LU103148B1 - Process and plant for the synthesis of methanol - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Synthese von Methanol (1), wobei einem Synthesegasstrom (2) ein Wasserstoffstrom (35) mit externem Wasserstoff zugeführt wird, wobei ein Teil eines von einer Methanol-Reaktoran- ordnung (4) abgeführten Restgasstroms (15), und/oder eines optional einer Was- serstoffrückgewinnungsanordnung (5) zugeführten Rückgewinnungsstroms (6), und/oder eines der Wasserstoffrückgewinnungsanordnung (5) nachgelagerten Stroms (71) abgezweigt und einer Synthesegasreaktoranordnung (13) als Rück- führungsstrom (40) zugeführt wird. Mit diesem Konzept lässt sich die Effizienz der Methanolherstellung signifikant er- höhen. Ferner können dadurch ungewünschte Emissionen reduziert und somit die Ökobilanz des Verfahrens bzw. der Anlage verbessert werden.The invention relates to a method and a plant for the synthesis of methanol (1), wherein a hydrogen stream (35) with external hydrogen is fed to a synthesis gas stream (2), wherein a portion of a residual gas stream (15) discharged from a methanol reactor arrangement (4), and/or a recovery stream (6) optionally fed to a hydrogen recovery arrangement (5), and/or a stream (71) downstream of the hydrogen recovery arrangement (5) is branched off and fed to a synthesis gas reactor arrangement (13) as a recycle stream (40). This concept makes it possible to significantly increase the efficiency of methanol production. Furthermore, unwanted emissions can be reduced and thus the ecological balance of the method or plant can be improved.
Description
' 06.06.2023' 06.06.2023
LU103148LU103148
Verfahren und Anlage zur Synthese von MethanolProcess and plant for the synthesis of methanol
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synthese von Methanol gemäß dem Ober- begriff von Anspruch 1 sowie eine Anlage zur Synthese von Methanol gemäß demThe invention relates to a process for the synthesis of methanol according to the preamble of claim 1 and a plant for the synthesis of methanol according to the
Oberbegriff von Anspruch 21.Preamble of claim 21.
Methanol ist eine bedeutsame Basischemikalie, die zur Synthese von höheren oder funktionalisierten Kohlenwasserstoffverbindungen sowie als Lösungsmittel Ver- wendung findet. Methanol dient beispielsweise als Ausgangsstoff zur Produktion von Formaldehyd, Ameisensäure und Essigsäure.Methanol is an important basic chemical that is used for the synthesis of higher or functionalized hydrocarbon compounds and as a solvent. Methanol is used, for example, as a starting material for the production of formaldehyde, formic acid and acetic acid.
Die Herstellung von Methanol erfolgt regelmäßig in einer Reaktoranordnung einerThe production of methanol is usually carried out in a reactor arrangement of a
Anlage für die Synthese von Methanol (Methanol-Reaktoranordnung), welcher Me- thanol-Reaktoranordnung ein Synthesegasstrom mit Wasserstoff und Kohlenstof- foxiden zugeführt wird und in welchem eine (exotherme) chemische Reaktion zurPlant for the synthesis of methanol (methanol reactor arrangement), to which methanol reactor arrangement a synthesis gas stream containing hydrogen and carbon oxides is fed and in which an (exothermic) chemical reaction to
Herstellung von Methanol abläuft. Synthesegas kann dabei in einer der Methanol-Production of methanol takes place. Synthesis gas can be used in one of the methanol
Reaktoranordnung prozesstechnisch vorgelagerten Synthesegasreaktoranordnung erzeugt werden. Vornehmlich werden dazu kohlenstoffhaltige Gase (also kohlen- stoffhaltige Energieträger) wie Erdgas oder Biogas zu Synthesegas umgesetzt.Reactor arrangement can be produced in a synthesis gas reactor arrangement upstream of the process. Primarily, carbon-containing gases (i.e. carbon-containing energy sources) such as natural gas or biogas are converted into synthesis gas.
Derartige kohlenstoffhaltige Energieträger enthalten häufig Methan. Die Synthe- segasreaktoranordnung sowie die Methanol-Reaktoranordnung können gemein- sam eine Anlage zur Synthese von Methanol bilden.Such carbon-containing energy sources often contain methane. The synthesis gas reactor arrangement and the methanol reactor arrangement can together form a plant for the synthesis of methanol.
Zur Umsetzung des kohlenstoffhaltigen Energieträgers zu Synthesegas kann die erwähnte Synthesegasreaktoranordnung beispielsweise auf dem Prinzip einer au- tothermen Reformierung oder einer partiellen Oxidation fußen und entsprechendeTo convert the carbon-containing energy source into synthesis gas, the synthesis gas reactor arrangement mentioned can be based on the principle of autothermal reforming or partial oxidation and corresponding
Reaktoren umfassen (z. B. einen Reformierungsreaktor respektive Oxidationsre- aktor). Gleichsam kann die Synthesegasreaktoranordnung einen Steam Reformer umfassen. Die Verwendung eines Steam Reformers kann bei Zugabe von CO, oderreactors (e.g. a reforming reactor or oxidation reactor). Likewise, the synthesis gas reactor arrangement can include a steam reformer. The use of a steam reformer can be achieved by adding CO, or
Verwendung eines CO, reichen kohlenstoffhaltigen Energieträgers wie Biogas vor- teilhaft sein. Dies ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt.Using a CO2-rich carbon-containing energy source such as biogas can be advantageous. This is generally known from the state of the art.
Verfahren zur Synthese von Methanol sind beispielsweise in jenen den technologi- schen Hintergrund der vorliegenden Erfindung bildenden Publikationen WO 2020/058859 A1, WO 2007/108014 A1, DE 10 2016 213 668 A1, WOProcesses for the synthesis of methanol are described, for example, in the publications WO 2020/058859 A1, WO 2007/108014 A1, DE 10 2016 213 668 A1, WO
? 06.06.2023 2013/144041 A1, WO 2020/048809 A1, DE 10 2019 124 078 A1, US LU103148 2019/0185887 A1 und WO 2020/249923 A1 beschrieben.? 06.06.2023 2013/144041 A1, WO 2020/048809 A1, DE 10 2019 124 078 A1, US LU103148 2019/0185887 A1 and WO 2020/249923 A1.
Abhängig von der Art und Weise, wie der Synthesegasstrom gewonnen wird und abhängig davon, welcher Energieträger die Grundlage für das Synthesegas bildet, kann der Anteil des Wasserstoffs in dem gewonnenen Synthesegasstrom niedriger sein als an sich angestrebt. Beispielsweise kann der Anteil des Wasserstoffs unter- stöchiometrisch sein. Zur Verbesserung der Stöchiometrie ist es daher häufig zweckmäßig, aus einem Restgas der Reaktoranordnung unreagierten Wasserstoff mit einer Wasserstoffrückgewinnungsanordnung zurückzugewinnen und diesenDepending on the way in which the synthesis gas stream is obtained and depending on which energy source forms the basis for the synthesis gas, the proportion of hydrogen in the synthesis gas stream obtained can be lower than is actually desired. For example, the proportion of hydrogen can be sub-stoichiometric. To improve the stoichiometry, it is therefore often expedient to recover unreacted hydrogen from a residual gas of the reactor arrangement using a hydrogen recovery arrangement and to
Wasserstoff zur Reaktoranordnung zurückzuführen. Ein derartiger der Reaktoran- ordnung zurückgeführter Wasserstoff- reicher Strom kann den erwähnten und durch die Unterstöchiometrie verursachten Wasserstoffunterschuss bis zu einem gewissen Grad ausgleichen.Hydrogen is returned to the reactor arrangement. Such a hydrogen-rich stream returned to the reactor arrangement can compensate to a certain extent for the hydrogen deficiency mentioned above caused by the substoichiometry.
Gleichsam ist es bekannt, einen bei der Synthese von Methanol vorliegenden Was- serstoffunterschuss durch Zugabe von externem Wasserstoff (zumindest partiell) auszugleichen. Der externe Wasserstoff kann dabei aus fossilen Quellen stammen oder regenerativ erzeugt werden und dem Synthesegasstrom zugesetzt werden.It is also known that a hydrogen deficit during the synthesis of methanol can be (at least partially) compensated by adding external hydrogen. The external hydrogen can come from fossil sources or be generated renewably and added to the synthesis gas stream.
Sowohl bei Anlagen zur Synthese von Methanol mit integrierter Wasserstoffrück- gewinnung als auch bei Anlagen mit einer externen Wasserstoffzufuhr fällt Purge-Both in methanol synthesis plants with integrated hydrogen recovery and in plants with an external hydrogen supply, purging
Gas an, welches aus dem Synthese- oder Rückgewinnungskreislauf abgeführt wer- den muss, um eine zu starke Akkumulation von inerten Komponenten wie Stick- stoff und Methan zu vermeiden. Derartiges Purge-Gas wird in der Regel als Brenn-Gas that must be removed from the synthesis or recovery cycle to avoid excessive accumulation of inert components such as nitrogen and methane. Such purge gas is usually used as fuel
Gas abgebrannt. Zur Gewährleistung einer zufriedenstellenden Ökobilanz derarti- ger Syntheseanlagen ist es erstrebenswert, die Menge des anfallenden Purge- bzw.Gas is burned off. To ensure a satisfactory ecological balance of such synthesis plants, it is desirable to reduce the amount of purge or
Brenn-Gases möglichst gering zu halten.To keep the fuel gas consumption as low as possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zur Syn- these von Methanol bereitzustellen, mit welchen einerseits ein unterstöchiometri- sches Vorliegen von Wasserstoff ausgeglichen und andererseits der Anteil von an- fallendem Purge- bzw. Brenn-Gas verringert werden kann. Eine besondere Auf- gabe der Erfindung ist es somit einerseits, die Effizienz bzw. Ausbeute bei derThe invention is based on the object of providing a process and a plant for the synthesis of methanol, with which on the one hand a substoichiometric presence of hydrogen can be compensated and on the other hand the proportion of purge or fuel gas produced can be reduced. A particular object of the invention is therefore on the one hand to increase the efficiency or yield in the
Methanol-Synthese zu erhöhen und die Umweltfreundlichkeit bzw. Ökobilanz an- dererseits zu verbessern.To increase methanol synthesis and, on the other hand, to improve environmental friendliness and the ecological balance.
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LU103148LU103148
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 21.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a system having the features of claim 21.
Zunachst betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Synthese von Methanol, wobei ein kohlenstoffhaltiger Energieträgerstrom einer Synthesegasreaktoranordnung zum Gewinnen eines Synthesegasstroms mit Wasserstoff und Kohlenstoffoxiden zugeführt wird. Optional kann der Synthesegasstrom einem Synthesegaskompres- sor zur Druckerhôhung zugeführt werden. Gemäß der Erfindung wird der Synthe- segasstrom, optional der druckerhôhte Synthesegasstrom, zur zumindest teilwei- sen Umwandlung in Methanol zumindest teilweise einer ersten Reaktorstufe einerFirstly, the invention relates to a process for the synthesis of methanol, wherein a carbon-containing energy carrier stream is fed to a synthesis gas reactor arrangement for obtaining a synthesis gas stream with hydrogen and carbon oxides. Optionally, the synthesis gas stream can be fed to a synthesis gas compressor for increasing the pressure. According to the invention, the synthesis gas stream, optionally the pressure-increased synthesis gas stream, is fed at least partially to a first reactor stage of a
Methanol-Reaktoranordnung zugeführt wird, wobei optional im Anschluss daran unreagiertes Restgas der ersten Reaktorstufe zur zumindest teilweisen Umwand- lung in Methanol einer zweiten Reaktorstufe der Methanol-Reaktoranordnung zu- geführt wird, wobei aus der Methanol-Reaktoranordnung ein Restgasstrom mit un- reagierten Kohlenstoffoxiden gewonnen wird, welcher Restgasstrom einem Recy- clekompressor zur Druckerhôhung des Restgasstroms zugeführt wird, wobei der druckerhôhte Restgasstrom der Methanol-Reaktoranordnung zur zumindest teil- weisen Umwandlung in Methanol zugeführt wird, wobei optional ein unreagiertesMethanol reactor arrangement is fed, optionally subsequently unreacted residual gas from the first reactor stage is fed to a second reactor stage of the methanol reactor arrangement for at least partial conversion into methanol, wherein a residual gas stream with unreacted carbon oxides is obtained from the methanol reactor arrangement, which residual gas stream is fed to a recycling compressor for increasing the pressure of the residual gas stream, wherein the pressure-increased residual gas stream is fed to the methanol reactor arrangement for at least partial conversion into methanol, wherein optionally an unreacted
Restgas der ersten und/oder zweiten Reaktorstufe aufweisender Rückgewinnungs- strom einer Wasserstoffrückgewinnungsanordnung zum Gewinnen eines H-Recy- clestroms zugeführt wird, welcher H-Recyclestrom unreagierten Wasserstoff aus dem unreagierten Restgas der ersten Reaktorstufe und/oder aus dem unreagiertenA recovery stream comprising residual gas from the first and/or second reactor stage is fed to a hydrogen recovery arrangement for obtaining a H-recycle stream, which H-recycle stream contains unreacted hydrogen from the unreacted residual gas from the first reactor stage and/or from the unreacted
Restgas der zweiten Reaktorstufe umfasst, wobei der unreagierte Wasserstoff desResidual gas from the second reactor stage, whereby the unreacted hydrogen of the
H-Recyclestroms erneut der ersten Reaktorstufe zur zumindest teilweisen Um- wandlung in Methanol zugeführt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor- oder nachgelagert zur Synthesegasreaktoranordnung einem der Ströme ein Wasserstoffstrom mit externem Wasserstoff zugeführt wird, und dass ein Teil des Restgasstroms, und/oder des optionalen Rückgewinnungsstroms, und/oder ei- nes der Wasserstoffrückgewinnungsanordnung nachgelagerten Stroms abgezweigt und der Synthesegasreaktoranordnung als Rückführungsstrom zugeführt wird. Be- vorzugt kann eine Ausführung sein, bei der dem Synthesegasstrom (nachgelagert zur Synthesegasreaktoranordnung) der Wasserstrom mit externem Wasserstoff zugeführt wird.H recycle stream is fed back to the first reactor stage for at least partial conversion into methanol. The process is characterized in that a hydrogen stream with external hydrogen is fed to one of the streams upstream or downstream of the synthesis gas reactor arrangement, and that part of the residual gas stream, and/or the optional recovery stream, and/or a stream downstream of the hydrogen recovery arrangement is branched off and fed to the synthesis gas reactor arrangement as a recycle stream. An embodiment may be preferred in which the water stream with external hydrogen is fed to the synthesis gas stream (downstream of the synthesis gas reactor arrangement).
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Das vorschlagsgemäBe Verfahren dient der Synthese von Methanol. Bei dem vor- LU103148 schlagsgemäBen Verfahren wird ein kohlenstoffhaltiger Energieträgerstrom einerThe proposed process is used for the synthesis of methanol. In the proposed process, a carbon-containing energy carrier stream of a
Synthesegasreaktoranordnung zum Gewinnen eines Synthesegasstroms mit Was- serstoff und Kohlenstoffoxiden zugeführt. Der Synthesegasstrom weist also Was- serstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid auf und kann daneben noch weitere Bestandteile wie insbesondere Stickstoff und Edelgase aufweisen. Der Syn- thesegasstrom kann auch als Frischgasstrom bezeichnet werden.Synthesis gas reactor arrangement for producing a synthesis gas stream with hydrogen and carbon oxides. The synthesis gas stream therefore contains hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide and can also contain other components such as nitrogen and noble gases. The synthesis gas stream can also be referred to as a fresh gas stream.
