DE3028646C2

DE3028646C2 -

Info

Publication number: DE3028646C2
Application number: DE3028646A
Authority: DE
Inventors: Emil Dipl.-Ing. 6051 Dietzenbach De Supp
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1989-01-19
Also published as: MX157474A; AU7347581A; SE8104582L; JPH0136449B2; NL8102704A; BR8104842A; NO812206L; FR2487820B1; AR229872A1; JPS5753420A; AU545496B2; NO155000B; US4369255A; CA1174245A; NO155000C; DE3028646A1; FR2487820A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methanol unter gleichzeitiger Erzeugung von Wasserdampf mit hohem Druck durch Umsetzung von Oxide des Kohlenstoffs enthaltenden Gasen mit Wasserstoff bei Temperaturen von 200 bis 300°C, unter einem Druck von 20 bis 100 bar in Ge genwart eines kupferhaltigen Katalysators, der sich inner halb eines Reaktors in Röhren befindet, die zwischen einem unteren und einem oberen Rohrboden angeordnet und zur in direkten Kühlung mit unter Druck siedendem Wasser umgeben sind, Abzug des entstehenden Hochdruckdampfes zusammen mit Umlaufwasser, Trennung des Dampfes vom Wasser, Ableiten des Dampfes, Rückführung des Umlaufwassers mit einer Tem peratur von 200 bis 300°C und Ersatz des verdampften Was sers durch Speisewasser mit einer Temperatur von 100 bis 180°C.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 20 13 297 bekannt. Es ist ferner eine Vorrichtung zur Herstellung von Metha nol 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).

Aus der GB-PS 14 49 092 kennt man Röhrenreaktoren mit Flüssigkeitskühlung, wobei die Kühlzone durch flüssig keitsdichte Böden in mehrere Abschnitte unterteilt ist, die eigene Kühlkreisläufe haben.

Die bisher bekanntgewordenen Röhrenreaktoren zur Erzeugung von Methanol arbeiten in der Weise, daß dem Röhrenreaktor Umlaufwasser aus einer Dampftrommel zugeführt wird. An den mit Katalysator gefüllten Röhren, an welchen die Umsetzung der Komponenten H₂, CO und CO₂ zu Methanol stattfin det, erfolgt dann die Verdampfung eines Teils des zuge führten Wassers. Durch Thermosiphonwirkung wird der ent standene Dampf zusammen mit Umlaufwasser in die Dampftrom mel 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 zuge führt werden. Je nach Vorwärmung dieses Speisewassers liegt die Temperatur in der Dampftrommel mehr oder weniger nahe am Siedepunkt des Wassers. Setzt man einen etwa zehn fachen Wasserumlauf voraus und nimmt man an, daß das Speisewasser mit einer Temperatur von 120°C 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 lie gen. Die Temperaturdifferenz am Unterteil der Reaktorroh re, deren Inhalt, der Katalysator, eine Temperatur von et wa 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 Dampf mit maximal etwa 40 bar. Dies ist bedingt durch die Temperaturempfindlichkeit des Kupferkatalysators einer seits und den Wunsch nach einer guten Gleichgewichtsein stellung andererseits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und die Abkühlung im unteren Teil des Reaktors auf einfache Weise zu verstär ken. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Maßnah men gelöst, die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannt sind.

Das Umlaufwasser führt man dem Reaktor, vorzugsweise mit ei ner Temperatur von 230 bis 260°C, zu, während man das Speisewasser mit einer Temperatur von vor zugsweise 110 bis 150°C zuführt. Der Zwischenboden kann z. B. 50 cm über dem unteren Rohrboden angeordnet sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe sondere darin, daß es nach einem einfachen, energie sparenden Verfahren gelingt, die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmedium und dem in den Röhren enthalte nen Katalysator im Unterteil des Reaktors zu erhöhen. Da durch wird dort der Wärmetausch erhöht und eine weitgehende Abkühlung des reagierenden Gasgemisches erreicht und damit das thermodynamische Gleichgewicht begünstigt. Die ange wendeten Temperaturen liegen innerhalb der Grenzen, die durch das Rekristallisationsverhalten des Katalysators gegeben sind. Durch die Erfindung wird die Methanolgewin nung wirtschaftlicher.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt und wird im folgenden näher be schrieben.

Es bedeutet
1 der Reaktor;
2 die Katalysatorrohre;
3 der untere Rohrboden;
4 der Zwischenboden;
5 Zufuhr Speisewasser;
6 Zufuhr Umlaufwasser;
7 Gemisch aus Wasserdampf und Umlaufwasser;
8 Trennung Wasserdampf von Umlaufwasser (Dampftrommel) und
9 Abzug Hochdruckdampf.

Beispiel

In einem Reaktor zur Herstellung von Methanol 1 , enthal tend 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 Bohrun gen geringen Durchmessers enthält. Das Speisewasser wird mit einer Temperatur von 120°C über Zufuhrleitung 5 dicht über dem unteren Rohrboden 3 in den Reaktor einge führt. 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 6 wird Umlaufwasser mit einer Temperatur von 240°C dicht über dem Zwischenboden 4 in den Reaktor 1 zu geführt. Durch den erfindungsgemäß angeordneten Zwischen boden 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 Zwischen bodens 4 mit dem Umlaufwasser 6 . Dadurch wird der über dem Zwischenboden 4 liegende Bereich der Katalysatorrohre 2 bei einer Temperatur von 280°C betrieben. Durch diese Be triebsweise 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 Tren nung der beiden Komponenten in 8 wird Hochdruckdampf bei 9 mit einem Druck von über 60 bar gewonnen, der für vielerlei Zwecke im eigenen Betrieb, z. B. zur arbeitsleistenden Ent spannung, z. B. in Kondensationsturbinen, 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 beson ders wirtschaftlich.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Methanol unter gleichzei tiger Erzeugung von Wasserdampf mit hohem Druck durch Umsetzung von Oxide des Kohlenstoffs enthaltenden Gasen mit Wasserstoff bei Temperaturen von 200 bis 300°C, un ter einem Druck von 20 bis 100 bar in Gegenwart eines kupferhaltigen Katalysators, der sich innerhalb eines Reaktors in Röhren befindet, die zwischen einem unteren und einem oberen Rohrboden angeordnet und zur indirek ten Kühlung mit unter Druck siedendem Wasser umgeben sind, Abzug des entstehenden Hochdruckdampfes zusammen mit Umlaufwasser, Trennung des Dampfes vom Wasser, Ab leiten des Dampfes, Rückführung des Umlaufwassers mit einer Temperatur von 200 bis 300°C und Ersatz des ver dampften Wassers durch Speisewasser mit einer Tempera tur von 100 bis 180°C, dadurch gekennzeichnet, daß man das Umlaufwasser oberhalb eines dünnen, Öffnungen auf weisenden Zwischenbodens, der in einem Abstand von 20 bis 80 cm über dem unteren Rohrboden angeordnet ist, und das Speisewasser dicht über dem unteren Rohrboden dem Reaktor zuführt, so daß sich das Speisewasser erst oberhalb des Zwischenbodens mit dem Umlaufwasser ver mischt und sich das gasförmige Reaktionsgemisch im Un terteil der mit Katalysator gefüllten Rohre um eine Temperatur von 20 bis 50°C abkühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Umlaufwasser mit einer Temperatur von 230 bis 260°C dem Reaktor zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß man das Speisewasser mit einer Temperatur von 110 bis 150°C dem Reaktor zuführt.