DE202016102172U1

DE202016102172U1 - Anlage zur Reinigung von Prozesskondensat aus der katalytischen Dampfreformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases

Info

Publication number: DE202016102172U1
Application number: DE202016102172.3U
Authority: DE
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2016-05-10
Anticipated expiration: 2026-04-26

Abstract

Anlage zur Reinigung von Prozesskondensat aus der katalytischen Dampfreformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases, umfassend die Anlagenteile: a) Mittel zur Bereitstellung eines unter erhöhtem Druck stehenden, aus dem bei der Dampfreformierung erzeugten Synthesegas abgetrennten Prozesskondensats, b) Vorrichtung zur Entspannung des Prozesskondensats, c) Abscheider zur mechanischen Abscheidung von Entspannungsgas aus dem Prozesskondensat, d) Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen Prozesskondensat und Permeat, e) Kühler zum Senken der Temperatur des Prozesskondensats, f) Anlage zur Bestrahlung des Prozesskondensats mit UV-Licht, g) Umkehr-Osmose-Anlage zur Behandlung des Prozesskondensats, h) Kessel zur thermischen Entgasung des in Teil f) erzeugten Permeats i) Leitung zur Weiterleitung des Permeats zur Dampferzeugung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Reinigung von Prozesskondensat, welches aus durch katalytische Dampfreformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases erzeugtem Synthesegas abgetrennt wurde.
Stand der Technik
Derartige Anlagen sind an sich bekannt. Das diesen zugrunde liegende Verfahren zur katalytischer Dampfreformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases ist beispielsweise in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, Vol. 15, Gas Production, Chapter 2. beschrieben ist. Die Einsatzgase, ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas, wie z. B. Erdgas und Wasserdampf werden dabei bei erhöhtem Druck, z. B. bei 20 bis 35 bar, und hoher Temperatur, z. B. 800 bis 950 °C, durch von außen beheizte, mit Katalysator gefüllte Reaktorrohre geleitet. Dabei werden die Einsatzgase in wasserstoff- und kohlenmonoxidreiches Synthesegas umgewandelt.
Für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist es sehr wichtig, die für die Aufheizung der Einsatzgase und die Durchführung der, in der Summe, endothermen Reformierungsreaktionen aufgewendete Heizenergie möglichst weitgehend zur Dampferzeugung zu verwenden. Der, zusammen mit dem kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgas, eingesetzte Wasserdampf wird als Prozessdampf bezeichnet. Er wird durch Wiederverdampfen des aus dem Synthesegas, bei dessen Abkühlung, gebildeten und abgeschiedenen Kondensats gewonnen. Der Wärmegehalt des Synthese- und des Rauchgases übersteigt allerdings die zum Erzeugen des Prozessdampfs benötigte Wärmemenge. Um diese Überschusswärme sinnvoll zu nutzen, wird sie zur Erzeugung von sogenanntem Exportdampf, der hauptsächlich außerhalb des Dampfreformierungsprozesses verwendet wird, genutzt.
Die Reinheitsanforderungen an den Exportdampf sind oft sehr viel höher als die an den Prozessdampf. Im Prozesskondensat sind Verunreinigungen, wie Methanol, Ammoniak, Kohlendioxid, Ameisen- und Essigsäure enthalten, die eine direkte Verwendung des Kondensats zur Erzeugung von Exportdampf unmöglich machen. In der Praxis werden daher oft die beiden Dampfsorten in separaten Entgasungs- und Dampfkesseln erzeugt, wobei für die Exportdampferzeugung frisches Kesselspeisewasser verwendet wird. Durch diese zweifache Ausführung der Verdampfungssysteme werden allerdings die Kosten der Anlage erhöht.
In der europäischen Patentschrift EP 2 456 721 B1 wird daher ein Verfahren vorgestellt, bei dem das Prozesskondensat soweit gereinigt wird, dass es zusammen mit Kesselspeisewasser, in einem gemeinsamen Verdampfungssystem, verdampft werden und dann sowohl als Export- als auch als Prozessdampf verwendet werden kann. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Prozesskondensat, nach anderen Reinigungsstufen, einer Umkehrosmose und, als letzte Stufe, einer Elektrodeionisation unterzogen wird. Durch die Umkehrosmose werden Mineralien und Salze abgetrennt, durch die Elektrodeionisation werden organische Säuren und Carbonationen entfernt.
Für die Aufbereitung von Trinkwasser ist auch die Kombination aus Umkehrosmose und Behandlung mit UV-Licht bekannt, wie z.B. beschrieben in der deutschen Anmeldeschrift DE 40 08 458 A1 . Das UV-Licht dient dabei zur Entkeimung des Wassers.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Konzept für eine entsprechende Anlage für die Reinigung von Prozesskondensat zur Verfügung zu stellen, wodurch das Prozesskondensat soweit gereinigt werden kann, dass es auch für die Erzeugung von Exportdampf geeignet ist.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine Anlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das UV-Licht dient hier dazu, alle organischen Bestandteile, die im Prozesskondensat, nach der Druckentspannung und Ausgasung, noch enthaltenen sind, möglichst weitgehend zu zerstören, wobei sie in organische Säuren, Kohlendioxid und Wasser umgewandelt werden. Das UV-Licht bereitet die Verunreinigung so auf, dass sie für die Abtrennung aus dem Prozesskondensat, durch eine anschließende Umkehrosmose, besonders geeignet sind.
Erfindungsgemäße Anlage:
Anlage zur Reinigung von Prozesskondensat aus der katalytischen Dampfreformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases, umfassend die Anlagenteile:

a) Mittel zur Bereitstellung eines unter erhöhtem Druck stehenden, aus dem bei der Dampfreformierung erzeugten Synthesegas abgetrennten Prozesskondensats.
b) Vorrichtung zur Entspannung des Prozesskondensats. Das Synthesegas, und damit auch das Prozesskondensat, stehen zunächst unter dem Prozessdruck des Dampfreformierungsprozesses, da häufig zwischen 20 und 35 bar liegt. Die Reinigung des Prozesskondensats und die anschließende thermische Entgasung werden knapp über dem Atmosphärendruck durchgeführt. Diese Prozessdrücke liegen nur soweit über dem Atmosphärendruck, dass Druckverluste für den Transport des Kondensats durch die Reinigungsstufen ausgeglichen werden.
c) Abscheider zur mechanischen Abscheidung von Entspannungsgas aus dem Prozesskondensat. Dabei kann der Abscheider im Wesentlichen ein Behälter sein, mit einem Einlass für den Zustrom des entspannten Prozesskondensat/Dampf-Gemischs, einem Auslass am Boden für die flüssige Phase und einem Auslass für das Entspannungsgas-/dampf-Gemisch.
d) Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen Prozesskondensat und Permeat.. Dieser Wärmetauscher kann beispielsweise ein Rohrbündel- oder ein Plattenwärmetauscher sein.
e) Kühler zum Senken der Temperatur des Prozesskondensats.
f) Anlage zur Bestrahlung des Prozesskondensats mit UV-Licht. Die Lichtelemente werden dabei so positioniert, dass das Prozesskondensat gleichmäßig und mit ausreichender Intensität bestrahlt wird.
g) Umkehr-Osmose-Anlage zur Behandlung des Prozesskondensats. Die Qualität der Membran dieser Anlage ist auf die Beschaffenheit der abzutrennenden Verunreinigungen abgestimmt.
h) Kessel zur thermischen Entgasung des in Teil f) erzeugten Permeats. Der Kessel ist so groß ausgelegt, dass er auch zu Entgasung des Kesselspeisewassers dienen kann, das dem gereinigten Prozesskondensat beigemischt wird. Der Kessel ist mit einem Heizelement und mit einem, mit Füllkörpern gefülltem Dom, ausgestattet. Der Dom ist so ausgeführt, dass darüber das Prozesskondensat und das Kesselspeisewasser in den Kessel eingeleitet und die aus den Wässern ausgetriebenen Gase ausgeleitet werden, wodurch es zu einem Strippeffekt zur Reinigung der über den Dom und die Füllkörperpackung zulaufenden Wässer kommt.
i) Leitung zur Weiterleitung des Permeats zur Dampferzeugung.

Eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage umfasst weiterhin Mittel zum Einspeisen von Wasserstoffperoxid und/oder Ozon und Titandioxid in das Prozesskondensat zwischen Anlagenteil e) und f). In diesem Anlagenteil werden im Prozesskondensat Hydroxylionen erzeugt und damit die Wirkung des anschließend eingesetzten UV-Lichts, das ebenfalls Hydroxylionen erzeugt, verstärkt.
Eine weitere bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage umfasst weiterhin Mittel zum Mittel zum Einspeisen einer basische Substanz in das Prozesskondensat zwischen Anlagenteil f) und g). In diesem Anlagenteil kann die Dissoziation von Säuren und Salzen im Prozesskondensat gefördert werden und die damit die Wirksamkeit der anschließenden Umkehrosmose verbessert werden. Denn die durch die Dissoziation entstandenen Ionen bilden eine sie umgebende Sphäre von Wassermolekülen aus und werden dadurch gehindert, die Membran des Umkehrosmosemoduls zu passieren.
Ausführungsbeispiel
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Die erfindungsgemäße Anlage soll im Folgenden anhand der Zeichnung 1 erläutert werden. Dabei zeigt:
1 ein Fließbild einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage.
Fig. 1:
Das aus dem Synthesegas abgetrennte Prozesskondensat 1 wird in der Entspannungsvorrichtung 2 auf nahezu atmosphärischen Druck entspannt und in den Abscheider 3 eingeleitet. Durch die verbundene Dampfbildung wird das Prozesskondensat 1 auf ungefähr 100°C abgekühlt. Das im Abscheider 3 aus dem Kondensat abgetrennte Entspannungsgas-/dampfgemisch 4 wird zur weiteren Behandlung aus dem Verfahren ausgeleitet. Im Wärmetauscher 5 wird Wärme zwischen dem heißen, ungereinigten und dem abgekühlten, gereinigten Prozesskondensat ausgetauscht. Durch den Kühler 15 wird die Temperatur des Prozesskondensats auf ca. 40°C gesenkt, um die nachfolgenden UV-Lampen nicht zu hohen Temperaturen auszusetzen. Dem abgekühlten Prozesskondensat wird ein Strom 6 aus Wasserstoffperoxid oder Ozon, jeweils mit Titandioxid als Katalysator, in das Prozesskondensat beigefügt. In der Anlage 7 wird das Prozesskondensat mit UV-Licht bestrahlt. Durch das Wasserstoffperoxid, das Ozon und das UV-Licht werden Protonen erzeugt, die die im Kondensat enthaltenen Verunreinigungen zersetzen. Um die Zersetzungsprodukt stärker zu dissoziieren, wird anschließend eine Base 8 eingespeist. Das so behandelte Prozesskondensat wird in das Umkehrosmosemodul 9 eingeleitet. Dort werden die Verunreinigungen als Konzentratstrom 10 abgetrennt und zur weiteren Behandlung aus dem Verfahren ausgeleitet. Das gereinigte Prozesskondensat (Permeat des Umkehrosmoseprozesses) wird, nach dem Wärmeaustausch in 5, gemeinsam mit Kesselspeisewasser 11 zur thermischen Entgasung in den Kessel 12 eingeführt. Das dabei ausgetriebene Gas 13 wird zur weiteren Behandlung aus dem Verfahren ausgeleitet. Das entgaste Wasser 14 wird der Dampferzeugung (nicht dargestellt) zugeführt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Durch die Erfindung ist es möglich, die Erzeugung von Prozess- und Exportdampf in einem gemeinsamen Dampferzeugungssystem durchzuführen und damit Investitions- und Betriebskosten zu sparen. Die Erfindung ist daher gewerblich anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Prozesskondensat, in verschiedenen Reinheitszuständen
2: Entspannungsventil
3: Abscheider
4: Entspannungsgas-/dampfgemisch
5: Wärmetauscher
6: Wasserstoffperoxid/Ozon/Titandioxid
7: Anlage zur Bestrahlung mit UV-Licht
8: Base
9: Umkehrosmosemodul
10: Konzentratstrom
11: Kesselspeisewasser
12: Kessel für thermische Entgasung
13: Ausgetriebenes Gas
14: Entgastes Wasser zur Dampferzeugung
15: Kühler

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

EP 2456721 B1 [0005]
DE 4008458 A1 [0006]

Claims

Anlage zur Reinigung von Prozesskondensat aus der katalytischen Dampfreformierung eines kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzgases, umfassend die Anlagenteile: a) Mittel zur Bereitstellung eines unter erhöhtem Druck stehenden, aus dem bei der Dampfreformierung erzeugten Synthesegas abgetrennten Prozesskondensats, b) Vorrichtung zur Entspannung des Prozesskondensats, c) Abscheider zur mechanischen Abscheidung von Entspannungsgas aus dem Prozesskondensat, d) Wärmetauscher zum Wärmeaustausch zwischen Prozesskondensat und Permeat, e) Kühler zum Senken der Temperatur des Prozesskondensats, f) Anlage zur Bestrahlung des Prozesskondensats mit UV-Licht, g) Umkehr-Osmose-Anlage zur Behandlung des Prozesskondensats, h) Kessel zur thermischen Entgasung des in Teil f) erzeugten Permeats i) Leitung zur Weiterleitung des Permeats zur Dampferzeugung.
Anlage nach Anspruch 1, weiter umfassend Mittel zum Einspeisen von Wasserstoffperoxid und/oder Ozon und Titandioxid in das Prozesskondensat zwischen Anlagenteil e) und f).
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend Mittel zum Einspeisen einer basische Substanz in das Prozesskondensat zwischen Anlagenteil f) und g).