DE102017201940A1 - Verfahren zur Behandlung eines Synthesegasstroms - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Synthesegasstroms zwecks Entfernung von Methanol sowie gegebenenfalls weiterer organischer Verunreinigungen, wobei man den Synthesegasstrom einer Trennvorrichtung (20) zuleitet, in der dieser mittels einer wasserhaltigen Waschflüssigkeit gewaschen wird, wobei als Waschflüssigkeit ein demineralisiertes Wasser verwendet wird. Bei der Waschflüssigkeit handelt es sich bevorzugt um ein Turbinenkondensat. Anschließend kann der weitgehend Methanol-freie Synthesegasstrom einer weiteren separaten Trennvorrichtung (18) zugeführt werden, in der eine Entfernung von COaus dem Synthesegasstrom erfolgt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein aus einem CO-Shift-Konverter stammender Synthesegasstrom in effektiver Weise von Methanol befreit werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Synthesegasstroms zwecks Entfernung von Methanol sowie gegebenenfalls weiterer organischer Verunreinigungen, wobei man den Synthesegasstrom einer Trennvorrichtung zuleitet, in der dieser mittels einer wasserhaltigen Waschflüssigkeit gewaschen wird.
  • Die so genannte CO-Shift Konvertierung, die auch als Wassergas-Shift-Reaktion bezeichnet wird, wird genutzt, um den Kohlenstoffmonoxid-Anteil in Synthesegas zu verringern und Wasserstoff zu erzeugen. Es handelt sich um eine Gleichgewichtsreaktion, die exotherm ist und der nachstehend wiedergegebenen Reaktionsgleichung folgt: CO + H2O ⇔ CO2 + H2
  • In den CO-Shift-Konvertern kommt es aufgrund von Nebenreaktionen dazu, dass sich auch Anteile von Methanol bilden. Zur Einhaltung von Umweltauflagen ist es erforderlich, diese Methanol-Bestandteile aus dem Gasstrom zu entfernen.
  • Aus der US 6,015,450 A ist ein Verfahren zur Behandlung eines Synthesegasstroms zwecks Minimierung der Methanolemissionen bekannt, bei dem der Rohsynthesegasstrom mit einem Kondensat in Kontakt gebracht wird und der mit Methanol angereicherte Kondensatstrom mit Dampf gestrippt wird und der an Methanol abgereichterte Synthesegasstrom einer Reinigungseinheit zugeführt wird, um einen CO2-reichen, im Wesentlichen Methanol-freien Strom und einen Synthesegasstrom mit reduziertem CO2-Gehalt zu bilden. Als Waschflüssigkeit wird bei diesem bekannten Verfahren ein Teilstrom des Kondensats aus einem Kondensatstripper in den oberen Bereich einer Trennvorrichtung eingeleitet, die dazu dient, Methanol aus einem Synthesegasstrom auszuwaschen.
  • Das im unteren Bereich der Trennvorrichtung anfallende Kondensat wird bei diesem bekannten Verfahren einem Kondensatstripper zugeführt, dem ebenfalls Dampf zugeführt wird, um Verunreinigungen aus dem Kondensat zu entfernen. Von dem auf diese Weise gestrippten Kondensat wird dann ein Teilstrom wieder in den oberen Bereich der Trennvorrichtung eingeleitet. Als Waschflüssigkeit zur Synthesegasreinigung dient somit ein Kondensat, welches im System selbst durch Strippen mit Dampf gereinigt und dabei im Kreislauf geführt wird.
  • Das bei diesem bekannten Verfahren verwendete Kondensat ist „Prozesskondensat“. Dieses kondensiert aus Synthesegas, wenn es entsprechend abgekühlt wird. Somit ist dieses Kondensat grundsätzlich mit den jeweiligen Synthesegas-Komponenten gesättigt. Zur Aufreinigung wird es in den Prozesskondensatstripper gegeben, wo die gelösten Gase mit Dampf ausgestrippt werden. Diese Vorgehensweise birgt die Gefahr, dass sich von dem Kondensat aufgenommene Verunreinigungen durch die Kreislaufführung im Kondensat anreichern. Zudem ist die in der genannten Druckschrift beschriebene Lösung mit einem vergleichsweise hohen apparativen Aufwand verbunden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Behandlung eines Synthesegasstroms zwecks Entfernung von Methanol mit den eingangs genannten Merkmalen zur Verfügung zu stellen, welches eine effektivere Beseitigung des Methanols sowie weiterer unerwünschter organischer Verunreinigungen ermöglicht.
  • Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren zur Behandlung eines Synthesegasstroms mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Waschflüssigkeit ein demineralisiertes Wasser verwendet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird als Waschflüssigkeit ein Turbinenkondensat verwendet. Unter einem „Turbinenkondensat“ wird in der vorliegenden Erfindung ein Kondensat verstanden, welches aus den Kondensationsturbinen erhalten wird, wenn der Arbeitsdampf seine Energie an die Turbinenschaufeln übertragen hat und dann bei Unterdruck in den Turbinenkondensatoren kondensiert wird. Die Reinigung des Synthesegasstroms mit einem Turbinenkondensat ist sehr effektiv, weil dieses im Vergleich mit einem Prozesskondensat eine höhere Reinheit hat. Das Turbinenkondensat besteht aus H2O und enthält allenfalls bis zu etwa 1 ppm Ammoniak aus der pH-Wert-Regelung des Kesselspeisewassers. Das Turbinenkondensat enthält im Gegensatz zum Prozesskondensat keine Metalle wie beispielsweise Eisen, keine Ammoniumsalze, kein Chlorid, kein Nitrat, kein Sulfat, kein SiO2 und keine organischen Verbindungen, wie zum Beispiel Ameisensäure, Essigsäure, Methanol, Ethanol, Aceton oder Trimethylamin.
  • Ein Anreicherungseffekt ist mit Turbinenkondensat als Waschflüssigkeit praktisch ausgeschlossen, insbesondere weil gemäß der Erfindung vorzugsweise das Turbinenkondensat anders als Prozesskondensat nicht nur im Prozesskondensatstripper aufgereinigt wird, sondern zusätzlich beispielsweise Gewebefilter und/oder lonen-Austauscher und/oder Mischbettfilter einer Demineralisierungsanlage durchläuft und/oder in einem Deaerator entgast und/oder in einer Dampftrommel abgeschlämmt und verdampft und in den Turbinenkondensatoren kondensiert und/oder über ein zugehöriges Vakuum-System kontinuierlich gepurged wird.
  • Besonders bevorzugt wird gemäß der Erfindung ein Turbinenkondensat aus den Kondensatoren einer Verdichterturbine als Waschflüssigkeit verwendet. Dabei wird bevorzugt ein Turbinenkondensat verwendet, welches aus mehreren Verdichterturbinen stammt, insbesondere aus mindestens einer Prozessluftverdichterturbine und/oder einer Synthesegasverdichterturbine und/oder einer Ammoniakverdichterturbine und/oder einer Kohlendioxidverdichterturbine und/oder einer Generatorturbine. Das Turbinenkondensat aus mehreren der vorgenannten Turbinen kann dabei gesammelt und dann als Waschflüssigkeit in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
  • Als Trennvorrichtung, in der die Abtrennung von Methanol sowie gegebenenfalls weiterer Verunreinigungen aus dem Synthesegasstrom erfolgt, wird gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine gepackte Kolonne verwendet.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man beispielsweise nur einen Anteil des Turbinenkondensats als Waschflüssigkeit einsetzen.
  • Vorzugsweise führt man das demineralisierte Wasser der Trennvorrichtung mittels einer Pumpe zu.
