DE2711991A1

DE2711991A1 - Verfahren zur erzeugung eines produktgases mit hoher co-konzentration

Info

Publication number: DE2711991A1
Application number: DE19772711991
Authority: DE
Inventors: German Kurz; Joachim V Dipl Ing Dr Linde; Robert V Dipl Ing Linde
Original assignee: Caloric Gesellschaft fuer Apparatebau mbH
Current assignee: Caloric Gesellschaft fuer Apparatebau mbH
Priority date: 1977-03-18
Filing date: 1977-03-18
Publication date: 1978-09-21
Also published as: DE2711991B2

Description

Verfahren zur Erzeugung eines Produktgases mit
hoher CO-Konzentration Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Produktgases mit hoher CO-Konzentration, indem ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und gasförmigen Sauerstoffverbindungen katalytisch unter Wärmezufuhr umgesetzt wird, wobei ein Reformer verwendet wird, der von einem mit fließfähigem Brennstoff betriebenen Brenner beheizt wird.
Bei einem bekannten Verfahren werden Kohlenwasserstoffe mit Luft oder Sauerstoff unterstöchiometrisch verbrannt. So werden z.B. in sogenannten Endogas-Anlagen reduzierende Atmosphären durch die katalytische Verbrennung von z.B. Propan mit Luft Gasgemische erzeugt, die eine CO-Konzentration bis zu 24 Vol.% aufweisen.
Neben der geringen CO-Konzentration erweist sich hier der Ballast an Stickstoff aus der Verbrennungsluft als nachteilig. Die Verwendung von reinem Sauerstoff anstelle von Luft ist kostspielig und hat außerdem den Nachteil, daß es zu erheblichen örtlichen Temperaturspitzen kommen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Produktgas mit hoher CO-Konzentration bis zu beispielsweise 80 Vol.% auf besonders wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß als Sauerstoffverbindung CO2 verwendet wird, das zumindest teilweise aus den Abgasen des Brenners gewonnen und mit den Kohlenwasserstoffen gemischt dem Reformer zugeführt wird.
Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag ergibt sich ein besonders wirtschaftliches Verfahren, da mit dem Sauerstoff zugleich Kohlenstoff zugeführt wird, der durch die Gewinnung des CO2 aus den sonst ungenutzt abgeführten Abgasen nahezu kostenlos zur Verfügung steht.
Da das Produktgas normalerweise auch noch etwas CO2 enthält, kann dieses CO2 aus dem Produktgas abgetrennt und zumindest teilweise mit Kohlenwasserstoffen vermischt dem Reformer wieder zugeführt werden.
Um eine möglichst schnelle Reaktion im Reformer zu erreichen und die Wirtschaftlichkeit weiter zu verbessern, kann zumindest das aus den Abgasen des Brenners gewonnene CO2 vor der Mischung mit den Kohlenwasserstoffen durch Wärmetausch mit den Abgasen des Brenners erhitzt werden.
Das Abtrennen des CO2 sowohl aus den Abgasen als auch aus dem Produktgas kann vorzugsweise mit demselben alkalischen Absorptionsmittel in zwei parallelen Kreisläufen mit einem gemeinsamen Austreiber erfolgen, der zweckmäßigerweise von den heißen Abgasen des Brenners beheizt wird. Durch diesen Vorschlag wird der Aufbau der Anlage ganz beträchtlich vereinfacht.
Um auch dann, wenn nicht genügend CO2 aus den Abgasen des Brenners zur Verfügung steht, die Herstellung eines Produktgases mit hoher CO-Konzentration zu ermöglichen, ist es zweckmäßig, das aus den Abgasen des Brenners stammende CO2 zwischenzuspeihern und je nach den Bedürissen an den Reformer abzugeben.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Reformer, der innerhalb einer Heizkammer angeordnet ist, die von einem mit fließfähigem Brennstoff betriebenen Brenner beheizt ist, wobei der Reformer eine Eingangsleitung für die Zuführung eines Gemisches aus Kohlenwasserstoff und einer gasförmigen Sauerstoffverbindung und eine Ausgangleitung für das erzeugte CO-haltige Produktgas und die Heizkammer eine Abgasleitung aufweist. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen der Abgasleitung nachgeschalteten Absorber, in welchem CO2 aus den Abgasen durch eine alkalische Absorptionsflüssigkeit abgetrennt wird, einen von den Abgasen erhitzten Austreiber, dem die mit CO2 beladene Absorptionsflüssigkeit zugeführt wird, eine Verbindungsleitung für das ausgetriebene CO2 von dem Austreiber zur Eingangsleitung und eine Rezirkulationsleitung für die von CO2 befreite Absorptionsflüssigkeit von dem Austreiber zu dem Absorber. Zur Gewinnung von CO2 aus dem Produktgas kann ein zweiter Absorber vorgesehen werden, der mit der Ausgangsleitung in Verbindung steht und in bezug auf die Absorptionsflüssigkeit zu dem ersten Absorber parallel geschaltet ist.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Prinzip dargestellt ist.
Die in der Zeichnung dargestellte Anlage weist einen Reformer 1 auf, der innerhalb einer Heizkammer 2 angeordnet ist, die von einem Brenner 3 beheizt wird. Der Brenner 3 wird durch eine Brennstoffleitung 4 beispielsweise mit Butan und durch eine Verbrennungsluftleitung 5 mit Verbrennungsluft versorgt. In den Reformer 1 mündet eine Eingangsleitung 6, der durch eine Leitung 7 ein Kohlenwasserstoffgas, beispielsweise wiederum Butan und durch eine Leitung 8 CO2 zugeführt wird.
Das durch die Leitung 8 zugeführte CO2 wird in erster Linie aus den Abgasen des Brenners 3 gewonnen. Zu diesem Zweck ist ein Absorber 9 vorgesehen, dem die Abgase des Brenners 3 aus der Heizkammer 2 durch die Abgasleitung 10 und einen Kühler 11 zugeführt werden. In den Absorber 9 wird durch eine Leitung 12 eine alkalische Absorptionsflüssigkeit z.B. Monoäthanolamin, eingeführt, welche die Eigenschaft hat, CO2 bis etwa 500zu binden und bei höheren Temperaturen wieder abzugeben. Die mit dem CO2 beladene Absorberflüssigkeit wird durch die Leitung 13 einem Austreiber 14 zugeführt, der durch einen Wärmetauscher 15 von den heißen, von der Abgasleitung 10 herkommenden Abgasen auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher die Absorptionsflüssigkeit das CO2 freigibt. An den Austreiber 14 ist die CO2-Leitung 8 angeschlossen. Die von diesem CO2 befreite Absorptionsflüssigkeit kann durch die Leitung 16 von dem Austreiber 14 wieder zur Leitung 12 zurückgeführt werden, die zum Absorber 9 führt.
Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit kann in der CO2 -Leitung 8 ein Wärmetauscher 17 vorgesehen werden, der von den heißen Gasen aus der Abgasleitung 10 vor oder nach Durchströmen des zum Austreiber 14 gehörenden Wärmetauschers 15 durchströmt wird. Um auch dann CO2 zur Verfügung zu haben, wenn der Brenner 3 kurzzeitig, beispielsweise zur Temperaturregelung, nicht in Betrieb ist, kann an die Leitung 8 ein Druckspeicher oder Windkessel 18 angeschlossen werden, dem durch einen Kompressor 19 CO2 unter Druck zugeführt wird. Durch ein nicht gezeigtes Ventilsystem kann im Bedarfsfall CO2 aus dem Speicher 18 in die Leitung 8 und zum Reformer 1 gelangen.
Wenn das aus den Abgasen gewonnene CO2 nicht ausreicht, um ein Produktgas von gewünschter CO-Konzentration im Reformer 1 herzustellen, kann das in dem Produktgas enthaltene CO2 ausgewaschen und dem Reformer wieder zugeführt werden. Zu diesem Zweck ist die Austrittsleitung 20 des Reformers 1, durch welche das Produktgas austritt, über einen Kühler 21 mit einem zweiten Absorber 22 verbunden, dem die gleiche Absorptionsflüssigkeit durch eine Leitung 23 zugeführt wird, die an die vom Austreiber 14 kommende Leitung 16 angeschlossen ist. Die mit dem CO2 beladene Absorberflüssigkeit wird durch die Leitung 24 in die Leitung 13 eingespeist, die von dem ersten Absorber 9 zum Austreiber 14 führt. Das aus dem Absorber 22 durch eine Leitung 25 austretende Produktgas hat einen CO-Anteil von etwa 70 Vol.%, etwa 30 Vol.% H2 und einen vernachlässigbaren Anteil an C02 und CH4.
