DE102013013265A1

DE102013013265A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Synthesegaserzeugung

Info

Publication number: DE102013013265A1
Application number: DE102013013265.7A
Authority: DE
Inventors: Ulvi Kerestecioglu; Ulrich Prüssner; Andreas Seliger
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas, wobei in wenigstens zwei parallel betriebenen Vergasungseinrichtungen (G1, G2) jeweils ein Schwefelkomponenten enthaltendes Syntheserohgas (1, 10) erzeugt und entweder einer Gaswäsche (HP) zur Abtrennung von Schwefelkomponenten zugeführt wird, wenn sein Druck einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, oder einer Fackel zur Entsorgung zugeführt wird, wenn sein Druck den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass aus einem in einer der Vergasungseinrichtungen (G2) mit einem unterhalb des Schwellwertes liegenden Druck erzeugten Syntheserohgas (LP-Gas) (10) Schwefelkomponenten abgetrennt werden, bevor es zur Fackel weitergeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas, wobei in wenigstens zwei parallel betriebenen Vergasungseinrichtungen jeweils ein Schwefelkomponenten enthaltendes Syntheserohgas erzeugt und entweder einer Gaswäsche zur Abtrennung von Schwefelkomponenten zugeführt wird, wenn sein Druck einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, oder einer Fackel zur Entsorgung zugeführt wird, wenn sein Druck den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zur großtechnischen Erzeugung von Synthesegas werden typischerweise kohlenstoffhaltige Einsätze in mehreren parallel betriebenen Vergasungseinrichtungen beispielsweise durch Partielle Oxidation (POX) zu schwefelhaltigen Syntheserohgasen umgesetzt, die in einer Sammelleitung zusammengefasst und nachfolgend zumindest durch die Abtrennung von Schwefelkomponenten zu einem aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und evtl. Kohlendioxid bestehenden Synthesegas verarbeitet werden. Häufig wird zur Schwefelabtrennung eine Methanolwäsche eingesetzt, in der typischerweise bei Temperaturen unterhalb von 0°C und Drücken ab ca. 30 bar das Syntheserohgas mit Hilfe von Methanol gewaschen wird.
Zur Erhöhung der Anlagenflexibilität, zu Wartungszwecken oder bei auftretenden Störungen ist es erforderlich, einzelne Vergasungseinrichtungen abzuschalten, die später wieder angefahren werden, wobei das produzierte Syntheserohgas über einen gewissen Zeitraum nicht den geforderten Eigenschaften entspricht. Insbesondere liegt sein Druck während des größten Teils des Anfahrbetriebes unterhalb eines für die Einleitung in eine konventionelle Methanolwäsche geltenden Schwellwerts. Nach dem Stand der Technik wird das im Anfahrbetrieb oder während einer Störung in einer Vergasungseinrichtung mit einem unterhalb des Schwellwerts liegenden Druck erzeugte Syntheserohgas (im Folgenden auch als LP-Gas bezeichnet) daher einer Fackel zugeführt, um durch Verbrennung entsorgt zu werden. Hierbei wird Schwefeldioxid in einer Menge erzeugt und in die Umwelt freigesetzt, die oft nahe an den geltenden Grenzwerten liegt. Da in der Zukunft mit strengeren Umweltbestimmungen zu rechnen ist, dürfte sich diese Art der Entsorgung zunehmend als problematisch erweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die es erlauben, die aufgeführten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus einem in einer der Vergasungseinrichtungen mit einem unterhalb des Schwellwertes liegenden Druck erzeugten Syntheserohgas Schwefelkomponenten abgetrennt werden, bevor es zur Fackel weitergeleitet wird.
Vorzugsweise erfolgt die Abtrennung der Schwefelkomponenten aus dem LP-Gas absorptiv in einer Gaswäsche (im Folgenden als LP-Wäsche bezeichnet), die mit einem Druck betrieben wird, der niedriger ist, als der Druck, mit dem das LP-Gas anfällt.
