DE102014010055A1 - Method for operating a reactor - Google Patents

Method for operating a reactor Download PDF

Info

Publication number
DE102014010055A1
DE102014010055A1 DE102014010055.3A DE102014010055A DE102014010055A1 DE 102014010055 A1 DE102014010055 A1 DE 102014010055A1 DE 102014010055 A DE102014010055 A DE 102014010055A DE 102014010055 A1 DE102014010055 A1 DE 102014010055A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reactor
cooling
cooling medium
reaction
evaporation zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102014010055.3A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102014010055B4 (en
Inventor
Stefan Rolf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Zosen Innova AG
Original Assignee
Etogas GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Etogas GmbH filed Critical Etogas GmbH
Priority to DE102014010055.3A priority Critical patent/DE102014010055B4/en
Publication of DE102014010055A1 publication Critical patent/DE102014010055A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102014010055B4 publication Critical patent/DE102014010055B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • C07C1/02—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon
    • C07C1/12—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon from oxides of a carbon from carbon dioxide with hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/248—Reactors comprising multiple separated flow channels
    • B01J19/249—Plate-type reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
    • C10L3/08—Production of synthetic natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00026—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2208/00035—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2208/00044—Temperature measurement
    • B01J2208/00061—Temperature measurement of the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00026—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2208/00035—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2208/00079—Fluid level measurement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00247—Reflux columns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00168—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles
    • B01J2208/00256—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements outside the bed of solid particles in a heat exchanger for the heat exchange medium separate from the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J2219/2401—Reactors comprising multiple separate flow channels
    • B01J2219/245—Plate-type reactors
    • B01J2219/2461—Heat exchange aspects
    • B01J2219/2462—Heat exchange aspects the reactants being in indirect heat exchange with a non reacting heat exchange medium

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors, in welchem unter eingestellten Reaktionsparametern ein insbesondere Kohlendioxid und Wasserstoff aufweisendes Eduktgas in Anwesenheit eines Katalysators unter Freisetzung von Reaktionswärme zu einem insbesondere Methan beinhaltenden Produktgas reagiert und bei dem ein Teil der Reaktionswärme über eine in einer Verdampfungszone stattfindende Aggregatszustandsänderung von flüssig zu gasförmig eines unter Kühlparametern durch den Reaktor geleiteten Kühlmediums abgeführt wird, wobei die Lage der Verdampfungszone im Reaktor durch eine in Abhängigkeit wenigstens einer Reaktionsparameteränderung und/oder des Katalysatorzustands vorgenommene Änderung wenigstens eines Kühlparameters eingestellt wird, sowie eine dazu geeignete Methanisierungsanlage.The invention relates to a method for operating a reactor in which reacted under set reaction parameters, in particular a carbon dioxide and hydrogen educt gas in the presence of a catalyst with release of heat of reaction to a particular methane-containing product gas and in which a portion of the heat of reaction via a taking place in an evaporation zone Aggregate state change is transferred from liquid to gas of a cooling medium passed through the reactor under cooling parameters, wherein the position of the evaporation zone in the reactor by a change in at least one reaction parameter change and / or the catalyst state change made at least one cooling parameter is set, and a suitable methanation plant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors, in welchem unter eingestellten Reaktionsparametern ein insbesondere Kohlendioxid und Wasserstoff aufweisendes Eduktgas in Anwesenheit eines Katalysators unter Freisetzung von Reaktionswärme zu einem insbesondere Methan beinhaltenden Produktgas reagiert und bei dem ein Teil der Reaktionswärme über eine in einer Verdampfungszone stattfindende Aggregatszustandsänderung von flüssig zu gasförmig eines unter Kühlparametern durch den Reaktor geleiteten Kühlmediums abgeführt wird, sowie eine dazu geeignete Methanisierungsanlage.The invention relates to a method for operating a reactor in which reacted under set reaction parameters, in particular a carbon dioxide and hydrogen educt gas in the presence of a catalyst with release of heat of reaction to a particular methane-containing product gas and in which a portion of the heat of reaction via a taking place in an evaporation zone Aggregate state change is transferred from liquid to gas of a guided under cooling parameters through the reactor cooling medium, and a suitable methanation plant.

Reaktoren zur Methanisierung sind bekannt und werden beispielsweise mittels Plattenreaktoren realisiert, die mit nickelhaltigen Katalysatoren ausgestattet sind. Unter einer vorgegebenen Temperatur und einem vorgegebenen Druck wird einem solchen Reaktor ein Eduktgas zugeleitet, welches insbesondere Kohlendioxid und Wasserstoff in einem im Wesentlichen für die Methanherstellung passenden stöchiometrischen Verhältnis enthält. Im Reaktor laufen dann mehrere Prozesse ab, die in Summe Methan (CH4) bilden, wie beispielsweise in WO 2011/076315 A2 beschrieben. Dem aus dem Reaktor austretenden Gas kann mit bekannten Mitteln Wasserdampf entzogen und können gegebenenfalls überschüssige Reaktanden ausgefiltert werden, um ein Produktgas mit großem Methananteil zu erhalten.Reactors for methanation are known and are realized for example by means of plate reactors, which are equipped with nickel-containing catalysts. At a predetermined temperature and pressure, a reactant gas is fed to such a reactor, which in particular contains carbon dioxide and hydrogen in a stoichiometric ratio which is essentially suitable for the production of methane. Several processes then take place in the reactor, which together form methane (CH 4 ), such as in WO 2011/076315 A2 described. The gas leaving the reactor can be deprived of water vapor by known means and optionally excess reactants can be filtered out to obtain a product gas with a high methane content.

Aus Gründen der sprachlichen Einfachheit wird nun und im Folgenden von Gasen (Produktgas, Eduktgas, ...) gesprochen, obwohl es sich natürlich um Gasgemische aus unterschiedlichen Komponenten handelt.For reasons of linguistic simplicity, gases (product gas, educt gas, etc.) are now and in the following referred to, although of course these are gas mixtures of different components.

Ein in einem solchen Reaktor hergestelltes methanreiches Produktgas kann bei entsprechend hohem Methangehalt als „synthetisches” Erdgas verschiedenen Bestimmungen zugeführt werden, wie wiederum in WO 2011/076315 A2 beschrieben und beispielsweise auch in DE 10 2008 053 34 A1 offenbart.A methane-rich product gas produced in such a reactor can be supplied to various determinations as a "synthetic" natural gas at a correspondingly high methane content, as again in WO 2011/076315 A2 described and, for example, in DE 10 2008 053 34 A1 disclosed.

Je nach Prozessauslegung werden die Kühlparameter für das der Wärmeabfuhr dienende Kühlsystem festgelegt und der Reaktor unter diesen festgelegten Einstellungen betrieben.Depending on the process design, the cooling parameters for the heat removal cooling system are set and the reactor is operated under these specified settings.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.The present invention has for its object to further improve a method of the type mentioned.

