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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entschwefelung von Erdgas.
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Erdgas muss nach seiner Förderung als Rohgas zunächst aufbereitet werden, bevor es beispielsweise mittels Pipelines über weite Strecken transportiert und schließlich zur Energiegewinnung beim Verbraucher eingesetzt werden kann. Erdgas als Rohgas nach seiner Förderung enthält Schwefelwasserstoff und wird daher auch als Sauergas oder „Sour Gas“ bezeichnet. Ein zentraler Schritt der Erdgasaufbereitung ist die Entschwefelung durch Entfernung des Schwefelwasserstoffs aus dem „Sour Gas“, beispielsweise mittels Aminwäsche. Während der von Schwefel gereinigte Erdgasstrom einer weiteren Aufbereitung zugeführt wird, wird der schwefelwasserstoffhaltige Abgasstrom, der als „Acid Gas“ bezeichnet wird, einer Schwefelrückgewinnung zugeführt, beispielsweise nach dem Claus Prozess. Die Schwefelrückgewinnung stellt elementaren Schwefel als Rohstoff zur Verfügung.
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Inzwischen werden jedoch weltweit große Mengen an auf diese oder vergleichbare Weise gewonnenem Schwefel angeboten, so dass es sich als schwierig erweist, den durch die Entschwefelung zur Verfügung gestellten elementaren Schwefel einer Verwendung zuzuführen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die die anfallende Schwefelmenge bei der Entschwefelung von Erdgas reduziert und zusätzlich oder alternativ zu elementarem Schwefel weitere Produkte herstellt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Entschwefelung von Erdgas vor, umfassend
- a) eine Entschwefelungsanlage für „Sour Gas“, die neben dem entschwefelten Erdgas ein schwefelwasserstoffhaltiges „Acid Gas“ bildet,
- b) eine Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel und eines schwefelwasserstoffhaltigen „Tail Gas“ als Abgas aus „Acid Gas“ der Entschwefelungsanlage,
- c) eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips aus „Tail Gas“ oder aus „Acid Gas“ oder aus einem Gemisch aus „Acid Gas“ und „Tail Gas“,
- d) ein Gasleitungssystem zur Zuführung von „Acid Gas“ von der Entschwefelungsanlage zur Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel und zur Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips sowie zur Zuführung von „Tail Gas“ von der Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel zur Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips,
- d1) wobei das Gasleitungssystem eine Gasverteilereinrichtung aufweist, die in einer ersten Stellung „Acid Gas“ ausschließlich der Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel zuführt, in einer zweiten Stellung „Acid Gas“ ausschließlich der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips zuführt, und in einer Verteilerstellung einen ersten Teil des „Acid Gas“ der Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel und einen zweiten Teil des „Acid Gas“ der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips zuführt.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips umfasst:
- c1) eine Stromerzeugungseinrichtung umfassend eine Verbrennungseinrichtung zur Verbrennung von „Tail Gas“ oder „Acid Gas“ oder einer Mischung aus „Tail Gas“ und „Acid Gas“, wobei die bei der Verbrennung freiwerdende Energie zumindest teilweise zur Stromerzeugung eingesetzt wird, und
- c2) eine Rauchgasentschwefelungsanlage zur Entschwefelung der bei der Verbrennung entstehende schwefeloxidhaltige Verbrennungsabgase unter Bildung von Gips,
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Die Entschwefelungsanlage entschwefelt das Erdgas beispielsweise mittels einer Aminwäsche. Die Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel aus „Acid Gas“ der Entschwefelungsanlage arbeitete beispielsweise mit einem Claus Prozess.
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Die Gasverteilereinrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie in der Verteilerstellung eine Einstellung der Menge des „Acid Gas“, die als erster Teil des „Acid Gas“ der Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel zugeführt wird, und der Menge des „Acid Gas“, die als zweiter Teil des „Acid Gas“ der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips zuführt wird, ermöglicht. Mit anderen Worten: Das Verhältnis zwischen erstem Teil und zweitem Teil des „Acid Gas“ kann in der Verteilerstellung mittels der Gasverteilereinrichtung eingestellt werden.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass der Schwefeloxidgehalt im gereinigten Abgas nach der Rauchgasentschwefelung durch die vorgeschaltete Kombination aus einem Prozess zur Gewinnung elementaren Schwefels und einem Prozess zur Stromerzeugung mittels Gasverbrennung weiter reduziert wird und damit niedriger als im Tail Gas ist. Ferner lassen sich die beiden Teilverfahren Schwefelgewinnung und Verbrennung zur Stromerzeugung durch die Einstellung des Mischverhältnisses zwischen Tail Gas und zweitem Teil von Acid Gas jeweils unter optimierten Bedingungen, insbesondere bei einem bevorzugten Schwefelwasserstoffanteil, betreiben. Ein weiterer Vorteil ist, dass die schwefelwasserstoffhaltigen Gase nicht mehr ungenutzt entweichen, sondern dass sie energetisch verwertet werden, indem sie zur Stromerzeugung eingesetzt werden.