Der Synthesegasstrom kann einem Synthesegaskompressor zur Druckerhôhung zugeführt werden. Der bezeichnete Synthesegaskompressor kann ein- oder mehr- stufig ausgestaltet sein. Der (optional druckerhôhte) Synthesegasstrom wird zur zumindest teilweisen Umwandlung in Methanol zumindest teilweise einer erstenThe synthesis gas stream can be fed to a synthesis gas compressor to increase the pressure. The synthesis gas compressor can be designed as a single or multi-stage system. The (optionally pressure-increased) synthesis gas stream is fed at least partially to a first
Reaktorstufe einer Methanol-Reaktoranordnung zugeführt. Bevorzugt ist, dass der (optional druckerhöhte) Synthesegasstrom im Wesentlichen vollständig der erstenreactor stage of a methanol reactor arrangement. It is preferred that the (optionally pressure-increased) synthesis gas stream is fed essentially completely to the first
Reaktorstufe zugeführt wird. Es ist aber auch möglich, dass ein Teil des Synthese- gasstroms vorher abgezweigt wird. Jenes Merkmal der „zumindest teilweisen Um- wandlung in Methanol“ begründet sich darin, dass ein nicht umgesetzter Rest anreactor stage. It is also possible that part of the synthesis gas stream is diverted beforehand. The feature of “at least partial conversion into methanol” is based on the fact that an unreacted residue of
Edukten aus der Methanol-Reaktoranordnung austreten und daher die Umwand- lung nicht vollständig ablaufen kann. Die Methanol-Reaktoranordnung kann meh- rere (insbesondere zwei, aber auch mehr als zwei) Reaktorstufen oder nur eine einzelne Reaktorstufe aufweisen. Weist die Methanol-Reaktoranordnung nicht mehrere Reaktorstufen auf, so handelt es sich bei der ersten Reaktorstufe um die einzige Reaktorstufe der Methanol-Reaktoranordnung. Die erste Reaktorstufe derEducts can escape from the methanol reactor arrangement and therefore the conversion cannot be completed. The methanol reactor arrangement can have several (in particular two, but also more than two) reactor stages or only a single reactor stage. If the methanol reactor arrangement does not have several reactor stages, the first reactor stage is the only reactor stage of the methanol reactor arrangement. The first reactor stage of the
Methanol-Reaktoranordnung ist diejenige Reaktorstufe der Methanol-Reaktoran- ordnung, welcher der Synthesegasstrom zumindest teilweise zugeführt wird, bevor er oder ein verbliebener Restgasstrom einer weiteren, z. B. einer zweiten, Reak- torstufe zugeführt wird. Die erste Reaktorstufe ist insoweit die prozesstechnisch zuerst gelagerte Reaktorstufe der Methanol-Reaktoranordnung. Dieser Umstand deckt sich mit der möglichen Bezeichnung des Synthesegasstroms als Frischgass- trom. Jede einzelne Reaktorstufe der Methanol-Reaktoranordnung kann dabei mehrere, prozesstechnisch zueinander parallel geschaltete Einzelreaktoren für dieMethanol reactor arrangement is the reactor stage of the methanol reactor arrangement to which the synthesis gas stream is at least partially fed before it or a remaining residual gas stream is fed to another, e.g. a second, reactor stage. The first reactor stage is in this respect the reactor stage of the methanol reactor arrangement that is located first in terms of process technology. This circumstance corresponds to the possible designation of the synthesis gas stream as a fresh gas stream. Each individual reactor stage of the methanol reactor arrangement can have several individual reactors that are connected in parallel to one another in terms of process technology for the
Methanolsynthese aufweisen.methanol synthesis.
Beim vorschlagsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass aus der Methanol-Reak- toranordnung ein Restgasstrom mit unreagierten Kohlenstoffoxiden gewonnen wird, welcher Restgasstrom einem Recyclekompressor zur Druckerhöhung desIn the proposed process, a residual gas stream containing unreacted carbon oxides is obtained from the methanol reactor arrangement, which residual gas stream is fed to a recycle compressor to increase the pressure of the
) 06.06.2023) 06.06.2023
Restgasstroms zugeführt wird. Der Restgasstrom kann auch unreagierten Wasser- LU103148 stoff oder gar Methan (welches zuvor nicht zu Synthesegas umgesetzt wurde) auf- weisen. Der Restgasstrom kann ferner Inertbestandteile wie Stickstoff oder Edel- gase aufweisen. Sollte die Methanol-Reaktoranordnung mehr als eine Reaktorstufe (z. B. zwei Reaktorstufen) aufweisen, so kann dieser Restgasstrom nach einer be- liebigen Reaktorstufe gewonnen werden. Auch zwischen erster Reaktorstufe und zweiter Reaktorstufe kann ein Restgasstrom vorliegen. Unter einem unreagiertenThe residual gas stream can also contain unreacted hydrogen or even methane (which has not previously been converted to synthesis gas). The residual gas stream can also contain inert components such as nitrogen or noble gases. If the methanol reactor arrangement has more than one reactor stage (e.g. two reactor stages), this residual gas stream can be recovered after any reactor stage. A residual gas stream can also be present between the first reactor stage and the second reactor stage. An unreacted
Stoff/Bestandteil bzw. einer unreagierten Komponente ist hier und nachfolgend einSubstance/ingredient or an unreacted component is here and below a
Stoff (in gasförmigem Aggregatszustand) zu verstehen, welcher als Edukt für dieSubstance (in gaseous state) which serves as a reactant for the
Methanolsynthese einer Reaktorstufe der Methanol-Reaktoranordnung, insbeson- dere der ersten Reaktorstufe, zugeführt wurde und dann aus der Reaktorstufe aus- getreten ist, ohne an einer Reaktion zur Synthese von Methanol teilgenommen zu haben. Ein unreagierter Stoff kann gleichsam ein der Synthesegasreaktoranord- nung zugeführter, dort aber nicht umgewandelter Stoff sein. Der Recyclekompres- sor dient dazu, den wesentlichen Teil des unreagierten Restgases durch die Me- thanol-Reaktoranordnung zu zirkulieren. Das Verfahren sieht weiter vor, dass der druckerhöhte Restgasstrom der Methanol-Reaktoranordnung zur teilweisen Um- wandlung in Methanol zugeführt wird. Es handelt sich also um eine Rückführung des nun druckerhöhten Restgasstroms zur Methanol-Reaktoranordnung, aus wel- cher der Restgasstrom gewonnen wurde.Methanol synthesis was fed to a reactor stage of the methanol reactor arrangement, in particular the first reactor stage, and then exited the reactor stage without having participated in a reaction to synthesize methanol. An unreacted substance can be a substance that was fed to the synthesis gas reactor arrangement but not converted there. The recycle compressor serves to circulate the majority of the unreacted residual gas through the methanol reactor arrangement. The process further provides that the pressure-increased residual gas stream is fed to the methanol reactor arrangement for partial conversion into methanol. This is therefore a return of the now pressure-increased residual gas stream to the methanol reactor arrangement from which the residual gas stream was obtained.
In einer optionalen Variante kann unreagiertes Restgas der ersten und/oder der zweiten Reaktorstufe in Form eines Rückgewinnungsstroms einer Wasserstoffrück- gewinnungsanordnung zum Gewinnen eines H-Recyclestroms zugeführt werden, welcher H-Recyclestrom unreagierten Wasserstoff aus dem unreagierten Restgas der ersten Reaktorstufe und/oder aus dem unreagierten Restgas der zweiten Re- aktorstufe umfasst, wobei der unreagierte Wasserstoff des H-Recyclestroms er- neut der ersten Reaktorstufe zur zumindest teilweisen Umwandlung in Methanol zugeführt wird. Regelmäßig wird nur ein Teilstrom des unreagierten Restgases (z. B. der ersten und/oder zweiten Reaktorstufe) der Wasserstoffrückgewinnungs- anordnung als Rückgewinnungsstrom zugeführt. Der Rückgewinnungsstrom kann aus dem unreagierten Restgas der ersten und/oder zweiten Reaktorstufe etwa durch Abzweigen gewonnen werden. Denn ein Teilstrom des Rückgewinnungs- stroms kann erfindungsgemäß der Synthesegasreaktoranordnung als Rückfüh- rungsstrom zugeführt werden.In an optional variant, unreacted residual gas from the first and/or second reactor stage can be fed in the form of a recovery stream to a hydrogen recovery arrangement for obtaining an H recycle stream, which H recycle stream comprises unreacted hydrogen from the unreacted residual gas from the first reactor stage and/or from the unreacted residual gas from the second reactor stage, wherein the unreacted hydrogen from the H recycle stream is fed again to the first reactor stage for at least partial conversion into methanol. Usually only a partial stream of the unreacted residual gas (e.g. from the first and/or second reactor stage) is fed to the hydrogen recovery arrangement as a recovery stream. The recovery stream can be obtained from the unreacted residual gas from the first and/or second reactor stage, for example by branching off. This is because a partial stream of the recovery stream can be fed to the synthesis gas reactor arrangement as a recycle stream according to the invention.
° 06.06.2023° 06.06.2023
Der H-Recyclestrom umfasst unreagierten Wasserstoff aus dem unreagierten Rest- LU103148 gas (der ersten und/oder zweiten Reaktorstufe), welcher unreagierte Wasserstoff des H-Recyclestroms erneut der ersten Reaktorstufe zur zumindest teilweisen Um- wandlung in Methanol zugeführt wird. Es kann sein, dass der unreagierte Wasser- stoff des H-Recyclestroms nur ein Teil des gesamten unreagierten Wasserstoffs der ersten und/oder zweiten Reaktorstufe und/oder nur ein Teil des gesamten un- reagierten Wasserstoffs des unreagierten Restgases ist. Die erneute Zuführung des unreagierten Wasserstoffes des H-Recyclestroms zur ersten Reaktorstufe kann dabei sowohl direkt als auch indirekt erfolgen. In dem Fall der indirekten Zuführung wird der unreagierte Wasserstoff also zunächst anderen Vorrichtungen zugeführt.The H recycle stream comprises unreacted hydrogen from the unreacted residual gas (of the first and/or second reactor stage), which unreacted hydrogen of the H recycle stream is fed again to the first reactor stage for at least partial conversion into methanol. It may be that the unreacted hydrogen of the H recycle stream is only a part of the total unreacted hydrogen of the first and/or second reactor stage and/or only a part of the total unreacted hydrogen of the unreacted residual gas. The unreacted hydrogen of the H recycle stream can be fed again to the first reactor stage both directly and indirectly. In the case of indirect feeding, the unreacted hydrogen is initially fed to other devices.
Das vorschlagsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass vor- oder nach- gelagert zur Synthesegasreaktoranordnung einem der Ströme ein Wasserstoff- strom mit externem Wasserstoff zugeführt wird, und dass ein Teil des Restgass- troms und/oder des optionalen Rückgewinnungsstroms abgezweigt und der Syn- thesegasreaktoranordnung als Rückführungsstrom zugeführt wird. Bevorzugt kann eine Ausführung sein, bei der dem Synthesegasstrom (nachgelagert zur Synthe- segasreaktoranordnung) der Wasserstrom mit externem Wasserstoff zugeführt wird. Der externe Wasserstoff muss jedoch nicht zwingend dem Synthesegasstrom (also nachgelagert zur Synthesegasreaktoranordnung) zugeführt werden, es kann auch vorgesehen sein den externen Wasserstoff vor der Synthesegaserzeugung in das System einzuspeisen.The proposed method is characterized in that a hydrogen stream with external hydrogen is fed to one of the streams upstream or downstream of the synthesis gas reactor arrangement, and that part of the residual gas stream and/or the optional recovery stream is branched off and fed to the synthesis gas reactor arrangement as a recycle stream. A preferred embodiment may be one in which the water stream with external hydrogen is fed to the synthesis gas stream (downstream of the synthesis gas reactor arrangement). However, the external hydrogen does not necessarily have to be fed to the synthesis gas stream (i.e. downstream of the synthesis gas reactor arrangement); it may also be provided that the external hydrogen is fed into the system before the synthesis gas is produced.
Bei Zufuhr von externem Wasserstoff kann die erwähnte Wasserstoffrückgewin- nungsanordnung in ihrer Größe reduziert werden oder gar vollständig entfallen.If external hydrogen is supplied, the hydrogen recovery arrangement mentioned above can be reduced in size or even eliminated completely.
Denn im Vergleich zu einem Verfahren ohne Zusatz von externem Wasserstoff, muss bei Zufuhr von externem Wasserstoff eine geringere Menge bzw. kein inter- ner Wasserstoff durch eine Wasserstoffrückgewinnungsanordnung erzeugt wer- den.Compared to a process without the addition of external hydrogen, when external hydrogen is supplied, a smaller amount or no internal hydrogen needs to be produced by a hydrogen recovery system.
Sowohl bei einem vollständigen Verzicht auf eine Wasserstoffrückgewinnungsan- ordnung als auch bei einer Größenreduktion der Wasserstoffrückgewinnungsan- ordnung ist die Abführung von Purge-Gas erforderlich, um eine zu starke Akkumu- lation von inerten Komponenten wie Stickstoff und Methan zu vermeiden. Eine größentechnisch klein dimensionierte Wasserstoffrückgewinnungsanordnung bzw.Both if a hydrogen recovery system is dispensed with completely or if the hydrogen recovery system is reduced in size, the removal of purge gas is necessary in order to avoid an excessive accumulation of inert components such as nitrogen and methane. A hydrogen recovery system that is small in size or
! 06.06.2023 ein Verzicht darauf kann neben der Notwendigkeit zur Abführung von Purge-Gas LU103148 bzw. Brenn-Gas auch zu einem größeren Restgasstrom führen.! 06.06.2023 Not doing so can lead to the need to remove purge gas LU103148 or fuel gas, but also to a larger residual gas flow.
Um dies zu vermeiden, sieht die vorgeschlagene Erfindung vor, einen Teil des Rest- gasstroms, und/oder des optionalen Rückgewinnungsstroms, und/oder eines derTo avoid this, the proposed invention provides for a part of the residual gas stream, and/or the optional recovery stream, and/or one of the
Wasserstoffrückgewinnungsanordnung nachgelagerten Stroms abzuzweigen und der Synthesegasreaktoranordnung als Rückführungsstrom zuzuführen. Dies be- wirkt, dass der dem Recyclekompressor und danach erneut der Methanol-Reakto- ranordnung zugeführte Restgasstrom reduziert wird (also weniger unreagierteshydrogen recovery arrangement and to feed it to the synthesis gas reactor arrangement as a recycle stream. This has the effect that the residual gas flow fed to the recycle compressor and then again to the methanol reactor arrangement is reduced (i.e. less unreacted
Restgas in der Methanol-Reaktoranordnung zirkuliert). Unreagiertes Restgas der ersten Reaktorstufe und/oder unreagiertes Restgas der optionalen zweiten Reak- torstufe wird somit zu einem geringeren Anteil erneut der Methanol-Reaktoranord- nung (also den Reaktorstufen) zugeführt. Der Anteil von in der Methanol-Reakto- ranordnung verweilendem bzw. zirkulierendem Restgas wird somit reduziert. Jene bei der Synthesegaserzeugung nicht zu Synthesegas umgesetzten Komponenten (z. B. Methan), die in den Synthesegasstrom gelangt sind, können durch die Rück- führung erneut der Synthesegasreaktoranordnung zugeführt und dort zu Synthe- segas umgesetzt werden. Ferner wird durch die Rückführung der Gesamtanteil von anfallendem Brenngas reduziert, was sich - da Brenngas in der Regel abgebrannt wird — positiv auf die Okobilanz bei der Methanolsynthese auswirkt. Beispielsweise kann das Restgas zu einem bestimmten Anteil Methan enthalten. Wird dieses nun anstelle des Abbrennens als Brenngas erneut der Synthesegasreaktoranordnung zugeführt, so kann dieses - zumindest zu einem gewissen Anteil - zu Synthesegas und letztlich zu Methanol umgesetzt werden. Die vorgenannten Effekte können erreicht werden, wenn ausschließlich ein Teil des Restgasstroms abgezweigt und der Synthesegasreaktoranordnung als Rückführungsstrom zugeführt wird, jedoch auch wenn ausschließlich ein Teil des Rückgewinnungsstroms (dieser kann optional vorgesehen sein, sofern eine Wasserstoffrückgewinnungsanordnung eingesetzt wird) zurückgeführt wird. Da sowohl der Rückgewinnungsstrom als auch der Rest- gasstrom unreagiertes Restgas enthalten, lassen sich die vorbeschriebenen Effekte mit beiden Rückführungsvarianten erreichen. Auch eine kombinierte Rückführung eines abgezweigten Teils des Restgasstroms und eines abgezweigten Teils desResidual gas circulates in the methanol reactor arrangement). Unreacted residual gas from the first reactor stage and/or unreacted residual gas from the optional second reactor stage is thus fed back to the methanol reactor arrangement (i.e. the reactor stages) in a smaller proportion. The proportion of residual gas remaining or circulating in the methanol reactor arrangement is thus reduced. Those components that were not converted to synthesis gas during synthesis gas production (e.g. methane) that entered the synthesis gas stream can be fed back to the synthesis gas reactor arrangement and converted there to synthesis gas. Furthermore, the total proportion of fuel gas produced is reduced by the recirculation, which - since fuel gas is usually burned off - has a positive effect on the ecological balance of methanol synthesis. For example, the residual gas can contain a certain proportion of methane. If this is now fed back to the synthesis gas reactor arrangement instead of being burned off as fuel gas, it can be converted - at least to a certain extent - into synthesis gas and ultimately into methanol. The aforementioned effects can be achieved if only a portion of the residual gas flow is diverted and fed to the synthesis gas reactor arrangement as a recycle stream, but also if only a portion of the recovery stream (this can be optionally provided if a hydrogen recovery arrangement is used) is returned. Since both the recovery stream and the residual gas flow contain unreacted residual gas, the effects described above can be achieved with both recycle variants. A combined recycle of a diverted portion of the residual gas flow and a diverted portion of the
Rückgewinnungsstroms kann vorgesehen und vorteilhaft sein.Recovery power can be provided and advantageous.
