DE102007059543A1 - Verfahren zum Betreiben eines Gaserzeugers und Gaserzeuger - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gaserzeugungseinrichtung (Gaserzeuger) in einer vom normalen Betriebsmodus (Normal-Modus) abweichenden Betriebsart (Stand-by-Modus), in der der Gaserzeuger mit minimal möglicher Last gefahren wird, jedoch zumindest ein Gasstrom (P-Strom) (27, 30), der im Normal-Modus als Gasprodukt vollständig an einen Verbraucher weitergeleitet wird, in einer Menge erzeugt wird oder aus einem Zwischenprodukt (24) erzeugbar ist, die zumindest nicht vollständig von dem Verbraucher aufgenommen werden kann. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbare Gaserzeugungseinrichtung. Zumindest ein Teil der überschüssig erzeugten Menge des P-Stromes (27) oder des Zwischenprodukts (31), aus dem der P-Strom erzeugbar ist, wird verdichtete, zurückgeführt und dem Gaserzeuger an geeigneter Stelle aufgegeben, wobei zur Verdichtung wenigstens ein Gasverdichter verwendet wird, der Teil des Gaserzeugers (V22) ist und im Normal-Modus in anderer Weise eingesetzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gaserzeugungseinrichtung (Gaserzeuger) in einer vom normalen Betriebsmodus (Normal-Modus) abweichenden Betriebsart (Stand-by-Modus), in der der Gaserzeuger mit minimal möglicher Last gefahren wird, jedoch zumindest ein Gasstrom (P-Strom), der im Normal-Modus als Gasprodukt vollständig an einen Verbraucher weitergeleitet wird, in einer Menge erzeugt wird oder aus einem Zwischenprodukt erzeugbar ist, die zumindest nicht vollständig von dem Verbraucher aufgenommen werden kann.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbare Gaserzeugungseinrichtung.
  • Unter einem Gaserzeuger sei im Folgenden eine Einrichtung zu verstehen, in der ein Einsatzstoff (fest, flüssig oder gasförmig) in zumindest ein Gasprodukt umgesetzt wird. Beispiele für derartige Einrichtungen sind Synthesegasanlagen.
  • In Synthesegasanlagen werden aus Kohlenstoff enthaltenden Einsatzstoffen Gasprodukte wie Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO), Oxogas (ein H2/CO-Gemisch mit definierter Zusammensetzung) oder Ammoniaksynthesegas (eine Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff im Verhältnis 1:3) erzeugt. In einem ersten Verfahrensschritt wird der Kohlenstoff enthaltende Einsatzstoff in ein Syntheserohgas umgesetzt, das vorwiegend aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser und Kohlendioxid besteht, daneben aber auch Staub und Ruß enthalten kann.
  • Als wichtigstes Verfahren zur Erzeugung von Syntheserohgas ist die katalytische Dampfreformierung zu nennen, bei der Erdgas, Flüssiggas oder Naphta unter Zugabe von Wasserdampf umgesetzt werden. Ein weiteres gängiges Verfahren ist die partielle Oxidation (PDX-Anlagen), bei der auch andere Einsatzstoffe, wie z. B. Schweröl oder Kohle zur Erzeugung von Synthesegasen verwendet werden können.
  • Aus dem Syntheserohgas wird in nachfolgenden Verfahrensschritten (Wasserwäsche, physikalische oder chemische Sauergaswäsche, Wassergas-Shift, adsorptive Gastrocknung) ein wasserfreies Synthesegas gewonnen, das nachfolgend in das oder die gewünschten Gasprodukte zerlegt wird. Häufig umfasst dieser Zerlegungsschritt ein kryogenes Verfahren, bei dem das – dann auch kohlendioxidfreie – Synthesegas auf Temperaturen von weit unterhalb von 0°C abgekühlt und dabei zumindest teilweise verflüssigt wird. Durch Trennverfahren wie Gaswäsche, Rektifikation oder Strippung wird das Synthesegas in Komponenten zerlegt, die nachfolgend gegen abzukühlende Verfahrensströme angewärmt werden. Auf diese Weise wird wenigstens eine Gaskomponente gewonnen, die entweder direkt als Gasprodukt an einen Verbraucher abgegeben werden kann oder ein Zwischenprodukt darstellt, aus dem in einem nachfolgenden Zerlegungsschritt, wie beispielsweise durch Druckwechseladsorption, ein Gasprodukt erzeugt wird.
  • Synthesegasanlagen sind komplexe Einrichtungen und können nur mit erheblichem Zeit- und Finanzaufwand angefahren werden. So müssen die Dampfreformer oder die zur Vergasung der Einsatzstoffe verwendeten Reaktoren u. U. über einen Zeitraum von mehreren Tagen langsam auf Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Insbesondere ist auch die Abkühlung eines kryogenen Gaszerlegers nur mit großem Aufwand möglich.
