DE102020007035A1 - Process and device for producing synthesis gas with recycling of carbon dioxide - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases (8), bei dem Sauerstoff (12) mit einem Eingangsdruck zur Verfügung gestellt und nachfolgend in einem Reformer (R) zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Einsatz (1) sowie Kohlendioxid (2) durch Partialoxidation oder Autothermalreformierung thermochemisch zu einem Kohlendioxid umfassenden Syntheserohgas (3) konvertiert wird, das zur Gewinnung des Synthesegases (8) einer Gaswäsche (A) unterzogen wird, bei der ein mit Kohlendioxid beladenes Waschmittel (11) anfällt, von dem Kohlendioxid zur Rückführung in den Reformer (R) abgetrennt wird. Kennzeichnend hierbei ist, dass zumindest ein Teil des zur Verfügung gestellten Sauerstoffs (12) stromaufwärts des Reformers (R) bei der Abtrennung von Kohlendioxid aus dem mit Kohlendioxid beladenen Waschmittel (11) als Strippgas verwendet wird.The invention relates to a method and a device for producing a synthesis gas (8) containing carbon monoxide and hydrogen, in which oxygen (12) is made available at an inlet pressure and subsequently in a reformer (R) together with a carbonaceous feedstock (1) and carbon dioxide (2) is thermochemically converted by partial oxidation or autothermal reforming to a crude synthesis gas (3) containing carbon dioxide, which is subjected to gas scrubbing (A) to obtain the synthesis gas (8), in which a carbon dioxide-laden scrubbing agent (11) is obtained, from which carbon dioxide is separated for return to the reformer (R). It is characteristic here that at least part of the oxygen (12) made available is used as stripping gas upstream of the reformer (R) when separating carbon dioxide from the scrubbing agent (11) laden with carbon dioxide.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases, bei dem Sauerstoff mit einem Eingangsdruck zur Verfügung gestellt und nachfolgend in einem Reformer zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Einsatz sowie Kohlendioxid durch Partialoxidation oder Autothermalreformierung thermochemisch zu einem Kohlendioxid umfassenden Syntheserohgas konvertiert wird, das zur Gewinnung des Synthesegases einer Gaswäsche unterzogen wird, bei der ein mit Kohlendioxid beladenes Waschmittel anfällt, von dem Kohlendioxid zur Rückführung in den Reformer abgetrennt wird.The invention relates to a method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen, in which oxygen is made available at an inlet pressure and is then thermochemically converted in a reformer together with a carbon-containing charge and carbon dioxide by partial oxidation or autothermal reforming to form a crude synthesis gas containing carbon dioxide, which is used for Obtaining the synthesis gas is subjected to a gas scrubbing in which a carbon dioxide-laden scrubbing agent is obtained, from which carbon dioxide is separated for recycling into the reformer.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method according to the invention.

Nachfolgend wird zur Charakterisierung von Drücken der Begriff „Druckniveau“ verwendet, wodurch zum Ausdruck gebracht werden soll, dass Drücke nicht in Form exakter Druckwerte verwendet werden müssen, um ein erfinderisches Konzept zu verwirklichen. Jedoch bewegen sich derartige Drücke typischerweise in bestimmten Bereichen, die beispielsweise ± 1%, 5%, 10%, 20% oder sogar 50% um einen Mittelwert liegen. Unterschiedliche Druckniveaus können dabei in disjunkten Bereichen liegen oder in Bereichen, die einander überlappen. Insbesondere schließen Druckniveaus unvermeidliche oder zu erwartende Druckverluste ein, die beispielsweise aufgrund von Strömungseffekten auftreten. Bei den in bar angegebenen Druckniveaus handelt es sich um Absolutdrücke.The term “pressure level” is used below to characterize pressures, which is intended to express the fact that pressures do not have to be used in the form of exact pressure values in order to implement an inventive concept. However, such pressures typically vary within certain ranges, for example ±1%, 5%, 10%, 20% or even 50% around a mean value. Different pressure levels can be in disjunctive areas or in areas that overlap. In particular, pressure levels include unavoidable or expected pressure losses that occur, for example, due to flow effects. The pressure levels given in bar are absolute pressures.

Verfahren und Vorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind dem Fachmann seit vielen Jahren bekannt. Ein kohlenstoffhaltiges Ausgangsmaterial, bei dem es sich beispielsweise um Erdgas handelt, wird dabei etwa durch Entschwefelung, Anwärmung und Verdichtung zu einem kohlenstoffhaltigen Einsatz aufbereitet und anschließend in einem Reformer unter Zuführung von Sauerstoff, Kohlendioxid und evtl. Wasser bei einem Druck zwischen 5 und 80 bar thermochemisch zu einem Syntheserohgas konvertiert. Das so erzeugte Syntheserohgas, das neben Kohlenmonoxid undMethods and devices of the generic type have been known to those skilled in the art for many years. A carbon-containing starting material, which is natural gas for example, is processed into a carbon-containing feedstock by desulfurization, heating and compression, and then in a reformer with the supply of oxygen, carbon dioxide and possibly water at a pressure of between 5 and 80 bar thermochemically converted to a crude synthesis gas. The synthesis gas produced in this way, which in addition to carbon monoxide and