In der LP-Wäsche können alle zur Abtrennung von Schwefelkomponenten aus Syntheserohgas bekannten Waschmittel eingesetzt werden. Bevorzugt wird die LP-Wäsche jedoch mit dem gleichen Waschmittel betrieben, wie die Wäsche (HP-Wäsche), die zur Reinigung von Syntheserohgas (HP-Gas) eingesetzt wird, dessen Druck den vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Diese Verfahrensweise ermöglicht es, die LP-Wäsche in den Waschmittelkreislauf der HP-Wäsche zu integrieren und un- oder teilbeladenes Waschmittel aus der HP-Wäsche der LP-Wäsche als Waschmittel zuzuführen. Unter einem teilbeladenen Waschmittel ist dabei ein Waschmittel zu verstehen, das bereits mit aus Syntheserohgas ausgewaschenen Komponenten beladen, jedoch sinnvollerweise noch soweit aufnahmefähig ist, dass unter den Bedingungen der LP-Wäsche die Schwefelkomponenten aus dem LP-Gas ausgewaschen werden können. Vorzugsweise können die in jeweils einer der beiden Wäschen mit Schwefelkomponenten beladenen Waschmittelströme zusammengeführt und gemeinsam regeneriert werden. Besonders bevorzugt werden LP- und HP-Wäschen mit Methanol oder Methyldiethanolamin (MDEA) als Waschmittel betrieben.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass in der LP-Wäsche neben Schwefelkomponenten auch andere Stoffe, wie Cyanwasserstoff aus dem LP-Gas ausgewaschen werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas, mit wenigstens zwei parallel betreibbaren Vergasungseinrichtungen, die mit einer Gaswäsche (HP-Wäsche) sowie einer Fackel derart verbindbar sind, dass ein in einer Vergasungseinrichtung erzeugtes Syntheserohgas entweder der HP-Wäsche zur Abtrennung von Schwefelkomponenten oder der Fackel zur Entsorgung zugeführt werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie eine stromabwärts der Vergasungseinrichtungen und stromaufwärts der Fackel angeordnete Entschwefelungseinrichtung umfasst, in der ein Syntheserohgas von Schwefelkomponenten befreit werden kann, bevor es zur Entsorgung in die Fackel weitergeleitet wird.
Bevorzugt ist die Entschwefelungseinrichtung als Gaswäsche (LP-Wäsche) mit einer Waschkolonne (LP-Waschkolonne) ausgeführt und auf einen Betriebsdruck ausgelegt, der geringer ist als der Betriebsdruck der HP-Wäsche. Vorzugsweise ist die LP-Wäsche auf einen Betriebsdruck ausgelegt, der nicht mehr als 70%, besonders bevorzugt nicht mehr als 50% und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 30% des Betriebsdrucks der HP-Wäsche entspricht. Sinnvollerweise umfasst die LP-Wäsche einen Wärmetauscher zur Kühlung des ihr zugeführten Syntheserohgases sowie einen Abscheider, in dem ein bei der Kühlung des Syntheserohgases entstehendes zweiphasiges Stoffgemisch in eine Gas- und eine Flüssigphase trennbar ist und der mit der Waschkolonne so verbunden ist, dass die abgetrennte Gasphase der Waschkolonne in ihrem unteren Teil aufgegeben werden kann.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die LP-Wäsche in den Waschmittelkreislauf der HP-Wäsche integriert ist, so dass der LP-Waschkolonne un- oder teilbeladenes Waschmittel aus der HP-Wäsche zuführbar ist. Ganz besonders bevorzugt sind die beiden Wäschen derart verbunden, dass in der LP-Wäsche mit Schwefelkomponenten beladenes Waschmittel zur Regenerierung in den Regenerierteil der HP-Wäsche eingeleitet werden kann.
Durch die Erfindung ist es möglich, aus einem während des Anfahrens einer der Vergasungseinrichtungen mit zu geringem Druck erzeugten Syntheserohgas die Schwefelkomponenten ganz oder teilweise abzutrennen, so dass eine Entsorgung des Gases in der Fackel möglich ist, ohne dabei die geltenden Emissionsgrenzwerte für Schwefeldioxid zu überschreiten.
Im Folgenden soll eine bevorzugte Variante der Erfindung anhand eines in der 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Synthesegaserzeugung mit zwei Vergasungseinrichtungen und einer mit einer HP-Wäsche verbundenen LP-Wäsche.
In den beiden Vergasungseinrichtungen G1 und G2, bei denen es sich beispielsweise um POX-Reaktoren handelt, wird aus kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzstoffen jeweils ein Schwefelkomponenten enthaltendes Syntheserohgas erzeugt, wobei die Vergasungseinrichtung G1 im Normalbetrieb arbeitet, während die Vergasungseinrichtung G2 sich im Anfahrbetrieb befindet.
