DE102007004294A1 - Process and device for the production of energy, fuels or chemical raw materials using CO2-neutral biogenic feedstocks - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung von Energie, Treibstoffen und/oder chemischen Rohstoffen, umfassend die Schritte: - allothermes Wasserdampfvergasen von nachwachsenden Rohstoffen und/oder von Restgasen der Folgeprozesse durch einen Impulsbrenner; - Gasreinigung; - Gaskühlung; - Gasverdichtung auf die für d zur Konvertierung des CO zu H2, Anpassung des H2/CO-Verhältnisses des rohen Bio-Synthesegases an die Erfordernisse des/der - Gasreinigung, Entfernung von Spurenstoffen, die Katalysatorgifte für die nachfolgenden Prozessstufen sind; beispielhaft beschrieben nach dem Rectisol-Prozess; - Erzeugung eines oder mehrerer der folgenden Produkte: Methanolsynthese zur Erzeugung von Methanol als Treibstoff und Rohstoff für chemische Produkte und Treibstoff; Fischer-Tropsch-Synthese und Aufarbeitung der Produkte zu Treibstoff; Erzeugung von H2 auf der Basis von Bio-Synthesegas.Process for the production of energy, fuels and / or chemical raw materials, comprising the steps of: - allothermic water vapor gasification of renewable raw materials and / or residual gases of the subsequent processes by a pulse burner; - gas purification; - gas cooling; Gas compression to that for d for conversion of CO to H2, adaptation of the H2 / CO ratio of the crude biosynthesis gas to the requirements of the gas purification, removal of trace substances which are catalyst poisons for the subsequent process stages; exemplified by the Rectisol process; - production of one or more of the following products: methanol synthesis for the production of methanol as fuel and raw material for chemical products and fuel; Fischer-Tropsch synthesis and processing of the products into fuel; Generation of H2 on the basis of biosynthesis gas.
Description
Gebiet der Erfindung:Field of the invention:
Die Entwicklung thermischer Vergasungsverfahren hat im Wesentlichen drei unterschiedliche Vergasertypen hervorgebracht, den Flugstromvergaser, den Festbettvergaser und den WirbelschichtvergaserThe Development of thermal gasification processes has essentially produced three different carburetor types, the entrained flow gasifier, the fixed bed gasifier and the fluidized bed gasifier
Für die kommerzielle Vergasung von Biomassen wurden in erster Linie der Festbettvergaser und der Wirbelschichtvergaser weiterentwickelt.For The commercial gasification of biomasses were primarily the fixed bed gasifier and the fluidized bed gasifier further developed.
Von den vielen unterschiedlichen technischen Ansätzen im Bereich der Festbettvergasung sei an dieser Stelle das Carbo-V-Verfahren exemplarisch dargestellt.From the many different technical approaches in the field the fixed bed gasification is at this point the Carbo-V process exemplified.
Literatur
für Wirbelschichtvergasung die Bestandteil dieser Anmeldung
ist kann der folgenden Literatur entnommen werden:
Literatur
für Zirkulierende Wirbelschicht im Verbundsystem die Bestandteil
dieser Anmeldung ist kann der folgenden Literatur entnommen werden:
Literatur
für Kombination Festbett (Drehrohr) die Bestandteil dieser
Anmeldung ist kann der folgenden Literatur entnommen werden:
Literatur
für Kombination für die Festbettvergasung (Schlackeabstichvergaser)
die Bestandteil dieser Anmeldung ist kann der folgenden Literatur entnommen
werden:
Bei dem Carbo-V-Verfahren findet die Vergasung in zwei Stufen statt. Zunächst wird die Biomasse bei 500°C in ihre flüchtigen und festen Bestandteile aufgespalten. Es entsteht ein teerhaltiges Gas und zusätzlich "Holzkohle". Das Gas wird bei Temperaturen von mehr als 1200°C verbrannt, wobei die Teere in CO2 und H2 zerfallen. Mit dem heißen Rauchgas und der Holzkohle wird anschließend ein CO- und H2-haltiges Produktgas erzeugt.at The Carbo-V process gasification takes place in two stages. First, the biomass at 500 ° C in their volatile and solid components split. The result is a tar-containing Gas and additionally "charcoal". The gas is at temperatures burned by more than 1200 ° C, the tars in CO2 and H2 decay. With the hot flue gas and the charcoal Subsequently, a CO and H2-containing product gas is generated.
Aufgrund des hohen technischen und ökonomischen Aufwandes, bedingt durch das hohe Druckniveau (bis 40 bar), sind diese Vergasertypen für die Vergasung von Biomasse (die regional anfällt und bedeutenden Einfluss auf die Kosten für Logistik und Verarbeitung hat) gänzlich ungeeignet.by virtue of the high technical and economic effort, conditional due to the high pressure level (up to 40 bar), these carburettor types are for the gasification of biomass (generated regionally) and significant impact on logistics and processing costs has) completely unsuitable.
Die Wirbelschichtvergaser lassen sich in zwei Verfahren unterteilen, die sich in der Aufwärmung des Wirbelbettes unterscheiden, den Zirkulierenden Wirbelschichtvergaser und den stationären Wirbelschichtvergaser.The Fluidized bed gasifiers can be subdivided into two processes, which differ in the warming up of the fluidized bed, the circulating fluidized bed gasifier and the stationary fluidized bed gasifier.
Literatur
für Enstschwefelung in einer Wirbelschichtvergasung die
Bestandteil dieser Anmeldung ist kann der folgenden Literatur entnommen
werden:
In Güssing (Österreich) wurde Anfang 2002 eine allotherme, zirkulierende Wirbelschicht-Vergasungsanlage in Betrieb genommen. Die Biomasse wird in einer Wirbelschicht mit Dampf als Oxidationsmittel vergast. Zur Wärmebereitstellung für den Vergasungsprozess wird ein Teil der in der Wirbelschichtentstehenden Holzkohle in einer zweiten Wirbelschicht verbrannt. Durch die Vergasung unter Dampf wird ein Produktgas erzeugt. Nachteilig wirken sich die hohen Anschaffungskosten der Anlagentechnik und ein überhöhter Aufwand für die Prozessregelung aus.In Güssing (Austria) became an allotherme in early 2002, circulating fluidized bed gasification plant put into operation. The biomass is in a fluidized bed with steam as the oxidant gassed. For heat supply for the gasification process Part of the charcoal produced in the fluidized bed is in burned a second fluidized bed. By the gasification under Steam, a product gas is generated. The disadvantages are the high ones Acquisition costs of the system technology and an inflated Expense for the process control.
Der Anmelder hat zur Überwindung der Probleme des Standes der Technik bereits einige Anmeldungen auf dem Gebiet hinterlegt, deren Offenbarungsgehalt Bestandteil dieser Anmeldung ist. Bei diesen Anmeldungen handelt es sich um die 10 2006 017 353.8, 10 2006 017 355.4, 10 2006 019 999.5, 10 2006 022 265.2, 10 2006 039 622.7.Of the Applicant has to overcome the problems of the state of Technique already filed some applications in the field, whose Disclosure content is part of this application. In these Applications are the 10 2006 017 353.8, 10 2006 017 355.4, 10 2006 019 999.5, 10 2006 022 265.2, 10 2006 039 622.7.
Aus diesen Anmeldungen ist bekannt, dass die vorliegenden die Biomasse ebenfalls in einer Wirbelschicht mit Dampf als Reaktions- und Fluidisiermedium vergast. Allerdings handelt es sich hier um eine stationäre Wirbelschicht mit zwei eigens entwickelten Impulsbrennern, die einen indirekten Wärmeeintrag in das im Reaktor befindliche Wirbelbett ermöglichen. Im folgenden wird dieses Verfahren als SPOT-Verfahren bezeichnet.From these applications it is known that the present gasification of the biomass also in a fluidized bed with steam as the reaction and fluidizing medium. However, this is a stationary fluidized bed with two specially developed flared pulse burners, which allow an indirect heat input into the fluidized bed located in the reactor. In the following, this method is referred to as SPOT method.
