DE102013224037A1 - Aufbereitung und Konditionierung von Syntheserohgasen - Google Patents

Aufbereitung und Konditionierung von Syntheserohgasen Download PDF

Info

Publication number
DE102013224037A1
DE102013224037A1 DE102013224037.6A DE102013224037A DE102013224037A1 DE 102013224037 A1 DE102013224037 A1 DE 102013224037A1 DE 102013224037 A DE102013224037 A DE 102013224037A DE 102013224037 A1 DE102013224037 A1 DE 102013224037A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
shift
raw gas
gas
reactor
gasification
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102013224037.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Manfred Schingnitz
Christian Görsch
Frank Hannemann
Guido Schuld
Martin Ferdinand Urban
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102013224037.6A priority Critical patent/DE102013224037A1/de
Priority to PCT/EP2014/071860 priority patent/WO2015074804A1/de
Publication of DE102013224037A1 publication Critical patent/DE102013224037A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/12—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C01B3/16—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with carbon monoxide using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C10K1/024—Dust removal by filtration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/04—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by cooling to condense non-gaseous materials
    • C10K1/046—Reducing the tar content
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/101—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids with water only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/04—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C01B2203/0288—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step containing two CO-shift steps

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Technologie zur Erzeugung von Synthesegas aus dem Rohgas verschiedener Vergasungsverfahren von festen oder flüssigen Brennstoffen. Zur Begrenzung der Temperaturen nachfolgender stark exothermer CO-Shiftreaktionen zur Einstellung des H2/CO-Verhältnisses durchströmt das teilgequenchte und vom Staub befreite Rohgas zwei hintereinander geschaltete Shiftreaktoren, wobei der erste Reaktor mit einem speziellen reaktionskinetisch limitierten Katalysator und der zweite Reaktor mit einem üblichen Sauergaskatalysator bestückt wird. Der im ersten Reaktor eingesetzte spezielle Katalysator begrenzt den Ablauf der exotherm ablaufenden Shiftreaktion soweit, dass die Reaktionstemperaturen im ersten und zweiten Reaktor so niedrig bleiben, dass eine thermische Gefährdung der Katalysatoren auch ohne Fremddampfzuführung ausgeschlossen ist und die gewünschte Gaszusammensetzung erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung von Rohsynthesegasen, die bei der Vergasung fester oder flüssiger kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe in der Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung bei Drücken von bis zu 12 MPa und Temperaturen bis 1.900°C anfallen, durch Anwendung einer spezifischen Shifttechnologie zur Erzielung eines vorgegebenen H2/CO-Verhältnisses eines Reinsynthesegases.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von definierten H2- und CO-haltigen Synthesegasen oder von technisch reinem Wasserstoff aus festen oder flüssigen Kohlenstoffträgern, die bei der Herstellung von chemischen Produkten wie beispielsweise Methanol, Dimethyläther sowie ihren Folgeprodukten und Kraftstoffen beispielsweise nach der Fischer-Tropsch-Technologie geeignet sind.
  • Zur Erzeugung von Synthesegasen haben sich unter Berücksichtigung des Einsatzes unterschiedlicher Brennstoffe und Zielstellungen verschiedene Verfahren durchgesetzt, die heute den Stand der Technik repräsentieren. Genannt seien verschiedene Modifikationen der Flugstromvergasung von staubförmigen und flüssigen Brennstoffen, wie beispielsweise Kohle-Wasser oder Kohle-Öl-Slurries oder schwere Rückstände der Erdölverarbeitung, die Festbettvergasung von stückigen festen Brennstoffen sowie die Wirbelschichtvergasung, die zunehmend für den Einsatz von Biomassen ausgewählt wird.
