DE2548972C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Konvertierung CO-haltiger Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Konvertierung CO-haltiger Gase mit Wasserdampf, wobei die Konvertierungseinrichtung mit einem vorgeschalteten Befeuchter und einem nachgeschalteten Entfeuchter versehen ist, die durch einen gemeinsamen Wasserkreislauf miteinander verbunden sind.

Es ist bekannt, CO-haltige Gase, die auf unterschiedliche Art und Weise, wie beispielsweise durch Partialoxydation (Vergasung) von Kohle oder durch katalytische Spaltung von Kohlenstoffen erzeugt werden können, der Konvertierungsreaktion

CO + H₂O dampfförmig — CO₂ + H₂

zu unterwerfen und dadurch den Wasserstoffgehalt des Gases zu erhöhen. Das gleichzeitig gebildete CO₂ kann dabei durch geeignete Waschverfahren aus dem konvertierten Gas abgetrennt werden. Die Konvertierung verläuft je nach Wahl des verwendeten Katalysators in der Regel im Bereich zwischen etwa 180 bis 260°C(Tieftemperaturkonvertierung) bzw. 350 bis 55O⁰C (Normaltemperaturkonvertierung). Das für die Umsetzung erforderliche Wasser wird dem zu konvertierenden Gas im sogen. Befeuchter zugegeben, wobei die bei der Konvertierungsreaktion freiwerdende Wärme normalerweise ausreicht, um das Reaktionsgemisch auf der gewünschten Reaktionstemperatur zu halten. Darüber hinaus kann durch das Einspritzen von Wasser in das Reaktionsgemisch ein unerwünschtes Ansteigen der Reaktionstemperatur bei der Konvertierung vermieden werden. Das aus der Konvertierungseinrichtung austretende konvertierte Gas wird anschließend im sogen. Entfeuchter durch Berieselung mit Wasser gekühlt, wobei gleichzeitig überschüssiger Wasserdampf aus dem Gas auskondensiert wird. Befeuchter und Entfeuchter sind deshalb heute normalerweise durch einen gemeinsamen Wasserkreislauf für das Berieselungswasser miteinander verbunden.

Beim Betrieb derartiger Konvertierungsanlagen, die in der Praxis weite Verbreitung gefunden haben, wurde jedoch wiederholt beobachtet, daß sich im Laufe der Zeit auf dem Konvertierungskatalysator Ablagerungen bilden, durch die die Aktivität des Katalysators deutlich herabgesetzt wurde, so daß derselbe vorzeitig erneuert werden mußte. Ferner wurde festgestellt, daß sich in den zur Konvertierungseinrichtung gehörenden Reaktionsgefäßen Beläge gebildet hatten, was zu einem unerwünschten Druckverlust in der Anlage führte.

Die Ursachen für diese Erscheinungen konnten zunächst nicht ermittelt werden. Die naheliegende Vermutung, daß dieselben auf eine Zersetzung des verwendeten Konvertierungskatalysators zurückzuführen seien, bestätigte sich nicht.

Die Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorstehend geschilderten Nachteile zu beseitigen.

Dies -vird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Austragung von silicium- bzw. aluminiumhaltigen Berieselungswasser dadurch verhindert wird, daß das befeuchtete und/oder das entfeuchtete Gas zusätzlich einer Wasserwäsche unterworfen wird. Bei der das verwendete Waschwasser einen Siliciumgehalt von nicht mehr als 30 mg S1O2/I aufweist und wobei diese Wäsche so vorgenommen wird, daß oberhalb des Verteilerbodens für das Berieselungswasser entweder ein weiterer Waschboden eingebaut wird oder daß das Waschwasser durch eine Düse über den ganzen Querschnitt des Be- bzw. Entfeuchters verteilt wird.

