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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methanol, das von
Kohlenwasserstoffen ausgeht, und betrifft insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von Methanol, das die Erzeugung von Abwasser verringert und die Menge an
Kesselspeisewasser senkt.
Beschreibung des Stands der Technik
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Beispielsweise offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 1-180841/1989, dass ein
Verfahren zur Herstellung von Methanol aus Kohlenwasserstoffen im Allgemeinen aus den
folgenden Schritten besteht:
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(1) einem Synthesegas-Herstellungsschritt, wobei Dampf mit gasförmigem
Kohlenwasserstoff oder verdampfter Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit auf einem Katalysator auf Nickelbasis bei
einer Temperatur von 800-1000ºC in einem Umformungsofen zur Reaktion gebracht wird,
wodurch ein Synthesegas hergestellt wird, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid als
Hauptbestandteile enthält;
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(2) einem Syntheseschritt, wobei das Synthesegas auf einem Katalysator auf Kupferbasis bei
einem Druck von 50-150 atm und einer Temperatur von 200-300ºC umgesetzt wird, und darauf
das sich ergebende flüssige Rohmethanol von dem umgesetzten Gas abgetrennt wird; und
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(3) einem Destillierschritt, wobei das flüssige Rohmethanol über eine oder mehrere
Destillationssäulen destilliert wird, wodurch das raffinierte bzw aufgereinigte Methanol von Abwässern
getrennt wird, die eine oder mehrere organische Verbindungen mit einem niedrigeren Siedepunkt
als demjenigen von Methanol enthalten (hierin nachstehend als organische Verbindungen mit
niederem Siedepunkt bezeichnet) und die eine oder mehrere organische Säuren ebenso wie eine
oder mehrere organische Verbindungen mit höheren Siedepunkten als demjenigen des Methanols
enthalten (hierin nachstehend als organische Verbindungen mit höherem Siedepunkt bezeichnet).
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Im Synthesegas-Herstellungsschritt ist es üblicherweise notwendig, Dampf zu dreimal mehr Mol
als die Anzahl der Kohlenstoffatome des Kohlenwasserstoffs, der als Ausgangsmaterial
verwendet wird, zuzuführen. Beispielsweise werden 3 m³ H&sub2;O für 1 m³ CH&sub4; zugesetzt. Somit ist eine
große Menge an Dampf zur Herstellung von Methanol-Synthesegas erforderlich. Durch
Verwendung von Wärme bzw. Hitze in jedem Herstellungsschritt wird der Dampf aus Wasser mit einer
hohen Reinheit wiedergewonnen, so dass er für ein weiteres Verfahren verwendet werden kann.
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Im Syntheseschritt wird Methanol aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Synthesegas erzeugt,
wohingegen Methanol und Wasser aus Kohlendioxid und Wasserstoff erzeugt werden. Das
Wasser und einige Unreinheiten sind zusammen mit dem Methanol im flüssigen Rohmethanol
enthalten und werden im nächsten Destillationsschritt getrennt. Das abgetrennte Wasser wird aus
dem System abgeführt, ohne weiterverwendet zu werden.
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Die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 51-115505/1976, 55-139492/1980,
60-245997/1985, 57-18640/1982 und 1-180841/1989 offenbaren Verfahren zum Reduzieren der
Menge an Dampf, die für das konventionelle Herstellungsverfahren für Synthesegas erforderlich
ist.
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Im Verfahren zur Herstellung von Methanol, das oben beschrieben wird, ist eine große Menge an
teurem Wasser mit hoher Qualität als Kesselwasser erforderlich. Weil das im Destillationsschritt
abgetrennte Wasser die nachfolgenden Bestandteile enthält und deswegen kaum verwendet
werden kann, wird es verworfen wie es ist.
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(a) Eine große Anzahl organischer Verbindungen mit höherem Siedepunkt.
Beispielsweise ein höherer Alkohol mit einer Kohlenstoffzahl von 2 oder mehr und Paraffine mit
einer Kohlenstoffanzahl von 14 bis 60.
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(b) Das Salz und der Ester einer organischen Säure wie beispielsweise solche der
Ameisensäure.
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(c) Alkalimetallsalz.
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Das Salz und der Ester der organischen Säure weisen eine hohe Azidität und Korrosivität auf.
Aus diesem Grund wird beispielsweise ein Alkalimetallhydroxid wie beispielsweise
Natriumhydroxid oder ein Carbonat, wie beispielsweise Natriumcarbonat zur Neutralisierung zugesetzt.
