Methanol-Anlage

Hydrierung und Entschwefelung

Neben Kohle, Naphtha und Öl wird heute hauptsächlich Erdgas als Ausgangsrohstoff für die Methanolproduktion verwendet. Ungewünschte Erdgas-Bestandteile wie zum Beispiel Schwefel werden durch gezielte Hydrierung mit Wasserstoff in Form von Schwefelwasserstoff (H₂S) gebunden und anschließend im Entschwefelungsreaktor entfernt.

Um die Aktivität des Katalysators im Hydrierreaktor über das gesamte Bett hinweg konstant zu überwachen, kommen speziell darauf abgestimmte Stufenthermometer zur Mehrpunktüberwachung zum Einsatz. Die korrekte Funktion muss dauerhaft gewährleistet sein, da durchgeschlüpfte Schwefelanteile die nachgelagerten Prozessschritte vergiften würden. Der korrekte Gasstrom wird mittels Kompaktblenden, Veturirohren und montierten Differenzdrucktransmittern erfasst.

Pre-Reformer

In Abhängigkeit des Ausgangsrohstoffs und gewählten Anlagendesigns werden zur Methan-Dampfreformierung ein, zwei, oder drei Reformertypen in Reihe installiert:

• 1. Pre-Reformer
• 2. Primärreformer: Dampf-Methan-Reformer ("Steam Methane Reformer"; kurz: SMR)
• 3. Sekundärreformer: Autothermer-Reformer (ATR)

Diese Kombination ist die Basis für die optimale Gewinnung von Wasserstoff und Syngas. Im Katalysatorbett-basierten zylindrischen Pre-Reformer findet unter Zuführung von heißem Wasserdampf bei rund 500 °C und 30 bar die erste Vor-Reformierungsstufe statt.

Um die Aktivität und Alterung des Katalysators über das gesamte Bett hinweg konstant zu überwachen, kommen speziell abgestimmte Stufenthermometer für die Mehrpunkterfassung zum Einsatz. Das Verhältnis zwischen Gas und Wasserdampf muss präzise überwacht werden, um Verkokung und Beschädigung des Katalysators zu verhindern. Kompaktblenden und Venturirohre mit montiertem Differenzdrucktransmitter übernehmen diese Aufgabe zuverlässig und langlebig.

Primärreformer

Im Primärreformer ("Steam Methane Reformer"; kurz: SMR) sind in mehreren Reihen Reformerrohre vertikal montiert, die von außen kontinuierlich mit Brennern befeuert werden. Im katalysatorgefüllten Rohrinneren findet die Umwandlung des Gas-Dampfgemischs in Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid statt. Die Wandung der in der Regel speziell legierten Reformerrohre steht auf Grund der hohen Temperaturen dauerhaft unter besonderem Stress. Ein Riss während der regulären Laufzeit wegen Übertemperatur ist keine Seltenheit. Dieser kann das Herunterfahren der Produktion erforderlich machen oder gar zu Beschädigungen der gesamten Anlage führen. Das alternative Betreiben des Prozesses – wie es häufig praktiziert wird – mit reduzierter Flamme führt dazu, dass ein verminderter Durchsatz erfolgt und der Anlagenbetreiber dauerhafte Effizienzeinbußen hinnimmt.

Durch die gezielte Analyse des individuellen Setups und perfekte Positionierung auf die Rohrmaterialien abgestimmter Rohr-Oberflächen-Temperatursensoren (XTRACTO-PAD®) bieten wir die perfekte Lösung. Die exakte und vom Flammenschlag unabhängige Rohroberflächentemperatur wird auf Grund des besonderen geschirmten Designs 24/7 erfasst. Der SMR wird nun tatsächlich auf Langlebigkeit mit höchstem Durchsatz geregelt. Des Weiteren werden neben den Rohroberflächen auch die Temperaturen der durch die Befeuerung entstandenen Rauchgase in der Kammer überwacht. Hierfür geeignete Sensorlösungen mit Schutzrohren aus langzeitbeständigen Werkstoffen werden speziell für Ihre Applikation erarbeitet.

Sekundärreformer

Nachdem im Primärreformer zunächst rund ein Drittel des durchgesetzten Gases umgewandelt wurde, „zündet” im Sekundärreformer bei Temperaturen von über 1000 °C und Drücken von über 30 bar die nächste Stufe, um eine Konvertierung von nahezu hundert Prozent zu erreichen. Der Autotherme-Reformer (ATR) ist im Innenraum feuerfest ausgekleidet. Von oben werden das Gas-Dampfgemisch und über einen großen Brenner vorgewärmte Prozessluft (Sauerstoff- und Stickstoffanteile) zugeführt. Es erfolgt zunächst eine teilweise Verbrennung – partielle Oxidation. Danach durchströmt das Gemisch das im mittleren Teil des Reformers angesiedelte katalytische Bett und die restlichen Methan-Anteile werden final umgewandelt.

