DE2549439A1 - Verfahren zur herstellung von methanreichen gasen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von methanreichen gasenInfo
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Description
P.O. Box 49, DK-2860 S^borg
"betreffend
Verfahren zur Herstellung von methanreicfaen Gasen,
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
methanreichen Gases durch"Methanisierung". Erfindungsgemäß
werden Kohlenstoffoxide und Sauerstoff in Anwesenheit eines
Katalysators zu Methan umgesetzt. Inbesonaere "betrifft die
Erfindung ein Verfahren zur Methanisierung eines Gases mit hoher Konzentration an Kohlenstoffoxiden.
Methanisierungsverfahren werden seit mehreren Jahren
"benutzt, um Spuren von Kohlenstoff oxiden aus Synthesegasen auf der Grundlage von Ammoniak zu entfernen. In letzter Zeit
sind solche Verfahren von immer steigender Wichtigkeit für die Herstellung von methanreichen Gasen, die sich als Ersatz
für Naturgas eignen, geworden. Man kann auf die V/eise feste und flüssige fosile Brennstoffe, wie Kohle und Erdöl, durch
Vergasen und anschließendes Methanisieren in Ersatzstoffe für Erdgas überführen.
Bei derartigen Methanisierungsverfahren nähert sich die Bildung von Methan aus Oxiden des Kohlenstoffs und Wasserstoff
— 2 —
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in Anwesenheit eines Katalysators rasch einem Gleichgewicht und verlauft^ nach einer oder "beiden der folgenden Reaktionsschemen:
(1) CO + 3H9-^-CH, + H9O
(2) GO9 + 4H9->GH, + 2H9O
v ' Zd 4 2
Es ist nicht besonders wichtig, zu wissen welche der obigen beiden Reaktionen schneller verläuft, da sich bald wie folgt
ein Gleichgewicht zwischen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid einstellen wird:
(3) CO + H2O -*■ CO2 '+ H2
Die"eigentliche Umsetzung bei der Methanbildung nach
Reaktion (1) oder (2) oder beiden ist stark exothermisch, weshalb sich die Temperatur des Reaktionsgemisches und der Produkte
während des Durchgangs durch ein Katalysatorbett in einem adiabatischen Reaktor erhöht. Andererseits verschiebt die ansteigende Temperatur das Gleichgewicht gegen eine geringere
Methankonzentration. Eine vollständige oder annähernd vollständige Umsetzung ist daher nur möglich,wenn der Temperaturanstieg
durch Kühlen des Reaktionsgases auf eine oder die andere V/eise, z.B. durch Zurückleiten von gekühltem Produktgasjbeschränkt wird.
Man hat denn auch bisher gekühltes Produktgas zurückgeleitet, um den Temperaturanstieg in einem adiabatisch betriebenen Methanisierungsreaktor
zu verringern. So hat man das erzeugte Gas beispielsweise auf etwa 500C oder weniger gekühlt und ihm, bevor
man es zurückleitete, das Wasserdampfkondensat entzogen. Das Kühlen auf so niedrige Temperaturen ist insofern nötig, da man
sonst zum Zurückleiten keinen konventionellen Kompressor verwenden könnte. Leider führt jedoch ein so vollständiges Abkühlen des
Gases vor dem Zurückführen zu einer schlechten Energieausbeute
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"■ 3 —
bei der Methanisierung.
Kühlt man das zurückzuführende Gas andererseits nur wenig, so müßte der Kompressor einem Arbeiten bei hohen Temperaturen
von z.B. 30O0C angepaßt werden. Bei so hohen Temperaturen wäre
dann die Energiebilanz besser, da sich Icein Wasserdampf kondensieren
würde und man die beim Kühlen entzogene Wärme zur Heißdampfproduktion
ausnützen könnte. Ein einfacher und doch sicherer Kompressor für Temperaturen von wesentlich mehr als 150° ist jedoch
kaum bekannt und wäre in jedem Fall kompliziert und teuer. Insofern würde das Zurückführen des produzierten Gases mit einer
Temperatur von 300° zu ernsthaften Problemen hinsichtlich des Kompressors fuhrenJl)er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Methanisierungsverfahren bereitzustellen , bei dem der Reaktor durch Zurückleiten von gekühltem Produktgas kühler gehalten wird
ohne daß eine Wasserdampfkondensation stattfindet und ohne Verwendung eines Kompressors. Das erfinaungsgemäße Verfahren zur
Herstellung von methanreichem Gas, bei welchem ein Methan-Synthesegas
gemeinsam mit einem Strom von heißem zurückgeführten Produktgas adiabatisch durch mindestens ein Katalysatorbett geleitet wird,
ist dadurch gekennzeichnet, daß der zurückzuführende Gasstrom von dem Strom des Produktgases abgezweigt wird, nachdem dieser
auf eine Temperatur über dem Konciensationspunkt des Produktgases gekühlt wurde, und daß der Strom von zurückzuführendem Gas mit
Hilfe eines Ejectors zurückgeführt wird.