Wasserstoff auch größere Mengen Kohlendioxid und Wasser sowie andere, im Synthesegas unerwünschte Stoffe aufweist, wird nachfolgend mehreren Abtrennschritten unterzogen, um das weitgehend aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid bestehende Synthesegas in der geforderten Zusammensetzung zu erhalten. Aus dem Syntheserohgas abgetrenntes Kohlendioxid wird in den Reformer zurückgeführt, wo es mit Wasserstoff gemäß CO2 + H2 → CO + H2O zu Kohlenmonoxid und Wasser bzw. mit elementarem Kohlenstoff (z.B. Ruß) gemäß CO2 + C → 2CO zu Kohlenmonoxid reagiert, so dass sich der Kohlenmonoxidanteil im Syntheserohgas erhöht und die Freisetzung von Kohlendioxid in die Atmosphäre reduziert.Hydrogen also contains large amounts of carbon dioxide and water as well as other substances that are undesirable in the synthesis gas, is then subjected to a number of separation steps in order to obtain the synthesis gas, which largely consists of hydrogen and carbon monoxide, in the required composition. Carbon dioxide separated from the crude synthesis gas is returned to the reformer, where it is combined with hydrogen CO 2 + H 2 → CO + H 2 O to carbon monoxide and water or with elemental carbon (e.g. soot) according to CO2 + C → 2CO reacts to form carbon monoxide, so that the proportion of carbon monoxide in the raw synthesis gas increases and the release of carbon dioxide into the atmosphere is reduced.

Für die Kohlendioxidabtrennung wird das Syntheserohgas gewöhnlich abgekühlt, um Wasser zu entfernen, ehe es in einem als Kolonne ausgeführten Absorber einer Gaswascheinrichtung mit einem Waschmittel in Kontakt gebracht wird, das in der Lage ist, Kohlendioxid bei einem ersten Druck wesentlich stärker zu absorbieren als Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Die absorbierten Stoffe werden im Regenerierteil der Gaswascheinrichtung aus dem beladenen Waschmittel abgetrennt, um ein regeneriertes Waschmittel für den erneuten Einsatz im Absorber zu erhalten.For carbon dioxide separation, the raw synthesis gas is usually cooled to remove water before it is brought into contact with a scrubber in a scrubber absorber column, which is capable of absorbing carbon dioxide at a first pressure much more efficiently than hydrogen and carbon monoxide. The absorbed substances are separated from the loaded scrubbing agent in the regeneration section of the gas scrubber in order to obtain a regenerated scrubbing agent for reuse in the absorber.

Bei der Regenerierung wird das beladene Waschmittel in einen Desorber auf einen zweiten Druck entspannt, wobei ein Teil des absorbierten Kohlendioxids in die Gasphase übergeht. Zur Unterstützung der Kohlendioxid-Desorption wird zusätzlich durch die Teilverdampfung des beladenen Waschmittels eine Gasatmosphäre erzeugt, die wegen ihres geringen Kohlendioxid-Partialdrucks als Strippgas wirkt. Das auf diese Weise aus dem beladenen Waschmittel abgetrennte Kohlendioxid wird auf einem Druckniveau erhalten, das deutlich unterhalb des Drucks liegt, bei dem die thermochemische Konversion abläuft. Zur Rückführung des bei der Gaswäsche absorbierten Kohlendioxids in den Reformer muss daher neben thermischer Energie auch Verdichtungsarbeit aufgebracht werden, die mit dem zu überwindenden Druckunterschied anwächst. Da sowohl die thermische, für die Teilverdampfung des Waschmittels benötigte Energie als auch die Verdichtungsarbeit Kostenfaktoren darstellen, die sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit der Synthesegaserzeugung auswirken, wird versucht, diese zu reduzieren.During regeneration, the loaded detergent is expanded to a second pressure in a desorber, with part of the absorbed carbon dioxide being released into the gas phase. To support the carbon dioxide desorption, a gas atmosphere is also generated by the partial evaporation of the loaded detergent, which acts as a stripping gas due to its low carbon dioxide partial pressure. The carbon dioxide separated from the loaded detergent in this way is obtained at a pressure level that is well below the pressure at which the thermochemical conversion takes place. In order to return the carbon dioxide absorbed during the gas scrubbing to the reformer, not only thermal energy but also compression work must be applied, which increases with the pressure difference to be overcome. Since both the thermal energy required for the partial evaporation of the scrubbing agent and the compression work represent cost factors that have a negative effect on the economics of synthesis gas production, attempts are being made to reduce them.

