DE3302260A1 - Verfahren zur niederdruckvergasung von kohle - Google Patents
Verfahren zur niederdruckvergasung von kohleInfo
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Description
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I) I P 1.. -lX(i. K. S PA HlX(J." : " : '««»EWTiiAssE r.'.J
DIPL.-PIIYS. I)K. W.U. HOHL telefon ««in «7 ioai
PATENTANWÄLTE 3 ■
Combustion Engineering, Inc.
Windsor, Conn. 06095
U.S.A. ·. 46/219
"Verfahren zur Niederdruckvergasung von Kohle"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Niederdruckvergasung von Kohle zur Herstellung von Pipelinegas.
Es existieren viele und unterschiedliche Verfahren zur
Herstellung eines synthetischen Pipelinegases aus Kohle.
Beispielsweise in den US-PS en 3 854 859, 3 922 148 und
4 208 191 sind typische bekannte Herstellungsarten für
synthetisches Pipelinegas aus Kohle beschrieben. Bei
diesen Verfahren wird die Kohle typischerweise unter relativ hohem Druck mit Sauerstoff oder Sauerstoff und Dampf vergast um ein unter Druck stehendes Produktgas zu erzeugen, das
Herstellung eines synthetischen Pipelinegases aus Kohle.
Beispielsweise in den US-PS en 3 854 859, 3 922 148 und
4 208 191 sind typische bekannte Herstellungsarten für
synthetisches Pipelinegas aus Kohle beschrieben. Bei
diesen Verfahren wird die Kohle typischerweise unter relativ hohem Druck mit Sauerstoff oder Sauerstoff und Dampf vergast um ein unter Druck stehendes Produktgas zu erzeugen, das
Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, gasförmige Schwefeil
verbindungen und Feststoffteilchen enthält. Der Vergasungsschritt wird gewöhnlich bei relativ hohem Druck von 20 bis
100 at und einer Temperatur im Bereich von etwa 650 bis 1200 ausgeführt.
100 at und einer Temperatur im Bereich von etwa 650 bis 1200 ausgeführt.
Das heiße Produktgas wird dann auf eine Temperatur in Bereich
von etwa 100 bis 250 C abgekühlt und gereinigt, ur. iir.
wesentlichen darin enthaltene gasförmige Schwefelverbindungen!
wesentlichen darin enthaltene gasförmige Schwefelverbindungen!
und Feststoffteilchen zu entfernen. Das gekühlte, gereinigte
Produktgas durchläuft dann eine Gasa-nreicherungsstufe, in der Wasserstoff und Kohlenmonoxid in dem Produktgas in Methan
konvertiert und das Kohlendioxid entfernt werden, um ein unter hohem Druck stehendes synthetisches Gas zu erzeugen, das
im wesentlichen Methan enthält und einen Heizwert von etwa
3 3
33,5 MJ/m bis-ectwa 41 MJ/m aufweist.In der Gasa-nreicherungsstufe
ist es häufig notwendig, das gekühlte, gereinigte Produktgas durch einen Verschiebungsreaktor vor der Methanisierung
zu führen, um das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid in dem Produktgas auf einen Wert im Bereich von etwa 0,8 :1
bis etwa 2,5 :1 einzustellen.
Da diese Verfahren auf der Verwendung von relativ hohen·.
Drücken, typischerweise im Bereich von 20 bis 100 at, beruhen, müssen der Vergaser und die gesamten stromabwärtigen Gasbehandlungsausrüstungen
wie der Gaskühler, der Gasreiniger und die Gasanreicherungsreaktoren große dickwandige Druckgefäße
sein. Zusätzlich müssen die Verbindungsleitungen und Querverbindungen zwischen den verschiedenen Reaktorgefäßen und dem
oder den Vergasern ebenfalls dickwandige Druckleitungen sein. Zusätzlich müssen Dichtungen an verschiedenen Verbindungspunkten vorgesehen sein, die dem hohen Drücken widerstehen.