Um diesen anspruchsvollen Prozess dauerhaft korrekt zu überwachen, wird in vielen Katalysatorbetten mittels speziell ausgeführter WIKA-Mehrpunkt-Temperatursensoren die korrekte Temperatur erfasst. Diese bieten durch ihren widerstandsfähigen Aufbau und den Schutz der Sensorelemente vor Wasserstoffvergiftung eine langzeitstabile redundante Messung.

Synthesegas-Kompressoren

Das frisch reformierte Syngas wird mit recyceltem Syngas zusammengeführt und mittels eines mit Dampfturbinen angetriebenen mehrstufigen Kompressors auf rund 80 bar verdichtet. Vor und im Verlauf der Komprimierung wird das Medium zwischengekühlt und das dabei entstehende Kondensat in Separatoren abgesondert. Deren Füllstand ist kontinuierlich zu überwachen, um einen potenziellen Überlauf zu verhindern. Die Kompressoren und nachfolgenden Anlagenbereiche bleiben so vor einem zu hohem Feuchteanteil geschützt.

Für diese Aufgabe empfehlen sich modulare Bypass-Niveaumessgeräte, die den Stand exakt übertragen und per optionaler Schaltfunktion rechtzeitig eine Warnung auslösen. An besonders kritischen Stellen ermöglichen Ausführungen mit Doppelkammer eine redundante Messung. Neben der Bypass-Anzeige können weitere Messsysteme, zum Beispiel Reed-Kette, magnetostriktive Sensoren, Radar und Schwinggabel, integriert werden. Für einen reibungslosen Betrieb der Kompressoren muss die Temperatur in deren stark beanspruchten Lagern überwacht werden. Hochvibrationsbeständige Temperatursensoren gewährleisten die dafür notwendige Genauigkeit.

Methanol-Synthese-Reaktor

Im Methanol-Reaktor findet im Niederdruckverfahren bei Drücken von 50 ... 100 bar und Temperaturen von 200 ... 300 °C die Synthese von Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid zu Methanol (CH₃OH) und dem Nebenprodukt Wasser statt. In Abhängigkeit des Anlagenkonzepts kommen mehrere in Reihe geschaltete gas- und wassergekühlte Reaktoren mit katalysatorbefüllten Rohren zum Einsatz.

Um sicherzustellen, dass der benötigte Druck für die gewünschte Synthese konstant zur Verfügung steht, wird am Reaktoreinlass- und -auslass mittels eines temperaturabgeglichenen Drucktransmitter-Druckmittlersystems exakt auch unter hoher Temperatur gemessen. Während der mehrstufigen Reaktion entsteht viel Wärme, welche mittels Zwischenkühlstufen weggeführt wird. Die kritische Temperaturverteilung entlang der Katalysatorbetten überwachen mehrere schnellansprechende Stufenthermometer mit rapidem Wärmeübergang.

Methanol-Abscheider

Nach der Methanolsynthese wird der Medienstrom heruntergekühlt und im Methanol-Abscheider werden die flüssigen Methanol- und Wasseranteile von den nicht abreagierten Syngasanteilen getrennt. Die Gase werden über die Pressure-Swing-Adsorption-Einheit dem Synthesekreislauf zurückgeführt. Die Flüssigkeiten werden als Rohmethanol zum Expansionsbehälter weitergeleitet.

Zur Füllstandsüberwachung im Abscheider finden oftmals diversitär redundante Sensoren ihren Einsatz. Differenzdrucktransmitter mit vollverschweißten dichtungslosen Druckmittler geben die hydrostatische Füllstandssäule aus. Betriebsbewährte Füllstandsanzeiger mit Reed-Kette oder magnetostriktivem Messwertgeber und optionalem Zweikammersytem zur Montage eines Radarsensors sorgen somit für eine konstante Messung mit stabilem Signal.

Methanol-Destillationskolonnen

Das entstandene Roh-Methanol wird in den Methanol-Destillationskolonnen in zwei Schritten final für die Lagerung und den Weiterverkauf aufbereitet. In der Leichtsiederkolonne (Topping-Kolonne) werden zunächst mittels Destillation leichtflüchtige Nebenprodukte wie gelöste Gase abgetrennt. Dann erfolgt in den Schwersiderkolonnen die endgültige Trennung des Rein-Methanols von Wasser und Alkoholen.

Die korrekte Trennung, Destillation und Weiterführung der Medien wird mittels diversitär redundanter Füllstandssensoren überwacht. Differenzdrucktransmitter mit vollverschweißten dichtungslosen Druckmittlern geben die hydrostatische Füllstandssäule aus. Betriebsbewährte Füllstandsanzeiger mit Reed-Kette oder magnetostriktivem Messwertgeber und optionalem Zweikammersytem zur Montage eines Radarsensors sorgen somit für eine konstante Messung mit stabilem Signal.

Lagertanks

Methanol wird bis zu seiner weiteren Verwendung in großen Tanks zwischengelagert. Zur Temperaturüberwachung in den typischerweise drucklos betriebenen Tanks wird gerne auf freihängende Stufenthermometer zurückgegriffen. Dank kompakter Bauweise und smartem Transport- und Installationskonzept können die teils über 20 Meter langen Sensoren bequem ohne Einsatz eines zusätzlichen Krans in der Anlage gehandhabt und installiert werden.

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