; 06.06.2023; 06.06.2023
Eine „Abzweigung“ meint nicht zwingend eine leitungstechnische Abzweigung, LU103148 sondern kann auch als „Zuführung zur“ oder „Leitung zur“ (z. B. zur Synthese- gasreaktoranordnung) verstanden werden.A “branch” does not necessarily mean a branch in the pipeline, LU103148 but can also be understood as a “feed to” or “line to” (e.g. to the synthesis gas reactor arrangement).
Nachfolgend seien vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben, unter anderem jene in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale der Erfindung.Advantageous embodiments of the invention are described below, including those features of the invention specified in the subclaims.
Auch können nachfolgend weitere - in den Unteransprüchen nicht angegebene -Further - not specified in the subclaims -
Ausgestaltungen bzw. Merkmale der Erfindung beschrieben sein. Sämtliche der in den Unteransprüchen und der nachfolgend beschriebenen weiteren Ausgestaltun- gen bzw. Merkmale können die Erfindung über Kategoriegrenzen hinweg spezifi- zieren. So können jene im Zusammenhang des mit der Erfindung vorgeschlagenenEmbodiments or features of the invention are described. All of the further embodiments or features described in the subclaims and the following can specify the invention across category boundaries. Thus, those in connection with the proposed invention
Verfahrens (zur Synthese von Methanol) genannten Ausgestaltungen bzw. Merk- male ohne Weiteres auch Ausgestaltungen bzw. Merkmale der mit der Erfindung vorgeschlagenen Anlage (zur Synthese von Methanol) darstellen und umgekehrt.The embodiments or features mentioned in the process (for the synthesis of methanol) also represent embodiments or features of the plant proposed by the invention (for the synthesis of methanol) and vice versa.
Gleiches gilt für weitere Anspruchskategorien, die an dieser Stelle nicht genannt seien (z. B. eine Verwendung).The same applies to other categories of claims not mentioned here (e.g. use).
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass derAccording to a first embodiment of the invention, it can be provided that the
Synthesegasstrom einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung zum Rückgewinnen von Wärme aus dem Synthesegasstrom und danach dem Synthesegaskompressor zugeführt wird. Denkbar ist, dass der Synthesegasstrom zwischen der Wärmerück- gewinnungsvorrichtung und dem Synthesegaskompressor einer anderen Vorrich- tung oder mehreren anderen Vorrichtungen zugeführt wird. Weiter ist zu beachten, dass die Wärmerückgewinnungsvorrichtung regelmäßig nur eine Stufe einer Wär- merückgewinnungsanordnung mit mehreren Wärmerückgewinnungsvorrichtungen darstellt. Anders ausgedrückt kann es sein, dass der Synthesegasstrom nur einerSynthesis gas flow is fed to a heat recovery device for recovering heat from the synthesis gas flow and then to the synthesis gas compressor. It is conceivable that the synthesis gas flow is fed to another device or several other devices between the heat recovery device and the synthesis gas compressor. It should also be noted that the heat recovery device usually represents only one stage of a heat recovery arrangement with several heat recovery devices. In other words, it may be that the synthesis gas flow is fed to only one
Wärmerückgewinnungsvorrichtung von mehreren, miteinander zusammenhän- genden Wärmerückgewinnungsvorrichtungen zugeführt wird.Heat recovery device is supplied from several interconnected heat recovery devices.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass der unreagierte Wasserstoff des H-Recyclestroms zumindest teilweise von der ersten Reaktorstufe bis zur erneuten Zuführung zur ersten Re- aktorstufe durch den Recyclekompressor mit den unreagierten Kohlenstoffoxiden druckerhöht wird. Anders ausgedrückt kann zumindest für einen Teil des unrea- gierten Wasserstoffs im H-Recyclestrom zwischen dem Austritt dieses unreagiertenAccording to a further embodiment of the proposed method, the unreacted hydrogen of the H recycle stream can be at least partially pressure-increased from the first reactor stage to the point of being fed back into the first reactor stage by the recycle compressor with the unreacted carbon oxides. In other words, at least part of the unreacted hydrogen in the H recycle stream can be pressurized between the outlet of this unreacted
Wasserstoffes aus der ersten Reaktorstufe und der erneuten Zuführung dieses un-Hydrogen from the first reactor stage and the re-feeding of this un-
’ 06.06.2023 reagierten Wasserstoffes zu der ersten Reaktorstufe eine Druckerhôhung durch LU103148 den Recyclekompressor erfolgen. Da der Recyclekompressor — wie bereits be- schrieben - den Restgasstrom mit unreagierten Kohlenstoffoxiden druckerhôht, kann die Druckerhôhung des unreagierten Wasserstoffs durch den Recyclekom- pressor zusammen mit den unreagierten Kohlenstoffoxiden stattfinden. Der un- reagierte Wasserstoff des H-Recyclestroms kann im Wesentlichen vollständig von der ersten Reaktorstufe bis zur erneuten Zuführung zur ersten Reaktorstufe durch den Recyclekompressor mit den unreagierten Kohlenstoffoxiden druckerhéht wer- den.’ 06.06.2023 reacted hydrogen to the first reactor stage, a pressure increase can be carried out by LU103148 the recycle compressor. Since the recycle compressor - as already described - increases the pressure of the residual gas stream with unreacted carbon oxides, the pressure increase of the unreacted hydrogen can take place through the recycle compressor together with the unreacted carbon oxides. The unreacted hydrogen of the H recycle stream can be pressure increased essentially completely from the first reactor stage until it is fed back to the first reactor stage by the recycle compressor with the unreacted carbon oxides.
Die Synthesegasreaktoranordnung, der Synthesegaskompressor, die Methanol-The synthesis gas reactor arrangement, the synthesis gas compressor, the methanol
Reaktoranordnung, die Wärmerückgewinnungsvorrichtung, der Recyclekompres- sor und die Wasserstoffrückgewinnungsanordnung können von einer Anlage zurReactor assembly, heat recovery device, recycle compressor and hydrogen recovery assembly can be operated by a plant for
Synthese von Methanol umfasst sein.Synthesis of methanol may be included.
Grundsätzlich kann der dem Recyclekompressor zugeführte Restgasstrom eine be- liebige Zusammensetzung aufweisen, solange der Restgasstrom unreagierte Koh- lenstoffoxide zu einem grundsätzlich beliebigen Anteil und optional unreagiertenIn principle, the residual gas stream fed to the recycle compressor can have any composition, as long as the residual gas stream contains unreacted carbon oxides in any proportion and optionally unreacted
Wasserstoff des Rückgewinnungsstroms umfasst.hydrogen from the recovery stream.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemaBen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass der Wasserstoffstrom, beispielsweise aus einer Wasser- stoffrückgewinnungsvorrichtung, dem Synthesegasstrom nach dessen Austritt aus der Wärmerückgewinnungsvorrichtung zugeführt wird. Somit beeinträchtigt dieAccording to a further embodiment of the proposed method, it can be provided that the hydrogen stream, for example from a hydrogen recovery device, is fed to the synthesis gas stream after it has left the heat recovery device. Thus, the
Zufuhr des Wasserstoffstroms zum Synthesegasstrom nicht die aus Okobilanz- gründen vorteilhafte Wärmerückgewinnung aus dem Synthesegasstrom (z. B. durch eine etwaige Temperaturreduktion nach Zufuhr des Wasserstoffstroms). Es ist zudem vorteilhaft, dass der Wasserstoffstrom dem Synthesegasstrom vor des- sen Zuführung in den Synthesegaskompressor zugeführt wird. Dadurch kann ge- wahrleistet werden, dass ein unterstôchiometrischer Wasserstoffanteil im Synthe- segasstrom vor Eintritt des Synthesegases in die erste Reaktorstufe der Methanol-Supply of the hydrogen stream to the synthesis gas stream does not allow for the heat recovery from the synthesis gas stream, which is advantageous for ecological reasons (e.g. by a possible temperature reduction after supply of the hydrogen stream). It is also advantageous that the hydrogen stream is supplied to the synthesis gas stream before it is fed into the synthesis gas compressor. This ensures that a substoichiometric hydrogen content in the synthesis gas stream before the synthesis gas enters the first reactor stage of the methanol
Reaktoranordnung zumindest teilweise ausgeglichen werden kann. Der Wasser- stoffstrom, wie auch der externe Wasserstoff, kann dem System grundsätzlich an einer beliebigen Stelle zugeführt werden, so auch vor dem Recyclekompressor, nach der ersten Reaktorstufe, vor der Synthesegasreaktoranordnung etc.reactor arrangement can be at least partially compensated. The hydrogen flow, as well as the external hydrogen, can in principle be fed into the system at any point, including before the recycle compressor, after the first reactor stage, before the synthesis gas reactor arrangement, etc.
06.06.2023June 6, 2023
Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- LU103148 gesehen sein, dass dem (externen) Wasserstoffstrom zusätzlich unreagierter Was- serstoff aus dem H-Recyclestrom zugeführt wird. In diesem Fall setzt sich der Was- serstoffstrom also aus externem Wasserstoff sowie aus dem Rückgewinnungs- strom in der Rückgewinnungsanordnung recyceltem Wasserstoff zusammen. Ob eine Wasserstoffrückgewinnung erforderlich ist, hängt maßgeblich vom jeweiligenAccording to a further embodiment of the proposed method, unreacted hydrogen from the H recycling stream can be added to the (external) hydrogen stream. In this case, the hydrogen stream is composed of external hydrogen and hydrogen recycled from the recovery stream in the recovery arrangement. Whether hydrogen recovery is required depends largely on the respective
Anlagendesign sowie von der im Synthesegasstrom vorliegenden Wasserstoff- menge (bzw. dem Wasserstoffanteil) ab. Ferner kann die Notwendigkeit einer Was- serstoffrückgewinnung von dem eingesetzten Einsatzgas und der Menge von zurThe need for hydrogen recovery depends on the plant design and the amount of hydrogen (or hydrogen content) present in the synthesis gas stream. Furthermore, the need for hydrogen recovery depends on the feed gas used and the amount of hydrogen
Verfügung stehendem Wasserstoff abhängen. Über eine entsprechende Wasser- stoffrückgewinnung kann dem Synthesegasstrom somit nebst dem externen Was- serstoff über den erwähnten Wasserstoffstrom zusätzlicher Wasserstoff zugeführt werden (womit ein etwaiger Wasserstoffunterschuss ausgeglichen werden kann).available hydrogen. By means of appropriate hydrogen recovery, additional hydrogen can be added to the synthesis gas stream in addition to the external hydrogen via the hydrogen stream mentioned above (which can compensate for any hydrogen deficit).
Der Wasserstoffstrom kann vor dem Zuführen in die Methanol-Reaktoranordnung, insbesondere in den Synthesegasstrom, mittels eines Wasserstoffkompressors druckerhöht werden. Dies ist vorteilhaft, um den Wasserstoffstrom gegebenenfalls auf das Druckniveau des Synthesegasstroms anzuheben oder ein gewünschtesThe hydrogen stream can be pressure-increased by means of a hydrogen compressor before being fed into the methanol reactor arrangement, in particular into the synthesis gas stream. This is advantageous in order to raise the hydrogen stream to the pressure level of the synthesis gas stream if necessary or to achieve a desired
Druckniveau einzustellen. Ein Transport eines druckerhöhten Wasserstoffstroms kann vorteilhaft sein, da dies in im Vergleich zum Transport eines nicht drucker- höhten Wasserstoffstroms in kleineren Leitungen erfolgen kann. Es kann vorteil- haft sein, den Druck des Wasserstoffstroms räumlich erst kurz vor der Zufuhr zurThe transport of a hydrogen stream at increased pressure can be advantageous, as this can be done in smaller lines than the transport of a hydrogen stream without increased pressure. It can be advantageous to spatially adjust the pressure of the hydrogen stream just before it is fed to the
Methanol-Reaktoranordnung bzw. zum Synthesegasstrom zu komprimieren (d.h. den Druck zu erhöhen). Denn anlagentechnisch ist der Transport von Wasserstoff über kurze Wege vorteilhaft. Der Wasserstoffkompressor kann eine oder mehrereMethanol reactor arrangement or to compress it to the synthesis gas stream (i.e. to increase the pressure). From a plant engineering point of view, the transport of hydrogen over short distances is advantageous. The hydrogen compressor can have one or more
Kompressoreinheiten aufweisen.compressor units.
Nach einer weiteren Ausgestaltung eines vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass der unreagierte Wasserstoff aus dem H-Recyclestrom demAccording to a further embodiment of a proposed process, it can be provided that the unreacted hydrogen from the H-recycle stream is
Wasserstoffstrom über den Wasserstoffkompressor zugeführt wird, insbesondere, dass der unreagierte Wasserstoff und der externe Wasserstoff gemeinsam mittels des Wasserstoffkompressors druckerhöht werden. Eine gemeinsame Druckerhö- hung in dem Wasserstoffkompressor kann Kostenvorteile haben.Hydrogen stream is supplied via the hydrogen compressor, in particular that the unreacted hydrogen and the external hydrogen are jointly pressure-increased by means of the hydrogen compressor. A joint pressure increase in the hydrogen compressor can have cost advantages.
Nach einer weiteren Ausgestaltung eines vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass der externe Wasserstoff dem Wasserstoffstrom aus einem Elek- trolyse-Wasserstoffstrom zugeführt wird, der aus einer Elektrolyseanordnung zumAccording to a further embodiment of a proposed method, it can be provided that the external hydrogen is supplied to the hydrogen stream from an electrolysis hydrogen stream which is supplied from an electrolysis arrangement to the
06.06.2023June 6, 2023
Zerlegen von Wasser in den externen Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen wird. LU103148Decomposition of water into external hydrogen and oxygen is obtained. LU103148
Die Elektrolyseanordnung kann dabei extern zur vorschlagsgemäßen Anlage zurThe electrolysis arrangement can be installed externally to the proposed plant for
Synthese von Methanol angeordnet sein, gleichsam aber auch in diese Anlage in- tegriert sein (also Teil dieser sein). Der Elektrolyse-Wasserstoffstrom umfasst vor- zugsweise im Wesentlichen Wasserstoff. Bei der bezeichneten Elektrolyse handelt es sich also um eine Elektrolyse von Wasser (Wasserelektrolyse). Bei einer solchenThe electrolysis hydrogen stream preferably comprises mainly hydrogen. The electrolysis referred to is therefore an electrolysis of water (water electrolysis). In such a
Wasserelektrolyse wird Wasser (H,O) in die Bestandteile Wasserstoff (Hz) und Sau- erstoff (O,) unter Einsatz von elektrischem Strom zerlegt. Besonders vorteilhaft ist, wenn der dabei eingesetzte elektrische Strom aus erneuerbaren Energieträ- gern gewonnen wird (z. B. Wind, Sonne, Biomasse etc.). Der bei der Wasserelek- trolyse anfallende Sauerstoff kann zugleich im Reformierungsreaktor (im Falle derIn water electrolysis, water (H,O) is broken down into its components hydrogen (H2) and oxygen (O,) using electrical current. It is particularly advantageous if the electrical current used is generated from renewable energy sources (e.g. wind, sun, biomass, etc.). The oxygen produced during water electrolysis can also be used in the reforming reactor (in the case of
Nutzung einer autothermen Reformierung) oder im Oxidationsreaktor (im Falle derUsing autothermal reforming) or in the oxidation reactor (in the case of
Nutzung einer partiellen Oxidation) zur Erzeugung des Synthesegases eingesetzt werden.Use of partial oxidation) to produce the synthesis gas.