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Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass sich die Menge an anfallendem elementaren Schwefel reduziert, da Schwefel nunmehr auch in Form von Gips eingelagert wird. Im Vergleich zu elementarem Schwefel besteht ein hoher Bedarf an Gips für verschiedenste Gipsprodukte.
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Vorzugsweise liegt die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungseinrichtung bei mindestens 1.000 °C. Dies hat den Vorteil, dass bei derart hohen Verbrennungstemperaturen auch schädliche Begleitstoffe wie Kohlenmonoxid, Benzol und sonstige Schwefelverbindungen vollständig zu Kohlendioxid, Schwefeloxid und Wasser verbrennen und damit im Verbrennungsabgas nicht mehr oder zumindest nur deutlich reduziert vorkommen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbrennungseinrichtung der Stromerzeugungseinrichtung einen Dampferzeuger umfasst oder ein Dampferzeuger ist, der Teil des thermodynamischen Kreislaufes eines Dampfkraftprozesses ist, der wiederum eine dem Dampferzeuger nachgeschaltete Dampfturbine und einen der Dampfturbine nachgeschalteten Kondensator umfasst. Zur Stromerzeugung ist ein von der Dampfturbine angetriebener Generator vorgesehen. Die bei der Verbrennung in der Verbrennungseinrichtung freiwerdende Energie wird in diesem Fall dadurch zumindest teilweise zur Stromerzeugung eingesetzt, dass die freiwerdende Energie zunächst zumindest teilweise im Dampferzeuger zur Dampferzeugung eingesetzt wird und der erzeugte Dampf dann zumindest teilweise der Dampfturbine zugeführt wird, die zur Stromerzeugung den Generator antreibt. Es kann auch vorgesehen sein, den Dampf zumindest teilweise abzuzweigen und einer thermischen Nutzung zuzuführen, beispielsweise zu Heiz- bzw. Erwärmungszwecken.
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Alternativ oder additiv kann die Stromerzeugungseinrichtung auch eine Gasturbine und/oder einen Gasmotor umfassen. Zur Stromerzeugung ist in diesem Fall ein von der Gasturbine und/oder dem Gasmotor angetriebener Generator vorgesehen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor:
- - eine Messeinrichtung zur Ermittlung der Zusammensetzung und/oder des Heizwertes des Gases vor der Verbrennung in der Verbrennungseinrichtung („Tail Gas“ oder „Acid Gas“ oder Mischung aus „Tail Gas“ und „Acid Gas“),
- - eine Auswertungseinrichtung zum Vergleich der ermittelten Zusammensetzung mit einer vorgegebenen Zusammensetzung oder einer vorgegebenen Zusammensetzungsbandbreite und/oder zum Vergleich des ermittelten Heizwertes mit einem vorgegebenen Heizwert oder einer vorgegebenen Heizwertbandbreite, und
- - eine Steuereinrichtung und eine Zuführeinrichtung für Erdgas, wobei die Steuereinrichtung bei einem von der Auswertungseinrichtung ermittelten Abweichen von der vorgegebenen Zusammensetzung oder Zusammensetzungsbandbreite und/oder von dem vorgegebenen Heizwert oder der vorgegebenen Heizwertbandbreite einen zur Korrektur erforderlichen zusätzlicher Anteil an Erdgas ermittelt und dem Gas vor der Verbrennung über die Zuführeinrichtung zumischt.
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Dadurch lässt sich sicherstellen, dass eine für die vorgesehene Verbrennung möglichst optimale Zusammensetzung der zu verbrennenden Gase vorliegt. Alternativ oder additiv kann auch vorgesehen sein, das Mischverhältnis zwischen „Tail Gas“ und zweitem Teil des „Acid Gas“ anzupassen, insbesondere um den Schwefelwasserstoffanteil im der Verbrennungseinrichtung zugeführten Gas anzupassen, beispielsweise mittels der Gasverteilereinrichtung.
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Beispielsweise kann die vorgegebene Zusammensetzung oder die vorgegebenen Zusammensetzungsbandbreite folgende Anteile in Molprozent vorsehen:
- Schwefelwasserstoff: 3% bis 70%, insbesondere 40% bis 60%, vorzugsweise etwa 50%, und/oder
- Kohlendioxid: 10% bis 90%, insbesondere 40% bis 60%, vorzugsweise etwa 50%.
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Alternativ oder additiv kann der vorgegebene Heizwert oder die vorgegebene Heizwertbandbreite bei 9 bis 30 MJ/m3 (in Normbedingungen), insbesondere bei 15 bis 25 MJ/m3 (in Normbedingungen), vorzugsweise bei etwa 20 MJ/m3 (in Normbedingungen) liegen.