Folglich sind Alkalimetallsalze im Abwasser im Destillationsschritt enthalten, wie es in der
japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-18640/1982 beschrieben ist.
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Es ist extrem schwierig, diese Verunreinigungen aus dem Abwasser, das im Destillationsschritt
gewonnen wird, zu entfernen, und ein großer Anteil der Kosten ist zur Verwertung des
Abwassers als Kesselwasser für ein Verfahren zur Herstellung von Methanol erforderlich. Deswegen
wird das Abwasser verworfen, ohne weiterverwendet zu werden. Weil das Abwasser die
genannten Bestandteile enthält, ist es darüber hinaus für die Öffentlichkeit gefährlich und muss
einer Abwasserbehandlung, wie beispielsweise einer biologischen Behandlung, unterworfen
werden.
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Somit enthält das im Destillationsschritt gewonnene Abwasser eine große Anzahl organischer
Verbindungen und dergleichen und sollte einer Abwasserbehandlung unterworfen werden. Aus
diesem Grund ist ein hoher Kostenaufwand erforderlich. Wenn das Abwasser für das Verfahren
verwendet werden kann, kann die erforderliche Menge des teuren Kesselwassers reduziert
werden. Es bestand deswegen der Wunsch, dass das Abwasser recycelt werden sollte.
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Die Erfinder offenbaren ein Verfahren zur Verringerung des Prozessdampfes, das in einem
Verfahren durchgeführt wird, bei dem eine Alkalimetall-Verbindung im Destillationsschritt nicht
zugesetzt wird, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-180841/1989 beschrieben
ist. In diesem Verfahren werden rostfreie Materialien, die Nickel und Chrom aufweisen, als
Materialien einer Destillationssäule und eines Kohlenwasserstoffbefeuchters eingesetzt. Die Menge
an Abwasser, die zugeführt werden muss, wird auf 1/10 bis 1/20 derjenigen Menge für ein
konventionelles Verfahren eingestellt, um zu verhindern, dass die Konzentration an organischen
Säuren im Befeuchter zunimmt. Die Korrosion des Materials, die durch die organische Säure
verursacht wird, kann vermieden werden und das Abwasser kann verwendet bzw. verwertet
werden.
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Gemäß des oben erwähnten Verfahrens werden, während die Menge an Abwasser gesenkt und
das Kesselwasser reduziert werden kann, die Kosten erhöht, weil rostfreier Stahl mit einer
höheren Güte als Kohlenstoffstahl bzw. unlegierter Stahl für die Materialien des Befeuchters und der
Destillationssäule verwendet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
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Um die oben erwähnten herkömmlichen Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Befeuchten von Kohlenwasserstoff und zum Reduzieren von
Dampf für das Verfahren bereitzustellen, d. h. zum Reduzieren von teurem Kesselwasser durch
Verwendung von Abwasser, das im Destillationsschritt gewonnen wird. Dies geschieht, weil das
Abwasser, in dem das Alkalimetallsalz enthalten ist, recycelt werden soll.
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Die vorliegende Erfindung stellt Folgendes bereit:
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(1) ein Verfahren zur Herstellung von Methanol aus Kohlenwasserstoff, das die folgenden
Schritte umfasst:
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(a) Umsetzen von Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf zur Erzeugung eines Synthesegases,
das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid als Hauptbestandteile enthält,
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(b) Umsetzen des Synthesegases auf einem Methanol-Synthesekatalysator und Gewinnen
von flüssigem Rohmethanol aus dem umgesetzten Gas, und
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(c) Destillieren des gewonnenen Rohmethanols zu aufgereinigtem Methanol und Abwasser,
das organische Verbindungen mit niedrigerem Siedepunkt, organische Verbindungen mit
höherem Siedepunkt und organische Säuren enthält, wobei der Kohlenwasserstoff mit dem Abwasser
in Berührung kommt, das mit einem Alkalimetallsalz oder -hydroxid in Schritt (c) neutralisiert
wurde, so dass er befeuchtet wird und dann mit Kondenswasser in Berührung kommt, das aus
dem in Schritt (a) gewonnenen Synthesegas abgetrennt wurde, so dass er weiter befeuchtet wird,
und dann Schritt (a) zugeführt wird; und
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(2) als eine der bevorzugten Ausführungsformen für (1) das Verfahren zur Herstellung von
Methanol aus Synthesegas aus Kohlenwasserstoff, wobei der Kohlenwasserstoff mit dem
Abwasser in Berührung kommt, das mit dem Alkalimetallsalz oder -hydroxid in Schritt (c)
neutralisiert wurde, so dass er befeuchtet wird, wobei der Kohlenstoff auf eine Temperatur von 250-430ºC
vorgewärmt wird und adiabatisch mit dem Abwasser in Berührung kommt, so dass er
befeuchtet wird.