Im Einzelnen verläuft das erfindungsgemäße Verfahren wie
folgt: Zwecks Erzeugung eines methanreichen Gases in einem oder mehreren adiabatisch betriebenen Methanisierungsreaktoren vereinigt
man einen Zufuhrstrom aus vorgewärmtem Methan-Synthesegas, der Wasserstoff und Kohlenstoffoxide, insbesondere Kohlenmonoxid,
enthält mit einem zurückgeführten Strom des im Methanisierungsreaktor
erzeugten Gases und leitet die vereinigten Ströme durch ein im Methanisierungsreaktor angeordnetes Bett aus einem Methanisierungskatalysator;
den aus dem Reaktor austretenden Strom teilt
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man in einen zurückzuführenden Teilstrom und in einen Teilstrom
aus Produktgas auf, der entweder der weiteren Verarbeitung zugeführt
wird oder auch aufgefangen und zum unmittelbaren Ge"brauch,
z.B. als Ersatz für Erdgas, gekühlt werden kann.,
Das beabsichtigte Ziel kann erfincmngsgemäß erreicht werden,
wenn der Methanisierungsreaktor so betrieben wird, daß der austretende
Strom eine Temperatur von 500 bis 70Q°C hat, worauf er dann auf eine Temperatur zwischen 250 und 350° abgekühlt wird,"
so daß eine Temperatur, je nach seiner Zusammensetzung und dem
tatsächlich herrschenden Druck, mindestens 500C über dem Taupunkt
(d.h. der Kondensationstemperatur des in dem Abgasstrom anwesenden
Wasserdampfs) liegt. lfacb|lem Kühlen wird der zurückzuführende.
Teilstrom von dem Abgasstrom abgezweigt und ohne weitere Behandlung
mit dem zuzuführenden Frischgas vereinigt.
Das erfinüungsgemäße Verfahren umfaßt demnach praktisch
folgende Stufen:
(a) Man führt einem Methanissierungsrealctor einen Strom von vorgewärmtem,
zur Methanisierung geeignetem Synthesegas mit einem Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxid ( oft auch Kohlendioxid)
zu, der vereinigt ist mit einem Strom aus rückgeführtem Gas und durch das Katalysatorbett geleitet wird;
(b) man betreibt den Methanisierungsreaktor so, daß das abströmende
Gas eine Temperatur zwischen 500 und 7000C hat; ■
(c) Wan kühlt das abströmende Gas auf eine Temperatur zwischen 250 und 350°, die jedoch bei dem herrschenden Druck der betreffenden
Zusammensetzung des Gasstroms mindestens 50 C über dem Taupunkt liegt;
(d) nach dem Kühlen des abströmenden Gasstroms zweigt man daraus
das zurückzuführende Gas ab und vereinigt es ohne weitere Behandlung
mit dem zuzuführenden Frischgas;
(e) das übrigbleibende, aus dem Reaktor abströmende Gas wird gekühlt
und als eigentliches Endprodukt der Verwendung zugeführt.
- 5 - . 609820/1185 .
Erfindungsgemäß ist es sehr zweckmäßig, den zurückzuführenden
Anteil aus dem abströmenden Gasstrom mit Hilfe eines Ejectors abzuziehen.
Das Abziehen kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden: Erstens kann man erfindungsgemäß den zurückzuführenden Teilstrom
aus dem abströmenden Gas mit Hilfe eines Ejectors abspalten, der durch den Frischgasstrom angetrieben wird. Zweitens kann man
erfinaungsgemäß zum Abziehen des zurückzuführenden Gases auch einen mit Dampf angetrieben Ejector benützen. In beiden Fällen
ist es von Vorteil und daher ein Merkmal des erfindungsgemäßen
Verfahrens, wenn man den Frischgasstrom auf eine Temperatur vorwärmt, die ungefähr der Temperatur entspricht, auf welche das
abströmende Gas gekühlt wird, bevor man daraus den zurückzuführenden Gasstrom abspaltet.
Als für das erfindungsgeraäße Methanisierungsverfahren geeigneter
Synthesegas erwies sich ein Gas/dessen Zusammensetzung im trockenen
Zustand in Volumenprozent wie folgt war: 10-50$ Kohlenmonoxid,
0-35$ Kohlendioxid, 40-80$ Wasserstoff und verschiedene Konzentrationen
an Methan, wobei der Methananteil von der Quelle für das Synthesegas abhängt.
