EP2435669A2 - Verfahren zur nutzung des aus einem vergaser stammenden synthesegases - Google Patents

Verfahren zur nutzung des aus einem vergaser stammenden synthesegases

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EP2435669A2
EP2435669A2 EP09795332A EP09795332A EP2435669A2 EP 2435669 A2 EP2435669 A2 EP 2435669A2 EP 09795332 A EP09795332 A EP 09795332A EP 09795332 A EP09795332 A EP 09795332A EP 2435669 A2 EP2435669 A2 EP 2435669A2
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Definitions

  • the starting point of the present invention is also a fuel gasification for the production of synthesis gas, wherein any kind of gasification is included here.
  • synthesis gas should then be more economical and optimal Be used manner, in particular for power generation, in which case simultaneously occurring CO 2 storage should be supplied.
  • the invention uses in a simple way by the combustion of the synthesis gas, the immediate one or two-stage compression of the C0 2 -Gastromes to pressures that makes possibly a storage of CO 2 possible after further compression.
  • the product is then fed to the subsequent CO 2 conversion 6, this step serving to increase the synthesis gas temperature and to convert COS into H 2 S and HCN into NH 3 and CO.
  • the conversion 6 joins the hydrolysis 7 to the carbonoxysulfide removal.
  • the carbon oxysulfide present in the gas which is difficult to wash with water and other customary solvents, is converted into hydrogen sulphide by catalytic hydrolysis, the carbon dioxide oxide in the gas phase being mixed with steam according to the reaction equation COS + H 2 O - ⁇ H 2 S + CO 2 reacts.

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Abstract

Ein aus einem Vergaser stammendes Synthesegas (H2+CO) soll in wirtschaftlicher und optimaler Weise genutzt werden, insbesondere zur Stromerzeugung, wobei dann gleichzeitig anfallendes CO2 einer Lagerung zugeführt werden soll. Dies wird dadurch erreicht, - dass das Synthesegas (H2+CO) und Sauerstoff (O2) aus einer Luftzerlegungsanlage in einem Brenner verbrannt und über eine Gasturbine (unter Antrieb eines Generators) entspannt wird, - dass CO2 im Abgasstrom separiert und einem von der Gasturbine angetriebenen Verdichter zugeführt wird und - als verdichtetes CO2 einer CO2-Speicherung zugeführt wird.