  • Nach der Technologie der Flugstromvergasung werden staubförmige oder flüssige Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unter Drücken bis 10 MPa und Temperaturen bis 1900°C in ein H2- und CO-reiches Rohsynthesegas umgesetzt. Feste Brennstoffe sind dabei zu Brennstaub aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, oder Kokse, besonders Petrolkokse, Biomassen oder aus Rest- und Abfallstoffen gewonnene verwertbare Fraktionen. Die Technologie ist ausführlich beschrieben worden in „Die Veredelung und Umwandlung von Kohle", Schingnitz, Kapitel 4.4.3, GSP-Vergasung, herausgegeben von der Deutschen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V., Dez. 2008. Die Zuführung des Brennstaubes in das unter dem genannten Druck stehende Vergasungssystem geschieht dabei durch eine Brennstaub-Trägergassuspension mit Förderdichten von 100–550 kg/m3 im Bereich der Fließförderung, wie die Patentschrift DD 147 188 zeigt. Flüssige Brennstoffe sind Schweröle, Teere und Asphalte als höhersiedende Produkte der Erdölverarbeitung sowie der Kohleveredelung wie beispielsweise der Schwelung oder Verkokung. Die flüssigen Brennstoffe werden fein verdüst gleichfalls mit Sauerstoff und Wasserdampf im Flugstrom vergast, siehe Ch. Higman u. a. „Gasification" Kapitel „Oil Gasifcation", Verlag Elsevier 2003.
  • Das heiße Vergasungsrohgas verlässt mit Temperaturen bis zu 1900°C und Drücken bis 10 MPa gemeinsam mit der zu Schlacke verflüssigten Brennstoffasche sowie Flugasche und Ruß den Vergasungsraum und wird direkt durch Einspritzen von Wasser oder indirekt in einem Abhitzekessel gekühlt. Zur Abscheidung mitgeführter Stäube, besonders Feinstäube, durchläuft das Rohgas eine Kaskade von Wasserwaschsystemen oder trockenen Filtern, um den Staubgehalt bis auf eine Konzentration von 1 mg/m3 i.N., bevorzugt 0,1 mg/m3 i.N. zu entfernen.
  • Bei der Festbettvergasung stückiger Brennstoffe bei Drücken bis 6 MPa wird das 400–600°C heiße Rohgas nach Verlassen des Reaktors soweit gekühlt, dass die mitgeführten Kohlenwasserstoffe auskondensiert und abgeschieden werden. Nähere Beschreibungen finden sich bei D.A. Bell u.a. „Coal Gasification and its Applications", Kap. Moving Bed Gasifiers, Verlag Elsevier 2011, wo auch die Wirbelschichttechnologie näher behandelt wird.
  • Allen Vergasungsverfahren ist eigen, dass das in der Vergasung primär entstandene H2/CO-Verhältnis nicht geeignet ist, die Anforderung nachfolgender Synthesen zu erfüllen.
  • Durch die bekannte katalysierte Shiftreaktion CO + H2O ⇌ CO2 + H2 ∆H = –41KJ/mol gelingt es, das im Rohgas vorhandene H2/CO-Verhältnis von 1 zu 2 auf das bei der Methanol- und Fischer-Tropsch-Synthese erforderliche Verhältnis von ca. 2 zu 1 oder weiter bis zur Erzeugung von technischem Wasserstoff zu verändern. Technische Lösungen zeigen die Patente EP 2133308 und EP 2157156 , eine ausführliche Beschreibung der Reaktionskinetik findet sich im Int. Journal of Scientific Engineering and Technology, Juli 2012, Heft Nr. 3, Seiten 106–110, Y.J. Morabiya u.a., "Modeling and Simulation of Water Gas Shift Reaction".