Vorzugsweise umfasst die Methanol-Reaktoranordnung eine erste Methanol-Preferably, the methanol reactor arrangement comprises a first methanol
Trennvorrichtung zum Gewinnen des unreagierten Restgases der ersten Reaktor- stufe und eines ersten Rohmethanolstroms der ersten Reaktorstufe. Insbesondere kann die erste Methanol-Trennvorrichtung eine erste Kondensationsvorrichtung zum Gewinnen des unreagierten Restgases der ersten Reaktorstufe und des erstenSeparation device for recovering the unreacted residual gas from the first reactor stage and a first crude methanol stream from the first reactor stage. In particular, the first methanol separation device can comprise a first condensation device for recovering the unreacted residual gas from the first reactor stage and the first
Rohmethanolstroms der ersten Reaktorstufe durch Kondensation umfassen. Op- tional kann die Methanol-Reaktoranordnung eine zweite Methanol-Trennvorrich- tung zum Gewinnen des unreagierten Restgases der zweiten Reaktorstufe und ei- nes zweiten Rohmethanolstroms der zweiten Reaktorstufe umfassen, wobei insbe- sondere die zweite Methanol-Trennvorrichtung eine zweite Kondensationsvorrich- tung zum Gewinnen des unreagierten Restgases der zweiten Reaktorstufe und des zweiten Rohmethanolstroms der zweiten Reaktorstufe durch Kondensation um- fasst. Grundsätzlich kann die erste und/oder zweite Methanol-Trennvorrichtung auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein. Wie erwähnt, kann es vorteilhaft sein, dass die erste und/oder zweite Methanol-Trennvorrichtung eine erste respek- tive zweite Kondensationsvorrichtung umfasst.crude methanol stream of the first reactor stage by condensation. Optionally, the methanol reactor arrangement can comprise a second methanol separation device for obtaining the unreacted residual gas of the second reactor stage and a second crude methanol stream of the second reactor stage, wherein in particular the second methanol separation device comprises a second condensation device for obtaining the unreacted residual gas of the second reactor stage and the second crude methanol stream of the second reactor stage by condensation. In principle, the first and/or second methanol separation device can be designed in any desired manner. As mentioned, it can be advantageous for the first and/or second methanol separation device to comprise a first or second condensation device.
Wie bereits festgestellt kann prinzipiell vorgesehen sein, dass die Methanol-Reak- toranordnung nur eine einzige (erste) Methanol-Reaktorstufe umfasst. Die Metha- nol-Reaktoranordnung kann jedoch auch eine Mehrzahl von prozesstechnisch hin- tereinander geschalteten Reaktorstufen zur Methanolsynthese aufweisen, bei-As already stated, in principle it can be provided that the methanol reactor arrangement comprises only a single (first) methanol reactor stage. However, the methanol reactor arrangement can also have a plurality of reactor stages connected in series for methanol synthesis, in which case
06.06.2023 spielsweise eine erste Reaktorstufe und eine der ersten Reaktorstufe prozesstech- LU103148 nisch nachgeschaltete zweite Reaktorstufe. Jede einzelne Reaktorstufe kann dabei einen oder mehrere Reaktoren aufweisen. Die Reaktoren einer Reaktorstufe kön- nen dabei insbesondere untereinander prozesstechnisch parallel angeordnet sein.06.06.2023 for example a first reactor stage and a second reactor stage downstream of the first reactor stage in terms of process technology. Each individual reactor stage can have one or more reactors. The reactors of a reactor stage can in particular be arranged in parallel with one another in terms of process technology.
Weiter kann es sein, dass durch eine Methanol-Trennvorrichtung ein jeweiliges unreagiertes Restgas aus jeder der Vielzahl von Reaktorstufen gewonnen wird.Furthermore, a methanol separation device may be used to recover a respective unreacted residual gas from each of the plurality of reactor stages.
Jeder Reaktorstufe kann dabei eine separate Methanol-Trennvorrichtung zugeord- net sein. Auch können den mehreren oder sämtlichen Reaktorstufen eine gemein- same Methanol-Trennvorrichtung zugeordnet sein, wobei die Reaktorstufen in die- sem Fall parallel geschaltet sind In diesem Falle ist der Ausdruck der „Reaktor- stufe“ nicht so zu verstehen, dass es sich um prozesstechnisch in Reihe geschaltete „Stufen“ von Reaktoren handelt, sondern vielmehr um parallel geschaltete „Reak- toren“.Each reactor stage can be assigned a separate methanol separation device. A common methanol separation device can also be assigned to several or all reactor stages, in which case the reactor stages are connected in parallel. In this case, the term "reactor stage" is not to be understood as referring to "stages" of reactors connected in series in terms of process technology, but rather to "reactors" connected in parallel.
Dass die erste und zweite Reaktorstufe prozesstechnisch hintereinandergeschaltet (die zweite Reaktorstufe ist der ersten Reaktorstufe nachgeschaltet) sind bedeutet, dass Restgas aus einer Reaktorstufe — sofern es nicht die letzte Reaktorstufe in einer Reihe von mehreren Reaktorstufen ist - direkt oder indirekt der jeweils da- nach geschalteten Reaktorstufe zugeführt wird. Im Falle des Vorliegens einer ers- ten und zweiten Reaktorstufe wird somit Restgas aus der ersten Reaktorstufe di- rekt oder indirekt der zweiten Reaktorstufe zugeführt. Grundsätzlich kann der obige Recyclekompressor bezüglich der Mehrzahl von Reaktorstufen beliebig an- geordnet sein. Eine Variante ist, dass der Recyclekompressor prozesstechnisch zwischen zwei Reaktorstufen, beispielsweise im Falle von zwei Reaktorstufen zwi- schen der ersten und der zweiten Reaktorstufe angeordnet ist. Das bedeutet, dass dem Recyclekompressor zumindest ein Teil des unreagierten Restgases aus einerThe fact that the first and second reactor stages are connected in series in terms of process technology (the second reactor stage is connected downstream of the first reactor stage) means that residual gas from a reactor stage - unless it is the last reactor stage in a series of several reactor stages - is fed directly or indirectly to the reactor stage connected after it. In the case of a first and second reactor stage, residual gas from the first reactor stage is fed directly or indirectly to the second reactor stage. In principle, the above recycle compressor can be arranged in any way with respect to the plurality of reactor stages. One variant is that the recycle compressor is arranged between two reactor stages in terms of process technology, for example in the case of two reactor stages between the first and second reactor stages. This means that at least part of the unreacted residual gas from a
Reaktorstufe als Restgasstrom zugeführt wird und der druckerhöhte Restgasstrom dann der dieser Reaktorstufe nachgelagerten Reaktorstufe zugeführt wird.reactor stage as a residual gas stream and the pressure-increased residual gas stream is then fed to the reactor stage downstream of this reactor stage.
Grundsätzlich kann der erwähnte H-Recyclestrom beliebig geführt werden, solange mindestens ein Teil seines Wasserstoffs in Methanol umgewandelt wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass derIn principle, the H recycle stream mentioned can be conducted in any way as long as at least part of its hydrogen is converted into methanol. According to an advantageous embodiment of the process, it can be provided that the
H-Recyclestrom dem unreagierten Restgas einer prozesstechnisch der ersten Re- aktorstufe nachgelagerten (z. B. zweiten) Reaktorstufe zugeführt wird. Bei Vorlie- gen von zwei Reaktorstufen kann der unreagierte Wasserstoff aus dem H-Recycle- strom also dem unreagierten Restgas der zweiten Reaktorstufe zugeführt werden.H-recycle stream is fed to the unreacted residual gas of a reactor stage that is downstream of the first reactor stage (e.g. second). If there are two reactor stages, the unreacted hydrogen from the H-recycle stream can be fed to the unreacted residual gas of the second reactor stage.
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Mit anderen Worten wird der unreagierte Wasserstoff des H-Recyclestroms nach der Zuführung gemeinsam mit zumindest einem Teil des unreagierten Restgases einer anderen Reaktorstufe als der ersten Reaktorstufe behandelt. Auf diese Weise „überspringt“ der H-Recyclestrom eine oder mehrere Reaktorstufen nach der ers- ten Reaktorstufe. Der Vorteil eines solchen Ansatzes liegt darin, dass auf dieseIn other words, the unreacted hydrogen of the H recycle stream is treated after feeding together with at least a portion of the unreacted residual gas from a reactor stage other than the first reactor stage. In this way, the H recycle stream “skips” one or more reactor stages after the first reactor stage. The advantage of such an approach is that this
Weise der Druckverlust des H-Recyclestroms durch die Wasserstoffrückgewinnung im Grunde parallel zu dem Druckverlust des unreagierten Restgases der nachge- lagerten (z. B. zweiten) Reaktorstufe in dieser Reaktorstufe anfällt. Anders ausge- drückt liegt dadurch der jeweilige Druck dieses unreagierten Restgases und des H-The pressure loss of the H recycle stream due to hydrogen recovery is essentially parallel to the pressure loss of the unreacted residual gas of the downstream (e.g. second) reactor stage in this reactor stage. In other words, the respective pressure of this unreacted residual gas and the H
Recyclestroms näher beieinander, was wiederum einen beim Zusammenführen durch das Angleichen auf das niedrigere Druckniveau entstehenden Druckverlust verringert. Der H-Recyclestrom kann dem Recyclekompressor zur Druckerhöhung mit dem Restgasstrom zugeführt werden.recycle stream closer together, which in turn reduces the pressure loss that occurs when they are combined by adjusting to the lower pressure level. The H recycle stream can be fed to the recycle compressor with the residual gas stream to increase the pressure.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Restgasstrom aus einer prozesstechnisch der ersten Reaktorstufe nachgela- gerten Reaktorstufe, insbesondere der zweiten Reaktorstufe, gewonnen wird. Mit anderen Worten entstammt dann der dem Recyclekompressor zugeführte Rest- gasstrom nicht der ersten Reaktorstufe — also der Reaktorstufe, welcher der Syn- thesegasstrom zumindest teilweise unmittelbar zugeführt wird - sondern einer nachgelagerten Reaktorstufe. Weiter kann es sein, dass der Recyclekompressor den druckerhöhten Restgasstrom der ersten Reaktorstufe zuführt. Grundsätzlich kann der druckerhöhte Restgasstrom aber auch einer anderen Reaktorstufe derAccording to a further embodiment of the method, it can be provided that the residual gas stream is obtained from a reactor stage that is downstream of the first reactor stage in terms of process technology, in particular the second reactor stage. In other words, the residual gas stream fed to the recycle compressor does not originate from the first reactor stage - i.e. the reactor stage to which the synthesis gas stream is at least partially fed directly - but from a downstream reactor stage. Furthermore, the recycle compressor can feed the pressure-increased residual gas stream to the first reactor stage. In principle, the pressure-increased residual gas stream can also be fed to another reactor stage of the
Vielzahl von Reaktorstufen zugeführt werden. Ebenso kann es sein, dass der druckerhöhte Restgasstrom aufgeteilt und mehreren Reaktorstufen der Mehrzahl von Reaktorstufen zugeführt wird.It is also possible for the pressurized residual gas flow to be split and fed to several reactor stages of the plurality of reactor stages.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass der Restgasstrom aus einer prozesstechnisch zuletzt gelager- ten Reaktorstufe der Vielzahl von Reaktorstufen gewonnen wird. Im Falle des Vor- liegens zweier Reaktorstufen stellt die zweite Reaktorstufe die letztgelagerte Re- aktorstufe dar. Diese und die vorangehende Variante erlaubt es ebenfalls, für einAccording to a further embodiment of the proposed method, it can be provided that the residual gas stream is obtained from a reactor stage that is stored last in terms of process technology of the plurality of reactor stages. In the case of two reactor stages, the second reactor stage represents the reactor stage that is stored last. This and the previous variant also make it possible to
Zusammenführen von Strömen erforderliche Druckverluste zu verringern.to reduce the pressure losses required to combine streams.
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Grundsätzlich kann der Rückgewinnungsstrom an einer beliebigen Stelle und aus LU103148 einem beliebigen Ursprung innerhalb der Methanol-Reaktoranordnung gewonnen werden. Der Rückgewinnungsstrom enthält unreagierten Wasserstoff aus einem unreagierten Restgas der ersten Reaktorstufe und/oder der zweiten Reaktorstufe.In principle, the recovery stream can be obtained at any location and from any origin within the methanol reactor arrangement. The recovery stream contains unreacted hydrogen from an unreacted residual gas from the first reactor stage and/or the second reactor stage.
Eine Variante sieht vor, dass der Rückgewinnungsstrom zumindest teilweise aus dem unreagierten Restgas der ersten Reaktorstufe abgezweigt wird. Nach einer weiteren Variante kann der Rückgewinnungsstrom (sofern zwei Reaktorstufen vor- gesehen sind) aus dem unreagierten Restgas der zweiten Reaktorstufe abgezweigt werden. Auch eine Abzweigung des Rückgewinnungsstroms aus sowohl dem un- reagierten Restgas der ersten Reaktorstufe als auch aus dem unreagierten Restgas der zweiten Reaktorstufe ist denkbar. Es kann daher sein, dass der Rückgewin- nungsstrom zumindest teilweise dem Recyclekompressor prozesstechnisch vorge- lagert abgezweigt wird.One variant provides that the recovery stream is at least partially diverted from the unreacted residual gas of the first reactor stage. According to another variant, the recovery stream (if two reactor stages are provided) can be diverted from the unreacted residual gas of the second reactor stage. It is also conceivable that the recovery stream is diverted from both the unreacted residual gas of the first reactor stage and the unreacted residual gas of the second reactor stage. It is therefore possible that the recovery stream is at least partially diverted upstream of the recycle compressor in terms of process technology.
Grundsätzlich sei bemerkt, dass durch die Wasserstoffrückgewinnung aus demBasically, it should be noted that hydrogen recovery from the
Rückgewinnungsstrom und die zumindest teilweise erneute Zufuhr des H-Recycle- stroms zur ersten Reaktorstufe, der Wasserstoffanteil in der ersten Reaktorstufe erhöht und somit die Stöchiometrie für die Methanolsynthese verbessert werden kann. Gleiches gilt für den Fall der Zufuhr von externem Wasserstoff in den Syn- thesegasstrom (über den Wasserstoffstrom) und der sodann erfolgenden Zufuhr zur ersten Reaktorstufe. Ebenfalls gilt dies für eine Kombination einer von exter- nem Wasserstoff und rückgewonnenem Wasserstoff aus dem Rückgewinnungs- strom.Recovery stream and at least partial re-feeding of the H recycle stream to the first reactor stage, the hydrogen content in the first reactor stage can be increased and thus the stoichiometry for methanol synthesis can be improved. The same applies to the case of the feed of external hydrogen into the synthesis gas stream (via the hydrogen stream) and the subsequent feed to the first reactor stage. This also applies to a combination of external hydrogen and recovered hydrogen from the recovery stream.
Die Synthesegasreaktoranordnung kann einen Reformierungsreaktor oder einenThe synthesis gas reactor arrangement may comprise a reforming reactor or a
Oxidationsreaktor umfassen. Insbesondere kann zum Gewinnen des Synthese- gasstroms ein sauerstoffhaltiger Strom der Synthesegasreaktoranordnung zuge- führt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in der Synthesegasreak- toranordnung der Synthesegasstrom durch eine autotherme Reformierung in demOxidation reactor. In particular, an oxygen-containing stream can be fed to the synthesis gas reactor arrangement to obtain the synthesis gas stream. In particular, it can be provided that in the synthesis gas reactor arrangement the synthesis gas stream is reformed by an autothermal reforming in the
Reformierungsreaktor oder eine partielle Oxidation in dem Oxidationsreaktor aus dem kohlenstoffhaltigen Energieträgerstrom gewonnen wird.reforming reactor or a partial oxidation in the oxidation reactor from the carbon-containing energy carrier stream.