Die Erfindung ging von der auf Grund eingehender Untersuchungen gewonnenen Erkenntnis aus, daß die Bildung von Belägen auf dem Konvertierungskatalysator bzw. in den Reaktionsgefäßen der Konvertierungseinrichtung durch einen zu hohen Gehalt des Berieselungswassers an Silicium und/oder Aluminium verursacht wird, das im Kreislauf zwischen dem Befeuchter und Entfeuchter zirkuliert. Die Befeuchter und Entfeuchter sind normalerweise mit keramischen Füllkörpern gefüllt, um die notwendige Oberfläche für den direkten Stoffaustausch zwischen Gas und Wasser zu schaffen. Bei dem Kontakt des Berieselungswassers mit den keramischen Füllkörpern ist es praktisch unvermeidlich, daß im Laufe der Zeil eine bestimmte Menge an Silicium, insbesondere in Form von SiO^, aus dem keramischen Material herausgelöst wird. Darüber hinaus kann bei Verwendung besiimmter keramischer Ma-

terialien für die Füllkörper auch Aluminium in Form von AI2O3 herausgelöst werden. Bedingt durch die Xreislaufführung des Berieselungswassers kommt es so zu einer allmählichen Anreicherung dieser Substanzen im Berieselungswasser. Der sich dabei einstellende Silicium- bzw. Aluminiumgehalt hängt natürlich von der Beständigkeit der im Befeuchter bzw. im Entfeuchter verwendeten Füllkörper ab.

Ein Teil des im Kreislauf geführten BerieseiungswäS-sers wird jedoch stets unverdampft zusammen mit dem Gas in Form von Tröpfchen oder Nebel aus dem Befeuchter ausgetragen, so daß es auf diese Weise zusammen mit den darin enthaltenen Verunreinigungen in den zu konvertierenden Gasstrom gelangt Soweit sich das ausgetragene Silicium bzw. Aluminium nicht bereits jetzt auf dem Konvertierungskatalysator niederschlägt oder im Entfeuchter zusammen mit dem auskondensierten Dampf wieder abgeschieden wird, fällt es bei der nachfolgenden weiteren Abkühlung des den Entfeuchter verlassenden konvertierten Gases mit dem sogenannten Gaskondensat aus, welches in gesonderten Kondensatabscheidern gesammelt wird. Dieses Kondensat dient jedoch in vielen Fällen als Quenchwasser, das in die Konvertierungseinrichtung zurückgeführt wird und dort zur Einstellung der gewünschten Reaktionstemperatur dient Auf diese Art und Weise wird natürlich erreicht, daß sich das aus dem Befeuchter mit dem Berieselungswasser ausgetragene Silicium bzw. Aluminium zwangsläufig praktisch vollständig in der Konvertierungseinrichtung niederschlagen muß, was dann im Laufe der Zeit zu den weiter oben geschilderten Nachteilen führt Außerdem stört der Silicium- bzw. Aluminiumgehalt im Gaskondensat auch dann, wenn der Überschuß an Gaskondensat in einer Wasseraufbereitungsanlage behandelt werden soll. Diese Wasseraufbereitungsanlagen für das Gaskondensat sind heute in der Regel als Ionenaustauscheranlagen ausgebildet und werden durch einen zu hohen Gehalt an Silicium bzw. Aluminium im Gaskondensat zu stark belastet.

Wenn im Interesse der Temperatureinstellung des befeuchteten Gases eine derartige zusätzliche Wasserwäsche an dieser Stelle nicht angebracht erscheint, kann diese auch im Anschluß an die Entfeuchtung des Gases vorgenommen werden. Dadurch wird eine Anreicherung von Silicium und Aluminium im Gaskondensat verhindert. Gegebenenfalls ist es selbstverständlich auch möglich, sowohl das befeuchtete als auch das entfeuchtete Gas in entsprechender Weise zu behandeln. Selbstverständlich ist es vorteilhaft, wenn der Siliciumgehalt des für diese zusätzliche Wasserwäsche verwendeten Waschwassers möglichst gering ist, wobei sich Werte um 10 mg S1O2/I als besonders günstig erwiesen haben.