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Da die Verbrennungsabgase einen im Vergleich zu üblichen Verbrennungsabgasen sehr hohen Schwefeloxidanteil (insbesondere Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxidanteil) haben, kann es zweckmäßig sein, eine mehrstufige Rauchgasentschwefelungsanlage vorzusehen, vorzugsweise eine mehrstufige Rauchgasentschwefelungsanlage umfassend einen Festbettreaktor zur Schwefeltrioxidabscheidung und eine Kalkwäsche (Nasswäsche) zur Schwefeldioxidabscheidung.
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Beispielsweise kann bei einer mehrstufigen Rauchgasentschwefelungsanlage in einer Verfahrensstufe, vorzugsweise in einer ersten Verfahrensstufe, Schwefeltrioxid in einem Festbettreaktor abgeschieden werden. In einer anderen Verfahrensstufe kann Schwefeldioxid in der Nasswäsche abgeschieden werden. Im Festbettreaktor kann Kalkstein verwendet werden, beispielsweise der Körnung 4/6 mm. Zur Nasswäsche kann Kalksteinmehl eingesetzt werden, beispielsweise mit folgender Körnung: 90% unter 0,063 mm.
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Ein wesentlicher Vorteil dieser mehrstufigen Rauchgasentschwefelungsanlage ist das Abscheiden von Schwefeltrioxid. Das Schwefeltrioxid würde eine reine Nasswäsche nahezu unverändert passieren, das heißt ohne den Festbettreaktor in einer der Verfahrensstufen würde das Schwefeltrioxid den Kamin erreichen und am Kaminaustritt Aerosolnebel bilden. Gerade bei der gemäß der Erfindung vorgesehenen Verbrennung schwefelwasserstoffhaltiger Abgase aus der Entschwefelung von „Sour Gas“ ist der Anteil von Schwefeltrioxid relativ hoch, und dementsprechend kommt hier einer mehrstufigen Rauchgasentschwefelungsanlage mit Festbettreaktor zum Abscheiden von Schwefeltrioxid besondere Bedeutung zu.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Schwefeloxide zu über 99,9% aus dem „Acid Gas“ abscheiden bzw. der Restanteil an Schwefeloxiden liegt bei unter 100 mg/m3 (in Normbedingungen).
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips ein Gipswerk umfasst, das den bei der Rauchgasentschwefelung entstehenden Gips zur Herstellung von Gipsprodukten einsetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Gipskartonplatten und/oder Fertiggipsmischungen.
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Das vorgenannte Gipswerk kann derart eingerichtet sein, dass es seinen Bedarf an elektrischer Energie ganz oder teilweise aus der Stromerzeugungseinrichtung deckt. Auch kann das Gipswerk derart eingerichtet sein, dass es seinen Wärmebedarf ganz oder teilweise den bei der Verbrennung der Gase in der Verbrennungseinrichtung entstehenden Verbrennungsgasen und/oder den Stromerzeugungs-Prozessen, insbesondere dem thermodynamischen Kreislauf des Dampfkraftprozesses, entnimmt. Ist vorgesehen, den Wärmebedarf ganz oder teilweise dem Dampfkraftprozess zu entnehmen, so kann dies dadurch erfolgen, dass Dampf über eine Abzweigung direkt dem Gipswerk zu Heiz- bzw. Erwärmungszwecken zugeführt wird. Beispielsweise kann der Dampf zur Erwärmung der Trocknungs- und/oder Kalziniereinrichtungen des Gipswerks eingesetzt werden. Ein wesentlicher Vorteil hierbei ist, dass sich auf diese Weise eine Kohlendioxidabgabe des Gipswerks an die Umwelt vermeiden lässt.
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Ein Verfahren zur Entschwefelung von Erdgas mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst folgende Schritte:
- a) Bereitstellung von Erdgas in Form von schwefelwasserstoffhaltigem „Sour Gas“;
- b) Entschwefelung des „Sour Gas“ mittels der Entschwefelungsanlage, wobei neben dem entschwefelten Erdgas ein schwefelwasserstoffhaltiges „Acid Gas“ gebildet wird;
- c) Einstellung der Gasverteilereinrichtung des Gasleitungssystems in die erste Stellung oder in die zweite Stellung oder in die Verteilerstellung, wobei in der ersten Stellung „Acid Gas“ ausschließlich der Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel zugeführt wird, in der zweiten Stellung „Acid Gas“ ausschließlich der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips zugeführt wird, und in der Verteilerstellung ein erster Teil des „Acid Gas“ der Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel und ein zweiter Teil des „Acid Gas“ der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips zugeführt wird;
- d) Erzeugung von Strom und Gips aus „Tail Gas“ oder aus „Acid Gas“ oder aus einem Gemisch aus „Acid Gas“ und „Tail Gas“ mittels der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips,
- d1) wobei „Tail Gas“ oder „Acid Gas“ oder einer Mischung aus „Tail Gas“ und „Acid Gas“ der Verbrennungseinrichtung der Stromerzeugungseinrichtung zugeführt und dort verbrannt wird, wobei die bei der Verbrennung freiwerdende Energie zumindest teilweise zur Stromerzeugung eingesetzt wird,
- d2) wobei bei der Verbrennung entstehende schwefeloxidhaltige Verbrennungsabgase einer Rauchgasentschwefelung mittels der Rauchgasentschwefelungsanlage zugeführt werden, und
- d3) wobei bei der Rauchgasentschwefelung Gips gebildet wird.