Gase mit einem Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxid v/erden in größeren Mengen gewonnen durch Vergasen von Kohle und Heizöl.
Dabei wird die Kohle bzw. das Heizöl bei hohen Temperaturen mit oxidierenden Gasen, die neben Sauerstoff und luft gegebenenfalls
Wasserdampf enthalten, oxidiert. Das dabei erhaltene Rohgas muß, je nach seiner Zusammensetzung, verschiedenen Behandlungen unterworfen
werden, bevor es sich zur Verwendung als Methansynthesegas eignet. Normalerweise muß es von Staub, Teerprodukten, Feststoffen,
Schwefelverbindungen usw. gereinigt werden.
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Weicht die Zusammensetzung des Rohgases weit von dem zur
Methanbildung führenden stöchiometrischen Verhältnis ab, so war es "bisher nötig, zwecks Anpassung der G-aszusammensetzung das
Kohlenmonoxid gemäß dem Reaktionsschema (3) mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff umzusetzen und dem Gasstrom das Kohlendioxid
und den Wasserdampf ganz oder teilweise zu entziehen. Demgegenüber
"besteht ein Vorteil des erfinuungsgemäßen Verfahren darin, .daß
es hinsichtlich der Zusammensetzung des Methansynthesegases recht flexibel ist. Diese Anpasungsfähigkeit "beruht teilweise darauf,
daß das Verfahren so gelenkt werden kann, daß die Kohlenmonoxidumsetzung im Methanisierungsreaktor gleichzeitig mit der Methanisierung
-selbst stattfindet und teilweise darauf, daß ein heißes Rückführungsgas verwendet wird. Auf diese Weise wurde es möglich,
Abweichungen von der stöchiometrischen Zusammensetzung dadurch auszugleichen, daß man die Konzentration des in dem Methansynthesegas
anwesenden Wasserdampfs variiert. Der Zusararaensetzungsbereich für ein verwendbares Synthesegas ist daher beim erfinaungsgemäßen
Verfahren wesentlich weiter als bei den bekannten Verfahren, wodurch die Wirtschaftlichkeit wesentlich verbessert wird.
Will man ein Produkt herstellen, das dem Erdgasjäquivalent,
d.h. reich an Methan ist, so geht man beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise von einem Methansynthesegas aus, das einen
leichten Überschuß an Oxiden des Kohlenstoffs aufweist. Wählt man entsprechende Arbeitsbedingungen, so erscheinen im Endprodukt
diese überschüssigen Oxide als Kohlendioxid, das sich leicht entfernen läßt.
Die Methanisierungsreaktionen werden katalysiert durch verschiedene,,
auf entsprechenden Trägern angeordnete Metalle, wie u.a. Kobalt, Rhodium, Palladium, Platin, Ruthenium und vorzugsweise
Wickel. So besteht ein brauchbarer Methanisierungskatalysator im wesentlichen aus reduziertem (d.h. metallischem) Nickel auf einem
Träger. Ein derartiger Katalysator kann hergestellt werden durch
— Y —
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Tranken des Trägers mit einer zersetzlichen Mc keilverbindung oder
dadurch, daß man eine zersetzliche Nickelverbindung gemeinsam mit
dem Träger ausfällt. Die Nickelverbindung wird dann zunächst durch Calcinieren in Nickeloxid überführt, das dann vor oder während des
Methanisierungsprozesses zu metallischem Nickel reduziert wird.
Ein für das erfindungsgemäße Methanisierungsverfahren bevorzugter
Katalysator besteht aus Nickel oder Nickeloxid, zusammen mit einem tonerdehaltigen Träger. Besonders geeignet sind Katalysatoren,
die im wesentlichen aus Nickeloxid und Tonerde/Zirconoxid als Trägermaterial bestehen. Derartige Katalysatoren, bei denen
Nickeloxid teilweise in chemischer Verbindung mit Aluminiumoxid vorhanden ist, können hergestellt werden mit Hilfe des im Patent
(Patentanmeldung P 25 29 316.7) beschriebenen Verfahrens. Das vorliegende Verfahren ist jedoch nicht auf die Verwendung eines
derartigen Katalysators beschränkt, sondern man kann je&n Nickelkatalysator,
der bei Temperaturen von etwa 30O0C ein—e gute Aktivität
und bei Temperaturen von mehr als 6000C eine gute Beständigkeit
aufweist, verwendenr
Der Katalysator wird in einem Reaktor mit festgelegtem Katalysatorbett
angeordnet. Der Reaktor kann ein zylindrisches Gefäß mit großem Durchmesser sein und das Gas kann von unten nach oben
oder vorzugsweise von oben nach unten in axialer Richtung durch das Katalysatorbett hindurchstreichen. Sollte der Druckabfall beim
Durchstreichen des Katalysatorbettes eine störende Rolle spielen, so kann es zweckmäßig sein, den Katalysator in einem ringförmigen
Bett anzuordnen, durch welches dann das Gas in radialer Sichtung von innen nach außen oder von außen nach innen hindurchstreicht.
