DE3028646A1 - Verfahren zur verbesserung der gleichgewichtseinstellung und gleichzeitigen erzeugung von wasserdampf mit hohem druck bei der herstellung von methanol - Google Patents
Verfahren zur verbesserung der gleichgewichtseinstellung und gleichzeitigen erzeugung von wasserdampf mit hohem druck bei der herstellung von methanolInfo
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Description
METALLGESELLSCHAFT ?8. Juli 1980
Aktiengesellschaft DRLA/LWÜ
Reuterweg 14
6000 Frankfurt/M.1
6000 Frankfurt/M.1
Prov. Nr, 8582 LÖ
Verfahren zur Verbesserung der Gleichgewichtseinstellung und gleichzeitigen Erzeugung von Wasserdampf mit hohem
Druck bei der Herstellung von Methanol
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Gleichgewichtseinstellung und gleichzeitigen Erzeugung von
Wasserdampf mit hohem Druck bei der Herstellung von Methanol durch Umsetzung von Oxiden des Kohlenstoffes und Wasserstoff
enthaltenden Gasen bei Temperaturen von 200 bis 300 C, unter einem Druck von 20 bis 100 bar an einem kupferhaltigen
Katalysator, der innerhalb des Reaktors in Röhren angeordnet ist, der zur indirekten Kühlung mit unter Druck siedendem
Wasser umgeben ist, Abzug des entstehenden Dampfes zusammen mit Umlaufwasser, Trennung des Dampfes von Wasser, Rückführung
des Wassers und Ersatz des verdampften Wassers durch Speisewasser.
Es ist bekannt, zur Ausnutzung der Reaktionswärme bei der Herstellung von Methanol durch Umsetzen eines durch Spalten
von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf an einem indirekt beheizten nickelhaltigen Katalysator bei Temperaturen
über 700 0C erzeugten, Oxide des Kohlenstoffes und Wasserstoff
enthaltenden Synthesegases an einem kupferhaltigen Katalysator unter Drücken von 30 bis 80 at bei Temperaturen
von 230 bis 280 0C, wobei der Katalysator in Rohren angeordnet
ist, die indirekt mit Wasser gekühlt werden, die Kühlung der Reaktorrohre unter Erzeugung von Hochdruckdampf
durchzuführen (DE-PS 20 13 297).
Es ist ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von Methanol bekannt, bestehend aus einem Röhrenreaktor, dessen
Rohre mit siedendem Druckwasser umspült werden, wobei das Speisewasser in den unteren Teil des Reaktors eintritt und
der entstehende Dampf in einen Überhitzer geführt wird. Ein Teil dieses Dampfes kann als Hochdruckdampf abgezogen,
ein anderer Teil kann einer Turbine zugeführt werden, die einen Verdichter antreibt. Der restliche Teil des Dampfes
kann als Turbinendampf gewonnen werden (DE-PS 21 23 950).
Die bisher bekanntgewordenen Röhrenreaktoren arbeiten in der Weise, daß dem Röhrenreaktor Umlaufwasser aus einer
Dampftrommel zugeführt wird. An den mit Katalysator gefüllten Rohren, an welchen die Umsetzung der Komponenten
H„0, CO und COp zu Methanol stattfindet, erfolgt dann die
Verdampfung eines Teils des zugeführten Wassers. Durch ThermoSiphonwirkung wird der entstandene Dampf zusammen
mit Umlaufwasser in die Dampftrommel getrieben. Dort wird der Dampf abgeschieden und das am Siedepunkt befindliche
Wasser gelangt wieder zurück zum Reaktorunterteil. Der aus der Dampftrommel abgezogene Dampf muß in Form von
Speisewasser dem System wieder zugeführt werden. Je nach Vorwärmung dieses Speisewassers liegt die Temperatur in
der Dampftrommel mehr oder weniger nahe am Siedepunkt des Wassers. Setzt man einen etwa zehnfachen Wasserumlauf
voraus, und nimmt man an, daß das Speisewasser mit einer Temperatur von 120 0C zugeführt wird, so würde bei einem
Druck von 40 bar im System das dem Unterteil des Reaktors zugeführte Umlaufwasser etwa 237 °C warm sein und damit
13 C unter dem Siedepunkt liegen. Die Temperaturdifferenz am Unterteil der Reaktorrohre, deren Inhalt, der
Katalysator, eine Temperatur von etwa 255 C aufweist, ist damit sehr gering und es kann kein nennenswerter Wärmeaustausch
und damit keine Abkühlung des reagierenden Gasgemisches in den Rohren mehr stattfinden.