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Die Vorteile des Verfahrens ergeben sich aus den vorstehend beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Vorzugsweise erfolgt die Verbrennung gemäß Schritt d1) bei einer Verbrennungstemperatur von mindestens 1.000 °C.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens geht aus von einer Vorrichtung, bei der die Verbrennungseinrichtung der Stromerzeugungseinrichtung einen Dampferzeuger umfasst oder ein Dampferzeuger ist, der Teil des thermodynamischen Kreislaufes eines Dampfkraftprozesses ist, der wiederum eine dem Dampferzeuger nachgeschaltete Dampfturbine und einen der Dampfturbine nachgeschalteten Kondensator umfasst. In diesem Fall kann das Verfahren vorsehen, dass die bei der Verbrennung freiwerdende Energie dadurch zumindest teilweise zur Stromerzeugung eingesetzt wird, dass die freiwerdende Energie zunächst zumindest teilweise im Dampferzeuger zur Dampferzeugung eingesetzt wird und der erzeugte Dampf dann zumindest teilweise der Dampfturbine zugeführt wird, die zur Stromerzeugung einen Generator antreibt. Es kann auch vorgesehen werden, den Dampf zumindest teilweise abzuzweigen und einer thermischen Nutzung zuzuführen, beispielsweise zu Heiz- bzw. Erwärmungszwecken.
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Falls die die Stromerzeugungseinrichtung der Vorrichtung eine Gasturbine und/oder einen Gasmotor umfasst, kann das Verfahren auch vorsehen, dass die Stromerzeugung durch einen von der Gasturbine und/oder dem Gasmotor angetriebenen Generator erfolgt.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Zusammensetzung und/oder der Heizwert des der Stromerzeugungseinrichtung gemäß Schritt d1) zugeführten Gases („Tail Gas“ oder „Acid Gas“ oder Mischung aus „Tail Gas“ und „Acid Gas“) vor der Verbrennung in der Verbrennungseinrichtung ermittelt, beispielsweise gemessen, wird. Die ermittelte Zusammensetzung wird mit einer vorgegebenen Zusammensetzung oder einer vorgegebenen Zusammensetzungsbandbreite und/oder der ermittelte Heizwert mit einem vorgegebenen Heizwert oder einer vorgegebenen Heizwertbandbreite verglichen. Bei einem Abweichen von der vorgegebenen Zusammensetzung oder Zusammensetzungsbandbreite und/oder von dem vorgegebenen Heizwert oder der vorgegebenen Heizwertbandbreite wird ein zur Korrektur erforderlicher zusätzlicher Anteil an Erdgas ermittelt und dem Gas vor der Verbrennung zugemischt.
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Beispielsweise kann die vorgegebene Zusammensetzung oder die vorgegebenen Zusammensetzungsbandbreite folgende Anteile in Molprozent vorsehen:
- Schwefelwasserstoff: 3% bis 70%, insbesondere 40% bis 70%, vorzugsweise etwa 50%, und/oder
- Kohlendioxid: 10% bis 90%, insbesondere 40% bis 60%, vorzugsweise etwa 50%.
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Alternativ oder additiv kann der vorgegebene Heizwert oder die vorgegebene Heizwertbandbreite bei 9 bis 30 MJ/m3 (in Normbedingungen), insbesondere bei 15 bis 25 MJ/m3 (in Normbedingungen), vorzugsweise bei etwa 20 MJ/m3 (in Normbedingungen) liegen.
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Da die Verbrennungsabgase einen im Vergleich zu üblichen Verbrennungsabgasen sehr hohen Schwefeloxidanteil (insbesondere Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxidanteil) haben, kann es zweckmäßig sein, eine mehrstufige Rauchgasentschwefelung vorzusehen, vorzugsweise eine mehrstufige Rauchgasentschwefelung umfassend einen Festbettreaktor zur Schwefeltrioxidabscheidung und eine Kalkwäsche (Nasswäsche) zur Schwefeldioxidabscheidung. Die bei der Vorrichtung beschriebenen Beispiele und Anmerkungen zur Rauchgasentschwefelungsanlage gelten analog für das Verfahren.
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Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass der bei der Rauchgasentschwefelung entstehende Gips einem Gipswerk zugeführt wird zur Herstellung von Gipsprodukten, insbesondere Gipskartonplatten und/oder Fertiggipsmischungen.