Bei den meisten bekannten Verfahren muß im Methanisierungsreaktor
gekühlt werden und für diesen Zweck wurden schon verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen. Gemäß einem dieser Vorschläge
unterteilt man das Katalysatorbett in mehrere Abschnitte und bewirkt das Kühlen entweder durch Einleiten des kalten Synthesegases
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zwischen die Abschnitte oder dadurch,, daß man das Produkt aus
dem einen Abschnitt abzieht und kühlt, bevor man es= in den, folgenden
Abschnitt einleitet. Fach einem anderen Torschlag baut
in das Katalysatorbett eine Anzahl Rohre ein, durch die man dann
ein flüssiges Kühlmedium leitet« Be ist leicht einzusehen, daß
ein nach solchen Torschlägen konstruierter Methanisierungsreaktor
in seinem Bau und im Betrieb wesentlich komplizierter ist als
der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete« Barin besteht
zum Teil die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Arbeitsweise über
die bekannten Verfahren.
In der Zeichnung stellen die ]?ig.1 und 2 Reaktionsschemata
dar, aus denen hervorgeht, daß mit ansteigendem Druck die Neigung
zur Verschiebung des Gleichgewichts gegen hohe Methankonzentrationen zunimmt. Es ist daher von Vorteil, wenn man das Methanisierungsverfahren
bei hohen Drücken durchführt. Allerdings können für die Wahl des Arbeitsdrucks auch noch andere Überlegungen
maßgebend sein. Normalerweise betreibt man das Verfahren daher entweder bei dem Druck, bei welchem das Methansynthesegas verfügbar
ist oder aber bei dem Druck, den das Endprodukt haben soll. Soll das erzeugte Gas ein synthetischer Ersatz für Erdgas sein,
so erzeugt man es vorzugsweise bei einem Druck, der dem in den Erdgasleitungen herrschenden Druck von etwa 50 bis 90 Atmosphären
entspricht. Steht jedoch das zur Methansynthese zu verwendende Frischgas bei einem niedrigeren Druck zur Verfügung, so kann das
erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem solchen niedrigeren Druck,
z.B. bei etwa 20 bis 40 Atmosphären durchgeführt v/erden.
Beim Einführen in den Methanisxerungsreaktor wird der Strom aus Synthesegas vereinigt mit einem rückgeführten Strom von
heißem Proauktgas. Die Temperatur der vereinigten G-asströme sollte
möglichst niedrig gehalten werden, muß jedoch hoch genug sein, um die Methanisierungsreaktionen einzuleiten, wenn die vereinigten
Gasströme mit dem Katalysator in Berührung kommen. Eine geeignete
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- 9 - · Einleitungsteaiperatur liegt zwischen 250 und 35O0C.
Das Verhältnis von rückgeführtem Gas zu Frischgas im einzuleitenden Gasstrom sollte rait Rücksicht auf die Zusammensetzung
des Jrischgases so gewählt werden, daß man am Reaktorausgang eine Gastemperatur zwischen bOO unci 700 C hat.
Bei der Wahl des Rückführungs-verhältnisses ist das Risiko
einer Kohleausscheidung zu "berücksichtigen. Dies "bedingt zwar
ziemlich komplizierte Berechnungen, jedoch sind ausreichende thermodynamisch^ Daten verfügbar, so daß man die Wahrscheinlichkeit
einer Kohlebildung "bei den gewählten Arbeitsbedingungen verhältnismäßig gut abschätzen kann. In diesem Zusammenhang
liegt ein wichtiger "Vorteil des erfinaungsgemäßen Verfahrens
darin, daß es ebenso gut mit wie ohne zusätzlichen Wasserdampf im zugeführten Synthesegas betrieben werden kann, da man durch
Zusatz einer gewissen Menge an Wasserdampf auch dann eine Kohler ausscheidung wirkungsvoll vermeiden kann, wenn dieses Risiko
sonst bestehen würde.