Die Synthesegasreaktoranordnung kann neben einem Reaktor zur Erzeugung desThe synthesis gas reactor arrangement can be used in addition to a reactor for producing the
Synthesegases weitere Vorrichtungen aufweisen. So kann die Synthesegasreakto- ranordnung eine jeweils dem Reaktor prozesstechnisch vorgelagerte Vorrichtung zur Entschwefelung des kohlenstoffhaltigen Energieträgerstroms, eine Sättigungs-synthesis gas. The synthesis gas reactor arrangement can have a device for desulfurization of the carbon-containing energy carrier stream, a saturation
06.06.2023 stufe zur Sättigung des kohlenstoffhaltigen Energieträgerstroms mit Wasser, einen LU10314806.06.2023 stage for saturating the carbon-containing energy carrier stream with water, a LU103148
Vor-Reformierungsreaktor (Pre-Reformer) zur Vorreformierung des kohlenstoff- haltigen Energieträgerstroms und/oder eine Vorrichtung zum Aufheizen des koh- lenstoffhaltigen Energieträgerstroms aufweisen.Pre-reforming reactor (pre-reformer) for pre-reforming the carbon-containing energy carrier stream and/or a device for heating the carbon-containing energy carrier stream.
Grundsätzlich kann das Gewinnen des Synthesegasstroms aus dem Energieträger- strom auf beliebige Art und Weise erfolgen. Bevorzugt ist, dass zum Gewinnen desIn principle, the synthesis gas stream can be obtained from the energy carrier stream in any way. It is preferred that the synthesis gas stream is obtained
Synthesegasstroms ein sauerstoffhaltiger Strom der Synthesegasreaktoranord- nung zugeführt wird. Grundsätzlich kann der sauerstoffhaltige Strom neben demSynthesis gas stream an oxygen-containing stream is fed to the synthesis gas reactor arrangement. In principle, the oxygen-containing stream can be fed into the
Sauerstoff noch weitere Bestandteile aufweisen. So kann es sich bei dem sauer- stoffhaltigen Strom auch um Umgebungsluft handeln.Oxygen can also contain other components. The oxygen-containing stream can also be ambient air.
Grundsätzlich kann der Synthesegasstrom etwa durch eine Dampfreformierung (mit einem Steam Reformer als Reformierungsreaktor) des kohlenstoffhaltigenIn principle, the synthesis gas stream can be converted into a carbon-containing gas by steam reforming (using a steam reformer as the reforming reactor)
Energieträgerstroms gewonnen werden. Die Verwendung eines Steam Reformers kann bei Zugabe von CO, oder Verwendung eines CO, reichen kohlenstoffhaltigenThe use of a steam reformer can be achieved by adding CO, or using a CO, rich carbonaceous
Energieträgerstroms (wie Biogas) sinnvoll sein.energy source electricity (such as biogas) may make sense.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekenn- zeichnet, dass in der Synthesegasreaktoranordnung der Synthesegasstrom durch eine autotherme Reformierung aus dem kohlenstoffhaltigen Energieträgerstrom gewonnen wird, nämlich in dem erwähnten Reformierungsreaktor. Bei einer sol- chen autothermen Reformierung (ATR) stellt eine katalytische partielle Oxidation die für die endothermen Reformierungsreaktionen erforderliche Wärme bereit. Ge- genüber einer reinen Dampfreformierung bietet die autotherme Reformierung denA further preferred embodiment of the process is characterized in that in the synthesis gas reactor arrangement the synthesis gas stream is obtained from the carbon-containing energy carrier stream by autothermal reforming, namely in the reforming reactor mentioned. In such autothermal reforming (ATR), catalytic partial oxidation provides the heat required for the endothermic reforming reactions. Compared to pure steam reforming, autothermal reforming offers the
Vorteil, dass der Synthesegasstrom mit einem höheren Druck bereitgestellt wer- den kann. Alternativ oder zusätzlich kann es sein, dass in der Synthesegasreakto- ranordnung der Synthesegasstrom durch eine partielle Oxidation aus dem kohlen- stoffhaltigen Energieträgerstrom gewonnen wird, nämlich in dem erwähnten Oxi- dationsreaktor.Advantage that the synthesis gas stream can be provided at a higher pressure. Alternatively or additionally, the synthesis gas stream can be obtained in the synthesis gas reactor arrangement by partial oxidation from the carbon-containing energy carrier stream, namely in the oxidation reactor mentioned.
Grundsätzlich kann eine autotherme Reformierung auch mit Umgebungsluft be- trieben werden. Bevorzugt ist jedoch, dass jener von dem sauerstoffhaltigen Strom umfasste Sauerstoff aus einer Luftzerlegungsvorrichtung zum Gewinnen einesIn principle, autothermal reforming can also be carried out with ambient air. However, it is preferred that the oxygen contained in the oxygen-containing stream is obtained from an air separation device to obtain a
Sauerstoffstroms aus Umgebungsluft gewonnen wird. Die Luftzerlegungsvorrich- tung kann darüber hinaus auch zum Gewinnen eines Stickstoffstroms eingerichtetoxygen stream is obtained from ambient air. The air separation device can also be set up to obtain a nitrogen stream
06.06.2023 sein. Insbesondere kann es dann sein, dass der sauerstoffhaltige Strom im We- LU103148 sentlichen Sauerstoff umfasst. Auf diese Weise wird der Anteil an inerten Gasen bei der Methanolsynthese verringert, sodass verschiedene Vorrichtungen der An- lage kleiner dimensioniert werden können. Vorzugsweise umfasst die Anlage zur06.06.2023. In particular, it may then be the case that the oxygen-containing stream essentially comprises oxygen. In this way, the proportion of inert gases in the methanol synthesis is reduced, so that various devices in the plant can be made smaller. Preferably, the plant for
Synthese von Methanol die Luftzerlegungsvorrichtung.Synthesis of methanol the air separation device.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass der der von dem sauerstoffhaltigen Strom umfasste Sauerstoff aus der Elektrolyseanordnung gewonnen wird. Bei Erzeugung des externen Was- serstoffs im Wege einer Wasserelektrolyse fällt aufgrund der diesem Prozess zu- grundeliegenden chemischen Reaktion auch Sauerstoff an. Eine Nutzung dieses ohnehin anfallenden Sauerstoffs für die Synthesegaserzeugung (autotherme Re- formierung oder partielle Oxidation) gestaltet das vorschlagsgemäße Verfahren besonders effizient und verbessert zugleich dessen Ökobilanz. Anderenfalls müsste der anfallende Sauerstoff für andere Zwecke gespeichert, weitergeleitet oder ver- worfen werden.According to a further embodiment of the proposed method, the oxygen contained in the oxygen-containing stream can be obtained from the electrolysis arrangement. When external hydrogen is produced by means of water electrolysis, oxygen is also produced due to the chemical reaction underlying this process. Using this oxygen, which is produced anyway, to produce synthesis gas (autothermal reforming or partial oxidation) makes the proposed method particularly efficient and at the same time improves its ecological balance. Otherwise, the oxygen produced would have to be stored for other purposes, passed on or discarded.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass der Rückführungsstrom der Synthesegasreaktoranordnung prozesstechnisch vorgelagert zu dem Reformierungsreaktor oder dem Oxidations- reaktor zugeführt wird. Dies ermöglicht ein erneutes Hindurchtreten des Rückfüh- rungsstroms und der darin enthaltenen Bestandteile durch den Reformierungsre- aktor (z. B. einen autothermen Reformierungsreaktor oder Steam Reformer) oder den Oxidationsreaktor (zur partiellen Oxidation). Dabei können die im Rückfüh- rungsstrom enthaltenen Bestandteile, insbesondere Methan, die in der Synthese- gasreaktoranordnung stattfindenden (chemischen) Vorgänge erneut durchlaufen und zu Synthesegas umgesetzt werden. Sofern Katalysatoren verwendet werden, erlaubt dies, dass die Bestandteile des Rückführungsstroms dabei erneut in Kon- takt mit den zur Synthesegaserzeugung verwendeten Katalysatoren kommen.According to a further embodiment of the proposed method, it can be provided that the recycle stream of the synthesis gas reactor arrangement is fed upstream of the reforming reactor or the oxidation reactor. This enables the recycle stream and the components contained therein to pass through the reforming reactor (e.g. an autothermal reforming reactor or steam reformer) or the oxidation reactor (for partial oxidation) again. The components contained in the recycle stream, in particular methane, can then pass through the (chemical) processes taking place in the synthesis gas reactor arrangement again and be converted into synthesis gas. If catalysts are used, this allows the components of the recycle stream to come into contact again with the catalysts used to produce synthesis gas.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass prozesstechnisch vorgelagert zum Reformierungsreaktor einAccording to a further embodiment of the proposed process, it can be provided that upstream of the reforming reactor, a
Vor-Reformierungsreaktor (Pre-Reformer) angeordnet ist, wobei der Rückfüh- rungsstrom der Synthesegasreaktoranordnung zwischen dem Vor-Reformierungs- reaktor und dem Reformierungsreaktor zugeführt wird. Da die Bestandteile desPre-reforming reactor (pre-reformer) is arranged, whereby the recycle stream is fed to the synthesis gas reactor arrangement between the pre-reforming reactor and the reforming reactor. Since the components of the
Rückführungsstroms den Vor-Reformierungsreaktor bereits in einem vorangehen-recycle stream the pre-reforming reactor already in a previous
06.06.2023 den Durchlauf durchlaufen haben, kann ggf. eine erneute Hindurchführung durch LU103148 den Vor-Reformierungsreaktor entfallen. Eine erneute Aufbereitung im Sinne eines06.06.2023, a further passage through the pre-reforming reactor may not be necessary. A further processing in the sense of a
Pre-Reformings kann daher entfallen.Pre-reforming can therefore be omitted.
Grundsätzlich kann der H-Recyclestrom eine beliebige Zusammensetzung aufwei- sen, sofern er den unreagierten Wasserstoff aus dem unreagierten Restgas der ersten Reaktorstufe enthält. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der H-Recyclestrom einen höheren molarenIn principle, the H recycle stream can have any composition, provided that it contains the unreacted hydrogen from the unreacted residual gas of the first reactor stage. According to a further preferred embodiment of the process, the H recycle stream has a higher molar
Anteil an Wasserstoff als der Rückgewinnungsstrom aufweist. Dies bezieht sich nicht nur auf den unreagierten Wasserstoff aus dem unreagierten Restgas der ers- ten Reaktorstufe, sondern auf den Wasserstoff im H-Recyclestrom insgesamt. Mit anderen Worten ist in dem H-Recyclestrom der Wasserstoff gegenüber dem Rück- gewinnungsstrom angereichert. Ebenso ist es bevorzugt, dass der H-Recyclestrom einen höheren molaren Anteil an Wasserstoff als der Purge-Strom aufweist.proportion of hydrogen than the recovery stream. This refers not only to the unreacted hydrogen from the unreacted residual gas from the first reactor stage, but to the hydrogen in the H recycle stream as a whole. In other words, the hydrogen in the H recycle stream is enriched compared to the recovery stream. It is also preferred that the H recycle stream has a higher molar proportion of hydrogen than the purge stream.
Grundsätzlich kann die Wasserstoffrückgewinnungsanordnung nach einem beliebi- gen Prinzip funktionieren, so etwa basierend auf einer Membrananordnung oder einer Kältevorrichtung. Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann die Wasserstoffrückgewinnungsanordnung eine Druckwechsel-Adsorptionsvorrich- tung (PSA) zum Gewinnen des H-Recyclestroms aus dem Rückgewinnungsstrom aufweisen. Auf diese Weise kann eine hohe Rückgewinnung an Wasserstoff im H-In principle, the hydrogen recovery arrangement can function according to any principle, for example based on a membrane arrangement or a cooling device. According to a further embodiment of the method, the hydrogen recovery arrangement can have a pressure swing adsorption device (PSA) for obtaining the H recycle stream from the recovery stream. In this way, a high recovery of hydrogen in the H
Recyclestrom erreicht werden. Ebenso sind die Druckverluste bei einer solchenRecycle stream can be achieved. The pressure losses in such a
Druckwechsel-Adsorptionsvorrichtung vertretbar. Eine hohe Wasserstoffreinheit ist zwar vorliegend grundsätzlich nicht erforderlich, kann aber dennoch erreicht werden. Es kann also sein, dass der H-Recyclestrom im Wesentlichen Wasserstoff aufweist.Pressure swing adsorption device is acceptable. Although a high hydrogen purity is not required in principle in this case, it can still be achieved. It is therefore possible that the H recycle stream essentially contains hydrogen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann vor- gesehen sein, dass die Wasserstoffrückgewinnungsanordnung einen Purge-Strom ausgibt, und/oder dass von dem Rückführungsstrom ein Purge-Strom abgezweigt wird, und/oder dass von dem Rückgewinnungsstrom ein Purge-Strom abgezweigt wird, und/oder dass von dem Restgasstrom ein Purge-Strom abgezweigt wird. DerAccording to a further embodiment of the proposed method, it can be provided that the hydrogen recovery arrangement outputs a purge stream, and/or that a purge stream is branched off from the recycle stream, and/or that a purge stream is branched off from the recovery stream, and/or that a purge stream is branched off from the residual gas stream. The
Purge-Strom wird vorzugsweise einer Verfeuerung zugeführt oder einer Fackel zu- geleitet.Purge stream is preferably fed to a combustion facility or directed to a flare.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des vorschlagsgemäßen Verfahrens kann ein LU103148According to a further development of the proposed procedure, a LU103148
Verhältnis eines durch eine Summe von in dem Purge-Strom vorliegenden kohlen- stoffhaltigen Verbindungen gebildeten ersten Stoffmengenstroms relativ zu einem durch eine Summe von in dem Synthesegasstrom vorliegenden kohlenstoffhaltigenRatio of a first mass flow formed by a sum of carbon-containing compounds present in the purge stream relative to a first mass flow formed by a sum of carbon-containing compounds present in the synthesis gas stream.
Verbindungen gebildeten zweiten Stoffmengenstroms einen Wert von 10-> bis 0.4 annehmen, und vorzugsweise einen Wert von 0.0001 bis 0.3 annehmen, und wei- ter vorzugsweise einen Wert von 0.0005 bis 0.21 annehmen. Der erste und/oder zweite Stoffmengenstrom kann insbesondere CO, CO,, CH4 und/oder Methanol als kohlenstoffhaltige Verbindungen umfassen. Insbesondere kann das besagte Ver- hältnis einen Wert von ungefähr 0.0005, 0.05 oder 0.22, vorzugsweise von genau 0.0005, 0.015 oder 0.22 annehmen. Diese (geringen) Verhältnisse können im Ver- gleich zum Stand der Technik verringerte Emissionen verkörpern. Ferner kann bei einem Verfahren oder Anlagen, die auf die besagten Verschaltungen zurückgreifen, der Recyclestrom bei der Methanolsynthese gering gehalten werden.Compounds formed by the second mass flow can assume a value of 10-> to 0.4, and preferably assume a value of 0.0001 to 0.3, and more preferably assume a value of 0.0005 to 0.21. The first and/or second mass flow can in particular comprise CO, CO,, CH4 and/or methanol as carbon-containing compounds. In particular, the said ratio can assume a value of approximately 0.0005, 0.05 or 0.22, preferably of exactly 0.0005, 0.015 or 0.22. These (low) ratios can embody reduced emissions compared to the prior art. Furthermore, in a process or plant that uses the said connections, the recycle stream in the methanol synthesis can be kept low.
Nebst dem beschriebenen Verfahren zur Synthese von Methanol wird die der Er- findung zugrundeliegende Aufgabe auch durch eine Anlage zur Synthese von Me- thanol gelöst.In addition to the described process for the synthesis of methanol, the object underlying the invention is also achieved by a plant for the synthesis of methanol.
Vorgeschlagen wird eine Anlage zur Synthese von Methanol mit einer Synthese- gasreaktoranordnung zum Gewinnen eines Synthesegasstroms mit Wasserstoff und Kohlenstoffoxiden aus einem der Synthesegasreaktoranordnung zugeführten kohlenstoffhaltigen Energieträgerstrom, optional mit einem Synthesegaskompres- sor zur Druckerhöhung des Synthesegasstroms, mit einer Methanol-Reaktoranord- nung, die eine erste Reaktorstufe und optional eine zweite Reaktorstufe aufweist, mit einem Recyclekompressor, und optional mit einer Wasserstoffrückgewinnungs- anordnung. Ferner umfasst die Anlage eine Einrichtung zum zumindest teilweisenA plant for the synthesis of methanol is proposed with a synthesis gas reactor arrangement for obtaining a synthesis gas stream with hydrogen and carbon oxides from a carbon-containing energy carrier stream fed to the synthesis gas reactor arrangement, optionally with a synthesis gas compressor for increasing the pressure of the synthesis gas stream, with a methanol reactor arrangement which has a first reactor stage and optionally a second reactor stage, with a recycle compressor, and optionally with a hydrogen recovery arrangement. The plant also comprises a device for at least partial
Zuführen des (optional druckerhöhten) Synthesegasstroms in die erste Reaktor- stufe zur zumindest teilweisen Umwandlung in Methanol. Bei der „Einrichtung“ kann es sich um eine körperliche Vorrichtung handeln, die zum zumindest teilwei- sen Zuführen des (optional druckerhöhten) Synthesegasstroms in die erste Reak- torstufe eingerichtet ist. Eine solche „Einrichtung“ kann beispielsweise eine Leitung sein. Die „Einrichtung“ kann allgemeine Ventilsysteme, Steuer- und Regelsysteme umfassen.Feeding the (optionally pressure-increased) synthesis gas stream into the first reactor stage for at least partial conversion into methanol. The "device" can be a physical device that is designed to at least partially feed the (optionally pressure-increased) synthesis gas stream into the first reactor stage. Such a "device" can be a line, for example. The "device" can include general valve systems, control and regulating systems.