Gelöst wird diese Aufgabe in verfahrenstechnischer Hinsicht dadurch, dass man die Lage der Verdampfungszone im Reaktor durch eine Änderung der Kühlparameter einstellt, die in Abhängigkeit wenigstens einer Reaktionsparameteränderung und/oder des Katalysatorzustands vorgenommen wird. Auf diese Weise kann flexibel und variabel auf eine Änderung des Katalysatorzustands oder auf eine Änderung der Reaktionsbedingungen reagiert werden, die beispielsweise auch gezielt herbeigeführt werden kann. Dabei kann gleichzeitig auf eine Beibehaltung der gewünschten Produktgasqualität geachtet werden.This object is achieved in terms of process engineering by adjusting the position of the evaporation zone in the reactor by changing the cooling parameters, which is carried out as a function of at least one reaction parameter change and / or the state of the catalyst. In this way, it is possible to respond flexibly and variably to a change in the state of the catalyst or to a change in the reaction conditions, which can also be brought about, for example, in a targeted manner. At the same time, care can be taken to maintain the desired product gas quality.

Die Erfindung beruht dabei auf folgenden Überlegungen: Um ein möglichst methanreiches Produktgas zu erzeugen, erfordert die Methanisierungsreaktion im Reaktor das Einhalten mehrerer Randbedingungen. Aufgrund von Materialbeschränkungen des Katalysators und/oder des Stahls des Reaktors sollten die Temperaturen eines Eingangsbereichs des Reaktors, in dem das Eduktgas dem Reaktor zugeführt wird, eine gewisse Höchsttemperatur nicht überschreiten, gleichzeitig ist in diesem Bereich jedoch eine Mindesttemperatur notwendig, um eine hohe Reaktionsrate zu erreichen. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur zwischen diesem Eingangsbereich und einem Ausgangsbereich des Reaktors, aus dem das Produktgas abgeleitet wird, zunehmend absinkt, da sich mit abnehmender Temperatur die chemische Reaktion stärker auf die Seite des Methans verlagert.The invention is based on the following considerations: In order to produce a methane-rich product gas as possible, the methanation reaction in the reactor requires the observance of several boundary conditions. Due to material limitations of the catalyst and / or the steel of the reactor, the temperatures of an inlet region of the reactor in which the educt gas is fed to the reactor should not exceed a certain maximum temperature, but at the same time a minimum temperature is necessary in this region to a high reaction rate to reach. In addition, it is advantageous if the temperature between this input region and an outlet region of the reactor, from which the product gas is derived, increasingly decreases, as the chemical reaction shifts to the side of the methane with decreasing temperature.

Erfindungsgemäß wird nun mittels des Kühlsystems über die Einstellung der Lage der Verdampfungszone Einfluss auf den Ablauf der Methanisierungsreaktion genommen.According to the invention, the setting of the evaporation zone now influences the course of the methanation reaction by means of the cooling system.

Bei Methanisierungsreaktoren entsteht im Betrieb aufgrund der bei Eintritt des Eduktgases in den Reaktor sehr rasch ablaufenden Reaktion üblicherweise soviel Reaktionswärme, dass sich eine lokal begrenzte Überhitzungszone, ein sogenannter „Hot Spot”, ausbildet. Um die freigesetzte Reaktionswärme im Bereich des Hot Spots so effizient und wirkungsvoll wie möglich abzuführen, schafft die Erfindung die Möglichkeit, die Lage der Verdampfungszone des Kühlmediums z. B. an die Lage des Hot Spots anzupassen.In the case of methanization reactors, the heat of reaction which occurs very rapidly when the educt gas enters the reactor usually results in so much heat of reaction that a locally limited overheating zone, a so-called "hot spot", is formed. In order to dissipate the released heat of reaction in the hot spot as efficiently and effectively as possible, the invention provides the possibility of the location of the evaporation zone of the cooling medium z. B. adapt to the location of the hot spot.

In einer bevorzugten Verfahrensgestaltung durchläuft das Kühlmedium einen Kühlkreislauf, bei welchem als Kühlparameter zumindest die Absolutmenge, der Druck und/oder das Umlaufvolumen des Kühlmediums pro Zeiteinheit, also ein Umlaufstrom des Kühlmediums, innerhalb des Kühlkreislaufs eingestellt werden kann.In a preferred method embodiment, the cooling medium passes through a cooling circuit, in which at least the absolute amount, the pressure and / or the circulation volume of the cooling medium per unit time, ie a circulating flow of the cooling medium, can be set within the cooling circuit as the cooling parameter.

Die Lage der Verdampfungszone entspricht bei vertikalem Kühlmittelstrom entgegen der Gewichtskraft einem Füllstand des in flüssiger Form vorliegenden Kühlmediums im Reaktor. Dieser Füllstand kann beispielsweise durch Einstellung der Absolutmenge des Kühlmediums beeinflusst werden, wenn Druck und Umlaufvolumen konstant gehalten werden. Werden dagegen zum Beispiel die Absolutmenge und das Umlaufvolumen des Kühlmediums im Kühlkreislauf konstant gehalten, kann durch Druckänderung der Siedepunkt des Kühlmediums verschoben werden, was zum einen die Temperatur im Bereich der Verdampfungszone und zum anderen das Verhältnis der in flüssiger und in gasförmiger Form vorliegenden Anteile des Kühlmediums verändert. Dies resultiert in einer Lageverschiebung der Verdampfungszone. Wird dagegen der Umlaufstrom des Kühlmediums geändert, während die Absolutmenge und der Druck des Kühlmediums konstant gehalten werden, so ändert sich, wie im Folgenden noch beschrieben wird, die Temperaturverteilung des Kühlmediums innerhalb des Reaktors. Weil der Siedepunkt des Kühlmediums hierbei unverändert bleibt, verschiebt sich durch die veränderte Temperaturverteilung der Bereich, in dem das Kühlmedium seinen Zustand von flüssig zu gasförmig ändert.The position of the evaporation zone corresponds to a level of the present in liquid form cooling medium in the reactor at a vertical coolant flow against the weight. This level can be influenced for example by adjusting the absolute amount of the cooling medium, if Pressure and circulating volume are kept constant. On the other hand, if, for example, the absolute quantity and the circulation volume of the cooling medium in the cooling circuit are kept constant, the boiling point of the cooling medium can be shifted by changing the pressure, which results firstly in the temperature of the evaporation zone and secondly in the ratio of the proportions of liquid and gaseous components Coolant changed. This results in a positional shift of the evaporation zone. If, however, the circulating flow of the cooling medium is changed, while the absolute amount and the pressure of the cooling medium are kept constant, the temperature distribution of the cooling medium within the reactor changes, as will be described below. Because the boiling point of the cooling medium remains unchanged in this case, shifts due to the changed temperature distribution of the area in which the cooling medium changes its state from liquid to gas.

In einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung erfolgt die Einstellung der Absolutmenge des Kühlmediums im Kühlkreislauf über Materialzufuhr und/oder Materialabfuhr, wobei die Materialabfuhr gleichzeitig dazu genutzt werden kann, Wärme aus dem Kühlkreislauf auszukoppeln.In a particularly preferred process design, the adjustment of the absolute amount of the cooling medium in the cooling circuit via material supply and / or material removal takes place, the material removal can be used simultaneously to decouple heat from the cooling circuit.

Dazu kann vorzugsweise heißes Kühlmedium in seiner Gasphase dem Kühlkreislauf entzogen werden, während gegebenenfalls zusätzliches kälteres Kühlmedium in flüssiger Form in den Kühlkreislauf eingespeist bzw. zugemischt werden kann.For this purpose, preferably hot cooling medium can be withdrawn from the cooling circuit in its gas phase, while optionally additional colder cooling medium can be fed or admixed in liquid form in the cooling circuit.

In einer weiteren bevorzugten Verfahrensgestaltung erfolgt auch eine Einstellung eines Temperaturgefälles des Kühlmediums zwischen der Verdampfungszone und einem Bereich, in dem das Kühlmedium dem Reaktor zugeführt wird, durch Einstellung eines oder mehrerer Kühlparameter. Dadurch wird Temperatur im Bereich der Verdampfungszone und/oder die Temperatur in dem Bereich, in dem das Kühlmedium dem Reaktor zugeführt wird, eingestellt.In a further preferred method embodiment, a setting of a temperature gradient of the cooling medium between the evaporation zone and a region in which the cooling medium is supplied to the reactor, by adjusting one or more cooling parameters. As a result, temperature in the region of the evaporation zone and / or the temperature in the region in which the cooling medium is supplied to the reactor are set.

Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein Temperaturgefälle im Reaktor innerhalb eines festzulegenden Toleranzbereichs eingestellt ist. Diese Einstellung des Temperaturgefälles kann auch unabhängig von der Einstellung der Lage der Verdampfungszone vorteilhaft sein.In this way it can be ensured that a temperature gradient in the reactor is set within a specified tolerance range. This adjustment of the temperature gradient can also be advantageous regardless of the setting of the position of the evaporation zone.

Die Erfindung offenbart somit als eigenständig schutzwürdig auch ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors, in welchem unter eingestellten Reaktionsparametern ein insbesondere Kohlendioxid und Wasserstoff aufweisendes Eduktgas in Anwesenheit eines Katalysators unter Freisetzung von Reaktionswärme zu einem insbesondere Methan beinhaltenden Produktgas reagiert und bei dem ein Teil der Reaktionswärme über eine in einer Verdampfungszone stattfindenden Aggregatzustandsänderung von flüssig zu gasförmig eines unter Kühlparametern durch den Reaktor geleiteten Kühlmediums abgeführt wird, bei dem man ein Temperaturgefälle des Kühlmediums zwischen der Verdampfungszone und einem Bereich, in dem das Kühlmedium dem Reaktor zugeführt wird, durch eine in Abhängigkeit wenigstens einer Reaktionsparameteränderung und/oder des Katalysatorzustands vorgenommene Änderung wenigstens eines Kühlparameters einstellt.The invention thus discloses as a separate worthy of protection also a method for operating a reactor in which reacted under set reaction parameters, in particular a carbon dioxide and hydrogen educt gas in the presence of a catalyst with release of heat of reaction to a particular methane-containing product gas and in which a part of the heat of reaction an atomic state change of liquid to gaseous state of a cooling medium passed through the reactor under cooling parameters is dissipated, wherein a temperature gradient of the cooling medium between the evaporation zone and a region in which the cooling medium is supplied to the reactor, by one depending on at least one Adjustment of the reaction parameter and / or the change in the state of the catalyst at least one cooling parameter.

Erreicht werden kann dies beispielsweise durch die Einstellung des Umlaufstroms des Kühlmediums. So führt ein sehr kleiner Umlaufstrom, wenn gleichzeitig kaltes Kühlmedium in den Kühlkreislauf eingespeist wird, zu einer starken Auskühlung und somit zu einer vergleichsweise niedrigen Temperatur des Kühlmediums in dem Bereich, in dem es dem Reaktor zugeführt wird. Nach Einleiten des Kühlmediums in den Reaktor wird es zunehmend erwärmt, was einen großen Temperaturgradienten innerhalb des Reaktors zur Folge haben kann.This can be achieved for example by adjusting the circulation flow of the cooling medium. Thus, a very small circulating flow, when cold cooling medium is fed into the cooling circuit at the same time, leads to a strong cooling and thus to a comparatively low temperature of the cooling medium in the region in which it is fed to the reactor. Upon introduction of the cooling medium into the reactor, it is increasingly heated, which can result in a large temperature gradient within the reactor.

Ein sehr großer Umlaufstrom des Kühlmediums kann dagegen zu einer Vermischung der flüssigen und der gasförmigen Phase des Kühlmediums führen und somit zu einem entsprechend kleinen Temperaturgradienten innerhalb des Reaktors.By contrast, a very large circulating flow of the cooling medium can lead to a mixing of the liquid and the gaseous phase of the cooling medium and thus to a correspondingly small temperature gradient within the reactor.

In einer bevorzugten Verfahrensgestaltung ist die Durchlaufrichtung des Kühlmediums durch den Reaktor der Durchlaufrichtung der Reaktionsgase entgegengesetzt.In a preferred method embodiment, the passage direction of the cooling medium through the reactor is opposite to the direction of passage of the reaction gases.

Dies ist vorteilhaft insbesondere hinsichtlich des bereits beschriebenen optimalen Temperaturverlaufs innerhalb des Reaktors, bei dem das Gas von einem Eingangsbereich mit hohen Temperaturen durch Bereiche mit zunehmend niedriger Temperatur geleitet wird, bevor es den Reaktor verlässt, während das Kühlmedium, von der anderen Seite eingeleitet, zuerst Bereiche mit niedrigeren Temperaturen passiert und sich zunehmend aufwärmt, sodass die Verdampfungszone und somit der größte Wärmeübertrag in Reaktorbereiche mit der höchsten Wärmeerzeugung verlagert ist. Nicht zuletzt im Hinblick auf die anschließend ohnehin erfolgende Abkühlung des Produktgases ist eine solche Verfahrensgestaltung energetisch vorteilhaft.This is advantageous particularly with regard to the already described optimum temperature profile within the reactor in which the gas is passed from a high temperature inlet region through regions of progressively lower temperature before exiting the reactor while the cooling medium introduced from the other side first Lower temperature areas pass and warm up progressively, displacing the evaporation zone, and thus the largest heat transfer, into reactor areas with the highest heat generation. Not least in view of the subsequent cooling of the product gas which takes place anyway, such a process design is energetically advantageous.