  • Eine Synthesegasanlage ist i. Allg. Teil eines Industriekomplexes, in dem auch Anlagen (Verbraucher) vorhanden sind, denen die in der Synthesegasanlage erzeugten Gasprodukte zugeführt werden. Im Normalbetrieb wird jedes Gasprodukt in einer Menge erzeugt, die von einem Verbraucher gefordert wird. In der Inbetriebnahmephase des Industriekomplexes oder wenn eine Störung seitens eines Verbrauchers vorliegt, kann es jedoch vorkommen, dass die von einem Gasprodukt erzeugte Menge größer ist, als die vom Verbraucher geforderte Menge; im Extremfall kann überhaupt kein Gasprodukt an den Verbraucher abgegeben werden. Da das Ab- und Anfahren einer Synthesegasanlage aufwendig und mit hohen Kosten verbunden ist, wird sie in solchen Fällen in den sog. Stand-by-Modus versetzt, in dem geringere Mengen an Gasprodukt erzeugt werden, deren Höhe von der minimal möglichen Last bestimmt wird, mit der der kryogene Gaszerleger betrieben werden kann. Obwohl im Stand-by-Modus weniger Gasprodukt als im Normal-Modus erzeugt wird, übersteigt die in der Synthesegasanlage erzeugte Menge dennoch häufig die an einen Verbraucher abgebbare Menge.
  • Nach dem Stand der Technik wird im Stand-by-Modus einer Synthesegasanlage mit beträchtlichem Aufwand überschüssig erzeugtes Gasprodukt und/oder Zwischenprodukt in eine Fackel geführt und dort ohne wirtschaftlichen Nutzen verbrannt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, die es erlauben, eine Synthesegasanlage im Stand-by-Modus mit geringeren Kosten und damit wirtschaftlicher zu betreiben, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.
  • Die gestellte Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil der überschüssig erzeugten Menge des P-Stromes oder des Zwischenprodukts, aus dem der P-Strom erzeugbar ist, verdichtet, zurückgeführt und dem Gaserzeuger an geeigneter Stelle aufgegeben wird, wobei zur Verdichtung wenigstens ein Gasverdichter verwendet wird, der Teil des Gaserzeugers ist und im Normal-Modus in anderer Weise eingesetzt wird.
  • Die Zusammensetzung des P-Stromes kann mit der Zusammensetzung des im Normal–Modus erzeugten und an den Verbraucher abgegebenen Gasproduktes übereinstimmen oder von dieser abweichen. Je nachdem bezeichnet man den P-Strom bzw. das Zwischenprodukt, aus dem der P-Strom erzeugbar ist, als spezifikationsgerecht (on spec.) oder als nicht spezifikationsgerecht (off spec.). Zumindest dann, wenn während des Stand-by-Modus kein P-Strom vom Verbraucher angefordert wird, kann der P-Strom bzw. das Zwischenprodukt, aus dem der P-Strom erzeugbar ist, off spec. erzeugt werden, was häufig mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden ist. Eine zweckmäßige Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass der P-Strom bzw. das Zwischenprodukt, aus dem der P-Strom erzeugbar ist, off spec. erzeugt wird.
  • Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Synthesegasanlage im Stand-by-Modus angewendet werden, da eine im Vergleich zum Stand der Technik erheblich geringere Menge an u. U. sehr teueren Einsatzstoffen erforderlich ist. Insbesondere dann, wenn die Synthesegasanlage einen kryogenen Gaszerleger umfasst, ist dieser Vorteil beträchtlich, da kryogene Gaszerleger, wie Methanwäschen, Stickstoffwäschen und Kondensationsanlagen, mit einer vergleichsweise hohen Mindestlast (typischer Weise mehr als 35% der Nominallast) betrieben werden müssen, die i. Allg. wesentlich größer ist als die Mindestlasten, mit denen die übrigen Teile einer Synthesegasanlage betrieben werden können. Eine bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, dass es zum Betreiben einer Synthesegasanlage, besonders bevorzugt einer einen kryogenen Gaszerleger umfassende Synthesegasanlage im Stand-by-Modus eingesetzt wird.
  • Weiterhin betrifft die Erfindung eine Gaserzeugungseinrichtung (Gaserzeuger), die in einer vom normalen Betriebsmodus (Normal-Modus) abweichenden Betriebsart (Stand-by-Modus) betreibbar ist, in der der Gaserzeuger mit minimal möglicher Last gefahren wird, jedoch zumindest ein Gasstrom (P-Strom), der im Normal-Modus als Gasprodukt vollständig an einen Verbraucher weitergeleitet wird, in einer Menge erzeugt wird oder aus einem Zwischenprodukt erzeugbar ist, die zumindest nicht vollständig von dem Verbraucher aufgenommen werden kann.
