DE102015004215A1 - Verfahren zur Erzeugung von Synthesegas - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Synthesegases aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz (NG), wobei ein kohlenwasserstoffhaltiger Einsatzstrom (NG) bereitgestellt wird und zu einem H2 und CO aufweisenden Synthesegasstrom (S3) umgesetzt wird, und wobei erfindungsgemäß der Einsatzstrom (NG) in einen ersten und einen zweiten Einsatzteilstrom (NG1, NG2) aufgeteilt wird, wobei der erste Einsatzteilstrom (NG1) mittels partieller Oxidation (52) in einen ersten Synthesegasstrom (S1) umgesetzt wird, und wobei der zweite Einsatzteilstrom (NG2) mittels Dampfreformation (53) in einen zweiten Synthesegasstrom (S2) umgesetzt wird, und wobei die beiden Synthesegasströme (S1, S2) zu dem Synthesegasstrom (S3) vereint werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Synthesegases aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz gemäß Anspruch 1.
  • Bei einem derartigen Verfahren wird ein kohlenwasserstoffhaltiger Einsatz zu einem H2 und CO aufweisenden Synthesegasstrom umgesetzt. Solche Verfahren sind z. B. aus der US 2012/0326090 A1 , US 2012/0282145 A1 , US 2013/008536233 B2 bekannt.
  • Die Dampfreformation von kohlenwasserstoffhaltigen Einsätzen stellt eine bekannte und etablierte Technologie zur Erzeugung von Synthesegas sowie Wasserstoff dar. Zur Herstellung von Synthesegas sind weiterhin Verfahren wie die partielle Oxidation oder die autotherme Reformierung bekannt, die insbesondere bei der Erzeugung sehr großer Gasmengen interessant sind. Hier kann die Dampfreformation aufgrund ihres CO2-Footprints, d. h., der Menge an pro Molekül des Produkts erzeugten CO2-Emissionen, unvorteilhaft sein.
  • Allerdings benötigen Verfahren wie die partielle Oxidation und die autotherme Reformierung im Gegensatz zur Dampfreformation Sauerstoff als Oxidationsmittel, wobei der Bedarf an Sauerstoff mit zunehmender Größe des Verhältnisses von H2 zu CO im Synthesegas steigt.
  • Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das im Hinblick auf die vorgenannte Problematik verbessert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Einsatzstrom entschwefelt wird (siehe auch unten) und vorzugsweise hiernach in einen ersten und einen zweiten Einsatzteilstrom aufgeteilt wird, wobei der erste Einsatzstrom mittels partieller Oxidation in einen ersten Synthesegasstrom umgesetzt wird, und wobei der zweite Einsatzteilstrom mittels Dampfreformation in einen zweiten Synthesegasstrom umgesetzt wird, und wobei die beiden Synthesegasströme zu dem Synthesegasstrom vereint werden. Entschwefeln heißt im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass Schwefel und/oder zumindest eine Schwefelverbindung (vorzugsweise mehrere oder alle Schwefelverbindungen) im betreffenden Stoffstrom auf einen Gehalt reduziert wird, der unterhalb eines vordefinierten Wertes liegt, insbesondere unterhalb von 10 ppm, bevorzugt unterhalb von 1 ppm.
  • Hierdurch lassen sich mit Vorteil die Stärken beider Verfahren – partielle Oxidation und Dampfreformation – vereinen, wobei ein Synthesegas mit einem vergleichsweise großen Wertebereich für das H2 zu CO Verhältnis herstellbar ist und die Effizienz bei der Herstellung von Synthesegas gegenüber den Einzelverfahren erhöht wird.
  • Der Einsatzstrom weist bevorzugt einen oder mehrere der folgenden Komponenten bzw. Kohlenwasserstoffe auf, die im Synthesegaserzeugungsschritt zu dem Synthesegas umgesetzt werden, das H2 und CO aufweist: CO2, CH4, H2O, Erdgas.
