DE102011008931A1 - Water-vapor air-pressure gasification for producing pure combustible gases by gasification of fuel with overpressure and allowance of water vapor, involves cooling gaseous mixture, condensing water vapor, and recovering sensitive heat - Google Patents

Abstract

A gaseous mixture of hydrogen, carbon monoxide, and/or hydrocarbon gas obtained by gasification is cooled above freezing point of water. A portion of water vapor contained in the gaseous mixture is condensed and separated. Sensitive heat of produced gaseous mixture in gasifier is led to a heat exchanger. In self-cleaning heat exchanger (I), the gaseous mixture is cooled to condensation temperature of carbon dioxide, and residual water vapor remaining in the gaseous mixture is separated in heat exchanger (I). Carbon dioxide portion is separated. A gaseous mixture of hydrogen, carbon monoxide, and/or hydrocarbon gas obtained by gasification is cooled above freezing point of water. A portion of water vapor contained in the gaseous mixture is condensed and separated. Sensitive heat of produced gaseous mixture in gasifier is led to a heat exchanger. In self-cleaning heat exchanger (I), the gaseous mixture is cooled to condensation temperature of carbon dioxide, and residual water vapor remaining in the gaseous mixture is separated in heat exchanger (I). The carbon dioxide portion of gaseous mixture is separated by condensation and exhausted by a refrigerator and liquid carbon dioxide is removed. In self-cleaning heat exchanger (II), the gaseous mixture is cooled to a low temperature of 85[deg] K, and residual carbon dioxide remaining by condensation is separated in heat exchanger (II). Hydrocarbon gases (methane and higher) are separated by cooling to condense and warmed in the self-cleaning heat exchangers. If required, excess portion of hydrocarbon gases is returned by heating in a generator gas heat exchanger into the gasifier. In a nitrogen washing column, hydrogen contained in the gaseous mixture is separated. Hydrogen/nitrogen mixture is separated as head product by condensation of nitrogen into hydrogen and nitrogen. Hydrogen in the self-cleaning heat exchangers is warmed. If necessary, excess portion of hydrogen is returned for heating in generator gas heat exchanger. The sump product of nitrogen washing column comprises a mixture of nitrogen. Carbon monoxide in the self-cleaning heat exchangers, separated in the twin rectification column, is warmed. If required, portion of carbon monoxide is returned to the gasifier. Nitrogen in the self-cleaning heat exchangers is used for self-purification of heat exchangers and exhausted together with water.

Description

• – Zur Herstellung eines Brenngasgemischs aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffgas,
• – zur Herstellung reinen Wasserstoffs,
• – zur Herstellung eines Synthesegases aus Wasserstoff und Stickstoff für die Ammoniaksynthese,
• – zur Herstellung eines Synthesegases aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid für die Fischer-Tropsch-Synthese
• – zur Herstellung reinen Kohlenmonoxids und
• – zur Herstellung eines Kohlenwasserstoffgases, das aus Methan und höheren CH-Verbindungen besteht.

Cryogenic-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation is a process that can be used to produce high-quality pure fuel gases or gas mixtures for synthesis processes from solid or liquid fuels. In particular, the method is suitable:

• For producing a fuel gas mixture of hydrogen, carbon monoxide and / or hydrocarbon gas,
• For the production of pure hydrogen,
• For the production of a synthesis gas of hydrogen and nitrogen for ammonia synthesis,
• - For the production of a synthesis gas of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis
• - For the production of pure carbon monoxide and
• To produce a hydrocarbon gas consisting of methane and higher CH compounds.

• – Autotherme Vergasung des Brennstoffs bei Überdruck und Wasserdampf im Vergasungsraum. Die Wärmezufuhr für die in der Summe endothermen Vergasungsreaktionen erfolgt durch Oxidation eines Teils des eingesetzten Brennstoffs mit Luft bzw. durch Oxidation von zurückgeführten Brenngasen mit Luft,
• – Übertragung der sensiblen Wärme des im Vergaser erzeugten Gasgemischs auf die in den Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser ein- und zurückgeführten Stoffströme (Brennstoff, Luft, Wasserdampf und Rücklaufgase),
• – Tieftemperaturzerlegung des im Vergaser erzeugten Gasgemischs in die Gasbestandteile H₂, CO, C_nH_m, CO₂, H₂O, N₂ und Ar,
• – Entnahme des abgetrennten Wasserstoffs, der abgetrennten Kohlenwasserstoffgase und/oder des abgetrennten Kohlenmonoxids und
• – Rückführung der nicht als Produkt entnommenen brennbaren Gasbestandteile in den Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser.

The steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation consists of the following process steps:

• - Autothermal gasification of the fuel at overpressure and water vapor in the gasification chamber. The heat supply for the sum of endothermic gasification reactions is carried out by oxidation of a part of the fuel used with air or by oxidation of recirculated fuel gases with air,
• Transfer of the sensible heat of the gas mixture produced in the gasifier to the material flows introduced into the steam-air overpressure gasifier (fuel, air, water vapor and return gases),
• Low-temperature decomposition of the gas mixture produced in the gasifier into the gas constituents H ₂ , CO, C _n H _m , CO ₂ , H ₂ O, N ₂ and Ar,
• - Removal of the separated hydrogen, the separated hydrocarbon gases and / or the separated carbon monoxide and
• - Return of not taken as a product combustible gas components in the water vapor-air overpressure gasifier.

The process can be designed so that the separated CO _{2 is} taken off liquid (for further transport of the deposited CO ₂ into a deposit) or that the separated CO _{2 is released in} gaseous form to the atmosphere.

State of the art

• – Die Wasserstoffgewinnung durch Reformierung und anschließender Konvertierung des bei der Reformierung entstandenen Kohlenmonoxids zu H₂ in Wassergas-Shift-Reaktoren,
• – die Gewinnung eines Synthesegases aus Wasserstoff und Stickstoff für die Ammoniaksynthese aus Methan durch Primärreformierung (Spaltgaserzeugung), Sekundärreformierung (Oxidation) und anschließender Konvertierung des CO zu H₂ und
• – die Gewinnung eines Synthesegases aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid für die Fischer-Tropsch-Synthese durch Reformierung von Kohle oder Erdgas

Various gasification processes are known in the state of the art with which high-grade pure fuel gases or gas mixtures for synthesis processes can be produced from solid or liquid fuels, namely:

• Hydrogen production by reforming and subsequent conversion of the carbon monoxide formed in the reforming to H ₂ in water gas shift reactors,
• - The production of a synthesis gas of hydrogen and nitrogen for ammonia synthesis from methane by primary reforming (fission gas generation), secondary reforming (oxidation) and subsequent conversion of the CO to H ₂ and
• - The recovery of a synthesis gas of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis by reforming coal or natural gas

Hydrogen production by reforming

• – Luftzerlegung und Erzeugung von reinem Sauerstoff in Luftzerlegungsanlagen,
• – autotherme Wasserdampfvergasung mit O₂-Oxidation (Verbrennung eines Teils des eingesetzten Brennstoff mit Reinsauerstoff, um die für die in der Summe endothermen Vergasungsreaktionen erforderlichen Wärme bereitzustellen),
• – Abkühlung des bei der Vergasung erzeugten Gasgemischs in einem Abhitzedampfkessel zur Gaskühlung und gleichzeitigen Erzeugung des für das Verfahren benötigten Dampfes,
• – Konvertierung des im Gasgemisch enthaltenen CO zu H₂ unter weiterer Zugabe von Wasserdampf, wobei die Konvertierung in zwei Stufen erfolgt und zwar
• – zunächst in einem Hochtemperatur-Wassergas-Shift-Reaktor bei 400°C bis 500°C und
• – nach weiterer Abkühlung des Gases in einem Niedertemperatur-Wassergas-Shift-Reaktor bei ca. 200°C.
• – Nach weiterer Abkühlung des Wassergases in einem Gaskühler erfolgt das Abscheiden des CO₂ in einer physikalischen Wäsche (Adsorption) z. B. mit Methanol und anschließender Regenerierung des Methanols (Desorption des CO₂). Nach diesem Verfahrensschritt besteht das Produktgas in hoher Konzentration aus H₂ mit Restanteilen von CO und N₂.
• – Abtrennung der Restanteile an CO und N₂ durch Druckwechseladsorption.

Hydrogen production by steam-oxygen reforming (also referred to as steam reforming) consists of the following process steps:

• - air separation and production of pure oxygen in air separation plants,
• Autothermal steam gasification with O ₂ oxidation (combustion of a portion of the fuel used with pure oxygen to provide the heat required for the total endothermic gasification reactions),
• Cooling the gas mixture produced in the gasification in a heat recovery steam boiler for gas cooling and simultaneously generating the steam required for the process,
• - Conversion of CO contained in the gas mixture to H ₂ with further addition of water vapor, wherein the conversion takes place in two stages, namely
• - First in a high-temperature water gas shift reactor at 400 ° C to 500 ° C and
• - After further cooling of the gas in a low-temperature water gas shift reactor at about 200 ° C.
• - After further cooling of the water gas in a gas cooler, the deposition of CO ₂ takes place in a physical wash (adsorption) z. B. with methanol and subsequent regeneration of the methanol (desorption of CO ₂ ). After this process step, the product gas consists in high concentration of H ₂ with residual amounts of CO and N ₂ .
• - Separation of the residual shares of CO and N ₂ by pressure swing adsorption.

The process of hydrogen recovery by steam-oxygen reforming is for the use of sulfur-free fuels in 1 shown:

Here are the in 1 and 2 used numbers for the following system components and material flows:

LIST OF REFERENCE NUMBERS

101

fuel

102

air

103

electrical power

104

air compressor

105

Air separation plant

106

Residual air, consisting almost entirely of oxygen

107

nitrogen

108

reformer

109

waste heat boiler

110

steam

111

High temperature water gas shift reactor

112

gas cooler

113

Low temperature water gas shift reactor

114

gas cooler

115

methanol wash

116

CO ₂

117

Pressure swing adsorption

118

N ₂

119

CO

120

H ₂

When sulfur-containing fuels are to be used, the process becomes much more complicated and expensive because the sulfur is a catalyst poison for the low-temperature shift reaction. The sulfur must therefore be separated before the NT shift stage and the methanol wash must be carried out in two stages with additional heating and cooling processes.

• – die Wärmeabfuhr des Anteils der fühlbaren Wärme des Generatorgases, der für die Dampferzeugung nicht genutzt werden kann,
• – die Wärmeabfuhr der bei der exothermen Wassergas-Shift-Reaktion freigesetzten Wärme (die Shift-Reaktion ist eine exotherme Reaktion mit -41,1 kJ/mol),
• – der Energieaufwand für die Luftzerlegung
• – der Energieaufwand für die CO₂-Wäsche bestehend aus
• – dem Energieaufwand für die Kältemaschine zum Abführen der Lösungswärme und
• – der Wärmezufuhr zur Regenerierung des Lösungsmittels (Desorption)
• – die Transmissionsverluste und
• – der Verlust an chemisch gebundener Energie durch das Abscheiden des Rest -CO-Gehalts in der Druckwechseladsorptionsanlage.

In 2 the energy flow is shown for one embodiment of the water vapor-oxygen reforming of sulfur-free fuel. The energy input consists of 95% fuel input and 5% electrical energy. The energy flow diagram shows a method in which the process steam required for the process is generated regeneratively from the sensible heat of the hot generator gas. The efficiency of the process is determined by the heat losses described below and the energy consumption of the individual process steps. In detail:

• The heat dissipation of the fraction of the sensible heat of the generator gas, which can not be used for steam generation,
• The heat removal of the heat released in the exothermic water gas shift reaction (the shift reaction is an exothermic reaction with -41.1 kJ / mol),
• - The energy required for air separation
• - The energy required for CO ₂ scrubbing consisting of
• - The energy required for the chiller to dissipate the heat of solution and
• - the heat supply for the regeneration of the solvent (desorption)
• - the transmission losses and
• - The loss of chemically bound energy by the deposition of the residual CO content in the pressure swing adsorption.

2 shows an example of the hydrogen recovery by steam-oxygen reforming, in which the efficiency of this method is 62%.

• – Hoher Energieaufwand des Verfahrens (wie oben beschrieben).
• – Keine vollständige Umsetzung des CO zu H₂ in den Wassergas-Shift-Reaktoren. Zwar verschiebt sich in den Wassergas-Shift-Reaktoren mit sinkenden Temperaturen das Vergasungsgleichgewicht immer weiter zu einem höheren Anteil H₂. Es kann jedoch in Wassergas-Shift-Reaktoren kein reines H₂ generiert werden. In der Praxis verbleibt ein Restanteil von mindestens 1% CO im Produktgas, der nur durch weitere zusätzliche Verfahrensschritte abgeschieden werden kann. Zusätzlich zur nicht vollständigen Konvertierung des CO zu H₂, verursacht das Konvertieren einen Energieverlust durch die Abfuhr der bei der exothermen Wassergas-Shift-Reaktion freigesetzten Wärme.
• – Das H₂ enthält nach dem Auswaschen des CO₂ noch eine erhebliche Fraktion an weiterer Gase (N₂, CO, Ar und anderer Restgase). Dies wird dadurch verursacht,
• – dass kommerzielle Luftzerlegungsanlagen mit einem maximalen Sauerstoffgehalt von rd. 98% arbeiten und damit gemeinsam mit dem Sauerstoff auch andere Gase, insbesondere Stickstoff und Argon in den Vergaser eingeführt werden und
• – dass fast alle für die Vergasung in Betracht kommenden Brennstoffe N₂ enthalten. Diese werden mit dem Brennstoff in den Vergasungsprozess eintragen. Z. B. hat
• • Steinkohle ca. 1,00% N₂-Anteil
• • Braunkohle ca. 1,00% N₂-Anteil
• • Holz ca. 0,20% N₂-Anteil
• • Heizöl EL ca. 0,50% N₂-Anteil
• • Heizöl S ca. 1,00% N₂-Anteil
• • Erdgas zwischen. 1,00% und 14% N₂-Anteil
• – Die einzelnen Beimischungen addieren sich. Dadurch wird bei der Wasserdampf-Sauerstoff-Reformierung ohne weitere Nachbehandlung tatsächlich kein hochreiner Wasserstoff sondern ein Gas mit max. 96% Wasserstoffgehalt erzeugt.
• – Bei gehobenen Anforderungen an die Reinheit des Wasserstoffs ist eine weitere Aufbereitung des Wasserstoffs notwendig. Zwar steht mit den Druckwechseladsorptionsanlagen eine Technik zum Abtrennen des N₂ und des CO-Anteils zur Verfügung, jedoch ist damit ein zusätzlicher anlagentechnischer Aufwand verbunden.
• – Die Adsorption des CO vermindert die im Gas chemisch gebundene Energie und bedeutet einen weiteren Energieverlust mit Verschlechterung des Wirkungsgrades. Technisch ist die Beseitigung des Restgehalts an CO im Produktgas jedoch zwingend erforderlich, wenn der Wasserstoff in Brennstoffzellen verwendet werden soll, da CO für den in Brennstoffzellen eingesetzten Platin-Katalysator als Gift wirkt.
• – Das Verfahren ist nur mit großem Zusatzaufwand für den Einsatz schwefelhaltiger Brennstoffe geeignet.

The process of hydrogen recovery by steam-oxygen reforming has significant disadvantages, which are briefly explained below:

• - High energy consumption of the process (as described above).
• - Not complete conversion of CO to H ₂ in the water gas shift reactors. Although the gasification equilibrium always shifts to a higher proportion H ₂ in the water gas shift reactors with decreasing temperatures. However, it can be generated not a pure H ₂ in water gas shift reactors. In practice, a residual amount of at least 1% CO remains in the product gas, which can be separated only by further additional process steps. In addition to incomplete conversion of the CO to H ₂ , the conversion causes energy loss by removing the heat released in the exothermic water gas shift reaction.
• - The H ₂ contains after washing out of the CO ₂ still a significant fraction of other gases (N ₂ , CO, Ar and other residual gases). This is caused by
• - that commercial air separation plants with a maximum oxygen content of approx. 98% work and thus together with the oxygen also other gases, in particular nitrogen and argon are introduced into the carburettor and
• - that almost all eligible fuels for gasification contain N ₂ . These will enter the gasification process with the fuel. For example
• • Hard coal approx. 1.00% N ₂ share
• • Brown coal approx. 1.00% N ₂ content
• • Wood about 0.20% N ₂ share
• • Fuel oil EL approx. 0.50% N ₂ content
• • Heating oil S approx. 1.00% N ₂ content
• • natural gas between. 1.00% and 14% N ₂ content
• - The individual admixtures add up. As a result, in the water vapor-oxygen reforming without further treatment actually no high purity hydrogen but a gas with max. 96% hydrogen content produced.
• - In the case of higher requirements for the purity of the hydrogen, further treatment of the hydrogen is necessary. Although there is a technique for separating the N ₂ and the CO fraction with the pressure swing adsorption Available, but this is an additional equipment required.
• - The adsorption of CO reduces the chemically bound energy in the gas and means a further loss of energy with deterioration of the efficiency. Technically, however, the elimination of the residual content of CO in the product gas is absolutely necessary if the hydrogen is to be used in fuel cells, since CO acts as a poison for the platinum catalyst used in fuel cells.
• - The process is only suitable with great additional expenditure for the use of sulfur-containing fuels.

Obtaining a synthesis gas of hydrogen and nitrogen for ammonia synthesis

The large-scale process of obtaining a hydrogen-nitrogen mixture for ammonia synthesis is based on the use of methane (natural gas) as the primary energy. It consists of the following process steps:

1st step: primary reformer / fission gas generation

In this step, the methane reacts with supplied water vapor with the help of a catalyst and it produces carbon monoxide and hydrogen.

2nd step: secondary reformer

Since the methane is only partially converted in the first step, the remaining methane is allowed to react with oxygen to form hydrogen and carbon monoxide in the second step.

3rd step: Convert the CO to H ₂ and CO ₂

In this step, the CO reacts with supplied water vapor with the help of a catalyst and produces carbon dioxide and hydrogen.

4th step: CO ₂ washing

In this step, the deposition of CO ₂ takes place in a physical wash (adsorption) z. B. with methanol and subsequent regeneration of the methanol (desorption of CO ₂ ).

5th step: methanation

In this step, remaining traces of CO and CO ₂ in the synthesis gas are converted to CH ₄ by means of Ni catalyst (reverse reaction as in the primary reformer).

5th step: ammonia synthesis

In this step, the actual ammonia synthesis takes place in high-pressure reactors which are filled internally with an iron oxide mixed catalyst. Under a pressure of 150-200 bar and at temperatures of 400-500 ° C, the inert nitrogen combines with the hydrogen to the final product ammonia.

A disadvantage of this method for obtaining a hydrogen-nitrogen mixture for the ammonia synthesis is that the method is associated with a high energy consumption and that in the method by the use of methane as fuel (natural gas) a relatively expensive and high quality fuel is used.

Obtaining a synthesis gas from hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis

• – Luftzerlegung und Erzeugung von reinem Sauerstoff in Luftzerlegungsanlagen
• – autotherme Vergasung mit O₂-Oxidation (Verbrennung eines Teils des eingesetzten Brennstoff mit Reinsauerstoff, um die für den in der Summe endothermen Vergasungsprozess erforderlichen Wärme bereitzustellen),
• – Abkühlung des heißen Gasgemischs in einem Wärmeübertrager mit Dampferzeugung (Abhitzedampfkessel) zur Abkühlung des Gases und gleichzeitigen Erzeugung des für das Verfahren benötigten Dampfes,
• – Verdichtung des Gasgemischs auf den für die Fischer-Tropsch-Synthese erforderlichen Druck und
• – Zuführung des Gasgemischs in den Fischer-Tropsch-Reaktor zur Gewinnung der Synthesekraftstoffe.

The known gasification process for obtaining a mixture of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis consists of the following process steps:

• - Air separation and production of pure oxygen in air separation plants
• Autothermal gasification with O ₂ oxidation (combustion of some of the fuel used with pure oxygen to provide the heat required for the total endothermic gasification process),
• Cooling the hot gas mixture in a heat exchanger with steam generation (waste heat steam boiler) for cooling the gas and simultaneously generating the steam required for the process,
• - compression of the gas mixture to the pressure required for the Fischer-Tropsch synthesis and
• - Feed the gas mixture into the Fischer-Tropsch reactor to obtain the synthesis fuels.

• – der mit den bekannten Vergasungsverfahren verbundene hohe Energieaufwand durch Verlust der sensiblen Wärme des im Vergaser erzeugten Gasgemischs,
• – das Fehlen einfacher Regelungsmöglichkeiten, um die Vergasung auf die für die Fischer-Tropsch-Synthese benötigte Gaszusammensetzung einzustellen und
• – die fehlende Nutzbarkeit der bei der exothermen Fischer-Tropsch-Synthese freigesetzten Wärme.

The most important problems with the use of the known processes for the production of synthesis gas for the Fischer-Tropsch synthesis are:

• The high energy consumption associated with the known gasification processes by loss of the sensible heat of the gas mixture produced in the gasifier,
• The lack of simple control possibilities to adjust the gasification to the gas composition required for the Fischer-Tropsch synthesis, and
• The lack of usability of the heat released during the exothermic Fischer-Tropsch synthesis.

Production of pure carbon monoxide by gasification

Although carbon monoxide is a fuel gas well suited for use in internal combustion engines and gas turbines, no methods have yet been developed for producing pure carbon monoxide by gasification of fuels.

Production of pure hydrocarbon fuel gas by gasification

The supply of fuel gas from methane and higher hydrocarbons is currently almost exclusively due to the extraction of natural gas and the feeding of methane from biogas plants.

Methods for the production of pure hydrocarbon fuel gas by gasification of environmentally friendly biofuels such as wood or the gasification of cheap lignite have not yet been developed.

Water vapor-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation

The steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation allows the extraction of highly pure combustion and synthesis gases. In particular, it also enables the production of high purity hydrogen for use in fuel cells with platinum catalyst.

The process of water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation consists of the process steps:

- Process step 1 compression of the supplied material flows

Compaction of all introduced into the gasifier streams (fuel, air, water vapor) and the return products from the gas separation (carbon monoxide, hydrogen and / or hydrocarbon fuel gas) on the pressure in the carburetor. Here, the overpressure in the carburetor is chosen so that at this pressure, the liquefaction of CO _{2 is} possible. The pressure in the gasifier must therefore be greater than 5.18 bar, the saturation pressure at the melting temperature of CO ₂ . As the gasifier pressure of the embodiments described below, a pressure of 6 bar is selected.

- Process step 2 water vapor-air over-pressure gasification

The steam-air over-pressure gasification is an autothermal gasification of the starting fuel at overpressure and water vapor in the gasification chamber. The heat supply for the sum of endothermic gasification reactions is carried out by oxidation of a portion of the fuel used or the recirculated fuel gases with air.

