kann unter der Atmosphäre des Eduktgases oder des methanhaltigen Gases erfolgen. Es muss lediglich vermieden werden, dass Wasserdampf auskondensiert, da dies den Katalysator desaktivieren würde. Das kann entweder durch eine entsprechende Temperierung bzw. Warmhaltung geschehen oder es wird sichergestellt, dass die Atmosphäre, unter der die „Standby “-Haltung erfolgt, keinen Wasserdampf mehr enthält.
Ohne an diesen Erklärungsansatz gebunden sein zu wollen, wird vermutet, dass die „Standby “-Haltung des Reaktors unter Eduktgas oder methanhaltigem Gas wegen deren Redoxeigenschaften möglich ist. Am Katalysatorkorn stellt sich ein Gleichgewicht ein: Die Kohlenstoffgase CO2 und CO führen zu Oxidationsvorgängen, während Wasserstoff zu Reduktionsvorgängen führt. Dies erspart dem Betreiber einer entsprechenden Anlage den Aufwand zusätzlicher Verfahrensschritte. Insbesondere reduziert eine solche „Standby“-Haltung die Anfahrzeit in den Produktionsbetrieb, da das Spül- bzw. Schutzgas nicht erst aus dem Reaktor verdrängt werden muss. Folglich trägt der Verzicht auf Schutzgase auch zu einem erhöhten Nutzungsgrad der Anlage bei.
Das methanhaltige Gas, das nach Schritt (a) erhalten wird, also das Gasgemisch aus noch nicht umgesetztem Eduktgas und methanhaltigem Produktgas, wird vor Eintritt in den zweiten Reaktor komprimiert. Bevorzugt wird das Gasgemisch komprimiert auf einen Druck von 5 bis 30 bar, besonders bevorzugt auf einen Druck von 5 bis 25 bar, ganz besonders bevorzugt auf einen Druck von 6 bis 22 bar, insbesondere auf einen Druck von mehr als 15 und weniger als 22 bar.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases die folgenden Schritte: (a) Unterziehen des Eduktgases in einem ersten Reaktor einer Methanisierungsreaktion, wobei die Methanisierung in dem ersten Reaktor bei einem absoluten Druck von mehr als 1 bar und weniger als 2 bar betrieben wird, und (b) Unterziehen des in Schritt (a) erhaltenen methanhaltigen Gases einer Gaskonditionierung zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das methanhaltige Gas aus Schritt (a), wobei Schritt (a) und (b) jeweils in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, und wobei die Gaskonditionierung in Schritt (b) eine Methanisierungsreaktion umfasst, die in einem druckgeladenen zweiten Reaktor bei einem absoluten Druck von mehr als 15 bar und weniger als 25 bar durchgeführt wird.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsvariante umfasst das Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases die folgenden Schritte: (a) Unterziehen des Eduktgases in einem ersten Reaktor einer Methanisierungsreaktion, wobei die Methanisierung in dem ersten Reaktor bei einem absoluten Druck von mehr als 1 bar und weniger als 2 bar betrieben wird, und (b) Unterziehen des in Schritt (a) erhaltenen methanhaltigen Gases einer Gaskonditionierung zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das methanhaltige Gas aus Schritt (a), wobei Schritt (a) und (b) jeweils in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, und wobei die Gaskonditionierung in Schritt (b) eine Methanisierungsreaktion umfasst, die in einem druckgeladenen zweiten Reaktor bei einem absoluten Druck von 6 bis 12 bar durchgeführt wird.
Der erste Reaktor und der zweite Reaktor können mittels eines Wärmekreislaufes oder zweier Wärmekreisläufe temperiert werden. Optional können die Wärmekreisläufe des ersten Reaktors und des zweiten Reaktors miteinander verschaltet sein. In den Wärmekreisläufen können alle gängigen Temperiermedien eingesetzt werden.
Bei einer Temperierung mittels Druckwasser bzw. Wasserdampf können die Gase so geführt werden, dass der erste und/oder der zweite Reaktor von unten nach oben durchströmt werden. Im unteren Teil der Reaktoren, in dem sich dann jeweils die Gaseinlässe befinden und in dem sich dann häufiger Temperaturspitzen bilden, steht Druckwasser, welches verdampft. Die eintretende Verdampfung sorgt für einen guten Wärmeübergang, homogenisiert die Temperaturverteilung und führt zu weniger ausgeprägten Hot Spots.