  • Bei der partiellen Oxidation wird der erste Einsatzteilstrom substöchiometrisch in einem exothermen Prozess umgesetzt. Reaktionsprodukte sind vor allem Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, die gemäß CnHm + n/2 O2 -> nCO + m/2H2 erhalten werden.
  • Bei der Dampfreformation wird der zweite Einsatzteilstrom mit überhitztem Prozess- bzw. Wasserdampf entsprechend einem für das Reformieren ausreichenden Dampf/Kohlenstoff-Verhältnis gemischt. Anschließend wird dieses Gasgemisch aufgeheizt und auf die mit einem geeigneten Katalysator gefüllten Reaktorrohre des verwendeten Ofens bzw. Reformers verteilt. Das Gemisch strömt bevorzugt von oben nach unten durch die in vertikalen Reihen angeordneten Reaktorrohre. Beim Durchströmen der vorzugsweise von außen befeuerten Reaktorrohre reagiert das Kohlenwasserstoff/Dampf-Gemisch unter Bildung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid gemäß: CnHm + nH2O => nCO + (n + m)/2H2 (1) CH4 + H2O <=> CO + 3H2 (2) CO + H2O <=> CO2 + H2 (3).
  • Da die Wärmebilanz für die Hauptreaktionen (1)–(3) endotherm ist, wird die benötigte Wärme durch einen Verbrennungsprozess im verwendeten Ofen zugeführt.
  • Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil des Synthesegasstromes als Einsatz für eine Synthese verwendet wird, wobei ein bei der Synthese anfallender kohlenwasserstoffhaltiger Strom als Einsatz in die partielle Oxidation zurückgeführt wird. Bei der Synthese kann es sich z. B. um eine Fischer-Tropsch-Synthese oder eine sonstige Synthese zur Herstellung von flüssigen Treibstoffen handeln. Weiterhin kann die Synthese eine Methanolsynthese oder eine Synthese zur Herstellung höherer Alkohole sein.
  • Vorzugsweise werden der Einsatzstrom oder die beiden Einsatzteilströme unter Verwendung von Wasserstoff entschwefelt (z. B. mittels Hydrodesulfurierung), wobei dieser Wasserstoff z. B. aus einem Teil des Synthesegasstromes und/oder aus dem besagten, bei der Synthese anfallenden kohlenwasserstoffhaltigen Strom gewonnen wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Volumenstrom des ersten Einsatzteilstroms, der zur partiellen Oxidation geführt wird, sowie der Volumenstrom des zweiten Einsatzteilstroms, der zur Dampfreformation geführt wird, eingestellt wird, um das Verhältnis von H2 zu CO im Synthesegasstrom einzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die beiden Synthesegasströme, bedingt durch die Erzeugung mittels partieller Oxidation oder Dampfreformation, ein unterschiedliches Verhältnis von H2 zu CO aufweisen, wobei durch das Vereinen der beiden Synthesegasströme sowie durch Einstellen des Volumenstroms des jeweiligen Synthesegasstroms vor dem Vereinen das Verhältnis von H2 zu CO im resultierenden bzw. vereinten Synthesegasstrom eingestellt wird.
  • Bevorzugt wird das besagte Verhältnis von H2 zu CO im Synthesegasstrom auf einen Wert im Bereich von 1,5 bis 2,5 eingestellt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der Einsatzstrom vor dem Aufteilen in die beiden Teilströme durch eine Adsorbereinheit geführt wird, wobei eine oder mehrere im Einsatzstrom befindliche Schwefelverbindungen in der Adsorbereinheit adsorbiert und dabei aus dem Einsatzstrom entfernt werden. Hier kann es sich z. B. um H2S, CS2, COS und/oder HCN handeln. Es können natürlich auch die Einsatzteilströme nach dem Aufteilen separat entschwefelt werden.