Description

"Verfahren zur Nutzung des aus einem Vergaser stammenden Svnthesegases"
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Nutzung des aus einem Vergaser stammenden Synthesegases (H2+CO) .
Bei der Nutzung fossiler Brennstoffe fällt zwangsläufig CO2 an. Um dies nicht in die Atmosphäre bei derartigen Verbrennungsprozessen abgeben zu müssen, ist man bemüht, das CO2 abzutrennen und zu speichern.
In einer Publikation der Firma RWE AG "IGCC-CCS-Kraftwerk" wird eine großtechnische Abtrennungsmöglichkeiten beschrieben, wobei "IGCC" Integrated Gasification Combined Cycle (Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung) bedeutet. Das Kürzel "CCS" bedeutet Carbon Capture and Storage.
Bei dem beschriebenen Verfahren wird die Vergasung von Kohle mit einer CO2-Abtrennung kombiniert und Strom in einer nachgeschalteten Gas- und Dampfturbine erzeugt. Dabei wird die Kohle zunächst in einem Vergaser bei hohen Temperaturen unter Druck von ca. 35 bar in ein brennbares Rohgas mit den Hauptbestandteilen CO und H2 umgewandelt. Das Gas wird gereinigt und das Kohlenmonoxid in CO-Shift mit Hilfe von Wasserdampf zu CO2 und H2O umgewandelt. Nach der Entschwefelung wird das CO2 abgetrennt, verdichtet und der Speicherung zugeführt, wobei der verbleibende Wasserstoff in einer Gasturbine verbrannt wird, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt .
Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls eine BrennstoffVergasung zur Erzeugung von Synthesegas, wobei hier jegliche Art von Vergasung miterfasst ist. Ein solches Synthesegas sollte dann in wirtschaftlicher und optimaler Weise genutzt werden, insbesondere zur Stromerzeugung, wobei dann gleichzeitig anfallendes CO2 einer Lagerung zugeführt werden soll.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- dass das Synthesegas (H2+CO) und Sauerstoff (O2) aus einer Luftzerlegungsanlage in einem Brenner verbrannt und über eine Gasturbine (unter Antrieb eines Generators) entspannt wird,
- dass CO2 im Abgasstrom separiert und einem von der Gasturbine angetriebenen Verdichter zugeführt wird und
- als verdichtetes CO2 einer CO2-Speicherung zugeführt wird.
Die Erfindung nutzt auf einfachem Wege durch die Verbrennung des Synthesegases die unmittelbare ein- oder zweistufige Komprimierung des C02-Gastromes auf Drücke, die ggf. nach einer weiteren Kompression eine Lagerung des CO2 möglich macht.
In der US 5 724 805 ist ein Verfahren bekannt, indem unter anderem flüssiges CO2 in einem Tank gesammelt wird. Dabei erfolgt der Abzug des zur Sequestierung geführten CO2 auf der drucklosen Seite der Gasturbine nach dem Abhitzedampferzeuger. Damit muss die volle Kompressionsleistung für die Sequestierung separat erzeugt werden, während bei der vorliegenden Erfindung eine Vorkompremierung durch den Verdichter der Gasturbine selbst wie oben angegeben erfolgt. Hier wird somit die volle Kompressionsleistung der Gasturbine ausgenutzt. Eine Verflüssigung des CO2 findet nicht statt.
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Teil des verdichteten CO2-Gases dem Brenner zur TemperaturSteuerung zugeführt wird.
Die Zuführung des verdichteten CO2-Gases in zum Brenner führende Ströme kann an unterschiedlichen Positionen erfolgen. Entweder unmittelbar in den dem Brenner zugeführten Synthesegasstrom oder aber auch in den dem Brenner zugeführten Sauerstoffström aus der Luftzerlegungsanlage.
Eine weitere Optimierung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht darin, dass dem Abgasstrom aus der Gasturbine über einen Wärmetauscher Wärme zum Betrieb einer Dampfturbine entzogen wird, wobei die Dampfturbine zum Antrieb eines Generators heranziehbar ist.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass der die Gasturbine verlassende Strom einer Trennung von CO2 und Wasserdampf unterworfen wird, derart, dass reines CO2 den mit der Gasturbine gekoppelten Verdichter beaufschlagt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Beispiel anhand des Prinzipschaubildes einer erfindungsgemäßen Anlage .