Das Abgas, das durch die Leitung 26 aus dem ersten Absorber 9 abgeführt wird, hat einen N2 Anteil von etwa 98 Vol%, einen vernachlässigbaren Anteil an CO2, CO und H2 und einen 02 Anteil von etwa 1 Vol.% und eignet sich daher vorzüglich als Schutzgas für die verschiedensten bekannten Anwendungszwecke.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Erzeugung eines Produktgases mit hoher CO-Konzentration, indem ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und gasförmigen Sauerstoffverbindungen katalytisch unter Wärmezufuhr umgesetzt wird, unter Verwendung eines Reformers, der von einem mit fließfähigem Brennstoff betriebenen Brenner beheizt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Sauerstoffverbindung C02 verwendet wird, das zumindest teilweise aus den Abgasen des Brenners gewonnen und mit den Kohlenwasserstoffen gemischt dem Reformer zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Produktgas enthaltenes C02 in an sich bekannter Weise abgetrennt und zumindest teilweise mit Kohlenwasserstoffen vermischt dem Reformer wieder zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dAs alls den Abgasen des Brenners gewonnene C02 vor der Mischung mit den Kohlenwasserstoffen durch Wärmetausch mit den Abgasen des Brenners erhitzt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtrennen des C02 sowohl aus den Abgasen als auch aus dem Produktgas mit demselben alkalischen Absorptionsmittel in zwei parallelen Kreisläufen mit einem gemeinsamen Austreiber erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreiber von den heißen Abgasen des Brenners beheizt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Abgasen des Brenners stammendes C02 zwischengespeichert wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den Abgasen gewonnene C02 vor der Vermischung mit den Kohlenwasserstoffen einer Reiniqung zum Entfernen störender Bestandteile wie S02, H2S und dergl., unterworfen wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Reformer, der innerhalb einer Heizkammer angeordnet ist, die von einem mit fließfähigem Brennstoff betriebenen Brenner beheizt ist, wobei der Reformer eine Eingangsleitung ffir die Zuführung eines Gemisches aus Kohlenwasserstoffen und einer gasförmigen Sauerstoffverbindung und eine Ausgangsleitung für das erzeugte CO-haltige Produktgas und die Heizkammer eine Abgasleitung aufweist, gekennzeichnet durch einen der Abgaslitnng nacngeschalteten Absorber, in welchem C02 aus den Abgasen durch eine alkalische Absorptionsflüssigkeit abgetrennt wird, einen von den Abgasen beheizten Austreiber, dem die mit C02 beladene Absorptionsflüssigkeit zugeführt wird, eine Verbindungsleitung für das ausgetriebene C02 von dem Austreiber zu der Eingangs leitung und eine Rezirkulationsleitung für die von C02 befreite Absorptionsflüssigkoit von dem Austreiber zu dem Absorber.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung ein von den heißen Abgasen erwärmter Wärmetauscher angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die Verbindungsleitung ein Zwischenspeicher angeschlossen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen zweiten Absorber, der mit der Ausgangsleitung in Verbindung steht und in bezug auf die Absorptionsflüssigkeit zu dem ersten Absorber parallel aeschaltet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem bzw. jedem Absorber ein Kühler für die Abgase bzw. das Produktgas vorgeschaltet ist.