DE60203569T2

DE60203569T2 - Verfahren zur Herstellung von Methanol

Info

Publication number: DE60203569T2
Application number: DE60203569T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Hiroshima Seiki; Tetsuya Hiroshima Imai; Kazuto Hiroshima Kobayashi; Hiroyuki Hiroshima Osora; Chie Hiroshima Kuwada; Kazuhiro Morita; Shuichi Miyamoto
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2022-07-20
Also published as: JP4773641B2; EP1277722A3; AU2002300205B2; EP1277722A2; US20030032844A1; DE60203569D1; US6894080B2; JP2003034659A; EP1277722B1; DK1277722T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methanol.
Die japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichung Nr. 1-180841 (entspricht der US-A-5 063 250) offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Methanol (CH₃OH) aus einem Kohlenwasserstoff, beispielsweise Erdgas. Speziell beschreibt diese Veröffentlichung ein Verfahren zur Herstellung von Methanol, das umfasst:
die Umsetzung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs oder eines verdampften flüssigen Kohlenwasserstoffs unter Verwendung eines Reformers mit Wasserdampf in Gegenwart eines Nickelkatalysators bei einer Temperatur im Bereich von 800 bis 1000°C zur Herstellung eines Synthesegases, das als Hauptkomponenten Wasserstoff (H₂), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂) umfasst;
das Stattfindenlassen einer Reaktion des Synthesegases über einen Methanolsynthesekatalysator auf Kupferbasis, der im Inneren eines Synthesereaktors plaziert ist, bei einem Druck von 5065 bis 15 195 kPa (50 bis 150 atm) und bei einer Temperatur von 200 bis 300°C zur Bildung eines Reaktionsprodukts;
das Abkühlen des rohen Methanols;
das Trennen des abgekühlten rohen Methanols in nicht-umgesetztes Gas und flüssiges rohes Methanol; und
die Destillation des flüssigen rohen Methanols in einer oder mehreren Destillationskolonnen zur Trennung von gereinigtem Methanol und Abwasser, das organische Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als Methanol (im folgenden als organische Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt bezeichnet) und andere organische Verbindungen mit einem höheren Siedepunkt als der einer organischen Säure und von Methanol (im folgenden als organische Verbindungen mit hohem Siedepunkt bezeichnet) enthält.
In der im Vorhergehenden genannten Synthesegasherstellungsstufe wird unter Verwendung einer Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung Kohlendioxid aus einem Verbrennungsabgas, das aus dem Reformer ausgetragen wurde, zurückgewonnen und das auf diese Weise zurückgewonnene Kohlendioxid an der stromaufwärtigen Seite des Reformers und/oder der stromabwärtigen Seite des Reformers eingespeist, um ein Synthesegas mit einem gewünschten Molverhältnis H₂((CO + CO₂), das zur Herstellung von Methanol geeignet ist, zu erhalten.
Da jedoch die Menge des aus der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung rückzugewinnenden Kohlendioxids bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Methanol erhöht ist, wird bewirkt, dass die zur Verwendung in der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung erforderliche Wärmemenge entsprechend zunimmt, was zu einer Verknappung von Heizquellen führt und daher die Herstellungskosten von Methanol erhöht.
Die EP-A-1 008 577 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Methanol, wobei ein einen Kohlenwasserstoff als Hauptkomponente enthaltendes Ausgangsmaterialgas zusammen mit Wasserdampf einem Reformer über eine Befeuchtungsvorrichtung zugeführt wird, wobei durch die Reaktion zwischen dem in dem Ausgangsmaterialgas enthaltenen Kohlenwasserstoff und dem Wasserdampf ein Synthesegas gebildet wird, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid als Hauptkomponenten enthält. Bei der Bildung des Synthesegases wird Kohlendioxid mindestens einem Fluiddurchgang, der aus der aus dem stromaufwärts der Befeuchtungsvorrichtung positionierten Fluiddurchgang und dem zwischen der Befeuchtungsvorrichtung und dem Reformer befindlichen Fluiddurchgang bestehenden Gruppe ausgewählt ist, zugeführt. Infolgedessen wird in der Methanolsynthesestufe der überschüssige Wasserstoff, der in dem in dem Reformer gebildete Gas enthalten ist, effektiv genutzt, ohne eine Deaktivierung des Methanolsynthesekatalysators zu erbringen. Auch wird Kohlendioxid unter Verringerung der aus dem System ausgetragenen Kohlendioxidmenge effektiv genutzt. Ferner ist es möglich, die dem Reformer zugeführte Wasserdampfmenge zu verringern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Methanol, das durch Verwendung eines Reformers ein Synthesegas mit einem zur Synthese von Methanol geeigneten Molverhältnis H₂/(CO + CO₂) herstellen kann und das den größten Teil der Wärme einer destillierten Flüssigkeit, die von einem Druckdestillationsturm einer Destillationsvorrichtung rückgewonnen wurde, als Wärmequelle für eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung verwenden kann, wodurch eine Zunahme der in der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung zu verwendenden Wärmemenge bewältigt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Methanol, umfassend:
die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf in einem Reformer zur Produktion eines Synthesegases, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält;
die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus aus dem Reformer ausgetragenem Verbrennungsabgas durch eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung, die mit einem Kohlendioxidabsorptionsturm und mit einem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm ausgestattet ist;
das Einspeisen des auf diese Weise rückgewonnenen Kohlendioxids an der stromaufwärtigen Seite und/oder der stromabwärtigen Seite des Reformers;
das Stattfindenlassen einer Reaktion des Synthesegases über einen Methanolsynthesekatalysator zur Bildung eines Reaktionsprodukts;
das Rückgewinnen von flüssigem rohem Methanol aus dem Reaktionsprodukt;
die Destillation des flüssigen rohen Methanols in einer Destillationsvorrichtung, die mit einem Druckdestillationsturm und mit einem atmosphärischen Destillationsturm ausgestattet ist, zur Trennung desselben in gereinigtes Methanol und Abwasser, das organische Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt und organische Verbindungen mit hohem Siedepunkt enthält;
das dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Destillationsstufe Bodenflüssigkeit in einem Primärdestillationsturm der Destillationsvorrichtung erhitzt und in den Druckdestillationsturm eingeführt wird und die Wärme der oben aus dem Druckdestillationsturm ausgetragenen destillierten Flüssigkeit als Wärmequelle für den Kohlendioxid-Absorptionslösung-Regenerationsturm und als Wärmequelle für den atmosphärischen Destillationsturm genutzt wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung sollte das Synthesegas vorzugsweise gemäß einem Verfahren produziert werden, wobei ein Gasgemisch, das Kohlenwasserstoffe und Kohlendioxid, das durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung aus aus dem Reformer ausgetragenem Verbrennungsabgas rückgewonnen wurde, umfasst, in eine Befeuchtungsvorrichtung zum Einbringen von Wasserdampf in das Gasgemisch eingeführt wird, das gebildete Gasgemisch anschließend in den Reformer eingeführt wird, wobei die Reformierungsreaktion zur Produktion des Synthesegases durchgeführt wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch günstig, dass Abwärme von in dem Reformer produziertem heißem Synthesegas als Wärmequelle zur Regeneration einer Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm genutzt wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ferner günstig, dass Abwärme von in dem Reformer produziertem heißem Synthesegas als Wärmequelle in der Destillationsvorrichtung in der Destillationsstufe genutzt wird.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung ist es ferner günstig, dass Abwärme von in dem Reformer produziertem heißem Synthesegas derart genutzt wird, dass sie als Wärmequelle in dem Druckdestillationsturm, anschließend als Wärmequelle zum Erhitzen der Bodenflüssigkeit in dem Primärdestillationsturm, die in den Druckdestillationsturm eingeführt werden soll, danach als Wärmequelle zur Regeneration der Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm und schließlich als Wärmequelle zum Erhitzen einer Bodenzirkulationsflüssigkeit in dem Primärdestillationsturm verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung von Methanol wie oben beschrieben bereitgestellt, wobei Abwärme von in dem Reformer produziertem heißem Synthesegas derart genutzt wird, dass sie als Wärmequelle in dem Druckdestillationsturm, anschließend als Wärmequelle zum Erhitzen der Bodenflüssigkeit in dem Primärdestillationsturm der Destillationsvorrichtung, die in den Druckdestillationsturm eingeführt werden soll, danach als Wärmequelle zur Rege neration der Kohlendioxid-Absorptionslösung in dem Kohlendioxid-Absorptionslösung-Regenerationsturm und schließlich als Wärmequelle zum Erhitzen einer Bodenzirkulationsflüssigkeit in dem Primärdestillationsturm verwendet wird.