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Im Verfahren zur Herstellung von Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung wird Abwasser;
das im Destillationsschritt gewonnen wird, das herkömmlicherweise nicht verwertet sondern
verworfen wurde, effektiv verwendet. Folglich können die folgenden Vorteile erzielt werden:
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(1) Die Menge des Abwassers, die im Destillationsschritt erzielt wird, die den größten Teil
des Abwassers ausmacht, das beim Verfahren zur Herstellung von Methanol gewonnen wird,
kann gesenkt werden. Somit kann die Belastung einer Abwasserbehandlung beträchtlich
reduziert werden.
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(2) Die verwendete Menge des Kesselwassers mit hoher Reinheit kann gesenkt werden.
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(3) Während das im Destillationsschritt gewonnene Abwasser einem primären Befeuchter
zugespeist wird und aus dem Synthesegas gewonnenes Kondenswasser einem
Sekundärbefeuchter zugespeist wird, wird Kohlenwasserstoffgas befeuchtet. Somit wird
Kohlenwasserstoffhaltiger Nebel, der im primären Befeuchter befeuchtet wurde, mit dem der sekundären
Befeuchter zugespeisten Kondenswasser gewaschen, wobei der Nebel, der Natriumsalz und
Natriumhydroxid im primären Befeuchter enthält, entfernt wird, und das Natriumhydroxid im Nebel
wird mit einer Karbonsäure, die im Kondenswasser enthalten ist, neutralisiert. Folglich wird das
Material für ein Vorheizgerät, einen Reaktor oder dergleichen, bei höheren Temperaturen kaum
korrodiert.
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(4) Das Vorheizen des Kohlenwasserstoffs auf eine Temperatur von 250-430ºC und die
Verwendung eines primären Befeuchters vom adiabatischen Typ können die Größe der Fabrik
weiter reduzieren und auch die Kosten noch weiter reduzieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung von
Methanol gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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Fig. 2 zeigt einen Fall, in dem der primäre Befeuchter in Fig. 1 durch einen adiabatischen
Befeuchter ersetzt wird.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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In der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung von Methanol aus
Kohlenwasserstoff beispielsweise die Schritte verwenden, die in der oben erwähnten japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 1-180841/1989 beschrieben sind. Das heißt, es können die
nachfolgenden Schritte angewendet werden:
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(1) ein Synthesegas-Herstellungsschritt, wobei Dampf mit gasförmigem Kohlenwasserstoff
oder verdampfter Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit auf einem Katalysator auf Nickelbasis bei einer
Temperatur von 800-1000ºC in einem Umformungsofen (Synthesegas-Herstellungsofen)
umgesetzt wird, wodurch ein Synthesegas hergestellt wird, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und
Kohlendioxid als Hauptbestandteile enthält;
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(2) ein Syntheseschritt, wobei das Synthesegas auf einem Methanol-Synthesekatalysator auf
Kupferbasis bei einem Druck von 50-150 atm und einer Temperatur von 200-300ºC umgesetzt
wird und das erzeugte flüssige Rohmethanol aus dem reagierten bzw. umgesetzten Gas
wiedergewonnen wird; und
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(3) ein Destillationsschritt, wobei das Rohmethanol über eine oder mehrere
Destillationssäulen zu raffiniertem Methanol und Abwasser destilliert wird, das organische Verbindungen mit
niederem Siedepunkt und organische Verbindungen mit höherem Siedepunkt enthält.
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Der erfindungsgemäße Ausgangskohlenwasserstoff schließt Gas, wie beispielsweise natürliches
Gas bzw. Erdgas, und eine Flüssigkeit, wie beispielsweise verflüssigtes Erdölgas bzw.
Flüssiggas (liquefied petroleum gas = LPG), Testbenzin bzw. Naphtha und leichte Öle ein.