  • Weiterhin ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der resultierende Synthesegasstrom (oder zuvor die beiden einzelnen Synthesegasströme) mit Wasser gekühlt werden, wobei Wasserdampf erzeugt wird, der insbesondere zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird, wobei der Wasserdampf in einem Ofen der Dampfreformation überhitzt wird und sodann zur Erzeugung elektrischer Energie in einer Dampfturbine verwendet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der erzeugte (abgekühlte) Synthesegasstrom in einen ersten und einen zweiten Synthesegasteilstrom aufgeteilt wird, wobei der erste Synthesegasteilstrom als Einsatz für eine Synthese verwendet wird, und wobei der zweite Synthesegasteilstrom einer Wassergas-Shift-Reaktion gemäß CO + H2O <-> CO2 + H2 unterzogen wird, wobei CO des zweiten Synthesegasteilstromes mit H2O zu H2 und CO2 umgesetzt wird, um den CO-Gehalt im zweiten Synthesegasteilstrom zu verringern und den Wasserstoffgehalt im zweiten Synthesegasteilstrom zu erhöhen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der zweite Synthesegasteilstrom nach der Wassergas-Shift-Reaktion (der Synthesegasteilstrom weist hiernach H2, CO2, CH4 sowie H2O auf) einer Druckwechseladsorption unterzogen wird, wobei im zweiten Synthesegasteilstrom enthaltenes CO2 sowie CH4 und H2O an einem Adsorber bei einem ersten Druck adsorbiert wird und ein H2-halttiger Strom erzeugt wird, der den Adsorber passiert und einen H2-Gehalt im Bereich von 98 to 99 Vol.-% aufweist, und wobei der Adsorber bei einem zweiten Druck, der niedriger ist als der erste Druck, regeneriert wird, wobei adsorbiertes CO2 sowie weitere adsorbierte Stoffe (z. B. CH4 und H2O) desorbiert werden und der Adsorber zum Entfernen des desorbierten CO2 bzw. der weiteren adsorbierten Stoffe mit einem H2-haltigen Spülgasstrom gespült wird.
  • Bevorzugt wird dieser Spülgasstrom als Brennstoff verwendet, z. B. zur Bereitstellung von Wärme in einem Ofen zur Durchführung der (oben beschriebenen) Dampfreformation.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird des Weiteren zur Durchführung der partiellen Oxidation Sauerstoff aus Luft abgetrennt (z. B. in einer kryogenen Luftzerlegungsanlage) und als Oxidationsmittel bei der partiellen Oxidation verwendet. Vorzugsweise wird reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet, wobei das Oxidationsmittel bevorzugt wenigstens 95 Vol.-% O2 aufweist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Synthesegasteilstrom in einer Fischer-Tropsch-Synthese zu einem Rohproduktstrom (insbesondere aufweisend synthetisches Öl, sogenanntes synthetic crude) umgesetzt wird, der leichte Kohlenwasserstoffe mit vier oder weniger Kohlenstoffatomen, schwere Kohlenwasserstoffe mit fünf oder mehr (vorzugsweise bis zu 60) Kohlenstoffatomen sowie nicht umgesetztes Synthesegas aufweist.
  • Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Restgas aufweisend leichte Kohlenwasserstoffe sowie nicht umgesetztes Synthesegas vom Rohproduktstrom abgetrennt wird und zumindest teilweise in die Fischer-Tropsch-Synthese als Einsatz zurückgeführt wird, wobei ein Teil dieses Restgases als Einsatz in die partielle Oxidation zurückgeführt wird und/oder als Brennstoff verwendet wird.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass Wasserstoff aus dem H2-haltigen Strom, der bei der Druckwechseladsorption gewonnen wird, zur Hydrogenierung von schweren Kohlenwasserstoffen des Rohproduktstroms verwendet wird, wobei der Rohproduktstrom hiernach in einen oder mehrere kohlenwasserstoffhaltige Produktströme aufgeteilt wird.
  • Alternativ oder ergänzend kann das hergestellte Synthesegas gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch für eine Methanolsynthese verwendet werden.
  • Hierbei wird der erste Synthesegasteilstrom vorzugsweise in einer Methanolsynthese zu einem Methanol aufweisenden Rohproduktstrom umgesetzt, wobei bevorzugt im Rohproduktstrom enthaltenes Methanol vom im Rohproduktstrom enthaltenen, nicht umgesetzten Synthesegas unter Erzeugung eines Methanolproduktstroms abgetrennt wird, wobei das abgetrennte, nicht umgesetzte Synthesegas vorzugsweise als Einsatz in die Methanolsynthese zurückgeführt wird.