Der Vorteil im Vergleich zum Festbettvergaser und zur zirkulierenden Wirbelschicht ist das Fehlen ausgeprägter Temperatur- und Reaktionszonen. Die Wirbelschicht besteht aus einem inertem Bettmaterial. Dadurch werden ein gleichzeitiger Ablauf der einzelnen Teilreaktionen und eine homogene Temperatur (ca. 800°C) gewährleistet. Das Verfahren ist nahezu drucklos (bis max. 0,5 bar) und ist somit technisch problemlos umsetzbar. Es zeichnet sich durch eine hohe Wirtschaftlichkeit aus. Die Anschaffungskosten liegen unter den vorgenannten Vergasertypen.Of the Advantage compared to the fixed bed carburetor and the circulating Fluidized bed is the absence of pronounced temperature and Reaction zones. The fluidized bed consists of an inert bed material. This will be a simultaneous flow of the individual partial reactions and a homogeneous temperature (about 800 ° C) guaranteed. The process is almost without pressure (up to a maximum of 0.5 bar) and is thus technically easy to implement. It is characterized by a high Economy out. The acquisition costs are below the aforementioned carburettor types.
Ausgangspunkt für eine weitergehende Nutzung als Treibstoff ist das mittelkalorische Gas aus der Bio-Synthesegasanlage (auf der Basis nachwachsender Rohstoffe), das nach der Entstaubung und dem Auswaschen kondensierbarer Kohlenwasserstoffe (ÖL-Quench) über einen Turboverdichter auf ca. 20 bar verdichtet und durch die folgenden Prozessschritte veredelt werden kann:starting point for further use as fuel is the medium calorie Gas from the bio synthesis gas plant (based on renewable Raw materials), which becomes more condensable after dedusting and washing out Hydrocarbons (oil quench) via a turbo compressor on compressed about 20 bar and refined by the following process steps can be:
Verfahrenmethod
Als Ergebnis bleibt festzuhalten, dass das erfindungsgemäße Verfahren auf der Grundlage des Synthesegases in der Lage ist, aus 100 to Biomasse 23 to hochwertigen Treibstoff herzustellen.When Result remains to be noted that the inventive Process based on the synthesis gas is able to off 100 to biomass 23 to produce high quality fuel.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechenden Vorrichtungen bedingen eine Reinigung des erzeugten Synthesegases, um dieses in den eigens entwickelten Impulsbrennern (einschließlich Pilotbrenner) energetisch umzusetzen. Das System basiert auf der „In-Situ-Entfernung" der gasförmigen Schadstoffe im Reaktionsraum des Dampfumwandlers oder unmittelbar in der entsprechenden Gasstrecke.The inventive method and the corresponding Devices require a purification of the generated synthesis gas, to do this in specially designed pulse burners (including Pilot burner) energetically implement. The system is based on the "in-situ removal" the gaseous pollutants in the reaction space of the steam converter or directly in the corresponding gas line.
Die aus dem Produktgas zu entfernenden Schadstoffkomponenten (Schwefel-) werden beim Vergasungsprozess direkt freigesetzt. Wesentlicher Bestandteil des vorliegend beschriebenen Verfahrens ist die direkte chemisch Bindung dieser mit den aus den Einsatzstoffen freigesetzten Komponenten durch die Zufügung des Adsorbens in den Vergasungsreaktor. Diese unmittel bare Adsorbtion sofort nach Freisetzung der Schadstoffkomponenten wird als „In-Situ" Gasreinigung (im Falle der Entfernung schwefelhaltiger Komponenten als Entschwefelung) bezeichnet. Die fragliche Schwefelkomponente wird damit direkt am Ort der Entstehung, d. h. in der Reaktionszone der Vergasung mittels des Additivs (praktisch während der Entstehung) adsorbiert, der Schwefel (bzw. die Homologen Selen und Telur) reagieren dabei zu den Sulfiden, Seleniden und Teluriden. Diese Verfahrensweise ist aus Anwendungen in Verbrennungsprozessen und ähnlichen Vergasungsverfahren bekannt (Lit.: 6; 7). Ähnliche Prozesse sind für andere Verbrennungen und Vergasungen in der Literatur beschrieben worden.The from the product gas to be removed pollutant components (sulfur) are released directly during the gasification process. Essential part of the presently described process is the direct chemical Bonding of these with the components released from the starting materials the addition of the adsorbent in the gasification reactor. These Immediate Adsorbtion immediately after release of the pollutant components is called "in-situ" gas cleaning (in the case of removal sulfuric Components as desulfurization). The sulfur component in question is thus directly at the place of origin, d. H. in the reaction zone the gasification by means of the additive (practically during the Origin) adsorbed, the sulfur (or the homologues selenium and Telur) react to the sulphides, selenides and telurids. This procedure is from applications in combustion processes and similar gasification processes known (Ref .: 6; 7). Similar Processes are for other burns and gassings described in the literature.
In einem ersten Schritt ist das Ziel, die schwefelhaltigen Gaskomponenten (in der Hauptsache H2S) mit Hilfe von Zuschlagsmaterialien wie Kalkstein, Dolomit oder ähnlichen aufbereiteten beziehungsweise natürlich vorkommende Zuschlagsstoffen zu entfernen.In a first step is the goal, the sulfur-containing gas components (mainly H2S) with the help of aggregate materials such as limestone, Dolomite or similar recycled or natural to remove occurring aggregates.
Neben der Entfernung schwefelhaltiger Komponenten lässt sich diese Methode auch anwenden für die den Schwefel begleitenden Stoffe der gleichen Hauptgruppe des Periodensystems Se (Selen) und Te (Telur).Next the removal of sulfur-containing components can be apply this method also for the substances accompanying the sulfur the same main group of the periodic table Se (selenium) and Te (Telur).
Untersuchungen an diesen Verfahren zeigen, dass bei den im Dampfspalter vorherrschenden Reaktionstemperaturen auf Grund der thermodynamischen Stabilität die Schadstoffe Schwefel, Telur Selen mit hoher Effizient direkt abgeschieden werden, während die Adsorption von Chlor einmal reaktivere Adsorbentien verlangt und eine Anpassung an die Reaktionstemperaturen. Die gasförmigen sich bei der Umsetzung der Einsatzstoffe bildenden (In Situ) Schadstoffkomponenten werden an den Feststoffpartikeln der Adsorbentien in Form einer Zweiphasenreaktion (Gas – Feststoff) durch Konvektion und Diffusion der Schadstoff an das Adsorbenspartikel transportiert und reagieren dort zu einem thermodynamisch stabilen Salz. Diese Partikeln werden mit der Asche ausgeschleust oder zum Teil in den im Gasweg nachgeschalteten Gasreinigungsstufen, insbesondere im Multizyklon und den Sintermetall-Feinfiltern abgeschieden und dort selektiv ausgeschleust.investigations These methods show that the reaction temperatures prevailing in the steam splitter due to the thermodynamic stability of the pollutants Sulfur, telur selenium can be deposited directly with high efficiency, while the adsorption of chlorine once more reactive adsorbents requires and an adaptation to the reaction temperatures. The gaseous themselves in the conversion of the input materials forming (in situ) pollutant components be on the solid particles of the adsorbents in the form of a Two - phase reaction (gas - solid) by convection and Diffusion of the pollutant transported to the adsorbent particle and react there to a thermodynamically stable salt. These Particles are discharged with the ash or partly in the in the gas path downstream gas purification stages, in particular in Multicyclone and the sintered metal fine filters deposited and there selectively removed.
Im zweiten Schritt ist das Ziel, die Absorption respektive Entfernung von Chlor, das als Chlor Radikal vorliegt und aus organischen Chlorverbindungen stammt. Andere Chlorverbindungen (z. B. die Chlorsalze Chloride) sind im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens weniger relevant.in the second step is the goal, the absorption respectively the distance of chlorine, which is present as chlorine radical and comes from organic chlorine compounds. Other chlorine compounds (eg the chlorine salts chlorides) are in the Meaning of the method according to the invention less relevant.
Das Verfahren lässt sich auf die Gruppe der Halogene (Cl, J, Br, F) entsprechend der thermodynamischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten ausweiten.The Method can be applied to the group of halogens (Cl, J, Br, F) according to the thermodynamic properties of the individual Expand components.
Die Adsorbentien oder Reaktanten werden prozesstechnisch an der für die jeweilige Aufgabe geeignetsten Stelle eingebracht. Neben einer direkten Aufgabe entweder als Zuschlag zum Einsatzstoff oder der direkten Dosierung in den Dampfumwandler ist die Eindüsung in den externen Zyklon zielführend, insbesondere um für den Fall der Chlorabsorption geeignete Reaktionsbedingungen vorzufinden.The Adsorbents or reactants are process engineering at the for the respective task most appropriate place introduced. In addition to one direct task either as a supplement to the input material or the direct metering into the steam converter is the injection in the external cyclone purposeful, especially for find the case of chlorine absorption suitable reaction conditions.