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In der Umsetzung zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Dampf kann der Fall auftreten, in
dem ein Reinigungsgas, das im Syntheseschritt gewonnen wurde, zusammen mit dem
Kohlenwasserstoff als Teil des Ausgangsmaterials verwendet wird, der Fall auftreten, in dem
Kohlendioxid dem Ausgangsmaterial zusammen mit dem Wasserdampf zugesetzt wird, oder der Fall
auftreten, in dem Sauerstoff enthaltendes Gas zur Durchführung einer Teiloxidation zugesetzt wird.
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Im Synthesegas-Herstellungsschritt wird ein Synthesegas, das Wasserstoff, Kohlenmonoxid und
Kohlendioxid als Hauptbestandteile enthält, hergestellt.
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Im Destillationsschritt wird im Allgemeinen ein 2-Säulenverfahren verwendet. Im
Syntheseschritt gewonnenes Rohmethanol wird einer ersten Destillationssäule zugeführt, Gase, die
beispielsweise organische Verbindungen mit niederem Siedepunkt lösen, Kohlendioxid und
dergleichen werden oben aus der ersten Destillationssäule abgetrennt. Methanol, Wasser und organische
Verbindungen mit höherem Siedepunkt, die eine organische Säure enthalten, werden vom Boden
der ersten Destillationssäule gewonnen und einer zweiten Destillationssäule zugeführt.
Raffiniertes Methanol wird vom Oberteil der zweiten Destillationssäule abgetrennt und die
organischen Verbindungen mit höherem Siedepunkt, die die organische Säure und Wasser enthalten,
werden vom Boden der zweiten Destillationssäule abgetrennt. Weiterhin kann ein
Trennverfahren auch über eine Destillationssäule oder drei oder mehr Destillationssäulen durchgeführt
werden.
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In der vorliegenden Erfindung kann Abwasser, das ein oder mehrere organische Verbindungen
mit höherem Siedepunkt und ein Salz einer organischen Säure enthält, das mit
Kohlenwasser
stoffgas in Berührung kommen wird, vom Boden der zweiten Destillationssäule gemäß des 2-
Säulenverfahrens getrennt werden oder kann vom Boden oder den Böden einer oder mehrerer
Destillationssäulen gemäß des Trennverfahrens aus einer Säule oder drei oder mehr Säulen
abgetrennt werden.
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Obwohl ein für die vorliegende Erfindung verwendeter Befeuchter nicht besonders beschränkt
ist, wird ein Befeuchter vom Wärmeaustauschertyp zum gleichzeitigen Erhitzen und Verdampfen
von Wasser in vorteilhafter Weise bezüglich der Kosten, wie in der japanischen
Patentveröffentlichung Nr. 55-139492/1980 beschrieben ist, verwendet.
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Das im Syntheseschritt gewonnene Rohmethanol enthält Methylformiat als
Reaktionsnebenprodukt. Es erzeugt durch Hydrolyse gemäß der nachfolgenden Formel Ameisensäure, die die
Korrosion einer Vorrichtung verursachen kann.
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HCOOCH&sub3; + H&sub2;O CH&sub3;OH ÷ HCOOH ... Formel (1)
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Um die Korrosion zu vermeiden, wird üblicherweise ein alkalisches Material nahe einer
Rohmethanol-Zuführstufe der ersten Destillationssäule zugesetzt. Alkalimetallcarbonat oder
-hydoxid können üblicherweise als alkalisches Material verwendet werden. Beispiele für das
Alkalimetallcarbonat schließen Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat und dergleichen ein. Beispiele für
das Alkalihydroxid schließen Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und dergleichen ein.
Insbesondere kann Natriumhydroxid vorzugsweise bezüglich der Wirkungen und Kosten verwendet
werden.
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Die Ameisensäure wird durch Zusatz des Natriumhydroxids so neutralisiert, dass Natriumformiat
durch die nachfolgende Formel gewonnen wird:
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HCOOH + NaOH HCOONa + H&sub2;O ... Formel (2)
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Aus diesem Grund enthält das im Destillationsschritt gewonnene Abwasser ein solches
Natriumsalz und nicht umgesetztes Natriumhydroxid. Es ist folglich schwierig, das Abwasser zu
verwenden.
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Der Kohlenwasserstoff wird so angefeuchtet, dass Wärmequellen mit einer niedrigen Temperatur
von 150-300ºC im Synthesegasherstellungsschritt und im Syntheseschritt effektiv verwendet
werden können und Dampf für das Verfahren reduziert wird. Aus diesem Grunde wurde die
Anwendung der Kohlenwasserstoff-Befeuchtung wie oben beschrieben untersucht.
