DE3631332A1 - Verfahren zur verarbeitung eines brenn- oder synthesegases - Google Patents

Verfahren zur verarbeitung eines brenn- oder synthesegases

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung eines durch Vergasung von Öl oder Kohle gewonnenen Brenngases oder Synthesegases, das in zeitlich schwankenden Mengen benötigt wird, wobei während Zeiten geringen Bedarfs ein Teilstrom des Brenn- oder Synthesegases abgezweigt und nach Umwandlung in einen flüssigen Energieträger zur Deckung von Bedarfsspitzen gespeichert wird.
Die Vergasung von Kohle oder Öl, insbesondere Schweröl, erfolgt heute üblicherweise unter Druck, wobei ein im wesentlichen Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid enthaltenes Gas erzeugt wird, das in Abhängigkeit von der speziellen Verfahrensführung bei der Vergasung in einigen Fällen auch noch einen erheblichen Anteil an Kohlenwasserstoffen, beispielsweise bis zu 15 Vol.-% Kohlenwasserstoffe, die zum größten Teil als Methan vorliegen, aufweist. Im Vergleich zur Vergasung bzw. Reformierung leichterer gasförmiger oder flüssiger Einsätze enthält das durch Kohle- oder Schwerölvergasung gewonnene Gas einen relativ hohen Kohlenmonoxidanteil, der etwa zwischen 30 und 60 Vol.-%, insbesondere zwischen 40 und 50 Vol.-% liegt. Das unter Druck anfallende Gas, das auch den üblicherweise in der Kohle bzw. im Öl enthaltene Schwefel enthält, insbesondere in Form von Schwefelwasserstoff und Kohlenoxysulfid, kann vor einer weiteren Verwendung einer Entschwefelung unterzogen werden, bei der mit relativ geringem Aufwand ein schwefelfreies Gas gewonnen wird. Danach kann das Gas für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, beispielsweise als Einsatzgas für eine Vielzahl von Synthesen wie die Synthese von Ammoniak, Methanol oder Oxosynthese etc. Eine andere Verwertungsmöglichkeit besteht darin, daß das Gas einem Kraftwerk zugeführt und in einer Gasturbine, die einen elektrischen Generator antreibt, verbrannt wird. Das dabei anfallende heiße Rauchgas kann unter Erzeugung von Hochdruckdampf, der seinerseits wieder in einer weitere Generatoren antreibenden Turbine entspannt werden kann, abgekühlt werden. Bei einer solchen Verfahrenskombination ist es von besonderem Vorteil, daß die Entschwefelung des Einsatzgases bereits vor der Gasturbine unter relativ hohem Druck und bei einer vergleichsweise geringen Gasmenge durchgeführt werden kann, und nicht erst im aus der Gasturbine austretenden Rauchgas erfolgt.
Beim Betrieb von Syntheseanlagen und insbesondere von Kraftwerken werden häufig schwankende Einsatzgasmengen benötigt. Dabei ist es oft unwirtschaftlich, die Vergasung so groß auszulegen, daß für die Deckung von Bedarfsspitzen unmittelbar die dafür benötigte Gasmenge erzeugt werden kann. Statt dessen ist es vorteilhaft, während Zeiten geringen Bedarfs mehr Gas zu erzeugen als benötigt wird und einen überschüssigen Teilstrom abzuzweigen, um ihn für die Deckung eines Spitzenbedarfs zur Verfügung zu haben. In Verbindung mit einem Kraftwerk ist es dabei bekannt, aus dem überschüssigen Teilstrom des Gases Methanol zu erzeugen, das dann zu Zeiten des Spitzenbedarfs verbrannt wird ("Methanol synthesis from cool derived synthetic gas" von S.L. Garbor and P.C. Williamson, Vortragsmanuskript, The Annual Clean Liquid and Solid Fuels Contractors′ Conference Electric Power Research Institute, 23.-25. April 1985, Palo Alto, Kalifornien).
Dieser bekannten Verfahrensführung haftet jedoch der Mangel an, daß bei der Erzeugung von Methanol ein erheblicher Teil der im Gas enthaltenen Energie verlorengeht. Nur knapp 60% der im abgezweigten Teilstrom enthaltenen Energie gelangen in das Methanolprodukt, während etwa 40% als vergleichsweise minderwertige Abwärme, üblicherweise in Form von Mitteldruckdampf, sofort anfallen. Weiterhin ist bei diesem Verfahren auch ungünstig, daß der abgezweigte Teilstrom nicht unmittelbar der Methanolsynthese zugeführt werden kann, sondern vorher noch aufwendige Reinigungsschritte durchlaufen muß. Schließlich werden für die Verbrennung des Methanols zu Zeiten erhöhten Energiebedarfs auch noch zusätzliche Einrichtungen benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Spitzenbedarfsdeckung auf einfache Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Kohlenmonoxid und/oder Methan aus dem Teilstrom abgetrennt und in flüssiger Form gespeichert wird.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Teil des im Gas, das aus der Vergasung austritt, enthaltenen Kohlenmonoxids abgetrennt und verflüssigt. Sofern aufgrund der speziellen Vergasungsführung jedoch ein Gas mit einem relativ hohen Methananteil gewonnen wird, kann statt dessen oder ergänzend dazu auch Methan mit den dieses begleitenden höheren Kohlenwasserstoffen abgetrennt und in flüssiger Form gespeichert werden. Die Abtrennung kann durch partielle Kondensation erfolgen, jedoch ist es auch möglich, die flüssig zu lagernden Komponenten durch Adsorption, insbesondere durch eine Druckwechseladsorption, oder durch ein Diffusionsverfahren unter Verwendung von semipermeablen Membranen aus dem Teilstrom des Gases abzutrennen. Der nichtverflüssigte Anteil des Teilstroms kann unmittelbar in den Hauptstrom des Gases zurückgeführt werden.
Die verflüssigten Anteile des Gases werden üblicherweise bei geringem Druck, insbesondere bei näherungsweise Atmosphärendruck, gespeichert. Zu Zeiten des Spitzenbedarfs können sie in energetisch einfacher Weise mittels Pumpen in flüssiger Phase auf den Druck des durch die Vergasung gewonnenen Gases gebracht, verdampft und dann dem Hauptgasstrom beigemischt werden.
In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung wird der Teilstrom des Gases nach einer Entschwefelung des gesamten Gasstroms abgezweigt. Vor der Verflüssigung des Kohlenmonoxids und/oder Methans kann dann der Teilstrom gegebenenfalls noch einer weiteren Reinigung unterzogen werden, beispielsweise um Kohlendioxid und Wasserdampf abzutrennen. Dies kann beispielsweise durch eine Wäsche mit Methanol bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verarbeitung eines durch Vergasung von Kohle oder Öl gewonnenen Brenngases oder Synthesegases, das in zeitlich schwankenden Mengen benötigt wird, wobei während Zeiten geringen Bedarfs ein Teilstrom des Brenn- oder Synthesegases abgezweigt und nach Umwandlung in einen flüssigen Energieträger zur Deckung von Bedarfsspitzen gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenmonoxid und/oder Methan aus dem Teilstrom abgetrennt und in flüssiger Form gespeichert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenmonoxid und/oder Methan durch eine partielle Kondensation abgetrennt und verflüssigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenmonoxid und/oder Methan durch Adsorption oder Diffusion abgetrennt und danach verflüssigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Kohlenmonoxid und/oder Methan zu Zeiten erhöhten Bedarfs auf den Druck des Brenn- oder Synthesegases gepumpt, verdampft, und dann mit dem Brenn- bzw. Synthesegas vermischt wird.
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