C191 )KERNFORSCHUNGSANLAGE JÜLICH GmbH

JOI -1589Mai 1979ISSN 03660885

Institut für Reaktorbauelemente

Methonisierungsverfahrenunter besonderer Berücksichtigungder Arbeiten zum NFE-Projekt

von

B . H6hlein

. .. .. . ... .... . . . .. . .. . .

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Berichte der Kernforschungsanlage Jülich - Nr. 1589Institut für Reaktorbauelemente Jül - 1589

Zu beziehen durch : ZENTRALBIBLIOTHEK der Kernforschungsanlage Jülich GmbH,Jülich, Bundesrepublik Deutschland

Methanisierungsverfahrenunter besonderer Berücksichtigungder Arbeiten zum NFE-Projekt

von

B . Höhlein

METHANATION PROCESS WITH PARTICULAR REGARD

TO THE EXPERIMENTS WITHIN THE FRAMEWORK

OF THE PROJECT "NUCLEAR LONG-DISTANCE ENERGY SYSTEM"

by

B . Hbhlein

ABSTRACT

The methanation process is of considerable importance to both the produc-tion of "Substitute Natural Gas" on a coal gasification basis and the"Nuclear Long - Distance Energy System" . The report gives a descriptionof the most important pilot plants for the methanation process with par-ticular regard to the experiments within the framework of "Nuclear Long-Distance Energy System" .

Kernforschungs-anlage Jülich

JOL - 1589

Februar 1979GmbH IRB

KURZFASSUNG

METHANISIERUNGSVERFAHREN UNTER

BESONDERER BERÜCKSICHTIGUNG

DER ARBEITEN ZUM NFE- PROJEKT

B . Hbhlein

Das Verfahren der Methanisierung hat wesentliche Bedeutung für die Erzeu-gung von "Substitute Natural Gas" auf Kohlegas Basis und das System des"Nuklearen Fernenergie-Transports" . Der Bericht gibt eine Darstellung derwichtigen Pilot-Anlagen zur Methanisierung unter besonderer Berücksichti-gung der Arbeiten zum "Nuklearen Fernenergie-Transport" .

von

Die Arbeit ist im Rahmen des Zusammenarbeitsvertrages auf dem Gebiet der,

NUKLEAREN FERNENERGIE zwischen Kernforschungsanlage Jülich GmbH und

Rheinische Braunkohlenwerke AG über die Entwicklung von Verfahren auf dem

Gebiet des Wärmetransports mittels chemisch gebundener Energie nach dem

System Methanreformierung-Methanisierung unter Förderung durch die Bundes-

republik Deutschland entstanden .

Inhaltsverzeichnis

Seite

1 . Einleitung 2

2 . Methanisierungsverfahren 4

2 .1 Adiabate Prozeßführung 4

2 .2 Adiabate Prozeßführung mit Quenchkühlung im Festbett 5

2 .2 .1 Quenchkühlung durch Produktgasrückführung

2 .2 .2 Quenchkühlung durch Wasserdampfzufuhr 7

2 .3 Nicht adiabate Prozeßführung - W'ärmeauskopplung 8

im Reaktor

2 .3 .1 DREI-PHASEN-Methanisierung 8

2 .3 .2 Wirbelbett-Methanisierung 8

2 .3 .3 TUBE-WALL-Methanisierung 9

2 .3 .4 HEAT-PIPE-Methanisierung 11

2 .3 .5 Festbett-Methanisierung 12

3 . Methanisierung im NFE-Projekt 13

4 . Probleme bei der Methanisierung 17

5 . Zusammenfassung 19

1 . Einleitung

Beim Prozeß der exothermen Methanisierung von CO/CO 2 und H2 in einem kata-

lytischen Reaktionssystem, wie es nach einer Kohlevergasung zur SNG-Erzeu-

gung oder im Fernenergie-Kreislauf /5/ zur Wärmeauskopplung auf der Seite

des Verbrauchers angewendet werden kann, bestimmen Einsatzgas, Katalyse und

Wärmeabfuhr die Produktspezifikation in Richtung des gewünschten hohen Me-

thananteils ( 4 8o% CH4 ) im Produktgas . Die Produktqualität wird im Fall

der SNG-Erzeugung durch die Pipeline-Gasqualität und im Fall des Fernener-

gie-Kreislaufs durch die Qualität des zur Dampf-Reformierung zurückzufüh-

renden Gases festgelegt .

Ein System von Reaktionsgleichungen beschreibt qualitativ die chemischen

Umsätze bei der heterogen katalysierten Methanisierung

Wenn man die Bildung von festem Kohlenstoff nach der Boudouard-Reaktion

(3) unberücksichtigt läßt, beschreiben die temperaturabhängigen Gleichge-

wichtskonstanten der ersten beiden Reaktionsgleichungen das thermodynami-

sche Gleichgewicht im homogenen Gassystem .

Die gewünschte Produktspezifikation mit hohem Methananteil stellt sich bei

niedrigen Temperaturen und hohen Drücken ein . Da die Bruttoreaktion der

Methanisierung exotherm verläuft, gewinnt die Wärmeauskopplung bei Prozes-

sen der Methanisierung eine besondere Bedeutung .

Ein Katalysator bildet die Voraussetzung für die Prozeßführung im tech-

nisch interessanten Temperaturbereich 3oo `- T `-- 65o OC . Es liegen in der

Literatur und in den NFE-Halbjahresberichten /4/ eine Reihe von Untersu-

chungsergebnissen vor, die die Aktivität und das Alterungsverhalten von

Nickel-Katalysatoren bei der Methanisierung beschreiben .

CO + 3H2 -- - CH4 + H20 H298K- 205 Mol 1

CO + H20 CO + H2 1S H298KKJ

- 41 Mol 2

2CO C + CO2 AH -298K - 172 Mo 3

Die Katalysatoren für die Methanisierung von CO-haltigen Gasen lassen sich

aufteilen in Katalysatoren,

-

bei denen Nickel auf einer keramischen Matrix aufgebracht ist (Trän-

ken, Mischen, Fällen) und

bei denen Nickel auf Metall aufgebracht wird .

Bei den Katalysatoren mit einem keramischen Trägermaterial ist die durch

die Porosität des Katalysators vorgegebene große aktive Oberfläche pro

Raumeinheit und die verhältnismäßig einfache Austauschbarkeit nach einer

Alterung des Katalysators hervorzuheben . Diese Katalysatoren sind empfind-

lich gegenüber

Kohlenstoff (z .B . aus Boudouard-Reaktion)

führt zur Blockierung der aktiven Oberfläche

Schwefel

(z.B . durch H2S)

führt zur Bildung von Nickelsulfid und damit

zur Vergiftung von aktiven Oberflächen

Wasserdampf (zugeführt oder aus Reaktion)

führt zur Sinterung des Materials und damit

zur Verkleinerung der aktiven Oberflächen,

insbesondere bei

höheren Temperaturen, bewirken auch Nickel Kristallwachstum .