Die Arbeitsweise der bekannten Röhrenreaktoren gestattet bei der Methanolerzeugung bisher nur die Erzeugung von
ORiGiNAL INSPECTED
Dampf mit maximal etwa 40 bar. Dies ist bedingt durch die T'emperaturempfindlichkeit des Kupferkatalysators einerseits
und den Wunsch nach einer guten Gleichgewichtseinstellung
andererseits.
5
5
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und die Temperaturdifferenz
im unteren Teil des Reaktors zu erhöhen und eine bessere und intensivere Abkühlung des reagierenden Gasgemisches
zu bewirken. Die Gleichgewichtseinstellung soll verbessert und gleichzeitig Dampf mit höherem Druck erzeugt
werden. Das Verfahren soll sich durch niedere Energiekosten auszeichnen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man in einem Abstand von 20 bis 80 cm über dem unteren Rohrboden
einen dünnen, Öffnungen aufweisenden Zwischenboden anordnet, daß man das Umlaufwasser oberhalb dieses
Zwischenbodens und das Speisewasser unterhalb dieses Zwischenbodens in den Reaktor zuführt, daß man da.s gasförmige
Reaktionsgemisch im Unterteil der mit Katalysator ge-
o füllten Rohre um eine Temperatur von 20 bis 50 C auf eine
Rohrlänge von 20 bis 80 cm abkühlt, daß man das Speisewasser im Reaktor unter Verdampfung eines Teils des Speise-"wassers
auf Temperaturen von 230 bis 290 0C erhitze, das
entstehende Gemisch aus Wasserdampf und Umlaufwasser voneinander trennt, das Umlaufwasser zurückführt und den erzeugten
Hochdruckdampf abzieht.
Erfindungsgemäß ordnet man den Zwischenboden zweckmäßig in einem Abstand von 50 cm über dem unteren Rohrboden an.
Das Umlaufwasser führt man dem Reaktor vorteilhafterweise mit einer Temperatur von 200 bis 300, vorzugsweise mit
einer Temperatur von 230 bis 260 C, zu, während man das Speisewasser mit einer Temperatur von 100 bis 180, vorzugsweise
110 bis 150 0C, zuführt.
(ρ
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile "bestehen insbesondere
darin, daß es nach einem einfachen, energiesparenden Verfahren gelingt, die Temperaturdifferenz
zwischen dem Kühlmedium und dem in den Röhren enthalte- nen Katalysator im Unterteil des Reaktors zu erhöhen. Dadurch
wird dort der Wärmetausch erhöht undeine weitergehende
Abkühlung des reagierenden Gasgemisches erreicht und damit das thermodynamische Gleichgewicht begünstigt. Die angewendeten
Temperaturen liegen innerhalb der Grenzen, die durch das Rekristallisationsverhalten des Katalysators
gegeben.sind. Durch die Erfindung wird die Methanolgewinnung wirtschaftlicher.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es bedeuten:
Λ_ der Reaktor; 2 die Katalysatorrohre; ^ der untere Rohrboden;
4 der Zwischenboden; _5 Zufuhr Speisewasser; (5 Zufuhr
Umlaufwasser; 7 Gemisch aus Wasserdampf und Umlaufwasser;
8_ Trennung Wasserdampf von Umlaufwasser (Dampftrommel)
und 9, Abzug Hochdruckdampf.
In einem Reaktor zur Herstellung von Methanol 1_, enthaltend
Rohre 2 zur Aufnahme des Katalysators, wird in einer Höhe von 50 cm, gemessen vom unteren Rohrboden 3_, ein :
Zwischenboden 4 angeordnet. Als Zwischenboden eignet sich ein dünnes Stahlblech, das Durchlässe in Form von Bohrungen
geringen Durchmessers enthält. Das Speisewasser wird mit einer Temperatur von 120 0C über. Zufuhrleitung 5,
dicht über dem unteren Rohrboden 3 in den Reaktor eingeführt.