Will man ein Gas mit hohem Methangehalt herstellen, so
können dazu mehrere in Serien geschaltete Methanierungsreaktionen nötig sein. Das aus dem ersten Reaktor kommende Gas wird dann
gekühlt bis es die Temperatur hat, bei der es in den zweiten Reaktor eingeleitet wird, worin es der weiteren Methanisierung
unterworfen wird. Auch in den zweiten und in die folgenden Reaktoren
kann Produktgas zurückgeführt werden; dies ist jedoch normalerweise nicht nötig, da der Temperaturanstieg in diesen Folgereaktoren
nur mäßig ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird daher
vorzugsweise nur im Zusammenhang mit dem ersten Methanisierungsreaktor angewandt und die Weiterbehandlung des in diesem ersten
Reaktor erzeugten Gases in den lolgereaktoren oder anderen Vorrichtungsteilen
stellt keinen wesentlichen Teil der Erfindung dar.
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Ein wesentliches Merkmal des erfinüungsgemäßen Verfahrens
"besteht dagegen darin, daß man zum Zurückleiten des heißen IProduktgases in den Methanisierungsreaktor einen Ejector verwendet.
Das Zurückführen eines Gasstroms, der auf eine Temperatur gekühlt ist, die noch hoch genug ist, um die Kondensation
von Viasserdampf zu vermeiden, ist insofern von Vorteil, da hiermit eine bessere Energieausnützung erreicht wird als "bei
Verfahren, bei denen das Rückführungsgas auf Temperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur gekühlt werden muß. Zum Zurückführen
des heißen G-asstroras bestehen mehrere Möglichkeiten,
jedoch wurde gefunden daß es einen beträchtlichen Vorteil bedeutet, wenn man für diesen Zweck einen Ejector verwendet* Die Ausführungsform eines bei hohen Temperaturen und Drucken und mit wechselnder
Kapazität arbeitenden Ejectors ist verhältnismäßig einfach und mit keinen besonderen Kosten verbunden. Insofern trägt, außer
der besonders günstigen Energieausnutzung, die Verwendung eines Ejectors ebenfalls zur Verbesserung der Y/irtschaftlichkeit des
Methanisierungsverfahrens bei. Ein besonderer Vorteil des vorliegenden
Verfahrens besteht darin, daß der Ejector entweder durch das der Methansynthese dienende Gas selbst oaer, falls
ein Dampfzusatz nötig ist, durch Druckdampf betrieben werden kann.
Jede dieser Ausführungsformen hat "besondere Vorteile und sie seien
nun anhand der Zeichnung beschrieben, in der die Figureni und Fließschemata der bevorzugten Durchführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens darstellen.
Das in Fig.1 wiedergegebene !Fließschema bezieht sich auf eine
Durchführungsform,bei welcher der Ejector durch das Synthesegas
selbst angetrieben ..wird, während das Fließschema nach E-ig. 2
sich auf eine Durchführungsform bezieht, bei welcher der Ejector durch zugesetzten Hochdruckdampf betrieben ist, der entweder
bei der Methanisierung selbst erzeugt wurde oder aus anderen Quellen stammt. In beiden Figuren ist das Fließschema insofern
vereinfacht als Einzelheiten, wie Einblaseinrichtung für das Gas, Kompressoren, Details von Kühl-, Heiz- und Siedeeinrichtungen
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sowie Hilfseinrichtungen zum Messen der Temperatur, des Druckes,
des Durchflusses usw. weggelassen sind. Die Ergänzung der dargestellten I1UeBschemata durch solche zusätzliche Einzelheiten kann
dem Fachmann überlassen "bleiben. Dies gilt "besonders auch für
die Ausgestaltung des Verfahrens und der einzelnen Vorrichtungsteile
im Blick auf wirtschaftliche Vorteile.
Gemäß Eig.1 wird ein Strom 1 eines zur Methansynthese
bestimmten Gases, der unter erhöhtem Druck zur Verfugung steht,
in den YJarmeaustauschem2 und 3 mit Hilfe der aus den MethanisierungE
reaktoren 6 bzw. 10 (1. und 2*Reaktor) austretenden Produktgasströme
auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Im Ejector 4
wird der Synthesegasstrom mit einem zurückgeführten Gasstrom 5 vereinigt, der aus dem Gasstrom abgezweigtjwurde, der aus dem
Methanisierungsreaktor 6 abströmte. Um für den Ejector die zum Abzraigen des Stroms 5 an Rückführungsgas notwendige Antriebskraft
bereitzustellen, muß der Synthesegasstrom bei einem Druck zur Verfügung stehen, der etwa höher ist als der am Einlaß des
Methanisierungsreaktors notwendige Druck.