Bei diesem Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung sollte ferner das Synthesegas gemäß einem Verfahren produziert werden, bei dem ein Gasgemisch, das Kohlenwasserstoffe und Kohlendioxid, das durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung aus aus dem Reformer ausgetragenem Verbrennungsabgas rückgewonnen wurde, umfasst, in eine Befeuchtungsvorrichtung zum Einbringen von Wasserdampf in das Gasgemisch eingeführt wird, das gebildete Gasgemisch anschließend in den Reformer eingespeist wird, wobei die Reformierungsreaktion unter Produktion des Synthesegases durchgeführt wird.
Diese Zusammenfassung der Erfindung umfasst nicht zwangsläufig alle notwendigen Merkmale, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination dieser beschriebenen Merkmale sein kann.
Die Erfindung kann vollständiger aufgrund der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, wobei:
1 ein Flussdiagramm ist, das schematisch ein Beispiel der Anlage zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
2 ein Flussdiagramm ist, das schematisch die Kohlendioxidrückgewinnungs/Destillationsvorrichtung erläutert, die zum Einbau in die in 1 gezeigte Methanolherstellungsanlage gestaltet ist; und
3 ein Diagramm zur Erläuterung der Temperaturänderungen für den Fall ist, dass ein heißes Synthesegas nacheinander an einem Wärmetauscher eines zweiten Destillationsturms, einem Wärmetauscher, der sich in der Mitte des Weges zur Einspeisung von Bodenflüssigkeit eines ersten Destillationsturms in den zweiten, stromabwärts befindlichen Destillationsturm befindet, einem Wärmetauscher für einen ersten Regenerationsturm der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung und einem Wärmetauscher für einen ersten Destillationsturm nacheinander einem Wärmeaustausch unterzogen wird, wobei alle diese Wärmetauscher in der genannten Reihenfolge nacheinander angeordnet sind.
Als nächstes werden die Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf Zeichnungen erklärt.
1 erläutert schematisch ein Beispiel für die Anlage zur Herstellung von Methanol; und 2 erläutert die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung unter Verwendung einer Kohlendioxidabsorptionslösung und die Destillationsvorrichtung der in 1 gezeigten Methanolherstellungsanlage.
Eine Befeuchtungsvorrichtung, beispielsweise eine einstufige Befeuchtungsvorrichtung des Wärmetauschertyps 10, ist in dieser mit einer Füllschicht 11, die sich nahe der Oberseite der Befeuchtungsvorrichtung 10 befindet, und mit einem Rohr 12 des Typs einer befeuchteten Wand, das sich unterhalb der Füllschicht 11 befindet, zum Inkontaktbringen von Gas mit Wasser angebracht. Eine Pumpe 14 zur Zirkulation von Wasser von der Unterseite der Befeuchtungsvorrichtung 10 über eine Wasserzirkulationsleitung 13 zur Oberseite der Befeuchtungsvorrichtung 10 befindet sich unterhalb der Befeuchtungsvorrichtung 10. Eine Rohgaszufuhrleitung 20₁ ist mit der Ober seite der Befeuchtungsvorrichtung 10 verbunden. Diese Rohgaszufuhrleitung 20₁ kann mit einer Entschwefelungsvorrichtung (nicht gezeigt) ausgestattet werden.
Ein Reformer 30 befindet sich auf der stromabwärtigen Seite der Befeuchtungsvorrichtung 10 und er ist über eine Leitung 20₂ mit der Befeuchtungsvorrichtung 10 verbunden. Dieser Reformer 30 ist mit einem Dampfreformungsreaktionsrohr 31, einer Verbrennungsvorrichtung 32, die so angeordnet ist, dass sie das Reaktionsrohr 31 umgibt, um das Reaktionsrohr 31 über die Verbrennung eines Brennstoffs zu erhitzen, und einem Kamin 34, der über ein Konvektionsteil (Abwärmerückgewinnungsteil) 33 mit der Verbrennungsvorrichtung 32 in Verbindung steht, ausgestattet. Das Reaktionsrohr 31 ist mit einem Katalysator auf Nickelbasis gefüllt. Eine Brennstoffzufuhrleitung 20₃ ist mit der Verbrennungsvorrichtung 32 des Reformers 30 verbunden.
Das Reaktionsrohr 31 des Reformers 30 ist über eine Leitung 20₄ zum Durchleiten eines in dem Reaktionsrohr 31 erzeugten heißen Synthesegases mit dem Rohr 12 der Befeuchtungsvorrichtung 10 verbunden. Die Leitung 20₄ ist mit einem Wärmetauscher 41 ausgestattet. Die Befeuchtungsvorrichtung 10 ist über eine Leitung 20₅ zum Durchleiten von heißem Synthesegas mit einer Methanolsynthesereaktionsvorrichtung 50 verbunden. Diese Reaktionsvorrichtung 50 ist mit einer Vorheizvorrichtung 51 und auch mit einem Methanolsynthesereaktor 53, dem ein Synthesegas über eine Zirkulationsleitung 52 von der Vorheizvorrichtung 51 zugeführt wird, ausgestattet. Dieser Methanolsynthesereaktor 53 ist mit einem Methanolsynthesekatalysator gefüllt.
Eine Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 ist über eine Leitung 20₆ mit der Vorheizvorrichtung 51 verbunden. Die Leitung 20₆ ist mit einer Kühlvorrichtung 62 ausgestattet. Die Gas- Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 ist über eine Gaszirkulationsleitung 63 mit einem Bereich der Leitung 20₅ , der sich nahe dem Einlass der Vorheizvorrichtung 51 befindet, verbunden. Die Gaszirkulationsleitung 63 ist mit einem Gaskompressor 64 ausgestattet. Eine Spülgasleitung 20₇ zweigt von einem Bereich der Gaszirkulationsleitung 63, der sich zwischen der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 und dem Gaskompressor 64 befindet, ab und ist mit der Brennstoffzufuhrleitung 20₃ verbunden. Das rohe Methanol, das durch die Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 abgetrennt wurde, wird über eine Leitung 20₈ in einem ersten Destillationsturm, der später erklärt wird, eintreten gelassen.
Die Leitung 20₅ ist mit verschiedenen Arten von Wärmetauschern der Kohlendioxidrückgewinnung/Destillationsvorrichtung 70 und mit einer Mehrzahl von Kondensationsvorrichtungen bzw. Kondensatoren, die sich jeweils an der Vorder- und Rückseite von jedem dieser Wärmetauscher befinden, ausgestattet.