In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gänzlich auf eine Temperierung des zweiten Reaktors mittels Wärmekreislauf verzichtet. In diesem Fall wird der zweite Reaktor vollkommen adiabat betrieben. Ebenso ist es möglich, für den zweiten Reaktor eine Kombination aus adiabatem Betrieb und Temperierung axial zur Reaktorlänge zu wählen. Dabei wird insbesondere das Katalysatormaterial nahe des Gasaustritts temperiert, um dem thermodynamischen Gleichgewicht möglichst nahe zu kommen und hohe Umsatzgrade zu erzielen.
Bevorzugt wird das Produktwasser des ersten Reaktors, d. h. das im Gasgemisch am Ausgang des ersten Reaktors enthaltene Wasser, zumindest teilweise abgetrennt. Bevorzugt wird das Gasgemisch hierzu auf eine Temperatur abgekühlt, die unterhalb von 70°C, insbesondere unterhalb von 30°C liegt. Das abgetrennte Wasser kann zur Bereitstellung einer Wasserlast des zweiten Reaktors verwendet werden.
Vorzugsweise wird zumindest ein Teil des im Gasgemisch enthaltenen Wasserdampfes direkt nach Austritt aus dem ersten Reaktor abgetrennt und zwischengespeichert. Eine geeignete Menge dieses zwischengespeicherten Wasserdampfes kann dem Gasgemisch dann vor Eintritt in den zweiten Reaktor wieder beigefügt werden. Alternativ kann das bei der Methanisierungsreaktion entstandene Wasser in dem nach Schritt (a) erhaltenen Gasgemisch verbleiben und wird so als Teil des Gasgemisches in den zweiten Reaktor eingespeist.
Die optimale Menge an Wasser bzw. die optimale Wasserlast für den zweiten Reaktor kann ausgehend von der Zusammensetzung des nach dem ersten Reaktor erhaltenen Gasgemischs ermittelt werden. Als „Regelgröße“ sind der Volumenstrom und der Methangehalt maßgeblich. Aber auch andere Faktoren wie die Stöchiometrie des Gases können in die Bestimmung der optimalen Wasserlast einfließen. Insgesamt wird für die Ermittlung der optimalen Wasserlast auf Gleichgewichtsberechnungen zurückgegriffen, die für einige Betriebspunkte in einer Steuereinheit hinterlegt werden können.
Der erste und der zweite Reaktor können vom gleichen Reaktortyp sein oder von unterschiedlichen Reaktortypen. Der Reaktortyp kann beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus Rohrreaktor, Rohrbündelreaktor, Festbettreaktor, Plattenreaktor, Slurryreaktor, Wirbelschichtreaktor, Wabenreaktor und Blasensäulenreaktor ausgewählt sein. Bevorzugt ist der erste Reaktor als Plattenreaktor ausgeführt. Die Verwendung eines Plattenreaktors ist insbesondere bei dem ersten Reaktor vorteilhaft, da dieser drucklos betrieben wird. Es fallen dann geringe Material- und Investitionskosten an.
Unter einem Plattenreaktor im Sinne der vorliegenden Erfindung kann dabei ein Reaktor mit Festbettkatalysatorschüttung und Thermoblechen verstanden werden. Dieser ist durch die leichte und kompakte Bauweise gut skalierbar.
In einer ersten Ausführungsvariante des Verfahrens umfasst die Gaskonditionierung in Schritt b) neben der Methanisierungsreaktion in dem druckgeladenen zweiten Reaktor auch noch einen oder mehrere Nachbearbeitungsprozesse.
Die Gaskonditionierung in Schritt b) kann beispielsweise neben der Methanisierungsreaktion in dem druckgeladenen zweiten Reaktor noch ein Gasreinigungsverfahren umfassen. Für das Gasreinigungsverfahren kann jede Apparatur verwendet werden, die dem Fachmann zum Zweck der Gasreinigung bzw. Gasaufbereitung bekannt ist, beispielsweise ein Gaswäscher. Bevorzugt wird das Gasreinigungsverfahren unter Verwendung mindestens einer Membraneinheit durchgeführt. Unterschiedliche Typen von Membraneinheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es gibt beispielsweise einstufige Membraneinheiten vom Schlauchmembrantyp, z. B. Rohrmodule und Kapillar -/Hohlfasermodule, und vom Flachmembrantyp, z. B. Plattenmodule und Wickelmodule. Außerdem gibt es mehrstufige Membraneinheiten mit seriell hintereinander geschalteten Membranabtrennstufen.
In einer anderen Variante des Verfahrens kann die Gaskonditionierung einen weiteren Schritt umfassen, in welchem dem Produktgas Additive zugegeben werden, bevorzugt Inertgase und/oder kurzkettige Alkane, z.B. Ethan, Propan, Butan und/oder Pentan. In dieser Weise können alle Erdgasqualitäten (H-Gas, L-Gas etc.) aus dem Produktgas des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnen werden und es können alle Kraft- und Brennstoffmärkte bedient werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Gaskonditionierung zusätzlich eine Verflüssigung umfassen, die sich an die Methanisierungsreaktion im zweiten Reaktor anschließt. Somit kann auch Flüssigmethan durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt werden.