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Wenn das im Destillationsschritt gewonnene Abwasser zur Befeuchtung des Kohlenwasserstoffs
verwendet wird, reißt der Gasnebel, der aus dem Befeuchter ausgeführt wird, ebenfalls das
Alkalimetallhydroxid mit, weil das Abwasser die nicht-umgesetzten Alkalimetallhydroxide wie oben
beschrieben enthält. Weil der Nebel sich an ein Vorheizgerät und ein Reformer-Rohr anhaftet,
findet eine Korrosion durch alkalische Materialien statt. Obwohl die anhaftende Menge des
Alkalimetallhydroxids sehr klein ist, wird diese wegen des kontinuierlichen Betriebs eines
Herstellungsverfahrens für ein Methanol-Synthesegas über eine längere Zeitspanne zu einem
ernsthaften Nachteil.
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Es wurde folglich vorgeschlagen, dass ein organisches alkalisches Material anstelle des
Alkalimetallhydroxids verwendet wird. Verschiedene Arten organischer Alkali-Verbindungen
(beispielsweise Amine) werden im Synthesegasherstellungsschritt durch einen Katalysator auf
Nickelbasis zu harmlosen Gasen abgebaut. Weil die organische Alkali-Verbindung im Allgemeinen
kleine Auswirkungen bezüglich der Neutralisation erzeugt, wird jedoch die Menge des
organischen alkalischen Materials, die verwendet werden muss, erhöht. Zusätzlich ist das organische
alkalische Material teurer als ein anorganisches alkalisches Material. Somit ist das organische
alkalische Material praktisch nicht geeignet.
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In der vorliegenden Erfindung wird der Kohlenwasserstoff in der folgenden Art und Weise
befeuchtet. Der Kohlenwasserstoff kommt zuerst mit dem Abwasser, das aus dem
Destillationsschritt gewonnen wird in Berührung, und kommt dann mit Kondenswasser in Berührung, das aus
dem Synthesegas abgetrennt wird. Deswegen wird Dampf, der während der Befeuchtung im
Kohlenwasserstoff mit dem Abwasser mitgerissen wird, mit dem Kondenswasser gewaschen.
Zur selben Zeit wird im Nebel enthaltenes Alkalimetallhydroxid mit einer Karbonsäure, die im
Kondenswasser gelöst ist, neutralisiert, so dass das Alkalimetallcarbonat gebildet wird. Somit
enthält der Nebel des Kondenswassers, der im Kohlenwasserstoff mitgerissen wird, eine sehr
kleine Menge an Alkalimetallcarbonat.
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Es existiert die Möglichkeit, dass das Alkalimetallcarbonat sich an Rohren eines
Erdgasvorwärmers anhaften oder ablagern kann, der stromabwärts des Befeuchters vorgesehen ist. Jedoch
weist der Vorwärmer eine niedrige Metalloberflächentemperatur auf, die weniger als 600ºC
beträgt. Zusätzlich ist das Umgebungsmedium ebenfalls ein gemischtes Gas aus Kohlenwasserstoff
und Dampf, das den Dampf enthält der die dreimalige Molanzahl der Anzahl von
Kohlenstoffatomen des Kohlenwasserstoffs aufweist. Deswegen kann ein Kohlenstoffatom kaum durch
thermische Zersetzung des Kohlenwasserstoffes abgebaut werden und die durch das
Alkalimetallcarbonat im Vorheizer verursachte Hochtemperatur-Korrosion kann vermieden werden.
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Weiterhin kann herkömmlicher Kohlenstoffstahl für die Materialien des Befeuchters und der
Destillationssäule verwendet werden.
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Erfindungsgemäß kann ebenfalls die folgende Vorgehensweise angewendet werden.
Kohlenwasserstoffe, die auf ein Temperatur von 250-430ºC erhitzt wurden, kommen adiabatisch mit
Abwasser in Berührung, das Alkalimetallsalz oder -hydroxid enthält, so dass sie befeuchtet werden.
Danach wird der Kohlenwasserstoff weiter mit dem kondensierten Wasser angefeuchtet, indem
ein Befeuchter vom Wärmeaustauscher-Typ verwendet wird.