Das heißt, wie in 2 gezeigt ist, ist die Leitung 20₅ mit einem ersten Kondensator 71, einem Wärmetauscher 82₂ eines zweiten Destillationsturms, d.h. eines Druckdestillationsturms 81₂ einer Destillationsvorrichtung 80, einem zweiten Kondensator 72, einem Wärmetauscher 110 zum Erhitzen der Bodenflüssigkeit eines ersten Destillationsturms, d.h. eines Primärdestillationsturms 81₁ – Erklärung später – die in den Wärmetauscher 82₂ eingeführt werden soll, einem dritten Kondensator 73, einem ersten Regenerationsturm-Wärmetauscher 103₁ einer Kohlendioxid (CO₂)-Rückgewinnungsvorrichtung 90, einem vierten Kondensator 74, einem Wärmetauscher 82₁ eines ersten Destillationsturms 81₁ des Destillationsturms 80 und einem fünften Kondensator 75, die alle in der genannten Reihenfolge ausgehend von der Befeuchtungsvorrichtung 10 angeordnet sind, ausgestattet.
Der ersten Destillationsturm 81₁ befindet sich auf der stromabwärtigen Seite der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 und er ist über die Leitung 20₈ mit der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 verbunden. Eine Zirkulationsleitung 83₁ ist mit einem oberen Bereich des ersten Destillationsturms 81₁ verbunden und mit einem ersten Kondensator 84₁ ausgestattet. Nebenbei bemerkt, zweigt eine Leitung 20₉ zur Austragung von Verunreinigungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als Methanol von der Zirkulationsleitung 83₁ ab. Die Unterseite des ersten Destillationsturms 81₁ ist über eine Leitung 20₁₀ , die den Wärmetauscher 110 kreuzt, mit der Seitenwand des zweiten Destillationsturms 81₂ verbunden. Eine erste Destillationsheizleitung 20₁₁ zweigt von einem Bereich der Leitung 20₁₀ ab, der sich nahe der Unterseite des ersten Destillationsturms 81₁ befindet, und ist über den Wärmetauscher 82₁ mit einem unteren Bereich des ersten Destillationsturms 81₁ verbunden.
Der zweite Destillationsturm 81₂ befindet sich auf der stromabwärtigen Seite des ersten Destillationsturms 81₁ und er ist über die Leitung 20₁ mit dem ersten Destillationsturm 81₁ verbunden. Ein Paar von Zirkulationsleitungen 83₂ und 83'₂ ist mit einem oberen Bereich des zweiten Destillationsturms 81₂ verbunden. Nebenbei bemerkt, zweigt die Leitung 20₁₂ zur Rückgewinnung von gereinigtem Methanol von den Zirkulationsleitungen 83₂ ab. Ein Wärmetauscher 82₃ , der als zweiter Kondensator und auch als Wärmequelle für einen dritten Destillationsturm, d.h. einen atmosphärischen Destillationsturm 81₃ dient, ist an den Zirkulationsleitungen 83₂ montiert. Ein zweiter Regenerationsturmwärmetauscher 103₂ einer Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90, die im folgenden diskutiert wird, ist an der anderen Zirkulationsleitung 83'₂ montiert. Die Unterseite des zweiten Destillationsturms 81₂ ist über die Leitung 20₁₃ mit der Seitenwand des dritten Destillationsturms 81₃ verbunden. Eine Leitung zum Erhitzen eines zweiten Destillationsturms 20₁₄ zweigt von einem Bereich der Leitung 20₁₃ , der sich nahe der Unterseite des zweiten Destillationsturms 81₂ befindet, ab und ist über den Wärmetauscher 82₂ mit einem unteren Bereich des zweiten Destillationsturms 81₂ verbunden.
Der dritte Destillationsturm 81₃ befindet sich auf der stromabwärtigen Seite des zweiten Destillationsturms 81₂ und er ist über die Leitung 20₁₃ mit dem zweiten Destillationsturm 81₂ verbunden. Eine Zirkulationsleitung 83₃ ist mit einem oberen Bereich des dritten Destillationsturms 81₃ verbunden und mit einem dritten Kondensator 84₃ ausgestattet. Nebenbei bemerkt, zweigt die Leitung 20₃₄ zur Rückgewinnung von gereinigtem Methanol von den Zirkulationsleitungen 83₃ ab. Die Unterseite des dritten Destillationsturms 81₃ ist mit einer Abwasseraustragungsleitung 20₁₅ verbunden. Eine Leitung zum Erhitzen eines dritten Destillationsturms 20₁₆ zweigt von einem Bereich der Abwasseraustragungsleitung 20₁₅ , der sich nahe der Unterseite des dritten Destillationsturms 81₃ befindet, ab und ist über den Wärmetauscher 82₃ mit einem unteren Bereich des dritten Destillationsturms 81₃ verbunden. Nebenbei bemerkt erstreckt sich eine Seitenabtrennungsleitung 20₁ von der Seitenwand des dritten Destillationsturms 81₃ aus dem System.
Die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 ist über eine Verbrennungsabgaszufuhrleitung 20₁₈ mit dem Konvektionsteil 33 des Reformers 30 verbunden. Diese Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 ist wie in 2 gezeigt mit einem Kühlturm 91, einem Kohlendioxidabsorptionsturm 92 und einem Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 93, die alle einander benachbart angeordnet sind, ausgestattet. Der Kühlturm 91 ist hierbei mit einem Gas-Flüssigkeit-Kontaktelement 94 ausgestattet. Der Kohlendioxidabsorptionsturm 92 ist hierbei mit einem Paar oberer und unterer Gas-Flüssigkeit-Kontaktelemente 95a und 95b ausgestattet, zwischen denen sich ein Überlaufbe reich 96 für eine regenerierte Absorptionsflüssigkeit befindet. Der Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 93 ist hierbei mit einem Paar oberer und unterer Gas-Flüssigkeit-Kontaktelemente 97a und 97b ausgestattet.
Der Kühlturm 91 ist über die Verbrennungsabgaszufuhrleitung 20₁₈ mit dem Konvektionsteil 33 verbunden. Er ist derart gestaltet, dass das Kühlwasser auf einen oberen Bereich des Kühlturms 91 über eine Leitung 20₁₉ gesprüht werden kann und dass das Verbrennungsabgas, das über die Verbrennungsabgaszufuhrleitung 20₁₈ in dem Kühlturm 91 eingeführt wurde, durch das Gas-Flüssigkeit-Kontaktelement 94 gekühlt wird. Der obere Bereich des Kühlturms 91 ist über eine Leitung 20₂₀ mit einem unteren Bereich des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 verbunden, und diese Leitung 20₂₀ ist mit einem Gebläse 98 ausgestattet. Die Unterseite des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 ist über eine Leitung 20₂₁ mit einem Seitenwandbereich des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93, der sich zwischen den oberen und unteren Gas-Flüssigkeit-Kontaktelementen 97a und 97b befindet, verbunden. Eine Pumpe 99 und ein Wärmetauscher 100 sind nacheinander an der Leitung 20₂₁ montiert, wobei die Pumpe 99 sich näher an dem Kohlendioxidabsorptionsturm 92 als der Wärmetauscher 100 befindet. Die Unterseite des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93 ist über eine Leitung 20₂₂ mit einem oberen Bereich des Kohlendioxidabsorptionsturms 92, wo sich ein Überlaufbereich 96 befindet, verbunden, wobei die Leitung 20₂₂ so angebracht ist, dass sie durch einen Wärmetauscher 100 läuft. Eine Pumpe 101 ist an einem Bereich der Leitung 20₂₂ , der sich zwischen der Unterseite des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93 und dem Wärmetauscher 100 befindet, montiert.