  • Herkömmlich gibt es Shiftanlagen, die zweistufig aufgebaut sind. Das vom Staub befreite Rohgas verlässt die Wasserwäsche mit Temperaturen von 180–220°C und wird im Gegenstrom zu konvertiertem Gas auf die Anspringtemperatur des Katalysators von 230–300°C aufgeheizt und einem ersten Reaktor zugeführt. Die hohe Exothermie der Shiftreaktion von 41,2 kJ/mol führt zu einer starken Aufheizung im Shiftreaktor. Um diese zu begrenzen wird dem Rohgas vor Eintritt in den Reaktor Wasserdampf zugesetzt der thermodynamisch nicht notwendig wäre und nur der Kühlung des Systems dient. Das im ersten Reaktor teilgeshiftete Rohgas wird direkt oder indirekt gekühlt und zur weiteren Verringerung der Kohlenmonoxidkonzentration einem zweiten Reaktor zugeführt, um das gewünschte H2/CO-Verhältnis zu erhalten. Der genannte Wasserdampfzusatz vor dem ersten Reaktor stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar und erfordert zusätzlich größere Reaktoren. Der genauen Einstellung des erforderlichen H2/CO-Verhältnisses dient eine Bypassregelung, die einen Teil ungeshifteten Rohgases an einem oder den beiden Reaktoren vorbeiführt und dem geshifteten Rohgas zusetzt. Hohe CO-Konzentrationen führen im Shiftreaktor wegen der starken Exothermie zu Temperaturerhöhungen, die in zunehmendem Maße die Methanisierungsreaktionen CO + 3H2 ⇌ CH4 + H2 ∆H2 – 206 kJ/mol CO + 4H2 ⇌ CH4 + 2H2 ∆H2 – 165 kJ/mol
  • beschleunigt, was wegen der extrem starken Wärmeentwicklung zu weiterem, noch schnelleren Temperaturanstieg führt. Der Shiftreaktor droht überhitzt zu werden. Um den Vorgang zu beherrschen, ist neben der o.g. zusätzlichen Dampfzuführung der CO-Gehalt im Eingangsgas auf < 50Vol% (bezogen auf trockenes Gas) zu begrenzen, was technisch nur schwierig möglich ist. Zur Beherrschung des Problems werden verschiedene Vorschläge unterbreitet. Die Firma Lianxin Chemical Co. schlägt in den Patenten CN 101 050 391 A und CN 104 129 32 A vor, das Dampf-CO-Verhältnis vor Eintritt in den ersten Shiftreaktor zu vermindern. Dieser Vorschlag benötigt zum Einen eine geringe Eintrittstemperatur und zum Anderen einen mit Kalium promotierten Katalysator. In der praktischen Anwendung bedeutet dies zunächst eine Kühlung des Rohgases, um Wasserdampf auszukondensieren, und anschließend eine Wiederaufheizung, um das Rohgas in ungesättigtem Zustand dem Shiftreaktor zuzuführen. Dadurch wird die weitere Kondensation von Wasserdampf im Katalysatorbett vermieden. Dieser Vorschlag bedeutet Energieverlust und zusätzlichen apparativen Aufwand. Im Patentdokument WO 2013 088 116 A1 wird die Anordnung von Kühlrohren im Katalysatorbett vorgeschlagen, um mit kaltem Synthesegas oder Wasserdampf die Reaktionswärme abzuführen und damit die Temperaturzunahme zu begrenzen. Solche Reaktoren sind komplizierter in der Herstellung, die gleichmäßige Wärmeabführung aus dem Katalysatorbett ist schwierig. Die zweite Methode wird im Patentdokument WO 2013 072 660 A1 beschrieben. Als weitere Möglichkeit wird eine signifikante Erhöhung der Raumbelastung des Katalysatorbettes von ≥ 12.500/h vorgeschlagen, um die Reaktionszeit zu begrenzen. Der nachfolgende zweite Reaktor entspricht der oben genannten Version mit interner Kühlung. Auch bei diesen Vorschlägen ist der wesentlich höhere apperative Aufwand zu nennen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vergasungseinrichtung mit nachgeordneter Shifteinrichtung anzugeben, bei der allein der in einem Teilquenchprozess gebildete Wasserdampf für die Shiftreaktion und die Temperaturbegrenzung ausreichend ist, wobei weder eine Auskondensation von Wasserdampf noch eine Zuführung von Zusatzdampf benötigt wird.
