DE102013103356A1

DE102013103356A1 - Verfahren zur Herstellung von Synthesegas für die Umsetzung zu Produkten

Info

Publication number: DE102013103356A1
Application number: DE102013103356.3A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Jass; Ralf Abraham; Dobrin Toporov; Domenico Pavone; Max Heinritz-Adrian
Original assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2014-10-09
Also published as: WO2014161640A8; CN105247017A; BR112015025226A2; WO2014161640A1; EP2981596A1; TW201443220A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas für die Umsetzung zu Produkten, insbesondere für die Synthesegasverflüssigung. Um das Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass eine Steigerung der Synthesegasproduktion erzielt wird, werden folgende Verfahrensschritte durchführt: a) Zuführung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes (1) in einen Reaktor (6), in dem der Brennstoff (1) zu einem rohen Synthesegas (2) umgesetzt wird; b) Reinigung des rohen Synthesegases (2), wobei das gereinigte rohe Synthesegas (2) mit entstandenem Methan als Hauptsynthesegasstrom (3) der Synthesegas umsetzung zugeführt wird, bei der auch ein Abgas (4) produziert wird; c) Konvertierung des produzierten Abgases (4) in ein reines Synthesegas (5) und Zuführung des reinen Synthesegases in den Hauptsynthesegasstrom (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas für die Umsetzung zu Produkten, insbesondere für die Synthesegasverflüssigung.
Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Hierzu wird ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff, wie beispielsweise Biomasse oder Kohle, einem Reaktor zugeführt, in dem der kohlenstoffhaltige Brennstoff mit Luft oder Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft sowie mit Wasserdampf und Kohlendioxid mittels Vergasung, beispielsweise durch Flugstromvergasung, Wirbelschichtvergasung oder anderen Vergasungsmethoden (z.B. Festbettvergasung u.s.w.) bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 800 bis 1200°C oder höher, zu einem rohen Synthesegas umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens der eingangs genannten Art wird das erzeugte rohe Synthesegas gereinigt, indem Anteile, beispielsweise Chlor-, Schwefel-, Kohlendioxid- und Staubteile, durch Filterung, chemischen/physikalischen Prozessen aus dem rohen Synthesegas entfernt werden. Danach wird das gereinigte rohe Synthesegas einer Synthesegasumsetzung zugeführt, die beispielsweise auf Grundlage der Fischer-Tropsch-Synthese oder Methanol-Synthese das flüssige Endprodukt erzeugt.
Die Technologie der Synthesegasumsetzung, wie beispielsweise die Synthesegasverflüssigung, erfordert in der Regel ein qualitativ hochwertiges Gas, d.h. ein Gas aus reinem CO und H2. Hierbei ergibt sich jedoch die Problematik, dass bei Verfahren der eingangs genannten Art das rohe Synthesegas immer auch Anteile von Methan aufweist, wobei erfahrungsgemäß der Gehalt des Methans in dem rohen Synthesegas ca. 4 bis 10 % beträgt. Dies bedeutet, dass eine nahezu vollständige Erzeugung von reinem Synthesegas, d.h. Gas aus reinem CO und H2, nicht gegeben ist, was wiederum dazu führt, dass ein nicht geringer Betrag von chemischer Energie weiterhin in dem Methan, aber auch in höheren Kohlenwasserstoffen gespeichert ist, was zur Folge hat, dass die Effizienz des gesamten Prozesses der Gasverflüssigung eine Beeinträchtigung erfährt.
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, das Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Steigerung der Synthesegasproduktion erzielt wird.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass das im Prozess der Umsetzung erzeugte Abgas in reines Synthesegas konvertiert wird und dieses in den gereinigten Hauptsynthesegasstrom zugeführt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kernidee der Erfindung ist es, einen zusätzlichen Kreislauf mit einem konvertierten reinen Synthesegas in das Verfahren zu integrieren, d.h. zum Beispiel das während des Prozesses der Verflüssigung in dem Synthesegasverflüssigungssystem produzierte Abgas in reines Synthesegas zu konvertieren und das erzeugte reine Synthesegas wiederum in den Hauptsynthesegasstrom zuzuführen. Dadurch, dass zusätzlich reines Synthesegas in den Hauptsynthesegasstrom geführt wird, wird vorteilhafterweise erreicht, dass ein höherer Anteil an gereinigtem Synthesegas über den Hauptsynthesegasstrom in die Synthesegasverflüssigungsvorrichtung gelangt, was wiederum zu einer erhöhten Produktion des gewünschten Flüssigkeitsproduktes und somit auch zu einer höheren Effizienz des gesamten Verfahrens führt.
Da mit dem Prozess beispielsweise der Synthesegasverflüssigung fortlaufend die Produktion von Abgas einhergehen kann, erfolgt vorzugsweise die Konvertierung des produzierten Abgases in reines Synthesegas und die Zuführung des reinen Synthesegases in den Hauptsynthesegasstrom mehr als einmal, d.h. im Idealfall bis nahezu sämtliches Abgas konvertiert worden ist. Für die Konvertierung des Abgases ist zweckmäßigerweise ein Reformer, und hier insbesondere ein autothermer Reformer oder katalytischer Reformer, vorgesehen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass der Reformer der Synthesegasumsetzungsvorrichtung nachgeschaltet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur ein Schaltbild mit Prozessfluss zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Wesentlichen von den Anlageelementen Reaktor 6, Synthesereinigungsvorrichtung 7, Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 sowie Reformer 9, der in Gestalt eines autothermen Reformers vorliegt, gebildet. Die Vorrichtung 8 ist dabei zwischen der Synthesegasreinigungsvorrichtung 7 und dem Reformer 9 angeordnet.
Das Verfahren beginnt damit, dass kohlenstoffhaltiger Brennstoff 1, wie Biomasse, Gase, Flüssigkeiten oder Kohle, dem Reaktor 6 zugeführt wird, in dem der kohlenstoffhaltige Brennstoff 1 mit Luft oder Sauerstoff sowie mit Wasserdampf und Kohlendioxid zu einem rohen Synthesegas 2 umgesetzt wird. Die Umsetzung erfolgt mittels Vergasung, wie Flugstromvergasung, Festbettvergasung oder Wirbelschichtvergasung und wird bei erhöhter Temperatur, die zwischen 800 bis 1200° C und höher liegen kann.
Das umgesetzte rohe Synthesegas 2, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht, wird im Rahmen eines weiteren Verfahrensschrittes zusammen mit bei der Vergasung in dem Reaktor 6 erzeugtem Methan der Synthesegasreinigungsvorrichtung 7 zugeführt, um dort gereinigt zu werden. Die Reinigung des rohen Synthesegases 2 in der Synthesegasreinigungsvorrichtung 7 erfolgt in herkömmlicher Weise, wie durch Filterung und chemische/physikalische Prozesse. Insbesondere werden im Rahmen des Reinigungsprozesses Anteile von Chlor, Schwefel, Kohlendioxid und Staub aus dem rohen Synthesegas 2 entfernt, so dass als Ergebnis ein gereinigter Hauptsynthesegasstrom 3 entsteht, der jedoch weiterhin zusätzliche Anteile von Methan aufweist.
Der nächste Verfahrensschritt sieht vor, wie aus 1 weiter hervorgeht, dass der Hauptsynthesegasstrom 3 in die Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 geleitet wird.
In der Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 wird in herkömmlicher Weise, beispielsweise auf Basis der Fischer-Tropsch-Synthese oder Methanol-Synthese, die Synthesegasverflüssigung vollzogen, um das Endprodukt 10 zu erzeugen. In erfindungswesentlicher Weise wird das bei der Synthesegasverflüssigung entstehende Abgas 4, wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan und höhere Kohlenwasserstoffe nun zusammen mit Methan über einen zusätzlichen Kreislauf zunächst in einen der Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 nachgeschalteten Reformer 9, der in der in 1 dargestellten Ausführungsform als autothermer Reformer vorliegt, geleitet, um dann in ein reines Synthesegas 5 konvertiert zu werden. Das reine Synthesegas 5 wird wiederum dem in die Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 geführten Hauptsynthesegasstrom 3 zugeführt.
Natürlich ist die beschriebene Ausführungsform der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können auch noch andere Vergasungstechniken als die Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung in dem Reaktor 6 zugrundegelegt werden. Auch können andere Technologien als Filterung und chemische Reaktionen für die Reinigung in der Reinigungsvorrichtung 7 angewendet werden. Auch kann der zusätzlich geschaltete Kreislauf mehrmals durchlaufen werden.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoff
2: Synthesegas
3: Synthesegasstrom
4: Abgas
5: Synthesegas
6: Reaktor
7: Synthesereinigungsvorrichtung
8: Synthesegasumsetzungsvorrichtung
9: Reformer
10: Endprodukt