  • Im Fall einer Methanolsynthese kann natürlich der bei der Druckwechseladsorption gewonnene Wasserstoff auch als Wasserstoffprodukt bereitgestellt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend bei der Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Synthesegases aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz, wobei das hergestellte Synthesegas in einer Fischer-Tropsch-Synthese verwendet wird; und
  • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Synthesegases aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz, wobei das hergestellte Synthesegas in einer Methanolsynthese verwendet wird.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage 1 bzw. eines Verfahrens Verfahren zur Erzeugung eines Synthesegases aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz NG, insbesondere Erdgas, das z. B. 70 Vol.-% bis 98 Vol.-% CH4 aufweist.
  • Der Einsatzstrom NG wird vor einer Umsetzung zu Synthesegas (aufweisend H2 und CO) durch eine Adsorbereinheit 30 zur Entschwefelung geleitet, wobei ggf. vorhandene Schwefelverbindungen, wie z. B. H2S, CS2, COS und/oder HCN, entfernt werden und deren Gehalt im Einsatz vorzugsweise jeweils unter 1 ppm gedrückt wird.
  • Hiernach wird der Einsatzstrom NG in zwei Einsatzteilströme NG1 und NG2 aufgeteilt, wobei die jeweiligen Volumenströme dieser Teilströme NG1 und NG2 individuell eingestellt werden können (um insbesondere das Verhältnis von H2 zu CO im resultierenden Synthesegasstrom S3 zu beeinflussen, siehe unten).
  • Der erste Einsatzgasteilstrom NG1 wird sodann mit Sauerstoff bei einer Temperatur im Bereich von z. B. 1150°C bis 1450°C sowie einem Druck im Bereich von z. B. 15 bar bis 70 bar zu einem ersten Synthesegasstrom S1 umgesetzt. Als Oxidationsmittel wird vorzugsweise reiner Sauerstoff verwendet, der z. B. durch kryogene Luftzerlegung 20 erzeugt wird. Der Sauerstoff kann auch auf andere Weise gewonnen werden (z. B. Membranverfahren, Druckwechseladsorption etc.).
  • Der zweite Einsatzteilstrom NG2 hingegen wird einer Dampfreformation 53 unterzogen, bei der der zweite Einsatzteilstrom NG2 wie oben beschrieben mit Wasserdampf vermischt und in Reaktorrohren, in denen ein geeigneter Katalysator angeordnet ist, bei einer Temperatur im Bereich von z. B. 700°C bis 950°C sowie einem Druck im Bereich von z. B. 15 bar bis 45 bar in einen zweiten Synthesegasstrom S2 umgesetzt wird.
  • Die beiden Synthesegasströme S1, S2, die, bedingt durch die Erzeugung mittels partieller Oxidation 52 oder Dampfreformation 53, ein unterschiedliches Verhältnis von H2 zu CO aufweisen können, werden sodann zu einem Synthesegasstrom S3 vereint, der dann ein Verhältnis von H2 zu CO im Bereich von 1,5 bis 2,5 aufweisen kann.
  • Der Synthesegasstrom S3 wird anschließend gekühlt und getrocknet und ferner in einen ersten und einen zweiten Synthesegasteilstrom S, S' aufgeteilt. Das Verhältnis S'/S liegt im Bereich von 0,01 bis 0,05.
  • Der erste Synthesegasteilstrom S wird als Einsatz einer Fischer-Tropsch-Synthese 80 zugeführt, während der zweite Synthesegasteilstrom S' einer Wassergas-Shift-Reaktion 120 unterzogen wird, bei der CO des zweiten Synthesegasteilstromes S' mit H2O zu H2 und CO2 umgesetzt wird, um den CO-Gehalt im zweiten Synthesegasteilstrom S' zu verringern und den Wasserstoffgehalt im zweiten Synthesegasteilstrom S' zu erhöhen.