Bei den Katalysatoren, die durch. Auftragen von Nickel (Zersetzen von Nik-

keltetracarbonyl) /1/ oder Nickel/Aluminium-Verbindungen (Raney-Nickel,

aufgespritzt) /2/ auf metallische Oberflächen gebildet werden, ist der Vor-

teil einer guten Wärmeabfuhr hervorzuheben, wenn Nickel direkt auf Wärme-

tauscherrohre aufgebracht wird . Bei Alterung der katalytischen Oberfläche

muß für den Fall der Nickelaufspritzung ein Rohrwechsel erfolgen ; im Fall

der Nickelaufbringung durch thermische Zersetzung von Carbonylen kann bei

Alterung der katalytischen Oberfläche diese in der Anlage erneuert werden .

Auch diese katalytischen Oberflächen sind bzgl . ihrer Aktivität empfind-

lich gegenüber Kohlenstoff, Schwefel, Wasserdampf und höhere Temperaturen .

Eine erste Generation von Nickel-Katalysatoren wurde für die CO-Gasreini-

gung bei der Ammoniak-Herstellung entwickelt (T = 3oo O C, CO-Anteil £

Mit der Erzeugung einer Erdgas - Qualität als Pipe Line - Gas auf der Reich-

gas- und Kohlegas-Basis konnte eine zweite Generation von Nickel-Katalysa-

toren auf dem Markt eingeführt werden . Diese Katalysatoren könen bis zu

Erst durch die Forderung, die bei der exothermen Methanisierung freiwerden-

de Wärme auf höherem Temperaturniveau (T ; 6oo OC) nicht nur für die Satt-

dampferzeugung, sondern auch für die Produktion von überhitztem Hochdruck-

dampf zu nutzen, wurde die Entwicklung der dritten Katalysator-Generation

für die Methanisierung eingeleitet . Für diese Bedingungen, wie sie vor al-

len Dingen vom NFE-Projekt gefordert werden, ist heute noch kein Katalysa-

tor auf dem Markt verfügbar .

2 . Methanisierungsverfahren

Temperaturen von etwa T = 5oo oC bei Anteilen von CO und C02 im Frischgas

von lo bis 25% eingesetzt werden .

Da die Reaktion der Methanisierung exotherm abläuft, die entsprechende Pro-

duktspezifikation sich aber bei niedrigen Temperaturen einstellt, muß Re-

aktionswärme aus dem Prozeß ausgekoppelt werden . Hierbei können verschiede-

ne Möglichkeiten der Prozeßführung betrachtet werden, solange gewährleistet

ist, daß eine bestimmte für die Katalysatorbelastung zulässige maximale

Temperatur (z .Zt . T 4 65o 0C) nicht überschritten und die für die Produkt-

spezifikation maßgebliche niedrige Temperatur am Ende des Prozesses (T o43oo

erreicht wird .

Im folgenden soll aufgezeigt werden, welche Möglichkeiten der Prozeßführung

gegeben sind und wo diese im PDU-(Process Development Unit)- bzw . Pilot-

Maßstab angewendet werden .

2 .1 Adiabate Prozeßführung

Bei einer Produktspezifikation mit hohem Methananteil (8o-951) im trockenen

Produktgas muß unter Verwendung von adiabaten Reaktionsstufen mit jeweils

nachgeschalteten Wärmetauschern eine mehrstufige Prozeßführung vorgesehen

werden (5-6 Stufen) . Dieses sehr einfache technische Verfahren bietet je-

doch eine besondere Schwierigkeit dadurch, daß nach Einsetzen der Reaktion

im katalytischen Festbett des 1 . adiabaten Reaktors bei T = 25o - 35o oC ma-

ximale Gastemperaturen von über T = 8oo o C auftreten können . Somit muß sorg-

fältig geprüft werden, ob der Prozeß bzgl . der Katalysatorstabilität bei ho-

hen Temperaturen und der möglichen Rußbildung in den nachgeschalteten Wär-

metauschersystemen beherrscht werden kann /3/ - s . Bild 1 .

2 .2 Adiabate Prozeßführung mit Quenchkühl u ng im Festbett

2 .2 .1 QuenchkühlunU durch- Produ ktgasrückführunq

Bei einer Prozeßführung mit Quenchkühlung durch Produktgasrückführung wird

z .B . ein Teil des Produktgases von der 1 . oder einer der nachfolgenden Stu-

fen vor der 1 . adiabaten Reaktionsstufe mit dem Frischgas gemischt, um die

maximale Gastemperatur in der 1 . Stufe durch einen erhöhten Massenstrom

ohne zusätzliche Wärmetönung auf eine gewünschte Temperatur zu begrenzen .

Diese Prozeßführung - mit dem Nachteil der Verwendung von Kreislaufkompres-

soren - liegt bei verschiedenen Versuchsanlagen zur Methanisierung vor .

HOT GAS RECYCLE - Methanisierung /2/

s . Bild 2

Kohle Gas von SYNTRANE - Verfahren (spätere Auslegung)

P D U - Tests : P = 21 bar

T = 3oo - 4oo oC (2 Stufen)

V = 23 Nm3/h (Frischgas)

t=5o8h

Pilot-Test

: Anlage erstellt in 1978

HYGAS-Methanisierung /6/

s . Bild 3

Kohle Gas von HYGAS - Pilotanlage

Pilot - Test : P = 7o bar

T = 28o - 43o oC (2 Stufen)

V = 43o Nm3/h (Frischgas)

t = diskontinuierlich seit 1973

LURGI-Methanisierung /7/

s . Bild 4

Kohle Gas von LURGI - Druckvergasung

Pilot - Test : P = 18 bar

T = 26o - 45o oC (2 Stufen)

V = 2o Nm3/h (Frischgas)

t = 4ooo h (1972)

WESTFIELD-Methanisierung /8/

Kohle Gas von LURGI - Druckvergasung (Westfield-Schottland)

Amerikanische Firmen, verwaltet von

Continental Oil Comp . und British Gas Corporation

(keine Veröffentlichungen über die Pilotanlage zur

Methanisierung) .