Generell erfolgt die Regelung der Dosierung von Additiven entweder über eine Verhältnisregelung mit variablem Verhältnis zwischen Einsatzstoff und Additiv oder über eine Trimm-Back-Regelung, wobei die Führungsgröße die im Synthesegas gemessene Schadstoffkonzentration reflektiert.As a general rule is the regulation of the dosage of additives either over a ratio control with variable ratio between feedstock and additive or via a trim-back control, where the reference variable is the synthesis gas measured pollutant concentration reflects.
Die Abscheidung der Staubanteile als weiterer Schritt im Synthesegas stellt besondere Anforderungen an die Abscheidung des extrem feinen, hoch kohlenstoffhaltigen Staubes. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt nach Zwischenkühlung auf Temperaturen zwischen 150 und 700°C (oberhalb des Taupunktes des Synthesegases) die Entstaubung in einem Multizyklon und einer nachgeschalteten Batterie von Sintermetallfiltern.The Separation of the dust particles as a further step in the synthesis gas places special demands on the deposition of the extremely fine, high carbonaceous dust. In the context of the invention Process takes place after intermediate cooling to temperatures between 150 and 700 ° C (above the dew point of the synthesis gas) the dedusting in a multi-cyclone and a downstream Battery of sintered metal filters.
Diese Gasreinigungsstufe (Entstaubung) besteht aus einem Multizyklon als Vorreingungsstufe und nachgeschaltet einer Filtereinheit. Der Multizyklon besteht aus einer Batterie von kleinen Zyklonen, die in einem Gehäuse auf einer Trägerplatte befestigt sind. Das eintretende Produktgas (das Staub und Adsorbens enthält), verteilt sich entsprechend der Strömungswiderstände nahezu gleichmäßig auf die einzelnen Elemente des Multizyklons. In diesen Elementen erfolgt die Abrennung eines Teilstrom des Staubes (zusammen mit dem Adsorbens). Das Gas verlässt den Apparat, der Staub sammelt sich zusammen mit dem ebenfalls abgeschiednen Adsorbens im Trichter des Apparates, von wo aus die abgeschiednen Substanzen ausgeschleust werden.These Gas purification stage (dedusting) consists of a multi-cyclone as Vorreingungsstufe and downstream of a filter unit. The multicyclone consists of a battery of small cyclones housed in a housing are mounted on a support plate. The entering Product gas (containing dust and adsorbent), distributed almost corresponding to the flow resistances evenly on the individual elements of the multi-cyclone. In these elements, the separation of a partial stream of dust occurs (together with the adsorbent). The gas leaves the apparatus, the dust collects together with the also deposited Adsorbent in the funnel of the apparatus, from where the deposited Substances are discharged.
Die zweite Stufe diese heißen Gasreinigung und Entstaubung besteht aus Feinfiltern mit Sintermetallkerzen. An diesen bildet sich an den Kerzen von den in der Multizyklonstufe nicht abgeschiedenen Staub- und beladenen Adsorbensanteilen ein Filterkuchen, der neben der Staubabscheidung insbesondere im Falle der Abscheidung von Chlor – haltigen Schadstoffen ohne deutliche Erhöhung der Schadstoffadsorption bewirkt. Außerdem besteht die Möglichkeit nochmals gezielt Adsorbens in diesen Bereich zu dosieren. Schichtdicke und die niedrige Durchströmungsgeschwindigkeit des Kuchens sind dabei wesentliche Parameter.The second stage this hot gas cleaning and dedusting consists of fine filters with sintered metal candles. At these forms on the candles of those not deposited in the multicyclone stage Dust and loaded Adsorbensanteilen a filter cake, the next the dust separation, in particular in the case of the deposition of chlorine - containing Pollutants without significant increase in pollutant adsorption causes. There is also the possibility again targeted to dose adsorbent in this area. Layer thickness and the low flow rate of the cake are essential parameters.
Überblick über die Erfindung:Overview of the invention:
Die vorliegende Erfindung hat die Erzeugung von Chemierohstoffen, Treibstoffen und Energie aus nachwachsenden Rohrstoffen mittels dem in anderen Anmeldungen beschriebenen SPOT Verfahren zum Gegenstand.The The present invention has the production of chemical raw materials, fuels and energy from renewable raw materials by means of other applications Subject to the described SPOT procedure.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.Solved This object is achieved by a method and a device with the features of the independent claims.
Das zu Grunde liegende Vergasungsverfahren der allothermen Wasserdampfvergasung mit Impulsbrenner ist für die unterschiedlichsten Typen von nachwachsenden Rohstoffen geeignet, unter anderem für die von SPOT patentierten Power Greenies, um durch chemische Synthese zur Herstellung von Treibstoffen, Chemie-Produkten und als Einsatzstoff zur Erzeugung von Energie, Verbrennung in Kesseln, Gasturbinen oder Wärmekraftmaschinen mit innerer Verbrennung geeignetes ebenda beschriebenes Bio-Synthesegas zu konvertieren.The Underlying gasification processes of allothermal steam gasification with impulse burner is for the most different types suitable for renewable raw materials, including for SPOT's patented Power Greenies for chemical synthesis for the production of fuels, chemical products and as a feedstock for Generation of energy, combustion in boilers, gas turbines or Heat engines with internal combustion suitable to convert the described biosynthesis gas.
Das SPOT-Verfahren erlaubt in großem Stil aus nachwachsenden Rohstoffen bzw. Biomassen Energie, Treibstoffe und chemische Zwischenprodukte zu erzeugen, die ihrerseits wiederum Ausgangssubstanz für die gesamte Palette der heute auf der Basis der Erdölchemie hergestellten Produkte ist. Die in der folgenden Beschreibung aufgezeigten vorgeschlagenen Prozess-Routen stehen damit exemplarisch für die Möglichkeiten, sind aber auch die Schlüsselprozesse, die die Schnittstelle zwischen den erneuerbaren Ressourcen und den weiteren chemischen Prozessen auf der Grundlage eines geschlossenen Kreislaufes bilden.The SPOT procedure allowed on a large scale from renewable Raw materials or biomass Energy, fuels and chemical intermediates which in turn is the starting substance for the entire range of today based on the petrochemistry manufactured products. The indicated in the following description proposed process routes are thus exemplary for the possibilities, but also the key processes, the interface between the renewable resources and the other chemical processes based on a closed Form a cycle.
Einsatzstoffe sind alle Renewable Ressourcen, die sich, und das ist die einzige theoretische Einschränkung, auf Restfeuchtgehalte auf vorzugsweise unter 35% Masse bringen lassen – mit einem energetischen Aufwand, der deutlich geringer ist als die in Substanz gebundene, chemische Energie oder der entsprechende Brennwert. Ungeeignet ist der Prozess damit, bedingt durch die grundsätzlichen Reaktionsbedingungen, für stark wässrige, nur wenig Masseprozent an Feststoffen enthaltenden Biomassen (z. B. Gülle).feedstocks All resources are renewable, and that's the only one theoretical limitation, to residual moisture content on preferably below Bring 35% mass - with an energy expenditure, which is significantly lower than the substance bound, chemical Energy or the corresponding calorific value. Unsuitable is the process thus, due to the basic reaction conditions, for very watery, only a few percent by mass Biomass containing solids (eg manure).
Die übrigen erneuerbaren Biomassen, Power Greenies, Futtermittel auch Pflanzenabfälle, Holz aller Sorten und Arten lassen sich mit diesem Prozess, die spezifischen Anpassungen z. B. der Einsatzstoffaufbereitung und des Eintrages in den Vergasungsreaktor und des Bettmanagements sind marginal, zu einem umfänglich einsetzbaren Zwischenprodukt umsetzen. Die Durchführung des Vergasungsverfahrens als allothermer Vergasungsprozess erlaubt darüber hinaus höchst effizient ein Synthesegas zu erzeugen, dass ansonsten nur durch Vergasung mittels Sauerstoff zur Verfügung steht. Letzterer Weg führt über die technisch aufwendige, energetisch durch die thermodynamischen Umwandlungsprozesse wirkungsarmen Erzeugung von elektrischer Energie und der anschließenden Produktion von Sauerstoff.The remaining renewable biomass, power greenies, feed also plant waste, wood All varieties and species can be identified with this process, the specific Adjustments z. B. the feed preparation and the entry in the gasification reactor and bed management are marginal, to implement a circumferentially usable intermediate. Carrying out the gasification process as allothermer Gasification process also allows the highest to efficiently produce a synthesis gas that otherwise only through Gasification by means of oxygen is available. The latter way leads over the technically complex, energetic through the thermodynamic conversion processes, efficient generation of electrical energy and the subsequent production of oxygen.