Diese und weitere Komplikationen, die bei Hochdrucksystemen auftreten, erhöhen beträchtlich die Komplexität der Herstellung
von synthetischem Pipelinegas aus Kohle.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur synthetischen Herstellung von Hochdruck-Pipelinegas aus
Kohle durch Vergasung von Kohle bei relativ niedrigem Druck zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird Kohle in Sauerstoff bei einem relativ niedrigen Druck, typischerweise geringer als 5 at,
vergast, um ein Rohgas herzustellen, das Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, gasförmige Schwefelverbindungen und teilchenförmige
Feststoffe enthält. Das Rohgas, das in der Vergasungsstufe erzeugt wird, wird auf eine Temperatur im Bereich
von etwa 200 bis etwa 400°C gekühlt und gereinigt, um im
copy
330226j
wesentlichen sämtliche darin enthaltenen Schwerelverbindungei!
und teilchenförmige Feststoffe zu entfernen. Das saubere
Rohgas wird dann durch Umwandeln, des darin enthaltenen Kohlei
monoxids und Wasserstoffs angereichert, Um1 ein Gas zu erhalte
das Methan und Kohlendioxid enthält.-Dieses Gas wird dann
weiter durch Entfernen des Kohlendioxids ,angereichert, um ein Gas mit Pipelinequalität zu,,erhalten, das. im wesentlicher
aus Methan besteht. Das. .methanangereicherte..Gas wird dann
auf Pipelinedruck .auf gedrückt., .um -ein, synthetisches Hochdrucli
Pipelinegas zu erhalten.._ Gemäß der Erfindung wird ein Teil des geiänigten Rohgases.aus der Gasreinigungseinrichtunc übei
einen Bypass an der Gasanreicherungsstufe-yorbeigeführt und
mit Druckluft verbrannt,.umfein. Abgas von hoher=Temperatur
und hohem Druck, zu liefern. Dieses Abgas,wird-dann durch eine
Gasturbine expandiert, um. einen ersten.Gaskompressor anzutrei
Das von der. Gasturbine abgegebene Abgas wird J.n Wärmetausch
mit einer unter Druck stehenden, .verdampf.baren Flüssigkeit,
vorzugsweise Wasser, : gebracht,r.: um einen.. unter.· Druck stehenden
Dampf/ etwa Wasserdampf, =zu erzeugen. Der-.ynter Druck stehend
Dampf wird durch eine Dampf turbine, expandiert _,; um einen zweit
Gaskompressor anzutreiben ...Das angereicherte Gas aus der Gas anreicherungsstufe wird dann durch .den .ersten, und den zv/eiten
Kompressor geführt, um das .mit Methan .angereicherte Gas auf
Pipelinedruck hochzudrücken, um auf diese .Weise synthetisches
Naturgas mit Pipelinequalität ;zu .liefern.,„. .^15.
Weiterhin kann das angereicherte Gas ·. aus -der Gasanreicheru
stufe in zwei Teile geteilt werden, ,.wobei,.ein :Teil durch den:
ersten Gaskompressor und .der andere Teil.durch den zweiten
Gaskompressor geführt wird... Alternativ., kann das angereicherte
Gas aus der Gasanreicherungsstufe zunächst ,durch den ersten j
Gaskompressor ,und dann durch .den zweiten Gaskompressor geführ;
werden. In beiden Fälle.n wird .das-angereicherte Gas aus der j
Gasanreicherungsstufe auf einen .Druck im Bereich von 10 bis i 100 at aufgedrückt, um ein synthetisches. Naturgas mit Pipelin'
qualität zu liefern.
BAD ORIGINAL COPY
J JUZ.LUU
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform,
die in der beigefügten Abbildung, die ein vereinfachtes schematisches Flussdiagramm zeigt, näher beschrieben.