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Das vorgenannte Gipswerk kann seinen Bedarf an elektrischer Energie ganz oder teilweise aus der Stromerzeugung gemäß Schritt d1) decken. Auch kann das Gipswerk seinen Wärmebedarf ganz oder teilweise den bei der Verbrennung gemäß Schritt d1) entstehenden Verbrennungsgasen und/oder den Stromerzeugungs-Prozessen, insbesondere dem thermodynamischen Kreislauf des Dampfkraftprozesses, entnehmen.
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Ist vorgesehen, den Wärmebedarf ganz oder teilweise dem Dampfkraftprozess zu entnehmen, so kann dies dadurch erfolgen, dass Dampf abgezweigt und dem Gipswerk zu Heiz- bzw. Erwärmungszwecken zugeführt wird. Beispielsweise kann der Dampf zur Erwärmung der Trocknungs- und/oder Kalziniereinrichtungen des Gipswerks eingesetzt werden. Ein wesentlicher Vorteil hierbei ist, dass sich auf diese Weise eine Kohlendioxidabgabe des Gipswerks an die Umwelt vermeiden lässt.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
- 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entschwefelung von Erdgas,
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips,
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips, und
- 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips.
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Einander entsprechende Teile und Komponenten sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Entschwefelung von Erdgas. Durch die Figur wird auch das Verfahren zur Entschwefelung von Erdgas verdeutlicht.
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Die Vorrichtung 100 umfasst eine Entschwefelungsanlage 102, der gefördertes Erdgas (Rohgas) in Form von schwefelwasserstoffhaltigem „Sour Gas“ 101 zugeführt wird. Beispielsweise erfolgt in der Entschwefelungsanlage 102 eine Aminwäsche. Bei der Entschwefelung des „Sour Gas“ 101 in der Entschwefelungsanlage 102 wird einerseits entschwefeltes Erdgas 103 und andererseits ein schwefelwasserstoffhaltiges „Acid Gas“ 104 gebildet. Das entschwefelte Erdgas 103 kann, gegebenenfalls nach weiteren Behandlungsschritten, an Verbraucher geliefert werden.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 100 eine Anlage 106 zur Gewinnung von elementarem Schwefel 107, beispielsweise einer Claus Anlage zur Ausführung eines Claus Prozesses. Über ein untenstehend näher beschriebenes Gasleitungssystem 105 kann dieser Anlage 106 „Acid Gas“ 104 aus der Entschwefelungsanlage 102 zugeführt werden. Bei der Gewinnung von elementarem Schwefel 107 in dieser Anlage 106 wird neben dem elementaren Schwefel 107 als Abgas ein schwefelwasserstoffhaltiges „Tail Gas“ 108 gebildet.
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Als weitere Komponente der Vorrichtung 100 ist eine Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Strom 24 und Gips 21 vorgesehen. Über das Gasleitungssystem 105 kann dieser Vorrichtung 1 „Tail Gas“ 108 oder „Acid Gas“ 104 oder ein Gemisch aus „Acid Gas“ 104 und „Tail Gas“ 108 zugeführt werden. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Stromerzeugungseinrichtung 4 umfassend eine Verbrennungseinrichtung 6 zur Verbrennung des zugeführten Gases, wobei die bei der Verbrennung freiwerdende Energie zumindest teilweise zur Stromerzeugung eingesetzt wird. Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Rauchgasentschwefelungsanlage 19 zur Entschwefelung der bei der Verbrennung entstehende schwefeloxidhaltige Verbrennungsabgase 18 unter Bildung von Gips 21.
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Das bereits angesprochene Gasleitungssystem 105 dient sowohl der Zuführung von „Acid Gas“ 104 von der Entschwefelungsanlage 102 zur Anlage 106 zur Gewinnung von elementarem Schwefel 107 und zur Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Strom 24 und Gips 21 als auch der Zuführung von „Tail Gas“ 108 von der Anlage 106 zur Gewinnung von elementarem Schwefel 107 zur Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Strom 24 und Gips 21. Das Gasleitungssystem 105 weist eine Gasverteilereinrichtung 109 auf, die in einer ersten Stellung „Acid Gas“ ausschließlich der Anlage 106 zur Gewinnung von elementarem Schwefel 107 zuführt, in einer zweiten Stellung „Acid Gas“ ausschließlich der Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Strom 24 und Gips 21 zuführt, und in einer Verteilerstellung einen ersten Teil des „Acid Gas“ 104 der Anlage 106 zur Gewinnung von elementarem Schwefel 107 und einen zweiten Teil des „Acid Gas“ 104 der Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Strom 24 und Gips 21 zuführt. Das Verhältnis zwischen erstem Teil und zweitem Teil des „Acid Gas“ 104 kann in der Verteilerstellung mittels der Gasverteilereinrichtung 109 eingestellt werden.
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2 bis 4 zeigen drei verschiedene Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Strom und Gips und verdeutlichen damit auch des Verfahrens zur Erzeugung von Strom und Gips.