Diese Konzeption erlaubt somit alle zur Produktion benötigten Energien CO2-neutral, – d. h. als Netto CO2 Verbraucher – auszuführen durch z. B. Harnstoffsynthese oder modernere Varianten der Fischer-Tropsch-Methanolsynthese, durch die der CO2-Anteil des Synthesegases erhöht und dieser Anteil an CO2 mit umgesetzt wird, herzustellen.This concept therefore allows all energies required for production to be CO2-neutral, ie as a net CO2 consumer, by As urea synthesis or more modern variants of the Fischer-Tropsch methanol synthesis, by the Increased CO2 content of the synthesis gas and this proportion of CO2 is reacted to produce.
Die im Folgenden beschriebenen Erfindungen beschäftigen sich mit der der Schaltung der Prozessrouten, die es erlauben, das Bio-Synthesegas des SPOT-Vergasers zur Erzeugung von Energie, Treibstoffen und chemischen Produkten einzusetzen. Diese Routen zeichnen sich durch die integrierte Nutzung des Purge Gases (im wesentlichen Methan) als Brennstoff zur Erzeugung der Reaktionswärme des Vergasungsprozesses im SPOT-Vergasungsverfahren, durch energetische Effizienz und hohe stoffliche Nutzung der Einsatzstoffe aus.The inventions described below deal with the circuit of the process routes that allow the biosynthesis gas of the SPOT carburetor for the production of energy, fuels and chemical Use products. These routes are characterized by the integrated Use of the purge gas (essentially methane) as fuel for generating the heat of reaction of the gasification process in the SPOT gasification process, through energy efficiency and high material use of the input materials.
Im Einzelnen werden folgende Punkte betrachtet:
- 1. Nutzung von Restgasen (Off-Gasen, Purge-Gasen) der Folgeprozesse (Down-Stream Prozessen) als Brennstoff für die Impulsbrenner;
- 2. Mechanische Gasreinigung und Feinstentstaubung mit integrierter Kühlung;
- 3. Gas-Quench und Gaskühlung mit Entfernung kondensierbarer Spurenanteile im Bio-Synthesegas;
- 4. Gasverdichtung auf die für die Folgeprozesse notwendigen Druckstufe;
- 5. Produktion von Einsatzstoffen zur Energieerzeugung (Wasserstoff), synthetischen Treibstoffen und diverse chemische Produkte über direkte Synthese oder mit Methanol als Zwischenprodukt durch: 5.1 Shift Reaktion zur Konvertierung des CO zu H2, Anpassung des H2/CO Verhältnisses des rohen Bio-Synthesegases an die Erfordernisse des/der Folgeprozesse(s); 5.2 Gasreinigung, Entfernung von Spurenstoffen, die Katalysatorgifte für die nachfolgenden Prozessstufen sind; beispielhaft beschrieben nach dem Rectisol-Prozess; 5.3 Erzeugung von Methanol als Treibstoff und Rohstoff für chemische Produkte und Treibstoff; 5.4 Fischer-Tropsch-Synthese und Aufarbeitung der Produkte zu Treibstoff; 5.5 Erzeugung von H2 auf der Basis Bio-Synthesegas nach verschiedenen Prozessrouten (Anm.: mit/ohne CO-Shift, chemische Wäsche, Tieftemperatur oder PSA Gastrennung) 5.6 Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen zur Erzeugung von elektrischer Energie (Anm.: einschließlich Abwärmenutzung mittels Dampfturbinenprozess) 5.7 Erzeugung von Ammoniak auf der Basis des H2 des Bio-Synthesegases, Umsetzung des Ammoniak durch Addition an CO2 zu Harnstoff und anderen Produkten
- 6. Erzeugung von elektrischer Energie durch Verbrennung des Bio-Synthesegases in: 6.1 der Brennkammer einer Gasturbine, Abhitzenutzung und Wärmekraftkopplung; Erzeugung von Strom und Nutzwärme; 6.2 einem Kessel zur Dampferzeugung, Nutzung des Dampfes durch Dampfturbine und Wärmekraftkopplung, Erzeugung von Strom und Nutzwärme; 6.3 dem Gasmotor zur Erzeugung von mechanischer Energie (Antrieb z. B. von Schiffen) oder Erzeugung von Strom mit Hilfe von Wärmekraftmaschinen mit innerer Verbrennung einschließlich Nutzung der Restwärme der Rauchgase durch einen nachgeschalteten Dampfturbinen-Prozess;
- 1. Use of residual gases (off-gases, purge gases) of the downstream processes (down-stream processes) as fuel for the pulse burners;
- 2. Mechanical gas cleaning and fine dedusting with integrated cooling;
- 3. gas quenching and gas cooling with removal of condensable trace amounts in the biosynthesis gas;
- 4. Gas compression to the pressure required for the subsequent processes pressure stage;
- 5. Production of input materials for power generation (hydrogen), synthetic fuels and various chemical products via direct synthesis or with methanol as an intermediate: 5.1 Shift reaction for the conversion of CO to H2, adaptation of the H2 / CO ratio of the crude biosynthesis gas to the Requirements of the follow-up process (s); 5.2 gas purification, removal of trace substances that are catalyst poisons for the subsequent process stages; exemplified by the Rectisol process; 5.3 production of methanol as fuel and raw material for chemical products and fuel; 5.4 Fischer-Tropsch synthesis and processing of the products into fuel; 5.5 Generation of H2 based on Bio-Synthesis gas according to different process routes (Note: with / without CO shift, chemical scrubbing, low temperature or PSA gas separation) 5.6 Use of hydrogen in fuel cells to generate electrical energy (Note: including waste heat recovery by means of Steam turbine process) 5.7 Generation of ammonia based on the H2 of the biosynthesis gas, conversion of the ammonia by addition of CO2 to urea and other products
- 6. Generation of electrical energy by combustion of the biosynthesis gas in: 6.1 the combustion chamber of a gas turbine, waste heat utilization and thermal power coupling; Generation of electricity and useful heat; 6.2 a boiler for steam generation, use of steam by steam turbine and combined heat and power, generation of electricity and useful heat; 6.3 the gas engine for the generation of mechanical energy (propulsion of ships, for example) or the generation of electricity by means of internal combustion heat engines, including the use of the residual heat of the flue gases through a downstream steam turbine process;
Figurenbeschreibung:Brief Description:
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen:Detailed description of the embodiments:
Es
erfolgt eine Beschreibung der einzelnen Prozesse der modular aufgebauten
Prozess-Routen zur Erzeugung von Energie, synthetischen Treibstoffen,
Wasserstoff und Chemie-Produkten auf Basis Bio-Synthesegas, wie
sie aus den
Die Nutzung von Restgasen (Off-Gasen, Purge-Gasen) der Folgeprozesse (Down-Stream Prozessen) als Brennstoff für die Impulsbrenner wird im Folgenden diskutiert.The Use of residual gases (off-gases, purge gases) of the subsequent processes (Down-stream processes) as fuel for the pulse burner will be discussed below.
Die Ausführung der SPOT-Vergasungsanlage erlaubt den Einsatz der bei den innerhalb der im Folgenden beschriebenen Prozess-Routen entstehenden, heizwertreichen Off-Gasen, wie sie bei besagten Prozessen als Restgase oder Purge-Gase von Kreisläufen anfallen, als Brennstoff für das Impulsbrenner-System (Impulsbrenner und integrierte Pilotbrenner) einzusetzen.The Execution of the SPOT gasification plant allows the use in the process routes described below resulting, high calorific off-gases, as in said processes arise as residual gases or purge gases from cycles, as fuel for the impulse burner system (impulse burner and integrated pilot burners).
Ergebnis
dieser Maßnahme ist die Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades
der Prozessschritte und die optimale Nutzung des eingesetzten nachwachsenden
Rohstoffes. Das heizwertreiche Off-Gas wird zur Erzeugung der notwendigen
Reaktionswärme genutzt. Die Impulsbrenner und die integrierten
Pilotbrenner sind zu diesem Zwecke mit mehreren unabhängigen
Versorgungssträngen für die unterschiedlichen
Brenngase und Abgase ausgerüstet. Durch diese Einbindung
der Off-Gase werden die Prozesse zu einem integrierten Element des
SPOT Vergasers, die Prozessschritte zu einer direkt unverwechselbar
verbundenen Einheit. (siehe
Die technische Ausrüstung erlaubt für das Anfahren den Normalbetrieb der Vergasungsanlage mit Bio-Synthesegas, Erdgas und Propan sowie den verschiedenen Abgasen der Folgeprozesse. Das Konzept erlaubt auch bei parallel geschalteten Vergasern das Anfahren mit Hilfe von Bio-Synthesegas aus den parallelen Vergasern.The technical equipment allowed for starting the normal operation of the gasification plant with biosynthesis gas, natural gas and propane and the various exhaust gases of the subsequent processes. The concept allows starting even with carburetors connected in parallel Help of bio-synthesis gas from the parallel carburettors.