Ein Rohsynthesegas 11 wird durch Vergasung von Kohle bei relativ niedrigem Druck, typischerweise geringer als 5 at,
in einer Gaserzeugungsanlage 10 hergestellt. Die Gaserzeugungsanlage 10 umfaßt einen Kohlevergaser 12 bekannter Art, in dem
die Kohlevergasung stattfindet. Kohle 14 reagiert in dem
Vergaser 12 mit Sauerstoff 16, um ein brennbares Rohgas zu erzeugen, das im wesentlichen aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff
und Kohlendioxid besteht. Das Gas enthält ferner gasförmige Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff und Carbonylsulfid,
die aus Schwefelverunreinigungen stammen, die in der Kohle enthalten sind. Obwohl ein Großteil der Asche während
der Vergasung als geschmolzene Schlacke 31 abgeführt wird, enthält das Gas ferner zusätzlich Ascheteilchen.
Das Rohsynthesegas 11 aus dem Vergaser 12 wird durch einen
Gaskühler 14 geführt, in dem das Rohsynthesegas 11 durch einen
Wärmetauscher 16 in Wärmetausch mit einer Kühlflüssigkeit, gewöhnlich
Wasser, geführt wird, um das Rohsynthesegas auf eine Temperatur im Bereich von etwa 200 bis 400°C zu kühlen.
Das gekühlte Rohsynthesegas 13 wird dann durch einen Skrubber 18, in dem die teilchenförmige Asche aus dem Gas entfernt wird,
sowie durch einen Schwefelskrubber 20 geführt, in dem das Gas mit einer Absorptionslösung zum Entfernen der gasförmigen
Schwefelverbindungen hieraus kontaktiert wird. Der Skrubber 18 kann von bekannter Art sein, etwa ein Sprühtrockner oder ein
mechanischer Sammler oder eine elektrostatisch arbeitende Niederschlagseinrichtung alleine oder in Kombination.
Irgendein bekanntes Säuregasabsorptionsverfahren kann in dem Schwefelskrubber 20 verwendet werden, um Schwefelwasserstoff
und Carbonylsulfid und irgendwelchen anderen gasförmigen Schwefelverbindungen, die in dem Rohsynthesegas enthalten sind,
zu entfernen.
Origin^ copy7
3302263
Die Vergasung von Kohle bei relativ niedrigem Druck zum Erzeugen eines sauberen Rohsynthesegases, wie sie vorstehend
im Zusammenhang mit der Gaserzeugungsanlage 10 beschrieben wurde, ist bekannt und bildet keinen Teil dor
vorliegenden Erfindung.
Das gereinigte Rohsynthesegas 15, das im wesentlichen ;
frei von Ascb±eilchen und gasförmigen Schwefelverbindungen; ist, wird in eine Gasanreicherungseinrichtung 22 gegeben, ;
wo Kohlenmonoxid und Viasserstoff in dem Rohsynthesegas in Methan umgewandelt und Kohlendioxid aus dem Rohsynthesegas
entfernt werden. Obwohl das gereinigte Rohsynthesegas 15, d
in die Gasanreicherungseinrichtung 22 eintritt, direkt in eine Methanisiereinrichtung 26 geführt werden kann, ist es
häufig wünschenswert, das Rohsynthesegas 15 zunächst in ein Verschiebungsreaktor 24 zu führen, in dem das molare Verhältnis
von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid in einem Bereich ν etwa 0,8:1 bis etwa 2,5:1 und vorzugsweise auf etwa 2:1 ein
gestellt wird. Die Reaktionen zum Bewirken der Verschiebung Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid sind bekannt.
In der Methanisiereinrichtung. 26 wird das Kohlenmonoxid in .
dem gereinigten Rohsynthesegas 15 in Methan in bekannter We typischerweise unter Verwendung eines Katalysators, uir.ge- %
wandelt. j
Das mit Methan angereicherte Synthesegas 19 wird aus der
Methanisiereinrichtung 26 abgeführt und einem Kohlendioxidskrubber
28 zugeführt, ir. dem Kohlendioxid in dem mit Methai angereicherten Synthesegas 19 hieraus entfernt wird, um ein
Produktsynthesegas 21 zu liefern, das irr. wesentlichen aus =
Methan besteht und sehr stark Naturgas gleicht.