Die Patentanmeldung CA2634302A1 schlägt vor, neben Waschmitteldampf zumindest einen Teil des zur Synthesegaserzeugung eingesetzten Erdgases als Strippgas zu nutzen, das mit einem höheren als dem Druck zur Verfügung steht, mit dem Kohlendioxid aus dem beladenen Waschmittel allein durch Entspannung und Strippung mit Waschmitteldampf erhalten werden kann. Auf diese Weise ist es zwar möglich, einen großen Teil des Kohlendioxids auf dem Druckniveau des Erdgases zu gewinnen und die für die Kohlendioxidrückführung erforderliche Arbeit zu verringern, allerdings kann wegen des gewöhnlich bereits im Erdgas enthaltenen Kohlendioxids das beladene Waschmittel nicht vollständig von Kohlendioxid befreit werden, weshalb unabhängig von der für die Strippung verfügbaren Erdgasmenge stets auch eine Entspannung des Waschmittels notwendig ist, so dass ein Teil des Kohlendioxids auf einem deutlich tieferen als dem Druckniveau des Erdgases vorliegt und daher nur mit einem wesentlich größeren Energieaufwand als das übrige Kohlendioxid zurückgeführt werden kann.The patent application CA2634302A1 proposes using at least part of the natural gas used to produce synthesis gas as stripping gas, in addition to scrubbing vapor. In this way it is indeed possible to win a large part of the carbon dioxide at the pressure level of the natural gas and the required carbon dioxide recirculation To reduce work, however, because of the carbon dioxide usually already contained in the natural gas, the loaded scrubbing agent cannot be completely freed from carbon dioxide, which is why, regardless of the amount of natural gas available for stripping, the scrubbing agent must always be depressurized, so that part of the carbon dioxide on a significantly lower than the pressure level of the natural gas and can therefore only be returned with a significantly greater energy input than the remaining carbon dioxide.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, durch die im beladenen Waschmittel enthaltenes Kohlendioxid mit geringerem Energieaufwand der thermochemischen Konversion zugeführt werden kann, als dies nach dem Stand der Technik möglich ist.The object of the present invention is therefore to provide a method of the generic type and a device for carrying it out, by means of which the carbon dioxide contained in the loaded detergent can be supplied to the thermochemical conversion with less energy than is possible according to the prior art.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Teil des zur Verfügung gestellten Sauerstoffs stromaufwärts des Reformers bei der Abtrennung von Kohlendioxid aus dem mit Kohlendioxid beladenen Waschmittel als Strippgas verwendet wird.In terms of the process, this object is achieved according to the invention in that at least part of the oxygen provided is used as stripping gas upstream of the reformer during the separation of carbon dioxide from the scrubbing agent laden with carbon dioxide.

Der Eingangsdruck des für den Einsatz in der thermochemischen Konversion bestimmten Sauerstoffs liegt gewöhnlich über dem Druck, mit dem Kohlendioxid aus dem beladenen Waschmittel allein durch Entspannung und Strippung mit Waschmitteldampf erhältlich ist. Da das bei der Strippung aus dem beladenen Waschmittel abgetrennte Kohlendioxid mit dem Sauerstoffdruck gewonnen werden kann, ist es möglich, Verdichtungsarbeit bei der Kohlendioxidrückführung einzusparen. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Strippung auf dem Eingangsdruckniveau des zur Verfügung gestellten Sauerstoffs durchgeführt.The inlet pressure of the oxygen intended for use in the thermochemical conversion is usually above the pressure at which carbon dioxide can be obtained from the loaded detergent simply by depressurization and stripping with detergent vapor. Since the carbon dioxide separated from the loaded washing agent during stripping can be recovered using the oxygen pressure, it is possible to save on compression work when recycling the carbon dioxide. The stripping according to the invention is preferably carried out at the inlet pressure level of the oxygen made available.

Steht der Sauerstoff kohlendioxidfrei zur Verfügung, wie es gewöhnlich der Fall ist, kann darüber hinaus der Kohlendioxidgehalt des Waschmittels durch die erfindungsgemäße Strippung auf den niedrigsten bei der Regenerierung geforderten Wert reduziert werden, ohne das beladene Waschmittel teilverdampfen oder bis unter das Eingangsdruckniveau des zur Verfügung gestellten Sauerstoffs entspannen zu müssen.If the oxygen is available free of carbon dioxide, as is usually the case, the carbon dioxide content of the detergent can also be reduced by the stripping according to the invention to the lowest value required for regeneration without partially evaporating the loaded detergent or below the input pressure level of the available having to relax oxygen.

Vorzugsweise wird die Strippung des beladenen Waschmittels in einem als Strippkolonne ausgeführten ersten Desorber durchgeführt, aus dessen Sumpf sich zumindest weitgehend kohlendioxidfreies Waschmittel sammelt. Der bei der Strippung mit Kohlendioxid angereicherte Sauerstoff wird vom Kopf des ersten Desorbers abgezogen, evtl. verdichtet und dem Reformer zugeführt. Zur Unterstützung der Strippwirkung des Sauerstoffs kann Waschmitteldampf eingesetzt werden, der zweckmäßigerweise durch Verdampfung eines Teils der Sumpffraktion erzeugt wird. Da bei dieser Verfahrensvariante Waschmitteldampf mit der Kopffraktion aus dem ersten Desorber ausgetragen wird, ist es sinnvoll, die Kopffraktion abzukühlen, um Waschmittel auszukondensieren und in den ersten Desorber zurückzuführen. Hierdurch wird zum einen verhindert, dass Waschmitteldampf in dem Reformer gelangt, und zum anderen werden Waschmittelverluste reduziert.The stripping of the loaded detergent is preferably carried out in a first desorber designed as a stripping column, from the bottom of which at least substantially carbon dioxide-free detergent is collected. The oxygen enriched with carbon dioxide during stripping is drawn off from the top of the first desorber, possibly compressed and fed to the reformer. To support the stripping action of the oxygen, detergent vapor can be used, which is expediently generated by evaporating part of the bottom fraction. Since detergent vapor is discharged from the first desorber with the top fraction in this process variant, it makes sense to cool the top fraction in order to condense out detergent and return it to the first desorber. On the one hand, this prevents detergent vapor from getting into the reformer and, on the other hand, detergent losses are reduced.