Dieses Speisewasser kommt unvermischt mit dem Unter-
teil der Katalysatorrohre 2 in Berührung und bewirkt auf einer Rohrlänge von 50 cm eine Abkühlung des reagierenden
Gasgemisches um 35 °C. Hierbei wird das Speisewasser auf eine Temperatur von 280 C erhitzt, während gleichzeitig
ein kleiner Teil verdampft.
Durch Leitung £5 wird Umlaufwasser mit einer Temperatur von
240 0C dicht über dem Zwischenboden 4 in den Reaktor _1_ zugeführt.
Durch den erfindungsgemäß angeordneten Zwischenboden 4 wird das unterhalb zugeführte kältere Speisewasser
_5 gleichmäßig verteilt, während auf der anderen Seite eine Rückvermischung mit dem oberhalb zugeführten, wärmeren
Umlaufwasser vermieden wird.
Das Speisewasser _5 mischt sich erst oberhalb des Zwischenbodens
4 mit dem Umlaufwasser 6. Dadurch wird der über dem Zwischenboden 4 liegende Bereich der Katalysatorrohre Z bei
einer Temperatur von 280 0C betrieben. Durch diese Betriebsweise
wird ein Druck'im Umlaufwassersystem von über 60 bar erreicht, während bei den bisherigen Verfahren nur
Drücke bis 40 bar erzielt werden können. Nach Abzug des Gemisches aus Wasserdampf und Umlaufwasser über 7 und Trennung
der beiden Komponenten in 8. wird Hochdruckdampf bei S)
mit einem Druck von über 60 bar gewonnen, der für vielerlei Zwecke im eigenen Betrieb, z.B. zur arbeitsleistenden Entspannung,
z.B. in Kondensat!onsturbinen, zur Erzeugung
elektrischer Energie zum Antrieb von Gaskompressoren, zur Deckung der Energie in der Schlußdestillation des Methanols
oder für andere Zwecke verwendet werden kann. Das Verfahren ist infolge seiner erheblichen energetischen Vorteile besonders
wirtschaftlich.
Leerseite
Claims (6)
- PatentansprücheJ Verfahren zur VerlDesserung der Gleichgewichtseinstel- ^ lung und gleichzeitigen Erzeugung von Wasserdampf mit hohem Druck bei der Herstellung von Methanol durch Umsetzung von Oxiden des Kohlenstoffes und Wasserstoff enthaltenden Gasen bei Temperaturen von 200 bis 300 °C, •unter einem Druck von 20 bis 100 bar an einem kupferhaltigen Katalysator, der innerhalb des Reaktors in Röhren angeordnet ist, der zur indirekten Kühlung mit unter Druck siedendem Wasser umgeben ist, Abzug des entstehenden Dampfes zusammen mit Umlaufwasser, Trennung des Dampfes vom Wasser, Rückführung des Wassers und Ersatz des verdampften Wassers durch Speisewasser, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Abstand von 20 bis 80 cm über dem unteren Rohrboden einen dünnen, Öffnungen aufweisenden Zwischenboden anordnet, daß man das Umlaufwasser oberhalb dieses Zwischenbodens und das Speisewasser unterhalb dieses Zwischenbodens in den Reaktor zuführt, daß man das gasförmige Reaktionsgemisch im Unterteil der mit Katalysator gefüllten Rohre um eine Temperatur von 20 bis 50 0C auf eine Rohrlänge von 20 bis 80 cm abkühlt, daß man das Speisewasser im Reaktor unter Verdampfung eines Teils des Speisewassers auf Temperaturen von 230 bis 290 C erhitzt, das entstehende Gemisch aus Wasserdampf und Umlaufwasser voneinander trennt, das Umlaufwasser zurückführt und den erzeugten Hochdruckdampf abzieht.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Zwischenboden in einem Abstand von 50 cm über dem unteren Rohrboden anordnet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Umlaufwasser mit einer Temperatur von 200 bis 300 0C zuführt.
- 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Umlauf wasser mit einer Temperatur von 230 "bis 260 0C zuführt.
- 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 his 4, dadurch gekennzeichnet, daß man. das Speisewasser mit einer Temperatur von 100 bis 180 C zuführt.
- 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 his 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Speisewasser mit einer Temperatur von 110 "bis 150 C zuführt.
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