Eine Leitung 20₂₃ kommuniziert mit dem Kohlendioxidabsorptionsturm 92 derart, dass ein Ende derselben mit dem Überlaufbereich 96 des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 verbunden ist und das andere Ende derselben über eine Pumpe 102 mit einem Bereich des Kohlendioxidabsorptionsturms 92, der sich über dem oberen Gas-Flüssigkeit-Kontaktelement 95a befindet, verbunden ist. Eine Abgasleitung 20₂₄ ist über ein Ende derselben mit einem oberen Bereich des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 verbunden, wobei das andere Ende derselben mit dem Konvektionsbereich 33 des Reformers 30 verbunden ist. Ein Paar von Zirkulationsleitungen 20₂₅ und 20₂₆ ist über deren ein Ende mit einem unteren Bereich des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93 verbunden, wobei das andere Ende desselben mit einem Bereich des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93, der sich unmittelbar unterhalb des unteren Gas-Flüssigkeit-Kontaktelements 97b befindet, verbunden ist. Diese Zirkulationsleitungen 20₂₅ und 20₂₆ sind so angeordnet, dass sie den Wärmetauscher des ersten Regenerationsturms 103₁ bzw. zweiten Regenerationsturms 103₂ durchlaufen. Eine Zirkulationsleitung 20₂ ist über ein Ende derselben mit einem oberen Bereich des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 23 verbunden und mit einem Kühlwärmetauscher 44 ausgestattet. Die Leitung 20₂₈ zum Durchleiten von zurückgewonnenem Kohlendioxid durch diese zweigt von der Leitung 20₂ ab und das entfernte Ende derselben ist mit der Leitung 20₁ zum Durchleiten eines Rohgases verbunden. Diese Leitung 20₂₈ kann mit einem Kompressor zur Kompression von durchgeleitetem Kohlendioxid ausgestattet sein.
Nebenbei gesagt, ist ein Bereich der Leitung 20₅ zum Durchleiten des Synthesegases, der sich auf der stromabwärtigen Seite des fünften Kondensators 75 befindet, mit einem Kühlwärmetauscher 76 und einem Kompressor 77 ausgestattet.
Ferner sind der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Kondensator 71–75 über die Leitungen 20₂₉ –20₃₃ mit der Zirkulationswasserleitung 13 der Befeuchtungsvorrichtung 10 verbunden. Aufgrund dieses Verbindungssystems kann das kondensierte Wasser, das in diesen Kondensatoren 71–75 erhalten wird, der Befeuchtungsvorrichtung 10 zugeführt und zur Befeuchtung des Erdgases genutzt werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung von Methanol unter Bezug auf die in 1 und 2 gezeigten Methanolherstellungsanlage erklärt.
1) Synthesegasherstellungsstufe:
Zu allererst wird ein Brennstoff zur Verbrennung, beispielsweise Erdgas, über die Brennstoffzufuhrleitung 20₃ der Verbrennungsvorrichtung 32 des Reformers 30 zugeführt. Ein Teil von nicht-umgesetztem Gas, d.h. Spülgas, das hauptsächlich Wasserstoff enthält, das von der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 erzeugt wurde, wird über die Spülgasleitung 20₇ und die Brennstoffzufuhrleitung 20₃ der Verbrennungsvorrichtung 32 des Reformers 30 zugeführt. In dieser Verbrennungsvorrichtung 32 werden das im Vorhergehenden genannte Erdgas und Spülgas zusammen mit Luft verbrennen gelassen, um dadurch das Innere des Reaktionsrohrs 31 auf eine ausreichend hohe Temperatur, beispielsweise 850–900°C, zu erhitzen. Der Grund für das Erhitzen des Reaktionsrohrs 31 auf eine derart hohe Temperatur liegt darin, dass die Reformierungsreaktion im Inneren des Reformers 30 eine endotherme Reaktion ist. Das Kohlendioxid enthaltende Verbrennungsabgas, das in der Verbrennungsvorrichtung 32 erzeugt wurde, wird über den Konvektionsteil 33 zum Kamin 34 überführt. Dieses Verbrennungsabgas wird, wenn es durch den Konvektionsteil 33 durchläuft, durch den Wärmeaustausch desselben mit einem Rohgas, beispielsweise Erdgas, das die Rohgaszufuhrleitung 20₁ durchläuft und mit Wasserdampf gemischt wird, sowie durch den Wärmeaustausch desselben mit Boilerwasser (nicht gezeigt) gekühlt.
Das in dem Konvektionsteil 33 gekühlte Verbrennungsabgas wird über die Verbrennungsabgaszufuhrleitung 20₁₈ dem Kühlturm 91 der in 2 gezeigten Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 zugeführt und an dem Gas-Flüssigkeit-Kontaktelement 94 durch Kühlwasser, das durch die Leitung 20₁₉ zugeführt wird, weiter gekühlt. Das auf diese Weise gekühlte Verbrennungsabgas wird über die Leitung 20₂₀ einem unteren Bereich des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 von einem oberen Bereich des Kühlturms 91 durch Betätigung eines Gebläses 98 zugeführt. Während des Zeitraums, in dem dieses Verbrennungsabgas über das untere Gas-Flüssigkeit-Kontaktelement 95b, das sich im Inneren des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 befindet, nach oben bewegt wird, kann das in dem Verbrennungsabgas enthaltene Kohlendioxid mit einer Regenerationsabsorptionsflüssigkeit, beispielsweise einer Regenerationsaminlösung, die von dem Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 93 über die Leitung 20₂₂ (die den Wärmetauscher 100 durchläuft) dem Überlaufbereich 96 des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 zugeführt wurde, in Kontakt gelangen, wodurch das Kohlendioxid durch die Aminlösung absorbiert werden kann. Ferner kann während des Zeitraums, in dem Verbrennungsabgas über das obere Gas-Flüssigkeit-Kontaktelement 95a nach dem Durchlaufen des Überlaufbereichs 96 nach oben bewegt wird, in dem Verbrennungsabgas verbliebenes, nicht absorbiertes Kohlendioxid mit einer Regenerationsaminlösung, die über die Leitung 20₂₃ einem oberen Bereich des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 durch das Betätigen der Pumpe 102 zugeführt wurde, in Kontakt gelangen, wodurch das nicht absorbierte Kohlendioxid durch die Aminlösung absorbiert werden kann. Das auf diese Weise von Kohlendioxid befreite Verbrennungsabgas wird über die Abgasleitung 20₂₄ in den Konvektionsteil 33 des Reformers 30 zurückkehren gelassen und über den Kamin 34 aus dem System ausgetragen.
Die Aminlösung, worin Kohlendioxid absorbiert ist, wird im unteren Bereich des Kohlendioxidabsorptionsturms 92 aufbewahrt. Die auf diese Weise aufbewahrte Aminlösung kann durch Betätigen der Pumpe 99 von dort und über die Leitung 20₂₁ einem oberen Bereich des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93, der sich zwischen einem Paar der oberen und unteren Gas-Flüssigkeit-Kontaktelemente 97a und 97b des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93 befindet, zugeführt werden. In diesem Fall wird während des Zeitraums, in dem diese Aminlösung mit darin absorbiertem Kohlendioxid über den an der Leitung 20₂₁ montierten Wärmetauscher 100 geleitet wird, ein Wärmeaustausch der Aminlösung mit einer regenerierten Aminlösung, die eine relativ hohe Temperatur aufweist und die Leitung 20₂₂ , die mit der Unterseite des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93 verbunden ist, durchläuft, durchgeführt, wodurch die Aminlösung erhitzt und gleichzeitig die regenerierte Aminlösung, die die Leitung 20₂₂ durchläuft und eine relativ hohe Temperatur aufweist, gekühlt wird. Die Aminlösung mit absorbiertem Kohlendioxid, die auf diese Weise erhitzt wurde, wird dann in Kohlendioxid und regenerierte Aminlösung getrennt. Während dieses Zeitraums fließt die Aminlösung über das untere Gas-Flüssigkeit-Kontaktelement 97b des Regenerationsturms einer erhitzten Absorptionsflüssigkeit 93. In diesem Fall kann die regenerierte Aminlösung, die im Boden des Regenerationsturms 93 aufbewahrt wurde, ein Paar von Zirkulationsleitungen 20₂₅ und 20₂₆ , die mit einem unteren Bereich des Regenerationsturms 93 verbunden sind, durchlaufen, währenddessen die regenerierte Aminlösung an dem ersten Regenerationsturmwärmetauscher 103₁ , der an der Leitung 20₅ , durch die ein Hochtemperatursynthesegas laufen kann, wie später erklärt wird, montiert ist, wärmeausgetauscht wird. Die regenerierte Aminlösung wird an dem zweiten Regenerationsturmwärmetauscher 103₂ , der an der Zirkulationsleitung 83'₂ , durch die eine Hochtemperaturdestillationsflüssigkeit von der Oberseite des zweiten Destillationsturms 81₂ laufen kann, montiert ist, wärmeausgetauscht und erhitzt.