Falls das Synthesegas auf einem sehr niedrigem Druckniveau gewonnen werden soll, und die Wäsche des Syntheserohgases bei einem Druck durchgeführt wird, der geringer als der Eingangsdruck des Sauerstoffs ist, kann es sinnvoll sein, den Druck des bei der Gaswäsche beladenen Waschmittels vor der erfindungsgemäßen Strippung mit Sauerstoff auf das Eingangsdruckniveau des zur Verfügung gestellten Sauerstoffs oder - wenn dieses geringer ist - auf das Druckniveau anzuheben, auf dem die thermochemische Konversion durchgeführt wird.If the synthesis gas is to be obtained at a very low pressure level and the raw synthesis gas is scrubbed at a pressure that is lower than the inlet pressure of the oxygen, it may be useful to reduce the pressure of the scrubbing agent loaded during the gas scrubbing before the stripping according to the invention Oxygen to the input pressure level of the oxygen provided or - to raise to the pressure level at which the thermochemical conversion is carried out - if this is lower.

Bei der erfindungsgemäßen Strippung kann sich das behandelte Waschmittel mit Sauerstoff anreichern. Um zu verhindern, dass bei einem erneuten Einsatz des regenerierten Waschmittels bei der Wäsche des Syntheserohgases Sauerstoff in das Synthesegas gelangt, wo er eine unerwünschte Spurstoffkomponente darstellen würde, wird vorgeschlagen, das zu regenerierende Waschmittel im Anschluss an die Strippung mit Sauerstoff einer weiteren Behandlung zu unterziehen, bei der absorbierter Sauerstoff mit Hilfe von Stickstoff abgestrippt wird. Der hierbei mit Sauerstoff und evtl. Kohlendioxid angereicherte Stickstoff wird vorzugweise verworfen.During stripping according to the invention, the treated detergent can become enriched with oxygen. In order to prevent oxygen from getting into the synthesis gas when the regenerated scrubbing agent is used again to scrub the crude synthesis gas, where it would represent an undesirable trace substance component, it is proposed to subject the scrubbing agent to be regenerated to further treatment after stripping with oxygen , in which absorbed oxygen is stripped off with the help of nitrogen. The nitrogen enriched with oxygen and possibly carbon dioxide is preferably discarded.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Temperatur des Sauerstoffs vor seinem Einsatz als Strippgas auf einen definierten Wert eingestellt wird. Bevorzugt wird die Temperatur des Strippgases dabei der Temperatur des zu regenerierenden Waschmittels angeglichen. Insbesondere sieht die Erfindung vor, den als Strippgas vorgesehenen Sauerstoff gegen einen oder mehrere abzukühlende Verfahrensströme anzuwärmen oder abzukühlen.A further embodiment of the method according to the invention provides that the temperature of the oxygen is adjusted to a defined value before it is used as stripping gas. The temperature of the stripping gas is preferably adjusted to the temperature of the scrubbing agent to be regenerated. In particular, the invention provides for the oxygen provided as stripping gas to be heated or cooled against one or more process streams to be cooled.

Mit besonderem Vorzug kann das erfindungsgemäße Verfahren dann eingesetzt werden, wenn die Gaswäsche mit einem anorganischen und nichtbrennbaren Waschmittel betrieben wird. Ein Beispiel für eine derartige Wäsche ist die Pottasche-Wäsche, bei der eine wässrige Kaliumcarbonat-Lösung, die mit Katalysatoren angereichert sein kann, als Waschmittel dient.The method according to the invention can be used with particular preference when the gas scrubbing is operated with an inorganic and non-flammable scrubbing agent. An example of such a scrub is the potash scrub, in which an aqueous potassium carbonate solution, which can be enriched with catalysts, is used as a scrubbing agent.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases, mit einem Reformer, einer mit dem Reformer verbundenen Gaswascheinrichtung mit einem Absorber und einem Regenerierteil, sowie Zuführungsleitungen, über die ein kohlenstoffhaltiger Einsatz, Sauerstoff und Kohlendioxid in den Reformer einleitbar sind, um durch Partialoxidation oder Autothermalreformierung thermochemisch zu einem Kohlendioxid umfassenden Syntheserohgas konvertiert zu werden, das im Absorber der Gaswascheinrichtung einer Wäsche unterzogen werden kann, bei der ein mit Kohlendioxid beladenes Waschmittel anfällt, von dem im Regenerierteil der Gaswascheinrichtung Kohlendioxid zur Rückführung in den Reformer abtrennbar ist.Furthermore, the invention relates to a device for generating a carbon monoxide and hydrogen-containing synthesis gas, with a reformer, a gas washing device connected to the reformer with an absorber and a regeneration part, and feed lines via which a carbon-containing charge, oxygen and carbon dioxide can be introduced into the reformer. in order to be thermochemically converted by partial oxidation or autothermal reforming to a crude synthesis gas containing carbon dioxide, which can be subjected to scrubbing in the absorber of the gas scrubber, during which a scrubbing agent loaded with carbon dioxide is obtained, from which carbon dioxide can be separated in the regeneration part of the gas scrubber for recycling into the reformer.

Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Regenerierteil der Gaswascheinrichtung einen mit der Zuführungsleitung für den Sauerstoff verbundenen ersten Desorber umfasst, in dem zumindest ein Teil des dem Reformer zuzuführenden Sauerstoffs bei der Regenerierung des mit Kohlendioxid beladenen Waschmittels als Strippgas verwendet werden kann.In terms of the device, the stated object is achieved according to the invention in that the regeneration part of the gas scrubbing device comprises a first desorber connected to the supply line for the oxygen, in which at least part of the oxygen to be supplied to the reformer can be used as stripping gas in the regeneration of the scrubbing agent laden with carbon dioxide.

Über eine Leitung und evtl. einen Verdichter ist der erste Desorber so mit dem Reformer verbunden, dass der bei der Strippung mit Kohlendioxid angereicherte Sauerstoff dem Reformer zuführbar ist. Bevorzugt ist der erste Desorber als Strippkolonne ausgeführt, in deren Sumpf sich zumindest weitgehend kohlendioxidfreies Waschmittel sammeln kann. Der Sumpfraum der Strippkolonne kann eine Heizeinrichtung aufweisen, durch die ein Teil der Sumpffraktion zur Unterstützung der Strippwirkung des Sauerstoffs verdampfbar ist. Insbesondere in dieser Variante weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Kondensator zur Kondensation von Waschmitteldampf auf, der mit dem Sauerstoffstrom aus dem ersten Desorber ausgetragen wird. Sinnvollerweise ist der Kondensator so mit dem ersten Desorber verbunden, dass auskondensiertes Waschmittel in den ersten Desorber zurückgeleitet werden kann.The first desorber is connected to the reformer via a line and possibly a compressor in such a way that the oxygen enriched with carbon dioxide during stripping can be fed to the reformer. The first desorber is preferably designed as a stripping column in the bottom of which scrubbing agent that is at least largely free of carbon dioxide can collect. The bottom space of the stripping column can have a heating device, by means of which part of the bottom fraction can be vaporized to support the stripping action of the oxygen. Particularly in this variant, the device according to the invention has a condenser for condensing detergent vapor, which is discharged with the oxygen stream from the first desorber. It makes sense for the condenser to be connected to the first desorber in such a way that detergent that has condensed out can be returned to the first desorber.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht einen mit dem ersten Desorber sowie dem Absorber der Gaswascheinrichtung verbundenen zweiten Desorber vor, in dem das im ersten Desorber durch Strippung mit Sauerstoff behandelte Waschmittel einer weiteren Strippung mit Stickstoff unterzogen werden kann, um vor der Weiterleitung zum Absorber gelösten Sauerstoff aus dem Waschmittel zu entfernen. Bevorzugt ist am zweiten Desorber kopfseitig eine Abgasleitung angebracht, über die der bei der Strippung mit Sauerstoff und evtl. Kohlendioxid angereicherte Stickstoff abgezogen und z.B. durch Freisetzung in die Atmosphäre entsorgt werden kann.An expedient embodiment of the invention provides a second desorber connected to the first desorber and the absorber of the gas scrubbing device, in which the scrubbing agent treated in the first desorber by stripping with oxygen can be subjected to further stripping with nitrogen in order to remove dissolved oxygen before being passed on to the absorber removed from the detergent. An exhaust pipe is preferably attached to the head of the second desorber, via which the nitrogen enriched with oxygen and possibly carbon dioxide during the stripping can be drawn off and disposed of, e.g. by releasing it into the atmosphere.

Vorzugsweise umfasst die Zuführungsleitung für den Sauerstoff eine stromaufwärts des ersten Desorbers angeordnete Temperiereinrichtung zur Einstellung der Temperatur des als Strippgas vorgesehenen Teils des Sauerstoffs. Zweckmäßigerweise kann dem Sauerstoff durch die Temperiereinrichtung gezielt Wärme zugeführt oder entzogen werden, um seine Temperatur der Temperatur des beladenen, im ersten Desorber zu behandelnden Waschmittels anzugleichen. Bevorzugt ist die Temperiereinrichtung als Wärmetauscher ausgeführt, durch den Wärme indirekt von einem Wärmeträger, bei dem es sich beispielsweise um einen Verfahrensstrom handelt, auf den Sauerstoff oder vom Sauerstoff auf den Wärmeträger überführbar ist.The supply line for the oxygen preferably comprises a temperature control device arranged upstream of the first desorber for setting the temperature of the part of the oxygen provided as stripping gas. Heat can expediently be supplied to or withdrawn from the oxygen in a targeted manner by the temperature control device in order to adjust its temperature to the temperature of the loaded detergent to be treated in the first desorber. The temperature control device is preferably designed as a heat exchanger, through which heat can be transferred indirectly from a heat carrier, which is, for example, a process flow, to the oxygen or from the oxygen to the heat carrier.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