The gas mixture produced in the water vapor-air overpressure gasification consists of H ₂ , CO, C _n H _m , H ₂ O, CO ₂ , N ₂ and Ar and sulfur-containing fuels additionally from H ₂ S. The gas mixture produced by gasification is in Hereinafter referred to as generator gas.

• – Es wird mindestens die Dampfmenge in den Vergasungsraum eingeführt, die für die vollständige Reformierung des Kohlenwasserstoffs erforderlich ist, so dass die Vergasung bei Dampfsättigung bzw. bei Dampfüberschuss stattfindet. Dampfsättigung bzw. Dampfüberschuss entsteht bei sehr feuchten Brennstoffen wie waldfrischem Holz oder Rohbraunkohle durch Verdampfung des im Brennstoff enthaltenen Wassers. Bei trockenen Brennstoffen wird Dampf in den Vergaser eingeführt, um Dampfsättigung bzw. Dampfüberschuss zu erzielen.
• – Wegen der Gleichgewichtsbedingungen bei der Shift-Reaktion wird ein höherer Anteil von Wasserstoff im Generatorgas bei niedrigen Vergasungstemperaturen erreicht. Deshalb erfolgt bei Anwendungen, die auf eine hohe Wasserstoffausbeute ausgerichtet sind, die Vergasung bei Mindestvergasungstemperatur von ca. 800°C.
• – Bei Anwendungen, die eine hohe Kohlenmonoxidausbeute benötigen, wird mit Vergasungstemperaturen über 800°C gearbeitet.
• – Wegen des Gleichgewichts bei der Reformierungsreaktion und der Boudouard-Reaktion verschieben sich die Gleichgewichtszusammensetzungen des Generatorgases bei hohem Druck zu den Edukten (CH₄ und H₂O). Der Anteil an CH₄ und höheren Kohlenwasserstoffgasen im Generatorgas ist deshalb bei der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung höher als bei druckloser Vergasung. Bei Anwendungen, die nicht auf die Erzielung einer hohen Methanausbeute ausgerichtet sind, wird der Vergasungsdruck deshalb nicht wesentlich höher als der Mindestdruck zur CO₂-Verflüssigung gewählt.

The water vapor-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation takes place with the following guidance of the gasification process:

• - At least the amount of steam is introduced into the gasification chamber, which is required for the complete reforming of the hydrocarbon, so that the gasification takes place at steam saturation or excess steam. Steam saturation or excess steam is produced by very moist fuels such as wood from fresh wood or raw lignite by evaporation of the water contained in the fuel. For dry fuels, steam is introduced into the carburetor to achieve vapor saturation or excess vapor.
• - Due to the equilibrium conditions in the shift reaction, a higher proportion of hydrogen in the generator gas is achieved at low gasification temperatures. Therefore, in applications that are geared to a high hydrogen yield, the gasification at minimum gasification temperature of about 800 ° C.
• For applications requiring high carbon monoxide yield, gasification temperatures above 800 ° C are used.
• Due to the equilibrium in the reforming reaction and the Boudouard reaction, the equilibrium compositions of the generator gas shift at high pressure to the educts (CH ₄ and H ₂ O). The proportion of CH ₄ and higher hydrocarbon gases in the generator gas is therefore higher in the case of water vapor / air overpressure gasification than in the case of pressureless gasification. For applications that are not geared towards achieving high methane yield, the gasification pressure is therefore not chosen to be much higher than the minimum pressure for CO ₂ liquefaction.

- Process step 3 heat recovery

Heat transfer from the hot gas generator gas to the introduced into the water vapor-air overpressure gasifier material flows.

- Process step 4 gas cooling

Cooling of the gas generator gas to just above the freezing point of 273 ° K water in a gas cooler. The majority of the water contained in the gas mixture condenses in this gas cooling and is deposited.

- Process step 5 Cryogenic gas separation

• – In der ersten Phase der Tieftemperatur-Gaszerlegung wird das Generatorgas in einem selbstreinigenden Wärmetauscher auf die Sättigungstemperatur des CO₂ abgekühlt. Bei dem in den Ausführungsbeispielen gewählten Überdruck von 6 bar beträgt die Sättigungstemperatur 220°K. Ein selbstreinigender Wärmetauscher ist für diese Abkühlung deshalb erforderlich, weil bei dieser Abkühlung der noch im Gasgemisch enthaltene Wasserdampfanteil auskondensiert bzw. ausfriert, sich an den Wänden des Wärmetauschers ablagert und ohne Reinigungsmaßnahmen den Wärmetauscher verstopfen würde. In dem selbstreinigenden Wärmetauscher wird durch periodisches Umschalten der Strömung das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Eis und das kondensierte Wasser von dem an die Atmosphäre abgeleiteten Stickstoff aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Das Auskondensieren des überwiegenden Anteils des im Generatorgas enthaltenen CO₂ erfolgt in einem Kondensator. Die abzuführende Kondensationswärme wird bei flüssiger Entnahme des CO₂ durch eine Kältemaschine abgeführt. Bei gasförmiger Entnahme des CO₂ wird die abzuführende Kondensationswärme ganz oder teilweise durch die für die bei Wiederverdampfung des CO₂ aufgenommene Wärme gedeckt.
• – Bei schwefelhaltigen Brennstoffen wird in diesem Kondensator zusätzlich zum CO₂ auch das H₂S abgeschieden, dessen Sättigungstemperatur über der Sättigungstemperatur von CO₂ liegt. Das Gemisch aus H₂S und CO₂ wird anschließend in einer Rektifiziersäule getrennt und das H₂S wird aus dem Verfahren entnommen. Die weitere Verwertung des H₂S kann in einer Claus-Anlage erfolgen.
• – In der nächsten Phase der Tieftemperatur-Gaszerlegung wird das Gasgemisch in einem weiteren selbstreinigenden Wärmetauscher auf Tieftemperaturniveau abgekühlt (ca. 85°K). Ein selbstreinigender Wärmetauscher ist für diesen Verfahrensschritt deshalb erforderlich, weil bei dieser Abkühlung der noch im Gasgemisch enthaltene Kohlendioxidanteil auskondensiert bzw. ausfriert, sich an den Wänden des Wärmetauschers ablagert und ohne Reinigungsmaßnahmen den Wärmetauscher verstopfen würde. In dem selbstreinigenden Wärmetauscher wird durch periodisches Umschalten der Strömung das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Kohlendioxid von dem an die Atmosphäre abgeleiteten Stickstoff aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Bei der Abkühlung auf das Tieftemperaturniveau kondensieren die im Generatorgas enthaltenen Kohlenwasserstoffbrenngase (CH₄ und die höher siedenden CH-Verbindungen) aus. Sie werden in einen Abscheider aus dem Gastrom abgetrennt.
• – Die abgetrennten Kohlenwasserstoffgase können nach Erwärmung in den selbstreinigenden Wärmetauschern als Produkt entnommen werden. Bei Anwendungen, in denen keine Verwendung oder keine vollständige Verwendung der Kohlenwasserstoffgase vorgesehen ist, werden die nicht verwendeten Kohlenwasserstoffgase in den Vergaser zurückgeleitet.
• – Das nach Abscheiden der Kohlenwasserstoffgase verbleibende Gasgemisch (H₂, CO, N₂ und Ar) wird in eine Stickstoffwaschsäule geleitet.
• – In der Stickstoffwaschsäule erfolgt das Abtrennen des H₂-Anteils. Die Separierung von H₂ aus wasserstoffhaltigen Gasgemischen durch die Stickstoffwäsche ist ein bewährtes Verfahren und wurde vor rd. 80 Jahren durch die Linde AG entwickelt ( Deutsches Reichspatent Nr. 549 339 ). Die Stickstoffwäsche ist in der Lage, das in der Säule aufsteigende Gas bis auf wenige ppm von Kohlenmonoxid und Methan zu befreien (vgl. H. Hansen, H. Linde „Tieftemperaturtechnik”, 2. Auflage, Springer Verlag, S. 414 ).
• – Die Kopffraktion der Stickstoffwaschsäule besteht aus einem gasförmigen Wasserstoff-/Stickstoffgemisch und die Sumpffraktion aus einem flüssigen Gemisch aus CO, N₂ und Ar.
• – Das Wasserstoff-/Stickstoffgemisch der Kopffraktion der Stickstoffwaschsäule wird bei der Ammoniaksynthese als Produkt entnommen und nach weiterer Verdichtung als fertiges Synthesegas dem Hochdruckreaktor der Ammoniakanlage zugeführt.
• – Bei Anwendungen der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung, in denen keine Entnahme von Wasserstoff vorgesehen ist, wird das Wasserstoff-/Stickstoffgemisch der Kopffraktion der Stickstoffwaschsäule in den Vergaser zurückgeleitet.
• – Bei Anwendungen der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung, die als Ziel die Entnahme reinen Wasserstoffs haben, wird das Wasserstoff-/Stickstoffgemisch aus der Stickstoffwaschsäule durch Kondensation des Stickstoffs in flüssigen Stickstoff und reinen gasförmigen Wasserstoff aufgeteilt und der reine Wasserstoff nach Erwärmung in den selbstreinigenden Wärmetauschern aus dem Verfahren entnommen.
• – Die Sumpffraktion der Stickstoffwaschsäule wird flüssig entnommen, leicht entspannt und in einen Abscheider geleitet. Dort werden die restlichen H₂-Anteile gasförmig abgetrennt.
• – Das aus dem Abscheider flüssig entnommene Gemisch aus N₂, CO und Ar wird weiter entspannt und in eine Doppelrektifiziersäule geleitet. In der Druckstufe der Rektifiziersäule wird der N₂- und CO-Anteil des Gemischs verdampft und das Argon sumpfseitig abgetrennt.
• – Das in der Druckstufe kopfseitig entnommene N₂-CO-Gemisch wird weiter entspannt und in die Niederdruckstufe der Doppelrektifiziersäule geleitet.
• – In der Niederdruckstufe der Doppelrektifiziersäule wird das N₂-CO-Gemisch getrennt und der Stickstoff kopfseitig und das CO sumpfseitig entnommen.
• – Das abgetrennte Kohlenmonoxid kann nach Erwärmung in den selbstreinigenden
• Wärmetauschern als Produkt entnommen. Bei Anwendungen, in denen keine Verwendung oder keine vollständige Verwendung des Kohlenmonoxids vorgesehen ist, wird das nicht verwendete Kohlenmonoxid in den Vergaser zurückgeleitet.
• – Der in der Doppelrektifiziersäule abgetrennte Stickstoff wird in den beiden selbstreinigenden Wärmetauschern erwärmt und an die Atmosphäre abgegeben. Die Selbstreinigung der Wärmetauscher erfolgt durch periodisches Umschalten der Wärmetauscher. Das bei Abkühlung der Gasgemische an den Wärmetauscherwänden abgeschiedene Wasser und das abgeschiedene Kohlendioxid werden nach Umschalten im Gegenstrom bei der Stickstofferwärmung von diesem aufgenommen und an die Atmosphäre abgeführt.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten werden einzelne oder mehrere der abgetrennten Gase Arbeit leistend entspannt.
• – Die Kälte im Verfahren wird über einen Stickstoffkreislauf an die Bedarfsstellen übertragen.

The cryogenic decomposition of the generator gas into the gas components H ₂ , CO, C _n H _m , CO ₂ , N ₂ and Ar is as follows:

• In the first phase of the cryogenic gas separation, the generator gas is cooled in a self-cleaning heat exchanger to the saturation temperature of the CO ₂ . With the overpressure of 6 bar selected in the exemplary embodiments, the saturation temperature is 220 ° K. A self-cleaning heat exchanger is necessary for this cooling because during this cooling the water vapor content still contained in the gas mixture condenses out or freezes, deposits itself on the walls of the heat exchanger and would clog the heat exchanger without cleaning measures. In the self-cleaning heat exchanger, by intermittently switching the flow, the ice and the condensed water deposited on the walls of the heat exchanger are taken up by the nitrogen discharged to the atmosphere, thus completely cleaning the heat exchanger.
• - The condensation of the majority of the CO ₂ contained in the generator gas takes place in a condenser. The dissipated heat of condensation is removed with liquid removal of CO ₂ by a chiller. In the case of gaseous removal of the CO ₂ , the heat of condensation to be dissipated is completely or partially covered by the heat absorbed for re-evaporation of the CO ₂ .
• - For sulfur-containing fuels, the H ₂ S is deposited in this condenser in addition to the CO ₂ , the saturation temperature is above the saturation temperature of CO ₂ . The mixture of H ₂ S and CO ₂ is then separated in a rectification column and the H ₂ S is removed from the process. Further utilization of H ₂ S can take place in a Claus plant.
• In the next phase of the cryogenic gas separation, the gas mixture is cooled in a further self-cleaning heat exchanger at low temperature level (about 85 ° K). A self-cleaning heat exchanger is necessary for this process step, because during this cooling the carbon dioxide content still contained in the gas mixture condenses out or freezes, deposits itself on the walls of the heat exchanger and would clog the heat exchanger without cleaning measures. In the self-cleaning heat exchanger, by periodically switching the flow, the carbon dioxide deposited on the walls of the heat exchanger is taken up by the nitrogen derived from the atmosphere, and the heat exchanger is thus completely cleaned again.
• - Upon cooling to the low temperature level, the hydrocarbon combustion gases (CH ₄ and the higher-boiling CH compounds) contained in the generator gas condense. They are separated into a separator from the gas stream.
• - The separated hydrocarbon gases can be removed as a product after heating in the self-cleaning heat exchangers. In applications where no use or complete use of the hydrocarbon gases is intended, the unused hydrocarbon gases are returned to the gasifier.
• - The gas mixture remaining after separation of the hydrocarbon gases (H ₂ , CO, N ₂ and Ar) is passed into a nitrogen washing column.
• - In the nitrogen washing column, the separation of the H ₂ -Anteils takes place. The separation of H ₂ from hydrogen-containing gas mixtures by the nitrogen scrubbing is a proven method and was before approx. 80 years developed by the Linde AG ( German Reich Patent No. 549 339 ). The nitrogen scrubbing is capable of liberating the gas rising in the column down to a few ppm from carbon monoxide and methane (cf. H. Hansen, H. Linde "Tieftemperaturtechnik", 2nd edition, Springer Verlag, p. 414 ).
• - The top fraction of the nitrogen column consists of a gaseous hydrogen / nitrogen mixture and the bottom fraction of a liquid mixture of CO, N ₂ and Ar.
• - The hydrogen / nitrogen mixture of the top fraction of the nitrogen washing column is removed in the ammonia synthesis as a product and fed to the high pressure reactor of the ammonia plant after further compression as a finished synthesis gas.
• - In applications of water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation, in which no removal of hydrogen is provided, the hydrogen / nitrogen mixture of the overhead fraction of the nitrogen column is returned to the gasifier.
• - In applications of the water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation, which aim to remove pure hydrogen, the hydrogen / nitrogen mixture from the nitrogen wash column is divided by condensation of nitrogen in liquid nitrogen and pure gaseous hydrogen and the pure hydrogen after heating in the Self-cleaning heat exchangers taken from the process.
• - The bottom fraction of the nitrogen column is removed liquid, slightly relaxed and passed into a separator. There, the remaining H ₂ components are separated in gaseous form.
• - The mixture of N ₂ , CO and Ar removed from the separator is further expanded and passed into a double rectification column. In the pressure stage of the rectification column of the N ₂ - and CO content of the mixture is evaporated and the argon separated on the marsh side.
• - The N ₂ -CO mixture removed from the top of the pressure stage is further expanded and passed into the low pressure stage of the double rectification column.
• - In the low pressure stage of the double rectification column, the N ₂ -CO mixture is separated and the nitrogen head side and the CO removed from the swamp side.
• - The separated carbon monoxide can after heating in the self-cleaning
• Heat exchangers taken as a product. For applications where no use or full use of carbon monoxide is intended, unused carbon monoxide will be returned to the gasifier.
• - The separated in the Doppelrektifiziersäule nitrogen is heated in the two self-cleaning heat exchangers and released into the atmosphere. The self-cleaning of the heat exchanger is done by periodically switching the heat exchanger. The deposited on cooling the gas mixtures on the heat exchanger walls water and the deposited carbon dioxide are taken after switching counter-current in the nitrogen heating of this and discharged to the atmosphere.
• - To cover cold losses, one or more of the separated gases work to relax.
• - The cold in the process is transmitted to the demand sites via a nitrogen cycle.

In 3 is the basic process structure of the water vapor-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation shown. Here are the in 3 used numbers for the following system components and material flows:

LIST OF REFERENCE NUMBERS

121

fuel

122

High pressure steam

123

air

124

Electrical power

125

air compressor

126

fuel compressor

127

Hydrogen compressor

128

Carbon monoxide compressor

129

Hydrocarbon gas compressor

130

Steam-air-pressure gasifier

131

Heat exchanger for returning the sensible heat from the hot generator gas to the carburetor input (fuel, air, high pressure steam and returned fuel gases)

132

Heat recovery

133

gas cooler

134

Cryogenic gas separation plant for the decomposition of the generator gas into the gas components H ₂ , CO, C _n H _m , H ₂ O, CO ₂ , N ₂ and Ar

135

Three-way valve for controlling withdrawal or return of H ₂

136

H ₂

137

Three-way valve for controlling withdrawal or return of CO

138

CO

139

Three-way valve for controlling the removal or recirculation of hydrocarbon gases

140

Hydrocarbon gases, CH ₄ and higher hydrocarbons

141

N ₂ and Ar from the gas separation plant

142

CO ₂ from the gas separation plant

143

Refrigerant compressor of the cryogenic gas separation plant

The energy flow diagram of hydrogen recovery by steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation is shown in FIG 13 shown. The expected efficiency of the water vapor-air overpressure gasification with low-temperature gas separation is 90% and is well above the efficiency of the water vapor-oxygen gasification of 62% - see. 2 ,

Achieved benefits

• – dass sie die Herstellung besonders reiner Brenngase ermöglicht,
• – dass Wasserstoff erzeugt werden kann, der praktisch kein Kohlenmonoxid mehr enthält und dass der erzeugte Wasserstoff damit für den Einsatz in Brennstoffzellen mit Platinkatalysator geeignet ist,
• – dass der Vergasungswirkungsgrad und der Gesamtwirkungsgrad der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung deutlich besser sind als die Wirkungsgrade bekannter Verfahren,
• – dass die Zusammensetzung von Brenngasgemischen und Synthesegasgemischen bei der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung durch die Möglichkeit der Steuerung von Entnahme und Rückführung der Brenngase exakt gesteuert werden kann,
• – dass durch die genaue Steuerung der Synthesegaszusammensetzung die Effizienz von Syntheseprozessen – insbesondere der Fischer-Tropsch-Synthese – deutlich verbessert werden kann,
• – dass ein breites Spektrum von Brennstoffen vergast werden kann und insbesondere auch nachwachsende Rohstoffe wie Brennholz und besonders preiswerte fossile Brennstoffe wie Rohbraunkohle eingesetzt werden können,
• – dass durch Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung ein Kohlenwasserstoff-Brenngas erzeugt werden kann, dessen Zusammensetzung mit einem Methananteil von mehr als 90% der Zusammensetzung von Erdgas entspricht und dies ermöglicht, dass teuere Erdgasimporte durch die Vergasung von preiswerten einheimischen Rohstoffen, z. B. Rohbraunkohle, ersetzt werden können,
• – dass bei Erzeugung von Synthesegas durch Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung die bei den exothermen Syntheseprozessen abzuführende Energie zur Erzeugung des Hochdruckdampfes für die Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung genutzt werden kann und
• – dass durch die flüssige Entnahme des abgetrennten Kohlendioxids die Grundlage für eine Speicherung des Kohlendioxids geschaffen ist.

The advantages achieved with the invention of the water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation are, in particular,

• - that it allows the production of particularly pure fuel gases,
• That hydrogen can be produced which contains virtually no more carbon monoxide and that the hydrogen produced is therefore suitable for use in fuel cells with platinum catalyst,
• That the gasification efficiency and the overall efficiency of the water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation are significantly better than the efficiencies of known methods,
• - that the composition of fuel gas mixtures and synthesis gas mixtures in the water vapor-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation by the possibility of Control of removal and return of the fuel gases can be controlled exactly
• - that the exact control of the synthesis gas composition, the efficiency of synthesis processes - especially the Fischer-Tropsch synthesis - can be significantly improved
• - that a wide range of fuels can be gasified and, in particular, renewable raw materials such as firewood and particularly inexpensive fossil fuels such as lignite can be used,
• - that by steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation a hydrocarbon fuel gas can be produced, whose composition corresponds to a methane content of more than 90% of the composition of natural gas and this allows expensive natural gas imports through the gasification of low-cost domestic raw materials, z. B. lignite, can be replaced,
• - That when generating synthesis gas by steam-air overpressure gasification to be dissipated in the exothermic synthesis processes energy to produce the high-pressure steam for the water vapor-air overpressure gasification can be used and
• - That the liquid withdrawal of the separated carbon dioxide is the basis for storage of carbon dioxide created.

embodiments

In the 4 to 12 Embodiments for various applications of water vapor-air gasification with cryogenic gas separation are shown. The numbers used stand for the following system components and material flows:

LIST OF REFERENCE NUMBERS

1

fuel

2

air

3

Steam

4

air compressor

5

Compressor for fuel

6

Compressor for hydrocarbon fuel gases

7

Compressor for carbon monoxide

8th

Compressor for hydrogen

9

Generator gas = gas mixture of H ₂ , CO, C _n H _m , CO ₂ , H ₂ O, H ₂ S, N ₂ and Ar

10

Producer gas heat exchanger

11

Steam-air-pressure gasifier

12

gas cooler

13

dissipated heat

14

Change-over valves for self-cleaning heat exchanger 1

15

self-cleaning heat exchanger 1

16

Non-return flaps for self-cleaning heat exchanger 1

17

CO ₂ capacitor

18

CO ₂ liquid

19

Dissipated condensation heat (via chiller)

20

Mixture of CO ₂ and H ₂ S

21

Valve

22

rectification column

23

CO ₂ gaseous

24

Refrigerant compressor

25

Valve

26

Refrigerant evaporator

27

Refrigerant condenser

28

CO ₂ capacitor

29

H ₂ S

30

Gas mixture consisting of H ₂ , CO, C _n H _m , N ₂ and Ar

31

Three-way valve

32

Compressor for gas mixture

33

Gas mixture consisting of H ₂ , CO, N ₂ and Ar

34

Change-over valves for self-cleaning heat exchanger 2

35

self-cleaning heat exchanger 2

36

Non-return flaps for self-cleaning heat exchanger 2

37

Separator 1

38

C _n H _m Hydrocarbon gases - predominantly CH ₄

39

Separator 2

40

Nitrogen wash column

41

wash nitrogen

42

Mixture of CO, N ₂ and Ar (liquid)

43

Mixture of H ₂ and N ₂ (gaseous)

44

Evaporator in the nitrogen refrigerant circuit

45

H ₂

46

Heat exchanger 1 in the H ₂ circuit

47

Heat exchanger 2 in the H ₂ circuit

48

Hydrogen turbine 1 to work performing relaxation of H ₂

49

Hydrogen turbine 2 to work by relaxing H ₂

50

Valve

51

Valve

52

Valve

53

double rectification

54

Pressure level of the double rectification column

55

Low pressure stage of the double rectification column

56

Condenser in the nitrogen refrigerant circuit

57

Argon liquid

58

Mixture of CO and N ₂

59

Valve

60

N ₂ gaseous

61

CO

62

Valve

63

Evaporator for CO

64

Heat exchanger in the nitrogen refrigerant circuit

65

Compressor in the nitrogen refrigerant circuit

66

Gas cooler in the nitrogen refrigerant circuit

67

Dissipated compressor heat

68

N ₂ liquid

69

Valve

70

Valve

71

Evaporator in the nitrogen refrigerant circuit

72

Valve

73

Argon gas

74

Mixture of N ₂ and Ar

75

Nitrogen turbine to work performing relaxation of the mixture 74

76

Three-way valve for controlling withdrawal or return of H ₂

77

Three-way valve for controlling withdrawal or return of CO

78

Three-way valve for controlling withdrawal or return of C _n H _m

79

Three-way valve

Embodiment 1

Water vapor-air gasification with low-temperature gas separation for the production of fuel gas mixtures from sulfur-free fuel with liquid removal of CO ₂

• – Wasserstoff,
• – Kohlenmonoxid und/oder
• – Kohlenwasserstoffbrenngasen (Methan und höheren Kohlenwasserstoffverbindungen) dargestellt. Die Abscheidung des Kohlendioxids erfolgt in Ausführungsbeispiel 1 in flüssiger Form.

