DE19948585A1 - Verfahren und Anlage zur Methanolherstellung - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Methanolherstellung

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Abstract

Mit einem Verfahren zur Methanolsynthese aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid unter Druck mit wenigstens einer Synthesestufe, die wenigstens einen katalysatorgefüllten Methanolreaktor enthält, wobei bei mehreren Stufen wenigstens eine Stufe mit einem Verdichter ausgestattet ist und mit einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens, sollen die genannten Nachteile überwunden und insbesondere die Ausbeute unter besonderer Berücksichtigung der veränderlichen Katalysatoraktivität erhöht werden. DOLLAR A Dies wird verfahrensmäßig dadurch erreicht, daß in zumindest einer Synthesestufe das für den Einsatz in einem katalysatorgefüllten Methanolreaktor bestimmte Gasgemische direkt vor Zugabe in besagtem Methanolreaktor in einem zusätzlichen Trimerhitzer aufgeheizt wird, wobei sich eine entsprechende Anlage dadurch auszeichnet, daß in wenigstens einer Synthesestufe (Fig. 1) ein Trimerhitzer (5) zur Erwärmung des den Methanolreaktor (10) unmittelbar beaufschlagenden Gasgemisches vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Methanol­ synthese aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid unter Druck mit wenigstens einer Synthesestufe der im Ober­ begriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung sowie auf eine entsprechende Anlage.
Es sind eine Reihe von Anlagen bzw. Verfahren zur katalyti­ schen Methanolsynthese bekannt, wobei für die Fülle der Lö­ sungen hier als Beispiel die DE 21 17 060, DE 25 29 591, DE 32 20 995, DE 35 18 362, US 29 04 575 und vor allem die DE 41 00 632 genannt seien.
Wie in der DE 41 00 632 beschrieben, ist es dabei besonders vorteilhaft, mehrere Synthesestufen mit Reaktoren einzu­ setzen, deren erzeugtes Methanol auszukondensieren, vom Syn­ thesegas abzuscheiden, und nach jedem einzelnen Reaktor als separaten Methanol-Produktstrom abzuziehen. Bei der Abküh­ lung des die Reaktoren verlassenden Methanol-Synthesegas-Ge­ misches ist es wirtschaftlich, die abzugebende Wärme wenigs­ tens zum Teil dazu zu nutzen, die Eintrittsströme in die je­ weiligen Reaktoren mittels Gas/Gas-Wärmetauschern zuvor auf­ zuwärmen.
Als nachteilig stellte sich im langjährigen Betrieb jedoch heraus, daß sich das üblicherweise in den Methanolreaktoren eingesetzte Katalysatormaterial in seiner Aktivität im Laufe der Zeit derart verändert, daß immer höhere Reaktortempera­ turen erforderlich werden, um eine optimale Ausbeute zu er­ reichen und wobei allerdings in den Zonen nach den Gasein­ trittsbereichen der Reaktoren solche höheren Reaktortempera­ turen nach einiger Zeit nicht mehr erreichbar sind. Aufgrund des verringerten Reaktionsumsatzes wird sowohl weniger Methanol als auch weniger Dampf produziert, der bei der Küh­ lung der Methanolreaktoren üblicherweise als Koppelprodukt anfällt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu überwinden und insbesondere die Ausbeute unter besonderer Berücksichtigung der veränderlichen Katalysatoraktivität zu erhöhen.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruches 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, daß in zumindest einer Synthesestufe das für den Einsatz in einem katalysatorgefüllten Methanolreaktor bestimmte Gasgemisch direkt vor Zugabe in besagten Methanolreaktor in einem zu­ sätzlichen Trimerhitzer aufgeheizt wird.
Ausgestaltungen der Erfindung bestehen u. a. darin, daß
  • - die Temperatur des für den Einsatz in den katalysatorge­ füllten Reaktoren bestimmten Gasgemisches nach seiner Er­ hitzung durch den zusätzlichen Trimerhitzer gemessen wird, die Wärmezufuhr des zusätzlichen Trimerhitzers geregelt werden kann, und
  • - der zusätzliche Trimerhitzer mit einem Fremdmedium, z. B. Dampf, beheizt wird.
Der Hauptvorteil einer solchen Vorgehensweise liegt darin, daß bei nachlassender Katalysatoraktivität eine Nachregelung der Reaktoreintrittstemperatur möglich ist und daher stets eine optimale Ausbeute erreicht werden kann. Überraschender­ weise zeigte sich auch, daß der Gas/Gas-Wärmetauscher, der den austretenden Strom aus dem Reaktor gegen den eintreten­ den Strom abkühlt, deutlich kleiner dimensioniert werden kann, weil die erforderliche Sicherheitsreserve dem Trimer­ hitzer zugerechnet werden kann.
Da ein beispielsweise dampfbeheizter Trimerhitzer vielfach bessere Wärmeübertragungseigenschaften als ein Gas/Gas-Wär­ metauscher besitzt, ergibt sich unter dem Strich sogar eine Einsparung an Investitionskosten. Außerdem zeigte sich, daß die im Trimerhitzer über die Katalysatorlebensdauer einzu­ setzende Dampfmenge kleiner ist als der Verlust an Koppel­ produkt für den Fall von Einbußen aufgrund verringerten Reaktionsumsatzes. Somit erhöht sich trotz des zusätzlichen Dampfbedarfs unter dem Strich die erzeugte Menge an Dampf. Außerdem zeigte sich, daß sich der Inbetriebnahmezeitraum einer solchen Anlage erheblich verkürzen läßt, wenn Trimer­ hitzer als Starterhitzer verwendet werden können.
Die oben angegebene Aufgabe wird mit einer Anlage der gat­ tungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß in wenigstens einer Synthesestufe ein Trimerhitzer zur Erwärmung des den Metha­ nolreaktor unmittelbar beaufschlagenden Gasgemisches vorge­ sehen ist.
Weitere Ausgestaltungen der Anlage ergeben sich aus den wei­ teren Anlageansprüchen, wobei die diesen Anlagen zuzuordnen­ den Vorteile mit den Vorteilen des entsprechenden Verfahrens übereinstimmen.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in vereinfachter Darstel­ lung eine von ansonsten mehreren in der Regel identisch auf­ gebauten Stufen einer Methanolsyntheseanlage.
Zur Verdichtung des mit 1 bezeichneten Einsatzgases ist ein Verdichter 2 vorgesehen, wobei im weiteren Gasweg ein Gas/Gas-Wärmetauscher 3 zur Vorwärmung des Einsatzgases vorgesehen ist.
Das so vorgewärmte Gas wird über die Leitung 4 einem Trimer­ hitzer 5 zugeführt, der das Einsatzgas 1 auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Zur Messung der Temperatur ist in der Zuführleitung 6 eine Temperaturmess- und -regeleinrichtung 7 vorgesehen, wobei mittels eines Dampfregelventiles 8 die Dampfzufuhr 9 so geregelt wird, daß stets eine optimale Gas­ eintrittstemperatur im katalysatorgefüllten Methanolreaktor 10 eingestellt werden kann.
Im katalysatorgefüllten Methanolreaktor 10 reagiert das Ein­ satzgas unter Wärmeentwicklung, die Reaktionswärme wird ge­ nutzt, um Dampf 12 aus Speisewasser 11 zu erzeugen. Das heiße Produktgas 13 gibt einen Teil seiner Wärmeenergie im Gas/Gas-Wärmetauscher 3 ab, das im Reaktor erzeugte, gasför­ mige Methanol wird im Methanolkondensator 14 aus dem Synthe­ segas auskondensiert, im Kondensatabscheider 15 vom Synthe­ segas abgetrennt und als Produkt-Methanol 16 abgeführt. Das verbleibende Synthesegas 17 kann in der nachfolgenden Stufe weiterverwendet werden.
Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Er­ findung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann beispielsweise der Trimerhitzer ggf. zweistufig ausgebildet sein und dergl. mehr.