Vorteilhafte Verwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich bei der Erzeugung von Kraft- und Brennstoffen und bei der Erzeugung eines in das Erdgasnetz einspeisefähigen Erdgassubstitutes.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, in der das Verfahren durchgeführt werden kann, umfasst einen ersten, mit einem Katalysator bestückten, drucklos betriebenen Methanisierungsreaktor zur Gewinnung eines methanhaltigen Gases, und einen zweiten, ebenfalls mit einem Katalysator bestückten, aber druckgeladenen Methanisierungsreaktor zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das im ersten Methanisierungsreaktor gewonnene methanhaltige Gas. Die für das Verfahren beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren und Daten näher erläutert, ohne die Erfindung darauf beschränken zu wollen.
Figur 1 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem ersten Konzept, bei dem der erste und der zweite Reaktor temperiert werden.
Figur 2 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem zweiten Konzept, bei dem der erste Reaktor temperiert wird und der zweite Reaktor teilweise adiabat betrieben wird und teilweise, nämlich nahe des Gasaustrittsendes, temperiert wird.
Figur 3 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der erste Reaktor temperiert wird und der zweite Reaktor vollkommen adiabat betrieben wird.
Figur 4 ist eine Übersicht der wichtigsten Verfahrensparameter bei der konventionellen Methansynthese und zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Verfahrensparameter wurden in einer Simulation mit dem Programm IPSEpro berechnet.
In der Anlage in Figur 1 werden die Eduktgase, insbesondere Wasserstoff und Kohlenstoffoxide, aus einer Dosiereinheit 1 in einen drucklos betriebenen ersten Reaktor 2 geleitet und dort in Gegenwart eines Katalysators zu einem methanreichen Gasgemisch (Zwischenprodukt) umgesetzt. Der erste Reaktor 2 kann ein Plattenreaktor sein, der eine Festbettkatalysatorschüttung und Thermobleche umfasst. Der erste Reaktor wird mit Hilfe eines Wärmemanagementsystems 5 temperiert. Das Wärmemanagementsystem 5 kann Kreisläufe für Temperiermedien wie z.B. Druckwasser, Salz oder Thermalöl aufweisen. Die Temperierung des ersten Reaktors 2 beinhaltet die Erwärmung auf eine erforderliche, katalysatorabhängige Betriebstemperatur zwischen 180 und 350°C. Der erste Reaktor 2 kann so ausgelegt und betrieben werden, dass ein maximaler Konversionsgrad der zugeführten Edukte erreicht wird. Alternativ kann der erste Reaktor 2 auch umsatzlimitiert ausgelegt und betrieben werden. Das methanreiche Gasgemisch, welches als Zwischenprodukt erhalten wird, wird nach Austritt aus dem ersten Reaktor 2 gekühlt. Das bei der Reaktion entstandene Wasser wird auskondensiert und einem Wassermanagementsystem 6 zugeführt. Anschließend wird das in dieser Weise getrocknete Gasgemisch mit Hilfe einer Verdichtereinheit 4 komprimiert und, wie in Figur 1 dargestellt, mittels eines Wärmestromes aus dem Wärmemanagementsystem 5 weiter aufgeheizt. Dem heißen, komprimierten, methanreichem Gasgemisch wird dann Wasserdampf beigemischt, der aus dem Wassermanagementsystem 6 unter Bereitstellung von Prozesswärme aus dem Wärmemanagementsystem 5 erzeugt wird. Diese Beimischung von Wasser/Dampf kann unter Umständen bei einem umsatzlimitierenden Betrieb des Hauptreaktors entfallen. Der resultierende Gasstrom, das Zwischenprodukt, wird im weiteren Verlauf der Prozessverschaltung einem zweiten Reaktor 3 zugeführt. Der zweite Reaktor 3 konvertiert im ersten Reaktor 2 nicht umgesetzten Wasserstoff und nicht umgesetztes Kohlenstoffoxid, zu Methan. Dadurch können sehr hohe Gesamtkonversionsgrade für die Erzeugung von Kraft- und Brennstoffen erreicht werden.
Der zweite Reaktor kann dabei mittels dem Wärmemanagementsystem 5 vollständig (wie in Figur 1 dargestellt) oder nur teilweise (wie in Figur 2 dargestellt) temperiert werden. Des Weiteren ist je nach Umsatzgrad im ersten Reaktor auch ein adiabater Betrieb des zweiten Reaktors denkbar (vgl. Figur 3). Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei in den Figuren 1-3 auch gleiche Komponenten.