Die vereinigten Ströme aus Synthesegas 1 und aus Rückführungsgas 5 treten über Leitung 16 in den ersten Methanisierungsreaktor
ein und passieren dort das Katalysatorbett 7. Das aus dem ersten Methanisierungsreaktor 6 als Strom 8 ausströmende Gas, dessen
Temperatur aufgrund der exothermischen Reaktionen entsprechend angestiegen ist, wird im Wärmeaustauscher 9 gekühlt, der als
Generator für Hochdruckdarapf betrieben wird. Nach Abziehen des
zurückzuführenden Gasstromes 5 wird der Produktgasstrom aus dem ersten Reaktor im Wärmeaustauscher 2 weitergekühlt und passiert
dann im zweiten Methanisierungsreaktor 1^ das Katalysatorbett
Das aus dem zweiten Methanisierungsreaktor 10 austretende Produktgas wird in den Wärmeaustauschern 3 und 13 gekühlt. Der
Wasserdampf wird im Separator 14- abgetrennt und das Endprodukt wird als Gasstrom 15 erhalten.
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In Pig.2 entsprechen die meisten Teile der Pig.1 und tragen
daher auch die gleiche Nummerierung. Es seien daher nur die Unterschiede "beschrieben, die sich daraus ergeben, daß der Ejector
durch hochgespannten Via ss er dampf angetrieben wird. Der zum Antrieb
des Ejectors zugeführte Dampf wird unter hoher Spannung im Wärmeaustauscher 9 bereitet, aus dem er .über Leitung 17 eiern
Ejector zugeführt wird. Der zur Methansynthese notwendige Gasstrom 1 wird unmittelbar über Leitung 16 dem ersten Methanisierungsreaktor
zugeleitet und in diesem Pail ist im Gegensatz zur Durchführungsform
nach Fig. 1 kein Überdruck notwendig.
Die in der Tabelle dargestellten 8 Beispiele dienen der
näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durchgeführt
wird mit Hilfe von Synthesegasen verschiedener Zusammensetzung, wobei der Ejector in den Beispielen 1, 2, 3 und 6. durch
das Synthesegas selbst und in den Beispielen 4, 5, 7 und 8 durch hochgespannten Wasserdampf angetrieben wird.
Das bei einigen der Beispiele (insbesondere bei Beispiel 2, und 4)als Produkt erhaltene Gas enthält noch etwas Wasserstoff
und Kohlendioxid. Wenn daher eine Methankonzentration über 90 YoI.-$
erzielt werden soll, unterwirft man den aus dem zweiten Methanisierungsreaktor kommenden Gasstrom 12 nach Kühlen auf 250 - 3000C
einer weiteren Methanisierung in einem dritten Reaktor. Da jedoch dieser Schritt kein Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist, ist er in den Pließschemen (Pig. 1 und 2) nicht dargestellt. Bei den übrigen Beispielen ( Beispiel 1, 5 , 6,7, und 8) liegt die
Methankonzentration entweder über 90 Vol.-$ oder sie kann einfach durch Entzug von Kohlendioxid auf diese Höhe gebracht werden. Dies
gilt insbesonuere für Beispiel 5 und 8, bei denen man durch Entzug des Kohlendioxides Gase mit 97,5 bzw. 94,5$ Methan erhalten
kann.
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O CD OO PO O
Beispiel Nr.
greibmedium für Ejector
greibmedium für Ejector
Synthesegasstrom 1:
Geschwindigkeit in Ifar/h Druck in atm.abs.
