Begonnen hat alles vor mehr als 85 Jahren mit dem Bau der ersten Methanolanlage von thyssenkrupp. Seitdem gab es zahlreiche Neuentwicklungen und Verbesserungen.
Dennoch hat sich thyssenkrupp Industrial Solutions vor vielen Jahren aus diesem Bereich des Anlagenbaus zurückgezogen, um sich auf sein Kerngeschäft zu konzentrieren. Die veränderte Marktsituation einerseits und die Forderung nach immer größeren und effizienteren Anlagen andererseits führten zu einem stetigen Ausbau des Technologieportfolios von thyssenkrupp Industrial Solutions und damit zur Neubewertung der eigenen Position in der Methanoltechnologie. Es wurde schnell klar, dass die in den letzten Jahren realisierten Anlagenkapazitäten und die Anlageneffizienz stagnierten und nicht auf die Zukunft ausgerichtet waren.
Ein Quantensprung war nötig. Er musste groß und innovativ genug sein, um einen bedeutenden wirtschaftlichen Wert für zukünftige Kunden zu generieren. Er durfte sich aber auch nicht als so mächtig erweisen, dass er als Neuheit wahrgenommen würde. Letztendlich ging es auch darum, die Finanzwelt für den neuen, zukunftsweisenden Technologieansatz zu gewinnen.
Die AdWinMethanol®-Technologie von thyssenkrupp Industrial Solutions ist bis heute die modernste auf dem Markt verfügbare Methanoltechnologie. Sie basiert auf herkömmlichen Technologien, bewährten Komponenten und Ausrüstungen nach Stand der Technik, die jedoch so modifiziert wurden, dass sie den heutigen Anforderungen an geringste Investitionskosten, geringste Betriebskosten, höchste Effizienz und Verfügbarkeit gerecht werden. Durch das überlegene neue Prozessdesign konnten im Vergleich zum Stand der Technik erhebliche Vorteile erzielt werden.
Hauptvorteile der AdWinMethanol®-Technologie für den Eigentümer/Betreiber:
Kein Dampfreformer und ein kleiner autothermer Reformer (ATR) aufgrund von hohem Druck
Deutlich kleinerer und einfacherer Kompressor
Vereinfachtes Design (modernster isothermer Reaktor für beide Stufen)
Erhöhte COx-Umwandlung, geringe Rücklaufrate, kleines Katalysatorvolumen
Kleinerer Recyclingkompressor
Geringere EPC-Kosten um bis zu 10 %
Geringerer Erdgasverbrauch um bis zu 3%
Syngasproduktion: Die Methanolanlage besteht aus drei Abschnitten
Als Einsatzstoff zur Methanolproduktion kann Erdgas oder jedes andere methanreiche Gas verwendet werden. In den ersten Schritten müssen Katalysatorgifte wie Schwefel aus dem Gas entfernt werden. Im Vorreformer werden langkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt, um Rußbildung hinter dem Vorreformer zu vermeiden. Die eigentliche Umwandlung von Methan und den Kohlenwasserstoffen des Einsatzgases mit Dampf in Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid erfolgt im autothermen Reformer (ATR). Dieses Reaktionsprodukt wird üblicherweise als Syngas bezeichnet. In den folgenden Gleichungen sind die wichtigsten Reformierungsreaktionen zusammengefasst:
Methanreformierung: CH_4+ H_2 O ⇋ CO + 3 H_2
Kohlenwasserstoffreformierung: C_n H_m+ n H_2 O ⇋ n CO + 1⁄2⋅ (2n + m) H_2
Wassergas-Shift-Reaktion: CO + H_2 O ⇋ H_2 + CO_2
Die Reformierung erfolgt bei erhöhtem Druck von bis zu 60 bar, wodurch die Volumenströme, die Rohrleitungsdurchmesser und das Volumen der jeweiligen Ausrüstung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, die bei unter 40 bar ablaufen, reduziert sind.
Methanol wird in einem zweistufigen Reaktorsystem hergestellt, das in beiden Stufen mit wassergekühlten Mehrrohrreaktoren ausgestattet ist, die isotherm betrieben werden. Für eine Kapazität von 5.000 Megatonnen Methanol pro Tag werden drei Reaktoren gleicher Größe verwendet, zwei in der ersten Stufe und eine in der zweiten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Technologien wird Rohmethanol nicht nur nach der zweiten Stufe, sondern auch zwischen beiden Reaktorstufen durch Zwischenkondensation abgetrennt. Um das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenoxid zu erhöhen, wird nach der Zwischenkondensation ein Teilstrom zu einem Druckwechseladsorptionssystem geleitet, um einen wasserstoffreichen Strom zu erzeugen, der dem Syngas vor dem Syngaskompressor zugesetzt wird.
Für die Methanolsynthese wird ein Katalysator auf Kupfer-, Zinkoxid- und Aluminiumoxidbasis verwendet. Geeignete Katalysatoren sind bei einer Reihe von Katalysatoranbietern erhältlich. Die Umwandlung von CO und CO2 in Methanol wird bei niedrigen Temperaturen und hohen Drücken begünstigt.
Der Hauptgehalt an Verunreinigungen im Rohmethanol ist Wasser, doch es gibt auch Nebenprodukte, die in den Synthesereaktoren gebildet werden, sowie gelöste Gase. Nebenprodukte sind hauptsächlich leichte Komponenten wie Dimethylether, Methylformiat und Ketone sowie höhere Alkohole wie Ethanol, Propanol und Butanol. Um Methanol der Güteklasse AA herzustellen, sind drei Säulen erforderlich; Vorlaufsäule, HP-Methanolsäule und LP-Methanolsäule.