TREMP-Methanisierung /9/ s . Bild 5

Pilotanlage Firma H . TOPSOE

Pilot Test : P = 3o bar

T = 25o - 6oo0 C (1 bzw . 2 Stufen)

V = 14 Nm3 /h (Frischgas)

t = 8ooo h seit 1974

ADAM I-Methanisierung /5/

s . Bild 5a

Pilotanlage KFA JÜLICH (TOPSOE)-NFE- Projekt

Pilot Test : P = 3o bar

T = 25o - 6oo o C (3 Stufen)

V = 6oo Nm3/h (Frischgas)

t = Betrieb in 1979

ADAM II-Methanisierung /4/

s . Bild 5b

Pilotanlage KFA JOLICH (LURGI)-NFE-Projekt

Pilot Test : P = 45 bar

T = 3oo - 65o oC (3 Stufen)

V = 96oo Nm3/h (Frischgas)

t = Betrieb in 198o

ADAM-Methanisierung /4/ s . Bild 5c

Pilotanlage UK Wesseling - NFE- Projekt

Pilot Test : P = 3o bar

T = 25o - 65o o C (1 Stufe)

V = 15 (45) Nm3/h (Frischgas)

t = je Test 2ooo - 4ooo h

C .F . BRAUN & CO . ENGINEERS, Alhambra California erstellten im Auftrage des

DEPARTMENT OF ENERGY AND GAS RESEARCH INSTITUTE (USA) /lo/ eine Studie

- " Fixed Bed Methanation Processes"- zur Optimierung mehrstufiger Methanisie-

rungs.prozesse mit Produktgasrückführung auf der Basis des Produktgases der

BI-GAS Kohlevergasung der BITUMINOUS COAL RESEARCH (USA) /11/ . Unter der Ziel-

setzung maximaler Sattdampferzeugung (P = lo5 bar) konnte unter Variation

der Frischgasaufteilung auf ein und mehrere Stufen, der Produktgasrückführung

mit und ohne H2 0-Kondensation, der Produktgasrückführung auf ein und mehrere

Stufen, der max . Reaktionstemperatur T = 48o/6oo oC und der Stufenzahl desProzesses folgendes ermittelt werden :

Prozesse mit Heißgasrückführung (T = 26o o C - oberhalb Taupunkt des

Wasserdampfes im Produktgas) sind wirtschaftlicher als solche mit Kalt-

gasrückführung (T = 65 O C),

Prozesse mit KaltgasrUckführung bieten nur insofern einen Vorteil, als

durch. die Kondensation des Wasserdampfes aus dem Produktgas ein bes-

serer CO-Umsatz erzielt werden kann,

ein Verfahren mit einem Reaktor ist stets unwirtschaftlicher als ein

Verfahren mit 3 Stufen,

Verfahren mit erhöhter Reaktionsbettemperatur (T = 600 0 C) sind ge-

genüber Verfahren für maximale Reaktionsbettemperaturen von T = 48o o C

wirtschaftlicher wegen der Reduktion von Gasrückführung, Ausrüstung

und Katalysatorvolumina - s . Bild 6 .

Die untersuchten Prozesse sehen eine Aufteilung des Frischgasstromes auf

mehrere Stufen und zum Teil eine 4 . Stufe für die Schlußmethanisierung vor .

Die Gasrückführung erfolgt wie vorab schon dargestellt, auf ein und mehrere

Stufen und nicht immer sind Wärmetauscher hinter jeder Stufe angeordnet .

In einer IGT-Studie /13/ wird gezeigt, wie hoch bei Einhaltung niedriger

Katalysatortemperaturen (T" 5oo OC) und Rückführung trockener Produktgase

der dritten Stufe der Anteil der zum Quenchen zurückzuführenden Produktga-

se ist - siehe Bild 7 .

2 .2 .2 QuenchkUhlung durch Wasserdampfzufuhr

Bei einer Prozeßführung mit Quenchkühlung durch Wasserdampfzufuhr wird

Wasserdampf mit dem Frischgas vor der ersten Stufe gemischt, um durch den

erhöhten Massenstrom ohne zusätzliche Wärmetönung die maximale Gastempera-

tur in der 1 . Stufe auf die gewünschte Temperatur zu begrenzen .

Als Nachteil dieses Verfahrens könnte sich, abgesehen von wirtschaftlichen

Gesichtspunkten, die besondere Wasserdampfempfindlichkeit der Katalysato-

ren bei höheren Temperaturen herausstellen .

2 .3 Nicht adiabate Prozeßführung - Wärmeauskopplung im Reaktor

Bei dieser Prozeßführung wird durch Wärmeauskopplung am Ort der Wärmeerzeu-

gung innerhalb des katalytischen Festbettes durch eingebaute Wärmetauscher-

systeme die gewünschte Temperatur - und Produktsteuerung im Reaktionssystem

vorgenommen . Die Auslegung solcher Reaktionssysteme erfordert in besonderem

Maße Kenntnisse über die Kinetik des Reaktionsablaufes und die Mechanismen

des Wärme- und Stofftransports im Katalysator und zwischen Katalysator

und Wärmeträger . Die nicht adiabate Prozeßführung liegt bei verschiedenen

Projekten und Versuchsanlagen vor, wie sie im folgenden dargestellt werden .

2 .3 .1 DREI-PHASEN-Methanisierung

Die DREI-PHASEN-Methanisierung, bei der der in einem Katalysatorwirbelbett

vom Prozeßgas durchströmte Wärmeträger in einem Sekundärwärmetauscher seine

Wärme abgibt, ist im Temperaturniveau dadurch festgelegt, daß der flüssige

Wärmeträger nicht verdampfen darf .

Hierzu sind grundlegende Arbeiten - bis zur Erstellung einer Pilot-Anlage

an der HYGAS-Kohlevergasungsanlage in Chicago - von CHEM . SYSTEMS INC .

(New York) durchgeführt worden . Das Verfahren wird bestimmt durch eine

quasiisotherme Prozeßführung bei einem Temperaturniveau zwischen 35o und

38o 0 C . Katalysatorabrieb und Prozeßgasverteilung im katalytischen Bett

stellen wesentliche Probleme dar /12/ .

DREI-PHASEN-Methanisierung

Verfahren nach CHEM . SYST . INC . (USA) /12/

PDU-Test : PI =34bar

T = 35o - 38o o C

V =

45 Nm3/h

t = 6oo h

Pilot Anlage (N 2ooo Nm3 /h) in Betrieb in

Verbindung mit HYGAS-Kohlevergasungsanlage

2 .3 .2 Wirbelbett-Methanisierung

Für den Fall, daß ein Wirbelbett strömungstechnisch in Verbindung mit einem

umströmten Rohrbündel als Wärmetauscher stabil gehalten werden kann (Bla-

senbildung, Toträume), Katalysatorüberhitzung im gesamten Reaktionsbereich

auszuschließen ist und Katalysatorabrieb kein erhebliches Problem darstellt,

bietet die Wirbelbett-Methanisierung den Vorteil eines guten Wärmeüberganges

von der Prozeßgasseite zum Wärmeträger und den Vorteil eines besonders leich-

ten Katalysatorwechsels bei Katalysatorvergiftung oder Katalysatoralterung .

