EP2981596A1 - Verfahren zur herstellung von synthesegas für die umsetzung zu produkten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von synthesegas für die umsetzung zu produktenInfo
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Definitions
- the invention relates to a process for the production of synthesis gas for the conversion into products, in particular for synthesis gas liquefaction.
- a carbonaceous fuel such as biomass or coal
- a reactor in which the carbonaceous fuel with air or oxygen or oxygen-enriched air and with water vapor and carbon dioxide by gasification, for example by entrained flow gasification, fluidized bed gasification or other gasification methods (eg fixed bed gasification, etc.) is reacted at elevated temperature, preferably at temperatures between 800 to 1200 ° C or higher, to a crude synthesis gas consisting essentially of hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide.
- the crude synthesis gas produced is cleaned by play, for example chlorine, pivoting ⁇ FEL-, carbon dioxide and dust particles are removed by filtration, chemical / physical processes from the raw synthesis gas.
- the gereinig ⁇ te raw synthesis gas to a synthesis gas conversion is supplied, for example, generated based on the Fischer-Tropsch synthesis or methanol synthesis, the final liquid product.
- Synthesis gas conversion technology such as syngas liquefaction
- a high-quality gas ie, a gas of pure CO and H2.
- the crude synthesis gas always also has proportions of methane, whereby experience has shown that the content of methane in the crude synthesis gas is about 4 to 10%.
- this object is achieved according to the invention in that the exhaust gas generated in the process of conversion is converted into pure synthesis gas and this is fed into the purified main synthesis gas stream.
- the core idea of the invention is to integrate an additional cycle with a converted pure synthesis gas into the process, i. for example converting the offgas produced during the liquefaction process in the syngas liquefaction system into pure synthesis gas and, in turn, feeding the generated pure syngas into the main syngas stream.
- a converted pure synthesis gas into the process, i. for example converting the offgas produced during the liquefaction process in the syngas liquefaction system into pure synthesis gas and, in turn, feeding the generated pure syngas into the main syngas stream.
- the conversion of the produced exhaust gas into pure synthesis gas and the introduction of the pure synthesis gas into the main synthesis gas stream are preferably carried out more than once, ie, ideally, almost all of the exhaust gas has been converted.
- a reformer for the conversion of the ex ⁇ gas is expediently a reformer, and especially an autothermal reformer or catalytic reformer provided.
- An advantageous embodiment of the invention provides that the reformer of the synthesis gas conversion device is connected downstream.
- the system for carrying out the method according to the invention is essentially formed by the contact elements reactor 6, synthesis cleaning device 7, synthesis gas conversion device 8 and reformer 9, which is in the form of an autothermal reformer.
- the device 8 is arranged between the synthesis gas purification device 7 and the reformer 9.
- the process begins with carbonaceous fuel 1, such as biomass, gases, liquids or coal, being fed to the reactor 6, where the carbonaceous fuel 1 is reacted with air or oxygen and with steam and carbon dioxide to form a crude synthesis gas 2.
- the reaction is carried out by gasification, such as entrained flow gasification, fixed bed gasification or fluidized bed gasification and is at elevated temperature, which may be between 800 to 1200 ° C and higher.
- the reacted crude synthesis gas 2 which consists essentially of hydrogen, carbon dioxide and carbon monoxide, is fed to the synthesis gas purifier 7 together with methane produced in the gasification in the reactor 6 in the course of a further process step in order to be purified there.
- the purification of the crude synthesis gas 2 in the synthesis gas purification device 7 is carried out in a conventional manner, such as by filtering and chemical / physical processes.
- portions of chlorine, sulfur, carbon dioxide and dust are removed from the crude synthesis gas 2, so that as a result a purified main synthesis gas stream 3 is removed arises, but still has additional shares of methane.
- the next process step envisages, as further shown in FIG. 1, that the main synthesis gas stream 3 is conducted into the synthesis gas conversion device 8.
- the synthesis gas liquefaction is carried out in a conventional manner, for example on the basis of Fischer-Tropsch synthesis or methanol synthesis, to produce the end product 10.
- the resulting in the synthesis gas liquefaction 4 such as carbon monoxide, hydrogen, methane and higher hydrocarbons now together with methane via an additional circuit first in one of the synthesis gas conversion device 8 downstream reformer 9, in the embodiment shown in Fig. 1 as autothermal Reformer present, then passed to be converted into a pure synthesis gas 5.
- the pure synthesis gas 5 is in turn fed to the main synthesis gas stream 3 guided into the synthesis gas conversion device 8.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas für die Umsetzung zu Produkten, insbesondere für die Synthesegasverflüssigung. Um das Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass eine Steigerung der Synthesegasproduktion erzielt wird, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt: a) Zuführung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes (1) in einen Reaktor (6), in dem der Brennstoff (1) zu einem rohen Synthesegas (2) umgesetzt wird; b) Reinigung des rohen Synthesegases (2), wobei das gereinigte rohe Synthesegas (2) mit entstandenem Methan als Hauptsynthesegasstrom (3) der Synthesegasumsetzung zugeführt wird, bei der auch ein Abgas (4) produziert wird; c) Konvertierung des produzierten Abgases (4) in ein reines Synthesegas (5) und Zuführung des reinen Synthesegases in den Hauptsynthesegasstrom (3).