In 4 is an embodiment of the water vapor-air over-pressure gasification of sulfur-free fuel to produce pure fuel gas mixtures with the gas components

• - hydrogen,
• Carbon monoxide and / or
• - Hydrocarbon combustion gases (methane and higher hydrocarbon compounds) shown. The deposition of the carbon dioxide takes place in Example 1 in liquid form.

• – In den Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) werden folgende Stoffströme eingeführt: Der Brennstoff (1) nach Verdichtung im Brennstoffverdichter (5), die Luft (2) nach Verdichtung im Luftverdichter (4), der Hochdruckwasserdampf (3) auf dem Druckniveau des Vergasers (11), das zurückgeführte Kohlenwasserstoffbrenngas (38) nach Verdichtung im Verdichter (6), das zurückgeführte Kohlenmonoxid (61) nach Verdichtung im Verdichter (7) und der zurückgeführte Wasserstoff (45) nach Verdichtung im Verdichter (8).
• – Die Vergasung des Brennstoffs erfolgt im Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) oberhalb von 800°C bei einem Druck von 6 bar. Um die für den in der Summe endothermen Vergasungsprozess erforderliche Wärme bereitzustellen, wird ein Teil des eingesetzten Brennstoff (1) bzw. der zurückgeführten Brenngase (38, 45 und/oder 61) mit Luft (2) verbrannt.
• – Das Generatorgas (9) verlässt bei einer Vergasungstemperatur von über 800°C den Vergaser und übergibt im Generatorgaswärmetauscher (10) den größten Teil seiner fühlbaren Wärme an die in den Vergaser eingeführten Stoffströme (1, 2, 3, 38, 45 und/oder 61).
• – In einem Gaskühler (12) wird das Generatorgas anschließend bis knapp über 0°C abgekühlt und ein möglichst großer Teil des im Generatorgas enthaltenen Wasserdampfs durch Kondensation abgeschieden.
• – Da durch Kondensation der im Generatorgas enthaltene Wasserdampf nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die weitere Abkühlung des Generatorgases (9) auf die Kondensationstemperatur des CO₂ in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert der noch im Gasgemisch enthaltene Wasserdampfanteil aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (14) in Kombination mit den Rückschlagklappen (16) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Eis sowie das kondensierte Wasser von dem an die Atmosphäre abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers von der Durchströmung mit Generatorgas (9) auf Rückströmung des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher 1 (15) mit dem in ihm befindlichen Generatorgas (9) gefüllt. Um diese Menge Generatorgas nicht an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (79) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn diese Gasmenge zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (79) umgeschaltet auf den Leitungsweg zur Abgabe des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) zusammen mit dem aufgenommenen Wasserdampf in die Atmosphäre.
• – Nach der Abkühlung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15) wird das Generatorgas (9) zur Kondensation des CO₂ in den Kondensator (17) geführt. Die Kondensationswärme (19) wird durch eine Kältemaschine (nicht dargestellt) abgeführt. Das CO₂ (18) liegt danach in flüssiger Form vor und kann weiter verdichtet, verwertet oder in eine Lagerstätte transportiert werden.
• – Da durch Kondensation das CO₂ nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das für die weiteren Verfahrensschritte benötigte Tieftemperaturniveau von ca. 85°K im selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert das noch im Gasgemisch enthaltene CO₂ aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (34) in Kombination mit den Rückschlagklappen (36) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte CO₂ von dem abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers 2 von der Durchströmung mit dem Gasgemisch (30) auf Rückströmung des Stickstoff-Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher 2 (35) mit dem in ihm befindlichen Gasgemisch (30) gefüllt. Um diese Menge des Gasgemischs (30) nicht gemeinsam mit dem Stickstoff-Argon-Gemisch an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (31) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn das Gasgemisch (30) zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (31) umgeschaltet und das Stickstoff-Argon-Gemisch (74) mit dem aufgenommenen CO₂ in den selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15) weitergeleitet.
• – Bei Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das Tieftemperaturniveau von ca. 85°K kondensieren die im Gasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffgase aus. Die Kohlenwasserstoffgase (38) werden im Abscheider (37) aus dem Gasgemisch abgetrennt und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt.
• – Die Steuerung, welcher Anteil der abgetrennten Kohlenwasserstoffgase (38) als Produkt entnommen wird und welcher Anteil als nicht verwendete Kohlenwasserstoffgase in den Vergaser zurückgeleitet wird, erfolgt mit Hilfe des Dreiwegeventils (78).
• – Das nach Abscheiden der Kohlenwasserstoffgase verbleibende Gasgemisch (33) wird in die Stickstoffwaschsäule (40) geleitet und dort in ein gasförmiges Wasserstoff-/Stickstoffgemisch (43) oberhalb der Waschsäule und die Sumpffraktion mit einem flüssigen Gemisch (42) aus CO, N₂ und Ar aufgeteilt.
• – Das Wasserstoff-/Stickstoffgemisch der Kopffraktion der Stickstoffwaschsäule (31) wird durch Kondensation des Stickstoffs aufgeteilt werden in hoch konzentrierten Wasserstoff (45) und flüssigen Stickstoff. Die Abführung der Kondensationswärme des Stickstoffs erfolgt mittels des Verdampfers (77) in den Stickstoffkreislauf und mittels der H₂-Wärmetauscher (46 und 47) in den durch Entspannung in den Turbinen (48 und 49) abgekühlten Wasserstoff (45). Durch Anordnung der Stickstoffkondensation im Kopf der Stickstoffwaschsäule wird erreicht, dass der heruntertropfende kondensierte Stickstoff zum Waschen des Gasgemischs (33) genutzt werden kann und so der aus dem Stickstoffkreislauf zugeführte Waschstickstoff (41) reduziert werden kann.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten wird der Wasserstoff (45) vom Anlagendruck 6 bar auf den Entnahmedruck von 1 bar Arbeit leistend in den Turbinen (48 und 49) entspannt. Die Entspannung des Wasserstoffs erfolgt in mehreren Stufen, um die Temperatur des entspannten Wasserstoffs nicht unter den Schmelztemperatur von Stickstoff (63°K) fallen zu lassen. Der in der ersten Turbine (45) entspannte und knapp über 63°K abgekühlte Wasserstoff wird im Wärmetauscher (46) im Kopf der Waschsäule wieder erwärmt und in der zweiten Turbine (49) erneut entspannt und im Wärmetauscher 47 erwärmt. Der Wasserstoff aus dem Wärmetauscher 47 wird mit dem aus dem Abscheider (39) entnommenen Wasserstoff zusammengeführt und in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt.
• – Die Sumpffraktion (42) der Stickstoffwaschsäule wird im Ventil (50) leicht entspannt und in den Abscheider (39) geleitet um H₂-Reste abzutrennen.
• – Der aus dem Abscheider (39) entnommene Wasserstoff wird im Ventil (51) weiter entspannt und mit dem in den Wasserstoffturbinen entspannten Wasserstoff (45) zusammengeführt und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt.
• – Die Steuerung, welcher Anteil des Wasserstoffs als Produkt entnommen wird und welcher Anteil als nicht verwendeter Wasserstoff in den Vergaser zurückgeleitet wird, erfolgt mit Hilfe des Dreiwegeventils (76).
• – Das aus dem Abscheider (39) flüssig entnommene Gemisch aus CO, N₂ und Ar (42) wird in dem Ventil (52) weiter entspannt und zur Zerlegung in die Doppelrektifiziersäule (53) geleitet. In der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule (54) wird der N₂ und CO-Anteil des Gemischs verdampft und das Argon (45) sumpfseitig abgetrennt. Zur Bereitstellung der zur Verdampfung des N₂ und CO-Anteils erforderlichen Wärme ist der Kältemittelkondensator (56) des nachstehend beschriebenen Stickstoffkreislaufs in der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule angeordnet.
• – Das aus Stickstoff und Kohlenmonoxid bestehende Kopfprodukt der Druckstufe (54) wird in die Leitung (58) entnommen, im Ventil (59) entspannt und in die Niederdruckstufe der Doppelrektifikationssäule (55) geleitet. Die Druckstufe der Doppelrektifikationssäule kann beispielsweise bei 3 bar und die Niederdruckstufe bei 2,5 bar betrieben werden.
• – In der Niederdruckstufe wird der Stickstoff (60) kopfseitig vom Kohlenmonoxid (61) sumpfseitig getrennt. Das Kohlenmonoxid wird flüssig entnommen, im Ventil (62) entspannt und im Verdampfer (63) verdampft und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt.
• – Die Steuerung, welcher Anteil des abgetrennten Kohlenmonoxids als Produkt entnommen wird und welcher Anteil als nicht verwendetes Kohlenmonoxid in den Vergaser zurückgeleitet wird, erfolgt mit Hilfe des Dreiwegeventils (77).
• – Der aus der Doppelrektifiziersäule entnommene Stickstoff (60) wird mit dem aus Doppelrektifiziersäule entnommene Argon (73) zu einem Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zusammengeführt.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten wird das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zunächst im Wärmetauscher (35) erwärmt und danach Arbeit leistend in der Turbine (75) von dem für die Niederdruckstufe der Doppelrektifiziersäule gewählten Druck (im Beispiel 2,5 bar) auf Umgebungsdruck entspannt.
• – Das entspannte Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) wird anschließend in den selbstreinigenden Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt. Das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) nimmt bei dieser Erwärmung – wie oben beschrieben – das im selbstreinigenden Wärmtauscher (15) abgelagerte Wasser und das im Wärmetauscher (35) abgelagerte CO₂ zur Abfuhr an die Atmosphäre auf.
• – Für die Stickstoffwäsche und die Verteilung der Kälte ist bei der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung ein Stickstoffkreislauf erforderlich. Im Stickstoffkreislauf wird gasförmiger Stickstoff (60) zunächst im Wärmetauscher (64) auf Umgebungstemperaturniveau erwärmt. Anschließend wird der Stickstoff in einem Verdichter (65) bei Umgebungstemperaturniveau verdichtet. Der Stickstoff wird durch die Verdichtung erwärmt und anschließend in einem Gaskühler (66) unter Abfuhr der Verdichterwärme (67) wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Im Wärmetauscher (64) erfolgt die Rückkühlung des Stickstoffs auf Prozesstemperatur. Die Kondensation des verdichteten Stickstoffs erfolgt im Kondensator (56), der in der Druckstufe in der Doppelrektifiziersäule (54) eingebaut ist.
• – Der flüssige Stickstoff (68) wird verwendet
• – als Waschstickstoff (41) in der Stickstoffwaschsäule (40),
• – im Verdampfer (44) für den Kältebedarf im Kopf der Stickstoffwaschsäule und
• – im Verdampfer (71) für den Kältebedarf im Kopf der Niederdruckstufe (55) der Doppelrektifiziersäule (53).

The steam-air gasification with cryogenic gas separation for the production of fuel gas mixtures from sulfur-free fuel with liquid removal of CO ₂ uses the following process steps:

• - In the steam-air overpressure gasifier ( 11 ), the following mass flows are introduced: the fuel ( 1 ) after compression in the fuel compressor ( 5 ), the air ( 2 ) after compression in the air compressor ( 4 ), the high-pressure water vapor ( 3 ) at the pressure level of the carburettor ( 11 ), the recycled hydrocarbon fuel gas ( 38 ) after compression in the compressor ( 6 ), the recycled carbon monoxide ( 61 ) after compression in the compressor ( 7 ) and the recycled hydrogen ( 45 ) after compression in the compressor ( 8th ).
• - The gasification of the fuel takes place in water vapor-air overpressure gasifier ( 11 ) above 800 ° C at a pressure of 6 bar. In order to provide the heat required for the total endothermic gasification process, part of the fuel used ( 1 ) or the recirculated fuel gases ( 38 . 45 and or 61 ) with air ( 2 ) burned.
• - the generator gas ( 9 ) leaves the gasifier at a gasification temperature of over 800 ° C and transfers in the generator gas heat exchanger ( 10 ) transfer most of its sensible heat to the material streams introduced into the gasifier ( 1 . 2 . 3 . 38 . 45 and or 61 ).
• - In a gas cooler ( 12 ), the generator gas is then cooled to just above 0 ° C and deposited as much of the water vapor contained in the generator gas by condensation.
• - Since condensation of water vapor contained in the generator gas can not be completely separated, the further cooling of the generator gas ( 9 ) to the condensation temperature of the CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ). During this cooling condenses or freezes the water vapor contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the Heat exchanger off, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 14 ) in combination with the check valves ( 16 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ) and the ice deposited on the walls of the heat exchanger and the condensed water from the atmosphere-derived nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger from the flow of gas ( 9 ) on backflow of the nitrogen / argon mixture ( 74 ), the heat exchanger 1 ( 15 ) with the generator gas ( 9 ) filled. In order not to divert this amount of generator gas to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 79 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When this gas is returned, the three-way valve ( 79 ) switched to the line for the delivery of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) together with the absorbed water vapor into the atmosphere.
• After cooling in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ) the generator gas ( 9 ) for the condensation of CO ₂ in the condenser ( 17 ) guided. The condensation heat ( 19 ) is discharged through a refrigerator (not shown). The CO ₂ ( 18 ) is thereafter in liquid form and can be further compressed, recycled or transported to a deposit.
• - Since the CO ₂ can not be completely separated by condensation, the cooling of the gas mixture ( 30 ) to the required for the further process steps low temperature level of about 85 ° K in the self-cleaning heat exchanger 2 ( 35 ). During this cooling condenses or freezes the CO ₂ still contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 34 ) in combination with the check valves ( 36 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger 2 (FIG. 35 ) and the CO ₂ deposited on the walls of the heat exchanger from the withdrawn nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger 2 from the flow with the gas mixture ( 30 ) on the backflow of the nitrogen-argon mixture ( 74 ), the heat exchanger 2 ( 35 ) with the gas mixture in it ( 30 ) filled. To this amount of the gas mixture ( 30 ) is not discharged together with the nitrogen-argon mixture to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 31 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When the gas mixture ( 30 ), the three-way valve ( 31 ) and the nitrogen-argon mixture ( 74 ) with the absorbed CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ) forwarded.
• - When cooling the gas mixture ( 30 ) to the low temperature level of about 85 ° K condense the hydrocarbon gases contained in the gas mixture. The hydrocarbon gases ( 38 ) are in the separator ( 37 ) separated from the gas mixture and then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated.
• The control, which proportion of the separated hydrocarbon gases ( 38 ) is removed as a product and which portion is returned as unused hydrocarbon gases in the gasifier, using the three-way valve ( 78 ).
• The gas mixture remaining after separation of the hydrocarbon gases ( 33 ) is added to the nitrogen wash column ( 40 ) and in a gaseous hydrogen / nitrogen mixture ( 43 ) above the wash column and the bottoms fraction with a liquid mixture ( 42 ) is divided into CO, N ₂ and Ar.
• The hydrogen / nitrogen mixture of the overhead fraction of the nitrogen wash column ( 31 ) is divided by condensation of nitrogen into highly concentrated hydrogen ( 45 ) and liquid nitrogen. The removal of the heat of condensation of the nitrogen by means of the evaporator ( 77 ) in the nitrogen cycle and by means of the H ₂ heat exchanger ( 46 and 47 ) in the by relaxation in the turbines ( 48 and 49 ) cooled hydrogen ( 45 ). By arranging the nitrogen condensation in the top of the nitrogen washing column is achieved that the trickling down condensed nitrogen for washing the gas mixture ( 33 ) can be used and so supplied from the nitrogen cycle scrubbing nitrogen ( 41 ) can be reduced.
• - To cover cold losses, the hydrogen ( 45 ) from the system pressure 6 bar to the extraction pressure of 1 bar working in the turbines ( 48 and 49 ) relaxed. The relaxation of the hydrogen takes place in several stages so as not to let the temperature of the expanded hydrogen fall below the melting temperature of nitrogen (63 ° K). The one in the first turbine ( 45 ) and cooled slightly above 63 ° K hydrogen is in the heat exchanger ( 46 ) is reheated in the head of the wash column and in the second turbine ( 49 ) relaxed again and in the heat exchanger 47 heated. The hydrogen from the heat exchanger 47 is with the from the separator ( 39 ) and in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated.
• - The bottom fraction ( 42 ) of the nitrogen wash column is in the valve ( 50 ) slightly relaxed and in the separator ( 39 ) to separate H ₂ residues.
• - The one from the separator ( 39 ) removed hydrogen is in the valve ( 51 ) and with the hydrogen released in the hydrogen turbines ( 45 ) and then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated.
• - The control, which portion of the hydrogen is taken as a product and which portion is recycled as unused hydrogen in the gasifier, takes place with the aid of the three-way valve ( 76 ).
• - That from the separator ( 39 ) liquid mixture of CO, N ₂ and Ar ( 42 ) is in the valve ( 52 ) and for disassembly into the Doppelrektifiziersäule ( 53 ). In the pressure stage of the double rectification column ( 54 ), the N ₂ and CO content of the mixture is evaporated and the argon ( 45 ) separated on the swamp side. To provide the heat required to vaporize the N ₂ and CO fraction, the refrigerant condenser ( 56 ) of the nitrogen cycle described below in the pressure stage of the double rectification column.
• - The top product of nitrogen pressure and carbon monoxide ( 54 ) gets into the line ( 58 ), in the valve ( 59 ) and in the low pressure stage of the double rectification column ( 55 ). The pressure stage of the double rectification column can be operated at 3 bar and the low-pressure stage at 2.5 bar, for example.
• - In the low-pressure stage, the nitrogen ( 60 ) at the top of the carbon monoxide ( 61 ) separated on the swamp side. The carbon monoxide is removed in liquid, in the valve ( 62 ) and in the evaporator ( 63 ) and then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated.
• - The control of which portion of the separated carbon monoxide is removed as a product and which portion is recycled as unused carbon monoxide in the carburetor, takes place with the aid of the three-way valve ( 77 ).
• The nitrogen taken from the double rectification column ( 60 ) is reacted with the withdrawn from Doppelrektifiziersäule argon ( 73 ) to a nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) merged.
• - To cover cold losses, the nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) first in the heat exchanger ( 35 ) and then working in the turbine ( 75 ) from the pressure selected for the low pressure stage of the double rectification column (2.5 bar in the example) to ambient pressure.
• The expanded nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) is then in the self-cleaning heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated. The nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) takes in this heating - as described above - in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) deposited water and in the heat exchanger ( 35 ) deposited CO ₂ for removal to the atmosphere.
• For the nitrogen scrubbing and the distribution of the cold, a nitrogen cycle is required in the case of steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation. In the nitrogen cycle, gaseous nitrogen ( 60 ) first in the heat exchanger ( 64 ) is heated to ambient temperature level. Subsequently, the nitrogen in a compressor ( 65 ) at ambient temperature level. The nitrogen is heated by the compression and then in a gas cooler ( 66 ) with removal of the compressor heat ( 67 ) cooled again to ambient temperature. In the heat exchanger ( 64 ), the recooling of the nitrogen takes place at the process temperature. The condensation of the compressed nitrogen takes place in the condenser ( 56 ), which in the pressure stage in the double rectification column ( 54 ) is installed.
• - The liquid nitrogen ( 68 ) is used
• - as washing nitrogen ( 41 ) in the nitrogen wash column ( 40 )
• - in the evaporator ( 44 ) for the refrigeration demand in the head of the nitrogen washing column and
• - in the evaporator ( 71 ) for the refrigeration requirement in the top of the low-pressure stage ( 55 ) of the double rectification column ( 53 ).

Embodiment 2

Water vapor-air gasification with low-temperature gas separation for the production of fuel gas mixtures of sulfur-free fuel with gaseous removal of CO ₂

• – Wasserstoff,
• – Kohlenmonoxid und/oder
• – Kohlenwasserstoffbrenngasen (Methan und höheren Kohlenwasserstoffverbindungen) dargestellt. Die Abscheidung des Kohlendioxids erfolgt in Ausführungsbeispiel 2 gasförmig.

In 5 is an embodiment of the water vapor-air over-pressure gasification of sulfur-free fuel to produce pure fuel gas mixtures with the gas components

• - hydrogen,
• Carbon monoxide and / or
• - Hydrocarbon combustion gases (methane and higher hydrocarbon compounds) shown. The deposition of carbon dioxide takes place in Example 2 in gaseous form.

The process of water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of fuel gas mixtures of sulfur-free fuel with gaseous removal of CO ₂ is up to the treatment of the capacitor from the ( 17 ) removed CO ₂ ( 18 ) and the removal of the heat of condensation with the process described in Example 1 process identical.