Temperatur in 0G Zusammensetzung: YoI.°,o H9
f CO
Yol.jS CO9
YoI.5$ CHf VoL^H9 O^
YoI. c/o inerte Bestandteile
Φ Sl | bei | 1 e | 000 | 3 | 000 | 4 | LfN | 000 | 6 | r000 | 7 | 000 | 8 | 000 | |
1 | 2 | Gas | Dampf | Dampf | Gas | • | |||||||||
Gas | Gas | 100, | 100,000 | 100, | 100 | ||||||||||
100 | ,000 | 100, | 1 1 1 0 .0 .7 |
30 | 8 .4 .7 .1 .0 .0 |
30 | 30 | O O 00 H OO OO | 30 | .7 .1 .1 .1 .0 .0 |
• Dampf | 7 1 1 .1 .0 .0 |
Dampf | 0 0 0 0 .0 .0 |
|
74 | 36 | 300 | 300 | 300 | 300 | 100, | 100, | ||||||||
300 | 300 | 66 19 2 11 0 0 |
66.8 19.4 2.7 11.1 0.0 0.0 |
49. 49. 0 0 0 0 |
48 16 0 3.5 0 0 |
30 | 30 | ||||||||
48 16 0 35 0 0 |
.7 .1 " .1 .1 .0 .0 |
75. 24. 0 . o 0 0 |
300 | 300 | |||||||||||
48. 16 0 35 0 0 |
40. 20. 28 11 0 1 |
||||||||||||||
Eintr. in den Reaktor 6: | in lTm3/h • |
250,000 71 300 |
400,00 29 300 |
300,000 26 3.QO |
313,686 30 300 |
636,800 30 300 |
300,000 26 300 |
210,000 30 300 |
355 30 300 |
Geschwindigkeit Druck in atm.abs !Temperatur in C |
Yol.fo H9 VoI ¥a Cn |
25.9 6.7 |
34.1 6.8 |
36.8 7.6 |
34.5 6.9 |
12.5 8.5 |
23.6 5.6 |
32.0 8.2 |
15 6 |
Zusammensetzung: | V KJ -L · /& \J \J YoI.% CO9 VoI ^a CH |
1.4 55.4 |
3.2 29.2 |
4.2 33.5 |
4.0 26.5 |
22.4 23.0 |
1.6 57.3 |
1.8 42.8 |
29 10 |
ΛΓηΊ c' fj fh | 10.6 | 25.8 | 17.9 | 28.1 | 33.6 | 11.9 | 15.2 | 28 | |
V UJ- . /O jtlpLi Vol.fo inerte Be |
0.0 | 0.9 | 0.0 | 0.0 | O. Ό | 0.0 | 0.0 | 0 | |
standteile | |||||||||
8 aus Reaktor 6: | |||||||||
Abströmendes Gas |
Geschwindigkeit in !Temperatur in 0C Zusammensetzung: YoI.# E0
Vol./, 06
Vol.5
if s"
356,470 601
20.5 1.0
4.1 •38.9 34.5 1.0
264,390 279,200 591,500 272,000 186,060 308,790 606 518 530 602
21.7 1.7 4.9 44-8
26.9 0.0
20.7
1.1
5.0
35.9
37-3
0.0
6.1
1.1
28.3
28.7
35-8
0.0
11.0 0.4 2.3
68.6
17-7 0.0
18.4 1.2
3.7 54.8
21.9 0-0
Ia I) e 11 e - Fortsetzung
Beispiel Nr. | in Hm | Austri | 1 | 68,271 | Bestandteile | in ITm | ir Öl · | 15: | 52,555 | 2 | 000 | 3 | 000 | 4 | 000 | 5 | 500 | 6 | 000 | 7 | 000 | 8 | 130 | ro in |
|
347 | Endprodukt, Gasstrom | # | Vol. | 69 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | ||||||||||||||
3/h | 150,000 | 1.8 | Geschwindigkeit | YoI. | 30 | 300, | 200, | 200, | 503, | 200, | 100, | 210, | <D | ||||||||||||
Rückgeführter Gasstrom 5: | 70.5 | 0.0 | Druck in atm.abs | YoI. | 2.3 | 728. | 25- | 29. | 29. | 25. | 29. | 29. | |||||||||||||
Geschwindigkeit | H9 | 300 | 0.4 | Temperatur 0C | Vol. | 'fo CS | 0.0 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | 300 | U) | ||||||||||
Druck in atm.abs | CO | 74.7 | Zusammensetzung: | YoI. | io Co9 | 0.5 | 470 | 390 | 201 | 000 | 000 | 060 | 650 | CO | |||||||||||
Temperatur in 0C | b.Eintritt | CO9 | 23.1 | /° v/iii d TT Π /ο Jl9 U |
97-1 | ||||||||||||||||||||
Produktgastrom 8 | CHT | 71,678 | 0.0 | 0.1 | 56, | 64, | 79, | 88, | 72, | 86, | 98, | ||||||||||||||
CD | in Reaktor 10: | in Nm | H2O | 250 | fo inerte 0.0 | 300 | 250 | 250 | 250 | 300 | 300 | 250 | |||||||||||||
O CD |
Geschwindigkeit | inerte | t't | Bestandteile | 600 | 922 | 914 | 270 | 090 | 290 | 600 | ||||||||||||||
CO | Temperatur in 0C | 12 b. | |||||||||||||||||||||||
K) O |
Produktgasstrom | 52, | 3 | 58, | 0 | 72, | 4 | 85, | 7 | 69, | 5 | 80, | 6 | 95, | 6 ' | ||||||||||
aus Reaktor 10: | in ITm | 454 | 1 | 444 | 1 | 432 | 0 | 326 | 0 | 380 | 0 | 444 | 1 | 326 | 0 | ||||||||||