Das Produktsynthesegas 21 befindet sich auf einem relati
niedrigem Druck, da es ein Produkt der Niederdruckvergasung von Kohle in dem Vergaser 12 ist. Sämtliche Schritte in der j
Gaserzeugungseinrichtung 10 und der Gasanreicherungseinrichlj
22 werden bei einem relativ niedrigem Druck durchgeführt.
An verschiedenen Stellen kann es notwendig sein, den Druck j
BAD ORIGINAL
des Synthesegases um"wenige Atmosphären zu erhöhen, wenn es
einen oder mehrere Reaktoren verläßt, um Druckverluste zu kompensieren, denen das Gas beim Durchlaufen der Reaktoren
oder der die verschiedenen Reaktoren verbindenen Leitungen unterworfen ist. Jedoch ist es wichtig festzustellen, daß alle
diese Stellen in den Qaserzeugungs-und Gasanreicherungsstufen
das Synthesegas auf einem relativ niedrigem Druck, typischerweise geringer als 5 at/ gehalten wird.
Um das mit Methan angereicherte Produktsynthesegas 21 auf Pipelinedruck aufzudrücken, wird das Produktsynthesegas 21
durch Kompressoren 30 und 3 2 geführt, um den Druck des Produktgases auf Pipelinedruck anzuheben und auf diese Weise ein I
Synthesenaturgas 23 mit Pipelinequalität zu liefern. Die Energie, die notwendig ist, um die Kompressoren 30 und 32. j
anzutreiben, um das Produktgas 21 auf Pipelinedruck hochzudrücken, wird durch Verbrennen eines Teils des geiänigten '
Rohsynthesegases 15 geliefert, das die Gaserzeugungseinrichtung 10 verläßt. |
Ein Teil des gemnigten Rohsynthesegases 15, das die Gas- !
erzeugungseinrichtung 10 verläßt, wird im Bypass zur Gasan- ·
reicherungseinrichtung 22 geführt und in einen Gaskompressor 42:
aufgedrückt und unter Druck in einer Einrichtung 44 mit Luft verbrannt, um ein Abgas 41 mit hoher Temperatur und hohem
Druck zu erzeugen. Die Luft 33 wird der Einrichtung 44 zugeführt, nachdem sie zunächst durch einen Kompressor 46 geführt
und auf'einen Druck aufgedrückt worden ist, der mit demjenigen
des augedrückten Rohsynthesegases vereinbar ist.
Das Abgas 41 von hoher Temperatur und hohem Druck, das aus der Einrichtung 44 abgegeben wird, wird zu einer Gasturbine
50 geführt und dort expandiert. Die Gasturbine 50 treibt über eine Welle 48 den Synthesegaskompressor 42, den Luftkompressor
46 und den ersten Produktgaskompressor 30 an. Das aus der Gasturbine 50 abgegebene Abgas wird dann durch einen Wärmetauscher
52 geführt, etwa einen Abwärmeboiler, wo ein Wärmetausch mit einer unter Druck stehenden verdampfbaren Flüssigkeit
35, etwa Wasser, stattfindet, um einen unter Druck
0RIQINAL
33O226
stehenden Dampf, etwa Wasserdampf, zu erzeugen. Das Abgas 45 das den Wärmetauscher verläßt, wird an die Atmosphäre abgegeben.
Der unter Druck stehende Dampf 37 wird dann durch ein Dampfturbine 60 geführt, die über eine Welle 62 den zweiten
Produktgaskompressor 32 antreibt. Der Dampf 39, der aus der Dampfturbine 60 austritt, wird zu einem Kondensor 64 geführt
und zu Flüssigkeit kondensiert, die zusammengedrückt und zu dem Wärmetauscher 52 zurückgeführt wird.