Als Waschwasser für diese zusätzliche Wasscwäsche kann vorzugsweise Kesselspeisewasser bzw. Gas- oder Dampfkondensat verwendet werden, sofern es den gestellten Anforderungen entspricht.

Selbstverständlich kann die zusätzliche Wasserwäsche in einem dem Befeuchter bzw. dem Entfeuchter nachgeschalteten getrennten Apparat vorgenommen werden. Vorzugsweise kann jedoch der Befeuchter und/ oder der Entfeuchter so ausgestaltet werden, daß die Nachbehandlung in ihm selbst vorgenommen werden kann.

Die Abbildung zeigt als Beispiel einen Schnitt durch eine derartige Vorrichtung, die sowohl als Befeuchter als auch als Entfeuchter verwendet werden kann, innerhalb des geschlossenen Gehäuses 1 befindet sich dabei die Füllkörperschicht 2, die mit FüllkörDern aus keramischem Material beschickt sein kann. Das im. Kreislauf geführte Berieselungswasser wird durch die Leitung 3 auf den Verteilerboden 4 aufgegeben, der oberhalb der Füllkörperschächt 2 angeordnet ist. Das aus der Füllkör-

perschicht 2 ablaufende Berieselungswasser wird über die Leitung 5 aus der Vorrichtung abgezogen und erneut in den Kreislauf eingespeist. Das Gas tritt durch die Leitung 5 in die Vorrichtung ein und durchströmt diese im Gegenstrom zum Berieselungswasser von unten nach oben, worauf es anschließend über die Leitung 7 abgezogen wird.

Bei der dargestellten Vorrichtung ist oberhalb des Verteilerbodens 4 für das Berieselungswasser ein weiterer Waschboden 8 vorgesehen, der mit geeigneten Füllkörpern, z. B. aus Metali, oder mit sogen. Demisterpaketen beschickt sein kann und der der zusätzlichen Was-' serwäsche des aufsteigenden Gases dient Das hierfür benötigte Waschwasser mit einem Siliciumgehalt von maximal 30 mg SiCVl wird über die Leitung S zugeführt und in geeigneter Weise, z. B. durch eine Brause oder durch einen weiteren Verteilerboden auf dem Waschboden 8 verteilt Das in der Vorrichtung aufsteigende Gas wird auf diese Weise von dem etwa mitgerissenen Berieselungswasser befreit Unter Umständen kann der Waschboden 8 auch in Fortfall kommen, wenn es auf andere Art und Weise, z. B. durch eine Düse, gelingt, das durch die Leitung 9 zugeführte Waschwasser gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Gehäuses 1 zu verteilen. Gegebenenfalls kann ferner im Oberteil der Vorrichtung vor dem Gasaustritt durch die Leitung 7 noch ein weiterer Boden 10 angeordnet sein, der mit geeigneten Füllkörpern oder Demisterpaketen versehen sein kann und in dem eine weitere Abscheidung von Wassertröpfchen aus dem Gas erfolgt. Das aus dem Waschboden 8 ablaufende Waschwasser gelangt auf den Verteilerboden 4 und wird von dort zusammen mit dem im Kreislauf geführten Berieselungswasser auf die Füllkörperschicht 2 aufgegeben und anschließend über die Leitung 5 zusammen mit dem Berieselungswasser aus der Vorrichtung abgezogen.

Wenn durch die Leitung 9 Gaskondensat auf den Waschboden 8 aufgegeben werden soll, kann das durch die Leitung 12 aus dem Kondensatabscheider 13 ablaufende Gaskondensat über die Pumpe 14 unmittelbar in die Leitung 9 gedrückt werden. Das die Leitung 7 passierende Gas ist dabei vor der Kondensatabscheidung im Kühler 11 entsprechend gekühlt worden.