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Der Kohlenwasserstoff wird zur Entfernung der Schwefelverbindungen, die im
Kohlenwasserstoff enthalten sind, auf eine Temperatur von 250-430ºC vorerhitzt, bevor er auf den Befeuchter
aufgebracht wird.
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In einem adiabatischen Befeuchter können das Abwasser oder dergleichen für einen
adiabatischen Kontakt aufgesprüht werden. Es wird vorzugsweise eine gepackte Säule bereitgestellt, um
die Effizienz des Kontaktes zu erhöhen, wie es beispielsweise in der japanischen provisorischen
Patentveröffentlichung Nr. 60-245997/1985 beschrieben ist.
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Weil ein adiabatischer Befeuchter verwendet wird, können die Rohre zum Wärmeaustauschen
vermieden werden, wie es in den nachstehenden Beispielen beschrieben ist. Die Größe einer
Synthesegas-Herstellungsvorrichtung kann ebenfalls reduziert und die Kosten der Fabrik können
reduziert werden.
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr ausführlicher unter Bezugnahme auf Beispiel 1,
dargestellt in Fig. 1, beschrieben werden.
Beispiel 1
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In Fig. 1 wird Rohmethanol, das in einem Syntheseschritt gewonnen wurde, durch eine Passage 1
einer Zwischenstufe einer ersten Destillationssäule 2 zugespeist. Weiterhin wird eine kleine
Menge an Wasser manchmal durch eine Passage 3 injiziert. Organische Verbindungen mit
niederem Siedepunkt werden oben auf der ersten Destillationssäule 2 konzentriert und werden
teilweise kondensiert und durch einen Kondensator 4 unter Rückflusskühlung erhitzt. Der Rest der
organischen Verbindungen mit niedrigem Siedepunkt werden zur Außenseite des Systemes
zusammen mit einem gelösten Gas entsorgt.
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Methanol und Wasser, die überwiegend den Boden der ersten Destillationssäule 2 besetzen,
werden durch eine Passage 5 zu einer Zwischenstufe einer zweiten Destillationssäule 6 gefördert.
Oben auf der zweiten Destillationssäule 6 wird eine Abkühlung durch einen Kondensator 7 zum
Kondensieren durchgeführt, so dass Methanol durch eine Rückflusskühlung aufgereinigt wird.
Folglich wird Produktmethanol mit hoher Reinheit durch eine Passage 8 zur Außenseite des
Systems extrahiert. Das Wasser nimmt überwiegend den Boden der zweiten Destillationssäule 6
ein und enthält eine kleine Menge organischer Verbindungen mit höherem Siedepunkt,
organische Substanzen und eine sehr kleine Menge an anorganischen Substanzen, die in der
Vorrichtung erzeugt werden. Die organischen Verbindungen mit höherem Siedepunkt können ans dem
System durch eine Passage 36 in einer bestimmten Stufe der zweiten Destillationssäule 6 für
anschließende Behandlungen wie beispielsweise Verbrennung bzw. Veraschung ausgetragen
werden.
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Bei einem herkömmlichen Verfahren wird ein Alkalimetallhydroxid oder dergleichen der ersten
Destillationssäule 2 zugeführt. Und weil eine Flüssigkeit, die vom Boden bzw. unteren Ende der
ersten Destillationssäule 2 gewonnen wird, ein Alkalimetallsalz oder -hydroxid enthält, wird die
Flüssigkeit als Abwasser zur Außenseite des Systems abgeführt. Obwohl ein Verdampfer oder
dergleichen jeweils auf der ersten Destillationssäule 2 und der zweiten Destillationssäule 6
vorgesehen ist, stehen solche Verdampfer mit der vorliegenden Erklärung nicht direkt in Beziehung
und sind nicht dargestellt.
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Das vom Boden der zweiten Destillationssäule 6 geförderte Abwasser wird durch eine Passage 9
und dann durch eine zirkulierende Wasserpassage 10 eines primären Befeuchters 11 dem
Oberteil des primären Befeuchters 11 zugeführt.