Ein allgemein mit 1 bezeichneter Brennstoff wird neben Adi- tiven 2 einer Mahlung und Trocknung und einem Druckraum zugeführt, was mit 3 bezeichnet ist. Bei dem Brennstoff kann es sich um Slurry, Stein oder Braunkohle, um Biomasse, Pe- trokoks, Ölsand, Orimulsion, aufbereiteten Müll u. dgl . handeln. Dieser Brennstoff wird dann einer Vergasungsanlage 4 aufgegeben zusammen mit Sauerstoff (Leitung 5) aus einer Luftzerlegungsanlage 6, wobei z.B. Stickstoff über die Leitung 7 dem Bereich Mahlung, Trocknung und Verdichtung 3 aufgegeben wird. Das von der Vergasungsanlage 4 kommende Rohgas wird zunächst in den der Entstaubung des Gases dienenden Quench 5 eingeleitet. Hier werden dem Staub gleichzeitig das in Gas vorhandene Ammoniak und der CyanwasserStoff nahezu vollständig sowie der Schwefelwasserstoff teilweise ausgewaschen. Das Produkt wird dann der nachfolgenden C02-Konver- tierung 6 aufgegeben, wobei dieser Schritt zur Erhöhung der Synthesegastemperatur und der Umsetzung von COS in H2S und HCN in NH3 und CO dient. Bekannt sind z.B. die Hochtemperaturkonvertierung und die Mittel- und Tieftemperaturkonver- tierung, wobei auch andere Verfahren eingesetzt werden können. Der Konvertierung 6 schließt sich im dargestellten Beispiel die Hydrolyse 7 an zur Kohlenoxisulfid-Entfer- nung. Hier wird das im Gas vorhandene Kohlenoxisulfid, das mit Wasser und anderen üblichen Lösungmittel nur schwer aufzuwaschen ist, durch katalytische Hydrolyse in Schwefelwasserstoff übergeführt, wobei das Kohlensul- fidoxid in der Gasphase mit Wasserdampf gemäß der Reaktionsgleichung COS + H2O —► H2S + CO2 reagiert.
Schließlich folgt noch eine H2S-Wäsche 8, wobei hier der im Gas vorhandene Schwefelwasserstoff adsorbtiv mit einer selektiv wirkenden Waschlösung ausgewaschen wird. Dabei ist zu beachten, dass auch andere Möglichkeiten der H2S-Abschei- dung in Frage kommen, wie beispielsweise Hochtemperatur- Trockenentschwefelung .
Nach diesen Behandlungsschritten weist das Gas eine ausreichende Reinheit auf, um der mit 9 bezeichneten Brennkammer einer Gasturbine 10 zugeführt werden zu können.
Wie aus dem Prinzipschaltbild erkennbar, wird der Brennkammer 9 auch aus der Luftzerlegungsanlage 6 stammender Sauerstoff über die Leitung 11 aufgegeben. Mit der Gasturbine 10 ist nicht nur ein Stromerzeugender Generator 12, sondern auch ein Gasverdichter 13 gekoppelt, der das die Gasturbine verlassende Gas gemäß Leitung 14 komprimiert, wobei es sich erfindungsgemäß um einen CO2-Ver- dichter handelt. Das die Gasturbine 10 verlassende Abgas wird über einen Wärmetauscher 15 zur Dampferzeugung geführt, wobei der entstehende Dampf einer weiteren Gasturbine 16 mit Generator 17 zur Stromerzeugung zugeleitet wird.
Der Gasstrom 14 wird hinter dem Wärmetauscher 15 nachfolgend über eine CO2- /Wasserdampftrennung, allgemein mit 18 bezeichnet, geführt. Das den CO2-Verdichter 13 verlassende CO2 wird über die Leitung 19 dann zu einer CO2-Lagerung geleitet, was mit der Leitung 20 angedeutet ist.
Wie in der Figur ebenfalls noch dargestellt, kann das den CO2-Verdichter 13 verlassende CO2-GaS teilweise insbesondere auch zur Temperaturregelung in der Brennerkammer 9 dieser zugeleitet werden, entweder gemäß Pfeil 21 dem Synthesegasstrom oder über die Leitung 22 dem aus der Luftzerlegungsanlage stammenden 02-Strom 11.
Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist, wie oben schon angedeutet, jede Art von Vergaser hier einsetzbar, im Bereich der CO-Konvertierung kann evtl. auch ein Gas-/Gas -Wärmetauscher vorgesehen sein, um die Temperatur für die Hydrolyse zu erreichen u. dgl . mehr.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Nutzung des aus einem Vergaser stammenden Synthesegases (H2+CO) , dadurch gekennzeichnet,
- dass das Synthesegas (H2+CO) und Sauerstoff (O2) aus einer Luftzerlegungsanlage in einem Brenner verbrannt und über eine Gasturbine (unter Antrieb eines Generators) entspannt wird,
- dass CO2 im Abgasstrom separiert und einem von der Gasturbine angetriebenen Verdichter zugeführt wird und
- als verdichtetes CO2 einer CO2-Speicherung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des verdichteten CO2-Gases dem Brenner zur Temperatursteuerung zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Teil des verdichteten CO2-Gases dem Synthesegas - ström oder dem 02-Strom aus der Luftzerlegungsanlage vor dem Brenner zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgasstrom aus der Gasturbine über einen Wärmetauscher Wärme zum Betrieb einer Dampfturbine (mit Generator) entzogen wird.
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