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Bei allen drei Ausführungsbeispielen ist auf der linken Seite jeweils nochmals die Zuführung von „Tail Gas“ 108 und/oder „Acid Gas“ 104 gezeigt. Wie bereits erläutert kann jedes Gas für sich oder auch eine Mischung aus „Tail Gas“ 108 und „Acid Gas“ 104 der Vorrichtung 1 und damit dem Verfahren zur Erzeugung von Strom und Gips zugeführt werden.
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Konkret wird das Gas jeweils einer Stromerzeugungseinrichtung 4 zugeführt und dort, vorzugsweise unter Zuführung von Luft 5, verbrannt, wobei die bei der Verbrennung freiwerdende Energie zumindest teilweise zur Stromerzeugung eingesetzt wird.
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In allen Ausführungsbeispielen ist gezeigt, dass das Gas vor der Zuführung zur Stromerzeugungseinrichtung 4 durch eine Gasmischeinrichtung 17 geführt wird, deren Aufgabe die Bereitstellung eines Gases 3 ist, dessen Zusammensetzung einer vorgegebenen Zusammensetzung entspricht bzw. innerhalb einer vorgegebenen Zusammensetzungsbandbreite und/oder dessen Heizwert einem vorgegebenen Heizwert entspricht bzw. in einer vorgegebenen Heizwertbandbreite liegt. Beispiele für diese vorgegebene Zusammensetzung bzw. Zusammensetzungsbandbreite und diesen vorgegebenen Heizwert bzw. die Heizwertbandbreite wurden vorstehend in der allgemeinen Beschreibung bereits angegeben. Eine derartige Gasmischeinrichtung 17 ist zur Verwirklichung der Erfindung nicht zwingend erforderlich.
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Die Gasmischeinrichtung 17 umfasst eine Messeinrichtung 12, mit der die Zusammensetzung und/oder der Heizwert der ankommenden schwefelwasserstoffhaltigen Gase 3 („Tail Gas“ 108 oder „Acid Gas“ 104 oder einer Mischung aus „Tail Gas“ 108 und „Acid Gas“ 104) ermittelt wird. Weiter umfasst die Gasmischeinrichtung 17 eine Auswertungseinrichtung 13, die die ermittelte Zusammensetzung mit der vorgegebenen Zusammensetzung bzw. der vorgegebenen Zusammensetzungsbandbreite bzw. den ermittelten Heizwert mit einem vorgegebenen Heizwert bzw. einer vorgegebenen Heizwertbandbreite vergleicht.
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Ferner umfasst die Gasmischeinrichtung 17 eine Steuereinrichtung 14 und eine Zuführeinrichtung 15 für Erdgas. Die Steuereinrichtung 14 ermittelt bei einem von der Auswertungseinrichtung 13 ermittelten Abweichen von der vorgegebenen Zusammensetzung bzw. Zusammensetzungsbandbreite und/oder von dem vorgegebenen Heizwert bzw. der vorgegebenen Heizwertbandbreite einen zur Korrektur erforderlichen zusätzlichen Anteil an Erdgas, und sie wirkt derart mit der Zuführeinrichtung 15 zusammen, dass der ermittelte zur Korrektur erforderliche Anteil an Erdgas dem Gas 3 als Zumischgas 16 vor der Verbrennung über die Zuführeinrichtung 15 zugemischt wird. Alternativ oder additiv kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zur Korrektur das Mischverhältnis zwischen „Tail Gas“ 108 und zweitem Teil 109 des „Acid Gas“ anpasst, beispielsweise über die Gasverteilereinrichtung 109.
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Anschließend werden die gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Zusammensetzung korrigierten schwefelwasserstoffhaltigen Gase 3 der Stromerzeugungseinrichtung 4 zugeführt. Die Stromerzeugungseinrichtung 4 im Ausführungsbeispiel nach 2 umfasst einen thermodynamischen Kreislauf 11 eines Dampfkraftprozesses. Hierzu umfasst die Stromerzeugungseinrichtung 4 als Verbrennungsanlage 6 einen Dampferzeuger, dem das Gas 3 zugeführt wird. In dem Dampferzeuger werden die schwefelwasserstoffhaltigen Gase 3 verbrannt, unter Zuführung von Luft 5, vorzugsweise bei einer Verbrennungstemperatur von mindestens 1.000 °C. Die freiwerdende Energie wird im Dampferzeuger zumindest teilweise zur Dampferzeugung eingesetzt.
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Die Stromerzeugungseinrichtung 4 umfasst ferner eine Dampfturbine 7, die dem Dampferzeuger nachgeschaltet ist. Der Dampfturbine 7 wird der von dem Dampferzeuger erzeugte Dampf 10 zugeführt. Die Dampfturbine 7 wiederum ist mit einem Generator 8 gekoppelt, der von der Dampfturbine 7 zur Erzeugung von Strom 24 angetrieben wird. Der erzeugte Strom 24 kann in ein öffentliches Stromnetz 25 eingespeist und/oder elektrischen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden.