Bei der BITUMINOUS COAL RESEARCH INC beschäftigt man sich seit Jahren mitder Wirbelbett-Methanisierung bei Temperaturen bis T = 55o oC und einem

Druck bis P = 7o bar auf der Basis des Kohlegases aus dem BI-GAS-Verfähren .

Die Wirbelbettkühlung erfolgt mit Hilfe von Dowtherm oder durch Dampferzeu-

gung . Das Verfahren macht eine Schlußmethanisierung im Festbett notwendig,

um ein Gas von SNG-Qualität zu erzeugen /11/ - s . Bild B . Eine ähnlich aus-

gerichtete Aktivität wird seit 2 Jahren bei der THYSSEN-GAS GMBH mit einer

Pilot-Anlage betrieben /14/ - s . Bild 9 .

BCR-Wirbelbett -Methanisierung

s . Bild 8

P D U-Anlage-BITUMINOUS COAL RESEARCH (USA) /11/

P D U-Test :

P = lo bar

T = 53o oC

V = 8o Nm3/h (Frischgas)

t = diskontinuierlich seit 1974

Pilot-Anlage errichtet : in Homer City

Kohle Gas von BI GAS - Verfahren

THYSSENGAS-Wirbelbett-Methanisierung

s . Bild 9

Pilotanlage - THYSSENGAS (Didier) /15/

Pilot - Test : P = 3o - 8o bar

T = 3oo - 55o oC

V = 8oo Nm3/h (Frischgas)

t = seit 1977 in Betrieb

Beide Verfahren sehen beim derzeitigen Entwicklungsstand noch eine Produkt-

gasrückführung mittels Kompressor vor,

2 .3 .3 TUBE-WALL-Methanisierung

Das TUBE-WALL-Konzept bietet die Möglichkeit einer Methanisierung CO-rei-

cher Gase ohne den Einsatz eines Kompressors für Produktgasrückführung bei

direkter Wärmeauskopplung am Ort der Wärmeerzeugung /2/ . Die heterogen ka-

talysierte Reaktion läuft auf der Innenseite der Wärmetauscherrohre ab, die

10

mit Raney-Nickel beschichtet sind (Flamm-Spritzverfahren) . Das Wärmeträger-

medium Dowtherm verdampft auf der Außenseite der Wärmetauscherrohre bei

T = 375 0C und kondensiert in einem außenliegenden Wärmetauscher bei gleich-

zeitiger Dampferzeugung . Eine nachgeschaltete Stufe ist zur Schlußmethani-

sierung notwendig, um ein Gas von SNG-Qualität zu erhalten - s . Bild lo .

Der Vorteil dieses Konzepts ist gegeben durch die direkte Wärmeauskopplung

über die katalytische Rohrwand . Die praktische Nutzung dieses Systems wird

allerdings dadurch stark eingeschränkt, daß bei Katalysatoralterung und/oder

Katalysatorvergiftung die Neuerstellung der katalytischen Oberflächen Schwie-

rigkeiten bereitet, bzw . die Auswechslung ganzer Wärmetauschereinheiten

große Kosten verursacht . Für dieses katalytische Konzept konnten bisher nur

Katalysatorstandzeiten von wenigen Monaten erreicht werden .

Die Weiterentwicklung dieses Verfahrens führte zum HYBRID-Prozeß, der durch

folgende Eigenschaften gekennzeichnet ist :

Sternförmige Rohreinbauten, die mit Raney-Nickel beschichtet

und leicht auswechselbar sind

Dampferzeugung auf der Außenseite der Wärmetauscherrohre

(Schleuderguß) zur Wärmeauskopplung

Produktgasrückführung zur QuenchkUhlung im Reaktor, wobei der

Massenstrom nur halb so groß ist, wie im Fall einer Quenchküh-

lung ohne gleichzeitige Dampferzeugung im Reaktor

Produktgasrückführung auch unter Verwendung von Ejektoren

Schlußmethanisierung im Festbettraktor zur Erlangung einer

SNG-Qualität .

Für diese Katalysatoreinbauten konnten schon Standzeiten bis zu 2 Jahren

bei T = 4oo 0C nachgewiesen werden . Die Temperaturkontrolle im Reaktor

läßt sich jedoch ohne Produktgasrückführung mittels eines Kompressors nicht

durchführen .

TUBE-WALL-Methanisierung

PDU-Testanlage -BRUCETON RESEARCH CENTER (USA) /2/ s .

P D U Test :

P = 21 bar

T = 4oo oC

V = 6 Nm3/h

t = 1 Monat

Bild lo

Pilot Anlage errichtet : in Chicago, in Verbindung mit

SYNTHANE-Kohle Vergasungsverfahren

HYBRID-Methanisierung

PDU-Testanlage-BRUCETON RESEARCH CENTER (USA) /2/

P D U-Test :

P = 21 bar

T=35o OC

V = 13 Nm3/h (Frischgas)

t = ca . 2 Jahre

Pilotanlage errichtet : s .o .

2 .3 .4 HEAT-PIPE-Methan isierung

Der Reaktor des in Los Alamos entwickelten und nicht näher ausgeführten

Methanisierungsverfahrens /16/ für CO-reiche Gase aus der Kohlevergasung

(LURGI-Druckvergasung) ist gekennzeichnet durch ein Bündel von Wärmetauscher-

rohren (Dampferzeugung) mit dazwischenliegenden zylindrischen Katalysator-

pellets aus Nickel/Aluminiumoxid .

Beim Katalysatorkonzept geht man von Nickelkatalysatoren auf A1 203 -Basis

aus, für die bei Temperaturen unterhalb 57o o C Standzeiten bis zu 2 Jahren

angegeben werden (keine eigenen Testergebnisse) .

Die Nickelkonzentration der Katalysatorpellets variiert zwischen 15 und

6o %, um die Wärmeentwicklung am Katalysator in den vom Synthesegas durch-

strömten Zwischenräumen der Wärmetauscherrohre und damit das Temperaturpro-

fil längs des Reaktors zu kontrollieren - siehe Bild 11 .