  • Vorrichtungsseitig erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Gaserzeuger mit Rohrleitungen, Absperr- und Regeleinrichtungen ausgestattet ist, über die zumindest ein Teil der überschüssig erzeugten Menge des P-Stromes oder des Zwischenprodukts, aus dem der P-Strom erzeugbar ist, zur Verdichtung und Rückführung wenigstens einem Verdichter zuführbar ist, der im Normal-Modus in anderer Weise eingesetzt wird.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gaserzeugers sieht vor, dass er als Synthesegasanlage, besonders bevorzugt als eine einen kryogenen Gaszerleger umfassende Synthesegasanlage ausgeführt ist.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand zweier in den 1 und 2 schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
  • Die 1 zeigt eine Synthesegasanlage, in der durch Reformierung aus einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden Einsatz ein Kohlenmonoxid- und ein Wasserstoffprodukt erzeugt werden. Die Synthesegasanlage umfasst einen Verdichter, in dem im Normal-Modus in einer chemischen Gaswäsche anfallendes Kohlendioxid verdichtet und vor den Reformer zurückgeführt wird.
  • Die 2 zeigt den Gaszerlegungsteil einer Synthesegasanlage, in dem aus einem weitgehend kohlendioxidfreien Synthesegas durch Adsorption und kryogene Gaszerlegung ein Kohlenmonoxid- und ein Wasserstoffprodukt erzeugt werden. Im Normal-Modus wird in einem Druckwechseladsorber anfallendes Spülgas verdichtet und vor die Adsorberstation zurückgeführt.
  • Dem Reformer R in der 1 werden ein Kohlenwasserstoff enthaltender Einsatz 1 und Wasserdampf 2 zugeführt und in ein Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H2), Wasser und Kohlendioxid (CO2) enthaltendes Syntheserohgas 3 umgesetzt, wobei die jeweiligen Mengen dieser Stoffströme wesentlich geringer sind als während des Normal-Modus. Im Extremfall kann der Reformer auch vollständig abgestellt werden. Das Syntheserohgas 3 wird anschließend in die chemischen Gaswäsche W eingeleitet, in der es weitgehend von Wasser und Kohlendioxid gereinigt und zum Synthesegas 4 aufbereitet wird. In der Gaswäsche W abgetrenntes Kohlendioxid 5 wird dem Verdichter V11 zur Druckerhöhung zugeleitet und über Leitung 6 vor die Gaswäsche W zurückgeführt. Im Normal-Modus dient der Verdichter V11 allein zur Rückführung des in der Gaswäsche W abgetrennten Kohlendioxids 5 über Leitung 7 vor den Reformer R. Das aus der Gaswäsche W austretende Synthesegas 4 wird in der Adsorberstation A1 von verbliebenen Wasser- und Kohlendioxidresten gereinigt, bevor es über Leitung 8 in den kryogenen Gaszerleger K1 eingeleitet wird. Hier wird aus dem Synthesegas 8 Produktreinheit aufweisendes Kohlenmonoxid abgetrennt, nachfolgend über Leitung 9 dem Verdichter V12 zugeführt und dort zum Kohlenmonoxidstrom 10 verdichtet. Ein Teil 11 des verdichteten Kohlenmonoxids 10 wird in den kryogenen Gaszerleger K1 zurückgeführt und dort zu Kühlzwecken eingesetzt, während der CO-Produktqualität aufweisende Rest 12 über Leitung 5 der Saugseite des CO2-Verdichters V11 zugeführt wird. Falls von Seiten eines CO-Verbrauchers (nicht dargestellt) auch während des Stand-by-Modus CO-Produkt angefordert wird, kann solches über Leitung 13 abgegeben werden.
  • Neben dem CO-Produkt 12 wird im kryogenen Gaszerleger K1 auch ein H2-reicher Stoffstrom 14 erzeugt, der ein Zwischenprodukt darstellt, und aus dem im Normal-Modus durch Druckwechseladsorption P1 ein H2-Produkt 15 erzeugt wird. Ist es im Stand-by-Modus nicht möglich, die gesamte aus dem Stoffstrom 14 erzeugbare H2-Produktmenge 15 an einen H2-Verbraucher (nicht dargestellt) abzugeben, so wird die nicht für die Erzeugung von H2-Produkt 15 benötigte Menge 16 des Zwischenprodukts 14 ebenfalls über Leitung 5 zur Saugseite des CO2-Verdichters V11 geführt. Die Stoffströme 12 und 16 werden im CO2-Verdichter V11 gemeinsam mit dem CO2-Strom 5 verdichtet und anschließend über Leitung 6 in die Gaswäsche W zurückgeführt.