  • Nach der Wassergas-Shift-Reaktion 120 wird der zweite Synthesegasteilstrom S' einer bekannten Druckwechseladsorption 121 unterzogen, wobei im zweiten Synthesegasteilstrom S' enthaltenes CO2 an zumindest einem Adsorber 122 bei einem ersten Druck (z. B. im Bereich von 15 bar bis 40 bar) sowie einer Temperatur im Bereich von 25°C bis 75°C adsorbiert wird und ein H2-haltiger Strom W erzeugt wird (z. B. mit einem H2-Gehalt im Bereich von 98 Vol.-% bis 99.9 Vol.-%), und wobei der Adsorber 122 bei einem zweiten Druck (z. B. im Bereich von 0,5 bar bis 2 bar) sowie einer Temperatur im Bereich von 25°C bis 75°C regeneriert wird, wobei adsorbiertes CO2 desorbiert wird, und wobei der Adsorber 122 zum Entfernen des desorbierten CO2 (sowie ggf. weiterer desorbierter Komponenten) mit H2 unter Erzeugung eines H2-haltigen Spülgasstroms T gespült wird. Vorzugsweise werden mehrere, insbesondere zwei oder vier Adsorber bei der Druckwechseladsorption verwendet, damit möglichst immer ein Adsorber im Adsorptionsmodus betrieben werden kann, so dass quasi kontinuierlich Wasserstoff W abgegeben werden kann. Der Spülgasstrom T kann z. B. als Brennstoff in einem Ofen 51 zur Durchführung der Dampfreformation 53 verbrannt werden und/oder als Brennstoff zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Wasserdampf verwendet werden.
  • Der Wasserstoff des H2-haltigen Stroms W kann gemäß 1 z. B. zum Entschwefeln des Einsatzstroms NG verwendet werden.
  • Bei der besagten Fischer-Tropsch-Synthese 80 wird der erste Synthesegasteilstrom S in bekannter Weise zu einem Rohproduktstrom R umgesetzt, der leichte Kohlenwasserstoffe mit vier oder weniger Kohlenstoffatomen, schwere Kohlenwasserstoffe mit fünf oder mehr Kohlenstoffatomen sowie nicht umgesetztes Synthesegas aufweist. Für die Synthese 80 benötigtes Wasser B wird mittels einer Wasserversorgung 70 bereitgestellt. Vom Rohproduktstrom R wird ein Restgas F aufweisend die leichten Kohlenwasserstoffe sowie nicht umgesetztes Synthesegas abgetrennt, wobei zumindest ein Teil des Restgases F nach Verdichtung in einem Verdichter 101 (z. B. auf einen Druck im Bereich von 15 bar bis 40 bar) in die Fischer-Tropsch-Synthese 80 als Einsatz zurückgeführt wird. Ein weiterer Teil F' des Restgases F kann nach Verdichtung in einem Verdichter 100 (z. B. auf einen Druck im Bereich von 20 bar bis 50 bar) als Einsatz in die Dampfreformation 50 zurückgeführt werden und/oder als Brennstoff 140 verwendet werden. Das Verhältnis F/F' der beiden Teile des Restgases kann generell in einem Bereich von 2 bis 6 liegen.
  • Der bei der Druckwechseladsorption 121 erzeugte H2-haltige Strom W wird des Weiteren z. B. zur Hydrogenierung 130 von schweren bzw. ungesättigten Kohlenwasserstoffen des Rohproduktstroms R der Fischer-Tropsch-Synthese verwendet. Der aufbereitete Rohproduktstrom R wird in einen oder mehrere kohlenwasserstoffhaltige Produktströme P aufgeteilt, die unterschiedliche Kohlenwasserstofffraktionen aufweisen können.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der im Unterschied zur 1 keine Fischer-Tropsch-Synthese durchgeführt wird, sondern eine Methanolsynthese 81. Das Verhältnis NG1/NG2 der beiden Einsatzteilströme NG1, NG2 kann z. B. im Bereich von 2 bis 5 liegen. Weiterhin kann das Verhältnis S/S' zwischen dem ersten und zweiten Synthesegasteilstrom S, S' im Bereich von 10 bis 50 liegen.