• – Aus dem Kondensator 17 wird auch im Ausführungsbeispiel 2 das CO₂ (18) flüssig entnommen (soweit noch deckungsgleich mit der flüssigen CO₂-Entnahme).
• – Abweichend wird das CO₂ jedoch nicht flüssig verwendet, sondern im Ventil (25) entspannt und im Verdampfer (26) verdampft.
• – Die bei der Verdampfung des CO₂ freigesetzte Kälte dient zur Aufnahme der aus dem Kondensator abzuführenden Kondensationswärme. Die aus dem Kondensator über die Kältemaschine abzuführende Kondensationswärme (19) reduziert sich dadurch auf den Anfahrbetrieb und die Deckung von Kälteverlusten.
• – Das verdampfte CO₂ wird im Wärmetauscher (15) erwärmt und danach an die Atmosphäre abgegeben.

In the following, therefore, only the procedure deviating from exemplary embodiment 1 in connection with the gaseous CO ₂ removal will be explained:

• - From the condenser 17 is also in the embodiment 2, the CO ₂ ( 18 ) taken liquid (as far as congruent with the liquid CO ₂ removal).
• - By way of derogation, the CO ₂ is not used liquid, but in the valve ( 25 ) and in the evaporator ( 26 ) evaporates.
• - The released during the evaporation of CO ₂ cold serves to absorb the dissipated condensation heat from the condenser. The condensation heat to be dissipated from the condenser via the chiller ( 19 ) reduces thereby on the starting operation and the covering of cold losses.
• - The evaporated CO ₂ is in the heat exchanger ( 15 ) and then released to the atmosphere.

The above-described addition to the method of Example 1 for the gaseous removal of CO ₂ is analogously also applicable as a process supplement for the applications in the embodiments 5 to 9.

Embodiment 3

Water vapor-air gasification with low-temperature gas separation for the production of fuel gas mixtures from sulfur-containing fuel with liquid removal of CO ₂

• – Wasserstoff,
• – Kohlenmonoxid und/oder
• – Methan und höheren Kohlenwasserstoffverbindungen aus schwefelhaltigem Brennstoff dargestellt. Die Abscheidung des Kohlendioxids erfolgt in Ausführungsbeispiel 3 flüssig.

In 6 is an embodiment of the water vapor-air overpressure gasification for generating fuel gas mixtures with the gas components

• - hydrogen,
• Carbon monoxide and / or
• - Methane and higher hydrocarbon compounds represented by sulfur-containing fuel. The deposition of carbon dioxide takes place in Example 3 liquid.

The process of water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of fuel gas mixtures of sulfur-containing fuel with liquid removal of CO ₂ is up to the composition of the capacitor in ( 17 ) deposited condensate and the additional measures for the separation of the hydrogen sulfide with the process described in Example 1 process identical.

• – Aus dem Kondensator (17) wird bei Verwendung schwefelhaltiger Brennstoffe ein flüssiges Gemisch aus CO₂ und H₂S (20) entnommen – statt des flüssigen CO₂ (18) bei Verwendung schwefelfreier Brennstoffe. Die Abfuhr der Kondensationswärme (19) aus dem Kondensator (17) erfolgt bei flüssiger Entnahme des CO₂ über eine externe Kältemaschine (nicht dargestellt).
• – Das flüssige Gemisch aus CO₂ und H₂S (20) wird im Ventil (29) entspannt und zur Trennung in die Rektifiziersäule (21) geleitet.
• – In der Rektifiziersäule (21) wird der CO₂-Anteil des Gemischs verdampft und das gasförmige CO₂ (22) wird kopfseitig entnommen. Das H₂S (28) wird sumpfseitig flüssig zur weiteren Verwendung (z. B. in einer Claus-Anlage) entnommen.
• – Das gasförmige entnommene CO₂ (22) wird in den Kondensator (27) geleitet und dort wieder verflüssigt.
• – Ein Kältekreis bestehend aus dem Kältemittelverdichter (23), dem in der Rektifiziersäule (21) angeordneten Kältemittelkondensator (24), dem Ventil (25) und dem im Kondensator (27) angeordneten Kältemittelverdampfer (26) führt die in der Rektifiziersäule (21) benötigte Wärme zu und führt die im Kondensator (27) abzuführende Wärme ab.
• – Die aus dem Kondensator (27) über die Kältemaschine abzuführende Kondensationswärme (19) beschränkt sich auf den Anfahrbetrieb und die Deckung von Kälteverlusten.
• – Das kondensierte CO₂ (18) wird aus dem Kondensator (27) flüssig entnommen und verwendet bzw. einer CO₂-Lagerstätte zugeführt.

In the following, therefore, only the method sequence deviating from exemplary embodiment 1 in connection with the use of sulfur-containing fuels will be explained:

• - From the condenser ( 17 ), when using sulfur-containing fuels, a liquid mixture of CO ₂ and H ₂ S ( 20 ) - instead of liquid CO ₂ ( 18 ) when using sulfur-free fuels. The dissipation of the condensation heat ( 19 ) from the condenser ( 17 ) takes place with liquid removal of CO ₂ via an external chiller (not shown).
• - The liquid mixture of CO ₂ and H ₂ S ( 20 ) is in the valve ( 29 ) and for separation into the rectification column ( 21 ).
• - In the rectification column ( 21 ), the CO ₂ content of the mixture is evaporated and the gaseous CO ₂ ( 22 ) is taken from the head. The H ₂ S ( 28 ) liquid is withdrawn from the swamp side for further use (eg in a Claus plant).
• - The gaseous CO ₂ removed ( 22 ) is placed in the condenser ( 27 ) and liquefied there again.
• - A refrigerant circuit consisting of the refrigerant compressor ( 23 ) in the rectification column ( 21 ) arranged refrigerant capacitor ( 24 ), the valve ( 25 ) and in the capacitor ( 27 ) arranged refrigerant evaporator ( 26 ) leads in the rectification column ( 21 ) and leads the heat in the capacitor ( 27 ) dissipated heat.
• - Those from the capacitor ( 27 ) via the chiller dissipated heat of condensation ( 19 ) is limited to the start-up operation and the coverage of cold losses.
• - The condensed CO ₂ ( 18 ) is removed from the condenser ( 27 ) taken liquid and used or fed to a CO ₂ deposit.

The above-described addition to the method of Example 1 for the use of sulfur-containing fuels is analogously applicable as a process supplement for the applications in the embodiments 5 to 9.

Embodiment 4

Water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of fuel gas mixtures from sulfur-containing fuel with gaseous removal of CO ₂

• – Wasserstoff,
• – Kohlenmonoxid und/oder
• – Kohlenwasserstoffbrenngas (Methan und höheren Kohlenwasserstoffverbindungen) dargestellt. Die Abscheidung des Kohlendioxids erfolgt in Ausführungsbeispiel 4 gasförmig.

In 7 is an embodiment of the water vapor-air overpressure gasification of sulfur-containing fuel for the production of fuel gas mixtures with the Gasbestandtei len

• - hydrogen,
• Carbon monoxide and / or
• - Hydrocarbon fuel gas (methane and higher hydrocarbon compounds) shown. The deposition of carbon dioxide takes place in Example 4 in gaseous form.

The process of water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of fuel gas mixtures of sulfur-containing fuel with gaseous removal of CO ₂ is up to the composition of the capacitor in ( 17 ) separated condensate, the gaseous removal of CO ₂ and the additional measures for the separation of the hydrogen sulfide with the process described in Example 1 process identical.

• – Aus dem Kondensator 17 wird bei Verwendung schwefelhaltiger Brennstoffe ein flüssiges Gemisch aus CO₂ und H₂S (20) entnommen – statt des flüssigen CO₂ (18) bei Verwendung schwefelfreier Brennstoffe.
• – Das flüssige Gemisch aus CO₂ und H₂S (20) wird im Ventil (29) entspannt und zur Trennung in die Rektifiziersäule (21) geleitet.
• – In der Rektifiziersäule (21) wird der CO₂-Anteil des Gemischs verdampft und das gasförmige CO₂ (22) wird kopfseitig entnommen. Das H₂S (28) wird sumpfseitig flüssig zur weiteren Verwendung (z. B. in einer Claus-Anlage) entnommen.
• – Das gasförmige entnommene CO₂ (22) wird im Ventil (80) entspannt, im Wärmetauscher 15 erwärmt und in die Atmosphäre abgeleitet.
• – Ein Kältekreis bestehend aus dem Kältemittelverdichter (23), dem in der Rektifiziersäule (21) angeordneten Kältemittelkondensator (24), dem Ventil (25) und dem im Kondensator (17) angeordneten Kältemittelverdampfer (26) führt die in der Rektifiziersäule (21) benötigte Wärme zu und führt die im Kondensator (17) abzuführende Wärme ab.
• – Die aus dem Kondensator (17) über die Kältemaschine abzuführende Kondensationswärme (19) beschränkt sich auf den Anfahrbetrieb und die Deckung von Kälteverlusten.

In the following, therefore, only the procedure deviating from Embodiment 1 in connection with the use of sulfur-containing fuels and the gaseous CO ₂ removal will be explained:

• - From the condenser 17 When using sulfur-containing fuels, a liquid mixture of CO ₂ and H ₂ S ( 20 ) - instead of liquid CO ₂ ( 18 ) when using sulfur-free fuels.
• - The liquid mixture of CO ₂ and H ₂ S ( 20 ) is in the valve ( 29 ) and for separation into the rectification column ( 21 ).
• - In the rectification column ( 21 ), the CO ₂ content of the mixture is evaporated and the gaseous CO ₂ ( 22 ) is taken from the head. The H ₂ S ( 28 ) liquid is withdrawn from the swamp side for further use (eg in a Claus plant).
• - The gaseous CO ₂ removed ( 22 ) is in the valve ( 80 ), in the heat exchanger 15 heated and discharged into the atmosphere.
• - A refrigerant circuit consisting of the refrigerant compressor ( 23 ) in the rectification column ( 21 ) arranged refrigerant capacitor ( 24 ), the valve ( 25 ) and in the capacitor ( 17 ) arranged refrigerant evaporator ( 26 ) leads in the rectification column ( 21 ) and leads the heat in the capacitor ( 17 ) dissipated heat.
• - Those from the capacitor ( 17 ) via the chiller dissipated heat of condensation ( 19 ) is limited to the start-up operation and the coverage of cold losses.

The above-described addition to the method of Example 1 using sulfur-containing fuels and gaseous removal of CO ₂ is analogously applicable as a process supplement for the applications in the embodiments 5 to 9.

Embodiment 5

Water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of pure hydrogen from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal

• – In den Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) werden folgende Stoffströme eingeführt: Der Brennstoff (1) nach Verdichtung im Brennstoffverdichter (5), die Luft (2) nach Verdichtung im Luftverdichter (4), der Hochdruckwasserdampf (3) auf dem Druckniveau des Vergasers (11), das zurückgeführte Kohlenwasserstoffbrenngas (38) nach Verdichtung im Verdichter (6) und das zurückgeführte Kohlenmonoxid (61) nach Verdichtung im Verdichter (7).
• – Die Vergasung des Brennstoffs erfolgt im Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) oberhalb von 800°C bei einem Druck von ca. 6 bar. Um die für den in der Summe endothermen Vergasungsprozess erforderliche Wärme bereitzustellen, wird ein Teil des eingesetzten Brennstoff (1) bzw. der zurückgeführten Brenngase (38 und/oder 61) mit Luft (2) verbrannt.
• – Das Generatorgas (9) verlässt bei einer Vergasungstemperatur von über 800°C den Vergaser und übergibt im Wärmetauscher (10) den größten Teil seiner fühlbaren Wärme an die in den Vergaser eingeführten Stoffströme (1, 2, 3, 38 und/oder 61).
• – In einem Gaskühler (12) wird das Generatorgas anschließend bis knapp über 0°C abgekühlt und ein möglichst großer Teil des im Generatorgas enthaltenen Wasserdampfs durch Kondensation abgeschieden.
• – Da durch Kondensation der im Generatorgas enthaltene Wasserdampf nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die weitere Abkühlung des Generatorgases (9) auf die Kondensationstemperatur des CO₂ in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert der noch im Gasgemisch enthaltene Wasserdampfanteil aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (14) in Kombination mit den Rückschlagklappen (16) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Eis sowie das kondensierte Wasser von dem an die Atmosphäre abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers von der Durchströmung mit Generatorgas (9) auf Rückströmung des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher (15) mit dem in ihm befindlichen Generatorgas (9) gefüllt. Um diese Menge Generatorgas nicht an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (79) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn diese Gasmenge zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (79) umgeschaltet auf den Leitungsweg zur Abgabe des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) zusammen mit dem aufgenommenen Wasserdampf in die Atmosphäre.
• – Nach der Abkühlung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) wird das Generatorgas (9) zur Kondensation des CO₂ in den Kondensator (17) geführt. Die Kondensationswärme (19) wird durch eine Kältemaschine (nicht dargestellt) abgeführt. Das CO₂ (18) liegt danach in flüssiger Form vor und kann weiter verdichtet, verwertet oder in eine Lagerstätte transportiert werden.
• – Da durch Kondensation das CO₂ nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das für die weiteren Verfahrensschritte benötigte Tieftemperaturniveau von ca. 85°K im selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert das noch im Gasgemisch enthaltene CO₂ aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (34) in Kombination mit den Rückschlagklappen (36) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte CO₂ von dem abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers 2 von der Durchströmung mit dem Gasgemisch (30) auf Rückströmung des Stickstoff-Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher 2 (35) mit dem in ihm befindlichen Gasgemisch (30) gefüllt. Um diese Menge des Gasgemischs (30) nicht gemeinsam mit dem Stickstoff-Argon-Gemisch an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (31) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn das Gasgemisch (30) zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (31) umgeschaltet und das Stickstoff-Argon-Gemisch (74) mit dem aufgenommenen CO₂ in den selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15) weitergeleitet.
• – Bei Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das Tieftemperaturniveau von ca. 85°K kondensieren die im Gasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffgase aus. Die Kohlenwasserstoffgase (38) werden im Abscheider (37) aus dem Gasgemisch abgetrennt und anschließend in den Wärmetauschern (35), (15) und (10) erwärmt und in den Vergaser (11) zurückgeleitet.
• – Das nach Abscheiden der Kohlenwasserstoffgase verbleibende Gasgemisch (33) wird in die Stickstoffwaschsäule (40) geleitet und dort in ein gasförmiges Wasserstoff-/Stickstoffgemisch (43) oberhalb der Waschsäule und die Sumpffraktion mit einem flüssigen Gemisch (42) aus CO, N₂ und Ar aufgeteilt.
• – Das Wasserstoff-/Stickstoffgemisch der Kopffraktion der Stickstoffwaschsäule (31) wird durch Kondensation des Stickstoffs aufgeteilt werden in hoch konzentrierten Wasserstoff (45) und flüssigen Stickstoff. Die Abführung der Kondensationswärme des Stickstoffs erfolgt mittels des Verdampfers (77) in den Stickstoffkreislauf und mittels der H₂-Wärmetauscher (46 und 47) in den durch Entspannung in den Turbinen (48 und 49) abgekühlten Wasserstoff (45). Durch Anordnung der Stickstoffkondensation im Kopf der Stickstoffwaschsäule wird erreicht, dass der heruntertropfende kondensierte Stickstoff zum Waschen des Gasgemischs (33) genutzt werden kann und so der aus dem Stickstoffkreislauf zugeführte Waschstickstoff (41) reduziert werden kann.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten wird der Wasserstoff (45) vom Anlagendruck 6 bar auf den Entnahmedruck von 1 bar Arbeit leistend in den Turbinen (48 und 49) entspannt. Die Entspannung des Wasserstoffs erfolgt in mehreren Stufen, um die Temperatur des entspannten Wasserstoffs nicht unter den Schmelztemperatur von Stickstoff (63°K) fallen zu lassen. Der in der ersten Turbine (45) entspannte und knapp über 63°K abgekühlte Wasserstoff wird im Wärmetauscher (46) im Kopf der Waschsäule wieder erwärmt und in der zweiten Turbine (49) erneut entspannt und im Wärmetauscher 47 erwärmt. Der Wasserstoff aus dem Wärmetauscher 47 wird mit dem aus dem Abscheider (39) entnommenen Wasserstoff zusammengeführt und in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt.
• – Die Sumpffraktion (42) der Stickstoffwaschsäule wird im Ventil (50) leicht entspannt und in den Abscheider (39) geleitet um H₂-Reste abzutrennen.
• – Der aus dem Abscheider (39) entnommene Wasserstoff wird im Ventil (51) weiter entspannt und mit dem in den Wasserstoffturbinen entspannten Wasserstoff (45) zusammengeführt und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt und entnommen.
• – Das aus dem Abscheider (39) flüssig entnommene Gemisch aus CO, N₂ und Ar (42) wird in dem Ventil (52) weiter entspannt und zur Zerlegung in die Doppelrektifiziersäule (53) geleitet. In der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule (54) wird der N₂ und CO-Anteil des Gemischs verdampft und das Argon (45) sumpfseitig abgetrennt. Zur Bereitstellung der zur Verdampfung des N₂ und CO-Anteils erforderlichen Wärme ist der Kältemittelkondensator (56) des nachstehend beschriebenen Stickstoffkreislaufs in der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule angeordnet.
• – Das aus Stickstoff und Kohlenmonoxid bestehende Kopfprodukt der Druckstufe (54) wird in die Leitung (58) entnommen, im Ventil (59) entspannt und in die Niederdruckstufe der Doppelrektifikationssäule (55) geleitet. Die Druckstufe der Doppelrektifikationssäule kann beispielsweise bei 3 bar und die Niederdruckstufe bei 2,5 bar betrieben werden.
• – In der Niederdruckstufe wird der Stickstoff (60) kopfseitig vom Kohlenmonoxid (61) sumpfseitig getrennt. Das Kohlenmonoxid wird flüssig entnommen, im Ventil (62) entspannt und im Verdampfer (63) verdampft und anschließend in den Wärmetauschern (35). (15) und (10) erwärmt, im Verdichter (7) verdichtet und in den Vergaser (11) zurück geleitet.
• – Der aus der Doppelrektifiziersäule entnommene Stickstoff (60) wird mit dem aus Doppelrektifiziersäule entnommene Argon (73) zu einem Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zusammengeführt.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten wird das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zunächst im Wärmetauscher (35) erwärmt und danach Arbeit leistend in der Turbine (75) von dem für die Niederdruckstufe der Doppelrektifiziersäule gewählten Druck (im Beispiel 2,5 bar) auf Umgebungsdruck entspannt.
• – Das entspannte Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) wird anschließend in den selbstreinigenden Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt. Das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) nimmt bei dieser Erwärmung – wie oben beschrieben – das im selbstreinigenden Wärmtauscher (15) abgelagerte Wasser und das im Wärmetauscher (35) abgelagerte CO₂ zur Abfuhr an die Atmosphäre auf.
• – Für die Stickstoffwäsche und die Verteilung der Kälte ist bei der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung ein Stickstoffkreislauf erforderlich. Im Stickstoffkreislauf wird gasförmiger Stickstoff (60) zunächst im Wärmetauscher (64) auf Umgebungstemperaturniveau erwärmt. Anschließend wird der Stickstoff in einem Verdichter (65) bei Umgebungstemperaturniveau verdichtet. Der Stickstoff wird durch die Verdichtung erwärmt und anschließend in einem Gaskühler (66) unter Abfuhr der Verdichterwärme (67) wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Im Wärmetauscher (64) erfolgt die Rückkühlung des Stickstoffs auf Prozesstemperatur. Die Kondensation des verdichteten Stickstoffs erfolgt im Kondensator (56), der in der Druckstufe in der Doppelrektifiziersäule (54) eingebaut ist.
• – Der flüssige Stickstoff (68) wird verwendet
• – als Waschstickstoff (41) in der Stickstoffwaschsäule (40),
• – im Verdampfer (44) für den Kältebedarf im Kopf der Stickstoffwaschsäule und
• – im Verdampfer (71) für den Kältebedarf im Kopf der Niederdruckstufe (55) der Doppelrektifiziersäule (53).

