Gewinnung mechanischer Arbeit mittels Gasmotoren.

Bei der Herstellung von Formaldehyd durch dehydrierende Oxi- dation von Methanol, typischerweise mittels Silberkatalysator, entsteht ein Restgas, welches durch seinen Wasserstoffgehalt gerade noch brennbar ist. Dieses Gas wird üblicherweise über Fackeln oder in Dampfkesseln verfeuert. Durch den geringen Heizwert, der bei zirka einem Zwanzigstel desjenigen von Erdgas liegt, sind hierfür spezielle Brenner notwendig.

Da die Formaldehyderzeugung aus Methanol grundsätzlich exotherm ist, wird bei den meisten Prozessen schon über den Reaktor, durch Nutzung der Reaktionswärme, Dampf gewonnen, sodaß häufig eine zusätzliche Dampferzeugung aus dem Schwachgas nicht mehr benötigt wird. Um dieses Problem vor allem bei größeren Pro- duktionskapazitäten zu mindern, wird diese schwachgasseitige Energiegewinnung durch Mittel-oder Hochdruckdampferzeuger, in Kombination mit Gegendruck und/oder Kondensationsturbine, ver- bessert. Hierfür sind aber sehr hohe Investitionskosten für eine aufwendigere Wasseraufbereitung, wesentlich teurere Dampf- erzeuger und zusätzlich eine Dampfturbine notwendig. Die elek- trischen Wirkungsgrade liegen aufgrund der verhältnismäßig kleinen Anlagengrößen von wenigen MW elektrisch oft unter 20 0.

Dadurch läßt sich die Dampferzeugung zugunsten der Strom- gewinnung nur geringfügig reduzieren. Der Einsatz von Kondensa- tionsturbinen führt bei diesen Anlangengrößen zu einem extrem niedrigen energetischen Gesamtwirkungsgrad.

Die ständige technische Weiterentwicklung der Gasmotoren hat es nunmehr möglich gemacht, auch so heizwertarme Gase (Schwach- gase), wie sie bei der Formalinherstellung anfallen, in solchen Motoren zur Explosion zu bringen. Diese Motoren können dann zur Stromerzeugung genutzt werden, oder die mechanische Wellen- leistung kann direkt für andere Zwecke eingesetzt werden.

Das Schwachgas enthält nur 1-2 Gew.-° Wasserstoff, der als wesentlichster Energielieferant zur Verfügung steht. Ver- fahrensbedingt müssen daher sehr große Gasvolumina, die von we- nigen 1.000 m3/h bis zu vielen 10.000 m3/h reichen, bei ver- hältnismäßig niedrigen Uberdrücken von 0-500 mbar bewältigt werden.

Der Formaldehydprozeß ist auf Druckschwankungen empfindlich.

Drucksprünge im Prozeß führen unter anderem zu Siede- punktverschiebungen von Methanol, wodurch sich wiederum die Reaktionsgemischzusammensetzung verändert. Das führt zu unzu- lässigen Temperatursprüngen am Katalysator und unerwünschten Qualitätsschwankungen im Produkt. Auch die Gasmotoren benötigen einen relativ konstanten Brenngasvordruck, damit deren Gemisch- regelung und-aufbereitung richtig funktioniert und mit kon- stanter Drehzahl eine konstante Netzfrequenz erzeugt werden kann. Da sowohl eine Formalinanlage als auch ein Gasmotor aus- fallen kann, würden ohne geeignete Gegenmaßnahmen unzulässige Druckspitzen im Schwachgasnetz entstehen. Gleichzeitig ist auch der Heizwert des Schwachgases infolge unterschiedlicher Be- triebsbedingungen der Formalinanlage nicht konstant. Schließ- lich stellt das Verbrennen von Gasen in Gasmotoren mit Heiz- werten von 1.500-2.000 kJ/Nm3 die derzeit absolute Grenze des technisch Machbaren dar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Formalintech- nologie mit der Schwachgasmotorentechnologie trotz der schwie- rigen Randbedingungen erfolgreich zu kombinieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Durch die vorliegende Erfindung wird sichergestellt, daß auf- keimende Druckschwankungen zuverlässig ausgeglichen werden, be- vor dadurch eine Betriebsstörung an einem Gasmotor oder einer Formaldehydanlage entsteht.