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Die Anlage kann weiterhin eine optionale Einrichtung zum Zuführen von unrea- LU103148 giertem Restgas der ersten Reaktorstufe zur optionalen zweiten Reaktorstufe zur zumindest teilweisen Umwandlung in Methanol aufweisen. Bei der „Einrichtung“ kann es sich um eine körperliche Vorrichtung handeln, die zum Zuführen von un- reagiertem Restgas der ersten Reaktorstufe zur optionalen zweiten Reaktorstufe eingerichtet ist. Eine solche „Einrichtung“ kann beispielsweise eine Leitung sein.The plant may further comprise an optional device for supplying unreacted residual gas from the first reactor stage to the optional second reactor stage for at least partial conversion into methanol. The "device" may be a physical device designed to supply unreacted residual gas from the first reactor stage to the optional second reactor stage. Such a "device" may be, for example, a line.
Die „Einrichtung“ kann allgemeine Ventilsysteme, Pumpsysteme, Steuer- und Re- gelsysteme umfassen.The “equipment” may include general valve systems, pumping systems, control and regulation systems.
Die Anlage umfasst weiterhin eine Einrichtung zur Gewinnung eines Restgasstroms aus der Methanol-Reaktoranordnung mit unreagierten Kohlenstoffoxiden. Unter dieser „Einrichtung“ ist eine körperliche Vorrichtung zu verstehen, die zur Gewin- nung eines Restgasstroms aus der Methanol-Reaktoranordnung mit unreagiertenThe plant further comprises a device for recovering a residual gas stream from the methanol reactor arrangement containing unreacted carbon oxides. This “device” is understood to mean a physical device used to recover a residual gas stream from the methanol reactor arrangement containing unreacted carbon oxides.
Kohlenstoffoxiden eingerichtet ist. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Me- thanol-Trennvorrichtung samt zugehörigem Leitungssystem handeln.carbon oxides. For example, this could be a methanol separation device including the associated piping system.
Ferner umfasst die Anlage einer Einrichtung zum Zuführen des Restgasstroms in den Recyclekompressor zur Druckerhöhung des Restgasstroms. Bei der „Einrich- tung“ kann es sich um eine körperliche Vorrichtung handeln, die zum Zuführen desThe system also includes a device for feeding the residual gas flow into the recycle compressor to increase the pressure of the residual gas flow. The “device” can be a physical device used to feed the
Restgasstroms in den Recyclekompressor eingerichtet ist. Eine solche „Einrich- tung“ kann beispielsweise eine Leitung sein. Die „Einrichtung“ kann allgemeineresidual gas flow into the recycle compressor. Such a "device" can be, for example, a line. The "device" can contain general
Ventilsysteme, Pumpsysteme, Steuer- und Regelsysteme umfassen.Valve systems, pump systems, control and regulation systems.
Die Anlage umfasst zudem eine Einrichtung zum Zuführen des druckerhöhtenThe system also includes a device for supplying the pressure-increased
Restgasstroms in die Methanol-Reaktoranordnung zur zumindest teilweisen Um- wandlung in Methanol. Bei der „Einrichtung“ kann es sich um eine körperliche Vor- richtung handeln, die zum Zuführen des druckerhöhten Restgasstroms in die Me- thanol-Reaktoranordnung eingerichtet ist. Eine solche „Einrichtung“ kann bei- spielsweise eine Leitung sein. Die „Einrichtung“ kann allgemeine Ventilsysteme,residual gas flow into the methanol reactor arrangement for at least partial conversion into methanol. The "device" can be a physical device that is designed to feed the pressure-increased residual gas flow into the methanol reactor arrangement. Such a "device" can be, for example, a line. The "device" can be general valve systems,
Steuer- und Regelsysteme umfassen.control and regulation systems.
Ferner kann die Anlage optional eine Einrichtung zum Zuführen eines unreagiertesFurthermore, the system can optionally include a device for supplying an unreacted
Restgas der ersten und/oder zweiten Reaktorstufe aufweisenden Rückgewinnungs- stroms in die Wasserstoffrückgewinnungsanordnung zum Gewinnen eines H-Recy- clestroms umfassen, wobei der H-Recyclestrom unreagierten Wasserstoff aus dem unreagierten Restgas der ersten Reaktorstufe und/oder aus dem unreagiertenResidual gas of the first and/or second reactor stage into the hydrogen recovery arrangement for obtaining a H-recycle stream, wherein the H-recycle stream comprises unreacted hydrogen from the unreacted residual gas of the first reactor stage and/or from the unreacted
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Restgas der zweiten Reaktorstufe umfasst. Bei der „Einrichtung“ kann es sich um LU103148 eine körperliche Vorrichtung handeln, die zum Zuführen eines unreagiertes Rest- gas der ersten und/oder zweiten Reaktorstufe aufweisenden Rückgewinnungs- stroms in die Wasserstoffrückgewinnungsanordnung eingerichtet ist. Eine solche „Einrichtung“ kann beispielsweise eine Leitung sein. Die „Einrichtung“ kann allge- meine Ventilsysteme, Pumpsysteme, Steuer- und Regelsysteme umfassen. Ferner kann die Anlage optional eine Einrichtung zum erneuten Zuführen des unreagiertenResidual gas from the second reactor stage. The "device" may be a physical device which is designed to feed a recovery stream comprising unreacted residual gas from the first and/or second reactor stage into the hydrogen recovery arrangement. Such a "device" may, for example, be a line. The "device" may include general valve systems, pump systems, control and regulating systems. Furthermore, the system may optionally comprise a device for re-feeding the unreacted
Wasserstoffs des H-Recyclestroms in die erste Reaktorstufe zur zumindest teilwei- sen Umwandlung in Methanol aufweisen. Bei der „Einrichtung“ kann es sich um eine körperliche Vorrichtung handeln, die zum erneuten Zuführen des unreagiertenhydrogen from the H recycle stream into the first reactor stage for at least partial conversion into methanol. The “device” may be a physical device used to re-feed the unreacted
Wasserstoffs des H-Recyclestroms in die erste Reaktorstufe eingerichtet ist. Eine solche „Einrichtung“ kann beispielsweise eine Leitung sein. Die „Einrichtung“ kann allgemeine Ventilsysteme, Steuer- und Regelsysteme umfassen.hydrogen from the H recycle stream into the first reactor stage. Such a "device" can be, for example, a line. The "device" can include general valve systems, control and regulation systems.
Die Anlage ist gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen eines Wasser- stoffstroms mit externem Wasserstoff zu einem der Ströme vor- oder nachgelagert zur Synthesegasreaktoranordnung. Vorteilhaft kann eine Zuführung des Wasser- stoffstroms mit externem Wasserstoff in den Synthesegasstrom sein. Bei der „Ein- richtung“ kann es sich um eine körperliche Vorrichtung handeln, die zum Zuführen eines Wasserstoffstroms mit externem Wasserstoff in den Synthesegasstrom ein- gerichtet ist. Diese „Einrichtung“ kann beispielsweise eine Leitung sein. Die „Ein- richtung“ kann allgemeine Ventilsysteme, Steuer- und Regelsysteme umfassen.The system is characterized by a device for supplying a hydrogen stream with external hydrogen to one of the streams upstream or downstream of the synthesis gas reactor arrangement. It can be advantageous to supply the hydrogen stream with external hydrogen into the synthesis gas stream. The "device" can be a physical device that is designed to supply a hydrogen stream with external hydrogen into the synthesis gas stream. This "device" can be a line, for example. The "device" can include general valve systems, control and regulation systems.
Auch kann die „Einrichtung“ einen Wasserstoffkompressor umfassen.The “device” may also include a hydrogen compressor.
Die Anlage ist ferner gekennzeichnet durch eine oder mehrere Einrichtung(en) zumThe facility is further characterized by one or more devices for
Abzweigen und Zuführen eines Teils des Restgasstroms, und/oder des optionalenBranching off and supplying a portion of the residual gas flow, and/or the optional
Rückgewinnungsstroms, und/oder eines der Wasserstoffrückgewinnungsanord- nung nachgelagerten Stroms in die Synthesegasreaktoranordnung als Rückfüh- rungsstrom. Bei der/den genannten „Einrichtung(en)“ kann es sich um körperlicherecovery stream, and/or a stream downstream of the hydrogen recovery arrangement into the synthesis gas reactor arrangement as a recycle stream. The said “equipment(s)” may be physical
Vorrichtung(en) handeln, die zum Abzweigen und Zuführen eines Teils des Rest- gasstroms, und/oder des optionalen Rückgewinnungsstroms, und/oder eines derDevice(s) designed to divert and supply a portion of the residual gas stream, and/or the optional recovery stream, and/or one of the
Wasserstoffrückgewinnungsanordnung nachgelagerten Stroms in die Synthese- gasreaktoranordnung als Rückführungsstrom eingerichtet ist/sind. Diese „Einrich- tung“ kann beispielsweise eine Leitung sein. Die „Einrichtung“ kann allgemeineHydrogen recovery arrangement downstream stream into the synthesis gas reactor arrangement as a recycle stream. This "device" can be, for example, a line. The "device" can be general
Ventilsysteme, Steuer- und Regelsysteme umfassen.valve systems, control and regulation systems.
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Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorschlagsgemäßen Anlage entspre- LU103148 chen den Merkmalen, Vorteilen und Eigenschaften des vorschlagsgemäßen Ver- fahrens und umgekehrt.The characteristics, advantages and properties of the proposed plant correspond to the characteristics, advantages and properties of the proposed process and vice versa.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der nur Ausführungsbeispiele wiedergebenden Zeich- nungen erläutert. In den Zeichnungen zeigenFurther details, features, objects and advantages of the present invention are explained below with reference to the drawings which only show exemplary embodiments. In the drawings,
Fig. 1 schematisch das Fließbild einer aus dem Stand der Technik bekanntenFig. 1 schematically shows the flow diagram of a known from the prior art
Anlage zur Synthese von Methanol,Plant for the synthesis of methanol,
Fig. 2 schematisch das Fließbild der Anlage zur Synthese von Methanol nachFig. 2 schematically shows the flow diagram of the plant for the synthesis of methanol according to
Figur 1, jedoch mit weiteren aus dem Stand der Technik bekanntenFigure 1, but with further known from the prior art
Spezifikationen,specifications,
Fig. 3 schematisch das Fließbild einer Anlage zur Ausführung des vor- schlagsgemäßen Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbei- spiel,Fig. 3 schematically shows the flow diagram of a plant for carrying out the proposed method according to a first embodiment,
Fig. 4 schematisch das Fließbild einer Anlage zur Ausführung des vor- schlagsgemäßen Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbei- spiel,Fig. 4 schematically shows the flow diagram of a plant for carrying out the proposed method according to a second embodiment,
Fig. 5 schematisch das Fließbild einer Anlage zur Ausführung des vor- schlagsgemäßen Verfahrens gemäß einem dritten Ausführungsbei- spiel,Fig. 5 schematically shows the flow diagram of a plant for carrying out the proposed method according to a third embodiment,
Fig. 6 schematisch das Fließbild einer Anlage zur Ausführung des vor- schlagsgemäßen Verfahrens gemäß einem vierten Ausführungsbei- spiel,Fig. 6 schematically shows the flow diagram of a plant for carrying out the proposed method according to a fourth embodiment,
Fig. 7 schematisch das Fließbild einer Anlage zur Ausführung des vor- schlagsgemäßen Verfahrens gemäß einem fünften Ausführungsbei- spiel,Fig. 7 schematically shows the flow diagram of a plant for carrying out the proposed method according to a fifth embodiment,
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Fig. 8 schematisch das Fließbild einer Anlage zur Ausführung des vor- LU103148 schlagsgemäßen Verfahrens, wobei der externe Wasserstoff auf Basis einer Wasserelektrolyse erzeugt wird,Fig. 8 schematically shows the flow diagram of a plant for carrying out the proposed process, whereby the external hydrogen is produced on the basis of water electrolysis,
Fig. 9 schematisch das Fließbild einer Anlage zur Ausführung des vor- schlagsgemäßen Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbei- spiel,Fig. 9 schematically shows the flow diagram of a plant for carrying out the proposed method according to a further embodiment,
Fig. 10 schematisch das Fließbild einer Anlage zur Ausführung des vor- schlagsgemäßen Verfahrens gemäß einem weiteren Ausführungsbei- spiel.Fig. 10 schematically shows the flow diagram of a plant for carrying out the proposed method according to a further embodiment.
Die in der Fig. 1 gezeigte aus dem Stand der Technik bekannte Anlage dient derThe system shown in Fig. 1, which is known from the prior art, serves the
Synthese von Methanol 1. Soweit nicht anders angegeben oder erläutert, lassen sich die aus dieser Anlage bekannten Komponenten oder Prozesse auf die erfin- dungsgemäß vorgeschlagene Anlage bzw. das vorgeschlagene Verfahren übertra- gen. Dies gilt auch für die verwendeten Bezugszeichen. Jene aus dem Stand derSynthesis of methanol 1. Unless otherwise stated or explained, the components or processes known from this plant can be transferred to the plant or the process proposed according to the invention. This also applies to the reference symbols used. Those from the prior art
Technik bekannten oder über die Ausführungsbeispiele hinweg gleichbedeutendenTechnology known or equivalent across the embodiments
Merkmale seien - um unnötige Wiederholungen zu vermeiden - jeweils nur einmal erläutert.In order to avoid unnecessary repetition, characteristics are explained only once.
Figur 1 zeigt die Zufuhr eines aus z. B. Erdgas oder Biogas gebildeten und damit kohlenstoffhaltigen Energieträgerstroms 11 in eine Synthesegasreaktoranordnung 13. In der Synthesegasreaktoranordnung 13 wird aus dem Energieträgerstrom 11 ein Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid umfassender Synthe- segasstrom 2 erzeugt. Die Synthesegasreaktoranordnung 13 kann einen Refor- mierungsreaktor 30 oder einen Oxidationsreaktor 31 aufweisen. Angenommen dieFigure 1 shows the supply of an energy carrier stream 11, formed from e.g. natural gas or biogas and thus containing carbon, into a synthesis gas reactor arrangement 13. In the synthesis gas reactor arrangement 13, a synthesis gas stream 2 comprising hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide is generated from the energy carrier stream 11. The synthesis gas reactor arrangement 13 can have a reforming reactor 30 or an oxidation reactor 31. Assuming the
Synthesegasreaktoranordnung 13 umfasst einen Reformierungsreaktor 30, so fin- det in der Synthesegasreaktoranordnung 13 eine autotherme Reformierung zumSynthesis gas reactor arrangement 13 comprises a reforming reactor 30, so in the synthesis gas reactor arrangement 13 an autothermal reforming takes place to
Gewinnen des Synthesegasstroms 2 statt. Für die autotherme Reformierung wird ein sauerstoffhaltiger Strom 22 zugeführt, welcher hier aus einer Luftzerlegungs- vorrichtung 23 gewonnen wurde und im Wesentlichen Sauerstoff umfasst. DieObtaining the synthesis gas stream 2 takes place. For the autothermal reforming, an oxygen-containing stream 22 is supplied, which was obtained here from an air separation device 23 and essentially comprises oxygen. The
Luftzerlegungsvorrichtung 23 ist dabei zum Gewinnen eines Sauerstoffstroms - hier also des sauerstoffhaltigen Stroms 22 - aus der Umgebungsluft eingerichtet.Air separation device 23 is designed to obtain an oxygen stream - in this case the oxygen-containing stream 22 - from the ambient air.