This in 8th illustrated embodiment of the water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation for the production of pure hydrogen from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal uses the following process steps:

• - In the steam-air overpressure gasifier ( 11 ), the following mass flows are introduced: the fuel ( 1 ) after compression in the fuel compressor ( 5 ), the air ( 2 ) after compression in the air compressor ( 4 ), the high-pressure water vapor ( 3 ) at the pressure level of the carburettor ( 11 ), the recycled hydrocarbon fuel gas ( 38 ) after compression in the compressor ( 6 ) and the recycled carbon monoxide ( 61 ) after compression in the compressor ( 7 ).
• - The gasification of the fuel takes place in water vapor-air overpressure gasifier ( 11 ) above 800 ° C at a pressure of about 6 bar. In order to provide the heat required for the total endothermic gasification process, part of the fuel used ( 1 ) or the recirculated fuel gases ( 38 and or 61 ) with air ( 2 ) burned.
• - the generator gas ( 9 ) leaves the carburetor at a gasification temperature of over 800 ° C and transfers in the heat exchanger ( 10 ) transfer most of its sensible heat to the material streams introduced into the gasifier ( 1 . 2 . 3 . 38 and or 61 ).
• - In a gas cooler ( 12 ), the generator gas is then cooled to just above 0 ° C and deposited as much of the water vapor contained in the generator gas by condensation.
• - Since condensation of water vapor contained in the generator gas can not be completely separated, the further cooling of the generator gas ( 9 ) to the condensation temperature of the CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ). During this cooling condenses or freezes the water vapor contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 14 ) in combination with the check valves ( 16 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) and the ice deposited on the walls of the heat exchanger and the condensed water from the atmosphere-derived nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger from the flow of gas ( 9 ) on backflow of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) is the heat exchanger ( 15 ) with the generator gas ( 9 ) filled. In order not to divert this amount of generator gas to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 79 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When this gas is returned, the three-way valve ( 79 ) switched to the line for the delivery of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) together with the absorbed water vapor into the atmosphere.
• After cooling in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) the generator gas ( 9 ) for the condensation of CO ₂ in the condenser ( 17 ) guided. The condensation heat ( 19 ) is discharged through a refrigerator (not shown). The CO ₂ ( 18 ) is thereafter in liquid form and can be further compressed, recycled or transported to a deposit.
• - Since the CO ₂ can not be completely separated by condensation, the cooling of the gas mixture ( 30 ) to the required for the further process steps low temperature level of about 85 ° K in the self-cleaning heat exchanger 2 ( 35 ). During this cooling condenses or freezes the CO ₂ still contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 34 ) in combination with the check valves ( 36 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger 2 (FIG. 35 ) and the CO ₂ deposited on the walls of the heat exchanger from the withdrawn nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger 2 from the flow with the gas mixture ( 30 ) on the backflow of the nitrogen-argon mixture ( 74 ), the heat exchanger 2 ( 35 ) with the gas mixture in it ( 30 ) filled. To this amount of Gas mixture ( 30 ) is not discharged together with the nitrogen-argon mixture to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 31 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When the gas mixture ( 30 ), the three-way valve ( 31 ) and the nitrogen-argon mixture ( 74 ) with the absorbed CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ) forwarded.
• - When cooling the gas mixture ( 30 ) to the low temperature level of about 85 ° K condense the hydrocarbon gases contained in the gas mixture. The hydrocarbon gases ( 38 ) are in the separator ( 37 ) separated from the gas mixture and then in the heat exchangers ( 35 ) 15 ) and ( 10 ) and heated in the carburetor ( 11 ) returned.
• The gas mixture remaining after separation of the hydrocarbon gases ( 33 ) is added to the nitrogen wash column ( 40 ) and in a gaseous hydrogen / nitrogen mixture ( 43 ) above the wash column and the bottoms fraction with a liquid mixture ( 42 ) is divided into CO, N ₂ and Ar.
• The hydrogen / nitrogen mixture of the overhead fraction of the nitrogen wash column ( 31 ) is divided by condensation of nitrogen into highly concentrated hydrogen ( 45 ) and liquid nitrogen. The removal of the heat of condensation of the nitrogen by means of the evaporator ( 77 ) in the nitrogen cycle and by means of the H ₂ heat exchanger ( 46 and 47 ) in the by relaxation in the turbines ( 48 and 49 ) cooled hydrogen ( 45 ). By arranging the nitrogen condensation in the top of the nitrogen washing column is achieved that the trickling down condensed nitrogen for washing the gas mixture ( 33 ) can be used and so supplied from the nitrogen cycle scrubbing nitrogen ( 41 ) can be reduced.
• - To cover cold losses, the hydrogen ( 45 ) from the system pressure 6 bar to the extraction pressure of 1 bar working in the turbines ( 48 and 49 ) relaxed. The relaxation of the hydrogen takes place in several stages so as not to let the temperature of the expanded hydrogen fall below the melting temperature of nitrogen (63 ° K). The one in the first turbine ( 45 ) and cooled slightly above 63 ° K hydrogen is in the heat exchanger ( 46 ) is reheated in the head of the wash column and in the second turbine ( 49 ) relaxed again and in the heat exchanger 47 heated. The hydrogen from the heat exchanger 47 is with the from the separator ( 39 ) and in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated.
• - The bottom fraction ( 42 ) of the nitrogen wash column is in the valve ( 50 ) slightly relaxed and in the separator ( 39 ) to separate H ₂ residues.
• - The one from the separator ( 39 ) removed hydrogen is in the valve ( 51 ) and with the hydrogen released in the hydrogen turbines ( 45 ) and then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) and removed.
• - That from the separator ( 39 ) liquid mixture of CO, N ₂ and Ar ( 42 ) is in the valve ( 52 ) and for disassembly into the Doppelrektifiziersäule ( 53 ). In the pressure stage of the double rectification column ( 54 ), the N ₂ and CO content of the mixture is evaporated and the argon ( 45 ) separated on the swamp side. To provide the heat required to vaporize the N ₂ and CO fraction, the refrigerant condenser ( 56 ) of the nitrogen cycle described below in the pressure stage of the double rectification column.
• - The top product of nitrogen pressure and carbon monoxide ( 54 ) gets into the line ( 58 ), in the valve ( 59 ) and in the low pressure stage of the double rectification column ( 55 ). The pressure stage of the double rectification column can be operated at 3 bar and the low-pressure stage at 2.5 bar, for example.
• - In the low-pressure stage, the nitrogen ( 60 ) at the top of the carbon monoxide ( 61 ) separated on the swamp side. The carbon monoxide is removed in liquid, in the valve ( 62 ) and in the evaporator ( 63 ) and then in the heat exchangers ( 35 ). ( 15 ) and ( 10 ), in the compressor ( 7 ) and in the carburetor ( 11 ) passed back.
• The nitrogen taken from the double rectification column ( 60 ) is reacted with the withdrawn from Doppelrektifiziersäule argon ( 73 ) to a nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) merged.
• - To cover cold losses, the nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) first in the heat exchanger ( 35 ) and then working in the turbine ( 75 ) from the pressure selected for the low pressure stage of the double rectification column (2.5 bar in the example) to ambient pressure.
• The expanded nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) is then in the self-cleaning heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated. The nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) takes in this heating - as described above - in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) deposited water and in the heat exchanger ( 35 ) deposited CO ₂ for removal to the atmosphere.
• For the nitrogen scrubbing and the distribution of the cold, a nitrogen cycle is required in the case of steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation. In the nitrogen cycle, gaseous nitrogen ( 60 ) first in the heat exchanger ( 64 ) is heated to ambient temperature level. Subsequently, the nitrogen in a compressor ( 65 ) at ambient temperature level. The nitrogen is heated by the compression and then in a gas cooler ( 66 ) with removal of the compressor heat ( 67 ) cooled again to ambient temperature. In the heat exchanger ( 64 ), the recooling of the nitrogen takes place at the process temperature. The condensation of the compressed nitrogen takes place in the condenser ( 56 ), which in the pressure stage in the double rectification column ( 54 ) is installed.
• - The liquid nitrogen ( 68 ) is used
• - as washing nitrogen ( 41 ) in the nitrogen wash column ( 40 )
• - in the evaporator ( 44 ) for the refrigeration demand in the head of the nitrogen washing column and
• - in the evaporator ( 71 ) for the refrigeration requirement in the top of the low-pressure stage ( 55 ) of the double rectification column ( 53 ).

The steam-air overpressure gasification with cryogenic gas separation for producing pure hydrogen described in Example 5 can be supplemented for the use of sulfur-containing fuels and / or for the gaseous removal of carbon dioxide by the additional process steps and process modifications described in Examples 2, 3 and 4.

Embodiment 6

Water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of a hydrogen-nitrogen mixture for the ammonia synthesis from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal

• – In den Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) werden folgende Stoffströme eingeführt: Der Brennstoff (1) nach Verdichtung im Brennstoffverdichter (5), die Luft (2) nach Verdichtung im Luftverdichter (4), der Hochdruckwasserdampf (3) auf dem Druckniveau des Vergasers (11), das zurückgeführte Kohlenwasserstoffbrenngas (38) nach Verdichtung im Verdichter (6), das zurückgeführte Kohlenmonoxid (61) nach Verdichtung im Verdichter (7) und der zurückgeführte Wasserstoff (45) nach Verdichtung im Verdichter (8).
• – Die Vergasung des Brennstoffs erfolgt im Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) oberhalb von 800°C bei einem Druck von 6 bar. Um die für den in der Summe endothermen Vergasungsprozess erforderliche Wärme bereitzustellen, wird ein Teil des eingesetzten Brennstoff (1) bzw. der zurückgeführten Brenngase (38, 45 und/oder 61) mit Luft (2) verbrannt.
• – Das Generatorgas (9) verlässt bei einer Vergasungstemperatur von über 800°C den Vergaser und übergibt im Wärmetauscher (10) den größten Teil seiner fühlbaren Wärme an die in den Vergaser eingeführten Stoffströme (1, 2, 3, 38 und/oder 61).
• – In einem Gaskühler (12) wird das Generatorgas anschließend bis knapp über 0°C abgekühlt und ein möglichst großer Teil des im Generatorgas enthaltenen Wasserdampfs durch Kondensation abgeschieden.
• – Da durch Kondensation der im Generatorgas enthaltene Wasserdampf nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die weitere Abkühlung des Generatorgases (9) auf die Kondensationstemperatur des CO₂ in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert der noch im Gasgemisch enthaltene Wasserdampfanteil aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (14) in Kombination mit den Rückschlagklappen (16) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Eis sowie das kondensierte Wasser von dem an die Atmosphäre abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers von der Durchströmung mit Generatorgas (9) auf Rückströmung des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher (15) mit dem in ihm befindlichen Generatorgas (9) gefüllt. Um diese Menge Generatorgas nicht an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (79) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn diese Gasmenge zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (79) umgeschaltet auf den Leitungsweg zur Abgabe des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) zusammen mit dem aufgenommenen Wasserdampf in die Atmosphäre.
• – Nach der Abkühlung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) wird das Generatorgas (9) zur Kondensation des CO₂ in den Kondensator (17) geführt. Die Kondensationswärme (19) wird durch eine Kältemaschine (nicht dargestellt) abgeführt. Das CO₂ (18) liegt danach in flüssiger Form vor und kann weiter verdichtet, verwertet oder in eine Lagerstätte transportiert werden.
• – Da durch Kondensation das CO₂ nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das für die weiteren Verfahrensschritte benötigte Tieftemperaturniveau von ca. 85°K im selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert das noch im Gasgemisch enthaltene CO₂ aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (34) in Kombination mit den Rückschlagklappen (36) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte CO₂ von dem abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers 2 von der Durchströmung mit dem Gasgemisch (30) auf Rückströmung des Stickstoff-Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher 2 (35) mit dem in ihm befindlichen Gasgemisch (30) gefüllt. Um diese Menge des Gasgemischs (30) nicht gemeinsam mit dem Stickstoff-Argon-Gemisch an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (31) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn das Gasgemisch (30) zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (31) umgeschaltet und das Stickstoff-Argon-Gemisch (74) mit dem aufgenommenen CO₂ in den selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15) weitergeleitet.
• – Bei Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das Tieftemperaturniveau von ca. 85°K kondensieren die im Gasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffgase aus. Die Kohlenwasserstoffgase (38) werden im Abscheider (37) aus dem Gasgemisch abgetrennt und anschließend in den Wärmetauschern (35), (15) und (10) erwärmt, im Verdichter 6 verdichtet und in den Vergaser (11) zurückgeleitet.
• – Das nach Abscheiden der Kohlenwasserstoffgase verbleibende Gasgemisch (33) wird in die Stickstoffwaschsäule (40) geleitet und dort in ein gasförmiges Wasserstoff-/Stickstoffgemisch (43) als Kopffraktion der Waschsäule und die Sumpffraktion mit einem flüssigen Gemisch (42) aus CO, N₂ und Ar aufgeteilt.
• – Das Wasserstoff-/Stickstoffgemisch wird im vorliegenden Mischungsverhältnis von 1 mol Stickstoff zu 3 mol Wasserstoff in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt und für die Ammoniaksynthese aus dem Verfahren entnommen.
• – Die Sumpffraktion (42) der Stickstoffwaschsäule wird im Ventil (50) leicht entspannt und in den Abscheider (39) geleitet um H₂-Reste (45) abzutrennen. Das abgetrennte H₂ wird in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt, im Verdichter (7) verdichtet und in den Vergaser (11) zurück geführt.
• – Das aus dem Abscheider (39) flüssig entnommene Gemisch aus CO, N₂ und Ar (42) wird in dem Ventil (52) weiter entspannt und zur Zerlegung in die Doppelrektifiziersäule (53) geleitet. In der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule (54) wird der N₂ und CO-Anteil des Gemischs verdampft und das Argon (45) sumpfseitig abgetrennt. Zur Bereitstellung der zur Verdampfung des N₂ und CO-Anteils erforderlichen Wärme ist der Kältemittelkondensator des Stickstoffkreislaufs (56) in der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule angeordnet.
• – Das aus Stickstoff und Kohlenmonoxid bestehende Kopfprodukt der Druckstufe (54) wird in die Leitung (58) entnommen, im Ventil (59) entspannt und in die Niederdruckstufe der Doppelrektifikationssäule (55) geleitet. Die Druckstufe der Doppelrektifikationssäule kann beispielsweise bei 3 bar und die Niederdruckstufe bei 2,5 bar betrieben werden.
• – In der Niederdruckstufe wird der Stickstoff (60) kopfseitig vom Kohlenmonoxid (61) sumpfseitig getrennt. Das Kohlenmonoxid wird flüssig entnommen, im Ventil (62) entspannt und im Verdampfer (63) verdampft und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt, im Verdichter (7) verdichtet und in den Vergaser (11) zurück geleitet.
• – Der aus der Doppelrektifiziersäule entnommene Stickstoff (60) wird mit dem aus Doppelrektifiziersäule entnommene Argon (73) zu einem Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zusammengeführt.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten wird das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zunächst im Wärmetauscher (35) erwärmt und danach Arbeit leistend in der Turbine (75) von dem für die Niederdruckstufe der Doppelrektifiziersäule gewählten Druck (im Beispiel 2,5 bar) auf Umgebungsdruck entspannt.
• – Das entspannte Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) wird anschließend in den selbstreinigenden Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt. Das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) nimmt bei dieser Erwärmung – wie oben beschrieben – das im selbstreinigenden Wärmtauscher (15) abgelagerte Wasser und das im Wärmetauscher (35) abgelagerte CO₂ zur Abfuhr an die Atmosphäre auf.
• – Für die Stickstoffwäsche und die Verteilung der Kälte ist bei der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung ein Stickstoffkreislauf erforderlich. Im Stickstoffkreislauf wird gasförmiger Stickstoff (60) zunächst im Wärmetauscher (64) auf Umgebungstemperaturniveau erwärmt. Anschließend wird der Stickstoff in einem Verdichter (65) bei Umgebungstemperaturniveau verdichtet. Der Stickstoff wird durch die Verdichtung erwärmt und anschließend in einem Gaskühler (66) unter Abfuhr der Verdichterwärme (67) wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Im Wärmetauscher (64) erfolgt die Rückkühlung des Stickstoffs auf Prozesstemperatur. Die Kondensation des verdichteten Stickstoffs erfolgt im Kondensator (56), der in der Druckstufe in der Doppelrektifiziersäule (54) eingebaut ist.
• – Der flüssige Stickstoff (68) wird verwendet
• – als Waschstickstoff (41) in der Stickstoffwaschsäule (40) und
• – im Verdampfer (71) für den Kältebedarf im Kopf der Niederdruckstufe (55) der Doppelrektifiziersäule (53).
• – Die Ammoniaksynthese ist ein exothermer Prozess. Die bei der Ammoniaksynthese abzuführende Energie kann zur Erzeugung des Hochdruckdampfes für die Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung genutzt werden.

This in 9 illustrated embodiment of the water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation to produce a hydrogen-nitrogen mixture for the synthesis of ammonia from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal uses the following process steps:

• - In the steam-air overpressure gasifier ( 11 ), the following mass flows are introduced: the fuel ( 1 ) after compression in the fuel compressor ( 5 ), the air ( 2 ) after compression in the air compressor ( 4 ), the high-pressure water vapor ( 3 ) at the pressure level of the carburettor ( 11 ), the recycled hydrocarbon fuel gas ( 38 ) after compression in the compressor ( 6 ), the recycled carbon monoxide ( 61 ) after compression in the compressor ( 7 ) and the recycled hydrogen ( 45 ) after compression in the compressor ( 8th ).
• - The gasification of the fuel takes place in water vapor-air overpressure gasifier ( 11 ) above 800 ° C at a pressure of 6 bar. In order to provide the heat required for the total endothermic gasification process, part of the fuel used ( 1 ) or the recirculated fuel gases ( 38 . 45 and or 61 ) with air ( 2 ) burned.
• - the generator gas ( 9 ) leaves the carburetor at a gasification temperature of over 800 ° C and transfers in the heat exchanger ( 10 ) transfer most of its sensible heat to the material streams introduced into the gasifier ( 1 . 2 . 3 . 38 and or 61 ).
• - In a gas cooler ( 12 ), the generator gas is then cooled to just above 0 ° C and deposited as much of the water vapor contained in the generator gas by condensation.
• - Since condensation of water vapor contained in the generator gas can not be completely separated, the further cooling of the generator gas ( 9 ) to the condensation temperature of the CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ). During this cooling condenses or freezes the water vapor contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 14 ) in combination with the check valves ( 16 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) and the ice deposited on the walls of the heat exchanger and the condensed water from the atmosphere-derived nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger from the flow of gas ( 9 ) on backflow of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) is the heat exchanger ( 15 ) with the generator gas ( 9 ) filled. In order not to divert this amount of generator gas to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 79 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When this gas is returned, the three-way valve ( 79 ) switched to the line for the delivery of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) together with the absorbed water vapor into the atmosphere.
• After cooling in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) the generator gas ( 9 ) for the condensation of CO ₂ in the condenser ( 17 ) guided. The condensation heat ( 19 ) is discharged through a refrigerator (not shown). The CO ₂ ( 18 ) is thereafter in liquid form and can be further compressed, recycled or transported to a deposit.
• - Since the CO ₂ can not be completely separated by condensation, the cooling of the gas mixture ( 30 ) to the required for the further process steps low temperature level of about 85 ° K in the self-cleaning Heat exchanger 2 ( 35 ). During this cooling condenses or freezes the CO ₂ still contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 34 ) in combination with the check valves ( 36 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger 2 (FIG. 35 ) and the CO ₂ deposited on the walls of the heat exchanger from the withdrawn nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger 2 from the flow with the gas mixture ( 30 ) on the backflow of the nitrogen-argon mixture ( 74 ), the heat exchanger 2 ( 35 ) with the gas mixture in it ( 30 ) filled. To this amount of the gas mixture ( 30 ) is not discharged together with the nitrogen-argon mixture to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 31 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When the gas mixture ( 30 ), the three-way valve ( 31 ) and the nitrogen-argon mixture ( 74 ) with the absorbed CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ) forwarded.
• - When cooling the gas mixture ( 30 ) to the low temperature level of about 85 ° K condense the hydrocarbon gases contained in the gas mixture. The hydrocarbon gases ( 38 ) are in the separator ( 37 ) separated from the gas mixture and then in the heat exchangers ( 35 ) 15 ) and ( 10 ), in the compressor 6 compressed and in the carburetor ( 11 ) returned.
• The gas mixture remaining after separation of the hydrocarbon gases ( 33 ) is added to the nitrogen wash column ( 40 ) and in a gaseous hydrogen / nitrogen mixture ( 43 ) as the top fraction of the wash column and the bottoms fraction with a liquid mixture ( 42 ) is divided into CO, N ₂ and Ar.
• - The hydrogen / nitrogen mixture is in the present mixing ratio of 1 mol of nitrogen to 3 mol of hydrogen in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) and removed from the process for ammonia synthesis.
• - The bottom fraction ( 42 ) of the nitrogen wash column is in the valve ( 50 ) slightly relaxed and in the separator ( 39 ) passed around H ₂ residues ( 45 ) to separate. The separated H ₂ is in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ), in the compressor ( 7 ) and in the carburetor ( 11 ) led back.
• - That from the separator ( 39 ) liquid mixture of CO, N ₂ and Ar ( 42 ) is in the valve ( 52 ) and for disassembly into the Doppelrektifiziersäule ( 53 ). In the pressure stage of the double rectification column ( 54 ), the N ₂ and CO content of the mixture is evaporated and the argon ( 45 ) separated on the swamp side. To provide the heat required to vaporize the N ₂ and CO fraction, the refrigerant condenser of the nitrogen cycle ( 56 ) are arranged in the pressure stage of the double rectification column.
• - The top product of nitrogen pressure and carbon monoxide ( 54 ) gets into the line ( 58 ), in the valve ( 59 ) and in the low pressure stage of the double rectification column ( 55 ). The pressure stage of the double rectification column can be operated at 3 bar and the low-pressure stage at 2.5 bar, for example.
• - In the low-pressure stage, the nitrogen ( 60 ) at the top of the carbon monoxide ( 61 ) separated on the swamp side. The carbon monoxide is removed in liquid, in the valve ( 62 ) and in the evaporator ( 63 ) and then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ), in the compressor ( 7 ) and in the carburetor ( 11 ) passed back.
• The nitrogen taken from the double rectification column ( 60 ) is reacted with the withdrawn from Doppelrektifiziersäule argon ( 73 ) to a nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) merged.
• - To cover cold losses, the nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) first in the heat exchanger ( 35 ) and then working in the turbine ( 75 ) from the pressure selected for the low pressure stage of the double rectification column (2.5 bar in the example) to ambient pressure.
• The expanded nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) is then in the self-cleaning heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated. The nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) takes in this heating - as described above - in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) deposited water and in the heat exchanger ( 35 ) deposited CO ₂ for removal to the atmosphere.
• For the nitrogen scrubbing and the distribution of the cold, a nitrogen cycle is required in the case of steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation. In the nitrogen cycle, gaseous nitrogen ( 60 ) first in the heat exchanger ( 64 ) is heated to ambient temperature level. Subsequently, the nitrogen in a compressor ( 65 ) at ambient temperature level. The nitrogen is heated by the compression and then in a gas cooler ( 66 ) with removal of the compressor heat ( 67 ) cooled again to ambient temperature. In the heat exchanger ( 64 ), the recooling of the nitrogen takes place at the process temperature. The condensation of the compressed nitrogen takes place in the condenser ( 56 ), which in the pressure stage in the double rectification column ( 54 ) is installed.
• - The liquid nitrogen ( 68 ) is used
• - as washing nitrogen ( 41 ) in the nitrogen wash column ( 40 ) and
• - in the evaporator ( 71 ) for the refrigeration requirement in the top of the low-pressure stage ( 55 ) of the double rectification column ( 53 ).
• - Ammonia synthesis is an exothermic process. The dissipated in the ammonia synthesis energy can be used to generate the high-pressure steam for the water vapor-air overpressure gasification.

The described in Example 6 water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation to produce a hydrogen-nitrogen mixture for ammonia synthesis from sulfur-free fuel with liquid removal of carbon dioxide can be used for sulfur-containing fuels and / or gaseous removal of carbon dioxide to those in embodiments 2, 3 and 4 described additional process steps and process modifications are supplemented.