Claims

Verfahren zur Herstellung von Synthesegas für die Umsetzung zu anderen Produkten, insbesondere für die Synthesegasverflüssigung mit folgenden Verfahrensschritten: a) Zuführung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes (1) in einen Reaktor (6), in dem der Brennstoff (1) mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie mit Wasserdampf und CO₂ bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen von 800–1200° C oder höher, zu einem rohen Synthesegas (2) umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht und zusätzlich Anteile von Methan aufweist, b) Reinigung des rohen Synthesegases (2), wobei das gereinigte rohe Synthesegas (2) mit entstandenem Methan als Hauptsynthesegasstrom (3) der Synthesegas umsetzung zugeführt wird, bei der auch ein Abgas (4) produziert wird; c) Konvertierung des produzierten Abgases (4) in ein reines Synthesegas (5) und Zuführung des reinen Synthesegases (5) in den Hauptsynthesegasstrom (3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas (4) einem Reformer (9) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (9) ein autothermer Reformer oder ein katalytischer Reformer ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reformer (9) einer Synthesegasumsetzungsvorrichtung (8) nachgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) zwischen einer Synthesegasreinigungsvorrichtung (7) und dem Reformer (9) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (8) der Synthesegasreinigungsvorrichtung (7) nachgeschaltet ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt c) mehr als einmal durchgeführt wird.