Wenn der Regenerationsturm 93 unter Verwendung der in dem Bodes Regenerationsturms 93 aufbewahrten, erhitzten regenerier ten Aminlösung als Wärmequelle erhitzt wird, wird die Aminlösung mit absorbiertem Kohlendioxid in Kohlendioxid und eine regenerierte Aminlösung getrennt. Die auf diese Weise abgetrennte regenerierte Aminlösung wird am Boden des Regenerationsturms 93 aufbewahrt und dann über die Leitung 20₂₂ zu dem Kohlendioxidabsorptionsturm 92 durch Betätigen der Pumpe 101 zurückgeschickt. Auf der anderen Seite kann das Kohlendioxid, das von der Aminlösung mit absorbiertem Kohlendioxid abgetrennt wurde, über das obere Gas-Flüssigkeit-Kontaktelement 97a des Regenerationsturms 93 sich nach oben bewegen und über die Zirkulationsleitung 20₂ von einem oberen Bereich des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93 zirkulieren, während dessen das Kohlendioxid durch den Kühlwärmetauscher 104 gekühlt wird, wodurch der Amindampf, der mit dem Kohlendioxid mitgeführt wird, kondensiert wird und die kondensierte Aminlösung anschließend zum Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 93 zurückkehren kann. Das auf diese Weise zurückgewonnene Kohlendioxid wird über die Leitung 20₂₈ , die von der Zirkulationsleitung 20₂ abzweigt, der Leitung 20₁ , die zum Durchleiten von Erdgas angebracht ist, zugeführt.
Als Rohgas durchläuft beispielsweise Erdgas, das hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen besteht, das durch eine (nicht gezeigte) Entschwefelungsvorrichtung entschwefelt wurde, die Rohgaszufuhrleitung 20₁ . Eine vorgegebene Menge Kohlendioxid, die durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 zurückgewonnen wurde, wird über die Leitung 20₂₈ dem Rohgas zugesetzt und mit diesem gemischt. Dieses Gasgemisch, das das Erdgas und Kohlendioxid umfasst, wird dann zur Füllschicht 11, die sich im oberen Bereich der Befeuchtungsvorrichtung 10 des Wärmetauschertyps befindet, transportiert. In diesem Fall wird die Pumpe, die sich unterhalb der Befeuchtungsvorrichtung 10 des Wärmetauschertyps befindet, zuvor betätigt, um dadurch die Zirkulation von Wasser vom Boden der Befeuchtungsvorrichtung 10 des Wärmetauschertyps zum oberen Bereich der Befeuchtungsvorrichtung 10 des Wärmetauschertyps über die Zirkulationswasserleitung 13 zu ermöglichen, wodurch das Gasgemisch, das das Erdgas und Kohlendioxid umfasst, das in den oberen Bereich der Befeuchtungsvorrichtung 10 des Wärmetauschertyps eingeführt wurde, befeuchtet wird. Nach dem Inkontaktbringen und Befeuchten des Gasgemischs mit dem bzw. durch das Wasser, das von der Zirkulationswasserleitung 13 an der Füllschicht 11 zugeführt wurde, wird das Gasgemisch über den Wärmeaustausch desselben an dem Rohr 12 mit einem heißen Synthesegas, das diesem von dem Reformer 30 über die Leitung 20₄ zugeführt wurde, weiter befeuchtet. Infolgedessen ist das Gasgemisch wesentlich mit Waserdampf befeuchtet.
Nebenbei gesagt, ist es günstig, im Falle des Mischens des Erdgases mit Kohlendioxid und Wasserdampf das Mischverhältnis von Methan (CH₄) in dem Erdgas:Wasserdampf (H₂O) auf 1:1,5–1:5 (auf der Basis des Molverhältnisses) und das Mischverhältnis von Methan (CH₄):Kohlendioxid (CO₂) auf 1:0,1–1:3 (auf der Basis des Molverhältnisses) einzustellen.
Das Kohlendioxid und Wasserdampf enthaltende Erdgas wird die Leitung 20₂ durchlaufen gelassen und dann erhitzt. Während dieses Zeitraums kann das Erdgas den Konvektionsteil 33 des Reformers 30 durchlaufen, wonach das Erdgas dem Reaktionsrohr 31, das auf eine ausreichende Temperatur erhitzt wurde, zugeführt wird.
Die gesamten Bestandteile Wasserdampf, Kohlendioxid und Erdgas, das hauptsächlich aus Methan (CH₄) besteht, die dem Reaktionsrohr 31 des Reformers 30 zugeführt wurden, können in dem Reaktionsrohr 31 in Gegenwart eines Katalysators miteinander reagieren, wodurch die Wasserdampfreformierung von Methan stattfinden kann, wodurch ein heißes Synthesegas, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid umfasst, gemäß den folgenden Gleichungen (1) und (2) hergestellt wird. CH₄ + H₂O ⇆ CO + 3H₂ (1) CO + H₂O ⇆ CO₂ + H₂ (2)
Wie aus diesen Gleichungen (1) und (2) der Reformierungsreaktion ersichtlich ist, werden infolge der Reaktion zwischen einem Mol Methan und zwei Molen Wasserdampf vier Mole Wasserstoff und ein Mol Kohlendioxid gebildet. Im tatsächlichen Reaktionssystem kann jedoch eine Zusammensetzung, die nahe der Gleichgewichtszusammensetzung der chemischen Reaktion ist, die durch die Auslasstemperatur und den Druck des Reaktionsrohrs 11 bestimmt wird, erhalten werden.
2) Wärmeaustausch- und Kühlstufe von heißem Synthesegas:
Das am Reformer 30 hergestellte heiße Synthesegas wird über die Leitung 20₄ dem Wärmetauscher 41 zugeführt, worin das heiße Synthesegas zum Erhitzen von Boilerwasser zur Erzeugung eines Hochdruckwasserdampfs verwendet wird und gleichzeitig das heiße Synthesegas selbst gekühlt wird und dann einer äußeren Leitung des Rohrs 12 der Befeuchtungsvorrichtung 10 zugeführt wird. In diesem Rohr 12 wird ein Teil der Wärme des Synthesegases zurückgewonnen und als Wärmequelle für die Befeuchtungsvorrichtung 10 genutzt.