  • Das Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch eine Teilquenchung des Rohgases auf Temperaturen zwischen 230 bis 800°C sowie eine Bestückung des ersten Reaktors einer Shiftanlage mit einem Katalysator erreicht, der durch eine spezielle Wahl des Trägermaterials und der aktiven Komponenten in seiner reaktionskinetischen Aktivität limitiert ist (mild intrinsic activity), die Shiftreaktion begrenzt und damit eine zu hohe, den Katalysator schädigende und die Methanisierungsreaktion fördernde Temperatur verhindert. Bei Einsatz eines solchen Katalysators im ersten Reaktor des Shiftprozesses können die bisher bewährten Reaktorkonstruktionen und Betriebsbedingungen auch bei der Teilquenchung beibehalten werden. Die Teilquenchung auf Temperaturen zwischen 230 und 800°C erlaubt weiterhin den Einsatz einer trockenen Staubabscheidung mittels eines keramischen Hochtemperaturfilters, wodurch der Wasserbedarf für die Reinigung des Rohgases vermindert und die Wasserkreisläufe wesentlich entlastet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch die Wahl der Teilquenchungstemperatur den Wasserdampfgehalt des Rohgases so zu bestimmen, dass durch den spezifischen Shiftprozess mit einem reaktionskinetisch limitierten Katalysator das gewünschte H2/CO-Verhältnis für die nachfolgende Synthese entsteht. Der genannte Katalysator erlaubt eine große Einsatzbreite des Wasserdampf-Gas-Verhältnisses von 0,1 bis 2,5 bevorzugt von 0,2 bis 1,8. Die CO-Konzentration im trockenen Rohgas kann bei 40 bis 90 Vol%, bevorzugt bei 50 bis 70 Vol% liegen. Schwefelgehalte zwischen 100 ppm und 5 Vol%, bevorzugt 300ppm und 2 Vol% werden toleriert. Der Verfahrensdruck kann zwischen 0,1 und 12 MPa, bevorzugt zwischen 4 und 10 MPa liegen. Die Raumbelastung des Katalysatorbettes beträgt 1.000 bis 10.000/h, bevorzugt 2.000 bis 6.000/h bei einer Eingangstemperatur von 200 bis 350°C, bevorzugt von 230 bis 300°C im ungesättigten Zustand. Das im ersten Reaktor auf CO-Gehalte von 35 bis 50 Vol% CO teilgeshiftete Rohgas tritt in den zweiten Katalysator ein, der mit einem typischen Katalysator für die Sauergasshift bestückt ist. Das Dampf-Gas-Verhältnis liegt zwischen 0,2 bis 2,0, bevorzugt zwischen 0,3 und 1,2. Vor dem zweiten Reaktor kann, wenn erforderlich, zusätzlich Dampf oder Rohgas, das im Bypass um den ersten Reaktor herumgeführt wurde, zugegeben werden. Die mögliche Raumbelastung bezogen auf trockenes teilgeshiftetes Rohgas beträgt 1000 bis 7000/h, bevorzugt 1500 bis 4000/h. Die Eingangstemperatur kann zwischen 200 und 300°C, bevorzugt zwischen 220 und 300°C liegen. Der Katalysator wird vor Betriebsaufnahme sulfidiert.
  • Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert.
  • In einem Vergasungsreaktor mit einer Bruttoleitung vom 500MW werden stündlich 72 Mg eines aus Steinkohle hergestellten Brennstaubes mit Sauerstoff bei einem Druck von 4,2 MPa und einer Temperatur von 1.550°C zu einem Rohsynthesegas umgesetzt, das mit den folgenden Parametern den Vergasungsraum verlässt:
    1
    T °C 1550
    P bara 42
    V Nm3/h 132371
    M kg/h
    H2 vol% 22,7
    CO vol% 65,6
    CO2 vol% 4,5
    N2 vol% 0,6
    H2O vol% 6,5
  • Es wird in einem Partialquench 3 durch Einspritzen von Quenchwasser 4 auf eine Temperatur von 500°C abgekühlt, wobei gleichzeitig der für die Shiftreaktion erforderliche Wasserdampf generiert wird. Nach dem Partialquench 3 hat das teilgesättigte Rohgas 5 folgende Zusammensetzung:
    5
    T °C 500
    P bara 42