Das mit Methan angereicherte Produktsynthesegas 21 kann in einen ersten Teil 21A, der durch den ersten Produktgaskom
pressor 30 geführt und hierdurch auf Pipelinedruck aufgecrüc
wird, und in einen zweiten Teil 21B aufgeteilt werden, der durch den zweiten Produktgaskompressor 32 geführt und hierdurch
auf Pipelinedruck aufgedrückt wird. Alternativ kann da
-\S mit Methan angereicherte Produktsynthesegas 21 zunächst durc
den von der Gasturbine angetriebenen ersten Produktgaskonpre 30 und danach durch den von der Dampfturbine angetriebenen
zweiten Produktgaskompressor 32 geführt und hierdurch auf Pipelinedruck aufgedrückt werden.
Durch Verwendung eines Teils des gereinigten Rohsynthesegases 15 aus der Gaserzeugungseinrichtung 10 als Quelle zur.
Antreiben der Druckgaskompressoren 30 und 32 kann das rr.it Methan angereicherte Produktsynthesegas 21 auf Pipelinedruck
angehoben werden. Daher ist es zum Erzeugen eines Naturgases 23 von Pipelinequalität aus Kohle nicht mehr langer notwendi
die Kohle bei Pipelinedrücken zu vergasen. Stattdessen kann die Kohle bei relativ niedrigem Druck vergast und ferner ebe
falls bei relativ niedrigem Druck das Rohsynthesegas gekühlt gereinigt und angereichert werden.
sfO.
Leerseite
Claims (4)
1. Verfahren zur Niederdurckvergasung von Kohle zur Herstellung
von Gas mit Pipelinedruck, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a. Vergasung von Kohle mit Sauerstoff bei einem relativ
. niedrigen Druck zum Erzeugen eines Rohgases, das Kohle: monoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, gasförmige Schwefe
verbindungen und Feststoffteilchen enthält;
b. Kühlen des durch die Vergasung erzeugten Rohgases auf eine Temperatur im Bereich von etwa 200 bis etwa 400° C
c. Reinigen des gekühlten Rohgases, wobei im wesentlichen sämtliche darin enthaltenen Schwefelverbindungen und
Feststoffteilchen entfernt werden;
d. Umwandeln des Kohlenmonoxids und Wasserstoffs in dem
im wesentlichen schwefelfreien und feststoffteilchenfreien
Gas in Methan zum Liefern eines angereicherten Gases, das Methan und Kohlendioxid enthält;
e. Entfernen des Kohlendioxids aus dem mit. Methan angerei<ten
Gas; 1
BAD ORIGINAL
f. Aufdrücken eines Teils des im wesentlichen schwefelfreien und feststoffteilchenfreien Gases aus Schritt(c);
g. Verbrennen des aufgedrückten Gases mit Druckluft zun Erzeugen eines Abgases von hoher Temperatur und hohem
Druck;
h. Expandieren des Abgases von hoher Temperatur und hohem
Druck durch eine Gasturbine, die einen ersten Gaskompressor antreibt;
i. Bringen des von der Gasturbine abgegebenen Abgases in Wärmetausch mit einer unter Druck befindlichen verdampfbaren
Flüssigkeit zum Erzeugen von unter Druck befindlichem Dampf;
j. Expandieren des unter Druck befindlichen Dampfs durch eine Dampfturbine, die einen zweiten Gaskompressor antreibt; und
j. Expandieren des unter Druck befindlichen Dampfs durch eine Dampfturbine, die einen zweiten Gaskompressor antreibt; und
k. Hindurchführen des mit Methan angereicherten Gases
durch den ersten und zweiten Gaskompressor zum Aufdrücken des Gases auf Pipelinedruck.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (k) das Hindurchführen eines ersten Teils
des mit Methan angereicherten Gases durch den ersten Gaskompressor und das Hindurchführen eines zweiten Teils des mit
Methan angereicherten Gases durch den zweiten Gaskompressor umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (k) das Hindurchführen des mit Methan angereicher-}
ten Gases zunächst durch den ersten Gaskompressor und dann durch den zweiten Gaskorapressor umfaßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das mit Methan angereicherte Gas auf einen Druck im Bereich von 10 bis 100 at aufgedrückt wird.
COPY BAD ORIGINAL .
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/351,838 US4410336A (en) | 1982-02-24 | 1982-02-24 | Production of pipeline gas from coal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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