Das durch die Befeuchtungsvorrichtung 10 geleitete Synthesegas wird über die Leitung 20₅ der Methanolsynthesereaktionsvorrichtung 50 zugeführt, wie in 1 gezeigt ist. In diesem Fall wird während des Zeitraums, in dem dieses Synthesegas die Leitung 20₅ durchläuft, dieses Synthesegas durch Wärmeaustausch desselben mit dem Wärmetauscher 82₂ des zweiten Destillationsturms 81₂ , mit dem Wärmetauscher 110, der zum Erhitzen der Bodenflüssigkeit am ersten Destillationsturm 81₁ , wenn die Bodenflüssigkeit in den zweiten Destillationsturm 81₂ eingeführt wird, angebracht ist, mit dem ersten Regenerationsturmwärmetauscher 103₁ der Kohlendioxidrückgewin nungsvorrichtung 90 und mit dem Wärmetauscher 82₁ des ersten Destillationsturms 81₁ gekühlt. Das auf diese Weise gekühlte Synthesegas wird durch den Kühlwärmetauscher 76 weiter gekühlt und dann mittels des Kompressors bis zu einem Druck von beispielsweise 5065 bis 15 195 kPa (50 bis 150 atm), der für die Methanolsynthesereaktion geeignet ist, komprimiert. Das heißt, die Abwärme des Synthesegases wird während der Prozesse, in denen das Synthesegas die im Vorhergehenden genannte Wärmetauscher durchläuft, effektiv genutzt, wodurch ein Kühlen des Synthesegases selbst in diesen Prozessen ermöglicht wird. Ferner wird der in dem Synthesegas enthaltene Wasserdampf durch den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Kondensator 71–75 in kondensiertes Wasser umgewandelt, wobei das kondensierte Wasser über die Leitungen 20₂₉ –20₃₃ der Zirkulationswasserleitung 13 der Befeuchtungsvorrichtung 10 zugeführt wird, wobei eine Nutzung des kondensierten Wassers zur Befeuchtung des Rohgases, das in die Befeuchtungsvorrichtung 10 eingeführt wurde, ermöglicht wird.
3) Stufe der Synthese von rohem Methanol:
Das komprimierte Synthesegas wird über die Leitung 20₅ der Vorheizvorrichtung 51 der Methanolsynthesereaktionsvorrichtung 50 zugeführt, in der das Synthesegas auf eine Temperatur, beispielsweise 200–300°C, die zur Methanolsynthesereaktion geeignet ist, erhitzt wird. Danach wird das vorerhitzte Synthesegas über die Zirkulationsleitung 52 dem Reaktor 53 zugeführt, der mit Methanolsynthesekatalystor gefüllt ist. Nebenbei gesagt, wird das nicht-umgesetzte Gas, das an der Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61, die später erklärt wird, abgetrennt wurde, über die Gaszirkulationsleitung 63 einem Bereich der Leitung 20₅ , der sich unmittelbar vor der Vorheizvorrichtung 51 befindet, zugeführt, wodurch ein Mischen des nicht-umgesetzten Gases mit dem Synthesegas ermöglicht wird. In dem Reaktor 53 kann ein Methanol enthaltendes Produkt, das gemäß den in den folgenden Gleichungen (3) und (4) angegebenen Reaktionen synthetisiert wurde, erhalten werden. CO + H₂O ⇆ CH₃OH (3) CO₂ + 3H₂ ⇆ CH₃OH + H₂O (4)
Ferner werden aufgrund von Nebenreaktionen Verunreinigungen, wie Dimethylether und Ethanol, gebildet. Diese Verunreinigungen und Wasser sind zusammen mit Methanol in dem im Vorhergehenden genannten Produkt vorhanden, wobei ein flüssiges rohes Methanol gebildet wird.
4) Stufe der Rückgewinnung von flüssigem rohem Methanol:
Das aus dem Reaktor 53 erhaltene Produkt wird nacheinander über die Zirkulationsleitung 52 und die Leitung 20₆ dem Kühler 62 derart zugeführt, dass es auf übliche Temperatur abgekühlt wird. In diesem Moment werden der größte Teil des in dem Produkt enthaltenen Methanols und Wasserdampfs kondensiert und als Flüssigkeit in die Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 eintreten gelassen. In dieser Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 wird das Produkt in flüssiges rohes Methanol und nicht-umgesetztes Gas, d.h. ein wasserstoffreiches nicht-umgesetztes Gas, das hauptsächlich aus Wasserstoff besteht, getrennt.
Der größte Teil dieses wasserstoffreichen nicht-umgesetzten Gases wird dann über die Gaszirkulationsleitung 63 dem Gaskompressor 64 zugeführt, worin das wasserstoffreiche nicht-umgesetzte Gas komprimiert wird, und dann über die Gaszirkulationsleitung 63 einem Bereich der Leitung 20₅ , der sich am Einlass der Vorheizvorrichtung 51 befindet, zugeführt, so dass es zusammen mit dem Synthesegas dem Reaktor 53 zugeführt wird. Ein Teil des wasserstoffreichen nicht-umgesetzten Gases wird als Spülgas verwendet und durch die Spülgasleitung 20₇ und Brennstoffeinführungsleitung 20₃ geschickt, so dass es als Teil des Brennstoffs für die Verbrennungsvorrichtung 32 in dem Reformer 30 genutzt werden kann.
5) Destillationsstufe:
Das flüssige rohe Methanol, das durch die Gas-Flüssigkeit-Trennvorrichtung 61 abgetrennt wurde, wird über die Leitung 20₈ dem ersten Destillationsturm 81₁ der Destillationsvorrichtung 80 zugeführt. In diesem ersten Destillationsturm 81₁ wird die hauptsächlich aus Methanol und Wasser bestehende Bodenflüssigkeit in der Heizleitung des ersten Destillationsturms 20₁₁ , die von der Leitung 20₁₀ abzweigt, zirkulieren gelassen und durch den Wärmeaustausch derselben am Wärmetauscher 82₁ , den die Leitung 20₁ des heißen Synthesegases durchläuft, erhitzt, wodurch die Bodenflüssigkeit als Wärmequelle für den ersten Destillationsturm 81₁ genutzt werden kann. Im oberen Bereich des ersten Destillationsturms 81₁ , der auf diese Weise erhitzt wird, werden Verunreinigungen mit einem niedrigeren Siedepunkt als Methanol aus dem System mittels der Leitung 20₉ , die von der Zirkulationsleitung 83₁ abzweigt, ausgetragen und ein Teil der Verunreinigungen wird durch den ersten Kondensator 84₁ kondensiert und mittels der Zirkulationsleitung 83₁ refluxiert.
Die Bodenflüssigkeit des ersten Destillationsturms 81₁ wird durch den Wärmeaustausch derselben mit dem Wärmetauscher 110, den die Leitung 20₅ von heißem Synthesegas durchläuft, wenn die Bodenflüssigkeit die Leitung 20₁₀ durchläuft, erhitzt, wobei die erhitzte Bodenflüssigkeit anschließend in den zweiten Destillationsturm 81₂ eingeführt wird. In diesem zweiten Destillationsturm 81₂ kann diese hauptsächlich aus Methanol und Wasser bestehende Bodenflüssigkeit in der Heizleitung des zweiten Destillationsturms 20₁₄ , die von der Leitung 20₁₃ abzweigt, zirkulieren und sie wird durch den Wärmeaustausch derselben mit dem Wärmetauscher 82₂ , den die Leitung 20₅ von heißem Synthesegas durchläuft, erhitzt, wodurch die erhitzte Bodenflüssigkeit als Wärmequelle für den zweiten Destilla tionsturm 81₂ genutzt werden kann. Im oberen Teil des zweiten Destillationsturms 81₂ , der auf diese Weise erhitzt wurde, kann diese hauptsächlich aus Methanol und Wasser bestehende Bodenflüssigkeit, die von dem ersten Destillationsturm 81₁ zugeführt wurde, als Destillationslösung in ein Paar von Zirkulationsleitungen 83₂ und 83'₂ eintreten. Während des Zeitraums, in dem diese Bodenflüssigkeit diese Zirkulationsleitungen 83₂ und 83'₂ durchläuft, wird diese Bodenflüssigkeit durch den Wärmeaustausch derselben mit dem Wärmetauscher 82₃ , der an der Zirkulationsleitung 83₂ montiert ist und nicht nur als der zweite Kondensator, sondern auch als Wärmequelle für den dritten Destillationsturm 81₃ fungiert, und auch mit dem zweiten Regenerationsturmwärmetauscher 103₂ der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90, der an der Zirkulationsleitung 83'₂ montiert ist, gekühlt und kondensiert, wobei die auf diese Weise kondensierte Bodenflüssigkeit anschließend refluxiert wird, um ein gereinigtes und hochgereinigtes Methanol zu erhalten. Dieses gereinigte Methanol wird dann über die Leitung 20₁₂ dem System entnommen. Die Bodenflüssigkeit des zweiten Destillationsturms 81₂ besteht hauptsächlich aus Methanol und Wasser, enthält jedoch eine kleine Menge organischer Verbindungen mit hohem Siedepunkt und organischer Säuren sowie eine sehr geringe Menge organischer Substanzen, die aus der Vorrichtung stammen, wobei diese Bodenflüssigkeit anschließend über die Leitung 20₁₃ dem dritten Destillationsturm 81₃ zugeführt wird.