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Der primäre Befeuchter 11 ist ein Befeuchter vom Wärmeaustauscher-Typ. Ein vorerhitztes
Kohlenwasserstoffgas-Ausgangsmaterial wird durch eine Passage 12 eingebracht und kommt mit
dem Abwasser in Berührung. Das Kohlenwasserstoffgas wird ebenfalls erhitzt und mit einem
Synthesegas, das eine hohe Temperatur aufweist, befeuchtet, das durch eine Passage 13
eingebracht wird. Das Synthesegas, dessen Wärme durch den primären Befeuchter 11
wiedergewonnen wird, wird durch eine Passage 14 ausgetragen und wird einem zweiten Befeuchter 17
zugeführt. Der befeuchtete Kohlenwasserstoff tritt durch eine Passage 15 in den zweiten Befeuchter
17 ein.
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Kondenswasser aus dem Synthesegas wird durch die Passage 24 eingebracht und dann durch
eine zirkulierende Wasserpassage 18 zum Oberteil des zweiten Befeuchters 17. Der zweite
Befeuchter 17 ist ebenfalls ein Befeuchter vom Wärmeaustauscher-Typ. Das durch die Passage 14
eingebrachte Synthesegas wird bezüglich der Wärme wiederverwertet und wird durch die
Passage 16 ausgetragen. Dann wir der für das Verfahren notwendige Dampf dem
Kohlenwasserstoffgas durch eine Passage 25 zugesetzt. Danach wird ein Mischgas aus Kohlenwasserstoff und
Dampf durch eine Passage 26, und zwar durch einen Vorwärmer 27, der auf einem
Konvektions
anteil eines Verdampferofens 29 (Synthesegas-Herstellungsofen) vorgesehen ist und durch eine
Passage 28 einem Verdampferrohr 30 zugespeist, das mit einem Katalysator auf Nickelbasis
belullt ist.
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Das aus dem Reaktionsrohr 30 zugeführte Synthesegas läuft durch eine Passage 31, erhitzt das
Kesselwasser, das durch eine Passage 33 zugeführt wurde, mittels eines Wärmeaustauschers 32,
um Hochdruckdampf zu erzeugen, und wird dann durch die Passage 13 dem primären Befeuchter
11 zugeführt. Ein Teil des konzentrierten Abwassers wird durch eine Passage 34 zur Außenseite
des Systems entleert, wohingegen ein Teil des konzentrierten Kondenswassers durch eine
Passage 35 zur Außenseite des Systems entladen wird. Ein Teil des Kondenswassers, das aus dem
zweiten Befeuchter 17 ausgetragen wird, kann durch die Passage 35 und dann durch die
zirkulierende Wasserpassage 10 dem primären Befeuchter 11 zugeführt werden.
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Das aus dem sekundären Befeuchter 17 ausgetragene Synthesegas läuft durch eine Passage 19
hindurch und wird durch einen Wärmeaustauscher 20 in der Passage 21 abgekühlt. Das
Kondenswasser wird mittels eines Gas-Flüssigkeitsseparators 23 getrennt und wird durch eine
Passage 22 ausgetragen. Das Kondenswasser wird durch die Passage 24 und dann durch die
zirkulierende Wasserpassage 18, in den sekundären Befeuchter 17 eingebracht.
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Tabelle 1 zeigt die Hauptzusammensetzung des Abwassers in der Passage 9 aus dem
Destillationsschritt.
Tabelle 1 Beispiel der Zusammensetzung des Abwassers aus dem Destillationsschritt
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Tabelle 2 zeigt die Hauptzusammensetzung des konzentrierten Kondensabwassers in der Passage
35. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Menge des Abwassers, die aus dem primären Befeuchter 11
ausgetragen wurde, 1/10 einer Durchflussmenge der Passage 9.
Tabelle 2 Beispiel einer Zusammensetzung des Abwassers aus dem sekundären Befeuchter
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Wie oben beschrieben, existieren zwei Befeuchter. Das aus dem Destillationsschritt gewonnene
Abwasser wird dem primären Befeuchter zugeführt, wohingegen das Kondenswasser, das aus
dem Synthesegas gewonnen wurde, einem sekundären Befeuchter zugespeist wird, um den
Kohlenwasserstoff zu befeuchten. Folglich wird feuchter Dunst bzw. Nebel, der im
Kohlenwasserstoffgas mitgerissen wird, das im primären Befeuchter befeuchtet wurde, mit dem dem
sekundären Befeuchter zugeführten Kondenswasser gewaschen, so dass der Nebel, der das Natriumsalz
und das Natriumhydroxid enthält, der aus dem primären Befeuchter zugeführt wird, entfernt
wird, und das im Nebel enthaltene Natriumhydroxid mit Kohlensäure, die im Kondenswasser
enthalten ist, neutralisiert wird.