Geschwindigkeit | 8. | 7 | 7. | 5 | 6. | 2 | 0. | 8 | 3. | 7 | 6. | 6 | 0 | 6 | |||||||||||
co | Temperatur in 0C | YoI. # | 0. | 4 | 0. | 5 | 0. | 4 | 0. | 3 | 0. | 5 | 0 | 3 | 0. | 0 | |||||||||
cn | Zusammensetzung: | Vol. Io | 1. | 4 | 2. | 9 | 2. | 0 | 28. | 2 | 0. | 3 | 1 | .4 | 34. | 5 | |||||||||
45- | 1 | 53. | 0 | 43. | 0 | 31- | 0 | 73 | 0 | 62 | .0 | 27. | 3 | ||||||||||||
Vol!^ | 43 | 36 | 48. | 39 | 22 | 29 | 36. | ||||||||||||||||||
1 | 0 | 0. | 0» | 0 | 0 | 1. | |||||||||||||||||||
Yoi \io | ,680 | ,257 | 951 | ,900 | ,700 | ,600 | 500 | ||||||||||||||||||
.5 | .5 | • 5 | 5 | .5 | .5 | 4 | |||||||||||||||||||
26 | 37 | 37 | 51 | 53 | 56 | 60, | |||||||||||||||||||
27 | .7 | 24 | .0 | 28 | .2 | 28 | .2 | 24 | .5 | 28 | .4 | 28. | 3 | ||||||||||||
30 | .2 | 30 | .1 | 30 | .1 | 30 | .0 | 30 | .0 | 30 | .1 | 30 | 0 | ||||||||||||
14 | .0 | 11 | .0 | 12 | .3 | 1 | .2 | 4 | .9 | 9 | .3 | 0. | 6 | ||||||||||||
0 | .2 | 0 | .7 | 0 | .2 | 0 | .4 | 0 | .4 | 0 | .0 | ■ 0. | 9 | ||||||||||||
3 | .1 | 4 | .2 | 4 | .2 | 47 | .2 | 0 | .2 | 2 | .2 | 54 | 2 | ||||||||||||
80 | .0 | 84 | .0 | 83 | .0" | 51 | .0 | 94 | .0 | 88 | .0 | 42 | 0 | ||||||||||||
0 | 0 | 0 | • o | 0 | 0 | 0. | |||||||||||||||||||
2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 2. | |||||||||||||||||||
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines raethanreichen Gases in
einem oder mehreren adia"batisch betriebenen Methanisierungsreaktoren
mit einem Bett aus einem Methanisierungskatalysator , wobei ein Strom aus vorgewärmtem, zur Methansynthese geeignetem Gas mit einem
Gehalt an Wasserstoff und Kohlenmonoxid vereinigt wird mit einem Strom von aus dem Methanisierungsreaktor surückgeleitetem Gas;
worauf die vereinigten Ströme durch das Katalysatorbett im Reaktor geleitet werden, während ein Strom von aus dem Reaktor abströmendem
Gas aufgeteilt wird in den zurückzuführenden Gasstrom und einen Strom aus Produktgas, das der Weiterverarbeitung oder der Kühlung
und unmittelbaren Verwendung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Methanisierungsreaktor derart be- '
treibt, daß der daraus abströmende Gasstrom eine Terapeatur zwischen
500 und 70O0G hat, worauf man den austretenden Strom auf eine
Temperatur zwischen 250 und 35O0C, die mindestens um 50° über dem'
Taupunkt des abströmenden Gases bei dessen tatsächlichem Druck und Zusammensetzung liegt, und daß man den von dem abströmenden Gas
abgezweigten, in den Reaktor zurückzuführenden Gasstrom nach Abkühlen ohne weitere Behandlung mit dem zuzuführenden Synthesegas
vereinigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Abzweigen des zurückzuführenden Gasstromes
von dem aus dem Reaktor abströmenden Gasstrom einen Ejector verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen durch Dampf angetriebenen Ejector
verwendet.
609820/1185
1Λ-47 222
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man einen durch den Strom des einzuleiteten Synthesegases angetriebenen Ejector verwendet.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einzuleitende Strom von
Synthesegas annähernd auf die gleiche Temperatur vorgeheizt wird, auf welche das aus dem Reaktor abströmende Gas gekühlt
wird, bevor daraus der in den Reaktor zurückzuführende Gasstrom abgezweigt wird.
86S2
609820/1 185
Le e rs e i te
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