Description
für die Umsetzung zu Produkten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Synthesegas für die Umsetzung zu Produkten, insbesondere für die Synthesegasverflüssigung.
Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Hierzu wird ein kohlenstoffhaltiger Brennstoff, wie beispielsweise Biomasse oder Kohle, einem Reaktor zugeführt, in dem der kohlenstoffhaltige Brennstoff mit Luft oder Sauerstoff bzw. sauerstoffangereicherter Luft sowie mit Wasserdampf und Kohlendioxid mittels Vergasung, beispielsweise durch Flugstromvergasung, Wirbelschichtvergasung oder anderen Vergasungsmethoden (z.B. Festbettvergasung u.s.w.) bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 800 bis 1200°C oder höher, zu einem rohen Synthesegas umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens der eingangs genannten Art wird das erzeugte rohe Synthesegas gereinigt, indem Anteile, beispielsweise Chlor-, Schwe¬ fel-, Kohlendioxid- und Staubteile, durch Filterung, chemischen/physikalischen Prozessen aus dem rohen Synthesegas entfernt werden. Danach wird das gereinig¬ te rohe Synthesegas einer Synthesegasumsetzung zugeführt, die beispielsweise auf Grundlage der Fischer-Tropsch-Synthese oder Methanol-Synthese das flüssige Endprodukt erzeugt.
Die Technologie der Synthesegasumsetzung, wie beispielsweise die Synthesegasverflüssigung, erfordert in der Regel ein qualitativ hochwertiges Gas, d.h. ein Gas aus reinem CO und H2. Hierbei ergibt sich jedoch die Problematik, dass bei Verfahren der eingangs genannten Art das rohe Synthesegas immer auch Anteile von Methan aufweist, wobei erfahrungsgemäß der Gehalt des Methans in dem rohen Synthesegas ca. 4 bis 10 % beträgt. Dies bedeutet, dass eine nahezu vollständige Erzeugung von reinem Synthesegas, d.h. Gas aus reinem CO und H2, nicht gegeben ist, was wiederum dazu führt, dass ein nicht geringer Betrag von chemischer Energie weiterhin in dem Methan, aber auch in höheren Kohlenwasserstoffen ge-
speichert ist, was zur Folge hat, dass die Effizienz des gesamten Prozesses der Gasverflüssigung eine Beeinträchtigung erfährt.
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe darin besteht, das Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine Steigerung der Synthesegasproduktion erzielt wird.
Mit einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass das im Prozess der Umsetzung erzeugte Abgas in reines Synthesegas konvertiert wird und dieses in den gereinigten Hauptsynthesegasstrom zugeführt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kernidee der Erfindung ist es, einen zusätzlichen Kreislauf mit einem konvertierten reinen Synthesegas in das Verfahren zu integrieren, d.h. zum Beispiel das während des Prozesses der Verflüssigung in dem Synthesegasverflüssigungssystem produzierte Abgas in reines Synthesegas zu konvertieren und das erzeugte reine Synthesegas wiederum in den Hauptsynthesegasstrom zuzuführen. Dadurch, dass zusätzlich reines Synthesegas in den Hauptsynthesegasstrom geführt wird, wird vorteilhafterweise erreicht, dass ein höherer Anteil an gereinigtem Synthesegas über den Hauptsynthesegasstrom in die Synthesegasverflüssigungsvorrichtung gelangt, was wiederum zu einer erhöhten Produktion des gewünschten Flüssigkeitsproduktes und somit auch zu einer höheren Effizienz des gesamten Verfahrens führt.
Da mit dem Prozess beispielsweise der Synthesegasverflüssigung fortlaufend die Produktion von Abgas einhergehen kann, erfolgt vorzugsweise die Konvertierung des produzierten Abgases in reines Synthesegas und die Zuführung des reinen Synthesegases in den Hauptsynthesegasstrom mehr als einmal, d.h. im Idealfall bis nahezu sämtliches Abgas konvertiert worden ist. Für die Konvertierung des Ab¬ gases ist zweckmäßigerweise ein Reformer, und hier insbesondere ein autothermer Reformer oder katalytischer Reformer, vorgesehen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass der Reformer der Synthesegasumsetzungsvorrichtung nachgeschaltet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur ein Schaltbild mit Prozessfluss zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Wesentlichen von den Anlageelementen Reaktor 6, Synthesereinigungsvorrichtung 7, Syn- thesegasumsetzungsvorrichtung 8 sowie Reformer 9, der in Gestalt eines au- tothermen Reformers vorliegt, gebildet. Die Vorrichtung 8 ist dabei zwischen der Synthesegasreinigungsvorrichtung 7 und dem Reformer 9 angeordnet.