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Darüber hinaus weist das im sekundären Befeuchter zirkulierende Wasser eine niedrige
Natriumsalz-Konzentration auf. Deswegen wird die Menge des Natriumsalzes, die im Nebel enthalten ist,
der durch das befeuchtete Kohlenwasserstoffgas mitgerissen wird, das aus dem sekundären
Befeuchter ausströmt, in großem Maße reduziert.
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Somit findet eine Hochtemperatur-Korrosion eines Vorheizermaterials oder eines
Reaktormaterials kaum statt.
Beispiel 2
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Ein zweites Beispiel der vorliegenden Erfindung wird ausführlicher unter Bezugnahme auf Fig. 2
beschrieben.
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Fig. 2 ist ein Diagramm, das einen Fall darstellt, in dem ein adiabatischer Befeuchter anstelle des
primären Befeuchters in Fig. 1 verwendet wird, und Abwasser, das aus dem Destillationsschritt
verwendet wird, bei einer niedrigen Temperatur behandelt wird.
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Ein auf eine Temperatur von 250-430ºC erhitztes Kohlenwasserstoffgas wird durch die Passage
41 in einen adiabatischen Befeuchter 42 eingebracht und kommt mit dem Abwasser aus dem
Destillationsschritt durch eine zirkulierende Wasserpassage 43 in Berührung, so dass sie
befeuchtet wird. Der adiabatische Befeuchter 42 ist mit einem Festbett bzw. Schüttbett ausgestattet,
um die Kontakteffizienz zu steigern. Das Abwasser, das im adiabatischen Befeuchter 42 nicht
verdampft wurde, wird durch eine Passage 45 zur Außenseite des Befeuchters zur Zirkulation
ausgetragen. Das Abwasser aus dem Destillationsschritt wird aus einer Passage 44 zur
zirkulierenden Wasserpassage 43 gefördert. Das konzentrierte Abwasser wird durch eine Passage 54 zur
Außenseite des Systems gefördert.
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Der durch den adiabatischen Befeuchter 42 befeuchtete Kohlenwasserstoff wird in einen
Befeuchter 47 vom Wärmeaustauscher-Typ durch eine Passage 46 eingebracht. Im Befeuchter 47
vom Wärmeaustauscher-Typ wird Kondenswasser, das aus einem Synthesegas gewonnen wurde,
durch eine Passage 49 und durch eine Passage 48 einem oberen Anteil des Befeuchters 47 vom
Wärmeaustauscher-Typ zusammen mit dem Wasser zugeführt, das aus einer zirkulierenden
Wasserpassage 53 gefördert wurde, um den Kohlenwasserstoff weiter zu befeuchten. Der befeuchtete
Kohlenwasserstoff wird in einen Gasverdampferofen (Synthesegas-Herstellungsofen) durch eine
Passage 52 eingebracht. In derselben Weise wie in Fig. 1 wird das nach Hochdruckdampf
gewonnene Synthesegas als Heizquelle des Befeuchters vom Wärmeaustauscher-Typ verwendet
und wird durch eine Passage 50 eingebracht und wird bezüglich der Wärme wiedergewonnen
und wird dann einem nächsten Schritt durch eine Passage 51 zugeführt. Ein Teil des
Kondens
wassers, der aus dem Synthesegas gewonnen wurde, das durch den Befeuchter 47 vom
Wärmeaustauscher-Typ konzentriert wird, wird durch eine Passage 55 zur Außenseite des Systems
ausgetragen. Das durch die Passage 55 zugeführte Wasser kann ebenfalls zur Passage 44
zurückgeführt werden. Auch im vorliegenden System wurden die gleichen Ergebnisse wie bei den
Zusammensetzungen des Abwassers, die in den Tabellen 1 und 2 gemäß Beispiel 1 dargestellt sind,
erzielt.
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Zusätzlich zu den im Beispiel 1 beschriebenen Effekten erzeugt das vorliegende System die
nachfolgenden Wirkungen. Der erste Befeuchter, der in Beispiel 1 beschrieben ist, ist kein
Befeuchter vom Wärmeaustauscher-Typ, jedoch von einem adiabatischen Typ. Deswegen können
Rohre zum Hitzeaustauschen vermieden werden, kann die Größe einer Vorrichtung zur
Herstellung von Synthesegas reduziert und können die Kosten einer Fabrik verringert werden.