    V Nm3/h 229790
    M kg/h
    H2 vol% 13,1
    CO vol% 37,8
    CO2 vol% 2,6
    N2 vol% 0,3
    H2O vol% 46,1
  • Zur Entfernung mitgeführten Staubes, der aus der Brennstoffasche, Restkohlenstoff oder Ruß bestehen kann, durchströmt das teilgesättigte Rohgas 5 mit einer Temperatur von 500°C einen Heißgasfilter 6 und wird danach mit gleicher Gaszusammensetzung 7 und 9 im Wärmeübertrager 8 unter Erzeugung von Mitteldruckdampf auf die Eingangstemperatur von 250°C abgekühlt. Um eine erhöhte Regelfähigkeit zu erhalten, kann das Rohgas 9 in einem Wärmeübertrager 10 gegen das teilgequenchte Rohgas 13 nach dem ersten Shiftreaktor 12 um einige °C aufgeheizt werden, im Beispiel um 10°C. Das Rohgas 11 trifft dann mit 260°C bei gleicher Gaszusammensetzung wie bei 5, 7 und 9 in den ersten Shiftreaktor 12 ein, der mit einem reaktionskinetisch limitierten (mild intrinsic activity) Katalysator bestückt ist und den Umsatz des Kohlenmonooxides in der genannten exothermen Shiftreaktion im erforderlichen Maße begrenzt. Nach Durchlaufen des ersten Reaktors 9 zeichnet sich das teilgeshiftete Rohgas 13 durch folgende Parameter aus:
    13
    T °C 355
    P bara 40
    V Nm3/h 229790
    M kg/h
    H2 vol% 22,3
    CO vol% 28,6
    CO2 vol% 11,8
    N2 vol% 0,3
    H2O vol% 36,9
  • Die Ausgangstemperatur aus dem ersten Reaktor 12 stellt sich durch die limitierte Shiftreaktion auf nur 355°C ein, was kein Problem für die thermische Beständigkeit des eingesetzten Katalysators darstellt. Das heiße teilgeshiftete Rohgas 4 wird zunächst im Wärmeübertrager 14 indirekt durch die Erzeugung von Mitteldruckdampf teilgekühlt und gelangt, nachdem es zur Vorheizung des ungeshifteten Rohgases genutzt wurde, über die Rohgasleitung 15 unter folgenden Konditionen in den zweiten Reaktor 16:
    15
    T °C 260
    P bara 40
    V Nm/h 160853
    M kg3/h
    H2 vol% 22,3
    CO vol% 28,6
    CO2 vol% 11,8
    N2 vol% 0,3
    H2O vol% 36,9
  • Vom teilgeshifteten Rohgas 13 werden nach der Kühlung 68937 m3 i.N./h abgezweigt, als Bypass 19 um den zweiten Reaktor 16 herumgeführt und dem Rohgas 17 nach dem zweiten Reaktor 16 wieder zugeführt. Dieser Bypass dient der genauen Einstellung des gewünschten H2/CO-Verhältnisses. Nach dem zweiten Reaktor 16 besitzt das geshiftete Rohgas 17 nachfolgende Parameter:
    17
    T °C 440
    P bara 39
    V Nm3/h 160853
    M kg/h
    H2 vol% 39,6
    CO vol% 11,2
    CO2 vol% 29,2
    N2 vol% 0,3
    H2O vol% 19,5
  • Es wird im Wärmetauscher 18 unter Erzeugung von Mitteldruckdampf gekühlt und mit dem Bypassstrom 19 vermischt einer Kühlung 20 unterzogen sowie über die Leitung 21 einer chemischen oder physikalischen Sauergaswäsche zur Entfernung besonders des Kohlendioxids und Schwefelwasserstoffs mit nachfolgenden Parametern zugeführt:
    21
    T °C 40
    P bara 38
    V Nm3/h 173029
    M kg/h
    H2 vol% 45,7
    CO vol% 21,8
    CO2 vol% 31,7
    N2 vol% 0,4
    H2O vol% 0,2
  • Nach Entfernen des Kohlendioxids wird das gewünschte H2/CO-Verhältnis im Synthesegas von 2,1:1 erreicht. Der in der Quenchung erzeugte Wasserdampf war ausreichend, eine Fremdzuführung war nicht erforderlich. Der in den Wärmetauschern erzeugte Mitteldruckdampf kann einem fremden Verbraucher zugeführt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rohsynthesegas
    2
    Schlacke
    3
    Partialquench
    4
    Quenchwasser
    5
    teilgesättigtes Rohsynthesegas
    6
    Heißgasfilter
    7
    Rohgas nach Heißgasfilter
    8