Daneben sieht die Erfindung auch andere Verfahrensgestaltungen vor, in denen die Durchlaufrichtung des Kühlmediums durch den Reaktor bezüglich der Durchlaufrichtung der Reaktionsgase als Gleichstrom oder Kreuzstrom oder auch als Kombination der genannten Durchlaufrichtungen realisiert wird.In addition, the invention also provides other process designs, in which the passage direction of the cooling medium through the reactor with respect to the direction of passage of the reaction gases is realized as a DC or cross-flow or as a combination of said flow directions.

Im Eingangsbereich, in dem die Edukte in den Reaktor geleitet werden, sollen dabei Temperaturen von 550°C nicht überschritten werden. Vorzugsweise liegen die Temperaturen zwischen 450°C und 550°C, insbesondere um die 500°C ± 20°C.In the entrance area, in which the educts are led into the reactor, thereby temperatures should of 550 ° C are not exceeded. Preferably, the temperatures are between 450 ° C and 550 ° C, in particular around 500 ° C ± 20 ° C.

Im Ausgangsbereich des Reaktors ist eine Temperatur des austretenden Produktgases nahe einem unteren Funktionsbereich des Katalysators von ca. 270°C, insbesondere zwischen 270°C und 330°C, vorzugsweise 300°C ± 10°C erwünscht.In the exit region of the reactor, a temperature of the exiting product gas near a lower functional range of the catalyst of about 270 ° C, in particular between 270 ° C and 330 ° C, preferably 300 ° C ± 10 ° C is desired.

In einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung nutzt das Verfahren als Kühlmedium Wasser, wobei es sich bevorzugt um vollentsalztes Wasser handelt, dem insbesondere korrosionshemmende Zusätze beigefügt sein können.In a particularly preferred process design, the process uses water as the cooling medium, which is preferably demineralized water, to which in particular corrosion-inhibiting additives can be added.

Die Reaktionsparameter, die den Verlauf der chemischen Reaktion bestimmen können, umfassen die Zusammensetzung des Eduktgases, sowie die pro Zeiteinheit strömende Menge des Eduktgases, einen rezirkulierten Anteil des Produktgases, welcher dem Reaktoreingang zugeführt wird, den Druck des eintretenden Eduktgases und/oder dessen Temperatur.The reaction parameters that can determine the course of the chemical reaction include the composition of the reactant gas, as well as the amount of educt gas flowing per unit time, a recirculated portion of the product gas, which is supplied to the reactor inlet, the pressure of the incoming educt gas and / or its temperature.

Die Reaktionsparameter bestimmen zusammen den reaktionsseitigen Ablauf der Methanisierungsreaktion und die während der exothermen Reaktion in den einzelnen Bereichen des Reaktors freigesetzte Wärme, die durch das Kühlsystem abgeführt werden soll. Änderungen der Reaktionsparameter können zu einer Änderung der Temperaturverteilung im Inneren des Reaktors führen, auf die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren reagiert werden kann. Dies sorgt für zusätzliche Flexiblität beim Betreiben eines Methanisierungsreaktors.The reaction parameters together determine the reaction side of the methanation reaction and the heat released during the exothermic reaction in the individual regions of the reactor which is to be removed by the cooling system. Changes in the reaction parameters can lead to a change in the temperature distribution in the interior of the reactor, which can be reacted with the method according to the invention. This provides additional flexibility in operating a methanation reactor.

Die Zusammensetzung des Produktgases weist vorzugsweise einen CH4-Anteil von wenigstens 92%, insbesondere wenigstens 95% auf (ohne H2O gerechnet).The composition of the product gas preferably has a CH 4 content of at least 92%, in particular at least 95% (calculated without H 2 O).

Die Bereitstellung des CO2-Anteils des Eduktgases stellt keine besonderen Probleme dar, weil dieser aus industriellen Prozessen oder auch z. B. mittels Gaswäsche aus Luft erhalten werden kann und somit als reines CO2 zugeführt werden kann, oder auch mit einem geringen Anteil von CH4-Schlupf aus Biogasaufbereitung. Alternativ ist die Bereitstellung in Form eines Rohbiogases möglich, das z. B. einen ca. 45% CO2-Anteil bei bereits ca. 55% Methananteil aufweist, nebst hier vernachlässigbaren Minorkomponenten.The provision of the CO 2 content of the educt gas is no special problems, because this from industrial processes or even z. B. can be obtained by means of gas scrubbing from air and thus can be supplied as pure CO 2 , or even with a small proportion of CH 4 -slip from biogas treatment. Alternatively, the provision in the form of a raw biogas is possible, the z. B. has an approximately 45% CO 2 content at already about 55% methane content, together with negligible minor components here.

Die Bereitstellung des für die Methanisierung erforderlichen Wasserstoffs im richtigen stöchiometrischen Verhältnis ist dagegen aufwändiger, da H2 erst unter Energieaufwand hergestellt werden muss. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Wasserstoff an Ort und Stelle über Elektrolyseure erzeugt wird. Dabei stellt der Elektrolyseur selbst eine an ein elektrisches Versorgernetz angeschlossene Last dar, wobei dessen maximaler Umsatz eine entsprechende Maximallast definiert. Der elektrolytisch hergestellte Wasserstoff wird z. B. vor der Einführung in den Reaktor mit dem Kohlendioxid enthaltenden Beitrag zum Eduktgas vermischt, sodass die aktuelle Last des Elektrolyseurs auch im Wesentlichen die pro Zeiteinheit umzusetzende Menge des Eduktgases vorgibt.However, the provision of the hydrogen required for the methanation in the correct stoichiometric ratio is more complex, since H 2 must be prepared only with energy. This can be done, for example, by generating the hydrogen in place via electrolyzers. In this case, the electrolyzer itself represents a load connected to an electrical supply network, the maximum conversion of which defines a corresponding maximum load. The electrolytically produced hydrogen is z. B. mixed prior to introduction into the reactor with the carbon dioxide-containing contribution to the reactant gas, so that the current load of the electrolyzer also essentially specifies the per unit time to be reacted amount of educt gas.

Auf diese Weise kann das Methanisierungsverfahren zur Speicherung von über die Zeit nicht kontinuierlich erzeugter regenerativer Energien genutzt werden, beispielsweise Wind- oder Sonnenenergie. Der Elektrolyseur nimmt bei geringer regenerativer Energieerzeugung und fehlendem Ausgleich durch andere zugeschaltete Energiequellen eine entsprechend geringere Last ab, die für Lastwechsel, auch schnelle Lastwechsel sorgt.In this way, the methanation process can be used to store non-continuously generated regenerative energies over time, such as wind or solar energy. The electrolyzer decreases with low regenerative energy production and lack of compensation by other switched energy sources from a correspondingly lower load, which ensures load changes, even fast load changes.