Die Reaktionsführung wird als isotherm bei T = 477 - 527 oC bezeichnet . Die

Vorteile und charakteristischen Merkmale der in Bild 11 gezeigten Auslegung

des Reaktors lassen sich wie folgt beschreiben :

Katalysator im Zwischenraum außerhalb Dampferzeugerrohre

Temperaturkontrolle im Reaktor durch Variation des Katalysator-

nickelgehaltes von 15 % (Anfang) bis 6o % (Ende)

Wärmeleitung vom Katalysator-Pellet zu den Wärmetauscherrohren

(Anteil an der GesamtenergieUbertragung 3o-35 %)

Raumgeschwindigkeit (Katalysator) : 666oo 1/h

1 2

Raumgeschwindigkeit (Gasraum) : 3oooo 1/h

Gasgeschwindigkeit : 3 .4 m/s (5o7 0C, 2.1 bar)

Wärmeübertragungsfläche/Gasstrom : o,ol m2/Nm3/h.

Nachfolgende Methanisierungsstufe zur Erlagung einer SNG-Qualität .

Eine Kostenanalyse für dieses projektierte, aber bislang nicht getestete

System zeigt /16/, daß der Kostenaufwand für die nicht adiabate HEAT-PIPE-

Methanisierung gleich hoch. und je nach Randbedingungen auch niedriger sein

kann im Vergleich zu einem Verfahren mit Quenchkühlung z .B . Produktgasrück-

führung für den Fall des El PASO NATURAL GAS-Projektes .

2 .3 .5 Festbett-Methanisierung

Die vorab aufgezeigten Möglichkeiten einer nicht adiabaten Prozeßführung

werden zur Zeit entweder im Versuchsstadium getestet, oder sie sind über-

haupt erst projektiert . Nicht für alle Konzepte liegen Verfahrensschemata vor,

so daß die gesamte Prozeßbeurteilung nur in unbefriedigendem Maße erfolgen

kann .

Bei der Bewertung der einzelnen Konzepte ist festzuhalten, daß nur die

"DREI-PHASEN"- und "HEAT-PIPE"-Methanisierung ohne eine Gasrückführung ge-

plant sind . Gerade in dieser Auslegung - Prozeß ohne Einsatz eines störan-

fälligen Kompressors - muß aber ein wesentlicher Vorteil der nicht adiaba-

ten Prozeßführung gesehen werden . Da bei der "DREI-PHASEN"-Methanisierung

im Pilotmaßstab erhebliche Schwierigkeiten bei der Gasverteilung im Wirbel-

bett auftreten, konzentrieren sich somit unsere Aktivitäten auf eine nicht

adiabate Prozeßführung mit Katalysatoren im Festbett wie im Fall der HEAT-

PIPE-Methanisierung .

Diese Variante wird von den Labors in Los Alamos /16/ mit einem Geradrohr-

Wärmetauscher zur Dampferzeugung und außenliegenden (Rohrzwischenraum) Ka-

talysatoren und von der Firma LINDE /17/ mit einem gewickelten Wärmetau-

scher zur Dampferzeugung mit ebenfalls außenliegenden Katalysatoren be-

schrieben . Für beide Varianten liegen heute noch keine Versuchsergebnisse

vor .

Anders als im adiabaten Reaktor, bei dem sich die maximale Gastemperatur

im Festbett durch das thermodynamische Gleichgewicht einstellt, wird im

nicht adiabaten Reaktor das Temperaturprofil und damit die maximale Gas-

temperatur im Festbett durch Kinetik und Wärmeauskopplung bestimmt .

Da die Temperatureinstellung an jedem Ort des Reaktors durch heterogene

Katalyse und Wärmeabfuhr festgelegt ist und die zum Einsatz kommenden Kata-

lysatoren Vergiftungs- und Alterungserscheinungen unterworfen sind, scheint

nur eine solche Auslegung eines innengekühlten Festbetts sinnvoll, bei der

sich am Reaktionsbettende das thermodynamische Gleichgewicht bei Temperatu-

ren von 3oo - 35o o C einstellt . Hierbei bildet sich im Festbett ein Tempe-

raturprofil aus, das eine maximale Temperatur in Höhe der zulässigen Kata-

lysatortemperatur aufweist . Diese Auslegung erfordert detaillierte Kenntnis-

se über Reaktionskinetik und Wärme- beziehungsweise Stoffaustauschvorgänge

und gestattet eine Sattdampferzeugung .

Bild 12 zeigt für die Bedingungen des NFE-Projektes bei optimaler Produk-

tion von überhitztem Wasserdampf, wie der Einsatz eines nicht adiabaten

Festbett-Reaktors zur Sattdampferzeugung mit einem adiabaten Festbett-Reak-

tor bei anschließender Dampfüberhitzung ohne Einsatz eines Kompressors und

unter Aufteilung des Frischgasstromes auf zwei Stufen geplant werden kann .

3 .

Methanisierung im NFE-Projekt

1 3

Nach einer schematischen Darstellung der für Methanisierungsverfahren mög-

lichen Wärmeauskopplungssysteme soll das im NFE-Projekt angewendete Verfah-

ren ADAM mit drei adiabaten Festbettreaktoren und jeweils nachgeschalteten

Wärmetauschern näher erläutert werden (s . 2 .2 .1) .

Die Randbedingungen für das hier beschriebene Methanisierungsverfahren wer-

den durch den mit dem Hochtemperatur-Kernreaktor verbundenen Fernenergie-

Kreislauf zum Transport von Kernwärme mit Hilfe chemisch gebundener Energie

vorgegeben /18/ .

Auf dem Gelände der Kernforschungsanlage Jülich werden im Jahre 1979 zwei

Methanisierungsanlagen in Betrieb genommen (s . 2 .2 .1) .

Die größere der beiden Anlagen, ADAM II, ist als Methanisierungsanlage für

die Untersuchung des Fernenergie-Kreislaufs und den Tests größerer Rohrbün-

del in der heliumbeheizten Methan-Dampf reformierungsanlage EVA II sowie zur

14

Demonstration von max . Methanisierungstemperaturen bis T = 65o oC beiDrücken bis 45 bar vorgesehen, während die kleinere Anlage, ADAM I, eine

Versuchsanlage, speziell zur Erprobung von Methanisierungsverfahren, dar-

stellt .

Für beide Pilot-Anlagen wurde in einer ersten Auslegung ein dreistufiges

Verfahren mit adiabaten Festbettraktoren und einer Produktgasrückführungzur Quenchkühlung gewählt .

Die Aufgabe solcher Methenisierungsanlagen im industriellen Einsatz besteht

darin, Wärme für die Strom-, Prozeßdampf- und Heizwärmeerzeugung aus dem

Prozeß auszukoppeln und ein Gas mit hohem Methangehalt zu produzieren, um

dieses als Einsatzgas in die Dampfreformierung am Hochtemperatur-Kernreaktor

zurückzuspeisen .