Der Einsatz einer Mechanische Gasreinigung und Feinentstaubung mittels Multizyklon und Sintermetallfilter (Gaskonditionierung vor Verdichtung des Bio-Synthesegases in Turboverdichtern) ist dabei vorgesehen.Of the Use of a mechanical gas cleaning and dedusting by means of Multicyclone and sintered metal filter (gas conditioning before compression the bio-synthesis gas in turbocompressors) is provided.
Es ist eine Verdichtung des Bio-Synthesegases erforderlich und in Folge aus thermodynamischen und maschinentechnischen Erfordernissen heraus die Abkühlung des Produktgases auf einen Temperaturbereich vorzugsweise unter 100°C erforderlich. In diesem Temperaturbereich kondensieren, insbesondere im Anfahrbetrieb, die in Spuren im Bio-Synthesegas vorhandenen kondensierbaren Kohlenwasserstoffe aus.It a compaction of the biosynthesis gas is required and in consequence due to thermodynamic and mechanical requirements the cooling of the product gas to a temperature range preferably below 100 ° C required. In this temperature range condense, especially in start-up operation, in traces in the biosynthesis gas existing condensable hydrocarbons.
Das
folgend beschriebene Konzept, die mechanische Reinigung des Bio-Synthesegases
in der (
Die
mechanische Gasreinigung ist ein wichtiger Punkt der hierbei zu
beachten ist. Die Abscheidung der Staubanteile des Bio-Synthesegases
stellt besondere Anforderungen an die Abscheide-Einrichtungen, wegen
des extrem feinen, kohlenstoffhaltigen Staubes. Im Rahmen des SPOT-Verfahrens
erfolgt nach der Zwischenkühlung des Bio-Synthesegases
auf vorzugsweise 250 bis 450°C (Design 310°C)
die Abkühlung auf Temperaturen zwischen vorzugsweise 150°C
und 200°C (Design 170°C) und die mechanische Entstaubung
in einem Multizyklon und einer nachgeschalteten Batterie von Sintermetallfiltern.
(siehe
Das Quenchen und die Gaskühlung zur Entfernung kondensierbarer Spurenanteile im Bio-Synthesegas (Gaskonditionierung vor Verdichtung des Bio-Synthesegases in Kolben – oder Turboverdichtern) ist ein weiterer Ansatz zur optimierten Nutzung des Systems.The Quenching and gas cooling to remove condensable Trace content in the bio-synthesis gas (gas conditioning before compression of the biosynthesis gas in piston or turbo compressors) is another approach to optimized use of the system.
Nach der oben beschriebenen mechanischen Reinigungsstufe wird das Gas zweistufig durch Quench und durch direkte Gegenstromkühlung im Waschturm auf Temperaturen bevorzugt unter 100°C gekühlt. Dieser zweistufige Prozess gliedert sich in die Verdunstungskühlung in der Quench, die mit Öl oder anderen geeigneten nicht wässrigen Medien betrieben wird, und der anschließenden Kühlung im Waschturm auf, wobei das Kühlmittel im Gegen-Gleich-, oder Kreuzstrom geführt werden kann. Quenchen steht für eine Einspritzkühlung.To The mechanical cleaning step described above becomes the gas two-stage by quench and by direct countercurrent cooling in the Wash tower cooled to temperatures preferably below 100 ° C. This two-stage process is divided into evaporative cooling in the quench, not with oil or other suitable aqueous media, and the subsequent Cooling in the scrubbing tower, the coolant can be performed in counter-DC, or cross-current. quenching stands for an injection cooling.
Das Gas wird in die Quench eingeleitet, wobei die Anströmung des Prozess-Apparates durch die Einbindung senkrecht von oben, seitlich oder von unten erfolgen kann. Im Quench-Teil dieses Prozesses erfolgt die Beaufschlagung des Gases mit dem Quench-Medium, die Gaskühlung erfolgt hier durch Verdunstungskühlung. Danach wird das Gas in einer Kolonne mit inneren Einbauten und in direktem Kontakt mit dem Kühlmedium weiter gekühlt. Das in der Quench eingespritzte und das in der Wasch- und Kühlkolonne aufgegebene Kühlmittel sammelt sich in Vorlage, die entweder als integrierter Teil der Kolonne oder als separater Behälter ausgeführt ist. Das im Prozess verbrauchte Quench/Kühlmedium wird in dieser Vorlage nachgespeist.The Gas is introduced into the quench, with the flow of the process apparatus by the integration vertically from above, laterally or from below. In the quench part of this process is done the admission of the gas with the quench medium, the gas cooling done here by evaporative cooling. After that it will be Gas in a column with internal internals and in direct contact further cooled with the cooling medium. That in the quench injected and abandoned in the washing and cooling column Coolant collects in template, either as integrated Part of the column or designed as a separate container is. The used in the process quench / cooling medium is refilled in this template.
Dieses
Medium wird über einen Kühlkreislauf mittels Luftkühler
und Wasserkühler geführt und der Waschkolonne
zugeleitet. Neben der in
Das Medium, das auf die Kühl/Waschkolonne aufgegeben wird, gelangt nach Passieren der Einbauten in den Sumpf. Aus diesem Sumpf erfolgt auch die Beaufschlagung der Quench mit Kühlmedium. Dieses Kühlsystem erlaubt die Kühlung des Pumpensumpfes durch Kreislaufführung dieses Stromes.The Medium which is added to the cooling / washing column gets into the sump after passing the internals. Out of this swamp the quench is also supplied with cooling medium. This Cooling system allows the cooling of the pump sump by recycling this stream.
Die im Gas vorhandenen kondensierbaren organischen Anteile werden in dem beschriebenen Prozess gekühlt, abgeschieden und im Wasch/Kühlmedium angereichert. Durch einen nachgeschalteten Demister (Entnebler zur Entfernung von feinen Sprühnebeln) wird der Gasstrom von anhaftendem, mitgerissenem Wasch/Kühlmedium befreit. Das Gas hat dabei durch diesen Prozess das für die nachfolgenden Prozessstufen erforderliche Temperaturniveau.The in the gas existing condensable organic components are in the process described cooled, deposited and in the Enriched washing / cooling medium. Through a downstream demister (Entnebler for the removal of fine spray mist) becomes the gas stream of adhering, entrained wash / cool medium freed. The gas has thereby through this process for the subsequent process stages required temperature level.
In der Vorlage dieser Stufe, d. h. im Wasch/Kühlmedium reichern sich die ausgewaschenen Anteile an Kohlenwasserstoffe und anderen Verunreinigungen an, zur Begrenzung der maximalen Konzentration muss ein Teilstrom aus diesem Kreislauf abgestoßen werden. Dieser Purge-Strom wird zurückgeführt und im Vergaser zusammen mit den Einsatzstoffen zu Bio-Synthesegas umgesetzt.In the submission of this stage, d. H. in the washing / cooling medium the washed-out portions of hydrocarbons and others Impurities, to limit the maximum concentration a partial flow must be expelled from this cycle. This purge stream is recycled and in the gasifier implemented together with the feedstock to bio-syngas.
Das
staub- und kondensatfreie Gas wird der Verdichtungsstufe zugeführt.
(siehe
(please refer
Daraufhin erfolgt eine Gasverdichtung auf die für die Folgeprozesse notwendigen Druckstufen. Die Verdichtung der Prozessstufen richtet sich nach den Anforderungen der nachfolgenden Prozesse und wird dann erforderlich, wenn der Prozessdruck dieser nachfolgenden Prozessstufe über dem der Vergasung liegt, es handelt sich damit um Prozesse mit separater Verdichtung. Diese Stufe kann direkt in die Prozessstufe integriert oder separat ausgeführt werden. Im Einzelnen lassen sich diese Prozesse wie folgt beschreiben:
- • Folgeprozesse auf dem Druckniveau der Vergasungseinheit: Drucklose und nahe atmosphärische Prozesse, wie die Verbrennung des Produktgases in Kesseln oder die Feuerung von Industrieöfen (z. B. Drehrohröfen zur Herstellung von gebranntem Kalk, Zementöfen etc.)