Das Verfahren beginnt damit, dass kohlenstoffhaltiger Brennstoff 1, wie Biomasse, Gase, Flüssigkeiten oder Kohle, dem Reaktor 6 zugeführt wird, in dem der kohlenstoffhaltige Brennstoff 1 mit Luft oder Sauerstoff sowie mit Wasserdampf und Kohlendioxid zu einem rohen Synthesegas 2 umgesetzt wird. Die Umsetzung erfolgt mittels Vergasung, wie Flugstromvergasung, Festbettvergasung oder Wirbelschichtvergasung und wird bei erhöhter Temperatur, die zwischen 800 bis 1200° C und höher liegen kann.
Das umgesetzte rohe Synthesegas 2, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht, wird im Rahmen eines weiteren Verfahrensschrittes zusammen mit bei der Vergasung in dem Reaktor 6 erzeugtem Methan der Synthesegasreinigungsvorrichtung 7 zugeführt, um dort gereinigt zu werden. Die Reinigung des rohen Synthesegases 2 in der Synthesegasreinigungs- vorrichtung 7 erfolgt in herkömmlicher Weise, wie durch Filterung und chemische/physikalische Prozesse. Insbesondere werden im Rahmen des Reinigungsprozesses Anteile von Chlor, Schwefel, Kohlendioxid und Staub aus dem rohen Synthesegas 2 entfernt, so dass als Ergebnis ein gereinigter Hauptsynthesegasstrom 3
entsteht, der jedoch weiterhin zusätzliche Anteile von Methan aufweist.
Der nächste Verfahrensschritt sieht vor, wie aus Fig. 1 weiter hervorgeht, dass der Hauptsynthesegasstrom 3 in die Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 geleitet wird.
In der Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 wird in herkömmlicher Weise, beispielsweise auf Basis der Fischer-Tropsch-Synthese oder Methanol-Synthese, die Synthesegasverflüssigung vollzogen, um das Endprodukt 10 zu erzeugen. In erfindungswesentlicher Weise wird das bei der Synthesegasverflüssigung entstehende Abgas 4, wie Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan und höhere Kohlenwasserstoffe nun zusammen mit Methan über einen zusätzlichen Kreislauf zunächst in einen der Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 nachgeschalteten Reformer 9, der in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform als autothermer Reformer vorliegt, geleitet, um dann in ein reines Synthesegas 5 konvertiert zu werden. Das reine Synthesegas 5 wird wiederum dem in die Synthesegasumsetzungsvorrichtung 8 geführten Hauptsynthesegasstrom 3 zugeführt.
Natürlich ist die beschriebene Ausführungsform der Erfindung noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Bei¬ spielsweise können auch noch andere Vergasungstechniken als die Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung in dem Reaktor 6 zugrundegelegt werden. Auch können andere Technologien als Filterung und chemische Reaktionen für die Reinigung in der Reinigungsvorrichtung 7 angewendet werden. Auch kann der zusätzlich geschaltete Kreislauf mehrmals durchlaufen werden.
Bezuqszeichenliste:
1 Brennstoff
2 Synthesegas
3 Synthesegasstrom
4 Abgas
5 Synthesegas
6 Reaktor
7 Synthesereinigungsvorrichtung
8 Synthesegasumsetzungsvorrichtung
9 Reformer
10 Endprodukt
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Synthesegas für die Umsetzung zu anderen Produkten, insbesondere für die Synthesegasverflüssigung mit folgenden Verfahrensschritten :
a) Zuführung eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes (1) in einen Reaktor (6), in dem der Brennstoff (1) mit Luft oder Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft sowie mit Wasserdampf und C02 bei erhöhter Temperatur, vorzugsweise bei Temperaturen von 800 - 1200° C oder höher, zu einem rohen Synthesegas (2) umgesetzt wird, das zu einem wesentlichen Teil aus Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid besteht und zusätzlich Anteile von Methan aufweist, b) Reinigung des rohen Synthesegases (2), wobei das gereinigte rohe Synthesegas (2) mit entstandenem Methan als Hauptsynthesegasstrom (3) der Synthesegasumsetzung zugeführt wird, bei der auch ein Abgas (4) produziert wird;
c) Konvertierung des produzierten Abgases (4) in ein reines Synthesegas (5) und Zuführung des reinen Synthesegases (5) in den Hauptsynthesegasstrom (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Abgas (4) einem Reformer (9) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Reformer (9) ein autothermer Reformer oder ein katalytischer Reformer ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Reformer (9) einer Synthesegasumsetzungsvorrichtung (8) nachgeschaltet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (8) zwischen einer Synthesegasreinigungsvorrichtung (7) und dem Reformer (9) angeordnet ist.
6. Verfahren nach Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung (8) der Synthesegasreinigungsvorrichtung (7) nachgeschaltet ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass Verfahrensschritt c) mehr als einmal durchgeführt wird.
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