Durch die Forderung nach. Produktion von überhitztem Turbinendampf muß die

bei der Methanisierung freiwerdende Wärme auch auf einem Temperaturniveau

oberhalb T = 6oo oC genutzt werden, was an die Katalysatoren und an das

Verfahren über die unter 2 . beschriebenen Systeme hinausgehende Anforderun-

gen stellt .

Für die systematische Untersuchung, Entwicklung und Optimierung solcher Me-

th.anisierungsverfahren mit max . Reaktionsbettemperaturen oberhalb T = 6oo oC

und die Betrachtung der Dynamik eines Fernenergiekreislaufs ist ADAM I ge-

plant .

Die Versuchsanlage für das Verfahren der Methanisierung trägt den Namen

"ADAM I", weil sie gekoppelt wird mit der seit 197.1 am Institut für Reaktor-

bauelemente der Kernforschungsanlage Jülich betriebenen heliumbeheizten Erd-

gas-Dampfreformierungsanlage "EVA I" .

Bei Inbetriebnahme wird das Verbundsystem der Pilotanlagen EVA I und ADAM I

(Bild 13) mit Zoo Nm3/h. holländischem Erdgas gespeist . Im Wärmetauscher E3

wird das Erdgas/Wasserdampf-Gemisch mit dem Verhältnis 1 :3 auf die Prozeß-

gas-Eintrittstemperatur von 45o oC aufgeheizt . Im Reformer D1 wird das Pro-

zeßgas so weit katalytisch reformiert, daß am Reformeraustritt nach Abtren-

nung des überschüssigen Wasser im Kühler E6 ein Gasgemisch mit ca . lo% CH.,lo% CO, lo% CO2 und 65% H2 (Rest N 2 ) vorliegt . Die Energie wird dem kataly-

1 5

tischen Prozeß über den Heliumkreislauf und am Ort der Wärmeeinkopplung dem

Reformerrohr über einen Ringspalt und dann dem Katalysatorbett zugeführt .

Bei der Versuchsanlage EVA I wird die Aufgabe des HTR durch den elektrischen

Helium-Erhitzer E5 simuliert . Die Prozeßdampferzeugung im gasbefeuerten

Dampferzeuger E1, die Erdgasvorheizung im Wärmetauscher E2 und die Produkt-

gaskühlung im Wärmetauscher E6 dienen allein der zweckmäßigen Parameterein-

stellung für das Experiment und nicht einer wirtschaftlichen Wärmenutzung .

Das mit einem konventionellen Reformierungskatalysator gefüllte Reaktions-

rohr hat mit lo m Länge und loo-2oo mm Innendurchmesser industrieübliche

Abmessungen .

Bei der Verbindung von EVA I mit ADAM I, wie sie im Rahmen des NFE-Projektes

vorgesehen ist, strömt das kalte trockene Produktgas (ca . 6oo Nm3/h) aus

der Reformierungsanlage in die Methanisierungsanlage und wird dort in den

elektrischen Vorheizern Hlo3 und Hlo5 auf die Zündtemperatur der heterogen

katalysierten Methanisierungsreaktion von etwa 3oo oC erhitzt .

Das Gas durchströmt nacheinander die drei Reaktionsstufen und wird hinter

jeder Stufe auf die Zündtemperatur der nachfolgenden Stufe abgekühlt . Am

Ende des Verfahrens wird dem Produktgas das Reaktionswasser - etwa 45 Ge-

wichtsprozent des Gesamtmassenstromes - im Kondensatabscheider Blo1 entzo-

gen . Das trockene Produktgas mit einem Methangehalt von etwa 81 Vol % läßt

sich über den Kompressor Klo2 zur Reformierungsanlage EVA I zurückführen,

so daß eine Erdgas-Nachspeisung nicht mehr notwendig ist . Der Kreislauf

arbeitet nun ohne Gasverbrauch, wenn man von Leckagen und gelösten Gasen

in den jeweiligen Kondensaten auf der Seite der Methanreformierung und Me-

thanisierung absieht . Auch im Fall der Methanisierungsanlage dienen die

wärmetauschenden Systeme allein der Parametereinstellung für das Experiment,

nicht einer wirtschaftlichen Wärmenutzung .

Die drei Reaktionsstufen sind in einer ersten Auslegung als adiabate Syste-

me mit katalytischen Festbetten ausgelegt . Der Auslegungsdruck beträgt

4o bar . Die in der Abbildung dargestellte Produktgasrückführung von Elol

vor Hlo5 dient der Quenchkühlung im Reaktor Rlo1, wie sie in 2 .2 .1 für ver-

schiedene Systeme erläutert wurden .

Tabelle : EVA I - ADAM I

erfolgen .

1 6

E V A I

A D A M I

D .1

D 1

Produkt

R lol

R lo.l

R lo2

R lo3 Produktein aus

ein aus ein aus

Die Optimierung des in der Industrie anzuwendenden Gesamtprozesses muß ab-

hängig vom jeweiligen Anwendungsfall unter Berücksichtigung

der in ADAM I/II gewonnenen Erfahrungen und Daten

der zusammen mit der Industrie zu entwickelnden Katalysatoren

der 3 . Generation,

eines noch zu entwickelnden Modells für Auslegung, Optimierung

und Betrieb von Methanisierungsreaktoren (adiabate Festbetten)

und eines für den gesamten Kreislauf gültigen Modells zur wirt-

schaftlichen Optimierung des Prozesses

Die unter 2.3 .5 beschriebene z .T . nicht adiabate Prozeßführung mit zwei in-

tern gekühlten Festbetten und einem adiabaten Festbett ist für den Einsatz

in der Versuchsanlage ADAM I geplant . Diese Entwicklung soll in Angriff ge-

nommen werden, um in einem industriellen Verfahren einen Betrieb ohne den

Einsatz eines Kompressors zur Produktgasrückführung zu ermöglichen . Dieser

Entwicklungsschritt ist erst jetzt möglich geworden, weil durch die inten-

Gas/Nm3/h

Druck/bar

Temp ./oc

688

31

45o

915

3o

800

592

29

3o

155o

27 .5

3oo

1369

27

6oo/27o

382

26

436/25o

373

25

3o2/190

215

25

3o

H 20/Mol % 69 .83 35 .25 - 18 .63 3o .18 39 .12 42 .6 .1 -

CH4/Mol % 25 .51 7 .16 11 .o6 27 .59 37 .82 44 .68 47 .o9 82 .o5

CO/Mol % - 6 .67 lo .31 4.67 1 .18 o5 - -

Co 2 /Mol % o .6o 5 .92 9.14 6 .51 4.88 2 .57 1 .42 2 .47

H 2 /Mol % - 41 .91 64 .73 36 .55 19 .10 6 .19 1 .32 2 .29

N 2 /Mol % 4.o7 3 .o9 4.76 6.o5 6.84 7 .38 7 .57 13 .18

Heat/KJ/s - - - - 25o 40 2o 113

4 .