  • Das demineralisierte Wasser kann beispielsweise über eine Leitung in den oberen Bereich der Trennvorrichtung eingeleitet werden. Das als Waschflüssigkeit verwendete demineralisierte Wasser durchströmt dann die Trennvorrichtung vorzugsweise im Gegenstrom zu dem zu reinigenden Synthesegasstrom. Somit wird bei dieser bevorzugten Variante des Verfahrens der zu reinigende Synthesegasstrom vorzugsweise im unteren Bereich in die Trennvorrichtung eingeführt und durchströmt diese dann im Gegenstrom zu der im oberen Bereich eingeleiteten Waschflüssigkeit.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Strömungsweg nach der Entfernung von Methanol sowie gegebenenfalls weiterer organischer Verunreinigungen in der Trennvorrichtung in einer weiteren separaten Trennvorrichtung eine Entfernung von CO2 aus dem Synthesegasstrom vorgesehen. Dies kann in einem CO2-Absorber erfolgen. Diesen CO2-Absorber verlässt dann ein Synthesegasstrom, welcher im Wesentlichen frei von Methanol und CO2 ist und einer bestimmungsgemäßen Verwendung zugeführt werden kann.
  • Bei dem in dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Synthesegasstrom handelt es sich bevorzugt um einen Synthesegasstrom, welcher zuvor in einem CO-Shift-Konverter behandelt wurde.
  • Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • 1 ein schematisches Fließbild einer ersten beispielhaften Anlage zur Behandlung eines Synthesegasstroms zur Entfernung von Methanol sowie anderer organischer Verunreinigungen;
  • Nachfolgend wird zunächst auf die 1 Bezug genommen und anhand dieser wird beispielhaft eine Anlage zur Behandlung eines Synthesegasstroms aus einer CO-Shift-Konvertierung erläutert. Die in dem nach der CO-Shift-Konvertierung erhaltenen Gasstrom, der hierin als Konvertgas bezeichnet wird, enthaltene Wärme wird in der Regel in Wärmetauschern genutzt, um andere im System verwendete Stoffströme zu erwärmen. Beispielsweise verwendet man dabei mehrere hintereinander geschaltete Wärmetauscher, von denen einer beispielsweise zur Erzeugung von Dampf dient und ein weiterer dazu dient, ein demineralisiertes Wasser, welches in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Waschflüssigkeit eingesetzt wird, vorzuwärmen.
  • Das durch Kühlung erhaltene Kondensat kann in einem hier nicht dargestellten Prozessgasseparator von dem Gas getrennt und abgeleitet werden, wobei dieses Kondensat beispielsweise mit anderen Kondensatströmen vereinigt werden und einem Kondensatstripper zugeleitet werden kann.
  • Nach der Vorwärmung in dem oben genannten Wärmetauscher wird das demineralisierte Wasser als Waschflüssigkeit eingesetzt. Für diesen Waschvorgang wird der Konvertgasstrom über die Leitung 12 in den unteren Bereich 10 einer gepackten Kolonne geleitet, die als Methanolabsorber 20 dazu dient, Methanol und andere organische Verunreinigungen aus dem Konvertgasstrom (Synthesegasstrom) zu entfernen. Bei dem als Waschflüssigkeit verwendeten demineralisierten Wasser handelt es sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen kleineren Anteil des Turbinenkondensats aus den Kondensatoren einer Verdichterturbine. Diese Waschflüssigkeit wird über eine Leitung 13 mittels wenigstens einer Pumpe 14 in den oberen Bereich 15 des Methanolabsorbers 20 eingeleitet. Somit fließt in dem Methanolabsorber 20 der Konvertgasstrom im Gegenstrom zu der Waschflüssigkeit. Aus dem unteren Bereich des Methanolabsorbers 20 wird dann das mit Methanol beladene Kondensat in einen Kondensat-Vorwärmer abgeleitet und dann dem Kondensatstripper über eine Leitung 16 mittels wenigstens einer Speisepumpe 17 zugeführt.
  • Vor Einleitung in den vorgenannten Kondensatstripper kann das mit Methanol beladene Kondensat aus dem Methanolabsorber gemeinsam mit Kondensat aus dem oben erwähnten Prozessgasseparator zunächst in einem Wärmetauscher vorgewärmt werden, beispielsweise im Gegenstrom zu gestripptem Kondensat, um dann in den Kondensatstripper geleitet zu werden, in dem ein Strippen mit Dampf erfolgt. Dort werden flüchtige Komponenten von der flüssigen Phase getrennt. Das gestrippte Kondensat kann als Wärmeträgermedium verwendet werden, beispielsweise um Verbrennungsluft für einen primären Reformer vorzuwärmen. Danach kann das Kondensat einer Demineralisierung zugeführt werden.