Hierbei ist erkannt worden, dass eine Änderung der Zusammensetzung des Eduktgases ebenso wie eine Änderung der pro Zeiteinheit strömenden Menge des Eduktgases oder des Drucks bei im wesentlichen gleicher Zusammensetzung des Eduktgases die freiwerdende Reaktionswärme aufgrund der Schwankung der Menge des umzusetzenden Eduktgases beeinflusst. Auf ebensolche Veränderungen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr mittels des Kühlsystems reagiert werden.It has been recognized that a change in the composition of the educt gas as well as a change in the amount of educt gas or pressure flowing per unit time at substantially the same composition of the educt gas influenced the heat of reaction liberated due to the fluctuation of the amount of educt gas to be reacted. Such changes can now be reacted with the method according to the invention by means of the cooling system.

Ebenso haben auch der rezirkulierten Anteil des Produktgases, welcher dem Reaktoreingang zugeführt wird und/oder die Temperatur des eingeleiteten Eduktgases Einfluss auf das Methanisierungsverfahren und somit die Temperaturverteilung im Reaktor.Similarly, the recirculated portion of the product gas, which is supplied to the reactor inlet and / or the temperature of the introduced educt gas influence on the methanation and thus the temperature distribution in the reactor.

In einer besonders bevorzugten Verfahrensgestaltung kann die Einstellung der Lage der Verdampfungszone und/oder der Temperatur des Kühlmediums in dem Bereich, in dem es dem Reaktor zugeführt wird, durch eine Regelung erfolgen, wozu eine Temperaturüberwachung innerhalb des Reaktors vorgenommen wird.In a particularly preferred embodiment of the method, the adjustment of the position of the evaporation zone and / or the temperature of the cooling medium in the region in which it is supplied to the reactor can be carried out by a control, for which a temperature monitoring is carried out within the reactor.

Durch die Temperaturüberwachung können Änderungen sowohl der Temperaturverteilung als auch der Lage eines Hot-Spot-Bereichs im Inneren des Reaktors registriert werden. Aus den gewonnenen Informationen lassen sich Rückschlüsse ziehen über Abweichungen von einem vorgegebenen Kühlschema, zu dessen Wiederherstellung mit Anpassung der Kühlparameter reagiert werden kann. Dies kann beispielsweise erfolgen durch die Festsetzung von Soll-Werten für die Temperaturverteilung und von Toleranzwerten für die Abweichung eines registrierten Ist-Werts vom festgelegten Soll-Wert. Ist eine Abweichung des registrierten Ist-Werts vom vorgegebenen Soll-Wert kleiner als ein Toleranzwert, so erfolgt keine Änderung der Kühlparameter. Überschreitet dagegen die Abweichung des registrierten Ist-Werts vom vorgegebenen Soll-Wert den Toleranzwert, so greift die Regelung ein und passt die Kühlparameter so an, dass der Abweichung gegengeregelt wird. Die Einstellung könnte aber auch in Form einer bloßen Steuerung vorgenommen werden, beispielsweise über aus Erfahrungswerten gespeiste Steuerkurven.Temperature monitoring allows changes in both the temperature distribution and the location of a hot spot area inside the reactor to be registered. From the information obtained conclusions can be drawn about deviations from a given cooling scheme, which can be reactivated by adjusting the cooling parameters. This can be done, for example, by setting desired values for the temperature distribution and tolerance values for the deviation of a registered actual value from the specified target value. Is a deviation of the registered actual value from given predetermined value smaller than a tolerance value, there is no change in the cooling parameters. If, on the other hand, the deviation of the registered actual value from the predefined setpoint value exceeds the tolerance value, the control system intervenes and adjusts the cooling parameters so that the deviation is counterbalanced. However, the setting could also be made in the form of a mere control, for example via control cams powered by empirical values.

In einer weiteren Verfahrensgestaltung wird die Lage der Verdampfungszone auf den Bereich höchster Reaktionsrate im Reaktor eingestellt und diesem Bereich insbesondere durch Regelung nachgeführt.In a further embodiment of the method, the position of the evaporation zone is set to the region of highest reaction rate in the reactor and, in particular, adjusted by regulation.

Der Bereich höchster Reaktionsrate ist gleichzeitig der Bereich innerhalb des Reaktors, in dem am meisten Reaktionswärme freigesetzt wird. Die Lage dieses Hot-Spot-Bereichs kann sich mit der Zeit verschieben, beispielsweise aufgrund einer zunehmenden Degradierung des Katalysators, oder weil sich Reaktionsparameter ändern. Auch Anfahr- und Abfahrvorgänge des Reaktors, sowie transiente Vorgänge wie Laständerungen können zu einem Verschieben der Lage des Hot Spots führen. Bei gleichbleibenden Kühlparametern kann diese Lageänderung wiederum zu Effizienzeinbußen der chemischen Reaktion führen, denen entgegengewirkt werden kann, indem die Lage der Verdampfungszone dem Bereich mit der größten Wärmefreisetzung nachgeführt wird.The region of highest reaction rate is also the area within the reactor where most of the heat of reaction is released. The location of this hot spot area may shift with time, for example because of increasing degradation of the catalyst, or because reaction parameters change. Also starting and Abfahrvorgänge the reactor, as well as transient processes such as load changes can lead to a shift in the position of the hot spot. At constant cooling parameters, this change in position can in turn lead to efficiency losses of the chemical reaction, which can be counteracted by the location of the evaporation zone is tracked to the area with the largest heat release.

In einer weiteren Verfahrensgestaltung kann die Lage der Verdampfungszone durch Regelung der Kühlparameter in oszillierender Weise verschoben werden.In a further embodiment of the method, the position of the evaporation zone can be shifted in an oscillating manner by regulating the cooling parameters.

Ein solches Oszillieren der Lage der Verdampfungszone kann zum effizienteren Kühlen eines Bereichs des Reaktors genutzt werden, der räumlich weiter ausgedehnt ist als die Verdampfungszone selbst. Dies kann unter anderem besonders dann vorteilhaft sein, wenn Eduktgas in so großen Mengen und/oder so schnell in den Reaktor geleitet wird, das die Reaktion in einem Eingangsbereich sättigt, weswegen sich ein größerer Überhitzungsbereich ausbildet, oder wenn Eduktgas an mehreren räumlich getrennten Stellen in den Eingangsbereich eingeleitet wird, und es zur Bildung mehrerer Hot-Spot-Bereiche kommt, die gleichermaßen gekühlt werden müssen.Such an oscillation of the position of the evaporation zone can be used for more efficient cooling of a region of the reactor that is spatially more extensive than the evaporation zone itself. This may be advantageous, inter alia, when reactant gas in such large quantities and / or so fast in the Reactor is passed, which saturates the reaction in an entrance area, which is why a larger overheating area is formed, or if reactant gas is introduced into the entrance area in several spatially separated locations, and there is the formation of several hot spot areas, which must be cooled equally ,