Das in der Vergasungseinrichtung G1 erzeugte Syntheserohgas 1 besitzt einen Druck, der hoch genug ist, um es ohne weitere Verdichtung zur Abtrennung von Sauergasen über das Absperrorgan a sowie die Leitung 2 in die Hochdruckgaswäsche HP einzuleiten. In der Hochdruckgaswäsche HP, bei der es sich vorzugsweise um eine physikalische Gaswäsche handelt, in der beispielsweise Methanol als Waschmittel eingesetzt wird, wird das Syntheserohgas zunächst im Wärmetauscher E1 abgekühlt, um vor allem Wasser auszukondensieren, das in den nachfolgenden Anlagenteilen zu Blockaden führen könnte, und dann in den Abscheider D1 geführt, wo das bei der Abkühlung gebildete zweiphasige Stoffgemisch in die Flüssigphase 3 und die Gasphase 4 getrennt wird. Die Gasphase 4 wird nachfolgend in den unteren Teil der Hochdruckwaschkolonne H eingeleitet, in der sie nach oben geführt und dabei in intensiven Kontakt mit dem über Leitung 5 zugeführten Waschmittel gebracht wird. Die in der Gasphase 4 enthaltenen Schwefelkomponenten lösen sich zum überwiegenden Teil im Waschmittel 5, so dass über Leitung 6 ein weitgehend schwefelfreies Gasprodukt und über Leitung 7 ein mit Schwefelkomponenten beladenes Waschmittel abgezogen werden können. Zur Abtrennung von in der Hochdruckwaschkolonne H aufgenommenen Schwefelkomponenten wird das beladene Waschmittel 7 über Leitung 8 in den Regenerierteil R eingeleitet, nachdem ihm über den Wärmetauscher E2 Lösungswärme entzogen wurde. Im Regenerierteil R unbeladen erhaltenes Waschmittel 9 wird anschließend über Leitung 5 in die Hochdruckwaschkolonne H zurückgeführt, um erneut zur Gaswäsche eingesetzt zu werden.
Da sich die Vergasungseinrichtung G2 im Anfahrbetrieb befindet, weist das hier erzeugte Syntheserohgas 10 einen Druck auf, der zu gering ist, um es ohne weitere Verdichtung zur Behandlung in die Hochruckwäsche HP einleiten zu können. Es wird daher über Leitung 11, das Absperrorgan b sowie die Leitung 12 in die Niederdruckgaswäsche LP geführt, die bei einem weit geringeren Druck betrieben wird als die Hochdruckgaswäsche HP. Hier wird das Syntheserohgas zunächst im Wärmetauscher E3 abgekühlt, um vor allem Wasser auszukondensieren, das in den nachfolgenden Anlagenteilen zu Blockaden führen könnte, und dann in den Abscheider D2 geführt, wo das bei der Abkühlung gebildete zweiphasige Stoffgemisch in die Flüssigphase 13 und die Gasphase 14 getrennt wird. Die Gasphase 14 wird nachfolgend in den unteren Teil der Niederdruckwaschkolonne L eingeleitet, in der sie nach oben geführt und dabei in intensiven Kontakt mit dem über Leitung 15 und das Drosselorgan c aus der Hochdruckwäsche HP zugeführten Waschmittel gebracht wird. Die in der Gasphase 14 enthaltenen Schwefelkomponenten lösen sich zum überwiegenden Teil im Waschmittel 15, so dass über Leitung 16 ein weitgehend schwefelfreier Gasstrom und über Leitung 17 ein mit Schwefelkomponenten beladenes Waschmittel abgezogen werden können. Der Gasstrom 16 wird nachfolgend zur Entsorgung einer Fackel (nicht dargestellt) zugeleitet, wo er aufgrund seiner weitgehenden Schwefelfreiheit verbrannt werden kann, ohne dass dadurch Umweltbestimmungen verletzt werden. Zur Abtrennung der in der Niederdruckkolonne L aufgenommenen Schwefelkomponenten wird das beladene Waschmittel 17 über die Leitungen 18 und 8 in die Regeneriereinrichtung R der Hochdruckwäsche HP eingeleitet, nachdem sein Druck mit Hilfe der Pumpe P auf den hierfür erforderlichen Wert angehoben wurde.