    Wärmeübertrager
    9
    Rohgas nach Wäremübertrager
    10
    Wärmeübertrager
    11
    Rohgaseintritt zum 1. Shiftreaktor
    12
    Erster Shiftreaktor
    13
    teilgeshiftetes Rohgas
    14
    Wärmeübertrager
    15
    Rohgasleitung zum zweiten Shiftreaktor
    16
    Zweiter Shiftreaktor
    17
    Geshiftetes Rohgas
    18
    Wärmetauscher
    19
    Bypass
    20
    Gaskühlung
    21
    Rohgasleitung zur Sauergaswäsche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DD 147188 [0004]
    • EP 2133308 [0008]
    • EP 2157156 [0008]
    • CN 101050391 A [0010]
    • CN 10412932 A [0010]
    • WO 2013088116 A1 [0010]
    • WO 2013072660 A1 [0010]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • „Die Veredelung und Umwandlung von Kohle“, Schingnitz, Kapitel 4.4.3, GSP-Vergasung, herausgegeben von der Deutschen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V., Dez. 2008 [0004]
    • Ch. Higman u. a. „Gasification“ Kapitel „Oil Gasifcation“, Verlag Elsevier 2003 [0004]
    • D.A. Bell u.a. „Coal Gasification and its Applications“, Kap. Moving Bed Gasifiers, Verlag Elsevier 2011 [0006]
    • Int. Journal of Scientific Engineering and Technology, Juli 2012, Heft Nr. 3, Seiten 106–110, Y.J. Morabiya u.a., “Modeling and Simulation of Water Gas Shift Reaction” [0008]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Behandlung von Rohsynthesegasen, die bei der Vergasung fester oder flüssiger kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe in der Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung bei Drücken von bis zu 12 MPa und Temperaturen bis 1.900°C anfallen, durch Anwendung einer Shifttechnologie zur Erzielung eines vorgegebenen H2/CO-Verhältnisses eines Reinsynthesegases, gekennzeichent durch folgende Schritte: • Teilquenchung (3) des den Vergasungsreaktor verlassenden Rohgases auf Temperaturen zwischen 230 und 800°C, wobei die Rohgastemperatur mindestens 20°C über der Taupunkttemperatur beträgt und das Rohgas nicht wasserdampfgesättigt ist, • Abscheidung des aus Brennstoffasche, Restkohlenstoff oder Ruß gebildeten Feinstaubes in einem Feinstaubfilter (6), • Zuführung des teilgequenchten und entstaubten Rohgases in eine erste Shiftstufe (12), die mit einem reaktionskinetisch limitierten Katalysator bestückt ist, • Zuführung des teilgeshifteten Rohgases nach einer Abkühlung (14, 10) in eine zweite Shiftstufe (16), die mit einem reaktionskinetisch nicht limitierten Katalysator bestückt ist, • Abführung des geshifteten Rohgases (21), insbesondere zur weiteren Behandlung in nachfolgenden Wasch- und Konditionierungssystemen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bruchteil des teilgequenchten und entstaubten Rohgases um die erste Shiftstufe (12) im Bypass geführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bruchteil des teilgeshifteten Rohgases aus der ersten Shiftsufe (12) um die zweite Shiftstufe (16) im Bypass (19) geführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der für den Shiftprozess benötigte Wasserdampfgehalt des Rohgases durch die Einstellung der Teilquenchtemperatur geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohgastemperatur vor Eintritt in die erste Shiftstufe zwischen 230 und 300°C beträgt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohgastemperatur des teilgeshifteten Rohgases vor Zuführung in die zweite Shiftstufe so geregelt wird, dass die Ausgangstemperatur des vollgeshifteten Rohgases 480°C nicht überschreitet.