Claims (6)

1. Verfahren zur Methanolsynthese aus Wasserstoff, Kohlen­ monoxid und Kohlendioxid unter Druck mit wenigstens einer Synthesestufe, die wenigstens einen katalysatorgefüllten Methanolreaktor enthält, wobei bei mehreren Stufen wenig­ stens eine Stufe mit einem Verdichter ausgestattet ist und wobei alle Synthesestufen mit eigenem Produktabzug für Methanol und eigenem Gas/Gas-Wärmetauscher zur Übertragung von Wärmeenergie des den Methanolreaktor verlassenden Gas­ gemisches an das zum Einsatz im Methanolreaktor vorgesehene Gasgemisch ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einer Synthesestufe das für den Einsatz in einem katalysatorgefüllten Methanolreaktor bestimmte Gasge­ misch direkt vor Zugabe in besagten Methanolreaktor in einem zusätzlichen Trimerhitzer aufgeheizt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des für den Einsatz in einem katalysator­ gefüllten Methanolreaktor bestimmte Gasgemisch nach seiner Erhitzung durch den Trimerhitzer gemessen wird.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr des Trimerhitzers geregelt werden kann.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trimerhitzer mit einem Fremdmedium, vorzugsweise Dampf, beheizt wird.
5. Anlage zur Methanolsynthese, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Synthesestufe (Fig. 1) ein Trimer­ hitzer (5) zur Erwärmung des den Methanolreaktor (10) unmit­ telbar beaufschlagenden Gasgemisches vorgesehen ist.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Trimerhitzer (5) in der Zuführleitung (6) eine Temperaturmess- und -regeleinrichtung (7) nachgeordnet ist.
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