Embodiment 7

Water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal

• – In den Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) werden folgende Stoffströme eingeführt: Der Brennstoff (1) nach Verdichtung im Brennstoffverdichter (5), die Luft (2) nach Verdichtung im Luftverdichter (4), der Hochdruckwasserdampf (3) auf dem Druckniveau des Vergasers (11), das zurückgeführte Kohlenwasserstoffbrenngas (38) nach Verdichtung im Verdichter (6), der zurückgeführte Wasserstoff (45) nach Verdichtung im Verdichter (8) und das zurückgeführte Kohlenmonoxid (61) nach Verdichtung im Verdichter (7).
• – Die Vergasung des Brennstoffs erfolgt im Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) oberhalb von 800°C bei einem Druck von 6 bar. Um die für den in der Summe endothermen Vergasungsprozess erforderliche Wärme bereitzustellen, wird ein Teil des eingesetzten Brennstoff (1) bzw. der zurückgeführten Brenngase (38, 45 und/oder 61) mit Luft (2) verbrannt.
• – Das Generatorgas (9) verlässt bei einer Vergasungstemperatur von über 800°C den Vergaser und übergibt im Wärmetauscher (10) den größten Teil seiner fühlbaren Wärme an die in den Vergaser eingeführten Stoffströme (1, 2, 3, 38, 45 und/oder 61).
• – In einem Gaskühler (12) wird das Generatorgas anschließend bis knapp über 0°C abgekühlt und ein möglichst großer Teil des im Generatorgas enthaltenen Wasserdampfs durch Kondensation abgeschieden.
• – Da durch Kondensation der im Generatorgas enthaltene Wasserdampf nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die weitere Abkühlung des Generatorgases (9) auf die Kondensationstemperatur des CO₂ in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert der noch im Gasgemisch enthaltene Wasserdampfanteil aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (14) in Kombination mit den Rückschlagklappen (16) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Eis sowie das kondensierte Wasser von dem an die Atmosphäre abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers von der Durchströmung mit Generatorgas (9) auf Rückströmung des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher (15) mit dem in ihm befindlichen Generatorgas (9) gefüllt. Um diese Menge Generatorgas nicht an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (79) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn diese Gasmenge zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (79) umgeschaltet auf den Leitungsweg zur Abgabe des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) zusammen mit dem aufgenommenen Wasserdampf in die Atmosphäre.
• – Nach der Abkühlung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) wird das Generatorgas (9) zur Kondensation des CO₂ in den Kondensator (17) geführt. Die Kondensationswärme (19) wird durch eine Kältemaschine (nicht dargestellt) abgeführt. Das CO₂ (18) liegt danach in flüssiger Form vor und kann weiter verdichtet, verwertet oder in eine Lagerstätte transportiert werden.
• – Da durch Kondensation das CO₂ nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das für die weiteren Verfahrensschritte benötigte Tieftemperaturniveau von ca. 85°K im selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert das noch im Gasgemisch enthaltene CO₂ aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (34) in Kombination mit den Rückschlagklappen (36) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte CO₂ von dem abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers 2 von der Durchströmung mit dem Gasgemisch (30) auf Rückströmung des Stickstoff-Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher 2 (35) mit dem in ihm befindlichen Gasgemisch (30) gefüllt. Um diese Menge des Gasgemischs (30) nicht gemeinsam mit dem Stickstoff-Argon-Gemisch an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (31) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn das Gasgemisch (30) zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (31) umgeschaltet und das Stickstoff-Argon-Gemisch (74) mit dem aufgenommenen CO₂ in den selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15) weitergeleitet.
• – Bei Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das Tieftemperaturniveau von ca. 85°K kondensieren die im Gasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffgase aus. Die Kohlenwasserstoffgase (38) werden im Abscheiden (37) aus dem Gasgemisch abgetrennt und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt und in den Vergaser (11) zurückgeleitet.
• – Das nach Abscheiden der Kohlenwasserstoffgase verbleibende Gasgemisch (33) wird in die Stickstoffwaschsäule (40) geleitet und dort in ein gasförmiges Wasserstoff-/Stickstoffgemisch (43) oberhalb der Waschsäule und die Sumpffraktion mit einem flüssigen Gemisch (42) aus CO, N₂ und Ar aufgeteilt.
• – Das Wasserstoff-/Stickstoffgemisch der Kopffraktion der Stickstoffwaschsäule (31) wird durch Kondensation des Stickstoffs aufgeteilt werden in hoch konzentrierten Wasserstoff (45) und flüssigen Stickstoff. Die Abführung der Kondensationswärme des Stickstoffs erfolgt mittels des Verdampfers (77) in den Stickstoffkreislauf. Durch Anordnung der Stickstoffkondensation im Kopf der Stickstoffwaschsäule wird erreicht, dass der heruntertropfende kondensierte Stickstoff zum Waschen des Gasgemischs (33) genutzt werden kann und so der aus dem Stickstoffkreislauf zugeführte Waschstickstoff (41) reduziert werden kann.
• – Der Wasserstoff wird zusammen mit dem aus dem Abscheider (39) entnommenen Wasserstoff in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt. Die Steuerung, welcher Anteil des Wasserstoffs für die Fischer-Tropsch-Synthese entnommen wird und welcher Anteil als nicht verwendeter Wasserstoff in den Vergaser zurückgeleitet wird, erfolgt mit Hilfe des Dreiwegeventils (76).
• – Die Sumpffraktion (42) der Stickstoffwaschsäule wird im Ventil (50) leicht entspannt und in den Abscheider (39) geleitet um H₂-Reste abzutrennen. Der aus dem Abscheider (39) entnommene Wasserstoff wird mit dem Wasserstoff aus der Stickstoffwaschsäule zusammengeführt.
• – Das aus dem Abscheider (39) flüssig entnommene Gemisch aus CO, N₂ und Ar (42) wird in dem Ventil (52) weiter entspannt und zur Zerlegung in die Doppelrektifiziersäule (53) geleitet. In der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule (54) wird der N₂ und CO-Anteil des Gemischs verdampft und das Argon (45) sumpfseitig abgetrennt. Zur Bereitstellung der zur Verdampfung des N₂ und CO-Anteils erforderlichen Wärme ist der Kältemittelkondensator (56) des nachstehend beschriebenen Stickstoffkreislaufs in der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule angeordnet.
• – Das aus Stickstoff und Kohlenmonoxid bestehende Kopfprodukt der Druckstufe (54) wird in die Leitung (58) entnommen, im Ventil (59) entspannt und in die Niederdruckstufe der Doppelrektifikationssäule (55) geleitet. Die Druckstufe der Doppelrektifikationssäule kann beispielsweise bei 3 bar und die Niederdruckstufe bei 2,5 bar betrieben werden.
• – In der Niederdruckstufe wird der Stickstoff (60) kopfseitig vom Kohlenmonoxid (61) sumpfseitig getrennt. Das Kohlenmonoxid wird flüssig entnommen, im Ventil (62) entspannt und im Verdampfer (63) verdampft und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt. Die Steuerung, welcher Anteil des Kohlenmonoxids für die Fischer-Tropsch-Synthese entnommen wird und welcher Anteil als nicht verwendetes Kohlenmonoxid in den Vergaser zurückgeleitet wird, erfolgt mit Hilfe des Dreiwegeventils (77).
• – Der aus der Doppelrektifiziersäule entnommene Stickstoff (60) wird mit dem aus Doppelrektifiziersäule entnommene Argon (73) zu einem Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zusammengeführt.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten wird das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zunächst im Wärmetauscher (35) erwärmt und danach Arbeit leistend in der Turbine (75) von dem für die Niederdruckstufe der Doppelrektifiziersäule gewählten Druck (im Beispiel 2,5 bar) auf Umgebungsdruck entspannt.
• – Das entspannte Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) wird anschließend in den selbstreinigenden Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt. Das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) nimmt bei dieser Erwärmung – wie oben beschrieben – das im selbstreinigenden Wärmtauscher (15) abgelagerte Wasser und das im Wärmetauscher (35) abgelagerte CO₂ zur Abfuhr an die Atmosphäre auf.
• – Für die Stickstoffwäsche und die Verteilung der Kälte ist bei der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung ein Stickstoffkreislauf erforderlich. Im Stickstoffkreislauf wird gasförmiger Stickstoff (60) zunächst im Wärmetauscher (64) auf Umgebungstemperaturniveau erwärmt. Anschließend wird der Stickstoff in einem Verdichter (65) bei Umgebungstemperaturniveau verdichtet. Der Stickstoff wird durch die Verdichtung erwärmt und anschließend in einem Gaskühler (66) unter Abfuhr der Verdichterwärme (67) wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Im Wärmetauscher (64) erfolgt die Rückkühlung des Stickstoffs auf Prozesstemperatur. Die Kondensation des verdichteten Stickstoffs erfolgt im Kondensator (56), der in der Druckstufe in der Doppelrektifiziersäule (54) eingebaut ist.
• – Der flüssige Stickstoff (68) wird verwendet
• – als Waschstickstoff (41) in der Stickstoffwaschsäule (40),
• – im Verdampfer (44) für den Kältebedarf im Kopf der Stickstoffwaschsäule und
• – im Verdampfer (71) für den Kältebedarf im Kopf der Niederdruckstufe (55) der Doppelrektifiziersäule (53).
• – Die Möglichkeit, mit Hilfe der Dreiwegeventile (76 und 77) das Mischungsverhältnis von Wasserstoff und Kohlenmonoxid für die Fischer-Tropsch-Synthese exakt zu regeln, ist besonders vorteilhaft. Für die Effizienz der Fischer-Tropsch-Synthese ist neben exakter Regelung von Druck und Temperatur die exakte Einhaltung des für das Syntheseprodukt optimalen CO-H₂-Mischungsverhältnisses von entscheidender Bedeutung ( Frohning, Baern, Kobel, Rottig, Schnur, Schulz: Stand und Entwicklungsmöglichkeiten der Fischer Tropsch Synthese zur Erzeugung von Chemiegrundstoffen und Chemierohstoffen, Forschungsbericht T 77-43 des Bundesministeriums für Forschung und Technologie, S. 25 ff. ).
• – Die Fischer-Tropsch-Synthese ist ein exothermer Prozess. Die bei der Fischer-Tropsch Synthese abzuführende Energie kann zur Erzeugung des Hochdruckdampfes für die Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung genutzt werden.

This in 10 illustrated embodiment of the water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation for the production of hydrogen and carbon monoxide from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal for the Fischer-Tropsch synthesis uses the following process steps:

• - In the steam-air overpressure gasifier ( 11 ), the following mass flows are introduced: the fuel ( 1 ) after compression in the fuel compressor ( 5 ), the air ( 2 ) after compression in the air compressor ( 4 ), the high-pressure water vapor ( 3 ) at the pressure level of the carburettor ( 11 ), the recycled hydrocarbon fuel gas ( 38 ) after compression in the compressor ( 6 ), the recirculated hydrogen ( 45 ) after compression in the compressor ( 8th ) and the recycled carbon monoxide ( 61 ) after compression in the compressor ( 7 ).
• - The gasification of the fuel takes place in water vapor-air overpressure gasifier ( 11 ) above 800 ° C at a pressure of 6 bar. In order to provide the heat required for the total endothermic gasification process, part of the fuel used ( 1 ) or the recirculated fuel gases ( 38 . 45 and or 61 ) with air ( 2 ) burned.
• - the generator gas ( 9 ) leaves the carburetor at a gasification temperature of over 800 ° C and transfers in the heat exchanger ( 10 ) transfer most of its sensible heat to the material streams introduced into the gasifier ( 1 . 2 . 3 . 38 . 45 and or 61 ).
• - In a gas cooler ( 12 ), the generator gas is then cooled to just above 0 ° C and deposited as much of the water vapor contained in the generator gas by condensation.
• - Since condensation of water vapor contained in the generator gas can not be completely separated, the further cooling of the generator gas ( 9 ) to the condensation temperature of the CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ). During this cooling condenses or freezes the water vapor contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 14 ) in combination with the check valves ( 16 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) and the ice deposited on the walls of the heat exchanger and the condensed water from the atmosphere-derived nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger from the flow of gas ( 9 ) on backflow of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) is the heat exchanger ( 15 ) with the generator gas ( 9 ) filled. In order not to divert this amount of generator gas to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 79 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When this gas is returned, the three-way valve ( 79 ) switched to the line for the delivery of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) together with the absorbed water vapor into the atmosphere.
• After cooling in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) the generator gas ( 9 ) for the condensation of CO ₂ in the condenser ( 17 ) guided. The condensation heat ( 19 ) is discharged through a refrigerator (not shown). The CO ₂ ( 18 ) is thereafter in liquid form and can be further compressed, recycled or transported to a deposit.
• - Since the CO ₂ can not be completely separated by condensation, the cooling of the gas mixture ( 30 ) to the required for the further process steps low temperature level of about 85 ° K in the self-cleaning heat exchanger 2 ( 35 ). During this cooling condenses or freezes the CO ₂ still contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 34 ) in combination with the check valves ( 36 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger 2 (FIG. 35 ) and the CO ₂ deposited on the walls of the heat exchanger from the withdrawn nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger 2 from the flow with the gas mixture ( 30 ) on the backflow of the nitrogen-argon mixture ( 74 ), the heat exchanger 2 ( 35 ) with the gas mixture in it ( 30 ) filled. To this amount of the gas mixture ( 30 ) is not discharged together with the nitrogen-argon mixture to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 31 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When the gas mixture ( 30 ), the three-way valve ( 31 ) and the nitrogen-argon mixture ( 74 ) with the absorbed CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ) forwarded.
• - When cooling the gas mixture ( 30 ) to the low temperature level of about 85 ° K condense the hydrocarbon gases contained in the gas mixture. The hydrocarbon gases ( 38 ) are deposited ( 37 ) separated from the gas mixture and then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) and heated in the carburetor ( 11 ) returned.
• The gas mixture remaining after separation of the hydrocarbon gases ( 33 ) is added to the nitrogen wash column ( 40 ) and in a gaseous hydrogen / nitrogen mixture ( 43 ) above the wash column and the bottoms fraction with a liquid mixture ( 42 ) is divided into CO, N ₂ and Ar.
• The hydrogen / nitrogen mixture of the overhead fraction of the nitrogen wash column ( 31 ) is divided by condensation of nitrogen into highly concentrated hydrogen ( 45 ) and liquid nitrogen. The removal of the heat of condensation of the nitrogen by means of the evaporator ( 77 ) in the nitrogen cycle. By arranging the nitrogen condensation in the top of the nitrogen washing column is achieved that the trickling down condensed nitrogen for washing the gas mixture ( 33 ) can be used and so supplied from the nitrogen cycle scrubbing nitrogen ( 41 ) can be reduced.
• - The hydrogen is mixed with the from the separator ( 39 ) removed hydrogen in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated. The control, which portion of the hydrogen is taken off for the Fischer-Tropsch synthesis and which portion is recycled as unused hydrogen into the gasifier, takes place with the aid of the three-way valve (US Pat. 76 ).
• - The bottom fraction ( 42 ) of the nitrogen wash column is in the valve ( 50 ) slightly relaxed and in the separator ( 39 ) to separate H ₂ residues. The from the separator ( 39 ) taken hydrogen is combined with the hydrogen from the nitrogen column.
• - That from the separator ( 39 ) liquid mixture of CO, N ₂ and Ar ( 42 ) is in the valve ( 52 ) and for disassembly into the Doppelrektifiziersäule ( 53 ). In the pressure stage of the double rectification column ( 54 ), the N ₂ and CO content of the mixture is evaporated and the argon ( 45 ) separated on the swamp side. To provide the heat required to vaporize the N ₂ and CO fraction, the refrigerant condenser ( 56 ) of the nitrogen cycle described below in the pressure stage of the double rectification column.
• - The top product of nitrogen pressure and carbon monoxide ( 54 ) gets into the line ( 58 ), in the valve ( 59 ) and in the low pressure stage of the double rectification column ( 55 ). The pressure stage of the double rectification column can be operated at 3 bar and the low-pressure stage at 2.5 bar, for example.
• - In the low-pressure stage, the nitrogen ( 60 ) at the top of the carbon monoxide ( 61 ) separated on the swamp side. The carbon monoxide is removed in liquid, in the valve ( 62 ) and in the evaporator ( 63 ) and then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated. The control of which proportion of the carbon monoxide is taken off for the Fischer-Tropsch synthesis and which portion is returned to the gasifier as unused carbon monoxide is carried out with the aid of the three-way valve ( 77 ).
• The nitrogen taken from the double rectification column ( 60 ) is reacted with the withdrawn from Doppelrektifiziersäule argon ( 73 ) to a nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) merged.
• - To cover cold losses, the nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) first in the heat exchanger ( 35 ) and then working in the turbine ( 75 ) from the pressure selected for the low pressure stage of the double rectification column (2.5 bar in the example) to ambient pressure.
• The expanded nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) is then in the self-cleaning heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated. The nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) takes in this heating - as described above - in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) deposited water and in the heat exchanger ( 35 ) deposited CO ₂ for removal to the atmosphere.
• For the nitrogen scrubbing and the distribution of the cold, a nitrogen cycle is required in the case of steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation. in the Nitrogen cycle becomes gaseous nitrogen ( 60 ) first in the heat exchanger ( 64 ) is heated to ambient temperature level. Subsequently, the nitrogen in a compressor ( 65 ) at ambient temperature level. The nitrogen is heated by the compression and then in a gas cooler ( 66 ) with removal of the compressor heat ( 67 ) cooled again to ambient temperature. In the heat exchanger ( 64 ), the recooling of the nitrogen takes place at the process temperature. The condensation of the compressed nitrogen takes place in the condenser ( 56 ), which in the pressure stage in the double rectification column ( 54 ) is installed.
• - The liquid nitrogen ( 68 ) is used
• - as washing nitrogen ( 41 ) in the nitrogen wash column ( 40 )
• - in the evaporator ( 44 ) for the refrigeration demand in the head of the nitrogen washing column and
• - in the evaporator ( 71 ) for the refrigeration requirement in the top of the low-pressure stage ( 55 ) of the double rectification column ( 53 ).
• - The possibility of using the three-way valves ( 76 and 77 ) to precisely control the mixing ratio of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis is particularly advantageous. For the efficiency of the Fischer-Tropsch synthesis in addition to accurate control of pressure and temperature, the exact compliance with the optimal for the synthesis product CO-H ₂ mixing ratio of crucial importance ( Frohning, Baern, Kobel, Rottig, Schnur, Schulz: Status and Development Opportunities of the Fischer Tropsch Synthesis for the Production of Basic Chemicals and Chemical Raw Materials, Research Report T 77-43 of the Federal Ministry for Research and Technology, p. 25 ff. ).
• - The Fischer-Tropsch synthesis is an exothermic process. The energy to be dissipated in the Fischer-Tropsch synthesis can be used to generate the high-pressure steam for the steam-air over-pressure gasification.

The steam-air overpressure gasification with cryogenic gas separation described in Example 7 for the production of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis from sulfur-free fuel with liquid removal of carbon dioxide can for the use of sulfur-containing fuels and / or the gaseous deposition of carbon dioxide to the added in embodiments 2, 3 and 4 additional process steps and process modifications.

Embodiment 8

Water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of pure hydrocarbon gases from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal

• – In den Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) werden folgende Stoffströme eingeführt: Der Brennstoff (1) nach Verdichtung im Brennstoffverdichter (5), die Luft (2) nach Verdichtung im Luftverdichter (4), der Hochdruckwasserdampf (3) auf dem Druckniveau des Vergasers (11), das zurückgeführten Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch (43) nach Verdichtung im Verdichter (8) und das zurückgeführte Kohlenmonoxid (61) nach Verdichtung im Verdichter (7).
• – Die Vergasung des Brennstoffs erfolgt im Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) oberhalb von 800°C bei einem Druck von 6 bar oder höher. Um die für den in der Summe endothermen Vergasungsprozess erforderliche Wärme bereitzustellen, wird ein Teil des eingesetzten Brennstoffs (1) bzw. der zurückgeführten Brenngase (43 und/oder 61) mit Luft (2) verbrannt.
• – Das Generatorgas (9) verlässt bei einer Vergasungstemperatur von über 800°C den Vergaser und übergibt im Wärmetauscher (10) den größten Teil seiner fühlbaren Wärme an die in den Vergaser eingeführten Stoffströme (1, 2, 3, 38, 43 und/oder 61).
• – In einem Gaskühler (12) wird das Generatorgas anschließend bis knapp über 0°C abgekühlt und ein möglichst großer Teil des im Generatorgas enthaltenen Wasserdampfs durch Kondensation abgeschieden.
• – Da durch Kondensation der im Generatorgas enthaltene Wasserdampf nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die weitere Abkühlung des Generatorgases (9) auf die Kondensationstemperatur des CO₂ in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert der noch im Gasgemisch enthaltene Wasserdampfanteil aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (14) in Kombination mit den Rückschlagklappen (16) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Eis sowie das kondensierte Wasser von dem an die Atmosphäre abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers von der Durchströmung mit Generatorgas (9) auf Rückströmung des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher (15) mit dem in ihm befindlichen Generatorgas (9) gefüllt. Um diese Menge Generatorgas nicht an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (79) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn diese Gasmenge zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (79) umgeschaltet auf den Leitungsweg zur Abgabe des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) zusammen mit dem aufgenommenen Wasserdampf in die Atmosphäre.
• – Nach der Abkühlung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) wird das Generatorgas (9) zur Kondensation des CO₂ in den Kondensator (17) geführt. Die Kondensationswärme (19) wird durch eine Kältemaschine (nicht dargestellt) abgeführt. Das CO₂ (18) liegt danach in flüssiger Form vor und kann weiter verdichtet, verwertet oder in eine Lagerstätte transportiert werden.
• – Da durch Kondensation das CO₂ nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das für die weiteren Verfahrensschritte benötigte Tieftemperaturniveau von ca. 85°K im selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert das noch im Gasgemisch enthaltene CO₂ aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (34) in Kombination mit den Rückschlagklappen (36) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte CO₂ von dem abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers 2 von der Durchströmung mit dem Gasgemisch (30) auf Rückströmung des Stickstoff-Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher 2 (35) mit dem in ihm befindlichen Gasgemisch (30) gefüllt. Um diese Menge des Gasgemischs (30) nicht gemeinsam mit dem Stickstoff-Argon-Gemisch an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (31) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn das Gasgemisch (30) zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (31) umgeschaltet und das Stickstoff-Argon-Gemisch (74) mit dem aufgenommenen CO₂ in den selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15) weitergeleitet.
• – Bei Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das Tieftemperaturniveau von ca. 85°K kondensieren die im Gasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffverbindungen aus. Die Kohlenwasserstoffverbindungen (38) werden im Abscheider (37) aus dem Gasgemisch abgetrennt, anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt und als Produkt entnommen.
• – Das nach Abscheiden der Kohlenwasserstoffgase verbleibende Gasgemisch (33) wird in die Stickstoffwaschsäule (40) geleitet und dort in ein gasförmiges Wasserstoff-Stickstoffgemisch (43) oberhalb der Waschsäule und die Sumpffraktion mit einem flüssigen Gemisch (42) aus CO, N₂ und Ar aufgeteilt.
• – Das Wasserstoff-Stickstoffgemisch (43) wird mit dem Wasserstoff (45) aus dem Abscheider (39) zusammengeführt, in den Wärmetauschern (35), (15) und (10) erwärmt und nach Verdichtung im Verdichter (8) in den Vergaser (11) zurückgeleitet.
• – Die Sumpffraktion (42) der Stickstoffwaschsäule wird im Ventil (50) leicht entspannt und in den Abscheider (39) geleitet um H₂-Reste, die mit dem Wasserstoff-Stickstoffgemisch zusammengeführt werden, abzutrennen.
• – Das aus dem Abscheider (39) flüssig entnommene Gemisch aus CO, N₂ und Ar (42) wird in dem Ventil (52) weiter entspannt und zur Zerlegung in die Doppelrektifiziersäule (53) geleitet. In der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule (54) wird der N₂ und CO-Anteil des Gemischs verdampft und das Argon (45) sumpfseitig abgetrennt. Zur Bereitstellung der zur Verdampfung des N₂ und CO-Anteils erforderlichen Wärme ist der Kältemittelkondensator (56) des nachstehend beschriebenen Stickstoffkreislaufs in der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule angeordnet.
• – Das aus Stickstoff und Kohlenmonoxid bestehende Kopfprodukt der Druckstufe (54) wird in die Leitung (58) entnommen, im Ventil (59) entspannt und in die Niederdruckstufe der Doppelrektifikationssäule (55) geleitet. Die Druckstufe der Doppelrektifikationssäule kann beispielsweise bei 3 bar und die Niederdruckstufe bei 2,5 bar betrieben werden.
• – In der Niederdruckstufe wird der Stickstoff (60) kopfseitig vom Kohlenmonoxid (61) sumpfseitig getrennt. Das Kohlenmonoxid wird flüssig entnommen, im Ventil (62) entspannt und im Verdampfer (63) verdampft und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt, im Verdichter (7) verdichtet und in den Vergaser (11) zurück geleitet.
• – Der aus der Doppelrektifiziersäule entnommene Stickstoff (60) wird mit dem aus Doppelrektifiziersäule entnommene Argon (73) zu einem Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zusammengeführt.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten wird das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zunächst im Wärmetauscher (35) erwärmt und danach Arbeit leistend in der Turbine (75) von dem für die Niederdruckstufe der Doppelrektifiziersäule gewählten Druck (im Beispiel 2,5 bar) auf Umgebungsdruck entspannt.
• – Das entspannte Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) wird anschließend in den selbstreinigenden Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt. Das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) nimmt bei dieser Erwärmung – wie oben beschrieben – das im selbstreinigenden Wärmtauscher (15) abgelagerte Wasser und das im Wärmetauscher (35) abgelagerte CO₂ zur Abfuhr an die Atmosphäre auf.
• – Für die Stickstoffwäsche und die Verteilung der Kälte ist bei der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung ein Stickstoffkreislauf erforderlich. Im Stickstoffkreislauf wird gasförmiger Stickstoff (60) zunächst im Wärmetauscher (64) auf Umgebungstemperaturniveau erwärmt. Anschließend wird der Stickstoff in einem Verdichter (65) bei Umgebungstemperaturniveau verdichtet. Der Stickstoff wird durch die Verdichtung erwärmt und anschließend in einem Gaskühler (66) unter Abfuhr der Verdichterwärme (67) wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Im Wärmetauscher (64) erfolgt die Rückkühlung des Stickstoffs auf Prozesstemperatur. Die Kondensation des verdichteten Stickstoffs erfolgt im Kondensator (56), der in der Druckstufe in der Doppelrektifiziersäule (54) eingebaut ist.
• – Der flüssige Stickstoff (68) wird verwendet
• – als Waschstickstoff (41) in der Stickstoffwaschsäule (40) und
• – im Verdampfer (71) für den Kältebedarf im Kopf der Niederdruckstufe (55) der Doppelrektifiziersäule (53).