Der Synthesegasstrom 2 wird zunächst einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung zugeführt, in welcher der Synthesegasstrom 2 abgekühlt wird und auf dieseThe synthesis gas stream 2 is first fed to a heat recovery device in which the synthesis gas stream 2 is cooled and then
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Weise ein Teil der bei der autothermen Reformierung erzeugten Wärme zurückge- LU103148 wonnen wird. Der Synthesegasstrom 2 wird danach einem Synthesegaskompres- sor 3 der Anlage zur weiteren Druckerhöhung zugeführt.In this way, part of the heat generated during the autothermal reforming is recovered. The synthesis gas stream 2 is then fed to a synthesis gas compressor 3 in the plant for further pressure increase.
Anschließend wird der Synthesegasstrom 2 der ersten Reaktorstufe 21a einer Me- thanol-Reaktoranordnung 4 zugeführt, in welcher ersten Reaktorstufe 21a eineSubsequently, the synthesis gas stream 2 of the first reactor stage 21a is fed to a methanol reactor arrangement 4, in which first reactor stage 21a a
Methanolsynthese stattfindet und zumindest ein Teil des Synthesegasstroms 2 inMethanol synthesis takes place and at least part of the synthesis gas stream 2 in
Methanol 1 umgewandelt wird. Im Anschluss daran wird unreagiertes Restgas 16a der ersten Reaktorstufe 21a zur zumindest teilweisen Umwandlung in Methanol 1 einer zweiten Reaktorstufe 21b der Methanol-Reaktoranordnung 4 zugeführt. Aus der Methanol-Reaktoranordnung 4 wird sodann ein Restgasstrom 15 mit unrea- gierten Kohlenstoffoxiden gewonnen, der einem Recyclekompressor zugeführt wird.methanol 1. Unreacted residual gas 16a from the first reactor stage 21a is then fed to a second reactor stage 21b of the methanol reactor arrangement 4 for at least partial conversion into methanol 1. A residual gas stream 15 with unreacted carbon oxides is then obtained from the methanol reactor arrangement 4 and fed to a recycling compressor.
Die Anlage weist eine als Druckwechsel-Adsorptionsanlage 24 - welche auch alsThe plant has a pressure swing adsorption system 24 - which is also known as
PSA bezeichnet werden kann - ausgebildete Wasserstoffrückgewinnungsanord- nung 5 auf, welche aus einem Rückgewinnungsstrom 6 einen H-Recyclestrom 7 gewinnt, welcher H-Recyclestrom 7 im Wesentlichen Wasserstoff umfasst. DerPSA - designed hydrogen recovery arrangement 5, which recovers a H-recycle stream 7 from a recovery stream 6, which H-recycle stream 7 essentially comprises hydrogen. The
Rückgewinnungsstrom 6 wird getreu dem in Figur 1 dargestellten Anlagenkonzept aus unreagiertem Restgas 16a der ersten Reaktorstufe abgezweigt. Ebenso wird das verbleibende Gas von der Wasserstoffrückgewinnungsanordnung 5 als Purge-Recovery stream 6 is branched off from unreacted residual gas 16a of the first reactor stage in accordance with the plant concept shown in Figure 1. The remaining gas is also used by the hydrogen recovery arrangement 5 as purge
Strom 8 ausgegeben und anschließend in einer - hier nicht dargestellten - befeu- erten Heizvorrichtung der Anlage verfeuert. Der H-Recyclestrom 7 wird dem Rest- gasstrom 15 zugeführt.Stream 8 is output and then burned in a fired heating device of the plant (not shown here). The H-recycle stream 7 is fed to the residual gas stream 15.
Wie schon erwähnt weist die Anlage einen Recyclekompressor 14 auf, welcher denAs already mentioned, the system has a recycle compressor 14, which
Restgasstrom 15 komprimiert. Der Restgasstrom 15 weist unreagiertes Restgas 16b der zweiten Reaktorstufe 21b auf, welches seinerseits im Wesentlichen dieje- nigen Bestandteile des Synthesegases aufweist, welche in der Methanol-Reaktor- anordnung 4 nicht in Methanol 1 umgewandelt wurden. Entsprechend weist derResidual gas stream 15 is compressed. The residual gas stream 15 comprises unreacted residual gas 16b of the second reactor stage 21b, which in turn essentially comprises those components of the synthesis gas which were not converted into methanol 1 in the methanol reactor arrangement 4. Accordingly, the
Restgasstrom 15 insbesondere unreagierte Kohlenstoffoxide auf. Der somit druckerhôhte Restgasstrom 15 wird zu einem ersten Teil erneut der Methanol-Residual gas stream 15 contains particularly unreacted carbon oxides. The pressure-increased residual gas stream 15 is initially fed back into the methanol
Reaktoranordnung 4 zugeführt, nämlich der ersten Reaktorstufe.reactor arrangement 4, namely the first reactor stage.
Das unreagierte Restgas 16a, b wird aus einer ersten Methanol-Trennvorrichtung 17a und einer zweiten Methanol-Trennvorrichtung 17b der Methanol-Reaktoran-The unreacted residual gas 16a, b is removed from a first methanol separation device 17a and a second methanol separation device 17b of the methanol reactor system.
06.06.2023 ordnung 4 gewonnen. Durch Kondensation wird in diesen jeweils das unreagierte LU10314806.06.2023 order 4. By condensation, the unreacted LU103148
Restgas 16a, b einerseits und ein jeweiliger erster und zweiter Rohmethanolstrom 19a, b andererseits gewonnen. Die Rohmethanolströme 19a, b werden dann einerResidual gas 16a, b on the one hand and a respective first and second crude methanol stream 19a, b on the other hand. The crude methanol streams 19a, b are then subjected to a
Destillation 20 der Anlage zugeführt, sodass das Methanol 1 aus den Rohmetha- nolströmen 19a, b gewonnen werden kann. Die erste Methanol-Trennvorrichtung 17a ist der ersten Reaktorstufe 21a prozesstechnisch nachgeschaltet. Die zweiteDistillation 20 of the plant so that the methanol 1 can be obtained from the raw methanol streams 19a, b. The first methanol separation device 17a is connected downstream of the first reactor stage 21a. The second
Methanol-Trennvorrichtung 17b ist der zweiten Reaktorstufe 21b prozesstechnisch nachgeschaltet.The methanol separation device 17b is connected downstream of the second reactor stage 21b.
Bei der Anlage der Fig. 1 weist die Methanol-Reaktoranordnung 4 - wie erwähnt - zwei prozesstechnisch hintereinander geschaltete Reaktorstufen 21a, b zur Metha- nolsynthese auf. Dabei weist die erste Reaktorstufe 21a zwei zueinander parallel angeordnete isotherme Reaktoren und die zweite Reaktorstufe 21b einen einzel- nen isothermen Reaktor auf. Jeder der beiden Methanol-Trennvorrichtungen 17a, 17b wird dabei der Produktstrom aus jeweils einer Reaktorstufe 21a, b zugeführt.In the system of Fig. 1, the methanol reactor arrangement 4 - as mentioned - has two reactor stages 21a, b connected in series for the purpose of methanol synthesis. The first reactor stage 21a has two isothermal reactors arranged parallel to one another and the second reactor stage 21b has a single isothermal reactor. The product stream from one reactor stage 21a, b is fed to each of the two methanol separation devices 17a, 17b.
Dabei wird diejenige Reaktorstufe 21a, welcher der Synthesegasstrom 2 direkt zugeführt wird, als erste Reaktorstufe 21a bezeichnet. Die Reaktorstufe 21b ist dieser dann in dem Sinne prozesstechnisch nachgelagert, dass ihr das unreagierteThe reactor stage 21a to which the synthesis gas stream 2 is fed directly is referred to as the first reactor stage 21a. The reactor stage 21b is then downstream of this in the sense that the unreacted
Restgas 16a aus der ersten Reaktorstufe 21a zur Umwandlung in Methanol 1 zu- geführt wird.Residual gas 16a from the first reactor stage 21a is fed for conversion into methanol 1.
Der Restgasstrom 15 weist neben den bereits genannten unreagierten Kohlenstof- foxiden auch unreagierten Wasserstoff aus der ersten Reaktorstufe 21a auf. Den jedweder unreagierte Wasserstoff aus dem Restgas 16a der ersten Reaktorstufe 21a wird der zweiten Reaktorstufe 21b zugeführt. Da auch in der zweiten Reak- torstufe 21b keine vollständige Reaktion des Wasserstoffs stattfindet, weist das unreagierte Restgas 16b der zweiten Reaktorstufe 21b auch unreagierten Wasser- stoff aus der ersten Reaktorstufe 21a auf.In addition to the unreacted carbon oxides already mentioned, the residual gas stream 15 also contains unreacted hydrogen from the first reactor stage 21a. Any unreacted hydrogen from the residual gas 16a of the first reactor stage 21a is fed to the second reactor stage 21b. Since the hydrogen does not react completely in the second reactor stage 21b either, the unreacted residual gas 16b of the second reactor stage 21b also contains unreacted hydrogen from the first reactor stage 21a.
Bei der Anlage nach Fig. 1 nimmt ein Verhältnis eines durch eine Summe von in dem Purge-Strom 8 vorliegenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen gebildeten ersten Stoffmengenstroms relativ zu einem durch eine Summe von in dem Syn- thesegasstrom 2 vorliegenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen gebildeten zwei- ten Stoffmengenstroms einen Wert von ungefähr oder genau 0.22 an.In the plant according to Fig. 1, a ratio of a first mass flow formed by a sum of carbon-containing compounds present in the purge stream 8 relative to a second mass flow formed by a sum of carbon-containing compounds present in the synthesis gas stream 2 assumes a value of approximately or exactly 0.22.
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Die in der Figur 2 gezeigte Anlage umfasst sämtliche Bestandteile der bereits in LU103148The system shown in Figure 2 comprises all components of the system already described in LU103148
Figur 1 dargestellten Anlage. Gleichwohl spezifiziert Figur 2 die Art der Synthese- gaserzeugung auf Basis einer autothermen Reformierung in einem Reformierungs- reaktor 30. Vorgelagert zum Eintritt in den Reformierungsreaktor 30 wird der Ener- gieträgerstrom 11 durch einen Vor-Reformierungsreaktor 29 geleitet. Nach Zu- gabe von Wasserdampf 33 tritt der vor-reformierte Energieträgerstrom 11 in denFigure 1 shows the plant. Nevertheless, Figure 2 specifies the type of synthesis gas production based on autothermal reforming in a reforming reactor 30. Before entering the reforming reactor 30, the energy carrier stream 11 is passed through a pre-reforming reactor 29. After adding steam 33, the pre-reformed energy carrier stream 11 enters the
Reformierungsreaktor 30 ein. Im Anschluss daran tritt ein erzeugter Synthese- gasstrom 2 in eine Wärmerückgewinnungseinrichtung 10 ein.reforming reactor 30. A generated synthesis gas stream 2 then enters a heat recovery device 10.
Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage. DieFigure 3 shows a first embodiment of a system according to the invention. The
Synthesegaserzeugung erfolgt hierbei in einem Reformierungsreaktor 30 (vgl. die vorangehenden Ausführungen zu Figur 2). Der Reformierungsreaktor 30 stellt so- mit bei diesem Beispiel die Synthesegasreaktoranordnung 13 bzw. einen Teil derSynthesis gas production takes place in a reforming reactor 30 (see the previous explanations for Figure 2). In this example, the reforming reactor 30 thus represents the synthesis gas reactor arrangement 13 or part of the
Synthesegasreaktoranordnung 13 bereit. Dem Synthesegasstrom 2 wird zwischen der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 10 und Eintritt in den Synthesegaskom- pressor 3 ein Wasserstoffstrom 35 mit externem Wasserstoff zugeführt. Der Was- serstoffstrom 35 wird vor dem Zuführen in den Synthesegasstrom 2 mittels einesSynthesis gas reactor arrangement 13 is provided. A hydrogen stream 35 with external hydrogen is supplied to the synthesis gas stream 2 between the heat recovery device 10 and the entry into the synthesis gas compressor 3. The hydrogen stream 35 is heated to 250 ° C by means of a
Wasserstoffkompressors 45 druckerhöht. Ferner wird ein Teil des Rückgewin- nungsstroms 6 (alternativ aus dem Restgas 16a) abgezweigt und der Synthese- gasreaktoranordnung 13 als Rückführungsstrom 40 zugeführt, nämlich unmittel- bar zwischen Vor-Reformierungsreaktor 29 und Reformierungsreaktor 30. Alter- nativ oder zusätzlich kann aus - wie in gestrichelten Linien gekennzeichnet - einem der Wasserstoffrückgewinnungsanordnung 5 (hier beispielhaft einer Druckwech- sel-Adsorptionsvorrichtung 24) nachgelagerten Strom 71 ein Rückführungsstrom abgezweigt werden. Der Rückführungsstrom 40 wird der Synthesegasreaktor- anordnung 13 als Rückführungsstrom 40 zugeführt, nämlich unmittelbar zwischenHydrogen compressor 45 is pressurized. Furthermore, part of the recovery stream 6 (alternatively from the residual gas 16a) is branched off and fed to the synthesis gas reactor arrangement 13 as a recycle stream 40, namely directly between the pre-reforming reactor 29 and the reforming reactor 30. Alternatively or additionally, a recycle stream can be branched off from a stream 71 downstream of the hydrogen recovery arrangement 5 (here, for example, a pressure swing adsorption device 24), as indicated in dashed lines. The recycle stream 40 is fed to the synthesis gas reactor arrangement 13 as a recycle stream 40, namely directly between
Vor-Reformierungsreaktor 29 und Reformierungsreaktor 30.Pre-reforming reactor 29 and reforming reactor 30.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorschlagsgemäßen Anlage, dargestellt in derThe second embodiment of the proposed system, shown in the
Fig. 4, unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 darin, dass derFig. 4, differs from the embodiment of Fig. 3 in that the
Rückgewinnungsstrom 6 aus dem Restgasstrom 15 bzw. dem Restgas 16b (nach- gelagert zur zweiten Reaktorstufe 21b) abgezweigt wird. Wie schon beim Ausfüh- rungsbeispiel nach Fig. 3 wird der H-Recyclestrom 7 dem Restgas 16b der der ersten Reaktorstufe 21a nachgelagerten zweiten Reaktorstufe 21b zugeführt. Al- ternativ kann der H-Recyclestrom 7 vor dem Synthesegaskompressor 3 dem Syn- thesegasstrom zugeführt werden. Speziell erfolgt diese Zuführung vor der Druck-Recovery stream 6 is branched off from the residual gas stream 15 or the residual gas 16b (downstream of the second reactor stage 21b). As in the embodiment according to Fig. 3, the H-recycle stream 7 is fed to the residual gas 16b of the second reactor stage 21b downstream of the first reactor stage 21a. Alternatively, the H-recycle stream 7 can be fed to the synthesis gas stream upstream of the synthesis gas compressor 3. In particular, this feed takes place upstream of the pressure
06.06.2023 erhöhung durch den Recyclekompressor 14. Der Wasserstoff in dem H-Recycle- LU103148 strom 7 entsprechend dem unreagierten Wasserstoff aus dem Restgas 16a der ersten Reaktorstufe 21a im Rückgewinnungsstrom 6 erhält auf diese Weise mit dem sonstigen unreagierten Restgas 16b der zweiten Reaktorstufe 21b und insbe- sondere mit unreagierten Kohlenstoffoxiden eine Druckerhöhung durch den Recy- clekompressor 14. Diese Druckerhöhung erfolgt vor der erneuten Zuführung dieses unreagierten Wasserstoffes zu der ersten Reaktorstufe 21a. Wie schon im Beispiel nach Figur 3 gezeigt, kann auch bei diesem Beispiel — wie in gestrichelten Linien gekennzeichnet - aus einem der Wasserstoffrückgewinnungsanordnung 5 (hier beispielhaft einer Druckwechsel-Adsorptionsvorrichtung 24) nachgelagerten Strom 71 ein Rückführungsstrom 40 abgezweigt werden. Der Rückführungsstrom 40 wird der Synthesegasreaktoranordnung 13 als Rückführungsstrom 40 zugeführt, näm- lich unmittelbar zwischen Vor-Reformierungsreaktor 29 und Reformierungsreaktor 30. Wie beim Beispiel nach Figur 3 kann auch ein Teil des Rückgewinnungsstroms 6 abgezweigt und der Synthesegasreaktoranordnung 13 als Rückführungsstrom zugeführt werden.06.06.2023 increase by the recycle compressor 14. The hydrogen in the H recycle stream 7 corresponding to the unreacted hydrogen from the residual gas 16a of the first reactor stage 21a in the recovery stream 6 thus receives a pressure increase by the recycle compressor 14 with the other unreacted residual gas 16b of the second reactor stage 21b and in particular with unreacted carbon oxides. This pressure increase takes place before this unreacted hydrogen is fed back to the first reactor stage 21a. As already shown in the example according to Figure 3, in this example too - as indicated in dashed lines - a recycle stream 40 can be branched off from a stream 71 downstream of the hydrogen recovery arrangement 5 (here, for example, a pressure swing adsorption device 24). The recycle stream 40 is fed to the synthesis gas reactor arrangement 13 as recycle stream 40, namely directly between the pre-reforming reactor 29 and the reforming reactor 30. As in the example according to Figure 3, a portion of the recovery stream 6 can also be branched off and fed to the synthesis gas reactor arrangement 13 as recycle stream.