Probleme bei der Methanisierung

1 7

sive Katalysatorforsch .ung, insbesondere für die Randbedingungen des NFE-

Projektes, in der Industrie inzwischen ausreichende Kenntnisse über Akti-

vität und Stabilität solcher Katalysatoren vorliegen, die eine detaillierte

Auslegung intern gekühlter Festbettreaktoren erlauben .

Abschließend sollen einige Probleme erläutert werden, die bei der Auslegung

und bei dem Betrieb von Methanisierungsanlagen zu berücksichtigen sind .

Bild 14 zeigt einen Ausschnitt aus einem Methanisierungsverfahren mit

1 . Vorheizstrecke,

ZnO-Bett,

2 . Vorheizstrecke,

Methanisierungsreaktor,

Wärmetauscher und

Produktgasrückführung .

In der 1 . Vorheizstrecke wird das CO-haltige Gas (lo % CO, pCO = 3 bar) bis

auf T = 3oo oC aufgeheizt . Dabei besteht im ersten Teil der Vorheizstrecke

die Gefahr einer Eisen- oder Nickelcarbonylbildung bei Temperaturen bis

T = 15o OC, die mit steigendem Druck zunimmt . Diese Carbonylbildung konnte

bei Laborexperimenten für den verwendeten Rohrwerkstoff Nr . 1 .4541 schon in

kurzfristigen Versuchen (3oo-5oo h) festgestellt werden .

Mit zunehmender Temperatur 2oo-ir3oo oC wird der Carbonylpartialdruck im

Gleichgewicht bis auf den 4ooo . Teil reduziert . Dies bedeutet Carbonylzer-

fall und die Ablagerung von feinkristallinem Nickel und Eisen auf den nach-

geschalteten Komponenten, was bei Temperaturen oberhalb 3oo oC durchaus

eine Rußbildung und unkontrollierte Methanisierung bewirken kann . Durch

eine entsprechende Werkstoffwahl in der Vorheizstrecke (z .B . Cu) kann die

Carbonylbildung und mögliche nachfolgende Rußbildung unterdrückt werden .

Im gesamten Bereich des Verfahrens bis zur 1 . Methanisierungsstufe kann je

nach Werkstoffwahl und bei Einsatz der trockenen Gase, wie in Bild 14 ange-

geben, eine durch Aufkohlung entstehende Versprödung der Randzonen von Be-

hältern und Rohren auftreten . Diese Versprödungszonen zeigten sich in 2ooo h

Laborexperimenten bei T = 4oo oC für die Werkstoffe Nr . 1 .4571, 1 .4961,

1 .4988 und 1 .4981 in einer Tiefe von mehr als 5o /um . Bei vergleichbaren

Experimenten wurde u .a . für die Werkstoffe Nr . 1 .4541, Incoloy 8o2 undInconel 617 kein Befund festgestellt .

Das ZnO-Bett vor der l . Methanisierungsstufe soll den empfindlichen Nickel-Katalysator in der Methanisierungsstufe vor H2S schützen . Es wird angestrebt,durch die Reaktion

den H2S-Anteil im trockenen Einsatzgas deutlich unterhalb o ._1 ppm zu drük-

ken . Das ZnO-Bett dient zusätzlich zur Ablagerung von Nickel und Eisenkri-stallen, die beim möglichen Carbonylzerfall auftreten .

Hinter dem ZnO-Bett wird für den Fall einer Quenchkühlung des Reaktionsab-

laufes in der 1 . Methanisierungsstufe Wasserdampf oder Produktgas der .1 .

Stufe dem Einsatzgas zuführt . Bei der letzten Möglichkeit muß auf die Pro-bleme hingewiesen werden, die sich durch den Einsatz eines Kompressors er-geben . Die aufwendigen Ö1-, Sperrwasser- und Kühlwasserkreisläufe des Kom-pressors, der Betrieb bei Temperaturen bis T = 3oo oC unter Berücksichtigungdes Taupunktes des Produktgases (T N 18o OC) und die Regelung des Kompres-

sors werfen für den Betrieb, abgesehen von der Wartung der Maschine, erheb-liche Probleme auf .

Im Methanisierungsreaktor selbst sind die Probleme allein durch die Eigen-

schaften des Katalysators bestimmt, die

festlegen .

18

ZnO + H2S --a- ZnS + H20

Zündverhalten,

Katalysatorselektivität,

Gleichgewichtseinstellung,

Alterung durch Schwefel und Kohlenstoff,

Alterung durch Sinterung und Kristallwachstum und

Optimierung des Festbetts

Für den Fall einer Prozeßführung ohne Quenchkühlung muß bei den hohen Aus-trittstemperaturen aus dem 1 . Reaktor (T = 8oo OC) das Problem der Rußbil-

dung hinter der Reaktionsstufe und dem nachgeschalteten Wärmetauscher be-

trachtet werden . Vorexperimente hierzu zeigen deutlich, daß das bei T = 8oo o C

1 9

im Gleichgewicht vorliegende Produktgas zur Rußbildung außerhalb des Kata-

lysatorbetts - also in den nachgeschalteten Kühlstrecken - neigt, wenn die

Abkühlgeschwindigkeit nicht hoch genug gewählt wird .

Die Weiterführung des Prozesses: in den nachfolgenden Stufen wird durch die

gewünschte Produktspezifikation und Wärmenutzung bestimmt .

5 . Zusammenfassung

Der vorliegende Bericht gibt einen Oberblick über die z .Zt . im Maßstab

einer Pilot-Anlage untersuchten Methanisierungsverfahren . Hierbei wurden

die Verfahren dargestellt, die im Zusammenhang mit der Erzeugung von "Sub-

stitute Natural Gas" auf Kohlegas-Basis und mit dem System des "Nuklearen

Fernenergie-Transports" (NFE) besondere Bedeutung erlangt haben .

Beim NFE--Projekt werden 198o 2 Anlagen in Betri.eh sein, in denen in ei.nem

dreistufigen adiabaten Reaktionssystem die Methanisierung von Synthesegasen

mit lo % CO und 65-7o % h2 im Temperaturbereich von 3oo i T ; 65o oC ab-

läuft . Beide Anlagen bilden Vorstufen zu Methanisierungsanlagen, die in

einem Verbund mit Dampfreformierungsanlagen betrieben werden . Durch die Me-

thanisierungsreaktionen soll nutzbare Wärme im Temperaturbereich T 6 65o oC

freigesetzt werden .