Zudem sieht die Erfindung vorrichtungstechnisch eine Methanisierungsanlage zur Durchführung eines bisher beschriebenen Verfahrens vor, welche einen Methanisierungsreaktor mit einem Kühlsystem und einer Steuerung umfasst, die einen oder mehrere Kühlparameter des Kühlsystems in Abhängigkeit von wenigstens einer Reaktionsparameteränderung und/oder einer Änderung des Katalysatorzustands steuert. Dafür sieht eine erfindungsgemäße Methanisierungsanlage eine Einrichtung zur Druckeinstellung im Kühlkreislauf, eine Einrichtung zur Einstellung der Absolutmenge des Kühlmediums und/oder eine Einrichtung zur Einstellung des Umlaufstroms vor. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage ergeben sich aus dem Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens.In addition, the invention provides a device for methanation for carrying out a previously described method, which comprises a Methanisierungsreaktor with a cooling system and a controller that controls one or more cooling parameters of the cooling system in response to at least one reaction parameter change and / or a change in the catalyst state. For this purpose, a methanation plant according to the invention provides a device for setting the pressure in the cooling circuit, a device for adjusting the absolute amount of the cooling medium and / or a device for adjusting the circulating flow. The advantages of the system according to the invention result from the advantage of the method according to the invention.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einzelner Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, in derFurther details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of individual embodiments with reference to the accompanying drawings, in which

1 eine schematische Darstellung des Reaktors ist, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, und 1 is a schematic representation of the reactor, which is operated by a method according to the invention, and

2 eine zweite Ausführungsform des Reaktors darstellt,
wobei die folgenden Bezugszeichen verwendet werden: 2 represents a second embodiment of the reactor,
the following reference numbers are used:

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Reaktorreactor
22
Eingangsbereich der EduktgaseEntrance area of the educt gases
33
Ausgangsbereich der ProduktgaseOutput range of the product gases
44
KühlkreislaufCooling circuit
5, 5'5, 5 '
Kühlmediumcooling medium
66
Zuführungsbereich des KühlmediumsFeed area of the cooling medium
77
Abführungsbereich des KühlmediumsDischarge area of the cooling medium
88th
VerdampfungszoneEvaporation zone
99
Dampftrommelsteam drum
10–1310-13
Ventilevalves
1414
Steuereinheit.Control unit.

In einen (Platten-)Reaktor 1 werden durch einen Eingangsbereich 2 Eduktgase eingeleitet, die mit einem Katalysator im Inneren des Reaktors 1 chemisch Wechselwirken und dabei mit Umwandlungsgrad von über 90% in Methan umgesetzt werden, wobei das Produktgas aus einem Ausgangsbereich 3 des Reaktors 1 ausgeleitet wird.In a (plate) reactor 1 be through an entrance area 2 Feedstock gases introduced with a catalyst inside the reactor 1 interact chemically and thereby converted with conversion of over 90% in methane, the product gas from a starting area 3 of the reactor 1 is discharged.

Über einen Kühlkreislauf 4 wird ein Kühlwasser 5 in einen Zuführbereich 6 dem Reaktor zugeführt und aus einem Abführbereich 7 aus dem Reaktor 1 ausgeleitet. Innerhalb des Reaktors beschreibt das Gebiet, an dem das Kühlwasser 5 in einer Verdampfungszone 8 von seinem flüssigen in seinen gasförmigen Aggregatzustand wechselt, einen Füllstand, der von mehreren Kühlparametern abhängt und im laufenden Verfahren über diese gewünscht eingestellt wird.About a cooling circuit 4 becomes a cooling water 5 in a feed area 6 fed to the reactor and from a discharge area 7 from the reactor 1 discharged. Within the reactor describes the area where the cooling water 5 in an evaporation zone 8th changes from its liquid to its gaseous state, a level that depends on several cooling parameters and is set in the current process on this desired.

Der aus dem Reaktor 1 ausgeleitete Kühlwasserdampf wird in eine Dampftrommel 9 geleitet, wo er abkühlt und kondensiert. Im oberen Bereich der Dampftrommel 9 kann Dampf über ein Drosselventil 10 dem Kühlreislauf 4 entzogen werden. Aus dem unteren Bereich der Dampftrommel 9 kann kondensiertes Kühlwasser 5 über ein weiteres Ventil 11 wieder dem Reaktor 1 zugeleitet werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, der Dampftrommel 9 über eine weitere Zuleitung, die wiederum über ein Ventil 12 kontrolliert wird, kaltes Kesselspeisewasser zuzuführen. In einer anderen Realisierung kann darüber hinaus kaltes Kesselspeisewasser über eine zusätzliche Leitung mit Ventil 13 direkt in den Zuführungsbereich 6 geleitet werden (2).The one from the reactor 1 discharged cooling water steam gets into a steam drum 9 where it cools and condenses. In the upper area of the steam drum 9 can steam over a throttle valve 10 the cooling circuit 4 be withdrawn. From the bottom of the steam drum 9 can be condensed cooling water 5 over another valve 11 back to the reactor 1 be forwarded. In addition, there is the possibility of the steam drum 9 via another supply line, which in turn has a valve 12 is controlled to supply cold boiler feed water. In another implementation, cold boiler feed water may also be provided via an additional line with valve 13 directly into the feed area 6 be directed ( 2 ).

Über eine Steuereinheit 14 werden die Ventile 10, 11, 12, 13 angesteuert. Nicht dargestellte Temperatursensoren im und/oder am Reaktor 1 und/oder eine Messeinheit, welche die Zusammensetzung des Produktgas überwacht, übertragen ihre Messdaten an die Steuereinheit 14, welche die Messwerte mit einstellbaren Soll-Werten vergleicht und in solchen Fällen, in denen ein gemessener Ist-Wert um mehr als einen einstellbaren Toleranzwert vom Soll-Wert abweicht, die Kühlparameter anpasst. So erfolgt etwa die Einstellung des Drucks über die Steuerung des Ventils 10.About a control unit 14 become the valves 10 . 11 . 12 . 13 driven. Temperature sensors, not shown, in and / or on the reactor 1 and / or a measuring unit which monitors the composition of the product gas, transmit their measurement data to the control unit 14 which compares the measured values with adjustable nominal values and, in those cases in which a measured actual value deviates from the nominal value by more than an adjustable tolerance value, adapts the cooling parameters. For example, the pressure is adjusted via the control of the valve 10 ,

Unter Berücksichtigung der oben erklärten Maßnahmen werden nun einzelne Steuerungsmaßnahmen des Reaktorbetriebs erläutert, welche den Reaktorbetrieb optimieren.Taking into account the measures explained above, individual control measures of the reactor operation are now explained, which optimize the reactor operation.