In diesem dritten Destillationsturm 81₃ wird die Bodenflüssigkeit, die hauptsächlich aus Wasser bestehendes Abwasser ist, in der Heizleitung des dritten Destillationsturms 20₁₆ , die von der Austragleitung 20₁₅ abzweigt, zirkulieren gelassen und durch den Wärmeaustausch derselben mit dem Wärmetauscher 82₃ , den die Zirkulationsleitung 83₂ der Destillationslösung des oberen Bereichs des zweiten Destillationsturms 81₂ durchläuft, erhitzt, wodurch die erhitzte Bodenflüssigkeit als Wärmequelle für den dritten Destillationsturm 81₃ genutzt werden kann. Im oberen Bereich des auf diese Weise erhitzten dritten Destillationsturms 81₃ wird diese (hauptsächlich aus Methanol und Wasser bestehende) Bodenflüssigkeit, die von dem zweiten Destillationsturm 81₂ zugeführt wurde, als Destillationslösung in die Zirkulationsleitung 83₃ eintreten gelassen. Während des Zeitraums, in dem diese Bodenflüssigkeit die Zirkulationsleitung 83₃ durchläuft, wird diese Bodenflüssigkeit durch den dritten Kondensator gekühlt und kondensiert, wobei die auf diese Weise kondensierte Bodenflüssigkeit anschließend refluxiert wird, um ein gereinigtes und hochgereinigtes Methanol zu erhalten. Dieses gereinigte Methanol wird dann über die Leitung 20₃₄ dem System entnommen. Abwasser, das hauptsächlich aus Wasser besteht und auch eine kleine Menge organischer Verbindungen mit hohem Siedepunkt und organischer Säuren sowie eine sehr kleine Menge organischer Substanzen, die aus der Vorrichtung stammen, enthält, wird am Boden des dritten Destillationsturms 81₃ aufbewahrt, wobei dieses Abwasser anschließend über die Leitung 20₁₅ vom Boden des dritten Destillationsturms 81₃ ausgetragen wird.
Wie im Vorhergehenden beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung durch Zugabe von Kohlendioxid zusammen mit Wasserstoff zu einem Rohgas, beispielsweise Erdgas, möglich, ein Synthesegas mit einem H₂/(CO + CO₂)-Verhältnis, das zur Synthese von Methanol geeignet ist, herzustellen. Ferner kann, da das aus dem Reformer 30 ausgetragene Verbrennungsabgas durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 zurückgewonnen wird, um das darin enthaltene Kohlendioxid als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Synthesegas zu nutzen, die aus dem System bei der Herstellung von Synthesegas ausgetragene Kohlendioxidmenge verringert werden. Infolgedessen kann die Wirtschaftlichkeit einer Methanolherstellungsanlage verbessert werden, insbesondere, wenn die Steuer auf die Emission von Kohlendioxid neu eingeführt wird oder wenn eine strenge Regulierung der Emission von Kohlendioxid neu in Kraft gesetzt wird.
Ferner wird die Bodenflüssigkeit des ersten Destillationsturms, d.h. Primärdestillationsturms 81₁ der Destillationsvorrichtung 80, durch den Wärmetauscher 110 erhitzt, wobei die Wärme von heißem Synthesegas genutzt wird, bevor sie der Bodenflüssigkeit des zweiten Destillationsturms, d.h. Druckdestillationsturms 81₂ , zugeführt wird, wodurch es möglich wird, die Menge der Destillationslösung, die in die Zirkulationsleitungen 83₂ und 83'₂ von der Oberseite des zweiten Destillationsturms 81₂ eingeführt wird, zu erhöhen. Gleichzeitig wird die Zirkulationsleitung 83'₂ über den zweiten Regenerationsturmwärmetauscher 103₂ auf der Zirkulationsleitung 20₂₆ des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93 der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 gekreuzt und mit dieser verbunden, wodurch die Abwärme der erhitzten Destillationslösung als Wärmequelle für den Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 93 genutzt werden kann. Infolgedessen ist es möglich, den Gesamtverbrauch an Wärme an dem zweiten und dritten Destillationsturm 81₂ und 81₃ sowie an dem Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 93 der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 93 im Vergleich zu dem Fall, in dem sich die Destillationsvorrichtung getrennt von der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung befindet, zu verringern. Daher ist es nun möglich, Wärme konform mit einer Zunahme der Wärmequelle für den Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 93 zuzuführen, wodurch es möglich wird, die Produktion von Methanol zu erhöhen und die Herstellungskosten von Methanol zu verringern.
Tatsächlich wird der Fall, dass die Destillationsvorrichtung sich getrennt von der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung befindet (Referenzbeispiel) mit dem Fall, dass die Bodenflüssigkeit des zweiten Destillationsturms 81₁ der Destillations vorrichtung 80 vor der Einführung derselben in den zweiten Destillationsturm 81₂ erhitzt wird und die Zirkulationsleitung 83'₂ des zweiten Destillationsturms 81₂ über den zweiten Regenerationsturmwärmetauscher 103₂ mit der Zirkulationsleitung 20₂₆ des Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturms 93 der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 gekreuzt wird und verbunden ist (die vorliegende Erfindung), verglichen, wodurch das Verhältnis [a/b] der Verbrauchsmenge von Erdgas (Brennstoff zur Verbrennung) [a] pro Mengeneinheit der Produktion von Methanol [b] bestimmt wird. Infolgedessen betrug das Verhältnis [a/b] in der vorliegenden Erfindung 96 im Vergleich zu einem Verhältnis [a/b] im Referenzbeispiel, das als 100 angenommen wurde, wodurch ein niedrigerer Brennstoffverbrauch oder eine geringere Heizenergie angezeigt wurde, d.h. es war möglich, Wärme konform mit einer Zunahme der Wärmequelle für den Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm zuzuführen.
Ferner wird es, da die Abwärme des in dem Reformer 30 erzeugten heißen Synthesegases als Wärmequelle für den Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm 93 der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 und auch als Wärmequelle für die Destillationsvorrichtung 80 verwendet wird, leichter, Wärme konform mit einer Zunahme der Wärmequelle für den Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm zuzuführen, wodurch es möglich wird, die Produktion von Methanol zu erhöhen und die Herstellungskosten von Methanol zu verringern.
Insbesondere wird, wie in 2 gezeigt ist, die Leitung 20₅ , die ein heißes Synthesegas durchlaufen soll, zu allererst mit dem Wärmetauscher 82₂ des zweiten Destillationsturms 81₂ , für den ein Erhitzen bei höchster Temperatur erforderlich ist, mit dem Wärmetauscher 110, der sich auf der stromabwärtigen Seite des Wärmetauschers 82₂ und in der Mitte der Leitung, durch die die Bodenflüssigkeit des ersten Destilla tionsturms 81₁ eingeführt wird, befindet, mit dem ersten Regenerationsturmwärmetauscher 103₁ der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 und mit dem Wärmetauscher 82₁ des ersten Destillationsturms 81₁ ausgestattet, wobei diese Wärmetauscher in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Aufgrund dieser Anordnung kann die Abwärme des heißen Synthesegases als Wärmequelle des zweiten Destillationsturms 81₂ , dann als Wärmequelle zum Vorerhitzen der Bodenflüssigkeit des ersten Destillationsturms 81₁ , die in den zweiten Destillationsturm 81₂ eingeführt werden soll, ferner als Wärmequelle für den Regenerationsturm 93 der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 und schließlich als Wärmequelle für den ersten Destillationsturm 81₁ genutzt werden.
