DE102012110520B4 - Verfahren zur Herstellung von trockenem synthetischem Erdgas (SNG) - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung von trockenem synthetischem Erdgas aus festem oder flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, umfassend folgende, nacheinander durchgeführten Verfahrensschritte:
a) Vergasung des Brennstoffs zu einem im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid und -dioxid, Methan sowie aus Wasserstoff bestehendem Rohsynthesegas,
b) Kühlung des Gases, Abtrennung von Feststoffen und vom Gaskondensat,
c) Rohgaskonvertierung,
d) Abtrennung von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf aus dem Rohsynthesegas durch Wäsche mit Methanol als Lösungsmittel, wobei das Methanol über eine Regeneriereinrichtung zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Wasser aus dem Methanol im Kreislauf geführt wird, wobei die Regenerierungseinrichtung auch eine Methanol-Wasser-Trennkolonne umfasst,
e) Katalytische unterstützte Umwandlung des im Gas enthaltenen Kohlenmonoxids und - dioxids, sowie Wasserstoffs zu synthetischem Erdgas, im Wesentlichen bestehend aus Methan und Wasserdampf,
f) Vortrocknung des Gases durch Auskondensierung von Feuchte mittels Kühl- und/oder Kaltwasser,
g) Zugabe von Methanol zum Gas, durch Eindüsen oder Einsprühen,
h) Abtrennung des Wasserdampfs aus dem Gas durch Abkühlung des Gases und Auskondensieren des Wasserdampfs unter Bildung eines Wasser-Methanol-Gemischs,
i) Abtrennung des Wasser-Methanol-Gemischs aus dem Gas, Erwärmung des Gases auf die gewünschte Abgabetemperatur und damit Erhalt eines getrockneten synthetischen Erdgases.
j) Einleitung des in Schritt i) abgetrennten Wasser-Methanol-Gemischs in die Regenerierungseinrichtung des Schritts d) und Behandlung in der Methanol-Wasser-Trennkolonne.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von trockenem synthetischem Erdgas (SNG, Synthetic Natural Gas) aus festem oder flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff.
• Stand der Technik
• Derartige Verfahren sind bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus folgenden Verfahrensschritten:
1. a) Vergasung eines festen oder flüssigen, kohlenstoffhaltigen Brennstoffs zu einem Rohsynthesegas
2. b) Kühlung des Gases, Abtrennung von Feststoffen und des Gaskondensats
3. c) Rohgaskonvertierung
4. d) Wäsche des Gases mit einem geeigneten Waschmittel, z. B. Methanol, zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Feuchte, wobei das Waschmittel über eine Regenerierungsanlage im Kreis gefahren wird,
5. e) Katalytische unterstützte Umwandlung des im Gas enthaltenen Kohlenmonoxids und - dioxids, sowie Wasserstoffs zu synthetischem Erdgas, im wesentlichen bestehend aus Methan und Wasserdampf
6. f) Vortrocknung des Gases durch Auskondensierung von Feuchte mittels Kühl- und/oder Kaltwasser
7. g) Trocknung des Gases, alternativ durch Absorptionstrocknung durch Wäsche mittels Glykol oder durch Molekularsieb-Adsorptionstrocknung
• Als fester, kohlenstoffhaltiger Brennstoff wird häufig Braun- oder Steinkohle, als flüssiger Schweröl oder Teer eingesetzt.
• Ein verbreitetes Verfahren zur Vergasung von Kohle ist z.B. das Festbettdruckvergasungsverfahren, vgl. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Ed., Vol. 15, Gas Production, Chap. 4.4.
• Das Prinzip der Verfahrensstufe b), Kühlung des Gases und Abtrennung des Gaskondensats ist in der Patentschrift DE 2 542 055 C3 beschrieben.
• Bekannte Verfahren zur Vergasung von Schweröl sind in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Ed., Vol. 15, Gas Production, Chap. 3.2 beschrieben.
• In der Rohgaskonvertierung gemäß Verfahrensschritt c) wird durch Zugabe von Dampf zum Gas, katalytisch unterstützt, Kohlenmonoxid in Kohlendioxid und Wasserstoff in dem Umfang umgewandelt, wie es für den nachfolgenden Verfahrensschritt e) erforderlich ist, vgl. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Ed., Vol. 15, Gas Production, Chap. 5.1.2 Raw Gas Shift Catalyst und Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Band 14, Kohle, Gaserzeugung, Kap. 5.1.4.
• Ein gängiges Verfahren gemäß Verfahrensschritt d) ist das sogenannte Rectisol^®-Verfahren, vgl. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Ed., Vol. 15, Gas Production, Chap. 5.4.2.1. Das zur Gaswäsche verwendete Methanol wird über eine Regenerierungsanlage im Kreis gefahren. Die Regenerierungsanlage umfasst auch eine Methanol-Wasser-Trennkolonne.
• Die auch Methanisierung genannte, katalytische unterstützte Umwandlung des im Gas enthaltenen Kohlenmonoxids und - dioxids, sowie Wasserstoffs zu synthetischem Erdgas gemäß Verfahrensschritt e), kann z.B. mit einem Verfahren erfolgen, das eine Kaskade von z.B. drei Reaktoren umfasst, die jeweils mit einem Festbett aus einem Methanisierungskatalysator gefüllt sind und die von dem Gas nacheinander durchströmt werden. Dabei wird das im Synthesegas enthaltene Kohlenmonoxid und -dioxid mit Wasserstoff in Methan und Wasserdampf umgesetzt. Das Prinzip der Methanisierung ist z.B. beschrieben in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Ed., Vol. 15, Gas Production, Chap. 5.3.
• In Verfahrensschritt f) wird der Wasserdampf zum größten Teil durch Abkühlen des Gases mittels Kühl- oder Kaltwasser auf eine Temperatur oberhalb 0°C auskondensiert.
• Der restliche Feuchtegehalt wird durch Trocknungsverfahren gemäß Verfahrensschritt g) aus dem Gas entfernt. Das Prinzip dieser Verfahrens ist, auf natürliches Erdgas angewendet, in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Band 10, Erdgas, Aufbereitung, Kap. 2.2 beschrieben. Diese Verfahren können in gleicher Weise wie für natürliches auch für synthetisches Erdgas angewendet werden.
• Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass in Verfahrensschritt g) eine Regenerierung des mit Feuchte beladenen Glykols oder des Molekularsiebs notwendig ist. Außerdem fällt dabei jeweils ein mit Kohlenwasserstoffen beladener Gasstrom an, der, da eine Abtrennung oder Verbrennung der Kohlenwasserstoffe unwirtschaftlich wäre, in vielen Fällen unbehandelt in die Umwelt entsorgt wird oder einem ggf. vorhandenen Fackelsystem zugeführt wird.
• Beschreibung der Erfindung
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, dass die Nachteile des Stands der Technik vermeidet. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß werden die in Verfahrensschritt g) genannten Verfahren zur Entfernung der Restfeuchte nach dem Stand der Technik durch eine Auskondensierung der Feuchte bei tiefer, dem angestrebten Taupunkt entsprechender Temperatur ersetzt.
• Dabei wird das Gas, nachdem es in Verfahrensschritt f) durch Auskondensieren der Feuchte mittels Kühl- und/oder Kaltwasser vorgetrocknet wurde, mit Methanol versetzt, sodass Methanol dampf- und aerosolförmig im Gas vorliegt. Dazu wird das Methanol durch Eindüsen oder Einsprühen mit dem Gas in Kontakt gebracht. Dann wird das Gas durch einen Kondensator geleitet, wobei es auf den gewünschten Taupunkt von unter 0°C abgekühlt wird. Das auskondensierte Wasser bildet dabei mit dem im Gas verteilten Methanol eine flüssige Wasser-Methanol-Lösung. Die Bildung einer Wassereisschicht auf der Wärmetauscherfläche des Kondensators wird auf diese Weise vermieden.
• Die Wasser-Methanol-Lösung wird aus dem Gas abgetrennt und das Gas wird auf die gewünschte Abgabetemperatur erwärmt, sodass getrocknetes, synthetisches Erdgas erhalten wird. Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, dass mit Ausnahme von Methanol, das ohnehin aufgrund seiner Verwendung in Verfahrensschritt d) vorhanden ist, keine weiteren, verfahrensfremden Hilfststoffe wie Glykol oder Adsorptionsmittel benötigt werden. Der logistische Aufwand für die Handhabung und Bevorratung dieser Hilfsstoffe entfällt daher. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die aus dem Gas abgetrennte Wasser-Methanol-Lösung zur Aufarbeitung in die Methanol-Wasser-Trennkolonne der Regenerierungseinrichtung des Verfahrensschritts d) gegeben. Durch die Nutzung des bereits vorhandenen Trennapparates wird eine besonders effiziente Verfahrensweise erhalten.
• Gewerbliche Anwendbarkeit
• Mit der Erfindung wird somit ein wirtschaftliches und umweltschonendes Verfahren zur Behandlung von durch Druckvergasung fester, kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe erzeugtem Rohgas zur Verfügung gestellt, das eine höhere Energieeffizienz im Hinblick auf die im Rohgas und im Gaskondensat enthaltene Wärmeenergie ermöglicht.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung von trockenem synthetischem Erdgas aus festem oder flüssigem, kohlenstoffhaltigem Brennstoff, umfassend folgende, nacheinander durchgeführten Verfahrensschritte: a) Vergasung des Brennstoffs zu einem im Wesentlichen aus Kohlenmonoxid und -dioxid, Methan sowie aus Wasserstoff bestehendem Rohsynthesegas, b) Kühlung des Gases, Abtrennung von Feststoffen und vom Gaskondensat, c) Rohgaskonvertierung, d) Abtrennung von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf aus dem Rohsynthesegas durch Wäsche mit Methanol als Lösungsmittel, wobei das Methanol über eine Regeneriereinrichtung zur Abtrennung von Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Wasser aus dem Methanol im Kreislauf geführt wird, wobei die Regenerierungseinrichtung auch eine Methanol-Wasser-Trennkolonne umfasst, e) Katalytische unterstützte Umwandlung des im Gas enthaltenen Kohlenmonoxids und - dioxids, sowie Wasserstoffs zu synthetischem Erdgas, im Wesentlichen bestehend aus Methan und Wasserdampf, f) Vortrocknung des Gases durch Auskondensierung von Feuchte mittels Kühl- und/oder Kaltwasser, g) Zugabe von Methanol zum Gas, durch Eindüsen oder Einsprühen, h) Abtrennung des Wasserdampfs aus dem Gas durch Abkühlung des Gases und Auskondensieren des Wasserdampfs unter Bildung eines Wasser-Methanol-Gemischs, i) Abtrennung des Wasser-Methanol-Gemischs aus dem Gas, Erwärmung des Gases auf die gewünschte Abgabetemperatur und damit Erhalt eines getrockneten synthetischen Erdgases. j) Einleitung des in Schritt i) abgetrennten Wasser-Methanol-Gemischs in die Regenerierungseinrichtung des Schritts d) und Behandlung in der Methanol-Wasser-Trennkolonne.