In den angeschlossenen Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt. Darin zeigt Figur 1 ein Schema einer Kombination von einer Formalinanlage mit einem Schwachgasmotor, wogegen in Figur 2 der Aufbau von Schwachgasnetzwerken sche- matisch dargestellt ist.

In der in Figur 1 beispielhaft dargestellten Kombination einer Formalinanlage mit einem Schwachgasmotor werden in der Forma- linanlage 1 aus Luft, Wasser und Methanol Formaldehydlösungen produziert.

Die dem Prozeß zugeführte Luftmenge ist abhängig von der ein- gestellten Anlagenkapazität. Je höher die gefahrene Produktionsleistung, umso größer ist der Luftbedarf. Luft, Wasser und Methanol sind in einem bestimmten Verhältnis zu- einander geregelt. Die Produktqualität bestimmt das einzu- stellende Verhältnis. Das beim Formaldehydprozeß anfallende Schwachgas wird von einem Schwachgasmotor 2 verbrannt. Beim Schwachgasmotor sind zwei Betriebsweisen möglich : Betriebsweise A : Netzparallelbetrieb Der Schwachgasmotor 2 orientiert sich an der anfallenden Schwachgasmenge und erzeugt daraus beispielsweise Strom in ei- nem Generator 3, welcher Strom zu einem bestehenden Stromnetz zugespeist wird. Hierzu versucht eine bei Gasmotoren übli- cherweise eingebaute Regeleinheit, den anstehenden Gasdruck konstant zu halten, d. h. gerade soviel Gas zu konsumieren, wie erzeugt wird. Dieser Regelkreis ist symbolisiert durch einen Druckaufnehmer 4 mit einer Stellarmatur 5 für das Schwachgas.

Betriebsweise B : Inselbetrieb Bei dieser Betriebsweise erzeugt der Schwachgasmotor 2 gerade so viel Strom, wie von den angeschlossenen Verbrauchern gefor- dert wird. Daraus ergibt sich zwangsläufig ein Schwachgasbe- darf, der nun durch ein anderes Regelsystem mit dem Angebot in Einklang gebracht werden muß. Ein Überschuß an Schwachgas wird entweder durch Drosseln der Formalinanlage 1 und/oder durch Ab- führen über eine Bypass-Regelung beseitigt. Umgekehrt wird bei einem Schwachgasmangel die Formaldehydproduktion angehoben oder Bypass-Ströme werden reduziert. Sollte das nicht ausreichen, wird durch ein elektrisches Lastabwurfsystem der Verbrauch des Schwachgases reduziert bzw. der gesamte Schwachgasmotor 2 weg- geschaltet.

Das in Figur 2 dargestellte zweite Schema befaßt sich mit dem Aufbau von Schwachgasnetzwerken. Bei diesen Netzwerken wurde das Grundprinzip der Einzelkombination weiterentwickelt. Der wesentlichste Unterschied ist, daß sowohl die Verbraucher (Motoren 2', 2") als auch die Erzeuger (Formaldehydanlagen 1', 1ut) nach Prioritäten gestaffelt geregelt werden. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß beispielsweise alle Gasmotoren am selben Schwachgasnetz mit dem selben Netzdruck angebunden sind, jedoch individuell leicht gestaffelte Druck-Sollwerte vorge- geben haben. Dadurch wird erreicht, daß möglichst viele Motoren mit Vollast laufen und möglichst immer nur ein Motor oder ein anderer Verbraucher-6 Schwachgasangebots-oder Heizwertschwan- kungen ausregelt. Fällt ein Schwachgaserzeuger aus (Formalin- anlage 1', 1"), so erfolgt ein gestaffeltes Zurückregeln der Verbraucher.

Durch diese überraschend geglückte Kombination von modernsten Technologien steht nun ein neuartiges Produktionsverfahren für Formalin zu Verfügung, bei dem nicht gleichzeitig Strom und Dampf verbraucht sondern beide in Überschuß erzeugt werden.