Die Temperaturänderungen für den Fall, dass ein heißes Synthesegas jeden dieser Wärmetauscher 82₂ , 110, 103₁ und 82₁ durchlaufen gelassen wird, sind in 3 gezeigt. Wie aus dieser 3 klar ersichtlich ist, kann die Abwärme von heißem Synthesegas für das Erhitzen des ersten und zweiten Destillationsturms 81₁ und 81₂ , für das Vorerhitzen der Bodenflüssigkeit des ersten Destillationsturms 81₁ , die in den zweiten Destillationsturm 81₂ eingeführt werden soll, und für das Erhitzen des Regenerationsturms 93 der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung 90 wirksamer genutzt werden. Infolgedessen wird es leichter, Wärme konform mit einer Zunahme der Wärmequelle für den Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm zuzuführen, wodurch es möglich wird, die Produktion von Methanol weiter zu erhöhen und die Herstellungskosten von Methanol weiter zu verringern.
Wie im Vorhergehenden beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Synthesegas mit einem Molverhältnis H₂/(CO + CO₂), das zur Synthese von Methanol geeignet ist, am Reformer herzustellen. Ferner wird es, da die Wärme der Destillationsflüssigkeit, die durch den Druckdestilla tionsturm der Destillationsvorrichtung zurückgewonnen wurde, als Wärmequelle für den Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung genutzt werden kann, leichter, Wärme konform mit einer Zunahme der Wärmemenge, die in der Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung erforderlich ist, zuzuführen, wodurch es möglich wird, die Produktion von Methanol zu erhöhen und die Herstellungskosten von Methanol zu verringern.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Synthesegas mit einem Molverhältnis H₂/(CO + CO₂), das zur Synthese von Methanol geeignet ist, am Reformer herzustellen, und gleichzeitig ist es, da die Wärme der Destillationsflüssigkeit, die durch den Druckdestillationsturm der Destillationsvorrichtung zurückgewonnen wurde, als Wärmequelle für die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung genutzt werden kann und da die Abwärme des in dem Reformer hergestellten heißen Synthesegases als Wärmequelle für die Destillationsvorrichtung genutzt werden kann, leichter, Wärme konform mit einer Zunahe der Wärmequelle, die in dem Absorptionsflüssigkeitsregenerationsturm erforderlich ist, zuzuführen, wodurch es möglich wird, hervorragende Wirkungen, wie eine weitere Zunahme der Produktion von Methanol und eine weitere Verringerung der Herstellungskosten von Methanol, zu erwarten.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Methanol, umfassend: die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf in einem Reformer (30) zur Produktion eines Synthesegases, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid enthält; die Rückgewinnung von Kohlendioxid aus aus dem Reformer ausgetragenem Verbrennungsabgas durch eine Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung (90), die mit einem Kohlendioxidabsorptionsturm (92) und mit einem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) ausgestattet ist; das Einspeisen des auf diese Weise rückgewonnenen Kohlendioxids an der stromaufwärtigen Seite und/oder der stromabwärtigen Seite des Reformers (30); das Stattfindenlassen einer Reaktion des Synthesegases über einen Methanolsynthesekatalysator zur Bildung eines Reaktionsprodukts; das Rückgewinnen von flüssigem rohem Methanol aus dem Reaktionsprodukt; die Destillation des flüssigen rohen Methanols in einer Destillationsvorrichtung (80), die mit einem Druckdestillationsturm (81₂ ) und mit einem atmosphärischen Destillationsturm (81₃ ) ausgestattet ist, zur Trennung desselben in gereinigtes Methanol und Abwasser, das organische Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt und organische Verbindungen mit hohem Siedepunkt enthält; dadurch gekennzeichnet, dass in der Destillationsstufe Bodenflüssigkeit in einem Primärdestillationsturm (81₁ ) der Destillationsvorrichtung (80) erhitzt und in den Druckdestillationsturm (81₂ ) eingeführt wird und die Wärme der oben aus dem Druckdestillationsturm (81₂ ) ausgetragenen destillierten Flüssigkeit als Wärmequelle für den Kohlendioxid-Absorptionslösung-Regenerationsturm (93) und als Wärmequelle für den atmosphärischen Destillationsturm (81₃ ) genutzt wird.
Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas gemäß einem Verfahren produziert wird, wobei ein Gasgemisch, das Kohlenwasserstoffe und Kohlendioxid, das durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung (90) aus aus dem Reformer (30) ausgetragenem Verbrennungsabgas rückgewonnen wurde, umfasst, in eine Befeuchtungsvorrichtung (10) zum Einbringen von Wasserdampf in das Gasgemisch eingeführt wird, das gebildete Gasgemisch anschließend in den Reformer (30) eingeführt wird, wobei die Reformierungsreaktion zur Produktion des Synthesegases durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe Erdgas sind.
Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärme von in dem Reformer (30) produziertem heißem Synthesegas als Wärmequelle zur Regeneration einer Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) genutzt wird.
Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärme von in dem Reformer (30) produziertem heißem Synthesegas als Wärmequelle in der Des tillationsvorrichtung (80) in der Destillationsstufe genutzt wird.
Verfahren zur Herstellung von Methanol nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Abgas von in dem Reformer (30) produziertem heißem Synthesegas derart genutzt wird, dass es als Wärmequelle in dem Druckdestillationsturm (81₂ ), anschließend als Wärmequelle zum Erhitzen der Bodenflüssigkeit in dem Primärdestillationsturm (81₁ ), die in den Druckdestillationsturm (81₂ ) eingeführt werden soll, danach als Wärmequelle zur Regeneration der Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit in dem Kohlendioxid-Absorptionsflüssigkeit-Regenerationsturm (93) und schließlich als Wärmequelle zum Erhitzen einer Bodenzirkulationsflüssigkeit in dem Primärdestillationsturm (81₁ ) verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 1, wobei Abwärme von in dem Reformer (30) produziertem heißem Synthesegas derart genutzt wird, dass es als Wärmequelle in dem Druckdestillationsturm (81₂ ), anschließend als Wärmequelle zum Erhitzen der Bodenflüssigkeit in dem Primärdestillationsturm (81₁ ) der Destillationsvorrichtung (80), die in den Druckdestillationsturm (81₂ ) eingeführt werden soll, danach als Wärmequelle zur Regeneration der Kohlendioxid-Absorptionslösung in dem Kohlendioxid-Absorptionslösung-Regenerationsturm (93) und schließlich als Wärmequelle zum Erhitzen einer Bodenzirkulationsflüssigkeit in dem Primärdestillationsturm (81₁ ) verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung von Methanol nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Synthesegas gemäß einem Verfahren produziert wird, bei dem ein Gasgemisch, das Kohlenwasserstoffe und Kohlendioxid, das durch die Kohlendioxidrückgewinnungsvorrichtung (90) aus aus dem Reformer (30) ausgetragenem Verbrennungsabgas rückgewonnen wurde, umfasst, in eine Befeuchtungsvorrichtung (10) zum Einbringen von Wasserdampf in das Gasgemisch eingeführt wird, das gebildete Gasgemisch anschließend in den Reformer (30) eingespeist wird, wobei die Reformierungsreaktion unter Produktion des Synthesegases durchgeführt wird.