- • Folgeprozesse mit erhöhtem Druck
- • Prozesse mit integrierten Verdichtern (z. B. Turboladern) Als Beispiel sei hier der Einsatz des Bio-Synthesegases in Großmotoren angezeigt, wie sie zum Beispiel als Zweitaktmaschinen dem Antrieb großer Schiffe (Motorengröße zur Zeit bis etwa 100 MW mechanisch) dienen.
- • Prozesse mit externer Verdichtung, um den Synthesegasvordruck auf die für die nachfolgenden Prozesse notwendigen Reaktionsdruck zu heben. Hierzu zählen neben dem erwähnten Einsatz in Gasturbinenanlagen der Einsatz in Syntheseanlagen, die im Regelfall bei einem Druckniveau im Bereich 20 bis 30 bar a betrieben werden
- • Subsequent processes at the pressure level of the gasification unit: Pressure-free and near-atmospheric processes, such as the combustion of the product gas in boilers or the firing of industrial furnaces (eg rotary kilns for the production of quicklime, cement kilns, etc.)
- • Follow-up processes with increased pressure
- • Processes with integrated compressors (eg turbochargers) As an example, the use of biosynthesis gas in large engines is indicated, as they serve as a two-stroke engines, the drive large ships (engine size currently up to about 100 MW mechanical).
- • External compression processes to increase the synthesis gas pressure to the reaction pressure required for subsequent processes. These include, in addition to the mentioned use in gas turbine plants, the use in synthesis plants, which are usually operated at a pressure level in the range 20 to 30 bar a
Die
Ein weiterer Aspekt ist die Produktion von Einsatzstoffen zur Energieerzeugung (Wasserstoff), synthetischen Treibstoffen und Chemie-Produkten über direkte Synthese oder mit Methanol als Zwischenstufe.One Another aspect is the production of input materials for energy production (Hydrogen), synthetic fuels and chemical products direct synthesis or with methanol as an intermediate.
Im Folgenden werden die Prozesse für die Synthese von Benzin über die Methanol-Route und von Diesel über die Fischer-Tropsch-Route, die Erzeugung von H2 auf Basis Bio-Synthesegas sowie weitere Routen zur Erzeugung von chemischen Produkten beschrieben.in the Following are the processes for the synthesis of gasoline the methanol route and diesel over the Fischer-Tropsch route, the production of H2 based on bio-syngas as well as other routes for the production of chemical products.
Neben
der CO-Konvertierung (Crude-Gas-Shift-Reaktion), der Gaswäsche
umfassen die Prozess-Routen jeweils die gesamte Gaserzeugung nach
dem SPOT-Verfahren mit den Reinigungsstufen und der Verdichtung.
Die folgenden Beschreibungen konzentrieren sich im Sinne einer modularen
Betrachtungsweise auf die jeweiligen Kernprozesse. In
Bei der CO-Shift-Reaktion zur Konvertierung des CO zu H2 erfolgt eine Anpassung des H2/CO Verhältnisses des Bio-Synthesegases an die Erfordernisse des Folgeprozesses.at the CO shift reaction for the conversion of CO to H2 is a Adjustment of the H2 / CO ratio of the biosynthesis gas to the requirements of the follow-up process.
Das technische Bio-Synthesegas wird nach Konditionierung, Verdichtung durch Umsetzung eines Anteils des im Gas enthaltenen CO mit Wasser zu H2 und CO2 (homogene Wassergasreaktion) an Katalysatorsystemen, z. B. Eisenoxid-Chromoxid-Katalysatoren oder gleichwertige Katalysatorsysteme, umgesetzt. Diese Konvertierung, die sogenannte Rohgaskonvertierung (Crude-Gas-Shift-Reaktion), hat den Vorteil, dass der im Synthesegas enthaltene Wasserdampf als Reaktionspartner zur Verfügung steht und eine Sättigung des Gases entfällt. Abhängig vom Katalysatorsystem arbeitet der Prozess im Bereich von 200°C bis 500°C. Bei geeigneter Wahl von Reaktionsbedingungen und dem Katalysatorsystem lassen sich sehr geringe Rest CO-Gehalte erzielen.The technical bio-synthesis gas is after conditioning, compression by reacting a portion of the CO contained in the gas with water H2 and CO2 (homogeneous water gas reaction) on catalyst systems, z. For example, iron oxide-chromium oxide catalysts or equivalent catalyst systems, implemented. This conversion, the so-called raw gas conversion (Crude gas shift reaction), has the advantage of being in the synthesis gas contained water vapor as a reactant available is and saturation of the gas is eliminated. Dependent From the catalyst system, the process operates in the range of 200 ° C up to 500 ° C. With a suitable choice of reaction conditions and the catalyst system can achieve very low residual CO levels.
Zur Erzeugung von H2 aus den CO-Anteilen des Bio-Synthesegases wird der gesamte Synthesegasstrom behandelt, zur Erzeugung von Methanol oder Kohlenwasserstoffen nach der Fischer-Tropsch-Synthese wird zur Einstellung eines bestimmten CO/H2 Anteils lediglich ein Teilstrom des Bio-Synthesegas konvertiert.to Generation of H2 from the CO portions of the biosynthesis gas the entire synthesis gas stream is treated to produce methanol or Hydrocarbons after the Fischer-Tropsch synthesis is used for adjustment a certain proportion of CO / H2, only a partial stream of the biosynthesis gas converted.
Ein besonderes Kennzeichen der hier beschriebenen Prozess-Route ist die Möglichkeit über die Anpassung der Betriebsparameter des SPOT-Verfahrens über deren Reaktionsführung das H2 zu CO Verhältnis so zu beeinflussen, dass der zu konvertierende Anteil des Gasstromes minimiert wird.One special feature of the process route described here is the possibility of adjusting the operating parameters the SPOT process on their reaction to influence the H2 to CO ratio so that the to be converted Proportion of gas flow is minimized.
Die
Die Gasreinigung durch physikalische Wäsche (Rectisol) ist ein weiterer Prozessschritt.The Gas cleaning by physical washing (Rectisol) is another process step.
Das Bio-Synthesegas, wie es die Konditionierung und Verdichtungsstufe der nach dem SPOT-Verfahren arbeitenden Anlage und die Crude-Shift-Reaktion verlässt, bedarf vor der weiteren Verarbeitung zu H2, Treibstoffen oder Chemie-Produkten eine an die Anforderung der nachgeschalteten Anlagen angepasste Gasreinigung. Hier spielt insbesondere die Entfernung von Katalysatorgiften und die Einstellung der Stöchiometrie der Reaktionen als Grundlage für die Anforderungen an das Einsatzgas die entscheidende Rolle. Als typischen Vertreter von Prozesseinheiten zur Reinigung von Gasen für die genannten Zwecke wird beispielhaft das Rectisol Verfahren zur physikalischen Wäsche aufgeführt.The Bio-syngas, as is the conditioning and compression stage the plant operating according to the SPOT process and the crude shift reaction leaves, requires before further processing to H2, fuels or chemical products one to the requirement of the downstream Facilities adapted gas cleaning. In particular, the distance plays here of catalyst poisons and the adjustment of stoichiometry the reactions as a basis for the requirements of the Feed gas is the decisive role. As a typical representative of Process units for the purification of gases for the said Purpose is exemplified the Rectisol method for physical Laundry listed.
Diese Verfahren arbeiten nach dem Absorptionsprinzip. Hauptelemente des Prozesses sind der Absorber (Waschturm) und die Regeneratoren. Im Absorber werden die störenden Gasbestandteile im Gegenstrom ausgewaschen und, die Waschflüssigkeit damit beladen. Im Regenerator werden diese Stoffe von der Waschflüssigkeit abgetrennt. Das Eluat wird im Kreislauf geführt und die abgetrennten Produkte werden weiterverarbeitet.These Procedures work according to the absorption principle. Main elements of the Process are the absorber (wash tower) and the regenerators. In the absorber the interfering gas components are washed out in countercurrent and, load the washing liquid with it. In the regenerator These substances are separated from the washing liquid. The eluate is recycled and the separated Products are processed further.