  • Die 1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung mit einer Einrichtung zu Entfernung von Sauerstoff aus zu regenerierendem Waschmittel.
In the following the invention is based on one in the 1 schematically illustrated embodiment are explained in more detail.
  • the 1 shows a preferred embodiment of the invention with a device for removing oxygen from detergent to be regenerated.

In den Reformer R, bei dem es sich beispielsweise um einen POX-Reaktor handelt, werden ein kohlenwasserstoffhaltiger Einsatz 1 wie etwa Erdgas sowie Kohlendioxid 2 zur Umsetzung in ein kohlenmonoxidreiches Syntheserohgas 3 eingeleitet. Der für die Reformierungsreaktion benötigte Sauerstoff gelangt über Leitung 4 in den Reformer R. Nach Abkühlung und der Abtrennung von Wasser 5 wird das nun weitgehend aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid bestehende Syntheserohgas 6 der Absorberkolonne Ader Gaswascheinrichtung G an ihrem unteren Ende aufgeben, wo es nach oben strömt und dabei intensiven mit einem Waschmittel 7 in Kontakt gebracht wird. Das Waschmittel 7, bei dem es sich beispielsweise um eine wässrige Kaliumcarbonat-Lösung handelt, absorbiert Kohlendioxid wesentlich stärker als Wasserstoff und Kohlenmonoxid, weshalb über Leitung 8 ein weitgehend kohlendioxidfreies Synthesegas abgezogen werden kann. Das sich im Sumpfraum der Absorberkolonne A sammelnde, mit Kohlendoxid beladene Waschmittel 9 wird über das Drosselorgan a in dem ersten Abscheider D1 entspannt, um bei der Gaswäsche co-absorbierten Wasserstoff und co-absorbiertes Kohlenmonoxid in die Gasphase zu überführen und zur Erhöhung der Synthesegasausbeute über Leitung 10 sowie den Verdichter V1 in das Syntheserohgas 6 zurückzuleiten.A hydrocarbon-containing feed 1 such as natural gas and carbon dioxide 2 are introduced into the reformer R, which is a POX reactor, for example, for conversion into a carbon monoxide-rich crude synthesis gas 3 . The oxygen required for the reforming reaction reaches the reformer R via line 4. After cooling and the separation of water 5, the crude synthesis gas 6, which now largely consists of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, is fed into the absorber column Ader gas washing device G at its lower end, where it flows above and is brought into intensive contact with a detergent 7 . The detergent 7, which is, for example, an aqueous potassium carbonate solution, absorbs carbon dioxide much more than hydrogen and carbon monoxide, which is why a largely carbon dioxide-free synthesis gas can be drawn off via line 8. The scrubbing agent 9, which collects in the sump space of the absorber column A and is laden with carbon dioxide, is expanded via the throttle element a in the first separator D1 in order to convert the co-absorbed hydrogen and co-absorbed carbon monoxide into the gas phase and to increase the synthesis gas yield Line 10 and the compressor V1 returned to the crude synthesis gas 6.

Zur Abtrennung von Kohlendioxid wird das beladene Waschmittel 11 nach Anwärmung im Wärmetauscher W1 über das Drosselorgan b in den im Regenerierteil T der Gaswascheinrichtung G angeordneten ersten Desorber D1 auf das Druckniveau des über Leitung 12 zur Verfügung gestellten Sauerstoffs entspannt, wobei ein erster Teil des enthaltenen Kohlendioxids freigesetzt wird. Über seinen Sumpfraum wird dem als Strippkolonne ausgeführten ersten Desorber D1 kohlendioxidfreier Sauerstoff 12 als Strippgas zugeführt, das auf seinem Weg nach oben weiteres Kohlendioxid aus dem im Gegenstrom geführten Waschmittel abtrennt. Aus einem Teil des sich im Sumpfraum sammelnden, weitgehend kohlendioxidfreien Waschmittels wird mit Hilfe der Heizeinrichtung H Waschmitteldampf erzeugt, der ebenfalls nach oben steigt und die Strippwirkung des Sauerstoffs 12 unterstützt. Vom Kopf des ersten Desorbers D1 kann auf dem Druckniveau des Sauerstoffs 12 ein Gasgemisch 13 abgezogen werden, das neben Sauerstoff und Kohlendioxid auch dampfförmiges Waschmittel enthält. Durch Abkühlung im Kondensator W2 wird das Waschmittel kondensiert und anschließend im zweiten Abscheider E2 von der weitgehend aus Sauerstoff und Kohlendioxid bestehenden Gasphase 4 abgetrennt. Während das flüssige Waschmittel in den ersten Desorber D1 zurückfließt, gelangt die Sauerstoff und Kohlendioxid enthaltende Gasphase 4 über den zweiten Verdichter V2 als Einsatzstoff in den Reformer R.To separate carbon dioxide, the loaded scrubbing agent 11, after being heated in the heat exchanger W1, is expanded via the throttle element b in the first desorber D1 arranged in the regeneration part T of the gas washing device G to the pressure level of the oxygen made available via line 12, with a first part containing the of carbon dioxide is released. Carbon dioxide-free oxygen 12 is fed as stripping gas to the first desorber D1, which is designed as a stripping column, via its bottom space, and on its way up further carbon dioxide is separated from the scrubbing agent conveyed in countercurrent. From a portion of the largely carbon dioxide-free detergent collecting in the sump space, detergent vapor is generated with the aid of the heating device H, which also rises and supports the stripping effect of the oxygen 12 . From the top of the first desorber D1, a gas mixture 13 can be drawn off at the pressure level of the oxygen 12, which also contains vaporous detergent in addition to oxygen and carbon dioxide. The washing agent is condensed by cooling in the condenser W2 and then separated in the second separator E2 from the gas phase 4, which largely consists of oxygen and carbon dioxide. While the liquid detergent flows back into the first desorber D1, the gas phase 4 containing oxygen and carbon dioxide passes through the second compressor V2 as input material into the reformer R.