  • Der erste Synthesegasteilstrom S wird in einem Verdichter 101 verdichtet (z. B. auf einen Druck im Bereich von 50 bar bis 120 bar) und in der Methanolsynthese 81 zu einem Methanol aufweisenden Rohproduktstrom R' umgesetzt, wobei im Rohproduktstrom R' enthaltenes Methanol vom im Rohproduktstrom R' enthaltenen, nicht umgesetzten Synthesegas S'' getrennt wird 91, wobei ein Methanolproduktstrom P' erzeugt wird. Das abgetrennte, nicht umgesetzte Synthesegas S'' wird in einem Verdichter 100 verdichtet (z. B. auf einen Druck im Bereich von 50 bar bis 120 bar) und als Einsatz in die Methanolsynthese 81 zurückgeführt, und zwar über den anderen Verdichter 101 (wobei insbesondere eine Druckerhöhung auf einen Druck im Bereich von 50 bar bis 120 bar erfolgt). Weiterhin kann zumindest ein Teilstrom des Synthesegasstromes S'' einer Druckwechseladsorption 121a unterzogen werden, wobei hierbei gewonnener Wasserstoff zur Entschwefelung 30 verwendet werden kann. Weiterhin kann auch zumindest ein Teilstrom des Synthesegasstromes S'' in die partielle Oxidation 52 zurückgeführt werden.
  • Der bei der Druckwechseladsorption 121 gewonnene H2-haltige Strom W kann z. B. als Wasserstoffprodukt bereitgestellt werden und/oder kann (wie in 1) zur Entschwefelung des Einsatzstroms NG verwendet werden.
  • In den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 wird jeweils der erzeugte Synthesegasstrom S3 mit Wasser B der Wasserversorgung 70 gekühlt 54, wobei Wasserdampf D erzeugt wird, der zur Erzeugung von elektrischer Energie 60 verwendet werden kann. Hierbei kann der Wasserdampf D z. B. in dem Ofen 51 der Dampfreformation 50 überhitzt und sodann zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet werden, z. B. in einer Dampfturbine 61.
  • Im Ergebnis ermöglicht es die erfindungsgemäße Lehre die Vorteile der partiellen Oxidation und der Dampfreformation zu vereinen und die Nachteile auszugleichen. Hierbei ist vorteilhaft, dass das erzeugte Synthesegas einen niedrigen vergleichsweise niedrigen Wassergehalt hat, so dass der Energiebedarf für die Kühlung und Trocknung und der apparative Aufwand entsprechend geringer ist. Weiterhin weist das erfindungsgemäß erzeugte Synthesegas einen vergleichsweise niedrigen Inertengehalt auf, so dass die Anlage ebenso wie die rückzuführenden Ströme insgesamt kleiner ausfallen. Des Weiteren wird der Sauerstoffverbrauch reduziert, da ein Teil des Einsatzes bzw. der Kohlenwasserstoffe mittels Dampfreformation umgesetzt werden.
  • In der nachfolgenden Übersicht werden die wichtigen Parameter für die drei Konzepte dargestellt. Spalte A zeigt die Parameter für die reine Dampfreformation. Spalte B zeigt die Parameter für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Schließlich zeigt Spalte C die Parameter für eine reine partielle Oxidation zur Synthesegasherstellung.