Die Einstellung der Temperatur des Kühlwassers im Zuführungsbereich Reaktors erfolgt als Funktion des Quotienten aus dem Strom V .Kessel des zugeführten Kesselspeisewassers und dem Umlaufvolumenstrom V .Umlauf des Kühlwassers, also

Figure DE102014010055A1_0002
wobei ggf. beide Frischwasserzuführungen über die Ventile 12, 13 zu berücksichtigen sind.The adjustment of the temperature of the cooling water in the feed area of the reactor takes place as a function of the quotient of the current V. Boiler of the supplied boiler feed water and the circulating volume flow V. Circulation of the cooling water, so
Figure DE102014010055A1_0002
where appropriate, both fresh water supply via the valves 12 . 13 to take into account.

Der Füllstand und somit die Lage der Verdampfungszone 8 ist einstellbar als Funktion der Summe von Kesselwasserstrom V .Kessel und Umlaufvolumenstrom V .Umlauf, xFüllstand = f(V .Kessel + V .Umlauf). The level and thus the location of the evaporation zone 8th is adjustable as a function of the sum of boiler water flow V. Boiler and circulating flow V. Circulating , x level = f (V boiler + V circulation ).

Ferner wird die Temperatur in der Verdampfungszone als Funktion des Dampfdrucks pDampf eingestellt TVerdampfungszone = f(pDampf). Further, the temperature in the evaporation zone is set as a function of the vapor pressure p steam T Evaporation zone = f (p vapor ).

In einem Ausführungsbeispiel wird die Steuerung der Kühlparameter genutzt, um den Füllstand 8 dem Hot-Spot-Bereich nachzuführen, der mit zunehmender Degradation des Katalysators nach unten wandert. Über die oben erläuterten Zusammenhänge gelingt dies bei gleichzeitiger Beibehaltung eines gewünschten Temperaturgefälles ΔT = TVerdampfungszone – TZuführung im Reaktor.In one embodiment, the control of the cooling parameters is used to control the level 8th track the hot spot area, which migrates downwards as the degradation of the catalyst increases. By means of the above-explained relationships, this succeeds while maintaining a desired temperature gradient .DELTA.T = T evaporation zone -T feed in the reactor.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2011/076315 A2 [0002, 0004] WO 2011/076315 A2 [0002, 0004]
  • DE 10200805334 A1 [0004] DE 10200805334 A1 [0004]

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben eines Reaktors (1), in welchem unter eingestellten Reaktionsparametern ein insbesondere Kohlendioxid und Wasserstoff aufweisendes Eduktgas in Anwesenheit eines Katalysators unter Freisetzung von Reaktionswärme zu einem insbesondere Methan beinhaltenden Produktgas reagiert und bei dem ein Teil der Reaktionswärme über eine in einer Verdampfungszone (8) stattfindenden Aggregatzustandsänderung von flüssig zu gasförmig eines unter Kühlparametern durch den Reaktor (1) geleiteten Kühlmediums (5, 5') abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man die Lage der Verdampfungszone (8) im Reaktor (1) durch eine in Abhängigkeit wenigstens einer Reaktionsparameteränderung und/oder des Katalysatorzustands vorgenommene Änderung wenigstens eines Kühlparameters einstellt.Method for operating a reactor ( 1 ), in which under reaction parameters set reacts in particular a carbon dioxide and hydrogen educt gas in the presence of a catalyst with release of heat of reaction to a particular methane-containing product gas and in which a portion of the heat of reaction via a in an evaporation zone ( 8th ) taking place from liquid to gaseous one under cooling parameters through the reactor ( 1 ) conducted cooling medium ( 5 . 5 ' ), characterized in that the position of the evaporation zone ( 8th ) in the reactor ( 1 ) is adjusted by a change of at least one cooling parameter carried out as a function of at least one reaction parameter change and / or the state of the catalyst. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Kühlmedium (5, 5') einen Kühlkreislauf (4) durchläuft, und der geänderte Kühlparameter wenigstens eine Absolutmenge des Kühlmediums (5, 5'), ein Umlaufstrom des Kühlmediums und/oder der Druck innerhalb des Kühlkreislaufs (4) ist.Process according to Claim 1, in which the cooling medium ( 5 . 5 ' ) a cooling circuit ( 4 ) and the changed cooling parameter comprises at least one absolute quantity of the cooling medium ( 5 . 5 ' ), a circulating flow of the cooling medium and / or the pressure within the cooling circuit ( 4 ). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung der Absolutmenge des Kühlmediums (5, 5') im Kühlkreislauf (4) über Materialzufuhr und/oder Materialabfuhr erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an adjustment of the absolute amount of the cooling medium ( 5 . 5 ' ) in the cooling circuit ( 4 ) via material supply and / or material removal takes place. Verfahren nach Anspruch 2, wobei zudem eine Einstellung eines Temperaturgefälles des Kühlmediums (5, 5') zwischen der Verdampfungszone (8) und einem Bereich (6), in dem das Kühlmedium (5, 5') dem Reaktor (1) zugeführt wird, durch Einstellung eines oder mehrerer der Kühlparameter erfolgt.Method according to claim 2, wherein additionally an adjustment of a temperature gradient of the cooling medium ( 5 . 5 ' ) between the evaporation zone ( 8th ) and an area ( 6 ), in which the cooling medium ( 5 . 5 ' ) the reactor ( 1 ), by adjusting one or more of the cooling parameters. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Durchlaufrichtung des Kühlmediums (5, 5') durch den Reaktor (1) der Durchlaufrichtung der Reaktionsgase entgegengesetzt ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the passage direction of the cooling medium ( 5 . 5 ' ) through the reactor ( 1 ) is opposite to the direction of passage of the reaction gases. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei als Kühlmedium Wasser verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein water is used as the cooling medium. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsparameter die Zusammensetzung des Eduktgases, die pro Zeiteinheit strömende Menge des Eduktgases, einen rezirkulierten Anteil des Produktgases, welcher dem Reaktoreingang (2) zugeführt wird, den Druck des eintretenden Eduktgases und/oder dessen Temperatur umfassen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the reaction parameters, the composition of the educt gas, the amount of starting gas flowing per unit time, a recirculated portion of the product gas, which the reactor input ( 2 ), the pressure of the incoming educt gas and / or its temperature include. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Einstellung der Lage der Verdampfungszone (8) und/oder der Temperatur des Kühlmediums (5, 5') in dem Bereich (6), in dem es in den Reaktor (1) eingeleitet wird, in Form einer Reglung erfolgt, wozu eine Temperaturüberwachung innerhalb des Reaktors (1) vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the adjustment of the position of the evaporation zone ( 8th ) and / or the temperature of the cooling medium ( 5 . 5 ' ) in that area ( 6 ), in which it enters the reactor ( 1 ) is carried out in the form of a control, including a temperature monitoring within the reactor ( 1 ) is made. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lage der Verdampfungszone (8) auf den Bereich höchster Reaktionsrate im Reaktor (1) eingestellt wird und insbesondere diesem durch Regelung nachgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the position of the evaporation zone ( 8th ) to the region of highest reaction rate in the reactor ( 1 ) is adjusted and in particular this is tracked by regulation. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Lage der Verdampfungszone (8) durch Regelung in oszillierender Weise verändert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the position of the evaporation zone ( 8th ) is changed by control in an oscillating manner. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zusammensetzung des Produktgases überwacht wird und die Einstellung der Lage der Verdampfungszone (8) so vorgenommen wird, dass Abweichungen von der Sollproduktgaszusammensetzung hinsichtlich einer CH4-Konzentration unterhalb einer vorgegebenen Schwelle bleiben.Method according to one of the preceding claims, wherein the composition of the product gas is monitored and the adjustment of the position of the evaporation zone ( 8th ) is made so that deviations from the target product gas composition with respect to a CH 4 concentration remain below a predetermined threshold. Methanisierungsanlage zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Methanisierungsreaktor (1), ein Kühlsystem (4) zur Kühlung des Methanisierungsreaktors und eine Steuerung (14), die wenigstens einen Kühlparameter des Kühlsystems in Abhängigkeit von wenigstens einer Reaktionsparameteränderung und/oder Änderung des Katalysatorzustands zur Einstellung der Lage einer Verdampfungszone (8) steuert, in der eine Aggregatszustandsänderung des Kühlmediums (5, 5') von flüssig nach gasförmig erfolgt.Methanization plant for carrying out a process according to one of the preceding claims, comprising a methanation reactor ( 1 ), a cooling system ( 4 ) for cooling the methanation reactor and a controller ( 14 ), the at least one cooling parameter of the cooling system in dependence on at least one reaction parameter change and / or change of the catalyst state for adjusting the position of an evaporation zone ( 8th ), in which an aggregate state change of the cooling medium ( 5 . 5 ' ) from liquid to gaseous.
DE102014010055.3A 2014-07-07 2014-07-07 Process for operating a reactor Active DE102014010055B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014010055.3A DE102014010055B4 (en) 2014-07-07 2014-07-07 Process for operating a reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014010055.3A DE102014010055B4 (en) 2014-07-07 2014-07-07 Process for operating a reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102014010055A1 true DE102014010055A1 (en) 2016-01-07
DE102014010055B4 DE102014010055B4 (en) 2023-03-16