  • Das aus dem Methanolabsorber 20 im oberen Bereich über die Leitung 11 ausströmende an Methanol abgereicherte Prozessgas gelangt danach in einen CO2-Absorber 18. Dieser kann beispielsweise zweistufig ausgebildet sein, so dass in einer ersten Stufe ein überwiegender Anteil des CO2 aus dem Gasstrom entfernt wird und anschließend in einer zweiten Stufe eine Beseitigung des restlichen Anteils an CO2 bis auf einen sehr geringen Restgehalt von beispielsweise 500 ppm erfolgt. Im CO2-Absorber strömt das Konvertgas im Gegenstrom zu einer Waschflüssigkeit, wobei es in der Regel im CO2-Absorber auch eine weitere Abkühlung erfährt. Diese Art der CO2-Wäsche ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt, wurde von der Fa. BASF entwickelt und wird kommerziell unter dem Marke „OASE ®“ angeboten.
  • Das in dem CO2-Absorber gereinigte, im Wesentlichen CO2- und Methanol-freie Synthesegas kann über die Leitung 19 aus dem System abgeleitet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    unterer Bereich der Kolonne
    11
    Leitung
    12
    Leitung
    13
    Leitung
    14
    Pumpe
    15
    oberer Bereich der Kolonne
    16
    Leitung
    17
    Speisepumpe
    18
    CO2-Absorber/weitere Trennvorrichtung
    19
    Leitung
    20
    Methanolabsorber/Trennvorrichtung
  • 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 6015450 A [0004]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Behandlung eines Synthesegasstroms zwecks Entfernung von Methanol sowie gegebenenfalls weiterer organischer Verunreinigungen, wobei man den Synthesegasstrom einer Trennvorrichtung (20) zuleitet, in der dieser mittels einer wasserhaltigen Waschflüssigkeit gewaschen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit ein demineralisiertes Wasser verwendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit ein Turbinenkondensat verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit ein Kondensat aus den Kondensatoren einer Verdichterturbine verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschflüssigkeit ein Turbinenkondensat verwendet wird, welches von einer oder mehreren der nachfolgend genannten Turbinen stammt: Prozessluftverdichterturbine, Synthesegasverdichterturbine, Ammoniakverdichterturbine, Kohlendioxidverdichterturbine und Generatorturbine.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das demineralisierte Wasser mindestens einen Gewebefilter und/oder mindestens einen lonen-Austauscher und/oder mindestens einen Mischbettfilter einer Demineralisierungsanlage durchläuft.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das demineralisierte Wasser in einem Deaerator entgast wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das demineralisierte Wasser in einer Dampftrommel abgeschlämmt und verdampft und in mindestens einem Turbinenkondensator kondensiert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das demineralisierte Wasser über ein Vakuumsystem vorzugsweise kontinuierlich gepurged wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennvorrichtung (20) eine gepackte Kolonne eingesetzt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Anteil des Turbinenkondensats als Waschflüssigkeit eingesetzt wird und der Rest des Turbinenkondensats vorzugsweise einer Demineralisierungsanlage zugeführt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das demineralisierte Wasser der Trennvorrichtung (20) mittels einer Pumpe (14) zugeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das demineralisierte Wasser über eine Leitung (13) in den oberen Bereich der Trennvorrichtung (20) eingeleitet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das als Waschflüssigkeit verwendete demineralisierte Wasser die Trennvorrichtung (20) im Gegenstrom zu dem zu reinigenden Synthesegasstrom durchströmt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg nach der Entfernung von Methanol sowie gegebenenfalls weiterer organischer Verunreinigungen in der Trennvorrichtung (20), in einer weiteren separaten Trennvorrichtung (18) eine Entfernung von CO2 aus dem Synthesegasstrom vorgesehen ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der in dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Synthesegasstrom ein Synthesegasstrom ist, welcher zuvor in einem CO-Shift-Konverter behandelt wurde.
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