Dass das erfindungsgemäße Verfahren energieeffizienter ist, zeigt sich bei einem Vergleich der wichtigsten Parameter in Figur 4: Verglichen wird die Stromaufnahme der Verdichter (Pin), die aus dem Prozess auskoppelbare Wärmeleistung (Qout) und der nach Gleichung 5 (Gl. 5) berechnete Wirkungsgrad (rj synthese) .
^Synthese Heizwert Produktgas / (Heizwert H2 Pin) (Gl. 5)
Simuliert wurden die oben genannten Parameter für verschiedene Verfahren:
Zunächst wurde ein ein- oder mehrstufiges Verfahren nach dem Stand der Technik simuliert. Jede Stufe wird bei einem Druck von 21 bar gefahren (siehe Figur 4 oben). Hier beträgt der Kohlenstoffoxid-Umsatz 99,2 %. Anschließend wurden zwei Varianten des erfindungsgemäßen zweistufigen Verfahrens simuliert. Bei diesen wurde der erste Reaktor drucklos, d.h. bei mehr als 1 bar und weniger als 2 bar, und der zweite Reaktor druckgeladen bei 21 bar, betrieben.
Bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde der Umsatz im ersten Reaktor nicht limitiert, so dass hier bereits 97,5% CO2 umgesetzt wurden. Im zweiten Reaktor wurde dann nur noch ein geringer Umsatz des noch im methanhaltigen Gas enthaltenen Kohlenstoffoxids von 83,4% erreicht.
Bei einer zweiten Variante wurde der Umsatz des Eduktgases im ersten Reaktor limitiert, so dass dieser nur bei etwa 66,6 % lag. Der Umsatz im zweiten Reaktor war entsprechend hoch und betrug 98,7 %.
Für beide Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde so ein CCh-Gesamtumsatz von 99,6 % erreicht.
Bei Gegenüberstellung der Verfahrensparameter zeigt sich, dass der Wirkungsgrad bei den erfindungsgemäßen Verfahren mit 79,9 und 82,4 % höher ist als bei dem bereits bekannten Verfahren mit vergleichbarem CCE-Gesamtumsatz (77,9%).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlenstoffoxidhaltigen und wasserstoffhaltigen Eduktgas, umfassend die folgenden Schritte: a) Unterziehen des Eduktgases in einem ersten Reaktor einer Methanisierungsreaktion, wobei die Methanisierung in dem ersten Reaktor drucklos betrieben wird, und b) Unterziehen des in Schritt a) erhaltenen methanhaltigen Gases einer Gaskonditionierung zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt auf- weist als das methanhaltige Gas aus Schritt a), wobei Schritt a) und b) jeweils in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, und wobei die Gaskonditionierung in Schritt b) eine Methanisierungsreaktion umfasst, die in einem druckgeladenen zweiten Reaktor durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Reaktor und der zweite Reaktor mittels eines Wärmekreislaufes oder zweier Wärmekreisläufe temperiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Reaktor nicht mittels eines Wärmekreislaufs temperiert wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Reaktor ein kleineres Reaktorvolumen aufweist und/oder mit einem geringeren Katalysatorvolumen bestückt ist als der erste Reaktor.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Produktwasser des ersten Reaktors zumindest teilweise zur Bereitstellung einer Wasserlast des zweiten Reaktors verwendet wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gaskonditionierung in Schritt b) weiterhin ein Gasreinigungsverfahren umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Gasreinigungsverfahren unter Verwendung einer Membraneinheit durchgeführt wird.
8. Vorrichtung zur Herstellung eines methanhaltigen Produktgases aus einem kohlen- stoffoxidhaltigen und wasserstoffhaltigen Eduktgas, umfassend i) einen ersten, mit einem Katalysator bestückten, drucklos betriebenen Methanisierungsreaktor zur Gewinnung eines methanhaltigen Gases, und ii) einen zweiten, ebenfalls mit einem Katalysator bestückten, aber druckgeladenen Methanisierungsreaktor zur Erzielung des methanhaltigen Produktgases, das einen höheren Methangehalt aufweist als das im ersten Methanisierungsreaktor gewonnene methanhaltige Gas.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 weiterhin umfassend eine Gasreinigungseinheit.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der erste Reaktor als Rohrbündelreaktor oder als Plattenreaktor ausgeführt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Reaktor als Plattenreaktor ausgeführt ist, der eine Festbettkatalysatorschüttung und Thermobleche umfasst.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Reaktor und der zweite Reaktor von einem unterschiedlichen Reaktortyp sind.
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