Um zu verhindern, das bei der Strippung in ersten Desorber D1 durch das behandelte Waschmittel absorbierter Sauerstoff in das Synthesegas 8 gelangt, wird das weitgehend kohlendioxidfreie Waschmittel 15 aus dem Sumpf des ersten Desorbers D1 abgezogen, im ersten Wärmetauscher W1 abgekühlt und einem zweiten Desorber D2 an dessen Kopf aufgegeben. Am unteren Ende des ebenfalls als Strippkolonne ausgeführten zweiten Desorbers D2 wird Stickstoff 16 als Strippgas zugeführt, mit dessen Hilfe der Sauerstoff aus dem im Gegenstrom geführten Waschmittel entfernt wird. Der vom Kopf des zweiten Desorbers abgezogene, mit Sauerstoff beladene Strippstickstoff 17 wird verworfen, wogegen das regenerierte, von Sauerstoff und Kohlendioxid freie Waschmittel 7 mit Hilfe der Pumpe P aus dem Sumpfraum des zweiten Desorbers D2 abgezogen und nach Abkühlung im dritten Wärmetauscher W3 erneut zur Gaswäsche im Absorber A eingesetzt wird.In order to prevent the oxygen absorbed by the treated scrubbing agent from getting into the synthesis gas 8 during stripping in the first desorber D1, the largely carbon dioxide-free scrubbing agent 15 is drawn off from the bottom of the first desorber D1, cooled in the first heat exchanger W1 and sent to a second desorber D2 gave up his head. At the lower end of the second desorber D2, which is also designed as a stripping column, nitrogen 16 is fed in as stripping gas, with the aid of which the oxygen is removed from the washing agent conveyed in countercurrent. The oxygen-laden stripping nitrogen 17 drawn off from the top of the second desorber is discarded, while the regenerated scrubbing agent 7, which is free of oxygen and carbon dioxide, is drawn off from the sump space of the second desorber D2 with the aid of the pump P and, after cooling, is used again in the third heat exchanger W3 for gas scrubbing is used in absorber A.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • CA 2634302 A1 [0008]CA 2634302 A1 [0008]

Claims (10)