This in 11 illustrated embodiment of the water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation for the production of pure hydrocarbon gases from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ extraction uses the following process steps:

• - In the steam-air overpressure gasifier ( 11 ), the following mass flows are introduced: the fuel ( 1 ) after compression in the fuel compressor ( 5 ), the air ( 2 ) after compression in the air compressor ( 4 ), the high-pressure water vapor ( 3 ) at the pressure level of the carburettor ( 11 ), the recirculated nitrogen-hydrogen mixture ( 43 ) after compression in the compressor ( 8th ) and the recycled carbon monoxide ( 61 ) after compression in the compressor ( 7 ).
• - The gasification of the fuel takes place in water vapor-air overpressure gasifier ( 11 ) above 800 ° C at a pressure of 6 bar or higher. In order to provide the heat required for the total endothermic gasification process, part of the fuel used ( 1 ) or the recirculated fuel gases ( 43 and or 61 ) with air ( 2 ) burned.
• - the generator gas ( 9 ) leaves the carburetor at a gasification temperature of over 800 ° C and transfers in the heat exchanger ( 10 ) transfer most of its sensible heat to the material streams introduced into the gasifier ( 1 . 2 . 3 . 38 . 43 and or 61 ).
• - In a gas cooler ( 12 ), the generator gas is then cooled to just above 0 ° C and deposited as much of the water vapor contained in the generator gas by condensation.
• - Since condensation of water vapor contained in the generator gas can not be completely separated, the further cooling of the generator gas ( 9 ) to the condensation temperature of the CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ). During this cooling condenses or freezes the water vapor contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 14 ) in combination with the check valves ( 16 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) and the ice deposited on the walls of the heat exchanger and the condensed water from the nitrogen / argon Mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger from the flow of gas ( 9 ) on backflow of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) is the heat exchanger ( 15 ) with the generator gas ( 9 ) filled. In order not to divert this amount of generator gas to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 79 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When this gas is returned, the three-way valve ( 79 ) switched to the line for the delivery of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) together with the absorbed water vapor into the atmosphere.
• After cooling in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) the generator gas ( 9 ) for the condensation of CO ₂ in the condenser ( 17 ) guided. The condensation heat ( 19 ) is discharged through a refrigerator (not shown). The CO ₂ ( 18 ) is thereafter in liquid form and can be further compressed, recycled or transported to a deposit.
• - Since the CO ₂ can not be completely separated by condensation, the cooling of the gas mixture ( 30 ) to the required for the further process steps low temperature level of about 85 ° K in the self-cleaning heat exchanger 2 ( 35 ). During this cooling condenses or freezes the CO ₂ still contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 34 ) in combination with the check valves ( 36 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger 2 (FIG. 35 ) and the CO ₂ deposited on the walls of the heat exchanger from the withdrawn nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger 2 from the flow with the gas mixture ( 30 ) on the backflow of the nitrogen-argon mixture ( 74 ), the heat exchanger 2 ( 35 ) with the gas mixture in it ( 30 ) filled. To this amount of the gas mixture ( 30 ) is not discharged together with the nitrogen-argon mixture to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 31 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When the gas mixture ( 30 ), the three-way valve ( 31 ) and the nitrogen-argon mixture ( 74 ) with the absorbed CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ) forwarded.
• - When cooling the gas mixture ( 30 ) to the low temperature level of about 85 ° K condense the hydrocarbon compounds contained in the gas mixture. The hydrocarbon compounds ( 38 ) are in the separator ( 37 ) separated from the gas mixture, then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) and taken out as a product.
• The gas mixture remaining after separation of the hydrocarbon gases ( 33 ) is added to the nitrogen wash column ( 40 ) and there in a gaseous hydrogen-nitrogen mixture ( 43 ) above the wash column and the bottoms fraction with a liquid mixture ( 42 ) is divided into CO, N ₂ and Ar.
• - The hydrogen-nitrogen mixture ( 43 ) is mixed with the hydrogen ( 45 ) from the separator ( 39 ), in the heat exchangers ( 35 ) 15 ) and ( 10 ) and after compression in the compressor ( 8th ) in the carburetor ( 11 ) returned.
• - The bottom fraction ( 42 ) of the nitrogen wash column is in the valve ( 50 ) slightly relaxed and in the separator ( 39 ) are passed to H ₂ residues, which are combined with the hydrogen-nitrogen mixture to separate.
• - That from the separator ( 39 ) liquid mixture of CO, N ₂ and Ar ( 42 ) is in the valve ( 52 ) and for disassembly into the Doppelrektifiziersäule ( 53 ). In the pressure stage of the double rectification column ( 54 ), the N ₂ and CO content of the mixture is evaporated and the argon ( 45 ) separated on the swamp side. To provide the heat required to vaporize the N ₂ and CO fraction, the refrigerant condenser ( 56 ) of the nitrogen cycle described below in the pressure stage of the double rectification column.
• - The top product of nitrogen pressure and carbon monoxide ( 54 ) gets into the line ( 58 ), in the valve ( 59 ) and in the low pressure stage of the double rectification column ( 55 ). The pressure stage of the double rectification column can be operated at 3 bar and the low-pressure stage at 2.5 bar, for example.
• - In the low-pressure stage, the nitrogen ( 60 ) at the top of the carbon monoxide ( 61 ) separated on the swamp side. The carbon monoxide is removed in liquid, in the valve ( 62 ) and in the evaporator ( 63 ) and then in the heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ), in the compressor ( 7 ) and in the carburetor ( 11 ) passed back.
• The nitrogen taken from the double rectification column ( 60 ) is reacted with the withdrawn from Doppelrektifiziersäule argon ( 73 ) to a nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) merged.
• - To cover cold losses, the nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) first in the heat exchanger ( 35 ) and then working in the turbine ( 75 ) from that for the low pressure stage of the double rectification column selected pressure (in the example 2.5 bar) to ambient pressure.
• The expanded nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) is then in the self-cleaning heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated. The nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) takes in this heating - as described above - in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) deposited water and in the heat exchanger ( 35 ) deposited CO ₂ for removal to the atmosphere.
• For the nitrogen scrubbing and the distribution of the cold, a nitrogen cycle is required in the case of steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation. In the nitrogen cycle, gaseous nitrogen ( 60 ) first in the heat exchanger ( 64 ) is heated to ambient temperature level. Subsequently, the nitrogen in a compressor ( 65 ) at ambient temperature level. The nitrogen is heated by the compression and then in a gas cooler ( 66 ) with removal of the compressor heat ( 67 ) cooled again to ambient temperature. In the heat exchanger ( 64 ), the recooling of the nitrogen takes place at the process temperature. The condensation of the compressed nitrogen takes place in the condenser ( 56 ), which in the pressure stage in the double rectification column ( 54 ) is installed.
• - The liquid nitrogen ( 68 ) is used
• - as washing nitrogen ( 41 ) in the nitrogen wash column ( 40 ) and
• - in the evaporator ( 71 ) for the refrigeration requirement in the top of the low-pressure stage ( 55 ) of the double rectification column ( 53 ).

The steam-air overpressure gasification with cryogenic gas separation described in Example 8 for the production of pure hydrocarbon gases from sulfur-free fuels with liquid removal of carbon dioxide can be used for the use of sulfur-containing fuels and / or for the gaseous deposition of carbon dioxide to those described in embodiments 2, 3 and 4 additional process steps and process modifications are added.

Embodiment 9

Water vapor-air gasification with cryogenic gas separation for the production of pure carbon monoxide from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal

• – In den Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) werden folgende Stoffströme eingeführt: Der Brennstoff (1) nach Verdichtung im Brennstoffverdichter (5), die Luft (2) nach Verdichtung im Luftverdichter (4), der Hochdruckwasserdampf (3) auf dem Druckniveau des Vergasers (11), das zurückgeführten Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch (43) nach Verdichtung im Verdichter (8) und die zurückgeführten Kohlenwasserstoffe (38) nach Verdichtung im Verdichter (6).
• – Die Vergasung des Brennstoffs erfolgt im Wasserdampf-Luft-Überdruckvergaser (11) oberhalb von 800°C bei einem Druck von 6 bar oder höher. Um die für den in der Summe endothermen Vergasungsprozess erforderliche Wärme bereitzustellen, wird primär zurückgeführtes Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch mit Luft verbrannt, um die erforderliche Wärme für die in der Summe endothermen Vergasungsreaktionen zuzuführen.
• – Durch die Verbrennung des Wasserstoffs wird genügend Wasserdampf für die Vergasungsreaktionen gewonnen, so dass keine Zuführung von Hochdruckdampf in den Vergaser erforderlich ist.
• – Falls die bei der Verbrennung des Wasserstoffs freiwerdende Wärme für den Vergasungsprozess nicht ausreicht, wird zusätzlich ein Teils des eingesetzten Brennstoff (1) bzw. des zurückgeführten Kohlenwasserstoffgases (38) mit Luft (2) verbrannt.
• – Das Generatorgas (9) verlässt bei einer Vergasungstemperatur von über 800°C den Vergaser und übergibt im Generatorgaswärmetauscher (10) den größten Teil seiner fühlbaren Wärme an die in den Vergaser eingeführten Stoffströme (1, 2, 3, 38 und/oder 43).
• – In einem Gaskühler (12) wird das Generatorgas anschließend bis knapp über 0°C abgekühlt und ein möglichst großer Teil des im Generatorgas enthaltenen Wasserdampfs durch Kondensation abgeschieden.
• – Da durch Kondensation der im Generatorgas enthaltene Wasserdampf nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die weitere Abkühlung des Generatorgases (9) auf die Kondensationstemperatur des CO₂ in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert der noch im Gasgemisch enthaltene Wasserdampfanteil aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (14) in Kombination mit den Rückschlagklappen (16) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte Eis sowie das kondensierte Wasser von dem an die Atmosphäre abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers von der Durchströmung mit Generatorgas (9) auf Rückströmung des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher (15) mit dem in ihm befindlichen Generatorgas (9) gefüllt. Um diese Menge Generatorgas nicht an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (79) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn diese Gasmenge zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (79) umgeschaltet auf den Leitungsweg zur Abgabe des Stickstoff/Argon-Gemischs (74) zusammen mit dem aufgenommenen Wasserdampf in die Atmosphäre.
• – Nach der Abkühlung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher (15) wird das Generatorgas (9) zur Kondensation des CO₂ in den Kondensator (17) geführt. Die Kondensationswärme (19) wird durch eine Kältemaschine (nicht dargestellt) abgeführt. Das CO₂ (18) liegt danach in flüssiger Form vor und kann weiter verdichtet, verwertet oder in eine Lagerstätte transportiert werden.
• – Da durch Kondensation das CO₂ nicht vollständig abgeschieden werden kann, erfolgt die Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das für die weiteren Verfahrensschritte benötigte Tieftemperaturniveau von ca. 85°K im selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35). Bei dieser Abkühlung kondensiert bzw. friert das noch im Gasgemisch enthaltene CO₂ aus und lagert sich an den Wänden des Wärmetauschers ab, so dass der Wärmetauscher ohne Reinigungsmaßnahmen verstopfen würde.
• – Mit den Umschaltventilen (34) in Kombination mit den Rückschlagklappen (36) wird die Strömungsrichtung in dem selbstreinigenden Wärmetauscher 2 (35) periodisch umgeschaltet und das an den Wänden des Wärmetauschers abgelagerte CO₂ von dem abgeleiteten Stickstoff/Argon-Gemisch (74) aufgenommen und der Wärmetauscher so wieder vollständig gereinigt.
• – Nach dem Umschalten des selbstreinigenden Wärmetauschers 2 von der Durchströmung mit dem Gasgemisch (30) auf Rückströmung des Stickstoff-Argon-Gemischs (74) ist der Wärmetauscher 2 (35) mit dem in ihm befindlichen Gasgemisch (30) gefüllt. Um diese Menge des Gasgemischs (30) nicht gemeinsam mit dem Stickstoff-Argon-Gemisch an die Atmosphäre abzuleiten, wird sie über das Dreiwegeventil (31) in den Verdichter (32) geführt und von dort in den Vergaser zurückgeleitet. Wenn das Gasgemisch (30) zurückgeleitet ist, wird das Dreiwegeventil (31) umgeschaltet und das Stickstoff-Argon-Gemisch (74) mit dem aufgenommenen CO₂ in den selbstreinigenden Wärmetauscher 1 (15) weitergeleitet.
• – Bei Abkühlung des Gasgemischs (30) auf das Tieftemperaturniveau von ca. 85°K kondensieren die im Gasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffverbindungen aus. Die Kohlenwasserstoffverbindungen (38) werden im Abscheider (37) aus dem Gasgemisch abgetrennt und anschließend in den Wärmetauschern (35), (15) und (10) erwärmt und in den Vergaser (11) zurückgeleitet.
• – Das nach Abscheiden der Kohlenwasserstoffgase verbleibende Gasgemisch (33) wird in die Stickstoffwaschsäule (40) geleitet und dort in ein gasförmiges Wasserstoff-Stickstoffgemisch (43) oberhalb der Waschsäule und die Sumpffraktion mit einem flüssigen Gemisch (42) aus CO, N₂ und Ar aufgeteilt.
• – Das Wasserstoff-Stickstoffgemisch (43) wird mit dem Wasserstoff (45) aus dem Abscheider (39) zusammengeführt, in den Wärmetauschern (35), (15) und (10) erwärmt und nach Verdichtung im Verdichter (8) in den Vergaser (11) zurückgeleitet.
• – Die Sumpffraktion (42) der Stickstoffwaschsäule wird im Ventil (50) leicht entspannt und in den Abscheider (39) geleitet um H₂-Reste, die mit dem Wasserstoff-Stickstoffgemisch zusammengeführt werden, abzutrennen.
• – Das aus dem Abscheider (39) flüssig entnommene Gemisch aus CO, N₂ und Ar (42) wird in dem Ventil (52) weiter entspannt und zur Zerlegung in die Doppelrektifiziersäule (53) geleitet. In der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule (54) wird der N₂ und CO-Anteil des Gemischs verdampft und das Argon (45) sumpfseitig abgetrennt. Zur Bereitstellung der zur Verdampfung des N₂ und CO-Anteils erforderlichen Wärme ist der Kältemittelkondensator (56) des nachstehend beschriebenen Stickstoffkreislaufs in der Druckstufe der Doppelrektifiziersäule angeordnet.
• – Das aus Stickstoff und Kohlenmonoxid bestehende Kopfprodukt der Druckstufe (54) wird in die Leitung (58) entnommen, im Ventil (59) entspannt und in die Niederdruckstufe der Doppelrektifikationssäule (55) geleitet. Die Druckstufe der Doppelrektifikationssäule kann beispielsweise bei 3 bar und die Niederdruckstufe bei 2,5 bar betrieben werden.
• – In der Niederdruckstufe wird der Stickstoff (60) kopfseitig vom Kohlenmonoxid (61) sumpfseitig getrennt. Das Kohlenmonoxid wird flüssig entnommen, im Ventil (62) entspannt und im Verdampfer (63) verdampft und anschließend in den Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt und zur Verwendung aus dem Verfahren entnommen.
• – Der aus der Doppelrektifiziersäule entnommene Stickstoff (60) wird mit dem aus Doppelrektifiziersäule entnommene Argon (73) zu einem Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zusammengeführt.
• – Zur Deckung von Kälteverlusten wird das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) zunächst im Wärmetauscher (35) erwärmt und danach Arbeit leistend in der Turbine (75) von dem für die Niederdruckstufe der Doppelrektifiziersäule gewählten Druck (im Beispiel 2,5 bar) auf Umgebungsdruck entspannt.
• – Das entspannte Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) wird anschließend in den selbstreinigenden Wärmetauschern (35) und (15) erwärmt. Das Stickstoff-Argon-Gasgemisch (74) nimmt bei dieser Erwärmung – wie oben beschrieben – das im selbstreinigenden Wärmtauscher (15) abgelagerte Wasser und das im Wärmetauscher (35) abgelagerte CO₂ zur Abfuhr an die Atmosphäre auf.
• – Für die Stickstoffwäsche und die Verteilung der Kälte ist bei der Wasserdampf-Luft-Überdruckvergasung mit Tieftemperatur-Gaszerlegung ein Stickstoffkreislauf erforderlich. Im Stickstoffkreislauf wird gasförmiger Stickstoff (60) zunächst im Wärmetauscher (64) auf Umgebungstemperaturniveau erwärmt. Anschließend wird der Stickstoff in einem Verdichter (65) bei Umgebungstemperaturniveau verdichtet. Der Stickstoff wird durch die Verdichtung erwärmt und anschließend in einem Gaskühler (66) unter Abfuhr der Verdichterwärme (67) wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Im Wärmetauscher (64) erfolgt die Rückkühlung des Stickstoffs auf Prozesstemperatur. Die Kondensation des verdichteten Stickstoffs erfolgt im Kondensator (56), der in der Druckstufe in der Doppelrektifiziersäule (54) eingebaut ist.
• – Der flüssige Stickstoff (68) wird verwendet
• – als Waschstickstoff (41) in der Stickstoffwaschsäule (40) und
• – im Verdampfer (71) für den Kältebedarf im Kopf der Niederdruckstufe (55) der Doppelrektifiziersäule (53).