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Weiter umfasst die Stromerzeugungseinrichtung 4 einen Kondensator 9, der der Dampfturbine 7 nachgeschaltet ist, d.h. nach Durchströmen der Dampfturbine 7 wird der Dampf 10 dem Kondensator 9 zugeführt. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen luftgekühlten Kondensator 9.
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Nach dem Kondensieren im Kondensator 9 wird die kondensierte Flüssigkeit und/oder noch vorhandener Dampf wieder der Verbrennungseinrichtung 6, hier dem Dampferzeuger, zugeführt, der thermodynamische Kreislauf 11 des Dampfkraftprozesses ist damit geschlossen.
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Alternativ ist es auch möglich, den thermodynamischen Kreislauf 11 zu unterbrechen und nach dem Prinzip der klassischen Kraft-Wärme-Kopplung die im Dampf nach Durchströmen der Dampfturbine 7 noch enthaltene thermische Energie anderweitig zu nutzen, beispielsweise für Heizzwecke im Rahmen von Nah- oder Fernwärmeeinrichtungen. In diesem Fall muss dem thermodynamischen Kreislauf 11 des Dampfkraftprozesses der Stromerzeugungseinrichtung 4 zum Ausgleich vor dem Dampferzeuger Wasser zugeführt werden, d.h. es liegt kein Kreislaufprozess im eigentlichen Sinn mehr vor. Diese Alternative ist in den Figuren nicht dargestellt.
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Bei der Verbrennung der schwefelwasserstoffhaltigen Gase 3 in der Verbrennungseinrichtung 6, hier dem Dampferzeuger, entstehen Verbrennungsgase 18. Diese werden einer Rauchgasentschwefelungsanlage 19 zugeführt, dort gereinigt und anschließend als gereinigtes Abgas 20 abgegeben, beispielsweise direkt an die Umwelt, es können aber auch weitere Abgasreinigungsschritte nach- oder vorgeschaltet sein.
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Die Verbrennungsgase 18 weisen aufgrund des Schwefelwasserstoffgehalts der Ausgangsgase im Vergleich zu Verbrennungsabgasen bekannter Anlagen einen sehr hohen Schwefeldioxid- und Schwefeltrioxidanteil auf. Dementsprechend muss eine hierfür geeignete Rauchgasentschwefelungsanlage 19 vorgesehen sein, beispielsweise eine mehrstufige Rauchgasentschwefelungsanlage, vorzugsweise eine mehrstufige Rauchgasentschwefelungsanlage umfassend einen Festbettreaktor zur Schwefeltrioxidabscheidung und eine Kalkwäsche zur Schwefeldioxidabscheidung. Das für die Rauchgasentschwefelung erforderliche Wasser kann bei einem in Meernähe gelegenen Standort der Vorrichtung mittels Meerwasserpumpen dem Meer entnommen werden. Nach der Rauchgasentschwefelungsanlage 19 kann das gereinigte Abgas 20 an die Umwelt abgegeben werden.
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Bei der Rauchgasentschwefelung mit der Rauchgasentschwefelungsanlage 19 entsteht Gips 21, der einem Gipswerk 22 zur Herstellung von Gipsprodukten 23 zugeführt wird. Beispielsweise werden in diesem Gipswerk 22 Gipskartonplatten oder Fertiggipsmischungen unter Verwendung des Gipses 21 hergestellt.
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Das Gipswerk 22 ist derart ausgebildet und eingerichtet, dass es seinen Bedarf an elektrischer Energie ganz oder teilweise aus dem von der Stromerzeugungseinrichtung 4 erzeugten Strom deckt, d. h. das Gipswerk 22 stellt einen der vorgenannten elektrischen Verbraucher dar, denen die Stromerzeugungseinrichtung 4 den aus der Verbrennung der schwefelwasserstoffhaltigen Abluft erzeugten Strom 24 zur Verfügung stellt.
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Weiter deckt das Gipswerk 22 seinen Wärmebedarf ganz oder teilweise dadurch, dass es Dampf 26 aus dem vorstehend beschriebenen thermodynamischen Kreislauf 11 des Dampfkraftprozesses der Stromerzeugungseinrichtung 4 abzweigt und diesem abgezweigten Dampf 26 Wärmeenergie zu Erwärmungs- und/oder Heizzwecken entzieht. Beispielsweise kann der abgezweigte Dampf 26 auf diese Weise zum Kalzinieren des Gipses 21 und/oder zum Trocknen von Gipskartonplatten im Gipswerk 22 eingesetzt werden.