Wenn die zusätzliche Wasserwäsche des Gases in einem gesonderten, dem Befeuchter bzw. dem Entfeuchter nachgeschalteten Apparat vorgenommen wird, so kann dieser Apparat im Prinzip die gleiche Ausgestaltung erfahren, wie sie die weiter oben beschriebene Vorrichtung aufweist. Das heißt, es ist ein mit dem Waschwasser beaufschlagter und mit geeigneten Füllkörpern oder Demisterpaketen versehener Waschboden vorgesehen. Oberhalb desselben kann gegebenenfalls ein weiterer mit Füllkörpern oder Demisterpaketen versehener Boden angeordnet sein, der der weiteren Abscheidung von Wassertröpfchen aus dem Gas dient.

Es muß betont werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht an bestimmte Einzelheiten des Konvertierungsprozesses gebunden ist. Die Konvertierung kann daher ein- oder mehrstufig durchgeführt werden. Ebenso ist es gleichgültig, welche Konvertierungskatalysatoren und welche Reaktionstemperaturen zur Anwendunggelangen.

Der nachfolgend beschriebene Vergleichsversuch unterstreicht die Wirksamkeit des erfinduneseemäßen

Verfahrens.

Bei einer technischen Konvertierungsanlage mit einem Durchsatz von 100 000 Nm³ Gas/h wurden nach einer Betriebsdauer von 100 Tagen die ersten Betriebsstörungen beobachtet, die auf Belagbildung auf dem Konvertierungskatalysator sowie in den entsprechenden Reaktionsgefäßen zurückzuführen waren.

Nach dem der Entfeuchter diese Anlage in der in der Abbildung dargestellten Weise umgebaut worden war und nunmehr das entfeuchtete Gas mit einem Waschwasser, das 10 mg SiO₂ZI enthält, nachgewaschen wird, traten diese Störungen nicht mehr auf, obwohl seit Inbetriebnahme nunmehr bereits 170 Tage verstrichen sind und obwohl in beiden Fällen das Gaskondensat als Quenchwasser in die Konvertierungseinrichtung zurückgeführt wurde.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schließlich darin zu sehen, daß es mit einem verhältnismäßig geringen Aufwand an zusätzlichen Kosten durchgeführt werden kann und daß bereits vorhandene Befeuchter und Entfeuchter in vielen Fällen in der weiter oben beschriebenen Art und Weise umgebaut werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

1. Patentansprüche:

   t. Verfahren zur katalytischen Konvertierung CO-hakiger Gase mit Wasserdampf, wobei die Konvertierungseinrichtung mit einem vorgeschalteten Befeuchter und einem nachgeschalteten Entfeuchter versehen ist, die durch einen gemeinsamen Wasserkreislauf miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Austragung von silicium- bzw. aluminiumhaltigen Berieselungswasser dadurch verhindert wird, daß das befeuchtete und/ oder das entfeuchtete Gas zusätzlich einer Wasserwäsche unterworfen wird, bei der das verwendete Waschwasser einen Siliciumgehalt von nicht mehr als 30 mg Si(Vl aufweist und wobei diese Wäsche so vorgenommen wird, daß oberhalb des Vertsilerbodens für das Berieselungswasser entweder ein weiterer Waschboden eingebaut wird oder daß das Waschwasser durch eine Düse über den ganzen Querschnitt des Be- bzw. Entfeuchters verteilt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zusätzliche Wasserwäsche Kesselspeisewasser, Gas- oder Dampfkondensat verwendet wird, das den gestellten Anforderungen entspricht
3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die als Befeuchter oder als Entfeuchter dienende Vorrichtung oberhalb des Verteilerbodens (4) für die Aufgabe des im Kreislauf geführten Berieselungswassers eine Leitung (9) mündet, durch die über einen weiteren Waschboden oder über eine Düse, welche den ganzen Querschnitt zu besprühen in der Lage ist, das für die zusätzliche Wasserwäsche benötigte Waschwasser aufgegeben wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Leitung (9) gehörende Verteilervorrichtung als Waschboden (8) ausgebildet ist.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Leitung (9) ein weiterer Boden (10) angeordnet ist.
6. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Böden (8 und 10) mit geeigneten Füllkörpern aus Metall oder mit sogen. Demisterpaketen beaufschlagt sind.