Im folgenden wird das Rectisol Verfahren beschrieben. Mit Hilfe dieses Waschverfahrens lässt sich eine Totalreinigung von Synthesegas durchführen. Als Absorbens dient dabei Methanol. Die Entfernung von Schwefelwasserstoff, organischen Schwefelverbindungen, CO2 (Kohlendioxid), Ammoniak, Blausäure, Harzbilder, höhere Kohlenwasserstoffe (Rohbenzin, Rohbenzol, Eisen- und Metallcarbonyle) und Wasser lassen sich in dieser einen Prozessstufe durchführen. Das unter Mitteldruck von 5 bis 40 bar ü stehende Rohgas wird bei Temperaturen zwischen +10°C und –80°C mit Methanol ausgewaschen. Das beladene Methanol wird durch Entspannen, Evakuieren und Erhitzen regeneriert und anschließend wiederverwendet.in the The following describes the Rectisol process. With the help of this Washing process can be a total purification of synthesis gas carry out. The absorbent used is methanol. The distance of hydrogen sulphide, organic sulfur compounds, CO2 (carbon dioxide), Ammonia, hydrogen cyanide, resin pictures, higher hydrocarbons (naphtha, Crude benzene, iron and Metallcarbonyle) and water can be in perform this one process step. That under medium pressure from 5 to 40 bar ü standing raw gas is at temperatures between + 10 ° C and -80 ° C with methanol washed out. The loaded methanol is released by venting, evacuating and heating regenerated and then reused.
Das Produkt dieser Stufe ist ein Gas mit Synthesereinheit für nachgeschaltete Prozesse wie die Methanolsynthese, die Ammoniaksynthese oder das Hydrocracking-Verfahren. Abhängig von der Zusammensetzung des Rohgases fallen als Nebenprodukte Rohbenzin, reines CO2 (z. B. für die Harnstoffsynthese) und H2S reiches Gas an.The Product of this stage is a gas with synthesis unit for Downstream processes such as methanol synthesis, ammonia synthesis or the hydrocracking process. Depending on the composition of the raw gas fall as by-products of naphtha, pure CO2 (z. For urea synthesis) and H2S rich gas.
Die
Das gereinigte und durch Konvertierung eines Teilstromes auf ein H2/CO – Verhältnis von 2 eingestellte und auf 20 bis 25 bar ü verdichtete Bio-Synthesegas wird im Methanolprozess zu Methanol umgesetzt. Als Prozessroute wird hier das weltweit führende Niederdruckverfahren gewählt. Das katalytische Verfahren arbeitet mit Kreislaufgas zur Steuerung der Reaktionsbedingungen und zur Einstellung der Reaktionstemperatur der stark exothermen Reaktionen. Als Nebenprodukte entstehen Dampf (Abfuhr der Reaktionswärme) und ein Off-Gas. Der Dampf wird zur Versorgung des Prozesses mit elektrischer Energie als Energieträger zur Verdichtung des Bio-Synthesegases eingesetzt, das Off-Gas wird innerhalb der SPOT-Vergasungsprozesses zur Erzeugung der Reaktionswärme des endothermen Prozesses eingesetzt; die Prozess Route wird damit zu einem integrierten Prozess. Die spezifischen Vorteile der skizzierten Prozesskette, mit bedingt durch den Einsatz der wasserstoffreichen nachwachsenden Rohstoffe, liegt in der hohen stofflichen Umsetzung. Als Ergebnis bleibt festzuhalten, dass aus 100 to nachwachsenden Rohstoffen 27 to Methanol erzeugt werden können.The purified and by converting a partial flow to a H2 / CO ratio of 2 set and compressed to 20 to 25 bar ü Bio-synthesis gas is converted to methanol in the methanol process. When The process route becomes the world's leading low-pressure process selected. The catalytic process works with recycle gas for controlling the reaction conditions and for adjusting the reaction temperature the strongly exothermic reactions. By-products are steam (Removal of the reaction heat) and an off-gas. The steam is used to supply the process with electrical energy as an energy source used for compression of the biosynthesis gas, the off-gas is within the SPOT gasification process to generate the heat of reaction used the endothermic process; the process route becomes so to an integrated process. The specific advantages of the outlined Process chain, with due to the use of hydrogen-rich renewable resources, lies in the high material conversion. When The result remains to be noted that 100 tons of renewable resources 27 to methanol can be generated.
Die
Ferner kann eine Weiterverarbeitung des Methanols zu Chemieprodukten erfolgen.Further a further processing of the methanol to chemical products can take place.
Über die Zwischenstufe des Methanols, der für sich alleine gewonnen ein vorzüglicher Treibstoff ist, steht die Palette der Produktionsverfahren zur Erzeugung der Benzine offen. Weitere Synthesen aus dem Bereich der organischen Chemie betonen auch die Rolle dieser Substanz als Zwischenprodukt.about the intermediate of methanol, recovered by itself is an excellent fuel, is the range of Production process for the production of gasoline open. Further syntheses from the field of organic chemistry also emphasize the role of this Substance as an intermediate.
Die Fischer-Tropsch-Synthese zur Erzeugung von Kohlenwasserstoffen ist eine weitere Alternative.The Fischer-Tropsch synthesis for the production of hydrocarbons is another alternative.
Im Folgenden wird die Erzeugung von Diesel über die Fischer-Tropsch-Route beschrieben.in the Following is the production of diesel via the Fischer-Tropsch route described.
Das konditionierte und bezüglich dem CO/H2 und CO2 Restgehalt auf die notwendigen Eingangsbedingungen der Fischer-Tropsch-Synthese eingestellte Gas wird in der katalytischen Fischer-Tropsch-Synthese zu Kohlenwasserstoff umgesetzt. Die am Feststoffkatalysator erfolgende Reaktion läuft im Temperaturbereiche zwischen 200°C und 350°C ab und bei Drücken zwischen 20 und 30 bar ü.The conditioned and with respect to the CO / H2 and CO2 residual content adjusted to the necessary input conditions of the Fischer-Tropsch synthesis Gas becomes hydrocarbon in the catalytic Fischer-Tropsch synthesis implemented. The reaction taking place on the solid catalyst proceeds in the temperature range between 200 ° C and 350 ° C from and at pressures between 20 and 30 bar ü.
Reaktionsgleichungen
hierfür sind:
Aktuelle Entwicklungen zielen darauf ab, auch das im Synthesegas vorhandene CO2 mit H2 zu Methanol umzusetzen.current Developments are aimed at, even those present in the synthesis gas Convert CO2 with H2 to methanol.
Das Produktgas des Fischer-Tropsch-Prozesses fällt als Gemisch an und wird im Regelfall in einem Hydro-Cracker/Produktion Diesel mit höchstem Cetan verarbeitet.The Product gas of the Fischer-Tropsch process is a mixture and is usually used in a hydro-cracker / diesel production processed with the highest cetane.
Das Fischer Tropsch Verfahren liefert neben Diesel (Treibstoff), Naphtha (Chemie.-Benzin) Flüssiggas auch Wachse (oligomere Kohlenwasserstoffe).The Fischer Tropsch process supplies in addition to diesel (fuel), naphtha (Chemical.-Gasoline) LPG also waxes (oligomeric hydrocarbons).
Die
Dies kann durch Erzeugung oder direkte Abtrennung oder nach vollständiger Shift-Reaktion erfolgen.This can by generation or direct separation or after complete Shift reaction done.
Im Folgenden wird die Erzeugung von H2 durch vollständige Shift-Reaktion beschrieben. H2 in reiner Form lässt sich aus Bio-Synthesegas über die beschriebenen Prozessstufen erhalten. Das als Nebenprodukt bei der Shift Reaktion anfallende CO2 wird im nachfolgenden Gasreinigungsprozess (z. B. Rectisol-Prozess) getrennt.in the Following is the generation of H2 through complete Shift reaction described. H2 in pure form can be from bio-syngas over the described process steps receive. The by-product of the shift reaction CO2 is used in the subsequent gas purification process (eg Rectisol process) separated.
Im Grunde bieten sich hier drei unterschiedliche Prozesse an:
- • H2 (rein) Erzeugung durch Abrennen des CO2 mittels Gaswäsche (z. B. Heißpottasche-Wäsche)
- • H2 (rein) Erzeugung durch Abtrennung des H2 aus dem Gasstrom nach der Shift-Reaktion durch PSA (Pressure Swing Adsorption)
- • H2 (rein) Erzeugung durch Abtrennung des H2 aus dem Gasstrom nach der Shift-Reaktion durch PSA (Pressure Swing Adsorption oder Druckwechseladsorption)
- • H2 (pure) Generation by burning off the CO2 by gas scrubbing (eg hot potash scrubbing)
- • H2 (pure) Generation by separation of the H2 from the gas flow after the shift reaction by PSA (Pressure Swing Adsorption)
- • H2 (pure) Generation by separation of the H2 from the gas flow after the shift reaction by PSA (pressure swing adsorption or pressure swing adsorption)
Die
Die Einsatzmöglichkeiten des Wasserstoffs auf der Basis Bio-Synthesegas sind vielfältig. Neben dem Einsatz in Brennstoffzellen zur direkten Erzeugung von Strom kann der Wasserstoff direkt zur Synthese z. B. von Ammoniak und als Zwischenprodukt für eine Vielzahl von chemischen Synthesen eingesetzt werden.The Possible uses of hydrogen based on bio-syngas are diverse. In addition to use in fuel cells For the direct generation of electricity, the hydrogen can be directly added to the Synthesis z. B. of ammonia and as an intermediate for a variety of chemical syntheses are used.