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorschlagsgemäßen Anlage, dargestellt in Fig. 5, unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 darin, dass es sich bei der Wasserstoffrückgewinnungsanordnung 5 um eine Membrananordnung 25 handelt. Ein in der Membrananordnung 25 gewonnener H-Recyclestrom 7 wird dem Wasserstoffstrom 35 vor dem Zuführen in den Synthesegasstrom 2 über denThe third embodiment of the proposed plant, shown in Fig. 5, differs from the embodiment of Fig. 4 in that the hydrogen recovery arrangement 5 is a membrane arrangement 25. An H recycle stream 7 obtained in the membrane arrangement 25 is added to the hydrogen stream 35 before being fed into the synthesis gas stream 2 via the
Wasserstoffkompressor 45 zugeführt und dort druckerhöht. Ein Teil des Rückge- winnungsstroms 6 (hier abgezweigt vom Restgas 16b bzw. Restgasstrom 15) wird nach Durchtreten der Membrananordnung 25 der Synthesegasreaktoranordnung 13 als Rückführungsstrom 40 zugeführt. Dies kann auch als „Abzweigung“ aus einem der Wasserstoffrückgewinnungsanordnung 5 nachgelagerten Stroms 71 verstanden werden. Eine „Abzweigung“ meint nicht zwingend eine leitungstechni- sche Abzweigung, sondern kann auch als „Zuführung zur“ oder „Leitung zur“ (z.Hydrogen compressor 45 and the pressure is increased there. A portion of the recovery stream 6 (here branched off from the residual gas 16b or residual gas stream 15) is fed to the synthesis gas reactor arrangement 13 as a recycle stream 40 after passing through the membrane arrangement 25. This can also be understood as a "branch" from a stream 71 downstream of the hydrogen recovery arrangement 5. A "branch" does not necessarily mean a branch in the pipeline, but can also be referred to as a "feed to" or "line to" (e.g.
B. zur Synthesegasreaktoranordnung 13) verstanden werden. Die Zuführung er- folgt vorgelagert zum Reformierungsreaktor 30. Von dem Rückführungsstrom 40 wird ein Purgestrom 8 abgezweigt und abgebrannt. Bei diesem Ausführungsbei- spiel erfolgt keine Rückführung des H-Recyclestroms 7 zum Restgas 16b bzw.B. to the synthesis gas reactor arrangement 13). The supply takes place upstream of the reforming reactor 30. A purge stream 8 is branched off from the recycle stream 40 and burned off. In this embodiment, the H recycle stream 7 is not returned to the residual gas 16b or.
Restgasstrom 15, allerdings über den Wasserstoffkompressor 45 zurück in denResidual gas stream 15, but via the hydrogen compressor 45 back into the
Syntheseloop.synthesis loop.
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Das vierte Ausführungsbeispiel der vorschlagsgemäßen Anlage, dargestellt in Fig. LU103148 6, unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 darin, dass derThe fourth embodiment of the proposed system, shown in Fig. LU103148 6, differs from the embodiment according to Fig. 5 in that the
Purgestrom 8 nicht von dem Rückführungsstrom 40 (Fig. 5), sondern unmittelbar vom Rückgewinnungsstrom 6 abgezweigt wird. Jener der Wasserstoffrückgewin- nungsanordnung 5 nachgelagerte Strom 71 wird bei diesem Beispiel unmittelbar als Rückführungsstrom 40 zur Synthesegasreaktoranordnung 13 bzw. vor den Re- formierungsreaktor 30 rückgeführt. Eine „Abzweigung“ im leitungstechnischenPurge stream 8 is not branched off from the recycle stream 40 (Fig. 5), but directly from the recovery stream 6. The stream 71 downstream of the hydrogen recovery arrangement 5 is, in this example, directly returned as recycle stream 40 to the synthesis gas reactor arrangement 13 or upstream of the reforming reactor 30. A "branch" in the line engineering
Sinne erfolgt nicht, allerdings kann auch eine unmittelbare Rückführung im Sinne der hier verwendeten Terminologie als „Abzweigung“ verstanden werden.There is no direct return in the sense of the terminology used here, but an immediate return can also be understood as a “branch”.
Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorschlagsgemäßen Anlage, dargestellt in Fig. 7, unterscheidet sich von den vorangehenden Ausführungsbeispielen durch einenThe fifth embodiment of the proposed system, shown in Fig. 7, differs from the previous embodiments by a
Verzicht auf eine Wasserstoffrückgewinnungsanordnung 5 samt H-Recyclestrom 7 und Rückgewinnungsstrom 6. Aus dem Restgasstrom 15 wird ein Rückführungs- strom 40 abgezweigt und der Synthesegasreaktoranordnung 13 zugeführt, näm- lich zwischen Vor-Reformierungsreaktor 29 und Reformierungsreaktor 30. Von dem Rückgewinnungsstrom 40 wird ein Purge-Strom 8 abgezweigt und abge- brannt. Bei der Anlage nach Fig. 7 nimmt ein Verhältnis eines durch eine Summe von in dem Purge-Strom 8 vorliegenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen gebil- deten ersten Stoffmengenstroms relativ zu einem durch eine Summe von in demDispensing with a hydrogen recovery arrangement 5 including H recycle stream 7 and recovery stream 6. A recycle stream 40 is branched off from the residual gas stream 15 and fed to the synthesis gas reactor arrangement 13, namely between pre-reforming reactor 29 and reforming reactor 30. A purge stream 8 is branched off from the recovery stream 40 and burned off. In the system according to Fig. 7, a ratio of a first mass flow formed by a sum of carbon-containing compounds present in the purge stream 8 relative to a mass flow formed by a sum of carbon-containing compounds present in the
Synthesegasstrom 2 vorliegenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen gebildeten zweiten Stoffmengenstroms einen Wert von ungefähr oder genau 0,0008 an.The second mass flow formed by the carbon-containing compounds present in synthesis gas stream 2 has a value of approximately or exactly 0.0008.
Figur 8 zeigt einen Ausschnitt einer vorschlagsgemäßen Anlage, bei welcher jener dem Reformierungsreaktor 30 zugeführte sauerstoffhaltige Strom 22 nicht aus ei- ner Luftzerlegungsvorrichtung 23, sondern aus einer Elektrolyseanordnung 60 ge- wonnen wird. Der sauerstoffhaltige Strom 22 kann mit Sauerstoff aus einer ander- weitigen Quelle, z. B. einer Luftzerlegungsvorrichtung 23, ergänzt werden. Dabei handelt es sich um eine Elektrolyseanordnung 60 zur Wasserelektrolyse. Dabei entsteht Sauerstoff (0,) und Wasserstoff (H,), wobei der Sauerstoff vor dem Aus- bilden des sauerstoffhaltigen Stroms 22 druckerhöht wird/werden kann. Der bei der Elektrolyse anfallende Wasserstoff kann ebenfalls genutzt werden, nämlich in- dem ein Elektrolyse-Wasserstoffstrom 50 dem Synthesegasstrom 2 als Wasser- stoffstrom 35 nach Druckerhöhung durch den Wasserstoffkompressor 45 zugeführt wird. Entsprechend kann der dem Synthesegasstrom 2 zugeführte externe Was- serstoff der Elektrolyseanordnung 60 entstammen. Aus ÜbersichtlichkeitsgründenFigure 8 shows a section of a proposed system in which the oxygen-containing stream 22 fed to the reforming reactor 30 is not obtained from an air separation device 23, but from an electrolysis arrangement 60. The oxygen-containing stream 22 can be supplemented with oxygen from another source, e.g. an air separation device 23. This is an electrolysis arrangement 60 for water electrolysis. This produces oxygen (O,) and hydrogen (H,), the oxygen being/can be pressure-increased before the oxygen-containing stream 22 is formed. The hydrogen produced during the electrolysis can also be used, namely by feeding an electrolysis hydrogen stream 50 to the synthesis gas stream 2 as hydrogen stream 35 after the pressure has been increased by the hydrogen compressor 45. Accordingly, the external hydrogen supplied to the synthesis gas stream 2 can originate from the electrolysis arrangement 60. For reasons of clarity
06.06.2023 seien die in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Anlagenkomponenten und Ströme in LU103148 der Figur 8 in Form einer Klammer ausgeklammert, nämlich jene Komponenten und Ströme zwischen der ersten Reaktorstufe 21a und dem erzeugten Methanol 1. Sämtliche der in den Figuren 3 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiele, Merkmale und Ströme können mit der in Figur 8 illustrierten Erzeugung von externem Was- serstoff durch eine Elektrolyseanordnung 60 kombiniert werden. Dies gilt auch für die Verwendung eines Oxidationsreaktors 31 anstelle eines Reformierungsreak- tors. Insbesondere kann die Methanol-Reaktoranordnung 4 bei diesem Beispiel nur eine einzige Reaktorstufe aufweisen, gleichsam aber auch mehrere Reaktorstufen.06.06.2023 the plant components and flows shown in Figures 1 to 7 are excluded in the form of a bracket in LU103148 of Figure 8, namely those components and flows between the first reactor stage 21a and the methanol 1 produced. All of the embodiments, features and flows shown in Figures 3 to 7 can be combined with the generation of external hydrogen by an electrolysis arrangement 60 illustrated in Figure 8. This also applies to the use of an oxidation reactor 31 instead of a reforming reactor. In particular, the methanol reactor arrangement 4 in this example can have only a single reactor stage, but also several reactor stages.
Auch bei diesem Beispiel kann ein Restgasstrom 15 in einem Recyclekompressor 14 druckerhöht werden. Nach der Druckerhöhung (aber auch zuvor) kann aus demIn this example, a residual gas stream 15 can be pressure-increased in a recycle compressor 14. After the pressure increase (but also before),
Restgasstrom 15 ein Rückführungsstrom 40 abgezweigt und vor den Reformie- rungsreaktor 30 rückgeführt werden. Von dem Restgasstrom 15 kann zudem einA recycle stream 40 can be branched off from the residual gas stream 15 and returned to the reforming reactor 30. From the residual gas stream 15, a
Purgestrom 8 abgezweigt und abgebrannt werden. Bei dem Beispiel nach Fig. 8 kann es sich bei dem kohlenstoffhaltigen Energieträgerstrom 11 insbesondere umPurge stream 8 can be branched off and burned. In the example according to Fig. 8, the carbon-containing energy carrier stream 11 can in particular be
Biogas oder ein anderweitiges CO, reiches Gas, beispielsweise mit CO, versetztesBiogas or another CO, rich gas, for example mixed with CO,
Erdgas, handeln. Es sei erwähnt, dass bei der Verwendung von Biogas als kohlen- stoffhaltigen Energieträgerstrom 11 der Pre-Reformer 29 entfallen kann, da Biogas kaum höhere Kohlenwasserstoffe umfasst.Natural gas. It should be mentioned that when biogas is used as a carbon-containing energy source stream 11, the pre-reformer 29 can be omitted, since biogas hardly contains any higher hydrocarbons.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorschlagsgemäßen Anlage, bei der imFig. 9 shows an embodiment of the proposed system, in which
Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 auf einen Synthesegaskompres- sor 3 verzichtet wird. Aus dem Restgasstrom 15 wird nach dessen Druckerhöhung im Recyclekompressor 14 ein Rückführungsstrom 40 abgezweigt und der Synthe- segasreaktoranordnung 13 zugeführt, nämlich zwischen Vor-Reformierungsreak- tor 29 und Reformierungsreaktor 30. In einer Alternative kann der Rückführungs- strom auch vor der Druckerhöhung abgezweigt, in einem separaten Kompressor verdichtet und der Synthesegasreaktoranordnung 13 zugeführt werden. Von demIn contrast to the embodiment according to Fig. 7, a synthesis gas compressor 3 is dispensed with. After the pressure has been increased in the recycle compressor 14, a recycle stream 40 is branched off from the residual gas stream 15 and fed to the synthesis gas reactor arrangement 13, namely between the pre-reforming reactor 29 and the reforming reactor 30. In an alternative, the recycle stream can also be branched off before the pressure increase, compressed in a separate compressor and fed to the synthesis gas reactor arrangement 13. From the
Restgasstrom 15 wird ein Purge-Strom 8 abgezweigt und abgebrannt. Bei der An- lage nach Fig. 9 nimmt ein Verhältnis eines durch eine Summe von in dem Purge-A purge stream 8 is branched off from the residual gas stream 15 and burned off. In the system according to Fig. 9, a ratio of a sum of the purge
Strom 8 vorliegenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen gebildeten ersten Stoff- mengenstroms relativ zu einem durch eine Summe von in dem Synthesegasstrom 2 vorliegenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen gebildeten zweiten Stoffmengen- stroms einen Wert von ungefähr oder genau 0,005 an.The ratio of the first mass flow formed by the carbon-containing compounds present in the stream 8 to a second mass flow formed by a sum of the carbon-containing compounds present in the synthesis gas stream 2 has a value of approximately or exactly 0.005.
06.06.2023June 6, 2023
Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorschlagsgemäßen Anlage, wo- LU103148 bei der Reformierungsreaktor 30 als Steam Reformer ausgebildet ist. Ein kohlen- stoffhaltiger Energieträgerstrom 11 wird zunächst einer Präparationsstufe 71 zu- geführt und sodann unter Zugabe von Wasserdampf 72 und CO, dem als SteamFig. 10 shows a further embodiment of the proposed plant, where the reforming reactor 30 is designed as a steam reformer. A carbon-containing energy carrier stream 11 is first fed to a preparation stage 71 and then, with the addition of water vapor 72 and CO, the steam
Reformer ausgebildeten Reformierungsreaktor 30 zugeführt. Es ist lediglich eineReformer trained reforming reactor 30. It is only a
Methanol-Reaktoranordnung 4 mit einer einzelnen Reaktorstufe (die erste Reak- torstufe 21a) vorgesehen. Entsprechend ist auch lediglich eine der Reaktorstufe 21 nachgeschaltete erste Methanol-Trennvorrichtung 17a vorgesehen. Aus demMethanol reactor arrangement 4 with a single reactor stage (the first reactor stage 21a) is provided. Accordingly, only a first methanol separation device 17a is provided downstream of the reactor stage 21. From the
Restgasstrom 15 wird ein Rückführungsstrom 40 abgezweigt und vor den Refor- mierungsreaktor 30 rückgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem kohlenstoffhaltigen Energieträgerstrom 11 um denselben Energieträger han- deln wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 7, aber auch um Biogas.A recirculation stream 40 is branched off from the residual gas stream 15 and fed back to the reforming reactor 30. In this embodiment, the carbon-containing energy carrier stream 11 can be the same energy carrier as in the embodiments according to Figs. 1 to 7, but can also be biogas.
Bei der Anlage nach Fig. 10 nimmt ein Verhältnis eines durch eine Summe von in dem Purge-Strom 8 vorliegenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen gebildeten ersten Stoffmengenstroms relativ zu einem durch eine Summe von in dem Syn- thesegasstrom 2 vorliegenden kohlenstoffhaltigen Verbindungen gebildeten zwei- ten Stoffmengenstroms einen Wert von ungefähr oder genau 0.015 oder gar Werte < 0.015 an.In the plant according to Fig. 10, a ratio of a first mass flow formed by a sum of carbon-containing compounds present in the purge stream 8 relative to a second mass flow formed by a sum of carbon-containing compounds present in the synthesis gas stream 2 assumes a value of approximately or exactly 0.015 or even values < 0.015.
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FG | Patent granted |
Effective date: 20241216 |