In den Zukunftsprojektionen haben kommerzielle Methanisierungsanlagen eine

Leistung zwischen 5o und loo MW, wobei etwa 1 .7oo Nm3/MWh Synthesegas umge-

setzt werden . Die freigesetzte Reaktionenthalpie soll je nach Bedarf zur Er-

zeugung von elektrischem Strom, Prozeßdamf, Heizwärme oder einer Kombination

dieser Energieform genutzt werden .

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2o

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CH4 - 12 %

P = 3o BARCO - lo %C02 - lo %H2 - 68 %

ADIABATE PROZESSFOHRUNG MIT FESTBETTREAKTOREN

H20

79-03/01

Bild 1

PRODUKT

ADIABATE PROZESSFÜHRUNG MIT OUENCHKOHLUNG

( 79 -03/02

"HOT GAS RECYCLE"-PDU-TESTANLAGE /20 /

1

Bild 2

ADIABATE PROZESSFOHRUNG MIT QUENCHKOHLUNG

"HYGAS"- PILOTANLAGE

IGT (USA) /6/

79 - 03/03

Bild 3

CH4 - lo,3 %CO - 15,5 %C02 - 13,o %H2 - 6o,1 ZN2 - 0,9 %

H20D

ADIABATE PROZESSFOHRUNG MIT 9UENCHKOHLUNG

I

79 - 03/04

LURGI-METHANISIERUNG PILOTANLAGE SASOL /~/

1

Bild 4

ADIABATE PROZESSFOHRUNG

"TREPIP"-PI LOTANLAGE H . TOPSOE A/S 13179-03/05

Bild 5

CH4 - 11 .1 %

CO - lo .3 %

C02 - 9,1 %

H2 - 64,7 %

N2 - 4,8 %

ADIABATE PROZESSFOHRUNG MIT OUENCHKOHLUNG

ADAM I-METHANISIERUNG-NFE PROJEKT /S/

H20

79-03/05a

Bild 5a

CH4 - 12,3 %

CO - 9,6 Z

C02 - 9,8 %

H2 - 68,1 %

SD - SATTDAMPFERZEUGUNG (18 BAR, 2o7 00

ADIABATE PROZESSFOHRUNG MIT QUENCHKOHLUNG (R-1, R-2)

79-03/05bNICHTADIABATE PROZESSFOHRUNG (R-3)ADAM I I-METHANISIERUNG-NFE PROJEKT /4/

Bild 5b

CH4

-

7,o

X

ADIABATE PROZESSFOHRUNG MIT OUENCHKOHLUNGPILOTANLAGE-UK W'ESSELING (NFE-PROJEKT)N1

79 -03/05c

Bild 5c

CH4 -2o%CO - 18 %C02 - 1 1H2 - 61 A'

P = 70 BAR

H20

CH4-87%

ADIABATE PROZESSFOHRUNG MIT OUENCHKOHLUNGBEISPIEL AUS "BRAUN"-STUDIE /7O/

79 - 03/06

Bild 6

ADIABATE PROZESSFOHRUNG MIT 9UENCHKOHLUNG"I G T "-STUDIE /-13/

79-03/07

Bild 7

Resysle Go$

Water

Natural Gas

Food Gas

Fluid-bed

CoolerCompressor Reformer Compressor prehooter Methauotor Separator

"it~wlwwr Cod

1w< $0400140

NICHT ADIABATE PROZESSFOHRUNG

179-03108

WIRBELBETT-PDU-TESTANLAGE

BCR (USA)/«1 1 Bild 8

Zn0- ENTSCHWEFLERRf AKTORDAMPF 1RUMMELFILTER

S WTe KUHLER7 ABSCHEIDfR6 KOMHRfSSOR9 ERHITZER

1

11

NICHT ADIABATE PROZESSFOHRUNG

WIRBELBETT-PILOTANLAGE THYSSENGAS /7Sl

79-03109

Bild 9

NICHT ADIABATE PROZESSFÜHRUNG

1 79-03/10

"TUBE WALL"-METHANISIERUNG

PDU-ANLAGE /2l)

Bild lo

22,2 MM

KATALYSATORRINGE

CH4 - 28,2 %CO - 2,7 %C02 - 15,5 %H2 - 24,5 %N2 - 1,3 %H20 - 27,8 %

H20D

CH,, - 9,1 %P = 21 BAR

CO -14,1 %

C02 -11,ß %H2 -54,8 %N2 - 1,0 %

H20 - 9,1 %

NICHT ADIABATE PROZESSFOHRUNGSTUDIE : "HEAT PIPE"-METHANISIERUNG LOS ALAMOS 1-fl

79-03111

Bild 11

CH4 - 12,o3 %CO - lo,13 %C02 - 9,66 %H2 - 68,18 %

P = 4o BAR

5o

SD - SATTDAMPF

: P = 85 BAR, T = 3oo oCDO - ÜBERN, DAMPF : P = 85 BAR, T = 535 oC

H4=95 %

NICHT ADIABATE PROZESSFÜHRUNGWARMEAUSKOPPLUNG IM FESTBETT - NFE PROJEKT

79-03/12

Bild 12

STEAM REFORMINGPLANT

EVA I

METHANATION PLANT ADAM I

H105

Bild 1 3 Versuchskreislauf : EVA I - ADAM I

Pilot Plant Circuit : EVA I - ADAM I

PROBLEME BEI DER IIETHANISIERUtiG

CARBONYLBILDUNG BEI T < ISO OCCARBONYLZERFALL (NI . FE) BEI T > ZOO OC

NICKEL -/EISENABLAGE AUF ZNOSICHERUNG DES METHA . - KATALYSATORS GEGEN H2S

VERFAHRENSFÜHRUNG, OHNE/MIT QUENCHKÜHLUNGKOMPRESSOR ; TAUPUNKTUNTERSCHREITUNG . ANTI SURGE-

REGELUNG

ROSSBILDUNG BEIT

450 OC OHNE OUENCHKÜHLUNGFESTBETTREAKTOR - ADIABAT. MIT INTERNER KÜHLUNG .

ZÜNDVERHALTEN . AKTIVIERUNGGLEICHGEWICHTSEINSTELLUNG .SELEKTIVITÄTKAT . -ALTERUNG (S . C) . KAT . -SINTERUNr,(H2O . TEMP .)FESTBETTSTABILITÄT ( TEILLAST . ZÜND-/LÜSCHVORGÄNGE )FESTBETTOPTIMIERUNGROSSBILDUNG BEI PROZESS OHNE PRODUKTGASRÜCKFÜHRUNG

(T 0 800VERFAHRENSFORTFÜHRUNG (STUFENZAHL . KATALYSATOR)

OC)

PROBLEME BEI DER t1ETHANISIERUNG79 -03114

Bild 14