Ein weiterer Aspekt ist der Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen zur Erzeugung von elektrischer Energie.One Another aspect is the use of hydrogen in fuel cells for generating electrical energy.
Die
Ein weitere Prozessschritt kann die Nutzung von Ammoniak auf der Basis des Bio-Synthesegases (Wasserstofferzeugung) sein und Umsetzung zu Ammoniak sowie Weiterverarbeitung durch Addition von CO2 zu Harnstoff.One Another process step may be based on the use of ammonia of bio-synthesis gas (hydrogen production) and implementation to ammonia and further processing by addition of CO2 to urea.
Wasserstoff
wird nach der Konvertierung in einer katalytischen Hochdruckreaktion
mit dem aus einer Luftzerlegung stammenden Stickstoff zu Ammoniak
umgesetzt. Im
Erzeugung von elektrischer Energie mittels thermodynamischer Prozesse mit Bio-Synthesegas als Brennstoff. Neben der direkten Erzeugung von Strom über die Brennstoffzelle lässt sich elektrische Energie auf der Basis von Bio-Synthesegas über die klassischen thermo-dynamischen Prozesse erzeugen. Diese klassischen Routen umfassen die Erzeugung von Dampf in einem Gaskessel sowie die Nutzung des dadurch erzeugten Wasserdampfes in der Dampfturbine und den Einsatz des Gases in der Gasturbine in Form eines kombinierten Prozess. Dabei wird die elektrische Energie einmal direkt durch den von der Gasturbine angetriebenen Generator erzeugt und die Abwärme der Verbrennungsgase dieser Turbine zur Dampferzeugung genutzt. Die Umformung des so erzeugten Dampfes zu elektrischer Energie erfolgt mittels Dampfturbine und Generator.generation of electrical energy by means of thermodynamic processes Bio-syngas as fuel. In addition to the direct generation of electricity over the fuel cell can absorb electrical energy the basis of bio-syngas over the classic thermo-dynamic Create processes. These classic routes include generation of steam in a gas boiler and the use of the water vapor generated thereby in the steam turbine and the use of the gas in the gas turbine in the form of a combined process. This is where the electrical energy gets once directly through the generator driven by the gas turbine generates and the waste heat of the combustion gases of this turbine used for steam generation. The transformation of the steam thus generated to electrical energy by means of steam turbine and generator.
Neben diesen Prozessen bietet sich der Einsatz des Bio-Synthesegases als Brennstoff für Wärmekraftmaschinen mit innerer Verbrennung an. Diese Maschinen, die als Zweittakt-Dieselmaschinen z. B. im Bereich des Antriebes von Schiffen eingesetzt werden, sind heute mit Leistungen von 100 MW Stand der Technik.Next These processes offer the use of bio-synthesis gas as Fuel for heat engines with inner Burning on. These machines, as a two-stroke diesel engines z. B. are used in the field of propulsion of ships are today with 100 MW state of the art technology.
Das technische Bio-Synthesegas, wie es nach der Konditionierung vor oder nach der Verdichtungsstufe anfällt, kann direkt ohne weitere Aufarbeitung als Brenngas eingesetzt werden. Abhängig von diesen Verbrauchern, wie z. B. Kesselanlagen oder als Industrieöfen (Kalkdrehrohröfen), besteht darüber hinaus die Möglichkeit, den Konditionierungsprozess weiter zu vereinfachen.The technical bio-synthesis gas, as it is after conditioning before or after the compression stage accumulates, can directly without Further workup be used as a fuel gas. Dependent from these consumers, such as B. boiler systems or as industrial furnaces (Kalkdrehrohröfen), there is beyond the Possibility to further simplify the conditioning process.
Ein weiterer Aspekt ist die Erzeugung elektrischer Energie mittels Gasturbine oder Dampfturbinenprozess mit Wärmekraftkopplung.One Another aspect is the generation of electrical energy by gas turbine or steam turbine process with thermal power coupling.
Dieser Prozessweg entspricht dem klassischen GUD-Prozess (Gas und Dampf). Charakterisiert wird dieser Prozesstyp durch die Nutzung des Wirkungsgradvorteils aufgrund des Temperaturarbeitspunkts der Gasturbine und der Abwärmenutzung, wobei die sich durch Nachfeuerung an ihrem optimalen Punkt betreiben lässt. (Arbeitstemperatur Gasturbine bis 1500°C, Dampfturbine größer 600°C bei überkritischer Anwendung, ansonsten im Bereich um 500°C).This Process path corresponds to the classic GUD process (gas and steam). This process type is characterized by the use of the efficiency advantage due to the temperature operating point of the gas turbine and the waste heat utilization, which operate by post-firing at its optimum point leaves. (Working temperature gas turbine up to 1500 ° C, Steam turbine greater than 600 ° C at supercritical Application, otherwise in the range around 500 ° C).
Die
Ein weiterer Aspekt ist die Erzeugung von mechanischer Energie durch Wärmekraftmaschinen mit innerer Verbrennung zum Antrieb von Großmaschinen, Schiffen und zur Erzeugung von elektrischer Energie.One Another aspect is the generation of mechanical energy by Heat engines with internal combustion to drive of large machinery, ships and for the production of electrical energy.
Einsatz des konditionierten Gases in Kraftmaschinen (Strömungs- oder Kolbenmaschinen) mit innerer Verbrennung zur Erzeugung von mechanischer Energie (im Falle von Antriebsmaschinen z. B. Schiffsantriebe) oder der Erzeugung von elektrischer Energie. Die Erfindung umfasst ausdrücklich auch die Nutzung der Abwärme der Verbrennungsprozesse im Abhitzekessel. Das technische Synthesegas wird aus der Kühlung/Feinentstaubung (integrierter Teil des SPOT-Verfahrens) direkt dem/n Turbolader(n) des Großmotors zugeleitet.Use of the conditioned gas in internal combustion engines (flow or piston engines) to generate mechanical energy (in the case of propulsion engines, eg marine propulsion systems) or the generation of electrical energy. The invention also expressly includes the use of the waste heat of the combustion processes in the waste heat boiler. The technical synthesis gas is taken from the cooling / fine dedusting (integrated part of the SPOT process) directly to the Turbola the (s) of the large engine supplied.
In diesen Wärmekraftmaschinen findet die Umsetzung des Gases und die Umwandlung in mechanische Energie mit Wirkungsgraden von ca. 55 statt. Integriert in dieses System ist ein Abhitzenutzung, in die auch die Abgase der Impulsbrenner eingekoppelt werden.In These heat engines find the implementation of the gas and the conversion into mechanical energy with efficiencies of about 55 instead. Integrated into this system is a waste heat utilization, in which the exhaust gases of the pulse burner are coupled.
Die
Ein weiterer Ansatz ist der Einsatz des Bio-Synthesegases als chemische Energiequelle mit Hilfe des Wasser/Dampfprozesses und der Dampfturbine als Wärmekraftmaschine und Wärmekraftkopplung.One Another approach is the use of biosynthesis gas as a chemical Energy source using the water / steam process and the steam turbine as a heat engine and thermal power coupling.
Die einfachste Form der Konversion des Bio-Synthesegases in elektrische Energie ist die Verwendung als Feuer für einen Kessel (parallel Industrieofen Nutzung, 1. Teil).The simplest form of conversion of biosynthesis gas into electrical Energy is the use as fire for a boiler (parallel Industrial furnace use, part 1).
Führt
man diese Brennstelle als Kessel aus, erfolgt über einen
Wasser/Dampf-Prozess die Nutzung der Wärmemenge in einer
Wärmekraftmaschine mit Dampf als Arbeitsmedium (thermodynamischer
Rankine Prozess). Die Verknüpfung von Vergasung und Kessel
erfolgt sowohl über den Bio-Synthesegasteil und auch über
die Nutzung der Wärme der Rauchgase des Impulsbrenners
im Kessel. Ein Schema dieses Prozesses zeigt
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