This in 12 illustrated embodiment of the water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation for the production of pure carbon monoxide from sulfur-free fuel with liquid CO ₂ removal uses the following process steps:

• - In the steam-air overpressure gasifier ( 11 ), the following mass flows are introduced: the fuel ( 1 ) after compression in the fuel compressor ( 5 ), the air ( 2 ) after compression in the air compressor ( 4 ), the high-pressure water vapor ( 3 ) at the pressure level of the carburettor ( 11 ), the recirculated nitrogen-hydrogen mixture ( 43 ) after compression in the compressor ( 8th ) and the recycled hydrocarbons ( 38 ) after compression in the compressor ( 6 ).
• - The gasification of the fuel takes place in water vapor-air overpressure gasifier ( 11 ) above 800 ° C at a pressure of 6 bar or higher. In order to provide the heat required for the total endothermic gasification process, primarily recirculated hydrogen-nitrogen mixture is combusted with air to supply the heat required for the total endothermic gasification reactions.
• By the combustion of the hydrogen enough steam for the gasification reactions is obtained, so that no supply of high-pressure steam is required in the carburetor.
• - If the heat released during the combustion of the hydrogen is not sufficient for the gasification process, a part of the fuel used ( 1 ) or the recycled hydrocarbon gas ( 38 ) with air ( 2 ) burned.
• - the generator gas ( 9 ) leaves the gasifier at a gasification temperature of over 800 ° C and transfers in the generator gas heat exchanger ( 10 ) transfer most of its sensible heat to the material streams introduced into the gasifier ( 1 . 2 . 3 . 38 and or 43 ).
• - In a gas cooler ( 12 ), the generator gas is then cooled to just above 0 ° C and deposited as much of the water vapor contained in the generator gas by condensation.
• - Since condensation of water vapor contained in the generator gas can not be completely separated, the further cooling of the generator gas ( 9 ) to the condensation temperature of the CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ). During this cooling condenses or freezes the water vapor contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 14 ) in combination with the check valves ( 16 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) and the ice deposited on the walls of the heat exchanger and the condensed water from the atmosphere-derived nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger from the flow of gas ( 9 ) on backflow of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) is the heat exchanger ( 15 ) with the generator gas ( 9 ) filled. In order not to divert this amount of generator gas to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 79 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When this gas is returned, the three-way valve ( 79 ) switched to the line for the delivery of the nitrogen / argon mixture ( 74 ) together with the absorbed water vapor into the atmosphere.
• After cooling in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) the generator gas ( 9 ) for the condensation of CO ₂ in the condenser ( 17 ) guided. The condensation heat ( 19 ) is discharged through a refrigerator (not shown). The CO ₂ ( 18 ) is thereafter in liquid form and can be further compressed, recycled or transported to a deposit.
• - Since the CO ₂ can not be completely separated by condensation, the cooling of the gas mixture ( 30 ) to the required for the further process steps low temperature level of about 85 ° K in the self-cleaning heat exchanger 2 ( 35 ). During this cooling condenses or freezes the CO ₂ still contained in the gas mixture and is deposited on the walls of the heat exchanger, so that the heat exchanger would clog without cleaning measures.
• - With the changeover valves ( 34 ) in combination with the check valves ( 36 ), the flow direction in the self-cleaning heat exchanger 2 (FIG. 35 ) and the CO ₂ deposited on the walls of the heat exchanger from the withdrawn nitrogen / argon mixture ( 74 ) and the heat exchanger completely cleaned again.
• - After switching the self-cleaning heat exchanger 2 from the flow with the gas mixture ( 30 ) on the backflow of the nitrogen-argon mixture ( 74 ), the heat exchanger 2 ( 35 ) with the gas mixture in it ( 30 ) filled. To this amount of the gas mixture ( 30 ) is not discharged together with the nitrogen-argon mixture to the atmosphere, it is via the three-way valve ( 31 ) in the compressor ( 32 ) and returned from there into the carburetor. When the gas mixture ( 30 ), the three-way valve ( 31 ) and the nitrogen-argon mixture ( 74 ) with the absorbed CO ₂ in the self-cleaning heat exchanger 1 ( 15 ) forwarded.
• - When cooling the gas mixture ( 30 ) to the low temperature level of about 85 ° K condense the hydrocarbon compounds contained in the gas mixture. The hydrocarbon compounds ( 38 ) are in the separator ( 37 ) separated from the gas mixture and then in the heat exchangers ( 35 ) 15 ) and ( 10 ) and heated in the carburetor ( 11 ) returned.
• The gas mixture remaining after separation of the hydrocarbon gases ( 33 ) is added to the nitrogen wash column ( 40 ) and there in a gaseous hydrogen-nitrogen mixture ( 43 ) above the wash column and the bottoms fraction with a liquid mixture ( 42 ) is divided into CO, N ₂ and Ar.
• - The hydrogen-nitrogen mixture ( 43 ) is mixed with the hydrogen ( 45 ) from the separator ( 39 ), in the heat exchangers ( 35 ) 15 ) and ( 10 ) and after compression in the compressor ( 8th ) in the carburetor ( 11 ) returned.
• - The bottom fraction ( 42 ) of the nitrogen wash column is in the valve ( 50 ) slightly relaxed and in the separator ( 39 ) are passed to H ₂ residues, which are combined with the hydrogen-nitrogen mixture to separate.
• - That from the separator ( 39 ) liquid mixture of CO, N ₂ and Ar ( 42 ) is in the valve ( 52 ) and for disassembly into the Doppelrektifiziersäule ( 53 ). In the pressure stage of the double rectification column ( 54 ), the N ₂ and CO content of the mixture is evaporated and the argon ( 45 ) separated on the swamp side. To provide the heat required to vaporize the N ₂ and CO fraction, the refrigerant condenser ( 56 ) of the nitrogen cycle described below in the pressure stage of the double rectification column.
• - The top product of nitrogen pressure and carbon monoxide ( 54 ) gets into the line ( 58 ), in the valve ( 59 ) and in the low pressure stage of the double rectification column ( 55 ). The pressure stage of the double rectification column can be operated at 3 bar and the low-pressure stage at 2.5 bar, for example.
• - In the low-pressure stage, the nitrogen ( 60 ) at the top of the carbon monoxide ( 61 ) separated on the swamp side. The carbon monoxide is removed in liquid, in the valve ( 62 ) and in the evaporator ( 63 ) and then evaporated in the Heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) and removed for use in the process.
• The nitrogen taken from the double rectification column ( 60 ) is reacted with the withdrawn from Doppelrektifiziersäule argon ( 73 ) to a nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) merged.
• - To cover cold losses, the nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) first in the heat exchanger ( 35 ) and then working in the turbine ( 75 ) from the pressure selected for the low pressure stage of the double rectification column (2.5 bar in the example) to ambient pressure.
• The expanded nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) is then in the self-cleaning heat exchangers ( 35 ) and ( 15 ) is heated. The nitrogen-argon gas mixture ( 74 ) takes in this heating - as described above - in the self-cleaning heat exchanger ( 15 ) deposited water and in the heat exchanger ( 35 ) deposited CO ₂ for removal to the atmosphere.
• For the nitrogen scrubbing and the distribution of the cold, a nitrogen cycle is required in the case of steam-air over-pressure gasification with cryogenic gas separation. In the nitrogen cycle, gaseous nitrogen ( 60 ) first in the heat exchanger ( 64 ) is heated to ambient temperature level. Subsequently, the nitrogen in a compressor ( 65 ) at ambient temperature level. The nitrogen is heated by the compression and then in a gas cooler ( 66 ) with removal of the compressor heat ( 67 ) cooled again to ambient temperature. In the heat exchanger ( 64 ), the recooling of the nitrogen takes place at the process temperature. The condensation of the compressed nitrogen takes place in the condenser ( 56 ), which in the pressure stage in the double rectification column ( 54 ) is installed.
• - The liquid nitrogen ( 68 ) is used
• - as washing nitrogen ( 41 ) in the nitrogen wash column ( 40 ) and
• - in the evaporator ( 71 ) for the refrigeration requirement in the top of the low-pressure stage ( 55 ) of the double rectification column ( 53 ).

The steam-air overpressure gasification with cryogenic gas separation described in Example 9 for the production of pure coal carbon monoxide from sulfur-free fuel with liquid removal of carbon dioxide can be used for the use of sulfur-containing fuels and / or for the gaseous removal of carbon dioxide to those described in embodiments 2, 3 and 4 additional process steps and process modifications are added.

QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Cited patent literature

• DE 549339 [0033]

Cited non-patent literature

• H. Hansen, H. Linde "Tieftemperaturtechnik", 2nd edition, Springer Verlag, p. 414 [0033]
• Frohning, Baern, Kobel, Rottig, Schnur, Schulz: Status and development opportunities of Fischer Tropsch Synthesis for the production of basic chemicals and chemical raw materials, Research Report T 77-43 of the Federal Ministry for Research and Technology, p. 25 ff. [0056]

Claims (9)

Steam-air overpressure gasification for the production of pure fuel gases by autothermal gasification of fuels at overpressure and the addition of water vapor, are obtained by separation from the gas mixture produced in the gas mixture hydrogen, carbon monoxide and / or hydrocarbon gas, in which the first step of the gas separation a cooling of the gas mixture is carried out until just above the freezing point of water, while the proportion of water vapor contained in the gas mixture is predominantly condensed out and separated and in which the further gas separation takes place by cryogenic technology. The steam-air overpressure gasification with cryogenic gas separation to produce pure fuel gases is characterized in that - the sensible heat of the gas mixture produced in the steam-air overpressure gasifier in a heat exchanger (generator gas heat exchanger) largely on the in the water vapor-air overpressure gasifier - Is transferred and recirculated streams, - that in a first self-cleaning heat exchanger, the gas mixture is cooled to the condensation temperature of CO ₂ and that in this first self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture residual water vapor is deposited, - that the carbon dioxide content of the gas mixture separated mainly by condensation is that the heat of condensation of carbon dioxide is removed by a refrigerator and that the carbon dioxide is removed liquid, - That in a second self-cleaning heat exchanger, the gas mixture is cooled to a low temperature level of about 85 ° K and that in this second self-cleaning heat exchanger after condensation in the gas mixture residual carbon dioxide is deposited, - that the hydrocarbon gases (CH ₄ and higher) in the Condensation to the low temperature level condense and separated in a separator from the gas mixture, - that the hydrocarbon gases are heated in the self-cleaning heat exchangers and removed to the extent necessary, - that any excess fraction of the hydrocarbon gases is returned after heating in the generator gas heat exchanger in the carburetor, - That in a nitrogen wash column, the hydrogen contained in the gas mixture is separated, - that the hydrogen / nitrogen mixture decomposed as the top product of the nitrogen scrubbing by condensation of nitrogen into hydrogen and nitrogen w ird, - that the hydrogen is heated in the self-cleaning heat exchangers and removed to the extent required, - that any excess of hydrogen after heating in the generator gas heat exchanger is returned to the gasifier, - that the bottom product of the nitrogen column, consisting of a mixture of N ₂ , CO and Ar, is passed into a Doppelrektifiziersäule and disassembled there, - that the separated in the Doppelrektifiziersäule carbon monoxide heated in the self-cleaning heat exchangers and removed to the extent required, - that any excess of carbon monoxide after heating in the generator gas heat exchanger in the Is returned to the carburetor, - that the nitrogen separated in the Doppelrektifiziersäule heated in the self-cleaning heat exchangers, used for the self-cleaning of the heat exchangers and together with the recorded in the self-cleaning water and the recorded n carbon dioxide is discharged into the atmosphere, - that in order to cover cooling losses, one or more of the separated gases work to be relaxed work and - that the cold is transferred in the process via a nitrogen cycle to the demand points in the process. Water vapor-air overpressure gasification for the production of pure hydrogen by autothermal gasification of fuels at overpressure and the addition of water vapor, in which pure hydrogen is obtained by separation from the gas mixture produced in the gasification, in which the first step of gas separation by cooling the gas mixture to just above the freezing point of water takes place, while the proportion of water vapor contained in the gas mixture is predominantly condensed out and separated and in which the further gas separation takes place by cryogenic technology. The water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation to produce pure hydrogen is characterized in that - the sensible heat of the gas mixture produced in the steam-air overpressure gasifier in a heat exchanger (generator gas heat exchanger) largely on the in the water vapor-air overpressure gasifier - Is transferred and recirculated streams, - that in a first self-cleaning heat exchanger, the gas mixture is cooled to the condensation temperature of CO ₂ and that in this first self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture residual water vapor is deposited, - that the carbon dioxide content of the gas mixture separated mainly by condensation is that the heat of condensation of carbon dioxide is removed by a refrigerator and that the carbon dioxide is removed liquid, - that in a second self-cleaning heat exchanger, the gas mixture to a low temperature 85 ° K is cooled and that is deposited in this second self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture after condensation remaining carbon dioxide, - that the hydrocarbon gases (CH ₄ and higher) auskondensieren in the cooling to the low temperature level and in a separator from the - That the hydrocarbon gases are heated in the self-cleaning heat exchangers and the generator gas heat exchanger and returned to the gasifier, - that in a nitrogen wash column of hydrogen contained in the gas mixture is separated, - that the hydrogen / nitrogen mixture as top product of the nitrogen wash column by condensation of nitrogen is decomposed into hydrogen and nitrogen, - that the hydrogen in the self-cleaning heat exchangers is heated and removed, - that the bottom product of the nitrogen column, consisting of a mixture of N ₂ , CO and Ar, in a D passed and decomposed there, - that the separated in the Doppelrektifiziersäule carbon monoxide in the self-cleaning heat exchangers and the generator gas heat exchanger and is returned to the gasifier, - that the nitrogen separated in the Doppelrektifiziersäule heated in the self-cleaning heat exchangers, used for the self-cleaning of the heat exchanger and is discharged together with the recorded during the self-cleaning water and the absorbed carbon dioxide into the atmosphere, - that to cover cold losses, one or more of the separated gases work to be relaxed and performing - that the cold in the process via a nitrogen cycle to the demand points in the process is transmitted. Water vapor-air overpressure gasification for generating a hydrogen-nitrogen mixture for ammonia synthesis by autothermal gasification of fuels at overpressure and the addition of water vapor, in which by separation from the gas mixture produced in the gasification a hydrogen-nitrogen mixture is obtained in the the first step of the gas separation is carried out by cooling the gas mixture to just above the freezing point of water, while the proportion of water vapor contained in the gas mixture is predominantly condensed and separated and in which the further gas separation is carried out by cryogenic technology. The water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation to produce a hydrogen-nitrogen mixture for ammonia synthesis is characterized in that - the sensible heat of the gas mixture produced in the steam-air overpressure gasifier in a heat exchanger (generator gas heat exchanger) largely on the in - In a first self-cleaning heat exchanger, the gas mixture is cooled to the condensation temperature of CO ₂ and that is deposited in this first self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture remaining water vapor, - that the water vapor-air overpressure gasifier Carbon dioxide content of the gas mixture is separated mainly by condensation, that the heat of condensation of carbon dioxide is removed by a refrigerator and that the carbon dioxide is removed liquid - that in a second self-cleaning heat auscher the gas mixture is cooled to the cryogenic level of about 85 ° K and that in this second self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture after condensation remaining carbon dioxide is deposited, - that the hydrocarbon gases (CH ₄ and higher) auskondensieren in the cooling to the low temperature level and be separated from the gas mixture in a separator, - that the hydrocarbon gases are heated in the self-cleaning heat exchangers and the generator gas and returned to the gasifier, - that in a nitrogen wash column of the hydrogen contained in the gas mixture is separated, - that the hydrogen / nitrogen mixture as the top product of Nitrogen wash column is heated in the self-cleaning heat exchangers and removed for the ammonia synthesis, - that the bottom product of the nitrogen wash column, consisting of a mixture of N ₂ , CO and Ar, passed into a Doppelrektifiziersäule un d is decomposed there, - that in the Doppelrektifiziersäule separated carbon monoxide is heated in the self-cleaning heat exchangers and in the generator gas and returned to the carburetor, - that the nitrogen separated in the Doppelrektifiziersäule heated in the self-cleaning heat exchangers, used for self-cleaning of the heat exchanger and is discharged together with the recorded during self-cleaning water and the absorbed carbon dioxide into the atmosphere, - that to cover cold losses, one or more of the separated gases are performing labor relaxed and - that transfer the cold in the process via a nitrogen cycle to the demand points in the process becomes. Water vapor-air overpressure gasification for the production of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis by autothermal gasification of fuels at overpressure and addition of water vapor, which is obtained by separation from the gas mixture produced in the gasification hydrogen and carbon monoxide, in which The first step of the gas separation is carried out by cooling the gas mixture to just above the freezing point of water, while the proportion of water vapor contained in the gas mixture is predominantly condensed out and separated and in which the further gas separation takes place by cryogenic technology. The water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation for the production of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis is characterized in that - the sensible heat of the gas mixture produced in the water vapor-air pressure gasifier in a heat exchanger (generator gas heat exchanger) largely on in which the gas mixture is cooled to the condensation temperature of CO ₂ in a first self-cleaning heat exchanger and that the remaining water vapor remaining in the gas mixture is separated in this first self-cleaning heat exchanger, the material flows which are introduced and returned into the steam-air overpressure gasifier, - That the carbon dioxide content of the gas mixture is mainly separated by condensation, that the heat of condensation of carbon dioxide is removed by a refrigerator and that the carbon dioxide is removed liquid, - that in a second self-cleaning heat exchanger, the gas mixture is cooled to a low temperature level of about 85 ° K. and that in this second self-cleaning heat exchanger, the residual carbon dioxide remaining after condensation in the gas mixture is separated, - that the hydrocarbon gases (CH ₄ and higher) condense on cooling to the low temperature level and separated from the gas mixture in a separator, - that the hydrocarbon gases in the self-cleaning heat exchangers and the generator gas heat exchanger are heated and recycled to the gasifier, - that in a nitrogen washing column of the hydrogen contained in the gas mixture is separated, - that the hydrogen / nitrogen is decomposed as the top product of nitrogen scrubbing by condensation of the nitrogen into hydrogen and nitrogen, - that the hydrogen is heated in the self-cleaning heat exchangers and removed in the amount corresponding to the optimum mixing ratio of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis, that a possibly excess portion of the hydrogen is returned after heating in the generator gas heat exchanger in the gasifier, - that the bottom product of the nitrogen column, consisting of a mixture of N ₂ , CO and Ar is passed into a Doppelrektifiziersäule and decomposed there, - that in the Doppelrektifiziersäule separated carbon monoxide is heated in the self-cleaning heat exchangers and removed in the amount corresponding to the optimum mixing ratio of hydrogen and carbon monoxide for the Fischer-Tropsch synthesis, - that an excess proportion of carbon monoxide according to Erwä that the nitrogen separated in the double rectification column is heated in the self-cleaning heat exchangers, used for the self-cleaning of the heat exchangers and discharged into the atmosphere together with the water absorbed during the self-cleaning and the absorbed carbon dioxide; to cover cooling losses, one or more of the separated gases are relieved of work and - that the cold is transferred in the process via a nitrogen cycle to the demand points in the process. Water vapor-air overpressure gasification for the production of pure hydrocarbon fuel gas, consisting of methane and higher hydrocarbons, by autothermal gasification of fuels at overpressure and the addition of water vapor, which is obtained by separation from the gas mixture produced in the gasification hydrocarbon fuel gas, in the the first step of the gas separation is carried out by cooling the gas mixture to just above the freezing point of water, while the proportion of water vapor contained in the gas mixture is predominantly condensed and separated and in which the further gas separation is carried out by cryogenic technology. The water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation for the production of pure hydrocarbon fuel gas is characterized in that - the sensible heat of the gas mixture produced in the steam-air overpressure gasifier in a heat exchanger (generator gas heat exchanger) largely in the water vapor-air - In a first self-cleaning heat exchanger, the gas mixture is cooled to the condensation temperature of CO ₂ and that in this first self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture residual water vapor is deposited, - that the carbon dioxide content of the gas mixture predominantly by Condensation is separated, that the heat of condensation of carbon dioxide is removed by a chiller and that the carbon dioxide is removed liquid, - that in a second self-cleaning heat exchanger, the gas mixture to e is cooled in the cryogenic level of about 85 ° K and that in this second self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture after condensation remaining carbon dioxide is deposited, - that the hydrocarbon gases (CH ₄ and higher) auskondensieren in the cooling to the low temperature level and in a separator the hydrocarbon gas is heated and removed in the self-cleaning heat exchangers, - that the hydrogen contained in the gas mixture is separated in a nitrogen wash column, - that the hydrogen / nitrogen mixture is heated as top product of the nitrogen wash column in the self-cleaning heat exchangers and the generator gas heat exchanger and is returned to the gasifier, - that the bottom product of the nitrogen column, consisting of a mixture of N ₂ , CO and Ar is passed into a Doppelrektifiziersäule and decomposed there, - that in the Doppelrektifiz heated carbon column is heated in the self-cleaning heat exchangers and the generator gas heat exchanger and returned to the carburetor, - that separated in the Doppelrektifiziersäule nitrogen in the self-cleaning heat exchangers heated, used for the self-cleaning of the heat exchanger and is discharged together with the recorded during the self-cleaning water and the absorbed carbon dioxide into the atmosphere, - that to cover cold losses, one or more of the separated gases work to be relaxed and performing - that the cold in the process is transmitted via a nitrogen cycle to the demand points in the process. Water vapor-air overpressure gasification for the production of pure carbon monoxide by autothermal gasification of fuels at overpressure, in which the carbon monoxide is obtained by separation from the gas mixture produced in the gasification, in which the first step of gas separation by cooling the gas mixture to just above freezing of water takes place, while the proportion of water vapor contained in the gas mixture is predominantly condensed out and separated and in which the further gas separation takes place by cryogenic technology. The water vapor-air overpressure gasification with cryogenic gas separation for the production of pure carbon monoxide is characterized in that - the sensible heat of the gas mixture produced in the steam-air overpressure gasifier in a heat exchanger (generator gas heat exchanger) largely on the in the water vapor-air overpressure gasifier - Is transferred and recirculated streams, - that in a first self-cleaning heat exchanger, the gas mixture is cooled to the condensation temperature of CO ₂ and that in this first self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture residual water vapor is deposited, - that the carbon dioxide content of the gas mixture separated mainly by condensation is that the heat of condensation of carbon dioxide is removed by a refrigerator and that the carbon dioxide is removed liquid, - that in a second self-cleaning heat exchanger, the gas mixture to a low temperature 85 ° K is cooled and that is deposited in this second self-cleaning heat exchanger remaining in the gas mixture after condensation remaining carbon dioxide, - that the hydrocarbon gases (CH ₄ and higher) auskondensieren in the cooling to the low temperature level and in a separator from the - that the hydrocarbon gases are heated in the self-cleaning heat exchangers and the generator gas heat exchanger and fed back into the gasifier, - that in a nitrogen washing column of the hydrogen gas contained in the gas mixture is separated, - that the hydrogen-nitrogen mixture as the top product of the nitrogen wash column in the self-cleaning heat exchangers and the generator gas heat exchanger is heated and returned to the gasifier, - that the recirculated into the water vapor-air pressure gasifier hydrogen-nitrogen mixture is burned with air to by oxidation of Wa that the heat required for the total of endothermic gasification reactions is at least partially supplied to the fuel, that water vapor is made available for the gasification reactions by the H ₂ oxidation and the supply of high-pressure steam into the gasifier can be dispensed with, that the bottom product of the nitrogen washing column, consisting of a mixture of N ₂ , CO and Ar is passed into a Doppelrektifiziersäule and decomposed there, - that in the Doppelrektifiziersäule separated carbon monoxide is heated and removed in the self-cleaning heat exchangers, - that the nitrogen separated in the Doppelrektifiziersäule heated in the self-cleaning heat exchangers , used for the self-cleaning of the heat exchanger and is discharged together with the recorded during the self-cleaning water and the absorbed carbon dioxide in the atmosphere, - that to cover cold losses, one or more of the separated gases Work is relaxed and - that the cold in the process is transferred via a nitrogen cycle to the demand points in the process. Method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that the CO _{2 is} not taken liquid but in gaseous form and the cold required for the CO ₂ condensation is provided in whole or in part by the heat of vaporization of the CO ₂ . Method according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6 characterized in the use of sulfur-containing fuels characterized - that condenses simultaneously with the CO ₂ and H ₂ S, - that the separation of the condensed H ₂ S-CO ₂ mixture in H ₂ S and CO _{2 are carried out} in a rectification column, - that the H ₂ S is removed from the process for further use - and that the CO ₂ separated off in the rectification column is re-liquefied for release from the process in an additional condenser. A method according to claim 8, characterized in that the separated in the rectification column CO _{2 is} not re-liquefied, but that the separated CO _{2 is} removed in gaseous form from the rectification column and emitted into the atmosphere.

Images