    A B C
    Erdgas (Einsatz) MMSCFD 11,6 11,6 11,6
    Erdgas insgesamt MMSCFD 11,6 11,6 11,6
    Sauerstoff MMSCFD 0 7,5 9,7
    Energieüberschuss MW_el 2,7 1,3 1,5
    Wasserkondensat Bbl pro Tag 6608 2210 2370
    Fischer-Tropsch-Produkt Bbl pro Tag 941 1235 1009
    C-Effizienz % 55 75 61
    Bezugszeichenliste
    1 Anlage zur Synthesegasherstellung sowie Synthese von Kohlenwasserstoffen
    20 Luftzerlegungseinheit
    30 Adsorbereinheit zur Entschwefelung
    51 Ofen für Dampfreformation
    52 Partielle Oxidation
    53 Dampfreformation
    54 Synthesegaskühlung
    60 Energieerzeugung
    61 Dampfturbine
    70 Betriebsmittelversorgung (z. B. Wasserversorgung)
    80 Fischer-Tropsch-Synthese
    81 Methanolsynthese
    90, 91 Abtrennung
    100, 101 Verdichter
    120 Wassergas-Shift-Reaktion
    121, 121a Druckwechseladsorption
    130 Produktaufarbeitung
    140 Brennstoff-System bzw. -Versorgung
    B Wasser
    E Erdöllagerstätte
    F, F' Reststrom
    L Luft
    NG Einsatz
    NG1 Erster Einsatzteilstrom
    NG2 Zweiter Einsatzteilstrom
    P, P' Produktstrom
    R, R' Rohproduktstrom
    S1 Erster Synthesegasstrom
    S2 Zweiter Synthesegasstrom
    S3 Synthesegasstrom
    S Erster Synthesegasteilstrom
    S' Zweiter Synthesegasteilstrom
    S'' Nicht umgesetztes Synthesegas
    T Spülgas
    W Wasserstoffhaltiger Strom
  • 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
    • US 2012/0326090 A1 [0002]
    • US 2012/0282145 A1 [0002]
    • US 2013/008536233 B2 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines Synthesegases aus einem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatz (NG), wobei ein kohlenwasserstoffhaltiger Einsatzstrom (NG) bereitgestellt wird und zu einem H2 und CO aufweisenden Synthesegasstrom (S3) umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstrom (NG) in einen ersten und einen zweiten Einsatzteilstrom (NG1, NG2) aufgeteilt wird, wobei der erste Einsatzteilstrom (NG1) mittels partieller Oxidation (52) in einen ersten Synthesegasstrom (S1) umgesetzt wird, und wobei der zweite Einsatzteilstrom (NG2) mittels Dampfreformation (53) in einen zweiten Synthesegasstrom (S2) umgesetzt wird, und wobei die beiden Synthesegasströme (S1, S2) zu dem Synthesegasstrom (S3) vereint werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (S) des Synthesegasstromes (S3) als Einsatz für eine Synthese (80, 81) verwendet wird, wobei ein bei der Synthese anfallender kohlenwasserstoffhaltiger Strom (F') als Einsatz in die partielle Oxidation (52) zurückgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstrom (NG) oder die beiden Einsatzteilströme (NG1, NG2) unter Verwendung von Wasserstoff entschwefelt werden, wobei dieser Wasserstoff aus einem Teil (S') des Synthesegasstromes (S3) und/oder aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Strom (F') gewonnen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem ersten Einsatzteilstrom (S1), der zur partiellen Oxidation (52) gefahren wird, und dem zweiten Einsatzteilstrom (S2), der zur Dampfreformation (53) gefahren wird, eingestellt wird, um das Verhältnis von H2 zu CO im Synthesegasstrom (S3) einzustellen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Synthesegasströme (S1, S2) ein unterschiedliches Verhältnis von H2 zu CO aufweisen, wobei durch Vereinen der beiden Synthesegasströme (S1, S2) sowie durch Einstellen des Volumenstroms des jeweiligen Synthesegasstroms (S1, S2) vor dem Vereinen das Verhältnis von H2 zu CO im Synthesegasstrom (S3) eingestellt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von H2 zu CO im Synthesegasstrom (S3) auf einen Wert im Bereich von 1,5 bis 2,5 eingestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das der Synthesegasstrom (S3) mit Wasser (B) gekühlt wird, wobei Wasserdampf (D) erzeugt wird, der zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird (60), wobei der Wasserdampf (D) in einem Ofen (51) zur Durchführung der Dampfreformation (53) überhitzt wird und sodann zur Erzeugung elektrischer Energie in einer Dampfturbine (61) verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synthesegasstrom (S3) in einen ersten und einen zweiten Synthesegasteilstrom (S, S') aufgeteilt wird, wobei der erste Synthesegasteilstrom (S) als Einsatz für eine Synthese (80, 81) verwendet wird, und wobei der zweite Synthesegasteilstrom (S') einer Wassergas-Shift-Reaktion (120) unterzogen wird, wobei CO des zweiten Synthesegasteilstromes (S') mit H2O zu H2 und CO2 umgesetzt wird, um den CO-Gehalt im zweiten Synthesegasteilstrom (S') zu verringern und den Wasserstoffgehalt im zweiten Synthesegasteilstrom (S') zu erhöhen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Synthesegasteilstrom (S') nach der Wassergas-Shift-Reaktion (120) einer Druckwechseladsorption (121) unterzogen wird, wobei im zweiten Synthesegasteilstrom (S') enthaltenes CO2 an einem Adsorber (122) bei einem ersten Druck adsorbiert wird und ein H2-haltiger Strom (W) erzeugt wird, und wobei der Adsorber (122) bei einem zweiten Druck, der niedriger ist als der erste Druck, regeneriert wird, wobei adsorbiertes CO2 desorbiert wird, und wobei der Adsorber (122) zum Entfernen des desorbierten CO2 mit H2 unter Erzeugung eines H2-haltigen Spülgasstroms (T) gespült wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Synthese eine Fischer-Tropsch-Synthese ist (80), wobei der erste Synthesegasteilstrom (S') in der Fischer-Tropsch-Synthese (80) zu einem Rohproduktstrom (R) umgesetzt wird, der leichte Kohlenwasserstoffe mit vier oder weniger Kohlenstoffatomen, schwere Kohlenwasserstoffe mit fünf oder mehr Kohlenstoffatomen sowie nicht umgesetztes Synthesegas aufweist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Restgas (F) aufweisend leichte Kohlenwasserstoffe sowie nicht umgesetztes Synthesegas vom Rohproduktstrom (R) abgetrennt wird (90) und zumindest teilweise in die Fischer-Tropsch-Synthese (80) als Einsatz zurückgeführt wird, wobei ein Teil (F') des Restgases (F) als Einsatz in die partielle Oxidation (52) zurückgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff aus dem H2-haltigen Strom (W) zur Hydrogenierung (130) von schweren Kohlenwasserstoffen des Rohproduktstroms (R) verwendet wird, wobei der Rohproduktstrom (R) hiernach in einen oder mehrere kohlenwasserstoffhaltige Produktströme (P) aufgeteilt wird; und/oder dass Wasserstoff aus dem H2-haltigen Strom (W) zum Entschwefeln des Einsatzstroms (NG) oder der beiden Einsatzströme (NG1, NG2) verwendet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Synthese eine Methanolsynthese (81) ist, wobei der erste Synthesegasteilstrom (S) in der Methanolsynthese (81) zu einem Methanol aufweisenden Rohproduktstrom (R') umgesetzt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohproduktstrom (R') enthaltenes Methanol vom im Rohproduktstrom (R') enthaltenen, nicht umgesetzten Synthesegas (S'') unter Erzeugung eines Methanolproduktstroms (P') getrennt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, wobei das abgetrennte, nicht umgesetzte Synthesegas (S'') als Einsatz in die Methanolsynthese (81) zurückgeführt wird und/oder als Einsatz in die partielle Oxidation (52) zurückgeführt wird und/oder Wasserstoff aus dem abgetrennten, nicht umgesetzten Synthesegas (S'') mittels einer Druckwechseladsorption (121a) abgetrennt und zur Entschwefelung des Einsatzstroms (NG) oder der beiden Einsatzteilströme (NG1, NG2) verwendet wird.
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US20120326090A1 (en) 2010-01-19 2012-12-27 Han Pat A Process for reforming hydrocarbons
US8536233B2 (en) 2006-08-08 2013-09-17 IFP Energies Nouvelles Method of producing synthetic gas with partial oxidation and steam reforming

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