  7. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, zur Behandlung von Rohgasen, die bei der Vergasung fester oder flüssiger kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe in der Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung bei Drücken von bis zu 12 MPa und Temperaturen bis 1.900°C anfallen, durch Anwendung einer Shifttechnologie zur Erzielung eines vorgegebenen H2/CO-Verhältnisses eines Synthesegases, bei der mindestens 2 Shiftreaktoren (12, 16) angeordnet sind, wobei der erste Shiftreaktor (12), der das Rohgas aus der Teilquenchung aufnimmt, mit einem reaktionskinetisch limitierten Katalysator bestückt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vergasung und dem ersten Shiftreaktor (12) ein Feinstaubfilter(6) angeordnet ist, der durch einen Heißgas-Fliehkraftabscheider gegeben ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vergasung und dem ersten Shiftreaktor (12) ein Feinstaubfilter(6) angeordnet ist, der durch einen Porenfilter gegeben ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas-Gas-Wärmetauscher (8) zur Aufheizung des gewaschenen Rohgases (7) auf die erforderliche Shifttemperatur angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Shiftreaktor (12) und dem zweiten Shiftreaktor (16) ein Wärmetauscher (10, 14) zur Einstellung der Shifttemperatur für den zweiten Shiftreaktor angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung (19) zur Erzeugung eines Bypassstromes, der den zweiten Shiftreaktor umfährt, angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Shiftreaktor (12) frei von der Zuführung von Zusatzdampf ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in dem ersten Shiftreaktor derart reaktionskinetisch limitiert ist, dass die Ausgangstemperatur des teilgeshifteten Rohgases (13) auf maximal 480°C begrenzt ist.
DE102013224037.6A 2013-11-25 2013-11-25 Aufbereitung und Konditionierung von Syntheserohgasen Withdrawn DE102013224037A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013224037.6A DE102013224037A1 (de) 2013-11-25 2013-11-25 Aufbereitung und Konditionierung von Syntheserohgasen
PCT/EP2014/071860 WO2015074804A1 (de) 2013-11-25 2014-10-13 Aufbereitung und konditionierung von syntheserohgasen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013224037.6A DE102013224037A1 (de) 2013-11-25 2013-11-25 Aufbereitung und Konditionierung von Syntheserohgasen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013224037A1 true DE102013224037A1 (de) 2015-05-28

Family

ID=51794856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013224037.6A Withdrawn DE102013224037A1 (de) 2013-11-25 2013-11-25 Aufbereitung und Konditionierung von Syntheserohgasen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013224037A1 (de)
WO (1) WO2015074804A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017041928A1 (de) 2015-09-10 2017-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Partikelabscheidung aus einem gasstrom durch direktkühlung und anschliessender verbesserter waschwassernutzung

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106987284B (zh) * 2017-04-17 2019-08-02 东南大学 一种生物质合成气中焦油脱除转化的装置及转化方法
CN113233416B (zh) * 2021-05-13 2023-05-12 内蒙古工业大学 一种制备富氢合成气的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD147188A3 (de) 1977-09-19 1981-03-25 Lutz Barchmann Verfahren und vorrichtung zur druckvergasung staubfoermiger brennstoffe
CN101050391A (zh) 2007-03-30 2007-10-10 青岛联信化学有限公司 一种粉煤气化低水/气耐硫变换工艺
EP2133308A1 (de) 2008-06-12 2009-12-16 Siemens Aktiengesellschaft Reingasvorwärmeinrichtung sowie Verfahren zur Reingasvorwärmung
EP2157156A1 (de) 2008-08-21 2010-02-24 Siemens Aktiengesellschaft Vergasungseinrichtung für fossilen Brennstoff
WO2013072660A1 (en) 2011-11-18 2013-05-23 Johnson Matthey Public Limited Company Process for increasing hydrogen content of synthesis gas
WO2013088116A1 (en) 2011-12-15 2013-06-20 Johnson Matthey Public Limited Company A water-gas -shift process

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3850841A (en) * 1969-11-10 1974-11-26 Exxon Research Engineering Co Shift process for new catalyst
DE69215345T2 (de) * 1991-12-30 1997-03-13 Texaco Development Corp Behandlung von Synthesegas
US8017545B2 (en) * 2008-12-04 2011-09-13 Uop Llc Dynamic composition for the removal of sulfur from a gaseous stream