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Nach dieser thermischen Nutzung kann der abgezweigte Dampf 26 freigesetzt oder anderweitig genutzt werden. In diesem Fall muss dem thermodynamischen Kreislauf 11 des Dampfkraftprozesses der Stromerzeugungseinrichtung 4 zum Ausgleich Wasser zugeführt werden. Oder der abgezweigte Dampf 26 wird nach der thermischen Nutzung wieder in den thermodynamischen Kreislauf 11 des Dampfkraftprozesses der Stromerzeugungseinrichtung 4 zurückgeführt, so dass dieser Kreislauf im Wesentlichen hinsichtlich des Dampfes weiterhin geschlossen ist. Die Weiterführung des abgezweigten Dampfes 26 nach der thermischen Nutzung und die gegebenenfalls erforderliche Zuführung von Wasser in den thermodynamischen Kreislauf 11 sind in 2 nicht dargestellt.
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Das zweite Ausführungsbeispiel nach 3 und das dritte Ausführungsbeispiel nach 4 entsprechen hinsichtlich der Gaszuführung und der Gasmischeinrichtung 17 dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass hierfür auf die vorausgehenden Ausführungen zu 2 verwiesen wird.
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Die zweite und dritte Ausführungsform unterscheiden sich jedoch in der verwendeten Stromerzeugungseinrichtung 4 vom ersten Ausführungsbeispiel. Anstelle eines Dampfkraftprozesses umfasst die Stromerzeugungseinrichtung 4 im zweiten Ausführungsbeispiel eine Gasturbine 27 und im dritten Ausführungsbeispiel ein Gasmotor 28, jeweils mit vorgeschaltetem Kompressor 31 für das zugeführte Gas 3. Dieser Gasturbine 27 bzw. diesem Gasmotor 28 werden die wiederum gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Zusammensetzung korrigierten schwefelwasserstoffhaltigen Gase 3 zugeführt und in der Gastrubine 27 bzw. dem Gasmotor 28 verbrannt, unter Zuführung von Luft 5, vorzugsweise bei einer Verbrennungstemperatur von mindestens 1.000 °C. Die Gasturbine 27 bzw. der Gasmotor 28 sind mit einem Generator 8 gekoppelt, der von der Gasturbine 27 bzw. dem Gasmotor 28 zur Erzeugung von Strom 24 angetrieben wird. Der erzeugte Strom 24 kann wiederum wie im ersten Ausführungsbeispiel nach 1 in ein öffentliches Stromnetz 25 eingespeist und/oder elektrischen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden.
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Bei der Verbrennung der schwefelwasserstoffhaltigen Gase 3 in der Gasturbine 27 bzw. dem Gasmotor 28 entstehen Verbrennungsgase 18. Diese werden zur weiteren energetischen Verwertung vor der Weiterführung an eine Rauchgasentschwefelungsanlage 19 durch einen Wärmetauscher 29 geleitet. Im Wärmetauscher 29 wird den Verbrennungsgasen 18 thermische Energie entzogen und über einen geeigneten Fluidkreislauf 30 einem Gipswerk 22 zugeführt, so dass dieses Gipswerk 22 seinen Wärmebedarf ganz oder teilweise hierdurch decken kann. Beispielsweise kann die den Verbrennungsgasen 18 entzogene Wärme auf diese Weise zum Kalzinieren des Gipses 21 und/oder zum Trocknen von Gipskartonplatten im Gipswerk 22 eingesetzt werden.
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Alle weiteren Merkmale der Weiterführung der Verbrennungsgase 18, der Rauchgasentschwefelungsanlage 19 und des Gipswerks 22 entsprechen der bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels nach 2 besprochenen Lösung, so dass diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Erzeugung von Strom und Gips
- 3
- Gas
- 4
- Stromerzeugungseinrichtung
- 5
- Luft
- 6
- Verbrennungseinrichtung
- 7
- Dampfturbine
- 8
- Generator
- 9
- Kondensator
- 10
- Dampf
- 11
- Thermodynamischer Kreislauf des Dampfkraftprozesses
- 12
- Messeinrichtung
- 13
- Auswertungseinrichtung
- 14
- Steuereinrichtung
- 15
- Zuführeinrichtung
- 16
- Zumisch-Erdgas
- 17
- Gasmischeinrichtung
- 18
- Verbrennungsgase
- 19
- Rauchgasentschwefelungsanlage
- 20
- Gereinigtes Abgas
- 21
- Gips
- 22
- Gipswerk
- 23
- Gipsprodukte
- 24
- Strom
- 25
- Öffentliches Stromnetz
- 26
- Abgezweigter Dampf für Wärmebedarf des Gipswerks
- 27
- Gasturbine
- 28
- Gasmotor
- 29
- Wärmetauscher
- 30
- Fluidkreislauf
- 31
- Kompressor
- 100
- Vorrichtung zur Entschwefelung von Erdgas
- 101
- Sour Gas
- 102
- Entschwefelungsanlage für Sour Gas
- 103
- Entschwefeltes Erdgas
- 104
- Acid Gas
- 105
- Gasleitungssystem
- 106
- Anlage zur Gewinnung von elementarem Schwefel 107 aus Acid Gas 104
- 107
- Elementarer Schwefel
- 108
- Tail Gas
- 109
- Gasverteilereinrichtung