Sobald der Druck des in der Vergasungseinrichtung G2 produzierten Syntheserohgases 10 einen ausreichend hohen Wert besitzt, um ohne weitere Verdichtung in die Hochdruckgaswäsche HP eingeleitet werden zu können, wird das Absperrorgan b geschlossen und das Absperrorgan d geöffnet, so dass das Syntheserohgas 10 zur Behandlung über Leitung 2 in die Hochdruckgaswäsche HP strömt. Entsprechend wird das Absperrorgan a geschlossen und das Absperrorgan e geöffnet, wenn der Druck des in der Vergasungseinrichtung G1 produzierten Spaltgases 1 nicht mehr für die Einleitung in die Hochdruckgaswäsche HP ausreicht, weil beispielsweise eine Störung vorliegt oder sich die Vergasungseinrichtung G1 im Anfahrbetrieb befindet, so dass das Syntheserohgas 1 über die Leitungen 19 und 12 in die Niederdruckgaswäsche LP geleitet wird.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas, wobei in wenigstens zwei parallel betriebenen Vergasungseinrichtungen (G1, G2) jeweils ein Schwefelkomponenten enthaltendes Syntheserohgas (1, 10) erzeugt und entweder einer Gaswäsche (HP) zur Abtrennung von Schwefelkomponenten zugeführt wird, wenn sein Druck einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, oder einer Fackel zur Entsorgung zugeführt wird, wenn sein Druck den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem in einer der Vergasungseinrichtungen (G2) mit einem unterhalb des Schwellwertes liegenden Druck erzeugten Syntheserohgas (LP-Gas) (10) Schwefelkomponenten abgetrennt werden, bevor es zur Fackel weitergeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung der Schwefelkomponenten aus LP-Gas (10) absorptiv in einer Gaswäsche (LP-Wäsche) (LP) durchgeführt wird, die mit einem Druck betrieben wird, der niedriger ist als der Druck, mit dem das LP-Gas (10) anfällt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die LP-Wäsche (LP) mit dem gleichen Waschmittel betrieben wird wie die Gaswäsche (HP-Wäsche) (HP), die zur Reinigung von Syntheserohgases (1) eingesetzt wird, dessen Druck den vorgegebenen Schwellwert überschreitet (HP-Gas).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die LP-Wäsche (LP) in den Waschmittelkreislauf der HP-Wäsche (HP) integriert ist und un- oder teilbeladenes Waschmittel (15) aus der HP-Wäsche (HP) der LP-Wäsche (LP) als Waschmittel zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die LP-Wäsche (LP) mit Methanol oder Methyldiethanolamin (MDEA) als Waschmittel betrieben wird.
Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegas, mit wenigstens zwei parallel betreibbaren Vergasungseinrichtungen (G1, G2), die mit einer Gaswäsche (HP-Wäsche) (HP) sowie einer Fackel derart verbindbar sind, dass ein in einer Vergasungseinrichtung (G1, G2) erzeugtes Syntheserohgas (1, 10) entweder der HP-Wäsche (HP) zur Abtrennung von Schwefelkomponenten oder der Fackel zur Entsorgung zugeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine stromabwärts der Vergasungseinrichtungen (G1, G2) und stromaufwärts der Fackel angeordnete Entschwefelungseinrichtung (LP) umfasst, in der ein Syntheserohgas von Schwefelkomponenten befreit werden kann, bevor es zur Entsorgung in die Fackel weitergeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschwefelungseinrichtung (LP) als Gaswäsche (LP-Wäsche) mit einer Waschkolonne (L) ausgeführt und auf einen Betriebsdruck ausgelegt ist, der geringer ist als der Betriebsdruck der HP-Wäsche (HP).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die LP-Wäsche (LP) auf einen Betriebsdruck ausgelegt ist, der nicht mehr als 70%, bevorzugt nicht mehr als 50% und besonders bevorzugt nicht mehr als 30% des Betriebsdrucks der HP-Wäsche (HP) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die LP-Wäsche (LP) in dem Waschmittelkreislauf der HP-Wäsche (HP) integriert ist, so dass der Waschkolonne (L) der LP-Wäsche (LP) un- oder teilbeladenes Waschmittel (15) aus der HP-Wäsche (HP) zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der LP-Wäsche (LP) mit Schwefelkomponenten beladenes Waschmittel (17, 18) zur Regenerierung in den Regenerierteil (R) der HP-Wäsche (HP) eingeleitet werden kann.