Verfahren zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases (8), bei dem Sauerstoff (12) mit einem Eingangsdruck zur Verfügung gestellt und nachfolgend in einem Reformer (R) zusammen mit einem kohlenstoffhaltigen Einsatz (1) sowie Kohlendioxid (2) durch Partialoxidation oder Autothermalreformierung thermochemisch zu einem Kohlendioxid umfassenden Syntheserohgas (3) konvertiert wird, das zur Gewinnung des Synthesegases (8) einer Gaswäsche (A) unterzogen wird, bei der ein mit Kohlendioxid beladenes Waschmittel (11) anfällt, von dem Kohlendioxid zur Rückführung in den Reformer (R) abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des zur Verfügung gestellten Sauerstoffs (12) stromaufwärts des Reformers (R) bei der Abtrennung von Kohlendioxid aus dem mit Kohlendioxid beladenen Waschmittel (11) als Strippgas verwendet wird.A process for producing a synthesis gas (8) containing carbon monoxide and hydrogen, in which oxygen (12) is made available at an inlet pressure and subsequently in a reformer (R) together with a carbonaceous feedstock (1) and carbon dioxide (2) by partial oxidation or autothermal reforming is converted thermochemically to a crude synthesis gas (3) containing carbon dioxide, which is subjected to gas scrubbing (A) to obtain the synthesis gas (8), in which a carbon dioxide-laden scrubbing agent (11) is obtained, from which carbon dioxide is returned to the reformer (R ) is separated, characterized in that at least part of the available oxygen (12) is used upstream of the reformer (R) in the separation of carbon dioxide from the carbon dioxide-laden scrubbing agent (11) as a stripping gas. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Strippwirkung des Sauerstoffs (12) bei der Abtrennung von Kohlendioxid aus dem mit Kohlendioxid beladenen Waschmittel (11) Waschmitteldampf als Strippgas verwendet wird.procedure after claim 1 , characterized in that to support the stripping effect of the oxygen (12) in the separation of carbon dioxide from the carbon dioxide-loaded detergent (11) detergent vapor is used as a stripping gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Strippung mit Sauerstoff behandelte Waschmittel (15) einer Strippung mit Stickstoff (16) unterzogen wird.Procedure according to one of Claims 1 or 2 characterized in that the oxygen stripped scrubbing agent (15) is subjected to nitrogen stripping (16). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Sauerstoffs (12) vor seinem Einsatz als Strippgas auf einen definierten Wert eingestellt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the temperature of the oxygen (12) is set to a defined value before it is used as a stripping gas. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaswäsche (A) mit einem anorganischen und nichtbrennbaren Waschmittel (7) betrieben wird.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the gas scrubbing (A) is operated with an inorganic and non-combustible detergent (7). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Waschmittel (7) eine wässrige Kaliumcarbonat-Lösung eingesetzt wird.procedure after claim 5 , characterized in that an aqueous potassium carbonate solution is used as the detergent (7). Vorrichtung zur Erzeugung eines Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Synthesegases (8), mit einem Reformer (R), einer mit dem Reformer verbundenen Gaswascheinrichtung (G) mit einem Absorber (A) und einem Regenerierteil (T), sowie Zuführungsleitungen, über die ein kohlenstoffhaltiger Einsatz (1), Sauerstoff (4) und Kohlendioxid (2) in den Reformer (R) einleitbar sind, um durch Partialoxidation oder Autothermalreformierung thermochemisch zu einem Kohlendioxid umfassenden Syntheserohgas (3) konvertiert zu werden, das im Absorber (A) der Gaswascheinrichtung (G) einer Wäsche unterzogen werden kann, bei der ein mit Kohlendioxid beladenes Waschmittel (11) anfällt, von dem im Regenerierteil (T) der Gaswascheinrichtung (G) Kohlendioxid zur Rückführung in den Reformer (R) abtrennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerierteil (T) der Gaswascheinrichtung (G) einen mit der Zuführungsleitung für den Sauerstoff (4) verbundenen ersten Desorber (D1) umfasst, in dem zumindest ein Teil des dem Reformer (R) zuzuführenden Sauerstoffs (12) bei der Regenerierung des mit Kohlendioxid beladenen Waschmittels (11) als Strippgas verwendet werden kann.Device for generating a carbon monoxide and hydrogen-containing synthesis gas (8), with a reformer (R), a gas washing device (G) connected to the reformer with an absorber (A) and a regeneration part (T), and feed lines via which a carbon-containing insert (1), oxygen (4) and carbon dioxide (2) can be introduced into the reformer (R) in order to be thermochemically converted by partial oxidation or autothermal reforming into a crude synthesis gas (3) containing carbon dioxide, which is stored in the absorber (A) of the gas washing device (G ) can be subjected to a wash, in which a carbon dioxide-loaded detergent (11) is produced, from which carbon dioxide can be separated in the regeneration part (T) of the gas washing device (G) for recycling into the reformer (R), characterized in that the regeneration part ( T) the gas washing device (G) comprises a first desorber (D1) connected to the supply line for the oxygen (4), in which at least part d the oxygen (12) to be supplied to the reformer (R) can be used as stripping gas in the regeneration of the scrubbing agent (11) laden with carbon dioxide. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Desorber (D1) als Strippkolonne ausgeführt ist, die eine Heizeinrichtung (H) aufweist, durch die ein Teil der Sumpffraktion verdampfbar ist.device after claim 7 , characterized in that the first desorber (D1) is designed as a stripping column which has a heating device (H) through which part of the bottom fraction can be evaporated. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Desorber (D1) sowie der Absorber (A) der Gaswascheinrichtung (G) mit einem zweiten Desorber (D2) verbunden sind, in dem das im ersten Desorber (D1) durch Strippung mit Sauerstoff behandelte Waschmittel (15) vor seiner Weiterleitung in den Absorber (A) einer weiteren Strippung mit Stickstoff (16) unterzogen werden kann.Device according to one of Claims 7 or 8th , characterized in that the first desorber (D1) and the absorber (A) of the gas scrubbing device (G) are connected to a second desorber (D2) in which the scrubbing agent (15) treated in the first desorber (D1) by stripping with oxygen can be subjected to a further stripping with nitrogen (16) before being passed on to the absorber (A). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Kondensator (W2) zur Kondensation von Waschmitteldampf aufweist, der mit dem Sauerstoffstrom aus dem ersten Desorber (D1) ausgetragen wird.Device according to one of Claims 7 until 9 , characterized in that it has a condenser (W2) for condensing detergent vapor which is discharged with the oxygen stream from the first desorber (D1).
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