DE3308305A1

DE3308305A1 - Verfahren zur erzeugung von wasserstoff

Info

Publication number: DE3308305A1
Application number: DE19833308305
Authority: DE
Inventors: Joachim 4030 Ratingen Meckel; Detlef 4300 Essen Messerschmidt
Original assignee: Didier Engineering GmbH
Current assignee: Didier Engineering GmbH
Priority date: 1983-03-09
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1984-09-13

Description

Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Koksofengas, bei welchem das Koksofengas, gegebenenfalls nach einer Benzoldruckwäsche und/oder Entschwefelung, einer H2-Abtrennung in wenigstens einer Druckwechseladsorptionsanlage (PSA-Anlage) unterworfen wird. Derartige Verfahren sind bekannt.
Wasserstoff ist in der chemischen Industrie zur Synthesegas-und Reduktionsgaserzeugung ein sehr begehrter Rohstoff. Oft werden an den Wasserstoff hohe Reinheitsanforderungen gestellt.
Das in der Vergangenheit häufig angewendete Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Rohstoffen, wie Erdgas, Koksofengas, LPG, Naphtha, Benzin oder Schweröl besteht in einer Spaltung bzw Vergasung und Konvertierung mit sich anschließender Gasreinigung in Form einer Tieftemperaturzerlegung oder CO2-Wäsche und nachgeschalteter Methanisierung. Die erzielbare Wasserstoffreinheit des Produktgases liegt bei ca. 95 bis 96 Vol.% tr.
Dieses technisch sehr aufwendige Verfahren zur Wasserstoffabtrennung wird seit einigen Jahren durch die Molekularsiebreinigung nach dem Druckwechseladsorptionsverfahren (PSA-Verfahren) vielfach ersetzt. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, daß ein Teil des Wasserstoffs als Spülgas verloren geht. Das Spülgas wird im Falle einer Spaltung mittels Steamreformer normalerweise mit zur Beheizung desselben verwendet. Für die Auslegung einer solchen Anlage bedeutet dies, daß auch das Beheizungsgas zuvor die Produktionsanlage durchlaufen muß und somit die Anlage entsprechend größer dimensioniert werden muß. Der Produktwasserstoff besitzt eine Reinheit von größer als 99 Vor.% tr.
Das Spülgas der PSA-Anlage fällt annähernd drucklos an.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß es bei größtmöglicher Ausbeute an Wasserstoff wirtschaftlicher betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Spülgas einer ersten PSA-An lage, welcher ihm wesentlichen das gesamte Koksofengas zugeführt wird, teilweise zur Unterfeuerung der Koksofenbatterie verwendet und teilweise, gegebenenfalls über eine H2-Anlage bestehend aus einer Gasreinigung, Spaltung und Konvertierung, einer zweiten PSA-Anlage zugeführt wird.
Bei diesem Verfahren wird also einer H2-Trennung aus dem gesamten Koksofengas vorgenommen, wobei das Spülgas der ersten PSA-Anlage teilweise zur Unterfeuerung unter die Koksofenbatterie geführt wird. Uberschüßiges Spülgas wird einer Spaltung unterworfen, um nochmals H2 zu erzeugen.
Auch das aus der zweiten PSA-Anlage entstehende Spülgas kann zur Unterfeuerung der Koksofenbatterie verwendet werden0 Somit ist die Gesamtanlage für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens autark.
V>rteilhafterweise werden/wird das ungereinigte Koksofengas der Koksofenbatterie und/oder das gereinigte Koksofengas und/oder das Spülgas vor der Zuführung zur zweiten PSA-Anlage bzw. zu der Gasreinigung, Spaltung und Konvertierung komprimiert.
Das Spülgas der ersten und/oder zweiten PSA-Anlage kann auch für die Unterfeuerung eines Dampfkessels verwendet werden. Der in diesem Dampfkessel erzeugte Wasserdampf kann dann zum Antrieb von einem oder mehreren der Kompressoren für das ungereinigte oder gereinigte Koksofengas oder das Spülgas dienen.
Ferner ist es nach der Erfindung möglich, daß der Wasserdampf aus den Abhitzesektionen der Spaltung zum Antrieb von einem oder mehreren der Kompressoren für das ungereinigte oder gereinigte Koksofengas, das Spülgas, das Spaltgas oder das Konvertgas verwendet wird.
Die Spaltung kann endotherm, autotherm oder exotherm ausgeführt werden.
Für eine wirtschaftliche Verfahrensweise kann als Kompressorenantrieb eigen erzeugter Dampf eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich Fremddampf, elektrischen Strom oder Gas für den Kompressorenantrieb zu verwenden.
In dem Falle einer autothermen oder exothermen Spaltung kann man schließlich im Rahmen des Erfindungsgedankens den Stickstoff aus einer Luftzerlegungsanlage zusammen mit einem TeiL des produzierten Wasserstoffs für eine Ammoniaksynthese verwenden.
Die Spaltung und Konvertierung des Spülgases der ersten PSA-Anlage kann durcklos oder unter Druck erfolgen.
In vorteilhafter Weise kann das zur Spaltung gehende Spülgas der ersten PSA-Anlage vor oder nach der Spaltung als Spalt-, Konvert- oder Spülgas der zweiten PSA-Anlage druck los oder unter Druck gereinigt werden.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Die einzige Figur veranschaulicht das Beispiel eines Verfahrensschemas für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens.
Von der Koksofenbatterie a gelangt das Koksofengas zunächst über einen Kompressor b, bestehend aus einer Druckbenzolwäsche d und einer Druckentschwefelung e. Das so gereinigte Koksofengas 1 wird gegebenenfalls in einem Kompressor f weiter komprimiert und durch eine erste Druckwechseladsorptionsanlage (PSA-Anlage) h zur Abtrennung von Wasserstoff 2 geführt. Das Spülgas 3 der PSA-Anlage h wird in zwei Stränge aufgeteilt. Der eine Spülgasanteil 5 wird zur Unterfeuerung der Koksofenbatterie a eingesetzt. Der andere Spülgasanteil 4, im folgenden Uberschußspülgas genannt, wird - eventuell nur zum Teil - komprimiert und nach einer eventuellen Gasreinigung k einer erneuten Wasserstofferzeugung durch Spaltung l, Konvertierung m und Abtrennung durch eine zweite PSA-Anlage n zugeführt. Das Spülgas 8 der zweiten PSA-Anlage n wird mit dem Spülgasanteil 5 der ersten PSA-Anlage.h als gemeinsames Spülgas 9 der Koksofenbatterie a zur Unterfeuerung zugeleitet. Die Gasreinigung k kann je -nach Art der Spaltung, insbesondere als Schwefelreinigung ausgebildet sein. Der aus den Abhitzesektionen der Spaltung l stammende Wasserdampf kann den Kompressorenantrieben c für das- ungereinigte Koksofengas 1, gegebenenfalls g für das gereinigte Koksofengas und j für das Uberschußspu..lgas 4 zugeleitet werden. Die Kompressoren b, f und j können auch elektrisch, mit Fremddampf oder durch eine oder mehrere Gasturbinen angetrieben werden. Der in der PSA-Anlage n abgetrennte Wasserstoff 6 wird mit dem Wasserstoff 2 der ersten PSA-Anlage h vor der Wasserstoffabgabe 7 vereinigt.
Bei diesem beispielsweise dargestellten Verfahrensschema wird der Vorteil maximaler Ausbeute an Wasserstoff bei gleichzeitiger Deckung des Heizgasbedarfes der Koksofenbatterie a erzielt Aus der nachfolgenden Tabelle ergeben sich die Zusammensetzungen der einzelnen Stoffströme bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem zuvor geschilderten Verfahrensschema. Stoffströme KOG Wasser- Spülgas Überschuß- Spülgas Wasser- Wasser- Spülgas Gas zur zur PSA stoff spülgas z. Batt. stoff stoff PSA 2 Batterie Bezeichnung 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Stoff Vol.%tr. Vol.%tr. Vol.%tr. Vol.%tr. Vol.%tr. Vol.%tr. Vol.%tr. Vol.%tr Vol.%tr.
CO2 1.00 0 2.00 2.00 2.00 0 0 48.20 21.49 CO 5.00 0 10.40 10.40 10.40 0 0 7.99 9.38 H2 62.40 100.00 24.80 24.80 24.80 100.00 100.00 24.88 24.83 CH4 25.00 0 50.00 50.00 50.00 0 0 12.62 34.24 CnHm 2.40 0 0.30 9.53 1.16 0 0 0 2.77 N2 3.50 0 3.06 0 11.82 0 0 6.31 6.71 O2 0.50 0 0.31 0 1.20 0 0 0 0.58 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 Gasmenge 100.000 50.000 50.000 24.100 25.900 31.300 81.300 18.900 44.800 m@3/h - Leerseite -

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff Patentansprüche 1. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Koksofengas, bei welchem das Koksofengas, gegebenenfalls nach einer Benzoldruckwäsche und/oder Entschwefelung, einer H2-Abtrennung in wenigstens einer Druckwechseladsorptionsanlage (PSA-Anlage) unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas (3) einer ersten PSA-Anlage (h) welcher im wesentlichen das gesamte Koksofengas (1) zugeführt wird, teilweise (5) zur Unterfeuerung der Koksofenbatterie (a) verwendet und teilweise, gegebenenfalls über eine H2-Anlage bestehend aus Gasreinigung (k), Spaltung (l) und Konvertierung (m), einer zweiten PSA-Anlage (n) zugeführt wird.
2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas (8) der zweiten PSA-Anlage (n) zur Unterfeuerung der Koksofenbatterie (a) verwendet wird.
3 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ungereinigte Koksofengas (1) der Koksofenbatterie (a) und/oder das gereinigte Koksofengas C1) und/oder Spülgas (3) vor der Zuführung zur zweiten PSA-Anlage (n) bzwQ zu der Gasreinigung (k), Spaltung (l) und Konvertierung (m) komprimiert werden/wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas(3,8)der ersten und/oder zweiten PSA-Anlage (h, n) für die Unterfeuerung eines Dampfkessels verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Dampfkessel erzeugte Wasserdampf zum Antrieb von einem oder mehreren der Kompressoren (c,g,j) für das ungereinigte oder gereinigte Koksofengas oder das Spülgas verwendet wird.
6. Verfahren. nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf aus den Abhitzesektionen der Spaltung (l) zum Antrieb von einem oder mehreren der Kompressoren (c,g,j) für das ungereinigte oder gereinigte Koksofengas oder das Spaltgas verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltung (l) endotherm, autotherm oder exotherm ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kompressorenantrieb eigen erzeugter und/ oder Fremddampf, elektrischer Strom oder Gas verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer autothermen oder exothermen Spaltung der Stickstoff aus einer Luftzerlegungsanlage zusammen mit einem Teil des produzierten Wasserstoffs für eine Ammoniaksynthese verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltung und Konvertierung des Spülgases der ersten PSA-Anlage drucklos oder unter Druck erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Spaltung gehende SpüLgas der ersten PSA-Anlage vor oder nach der Spaltung als Spalt-, Konvert-oder Spülgas der zweiten PSA-Anlage druck los oder unter Druck gereinigt werden kann.