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD147188A3 (de) 1977-09-19 1981-03-25 Lutz Barchmann Verfahren und vorrichtung zur druckvergasung staubfoermiger brennstoffe
CN101050391A (zh) 2007-03-30 2007-10-10 青岛联信化学有限公司 一种粉煤气化低水/气耐硫变换工艺
EP2133308A1 (de) 2008-06-12 2009-12-16 Siemens Aktiengesellschaft Reingasvorwärmeinrichtung sowie Verfahren zur Reingasvorwärmung
EP2157156A1 (de) 2008-08-21 2010-02-24 Siemens Aktiengesellschaft Vergasungseinrichtung für fossilen Brennstoff
WO2013072660A1 (en) 2011-11-18 2013-05-23 Johnson Matthey Public Limited Company Process for increasing hydrogen content of synthesis gas
WO2013088116A1 (en) 2011-12-15 2013-06-20 Johnson Matthey Public Limited Company A water-gas -shift process

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Die Veredelung und Umwandlung von Kohle", Schingnitz, Kapitel 4.4.3, GSP-Vergasung, herausgegeben von der Deutschen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V., Dez. 2008
Ch. Higman u. a. "Gasification" Kapitel "Oil Gasifcation", Verlag Elsevier 2003
D.A. Bell u.a. "Coal Gasification and its Applications", Kap. Moving Bed Gasifiers, Verlag Elsevier 2011
Int. Journal of Scientific Engineering and Technology, Juli 2012, Heft Nr. 3, Seiten 106-110, Y.J. Morabiya u.a., "Modeling and Simulation of Water Gas Shift Reaction"

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017041928A1 (de) 2015-09-10 2017-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Partikelabscheidung aus einem gasstrom durch direktkühlung und anschliessender verbesserter waschwassernutzung
DE102015217303A1 (de) 2015-09-10 2017-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Partikelabscheidung aus einem Gasstrom durch Direktkühlung und anschließender verbesserter Waschwassernutzung

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015074804A1 (de) 2015-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3111030A1 (de) Verfahren zur umwandlung eines rohstoffes aus kohle und/oder schweren erdoelfraktionen in wasserstoff oder ammoniak-synthesegas
EP2265696A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur umwandlung kohlenstoffhaltiger rohstoffe
DE2246407C2 (de) Verfahren zum Erzeugen elektrischer Energie
DE102008032166A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von teerfreiem Synthesgas aus Biomasse
DE102008035295B4 (de) Kohlenmonoxid-Konvertierung mittels gestufter Quenchung
WO2010057767A9 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung eines syntheserohgases
DE2926892A1 (de) Verfahren zur herstellung eines wasserstoffhaltigen gases
DE2312350A1 (de) Zweistufige vergasung von vorbehandelter kohle
EP0075972A1 (de) Verfahren zum Vergasen fester Brennstoffe
DE3140028A1 (de) Verfahren zur erzeugung eines wasserstoffreichen gases durch unterirdische kohlevergasung
DE102006040770A1 (de) Verfahren zur Erzeugung von Kraftstoffen aus Abfall
DE102013224037A1 (de) Aufbereitung und Konditionierung von Syntheserohgasen
DD299169A5 (de) Verfahren zur erzeugung eines wasserstoffreichen gases
DE2735090C2 (de) Verfahren zum Reinigen und Kühlen von Wasserstoff und Kohlenoxid enthaltenden Prozeßgasen
DE102007022168A1 (de) Verfahren zur Erzeugung motorischer Energie aus fossilen Brennstoffen mit Abführung von reinem Kohlendioxid
DE102013224039A1 (de) Behandlung von Synthesegasen aus einer Vergasungseinrichtung
DE2358372A1 (de) Verfahren zur nutzung der waermeenergie eines hochtemperatur-kernreaktors mittels vergasen von festen, kohlenstoffhaltigen materialien
DE102008014297A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Rohstoffe
DE102013008518A1 (de) Verfahren und Anlage zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial
DE2924245A1 (de) Verfahren zur deckung von bedarfsspitzen und/oder schwankenden bedarfsmengen bei der erzeugung von elektrischer energie in einem kraftwerk sowie anlage zur anwendung dieses verfahrens
DE102010033612A1 (de) Erzeugung von Methan aus nicht gasförmigen Brennstoffen
DE102014203593A1 (de) Vorrichtung zur Behandlung von Rohsynthesegas
DE2724802A1 (de) Kohlevergasung mit kernenergie
EP0044071A1 (de) Verfahren zur Konvertierung eines Kohlenmonoxid enthaltenden Gasstroms
AT156280B (de) Verfahren zur Erzeugung von teer- und kohlenwasserstoffreiem Gas aus bituminösen Brennstoffen.

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS ENERGY GLOBAL GMBH & CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee