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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Reinigen von Hochtemperatur-Reduktionsgasen, wie Produktgas aus
der Kohlevergasung usw., durch gleichzeitige adsorptive
Entfernung von Kohlendioxid und Schwefelverbindungen im Trockensystem
unter Umwandlung von Kohlenmonoxid in Wasserstoff und
Kohlendioxid.
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Das obige Verfahren für die Reinigung von
Hochtemperatur-Reduktionsgasen kann bspw. angewendet werden in integrierten
Mehrzweckkohlevergasungsanlagen zur Krafterzeugung zusammen mit der
Erzeugung von Rohgasmaterialien, wie Wasserstoff, chemischem
Ausgangsmaterial für die Herstellung von Methanol usw., bei
integrierten kombiniert zyklischen
Schwerölvergasungs-Krafterzeugungsanlagen usw.
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Demgemäß bezieht sich die Erfindung auch auf integrierte
kombiniert zyklische Kohlevergasungs-Krafterzeugungsanlagen (IGCC)
bei denen das obige Verfahren zur Reinigung von Hochtemperatur-
Reduktionsgasen angewendet wird.
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Bei herkömmlichen integrierten Mehrzweckvergasungs-Kraftanlagen
zur Herstellung verschiedener Produktgase, wie Methan,
Methanol, Amoniak usw., bei der Vergasung von Schwerölen, Kohle,
Erdgas usw. ist die Entfernung nicht zugehöriger Gase, wie
Kohlendioxid (CO&sub2;), Schwefelwasserstoff (H&sub2;S) usw. in ein
Naßsystem einbezogen. Eine praktische Verwendung von
Trockenreinigungssystemen ist nicht vorgeschlagen worden. Ein typisches
Flußdiagramm solcher herkömmlichen IGCC-Kraftanlagen ist in der
zugehörigen Fig. 3 dargestellt.
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Fein pulverisierte Kohle a wird zusammen mit einem
Vergasungsagens (Luft oder Sauerstoff) q einem Kohlevergasungsofen
b zugeführt, um ein brennbares Gas c zu erzeugen, das
hauptsächlich aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H&sub2;)
zusammengesetzt ist. Das brennbare Gas c enthält nicht zugehörige
Substanzen wie Flugasche, unbrennbare Ankohlungen,
Schwefelverbindungen, Schwefelwasserstoff, Karbonylsulfit (COS) usw. Um
solche
nicht zugehörigen Substanzen zu entfernen, wird das
brennbare Gas c durch einen Staubabscheider d geleitet und das
entstaubte Gas e wird in einem Entschwefeler f entschwefelt, um
ein gereinigtes Produktgas g zu erhalten. Die im Entschwefeler
f entfernten Schwefelverbindungen werden so behandelt, um sie
in elementaren Schwefel umzuwandeln, der wiedergewonnen wird.
Das Produktgas wird als Brenngas dem Brenner einer Gasturbine i
zugeleitet, die einen Generator j antreibt. Das Abgas k aus der
Gasturbine i wird in einen Abwärmetauscher l geleitet, um die
Abwärme zur Erzeugung von Dampf für eine Dampfturbine p
auszunutzen, die mit einem Dampfkondensator o installiert ist und
die einen Generator j&sub2; treibt, bevor das Gas in die Atmo-sphäre
durch einen Schornstein n abgegeben wird.
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Solch eine IGCC-Kraftanlage produziert ein
Hochtemperatur-Reduktionsgas, das eine beträchtliche Verbrennungswärme hat und
im wesentlichen keine schädlichen Komponenten enthält, und
demgemäß für eine effiziente Krafterzeugung genutzt werden kann.
Das hierbei aus dem Schornstein austretende Gas enthält jedoch
das ganze aus der Kohlevergasung im Kohlevergaser resultierende
CO&sub2; und von der Verbrennung des CO im Brenner. Es sind keine
speziellen Überlegungen bezüglich der Umweltbelastung
angestellt worden, was die Rückgewinnung oder das Ausstoßen des CO&sub2;
betrifft.
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Es ist in den jüngsten Jahren betont worden, Anstrengungen zu
Gegenmaßnahmen gegen den Treibhauseffekt und globale
Klimaveränderungen aufzunehmen, und zwar hinsichtlich des Anwachsens
der CO&sub2;-Konzentration in der Atmosphäre.
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Zur Erklärung eines solchen Standes der Technik unter Bezug auf
Fig. 4, die eine typische Anordnung einer herkömmlichen IGCC-
Kraftanlage durch ein spezifisches Fließdiagramm zeigt, wird
fein pulverisierte Kohle einem Kohlevergaser (21) zugeführt und
mit Luft bei hohem Druck und hoher Temperatur in ein
brennbares Kohlengas vergast, das hauptsächlich aus CO, H&sub2; und N&sub2;)
zusammengesetzt ist. Das Kohlengas wird in einem Gaskühler (22),
bestehend aus einer Gruppe von Wärmetauschern, gekühlt, wobei
durch Wärmerückgewinnung Dampf erzeugt wird durch fühlbare
Wärme des Kohlengases, das in einer Rückgewinnungs-Kraftanlage
genutzt wird. Das vom Vergaser kommende Kohlengas enthält
unbrauchbare und schädliche Substanzen, z.B. feste Partikel wie
Flugasche und unverbrennbare Verkohlungen und Schwefel
enthaltende Gasanteile wie H&sub2;S, COS usw. Um diese schädlichen
Substanzen zu entfernen wird es durch einen Gasreiniger (23)
geleitet, der aus einem Staubabscheider und einem Entschwefeler
besteht. Das daraus resultierende gereinigte Produktgas wird
einem Brenner (24) zugeführt. Das Verbrennungsgas des Brenners
(24) wird einer Gasturbine (25) zugeführt, die zum antrieb
eines Generators (26) dient und eines Luftkompressors (27) für
die Verbrennungsluft. Das Turbinengas hat noch eine hohe
Enthalpie, die durch einen Abwärmetauscher (28) nutzbar gemacht
wird, um Dampf für den Antrieb einer Dampfturbine (29) eines
Generators (30) mit Dampfkondensator (31) zu erzeugen, bevor es
durch den Schornstein abgeleitet wird. Der durch Ausnutzung der
Abwärme im o.e. Gaskühler (22) erzeugte Dampf wird hier zur
Ergänzung des der Dampfturbine (29) zugeführten Dampfes
ausgenutzt.
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Wie ersichtlich, werden herkömmliche IGCC-Kraftanlagen
ausschließlich für eine hohe Effizienz und hohe Leistung der
Anlage ausgelegt, und es ist kein besonderes Augenmerk auf die
Entfernung des CO&sub2; aus dem Abgas gerichtet worden. Dies gilt
auch für die integrierte Schwerölvergasung in kombiniert
zyklischen Kraftanlagen.
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Die Kohlengaszusammensetzung hinter dem Kohlevergaser (21) an
der Stelle A der in Fig. 4 dargestellten Anlage ist bspw. in
der Tabelle 1 angegeben. Weil das Kohlengas einen beträchtlich
hohen Gehalt an Feststoffen, wie unverbrennbare Ankohlungen,
Flugasche usw. hat und einen hohen Grad SOx-Konzentration, mit
der den Umweltschutzerfordernissen nicht genügt ist, wird das
Kohlengas einer Reinigung im Gasreiniger (23) unterzogen und
zwar durch Staubabscheidung und Entschwefelung.
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Während in der Praxis ein kombiniertes Gasreinigungsgerät im
Naßsystem vorgeschlagen worden ist, bei dem die
Staubabscheidung mit einem Naßwäscher um die übliche Temperatur
herum (unter 100ºC) bewirkt wird und in Kombination damit eine.
Naßentschwefelung mit einer chemischen Absorptionsflüssigkeit,
ist ein Trockensystem bis jetzt in Rücksicht auf Verbesserung
der thermischen Effizienz angewendet worden, da es für die
Krafterzeugung als vorteilhaft akzeptiert wurde. Das
Trockensystem zur Gasreinigung besteht in einer trockenen
Staubabscheidung und trockenen Entschwefelung bei Hochtemperatur in der
Größenordnung von 300 - 800ºC ohne Verwendung irgendeiner
absorbierenden Flüssigkeit. Die Entschwefelung wird bewirkt
unter Benutzung eines Festbettverfahrens mit einem
Eisenoxidabsorbens. Eine typische Zusammensetzung des Gases an der Stelle
B in Fig. 4 nach Passage eines solchen Trockengasreinigers (23)
ist bspw. in Tabelle 1 angeführt. Eine typische Zusammensetzung
von Abgas aus dem Abwärmetauscher (28) an der Stelle C in Fig.
4 ist ebenfalls in Tabelle 1 angeführt. ...
Tabelle 1
Position in Fig. 4
Gastemperatur ( ºC )
Gasdruck (atm abs.)
Gaszusammensetzung (Volume %)
Heizwert (Kcal/Nm³ )
Staubgehalt (mg/Nm³ )
Schwefelverbind. (ppm)
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Falls eine CO&sub2;-Entfernungseinheit in einer herkömmlichen IGCC-
Kraftanlage enthalten ist, wie oben erläutert, treten folgende
Probleme auf:
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Im Falle der Installation einer Trocken-CO&sub2;-Entfernungseinheit
in der Gasführung hinter dem Ausgang des Abwärmetauschers (28)
muß eine größere CO&sub2;-Entfernungseinheit unabhängig vom Typ der
CO&sub2;-Entfernungseinheit verwendet werden, weil das Abgasvolumen
einer Gasturbine im allgemeinen etwa zweimal so groß ist, wie
das eines mit Kohlepulver befeuerten Kessels. Darüber hinaus
führt eine Einfügung einer äußeren Installation in der
Gasleitung
hinter dem Gasturbinenabgang zu einer Abnahme des
Kraftausganges und zu einer Absenkung der Leistung der
Gasturbine (25) gemäß der Vergrößerung des Abgasrückdruckes der
Gasturbine.
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Im Falle der Installation einer Trocken-CO&sub2;-Entfernungseinheit
in der Gasleitung zwischen dem Vergaser (21) und der Gasturbine
(25) kann eine effiziente CO&sub2;-Entfernung erreicht werden, weil
das Volumen des zu behandelnden Gases im allgemeinen etwa ein
Viertel des Volumens des Gasturbinen-Abgases bei einem hohen
Druck von 20 - 40 atm beträgt. Hierbei ist jedoch ein
wesentliches Anwachsen in der Gesamt-CO&sub2;-Entfernungseffizienz nicht
akzeptabel, da sich das Verhältnis von CO&sub2; im allgemeinen auf
etwa 20 - 25 % der gesamten kohlenstoffhaltigen Gaskomponenten
für das Belüftungssystem beläuft. Hinzu kommt noch eine gewisse
Abnahme in der Kraftausbeute der Gasturbine (25) in
Abhängigkeit vom Betrag des entfernten CO&sub2;.
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Im Falle von sauerstoffunterstützten Kohlevergasungs-Anlagen,
die mit Sauerstoff oder Sauerstoff angereicherter Luft als
Vergasungsagens arbeiten, wächst der Heizwert pro Gasvolumen des
Kohlengases (oder des gereinigten Produktgases) an (etwa 2.500
Kcal/Mm³), so daß das Volumen des Produktgases etwa das
zweifache der zugeblasenen Luft betragen kann. Hierbei ist auch das
wesentliche Problem der CO&sub2;-Abscheidung aus dem durch den
Schornstein abgeführten Gas noch nicht gelöst.
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Im Falle der Sauersstoffzuführung ergibt sich ein zusätzlicher
Nachteil durch das Erfordernis der Installation einer
Sauerstoffanlage.
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Bei bekannten IGCC-Kraftanlagen kann die Entfernung von CO&sub2; in
der Gasführung direkt hinter dem Kohlevergaserauslaß oder in
der Gasführung hinter dem Abwärmetauscher-Abgang (im
Gasschacht) bewirkt werden. Letzteres kann wirtschaftlich mit
einem Kompaktgerät mit geringem Energieverbrauch erreicht werden,
weil das Volumen des zu behandelnden Gases um die Hälfte oder
weniger als Letzteres ist. Hierbei sind jedoch, wie vorerwähnt,
fast alle kohlenstoffhaltigen Gaskomponenten (CO, CO&sub2; usw.) CO,
mit CO&sub2;-Gehalt im allgemeinen unter 5%. Bei der Konstruktion
der IGCC-Kraftanlage mit Installation einer CO&sub2;-Entfernung kann
nahezu der ganze CO-Gehalt in CO&sub2; und H&sub2; durch Reaktion mit dem
Dampf (H&sub2;O) umgewandelt werden.
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Für die Realisierung dieser Anlagenkonstruktion kann die
sogenannte CO-Konvert-Reaktion nach dem Reaktionsschema (1)
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CO+H&sub2;O T CO&sub2;+H&sub2; (1)
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angewendet werden. Bei der Verwirklichung sollte die Steuerung
der zu injizierenden Menge von H&sub2;O in das Reaktionssystem und
die Gastemperatur während der Reaktion für die effektive
Erhaltung der katalytischen Wirkung usw. konkret berücksichtigt
werden.
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Der Einbezug eines Naßsystems, wie Naßabsorption mit
Monoethanolamin, wie kürzlich in einer
Mehrzweckintegrationsanlage, kann nicht praktisch sein, weil die Abnahme der
Gastemperatur nach Naßentzug von CO&sub2; der Anwendung eines
Gasturbinengenerators entgegensteht.
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Demgemäß und nach der Erfindung wird eine
Trocken-CO&sub2;-Entfernung angewendet. Hierbei kann es praktisch sein, eine sogen.
"Druckschwingadsorption" (PSA) anzuwenden, und zwar mit einem
molekularen Siebadsorbens für eine gleichzeitige Adsorption von
CO&sub2; und Schwefelverbindungen, wie H&sub2;S usw. Bei einer
Adsorptionstechnik wird im allgemeinen die Adsorptionseffizienz höher
sein, je niedriger die Adsorptionstemperatur ist. Eine IGCC-
Kraftanlage sollte jedoch bei einer Temperatur so hoch wie
möglich arbeiten, um eine hohe Energieausbeute der Anlage zu
erreichen.
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Um über das CO&sub2; und H&sub2;S, adsorbiert am Molekularsieb der PSA-
Einheit, zu verfügen, sollten diese beiden Komponenten separat
desorbiert werden. Es ist möglich, daß desorbierte H&sub2;S in
elementaren Schwefel (S) durch einen Clausprozeß zu konvertieren.
Eine CO&sub2;-Unterbringung ist in der Tiefsee oder unter Tage
möglich.
3. GEGENSTAND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die erste Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin,
ein wirtschaftliches Verfahren für die Reinigung von
Hochtemperatur-Reduktionsgasen zu schaffen, das es erlaubt, die
vorbeschriebenen existierenden Probleme zu lösen.
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Der erste Aspekt der Erfindung, um die oben erwähnte erste
Zielsetzung zu erreichen, führt zu einem Verfahren für die
Reinigung von Hochtemperatur-Reduktionsgasen durch Entfernung von
in solchen Reduktionsgasen enthaltenen Schwefelverbindungen
durch Trockenadsorption an Adsorbentien, wobei das
Hochtemperatur-Reduktionsgas einer katalytischen CO-Konvertierung in einem
Reaktor mit einem entsprechenden Katalysator und ausgestattet
mit Wärmerückgewinnungseinrichtungen für die Steuerung der
Gastemperatur unterworfen wird, während Dampf in das
Hochtemperatur-Reaktionsgas injiziert wird, um den Gehalt an CO im
Hochtemperatur-Reaktionsgas in CO&sub2; umzuwandeln, wobei gleichzeitig
die Entfernung der Schwefelverbindungen und des CO&sub2; durch
Adsorption von diesen an ein Adsorbens unter Temperaturkontrolle
des Gases mittels der Einrichtungen des Reaktors zur
Wärmerückgewinnung bewirkt wird und wobei das auf diese Weise
adsorbierte CO&sub2; von den adsorbierten Schwefelverbindungen durch
Desorption unter Temperatur- und Druckkontrolle zwecks
Wiedergewinnung getrennt werden.
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Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung führt zu einem
Verfahren zur Reinigung von Hochtemperatur-Reduktionsgasen
gemäß dem ersten Aspekt, wobei die vom CO&sub2; getrennten
Schwefelverbindungen in eine Claus-Schwefelrückgewinnungseinrichtung
eingespeist werden, in der das in den Schwefelverbindungen
enthaltene H&sub2;S in elementaren Schwefel umgewandelt wird, das durch
Extraktion aus der Einrichtung wiedergewonnen wird und wobei
das Abgas dieser Claus-Rückgewinnungseinrichtung einer
Reduktion durch den im Gas enthaltenen Wasserstoff unterworfen wird,
um die anderen Schwefelverbindungen und den restlichen
elementaren Schwefel in H&sub2;S zu überführen, wonach das so
entstandene H&sub2;S abgetrennt und in die
Claus-Schwefel-Rückgewinnungseinrichtung
zurückgeführt wird, während der Rest des Abgases
aus dem Claus-Verfahren bspw. einer Verbrennung zugeführt wird.
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Gemäß dem obigen ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung können die folgenden praktischen Vorteile erreicht
werden:
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a) Durch die Anwendung einer Trockenadsorption für die
Entfernung des CO&sub2; und von Schwefelverbindungen aus einem
Hochtemperatur-Reduktionsgas durch Konversion des
CO-Gehaltes im Gas in CO&sub2; bei gleichzeitiger Entfernung des CO&sub2;
und der im Reduktionsgas enthaltenen Schwefelverbindungen
kann dies mit geringerem Energieaufwand bewirkt werden.
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b) Durch Steuerung der Injektionsmenge des H&sub2;O in das
Hochtemperatur-Reduktionsgas zur CO-Konvertierung, um das
erforderliche Minimum in bezug mit jeder spezifisch
erforderlichen CO-Konvertierung zu sein, kann der unerwünschte
Einfluß des H&sub2;O auf die Installationen abströmseitig zum
Reaktor auf einem Minimum gehalten werden.
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c) Durch die Installation einer Wärmerückgewinnung zur
Steuerung der Reaktionstemperatur im CO-Konvert-Reaktor wird
eine hohe Konversion des CO in CO&sub2; erreicht bei
gleichzeitigem erhaltbarem Schutz des Katalysators durch
Aufrechterhaltung der Gastemperatur unter einem bestimmten
Wert von bspw. 500ºC.
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d) Alle abgetrennten Schwefelverbindungen können in
elementaren Schwefel (S) bei hoher Konversionsrate umgewandelt
werden, und das abgetrennte CO&sub2; kann in hoher Reinheit
wiedergewonnen werden.
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e) Das Verfahren zur Reinigung der
Hochtemperatur-Reduktionsgase kann auch für die Erzeugung chemischer Rohmaterialien
angewandt werden, weil eine hohe Entfernungsrate , sowohl
für das CO&sub2; und als auch für die Schwefelverbindungen
erreichbarist.
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Der zweite Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht in der
Schaffung einer IGCC-Kraftanlage mit Kohlevergasung, geeignet
für die Entfernung von CO&sub2; bei hoher Effizienz mit minimalem
Energieverlust.
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Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Erreichung der
obigen zweiten Zielsetzung wird mit einer IGCC-Kraftanlage
erreicht, die mit einem installierten Kohlenvergaser ausgestattet
ist, einem Gasreiniger für die Entfernung von Verunreinigungen
des im Kohlevergaser erzeugten Kohlengases, einer Gasturbinen-
Krafterzeugungseinheit mit einem Brenner zur Verbrennung des im
Gasreiniger gereinigten Produktgases, einem Abwärmekessel für
die Dampferzeugung durch Rückgewinnung der fühlbaren Wärme des
Turbinenabgases und einer vom Dampf des Abwärmekessels
betriebene Dampfturbinenkrafterzeugungseinheit, welche
IGCC-Krafterzeugungseinheit aus einem CO-KonvertReaktor für die Umwandlung
des CO im gereinigten Kohlengas in CO&sub2;, angeordnet zwischen dem
Gasreiniger und dem Brenner der
Gasturbinenkrafterzeugungseinheit, besteht und aus einer Trocken-CO&sub2;-Entfernungseinheit für
die Entfernung von CO&sub2; aus dem den Reaktor verlassenden Gas.
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Gemäß dem obigen dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
das im Gasreiniger gereinigte Gas einer Claus-Reaktion unter
Injektion einer erforderlichen Dampfmenge in das Gas
unterworfen, um im wesentlichen den gesamten Gehalt von CO in CO&sub2;
umzuwandeln, wobei das resultierende Produktgas dem Brenner der
Gasturbinenkrafterzeugungseinheit zugespeist wird, nach
Entfernung des CO&sub2;-Gehaltes durch eine
Trocken-CO&sub2;-Entfernungseinheit, wobei folgende technische Vorteile realisiert sind.
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a) Im wesentlichen kann das Ganze in der IGCC-Kraftanlage
gebildete CO&sub2; vom Produktgas abgetrennt werden und zwar mit
geringem Kraftverbrauch.
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b) Die kohlenstoffhaltigen Brennstoffkomponenten werden in
CO&sub2; umgewandelt, und das so gebildete CO&sub2; kann bei hoher
Temperatur und hohem Druck (350-500ºC, 20-40 atm) leicht
und mit sehr geringem Energieverbrauch abgetrennt werden.
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c) Durch die Entfernung des CO&sub2; aus dem Produktgas, ehe
dieses im Brenner der Gasturbine verbrannt wird, wird die
Verbrennungsstabilität erhöht, weil die wesentliche
brennbare Komponente demgemäß ausschließlich aus H&sub2; besteht.
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d) Aufgrund der Desorption des CO&sub2; kann eine zusätzliche
Kraftgewinnung durch eine Gasausdehnung erhalten werden.
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e) Gemäß der Ausschöpfung der Schwefelverbindungen, wie H&sub2;S,
COS usw., zusammen mit CO&sub2; kann das demgemäß gereinigte
Produktgas für eine Brennzelle durch Auswahl eines
adäquaten Adsorbens nutzbar gemacht werden.
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f) Der Schwefelverbindungsseparator kann als eine Stütze für
den zuströmseitig angeordneten Gasreiniger dienen, wenn
die Entschwefelung des Gasreinigers nicht in Ordnung ist.
4. KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Flußdiagramm des Systems zur Reinigung von
Hochtemperatur-Reduktionsgasen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 ist ein Flußdiagramm für eine Ausführungsform einer
IGCC-Kraftanlage gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 3 ist ein Flußdiagramm einer beispielhaften
IGCC-Kraftanlage bekannter Art.
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Fig. 4 ist ein Flußdiagramm einer anderen beispielsweisen IGCC-
Kraftanlage bekannter Art.
5. EINZELBESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Beim obigen ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung arbeitet
der CO-Konvert-Reaktor um das im Hochtemperatur-Reduktionsgas,
wie Kohlengas, enthaltene CO in CO&sub2; umzuwandeln gemäß dem
Reaktionsschema (1) unter Verwendung eines Katalysators. Der CO-
Konvert-Reaktor ist mit einer Wärmewiedergewinnung zur
Steuerung der Temperatur des Reaktionsgases ausgestattet, so daß die
Erreichung einer kompakten Konstruktion der Anlage und die
Reduktion des Energieverbrauches ermöglicht ist.
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Bei der CO-Konvert-Reaktion gemäß Reaktionsschema (1) handelt
es sich um eine exotherme Reaktion (Wärmewert = 9,83 Kcal/mol),
so daß je niedriger die Reaktionstemperatur die Reaktion in
Rücksicht auf das chemische Gleichgewicht umso vorteilhafter
sein wird. Bei einer IGCC-Kraftanlage wird jedoch, je höher die
Temperatur des Verbrennungsgases ist, die Energieausbeute desto
höher sein. Weil ein Katalysator, bestehend aus Fe-Cr-, Cu-Zn
oder Cu-Cr-Zusammensetzung für diese Reaktion angewandt wird,
kann eine thermische Zersetzung des Katalysators eintreten,
wenn die Temperatur des Katalysatorbettes hoch ist. Demgemäß
wird die Reaktionsgastemperatur am Ausgang des Reaktors
unterhalb etwa 500ºC in Rücksicht auf die Katalysatorlebensdauer
gehalten. Der Temperaturanstieg des Reaktionsgases durch die
Wärmeentwicklung aufgrund der exothermen Reaktion kann
gesteuert werden durch Steuerung der Temperatur des Gases am
Reaktorausgang durch Wärmerückgewinnungselemente, die darin angeordnet
sind. Wenn demgemäß die Temperatur des austretenden Gases einen
vorgegebenen Wert, bspw. 500ºC übersteigt, so kann die
Reaktionsgastemperatur im Reaktor durch eine entsprechende Operation
der Wärmerückgewinnungselemente des CO-Konvert-Reaktors
gesteuert werden. Insbesondere kann die Temperatur des Gases am
Ausgang des Reaktors unter einer bestimmten Temperatur, bspw.
500ºC gehalten werden.
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Die Umwandlung von CO in CO&sub2; kann leicht durch Einstellung der
Dampfmenge geregelt werden, die in das gereinigte Kohlengas
injiziert wird, welches dem CO-Konvert-Reaktor zugespeist wird.
Durch die Steuerung der Dampfmenge, die so injiziert wird, um
jeder erforderlichen CO-Umwandlung zu entsprechen, ist es
möglich, das restliche H&sub2;O im Gasabgang des CO-Konvert-Reaktors zu
minimieren, wodurch jeder unerwünschte Einfluß des H&sub2;O auf die
abströmseitigen Installationen wegfällt.
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Bei der gleichzeitigen Entfernung von CO&sub2; und der
Schwefelverbindungen aus dem Hochtemperatur-Reduktionsgas unter
Verwendung eines Trocken-Adsorptionssystems, wie eine PSA-Einheit,
ist die Adsorptionsfähigkeit des Adsorbens für H&sub2;S höher als
die für CO&sub2;. Die erforderliche Adsorbensmenge kann durch die
vorgegebene CO&sub2;-Konzentration unter dem ersten Aspekt der
vorliegenden
Erfindung bestimmt werden, weil die CO&sub2;-Konzentration
im zu behandelnden Gas im allgemeinen etwa das 50- bis
500-fache der Schwefelverbindungen beträgt.
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Es ist möglich, zwei oder mehr zulässige Adsorbentien für die
gleichzeitige Adsorption von CO&sub2; und der Schwefelverbindungen
zu verwenden oder solche, von denen jedes eine hohe
Adsorptionsfähigkeit entweder für CO&sub2; oder für Schwefelverbindungen
hat.
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Falls die Temperatur des aus dem CO-Konvert-Reaktor
ausströmenden Gases zu hoch ist, wird die Adsorptionsfähigkeit in
bezug auf CO&sub2; und H&sub2;S geringer, so daß die erforderliche
Adsorbensmenge anwächst. Aus diesem Grund ist nach dem ersten Aspekt
der vorliegenden Erfindung eine Wärmerückgewinnung hinter der
Einheit für die Trocken-adsorptionsentfernung des CO&sub2; und der
Schwefelkomponenten vorgesehen, um die Gastemperatur
herabzusetzen, während eine Energierückgewinnung von seiner fühlbaren
Wärme zur Steuerung der Gaseingangstemperatur der
Trockenadsorptionsentfernungseinheit erhalten wird, bspw. auf etwa 250-
300ºC zwecks Bewirkung einer höchst wirksamen Adsorption des
CO&sub2; und der Schwefelverbindungen.
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Durch die Entfernung von CO&sub2; und der Schwefelverbindungen wird
ein gereinigtes Kohlengas mit der brennbaren Komponente von im
wesentlichen H&sub2; erhalten. Dieses Kohlengas wird im Brenner
einer Gasturbine zur Krafterzeugung verbrannt, aus der im
wesentlichen ein CO&sub2;-freies Abgas austritt, wodurch jegliche Emission
von CO&sub2; in die Atmosphäre verhindert werden kann.
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CO&sub2; und die Schwefelverbindungen, die aus dem Kohlengas bspw.
durch eine PSA-Einheit entfernt werden, können unter
Ausnutzung des Unterschiedes der Adsorptionsfähigkeit des Adsorbens
zum Adsorbat zwischen CO&sub2; und den Schwefelverbindungen separat
desorbiert werden
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Bei der Verwendung einer PSA-Einheit für die Entfernung von CO&sub2;
und der Schwefelverbindungen aus dem Reduktionsgas gemäß dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die relative
Adsorptionsfähigkeit eines herkömmlichen Adsorbens in bezug auf
H&sub2;S größer als zu CO&sub2;, so daß die Adsorption zuerst für H&sub2;S,
und nachdem das Adsorptionsgleichgewicht für H&sub2;S erreicht
worden ist, die Adsorption von CO&sub2; beginnt. Es ist demgemäß
wichtig, nicht nur ein Adsorbens mit einer größeren
Adsorptionsfähigkeit in bezug auf H&sub2;S auszuwählen, sondern auch den
Chargenbetrag des Adsorbens zu regeln, der vorzugsweise H&sub2;S
absorbiert. Nach erfolgter Adsorption des CO&sub2; und der
Schwe-felverbindungen gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung
können die Schwefelverbindungen wie H&sub2;S usw. leicht in
konzentrierter Form vom CO&sub2; durch dessen Desorption vom Adsorbens
durch Reduzierung des Druckes auf einen vorbestimmten Wert
getrennt werden, während das desorbierte CO&sub2; als hochgereinigtes
Gas erhalten wird.
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Wie oben beschrieben, wird die Umwandlung von CO, enthalten im
Hochtemperatur-Reduktionsgas, in CO&sub2; in einem
CO-Konvert-Reaktor gemäß des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung
bewirkt, in dem die gesteuerte Umwandlung des CO mit
gleichzeitiger Erreichung einer Minimierung des Restbetrages des nicht
reagierten Betrages von H&sub2;O am Reaktorausgang durch Einstellung
des Dampfbetrages bewirkt werden kann, der in das Kohlengas dem
CO-Konvert-Reaktor injiziert wird. Hier wird die
Konvertreaktion von CO in CO&sub2; stromaufwärts zum Brenner der Gasturbine
erreicht, so daß der Betrag der der Konvertreaktion zu
unterwerfenden Gasmenge auf einem Minimum gehalten wird mit geringerem
Verbrauch der Betriebsenergie, und es kann eine kompakte
Anordnung der Installationen ebenfalls realisiert werden.
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Die Temperatur des Reaktionsgases im CO-Konvertreaktor kann mit
Wärmerückgewinnungselementen des Reaktors gesteuert werden, so
daß die CO-Konvert-Reaktion effizient bei einer gewünschten
Temperatur bewirkt wird. Zusätzlich wird dadurch die Temperatur
des in den Reaktor einströmenden Gases auf ein erforderliches
Niveau reduziert, und zwar zur Verwirklichung einer wirksamen,
trockenen, absorbtiefen Entfernung des CO&sub2; und der
Schwefelverbindungen im Reaktorausgangsgas und deren leichten
separativen Desorbtion vom Adsorbens.
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Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
demgemäß die Entfernung von CO&sub2; gleichzeitig mit der Entfernung der
Schwefelverbindungen auf trocken adsorptivem Wege bewirkt in
Verbindung mit einem geringen Energieverbrauch bei der
Reinigung der Hochtemperatur-Reduktionsgase.
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Nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die
Schwefelverbindungen einschließlich H&sub2;S, entfernt aus den
Hochtemperatur-Reduktionsgasen, einer
Claus-Prozess-Schwefelrückgewinnungseinheit zugeführt, in der das H&sub2;S zuerst einer
partiellen Oxidation durch Sauerstoff unterworfen wird, gefolgt durch
eine Umwandlung in elementaren Schwefel unter Verwendung eines
Claus-Katalysators, um diesen als elementaren Schwefel
wiederzugewinnen.
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Das Ausgangsgas der Claus-Schwefelwiedergewinnungseinheit
enthält elementaren Schwefel, SO&sub2; und unreagiertes H&sub2;S. Durch
Kühlung des Ausgangsgases der
Claus-Schwefelwiedergewinnungseinheit auf eine Temperatur von etwa 130-180ºC wird gasförmiger
elementarer Schwefel verflüssigt, der als flüssiger Schwefel
gesammelt wird. Das Restgas enthält demgemäß H&sub2;S, SO&sub2;, den Rest
von gasförmigem elementarem Schwefel und mitgerissenen
Schwefelstaub. Alle diese Schwefelverbindungen - außer H&sub2;S - werden
dann einer Reduktion durch das Wasserstoffgas unterworfen, das
im aus der Schwefelwiedergewinnungseinheit aus strömenden Gases
enthalten ist, gemäß den folgenden Reaktionsschemata (2) und
(3):
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SO&sub2;+3H&sub2; T H&sub2;S+2H&sub2;O (2)
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S+H&sub2; T H&sub2;S (3)
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Diese Reaktionen vollziehen sich leicht unter Verwendung eines
reduzierenden Katalysators, basierend bspw. auf Co-Mo, Ni-Mo
usw. bei einer Temperatur von 200-400ºC, wobei H&sub2;S in einer
Menge gebildet wird, die dem Gesamtbetrag von Schwefel des
ursprünglichen Reaktionssystems entspricht, wobei im wesentlichen
der gesamte Schwefel in der reduzierten Gasmischung in Form von
H&sub2;S enthalten ist.
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Die Separation des H&sub2;S von den anderen Komponenten, wie N&sub2;, CO&sub2;
usw. wird bspw. durch sogenannte PSA-Technik verwirklicht.
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Das so abgetrennte H&sub2;S wird in die
Claus-Schwefelwiedergewinnungseinheit zurückgeführt, um es in Form von elementarem
Schwefel wiederzugewinnen, während der verbleibende gasförmige
Rest, nachdem das H&sub2;S separiert worden ist, der noch eine Spur
von verbleibenden Schwefelverbindungen, wie H&sub2;S usw. enthält,
in die Atmosphäre gegeben wird, nachdem er bspw. durch
Verbrennung zwecks Umwandlung in SO&sub2; behandelt wurde.
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Wie oben beschrieben, schließt der zweite Aspekt der
vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den Merkmalen des ersten
Aspektes der vorliegenden Erfindung ein weiteres Merkmal der
Wiedergewinnung von Schwefelverbindungen ein, die nach der
Entfernung von H&sub2;S verbleiben durch deren Reduktion in H&sub2;S durch
den Wasserstoff im Ausgangsgas der
Claus-Schwefelwiedergewinnungseinheit und deren Rezirkulation in die Einheit.
Beispiel 1
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Eine konkrete Ausführungsform gemäß dem ersten oder zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird anhand des Beispieles
der Fig. 1 erläutert.
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Ein Hochtemperatur-Reduktionsgas 1, bestehend aus einem
Kohlevergasergas, das gasförmige Schwefelverbindungen, wie H&sub2;S, COS
usw. enthält, und partikuläre Verunreinigungen von Flugasche,
unverbrennbaren Verkohlungen usw. wird zuerst durch eine
Staubentfernung vermittels eines bei hohen Temperaturen arbeitenden
Trockenentstaubers 2, wie einen porösen keramischen Filter,
behandelt. Dampf, erforderlich für die Bewirkung einer
CO-Konvert-Reaktion, wird in das staubbefreite Gas in eine Gasleitung
3 von einer Dampfleitung 45 aus injiziert. Auf diese Weise wird
das staubbefreite und befeuchtete Reduktionsgas über eine
Gasleitung 4 zu einem CO-Konvert-Reaktor 5 geleitet, der Einlaß-
und Auslaßreaktionszonen 5a und 5b hat, bzw. jeweils eine
Katalysatorlage, basierend auf Fe-Cr, Cu-Zn oder Cu-Cr für die
Umwandlung von CO und H&sub2;O in H&sub2; und CO&sub2;. Das Reaktionsgas, das
die Reaktionszone 5a verlassen hat, wird in einen
Wärmewiedergewinnungstauscher 6 geleitet, in dem das Gas auf
eine Temperatur dahingehend effektiv gekühlt wird, um eine
Überhitzung der Katalysatorlage zu vermeiden, wobei die
Reaktionswärme durch die Erzeugung von Dampf ausgenutzt wird.
Wenn das Gas den Wärmewiedergewinnungstauscher 6 passiert hat,
wird es dann in die Reaktionszone 5b geleitet, in der eine
zusätzliche CO-Umwandlung bewirkt wird. Durch den
Wärmewiedergewinnungstauscher 6 wird das vom Reaktor 5 abgehende Gas auf
einem niedrigen Niveau, das nicht über 500ºC hinausgeht,
gehalten, wodurch eine thermische Beeinträchtigung der Wir-kung des
Katalysators bei einer sanften Durchführung der
Umwandlungsreaktion verhindert werden kann.
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Das den CO-Konvert-Reaktor verlassende Gas 1, dessen brennbare
Komponente nun im wesentlichen aus Wasserstoff mit geringem
Rest von CO besteht, wird dann einer trocken adsorptiven
Entfernungseinheit 10 zugeleitet und zwar durch einen
Wärmerückgewinnungstauscher 8 und eine Leitung 9 für die Ableitung von CO&sub2;
und der Schwefelverbindungen. Die trocken-adsorptive
Entfernungseinheit besteht aus einem Trockenadsorptionsgerät, gefüllt
mit einem Adsorbens für die Adsorption von CO&sub2; und der
Schwefelverbindungen, das auf Basis der Trocken-PSA-Technik
arbeitet. CO&sub2; und die Schwefelverbindungen, die im den CO-Konvert-
Reaktor verlassenden Gas enthalten sind, werden auf dem
Adsorbens mit hoher Wirksamkeit adsorbiert und auf diese Weise
aus dem Gas bei einer durch den Wärmetauscher 8 reduzierten
Adsorptionstemperatur von 250-300ºC entfernt.
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Das durch die Leitung 11 abgehende und CO&sub2; und
Schwefelverbindungen befreite gereinigte Gas ist nun für die Nutzung
als Brenngas für eine nicht dargestellte Gasturbine bereit.
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Durch den geringen Gehalt von kohlenstoffhaltigen Komponenten
im gereinigten Gas wird eine Emission von CO&sub2; in die Atmosphäre
nach der Verbrennung dieses Produktgases in einer Gasturbine im
wesentlichen vermieden.
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Das im wesentlichen mit dem adsorbierten CO&sub2; und den
Schwefelverbindungen gesättigte Adsorbens, die aus dem Gas entfernt
wurden, wird dann durch Desorption dieser Adsorbate
regeneriert. Das desorbierte Gas, das CO&sub2; und Schwefelverbindungen in
hoher Konzentration enthält und das aus der Adsorptionseinheit
10 austritt, wird einem CO&sub2;-Abscheider 13 zugeleitet, der ein
Adsorptionsbett, gefüllt mit einem Adsorbens von in bezug auf
Schwefelverbindungen höherer Adsorptionsfähigkeit gegenüber CO&sub2;
aufweist, und der mit PSA-Technik betrieben wird. Das CO&sub2; wird
vom Abscheider 13 abgeschieden, während die
Schwefelverbindungen vom Adsorbens adsorbiert werden, wodurch eine Abtrennung
des CO&sub2; mit einem hohen Reinigungsgrad erhalten wird und zwar
unter Wiedergewinnung davon über eine Ableitung 50.
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Die Schwefelverbindungen werden dann vom CO&sub2;-Abscheider13
desorbiert und das Desorptionsgas, das einen hohen Gehalt an
H&sub2;S aufweist, wird über eine Leitung 14 einer
Claus-Schwefelrückgewinnungseinheit 15 zugeleitet, wo es in elementaren
Schwefel umgewandelt wird, der als flüssiger Schwefel außerhalb
der Einheit über eine Leitung 51 gewonnen wird.
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Das aus der Claus-Schwefelrückgewinnungseinheit 1 austretende
Gas wird über eine Gasleitung 16 einem
Restgas-Reduktionsreaktor 17 zugeleitet, der mit einem Reduktionskatalysator,
basierend auf CO-NI, NI-MO o.dgl. gefüllt ist, in dem andere
Schwefelverbindungen als H&sub2;S in H&sub2;S durch den im Gas enthaltenen
Wasserstoff reduziert werden. Das den Reduktionsreaktor durch
eine Ableitung 18 verlassende Gas wird einem H&sub2;S-Separator 19
zugeführt, der auf ähnliche Weise wie der CO&sub2;-Separator wirkt,
und in dem das Gas in ein H&sub2;S-reiches Gas 20 und ein Restgas
getrennt wird. Das H&sub2;S-reiche Gas 20 wird in die
Claus-Schwefelrückgewinnungseinheit 15 zurückgeleitet, nachdem es durch
ein Gebläse 31 auf den Druck der
Claus-Schwefelrückgewinnungseinheit gebracht wurde, während das Restgas 42 in die
Atmosphäre über eine Abgasleitung 44 geleitet wird, nachdem jede
darin verbrennbare Komponente zu Oxid verbrannt wurde.
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Der Wärmerückgewinnungstauscher 6 dient zur Einstellung der
Temperatur der Katalysatorlage der folgenden Reaktionszone 5b
bei der CO-Konvertreaktion in zwei Stufen und hat eine
Zufuhrleitung 46, um den Tauscher mit Wasser zu speisen und eine
Dampfableitung 47.
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Von der Dampfleitung 45 ist eine Leitung a abgezweigt, um damit
Dampf in das Kohlengas zu injizieren, das in den
CO-Konvertreaktor 5 eintritt. Von der Tauscherbeschickungsleitung 46 ist
eine Speiseleitung b für einen anderen
Wärmerückgewinnungstauscher 8 abgezweigt, dessen erzeugter Dampf mit der Dampfleitung
47 via Leitung c verbunden ist.
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Wie in Beispiel 1 oben beschrieben, wird eine wesentliche
Reduzierung der Menge von CO&sub2;, das aus der Gasturbine in die
Atmosphäre gelangt, erreicht bei gleichzeitiger Verhinderung der
Emission von Schwefelverbindungen, und zwar durch Umwandlung
wesentlicher Teile des in Hochtemperaturreduktionsgasen
enthaltenen CO in CO&sub2; und Entfernung wesentlicher Teile des CO&sub2; durch
Trockenadsorption an einem Adsorbens zusammen mit
Schwefelverbindungen unter Wiedergewinnung von diesen in einer reinen,
verwendbaren Form.
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Zusätzlich ist der Einsatz einer Gasturbine zur Krafterzeugung
vorteilhaft im Vegleich zur herkömmlichen Kohlestaubfeuerung
was die Entfernung von CO&sub2; betrifft in Rücksicht auf die
Tatsache, daß die Menge von Abgas aus dem Kohlevergaser für die
Herstellung von Gasturbinen Brenngas im Falle einer Lufteinblasung
etwa 1/2 und im Falle von Sauerstoffeinblasung etwa 1/4 der
Menge des Abgases von Kohlestaubfeuerungen beträgt.
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Beim Betrieb des CO-Konvertreaktors 5 kann eine Konvertreaktion
bei einer Temperatur mit einer wirksamen Konvertreaktion von CO
- CO&sub2; realisiert werden, die tief genug ist, um eine
Hochtemperaturzerstörung des Konvertreaktion-Katalysators zu
verhindern, die aber nicht wesentlich die Wäreeffizienz der IGCC-
Kraftanlage herabsetzt.
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Die Schwefelverbindungen und CO&sub2;, die vom Kohlengas abgetrennt
wurden, werden in reiner und brauchbarer Form als elementarer
Schwefel und reines CO&sub2;-Gas gewonnen.
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Das Restgas 42, das kaum einen Gehalt von Rest-H&sub2;S aufweist und
aus dem H&sub2;S-Separator 19 kommt, gelangt in die Atmosphäre,
nachdem es bspw. durch Verbrennung in einem Verascher 43 in
praktisch ungiftige Form gebracht worden ist.
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Die experimentellen Daten, die nach dem oben erläuterten
Beispiel 1 erhalten werden, sind in Tabelle 2 nachfolgend
aufgeführt, wobei die Temperaturen in 0ºC, der Druck in absolutem
Atmosphärendruck angegeben ist, die Wärmewerte in Kcal/Nm³, der
Staubgehalt in mg/Nm³, die Schwefelverbindungskonzentrationen
in ppm und die erzeugten Gasvolumina in Nm³/hr x 10&sup9;...
Tabelle 2
Position in Fig. 1
Leitung
Gastemperatur ( ºC )
Gasdruck (atm abs.)
Gaszusammensetzung (Vol. %)
Heizwert (Kcal/Nm²)
Staubgehalt (mg/Nm³)
S-Verbingskonzentr. (ppm)
erzeugtes Gasvolumen (Nm³/hr x 10&sup9;)
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Aus den Daten der Tabelle 2 ergibt sich, daß die Werte für den
Gehalt an CO, CO&sub2;, Staub und Schwefelverbindungen markant
vermindert worden sind, während der Gehalt an Wasser ein wenig
gemindert und der Gehalt an H&sub2; bemerkenswert erhöht worden sind.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die
Hochtemperatur-Reduktionsgase, die gemäß der vorliegenden Efindung zu behandeln sind,
sich nicht nur auf Kohlengas aus einem Kohlenvergaser
beschränken, sondern jedes Hochtemperatur-Reduktionsgas betreffen, das
CO und Schwefelverbindungen enthält.
Beispiel 2
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Dieses Beispiel beschreibt eine Ausführungsform des dritten
Aspektes der Erfindung, dargestellt durch ein schematisches
Fließdiagramm in Fig. 2. Hierbei sind gleiche Elemente oder
entsprechende Teile wie in Fig. 4 mit den gleichen
Bezugszeichen versehen, so daß eine diesbezügliche Erläuterung
entbehrlich ist.
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Wie in Fig. 2 dargestellt, wird das in einem Kohlevergaser 21
(speziell bei Druckluftzuführung) erzeugte Gas einem
Gasreiniger 23 zugeführtund hier gereinigt, bevor es in einen
CO-Konvertreaktor 36 eingeleitet wird. In das Kohlengas wird ein
Dampf aus bspw. einer Mittel- oder Niederdruck-Dampfturbine
injiziert. Ein CO&sub2;-Separator 37 ist abströmseitig hinter dem
Konvert-Reaktor 36 angeordnet.
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Das aus dem Gasreiniger 23 austretende Gas ist ein brennbares
Gas, bestehend hauptsächlich aus CO, H&sub2; und N&sub2; (siehe Tabelle 3
Spalte B), welche Zusammensetzung im Falle von Luftzuführung
typisch bei etwa 25 % CO und etwa 10 % H&sub2; liegt.
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Dieses Gas wird durch Injektion von Dampf aus einer
Dampfturbine befeuchtet und das auf diese Weise befeuchtete Gas wird
einem CO-Konvertreaktor 36 zugeleitet, wo CO in CO&sub2; durch eine
Reaktion mit Wasser nach folgendem Reaktionsschema umgewandelt
wird:
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CO+H&sub2;O = CO&sub2;+H&sub2;+9,83 Kcal/mol
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Die Konvertreaktion von CO in CO&sub2; ist eine exotherme Reation,
so daß die Reaktion erleichtert sein wird, wenn die Temperatur
des Reaktionsgemisches niedriger ist, wie sie sich aus dem
Gleichgewicht dafür herleitet. In der Praxis kann jedoch die
Reaktion vorteilhaft bei einer Temperatur von etwa 300 - 500º C
durchgeführt werden.
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Bei der obigen Reaktionsgleichung ist die Wärmebilanz zwischen
der Ausgangsseite und der Ergebnisseite nahezu unverändert,
weil nur der CO-Gehalt ersetzt wird durch einen entsprechenden
Betrag H&sub2; nach der Reaktion. In Rücksicht auf den praktischen
Betrieb der Gasverbrennung kann es für die Stabilität der
Verbrennung vorteilhaft sein, H&sub2; als brennbare
Brennstoff-Komponente zu verwenden im Vergleich zur Verwendung von CO als
brennbare Brennstoff-Komponente.
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Das vom CO-Konvertreaktor 36 abgehende Gas ist ein
verbrennbares Gas, bestehend hauptsächlich aus H&sub2;, CO&sub2; und N&sub2; mit
etwas CO und H&sub2;O (siehe Tabelle 3 Spalte C). Dieses Gas wird
einem CO&sub2;-Separator 27 zugeführt, worin CO&sub2; aus dem Hauptstrom
des Kohlengases, das der Gasturbine 25 zuzuführen ist,
abgezweigt wird, während die Rückgewinnung von CO&sub2; aus dem
CO&sub2;-Separator mit Hilfe einer geeigneten CO&sub2;-Rückgewinnungseinheit
bewirkt wird. Demgemäß besteht das Brenngas für die Gasturbine
nunmehr hauptsächlich aus Wasserstoff und Stickstoff im Falle
der Luftzuführung und im wesentlichen nur aus Wasserstoff im
Falle der Sauerstoffzuführung. Demgemäß wird jede Bildung von
CO&sub2; nach Betrieb einer Gasturbine übermäßig gemindert, wie aus
Tabelle 3, der Spalte D der Fig. 2 ersichtlich, und zwar neben
der Stabilität der Verbrennung im Gasturbinen-Brenner,
erhaltbar wie oben erklärt.
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Für den CO&sub2;-Separator 37 können vorteilhaft solche verwendet
werden, die nach dem Prinzip auf Basis der PSA-Technik
arbeiten.Das CO&sub2;, abgetrennt vom Hauptstrom des Gases, liegt in
komprimierter Form vor, so daß es möglich ist, davon weitere
Energie zu gewinnen, durch Verwendung bspw. eines Gasexpanders
38 für eine zusätzliche Krafterzeugung. Es kann Fälle geben,
die keine Druckminderung nahezu auf Atmosphärendruck erfordern,
veranlaßt durch die Wiedergewinnungsbedingungen des CO&sub2;, wie im
Falle der Wiedergewinnung als Feststoff (Trockeneis) oder als
Flüssigkeit oder im Falle der Wiedergewinnung als Rohmaterial
für die chemische Industrie, wie bei der Metanolsynthese
usw.Die Verwendung eines CO&sub2;-Separators 37, basierend auf der
PSA-Technik, erlaubt die Entfernung von
Rest-Schwefelverbindungen, wie H&sub2;S, COSusw., die nicht in der
Trockenentschwefelungseinheit im Gasreiniger 23 entfernt worden sind und
die in einer Konzentration von etwa 30 - 100 ppm vorliegen und
ein reines Rest-Kohlengas (Bezugszeichen D in Fig. 2)
hinterlassen, das rein genug ist, um sogar für die Benutzung in einer
Brennzelle zugelassen zu werden. Die vom CO&sub2;-Separator 37
desorbierten Schwefelverbindungen werden in einem
Schwefelverbindungs-Separator 39 gesammelt und vom CO&sub2; separiert. Das von
Schwefelverbindungen freie, desorbierte CO&sub2; wird in hohem
Reinheitsgrad wiedergewonnen nach Passage eines Gasexpanders 38.
Die im Schwefelverbindungs-Separator 39 gesammelten
Schwefelverbindungen werden in den Gasreiniger 23 zurückgeführt.
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- Eine Wärmerückgewinnung aus der Reaktion im
CO-Konvertreaktor kann durch die Installation eines
Wärmerückgewinnungstauschers 32, 33 im CO-Konvertreaktor erreicht werden. Die
nach Beispiel 2 erhaltenen experimentellen Daten sind in der
nachfolgenden Tabelle 3 angeführt, worin die gegebenen Werte
die gleichen Dimensionen bzw. Einheiten haben, wie in der
Tabelle 2.
Tabelle 3
Position in Fig. 2
Gastemperatur ( ºC )
Gasdruck (atm abs.)
Gas zusammensetzung (Vol. %)
Heizwert (Kcal/Nm²)
Staubgehalt (mg/Nm³)
S-Verbingskonzentr. (ppm)