Family

ID=54865995

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014010055.3A Active DE102014010055B4 (en) 2014-07-07 2014-07-07 Process for operating a reactor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014010055B4 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019154982A1 (en) 2018-02-09 2019-08-15 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Methanation reactor and method
EP3632530A1 (en) 2018-10-01 2020-04-08 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) Methanation reactor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3513912A1 (en) * 1984-04-18 1985-10-24 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Process and installation for carrying out exothermal catalytic reactions
EP0241902A1 (en) * 1986-04-16 1987-10-21 Forschungszentrum Jülich Gmbh Process for the catalytic methanation of a synthesis gas containing carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, and methanation reactor
DE19952964A1 (en) * 1999-11-03 2001-05-10 Basf Ag Process for the catalytic gas phase oxidation to (meth) acrolein and / or (meth) acrylic acid
WO2011076315A2 (en) 2009-12-23 2011-06-30 Solar Fuel Gmbh Method for producing a methane-rich product gas and reactor system usable for that purpose

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008005334A1 (en) 2008-01-21 2009-07-30 Christian Vitek Thermoelectric generator for exhaust gas stream, is attached at waste gas flue, and thermoelectric transducer element is arranged, which converts thermal energy into electricity

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3513912A1 (en) * 1984-04-18 1985-10-24 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Process and installation for carrying out exothermal catalytic reactions
EP0241902A1 (en) * 1986-04-16 1987-10-21 Forschungszentrum Jülich Gmbh Process for the catalytic methanation of a synthesis gas containing carbon monoxide, carbon dioxide and hydrogen, and methanation reactor
DE19952964A1 (en) * 1999-11-03 2001-05-10 Basf Ag Process for the catalytic gas phase oxidation to (meth) acrolein and / or (meth) acrylic acid
WO2011076315A2 (en) 2009-12-23 2011-06-30 Solar Fuel Gmbh Method for producing a methane-rich product gas and reactor system usable for that purpose

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019154982A1 (en) 2018-02-09 2019-08-15 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Methanation reactor and method
EP3632530A1 (en) 2018-10-01 2020-04-08 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) Methanation reactor

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014010055B4 (en) 2023-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2516358B1 (en) Method for producing a methane-rich product gas and reactor system usable for that purpose
DE2710247C2 (en) Process for the synthesis of ammonia
EP3426601B1 (en) Method and system for producing a product gas under changing load conditions
EP2780491B1 (en) Method for operating an electrolysis system
DE19526886C1 (en) Methanol reformation giving high methanol conversion and low amts. of carbon mono:oxide
DE102012206541A1 (en) Method and arrangement for high-temperature electrolysis
DE102014010055A1 (en) Method for operating a reactor
DE102010014642B4 (en) Temperature control device and method for controlling the temperature of a tube bundle reactor
EP3416916B1 (en) Nh3 synthesis configuration for large-scale installations
EP2625476B1 (en) Process for heat integration by means of a refrigeration system
DE102008032156B4 (en) Method for controlling the temperature in a fuel cell system and fuel cell system
DE102018113737A1 (en) Process and reactor system for carrying out catalytic gas phase reactions
BE1029986B1 (en) Method for operating an ammonia plant and plant for the production of ammonia
WO2019149435A1 (en) Plug flow reactor and method for operating a plug flow reactor
WO2019149434A1 (en) Plug flow reactor and method for operating a plug flow reactor
EP1670746B1 (en) Method for controlling the reactor admission temperature during the production of methylamine
BE1030484B1 (en) Heat exchanger with integrated start-up heating
DE10238988B4 (en) Process for operating a hydrogen generating apparatus and apparatus for generating hydrogen
DE3513912A1 (en) Process and installation for carrying out exothermal catalytic reactions
WO2023209002A1 (en) Heat exchanger with integrated start-up heater
EP3165517B1 (en) Installation and method for the production of fatty alcohol
EP2825301A1 (en) Pipe bundle reactor with heat recovery from product gas
WO2023099743A1 (en) Method for operating an ammonia plant, and plant for producing ammonia
EP4269345A1 (en) Method and reactor for catalytic conversion of a feed stream
DE4336542C2 (en) Method and device for exchanging chemical reactors in chemical plants

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: HITACHI ZOSEN INOVA ETOGAS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: ETOGAS GMBH, 70565 STUTTGART, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: LEINWEBER & ZIMMERMANN PATENTANWALTS-PARTG MBB, DE

Representative=s name: LEINWEBER & ZIMMERMANN, DE

R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: HITACHI ZOSEN INOVA AG, CH

Free format text: FORMER OWNER: HITACHI ZOSEN INOVA ETOGAS GMBH, 70565 STUTTGART, DE

R020 Patent grant now final