  • In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein bereits weitgehend kohlendioxid- und wasserfreies Synthesegas 21 in der Adsorberstation A2 durch die Entfernung von CO2- und Wasserresten getrocknet. Das getrocknete Synthesegas 22 wird nachfolgend in den kryogenen Gaszerleger K2 eingeleitet und dort in einen CO-Produktreinheit aufweisenden Stoffstrom 23 und ein H2-reiches Zwischenprodukt 24 zerlegt. Der CO-Strom 23 wird im CO-Verdichter V21 zum CO-Strom 25 verdichtet und anschließend in die beiden Teilströme 26 und 27 aufgesplittet. Während der Teilstrom 26 zu Kühlzwecken zurück in den kryogenen Gaszerleger K2 geleitet wird, wird der CO-Produktqualität aufweisende Teilstrom 27 über Leitung 28 der Saugseite des Verdichters V22 zugeführt, der im Normal-Modus allein zur Rückführung von Spülgas 28 aus dem Druckwechseladsorber P2 vor die Adsorberstation A2 dient. Falls von Seiten eines CO-Verbrauchers (nicht dargestellt) CO-Produkt angefordert wird, kann solches auch im Stand-by-Modus über Leitung 29 abgegeben werden.
  • Aus dem H2-reichen Zwischenprodukt 24 wird im Normal-Modus im Druckwechseladsorber P2 ein H2-Produkt 30 erzeugt und an einen H2-Verbraucher (nicht dargestellt) abgegeben. Wird im Stand-by-Modus weniger oder kein H2-Produkt vom H2-Verbraucher angefordert, wird der nicht zur Erzeugung von H2-Produkt benötigte Teil 31 des Zwischenprodukts 24 in die Spülgasleitung 28 eingeleitet und ebenfalls der Saugseite des Verdichters V22 zugeführt. Über Leitung 32 werden die im Verdichter V22 verdichteten Stoffströme schließlich vor die Adsorberstation A2 zurückgeleitet.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Gaserzeugungseinrichtung (Gaserzeuger) in einer vom normalen Betriebsmodus (Normal-Modus) abweichenden Betriebsart (Standby-Modus), in der der Gaserzeuger mit minimal möglicher Last gefahren wird, jedoch zumindest ein Gasstrom (P-Strom) (12, 15, 27, 30), der im Normal-Modus als Gasprodukt vollständig an einen Verbraucher weitergeleitet wird, in einer Menge erzeugt wird oder aus einem Zwischenprodukt (14, 24) erzeugbar ist, die zumindest nicht vollständig von dem Verbraucher aufgenommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der überschüssig erzeugten Menge des P-Stromes (12, 27) oder des Zwischenprodukts (15, 31), aus dem der P-Strom erzeugbar ist, verdichtet, zurückgeführt und dem Gaserzeuger an geeigneter Stelle aufgegeben wird, wobei zur Verdichtung wenigstens ein Gasverdichter verwendet wird, der Teil des Gaserzeugers (V11, V22) ist und im Normal-Modus in anderer Weise eingesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der P-Strom bzw. das Zwischenprodukt, aus dem der P-Strom erzeugbar ist, nicht spezifikationsgerecht (off spec.) erzeugt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Betreiben einer Synthesegasanlage, bevorzugt einer einen kryogenen Gaszerleger (K1, K2) umfassende Synthesegasanlage im Stand-by-Betrieb eingesetzt wird.
  4. Gaserzeugungseinrichtung (Gaserzeuger), die in einer vom normalen Betriebsmodus (Normal-Modus) abweichenden Betriebsart (Stand-by-Modus) betreibbar ist, in der der Gaserzeuger mit minimal möglicher Last gefahren wird, jedoch zumindest ein Gasstrom (P-Strom) (12, 15, 27, 30), der im Normal-Modus als Gasprodukt vollständig an einen Verbraucher weitergeleitet wird, in einer Menge erzeugt wird oder aus einem Zwischenprodukt (14, 24) erzeugbar ist, die zumindest nicht vollständig von dem Verbraucher aufgenommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserzeuger mit Rohrleitungen, Absperr- und Regeleinrichtungen ausgestattet ist, über die zumindest ein Teil der überschüssig erzeugten Menge des P-Stromes (12, 27) oder des Zwischenprodukts (15, 31), aus dem der P-Strom erzeugbar ist, zur Verdichtung und Rückführung wenigstens einem Verdichter (V11, V22) zuführbar ist, der im Normal-Modus in anderer Weise eingesetzt wird.
  5. Gaserzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er als Synthesegasanlage, besonders bevorzugt als eine einen kryogenen Gaszerleger (K1, K2) umfassende Synthesegasanlage ausgeführt ist.
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