WO2015074804A1 - Aufbereitung und konditionierung von syntheserohgasen - Google Patents
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- C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
- C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
- C01B2203/0288—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step containing two CO-shift steps
Definitions
- the invention relates to processes and apparatuses for the treatment of raw synthesis gases obtained in the gasification of solid or liquid carbonaceous feedstocks in the flow or fluidized bed gasification at pressures of up to 12 MPa and temperatures up to 1,900 ° C, by applying a specific Shift technology to achieve a given H 2 / CO ratio of a pure synthesis gas.
- the invention relates to a method and an apparatus for producing defined H 2 - and CO-containing synthesis gases or technically pure hydrogen from solid or liquid carbon carriers, which are used in the production of chemical products such as, for example, methanol,
- Dimethyl ethers and their derivatives and fuels for example, according to the Fischer-Tropsch technology are suitable.
- Solid fuels are in this case pulverized coal of different degrees of coalification, or Cokes, especially petroleum cokes, biomass or recyclable fractions derived from residues and waste.
- the technology has been described in detail in "The refining and conversion of coal", Schingnitz, chapter 4.4.2, GSP gasification, published by the German Scientific Society of Petroleum, Natural Gas and Coal, Dec., 2008.
- the supply of the fuel dust in The gasification system under said pressure is effected by a combustion carrier gas suspension with delivery densities of 100-550 kg / m 3 in the field of flow promotion, as shown by the patent DD 147 188.
- Liquid fuels are heavy oils, tars and asphalts as higher-boiling products
- the liquid fuels are gassed fine atomized with oxygen and water vapor in the air stream, see Ch. Higman et al., “Gasification” chapter “Oil Gasification”, Elsevier 2003.
- the hot Vergasungsrohgas leaves with temperatures up to 1900 ° C and pressures up to 10 MPa together with the liquefied slag fuel ash and fly ash and soot the gasification chamber and is cooled directly by injecting water or indirectly in a waste heat boiler.
- the raw gas passes through a cascade of water washing systems or dry
- Filter to the dust content to a concentration of 1 mg / m 3 in, preferably 0.1 mg / m 3 in to remove.
- this proposal requires a low inlet temperature and, on the other hand, a potassium-promoted catalyst.
- this first means a cooling of the raw gas to condense water vapor, and then a re-heating, in order to supply the raw gas in the unsaturated state to the shift reactor. This avoids further condensation of water vapor in the catalyst bed.
- This proposal means energy loss and additional equipment.
- the patent document WO 2013 088 116 A1 proposes the arrangement of cooling tubes in the catalyst bed in order to dissipate the heat of reaction with cold synthesis gas or steam and thus to limit the temperature increase. Such reactors are more complicated to manufacture, uniform heat removal from the catalyst bed is difficult.
- the second method is described in patent document WO 2013 072 660 AI.
- this is achieved by a partial quenching of the crude gas to temperatures between 230 to 800 ° C and a placement of the first reactor of a shift system with a catalyst which is limited by a specific choice of the carrier material and the active components in its reaction kinetic activity (mild intrinsic activity), which limits the shift reaction and thus prevents too high, catalyst-damaging and promoting the methanation reaction temperature.
- a catalyst in the first reactor of the shift process, the previously proven reactor designs and operating conditions can be maintained even in the partial quenching.
- Partial quenching to temperatures between 230 and 800 ° C also allows the use of dry dust separation by means of a ceramic high-temperature filter, which reduces the water required for the purification of the raw gas and the water cycles are substantially relieved.
- the water vapor content of the raw gas by choosing the partial quenching temperature so that the desired H 2 / CO ratio for the subsequent synthesis is produced by the specific shift process with a reaction-kinetically limited catalyst.
- Said catalyst allows a wide range of application of the water vapor to gas ratio of 0.1 to 2.5, preferably from 0.2 to 1.8.
- the CO concentration in the dry raw gas can be at 40 to 90 vol%, preferably at 50 to 70% by volume. Sulfur contents between 100 ppm and 5% by volume, preferably 300 ppm and 2% by volume are tolerated.
- the process pressure may be between 0.1 and 12 MPa, preferably between 4 and 10 MPa.
- the space load of the catalyst bed is 1,000 to 10,000 / h, preferably 2,000 to 6,000 / h at an inlet temperature of 200 to 350 ° C, preferably from 230 to 300 ° C in the unsaturated state.
- the crude gas partially shifted in the first reactor to CO contents of 35 to 50% by volume CO enters the second catalyst, which is equipped with a typical catalyst for the acid gas shift.
- the steam to gas ratio is between 0.2 to 2.0, preferably between 0.3 and 1.2. If necessary, additional steam or raw gas bypassed around the first reactor may be added before the second reactor.
- the possible volume load based on dry partially shifted crude gas is 1000 to 7000 / h, preferably 1500 to 4000 / h.
- the inlet temperature may be between 200 and 300 ° C, preferably between 220 and 300 ° C.
- the catalyst is sulphided prior to operation.
- the partially saturated crude gas 5 has the following composition:
- entrained dust which may consist of the fuel ash, residual carbon or soot
- a hot gas filter 6 For removing entrained dust, which may consist of the fuel ash, residual carbon or soot, flows through the partially saturated crude gas 5 at a temperature of 500 ° C, a hot gas filter 6 and is then with the same gas Zusam Composition 7 and 9 in the heat exchanger 8 with the generation of medium pressure steam to the inlet temperature of 250 ° C cooled.
- the raw gas 9 can be heated in a heat exchanger 10 against the partially quenched raw gas 13 after the first shift reactor 12 by a few ° C, in the example by 10 ° C.
- the crude gas 11 then enters the first shift reactor 12 at 260.degree. C.
- the teilgeshiftete raw gas 13 is characterized by the following parameters:
- the starting temperature from the first reactor 12 sets by the limited shift reaction to only 355 ° C, which is no problem for the thermal stability of the catalyst used.
- the hot teilgeshiftete raw gas 4 is first partially cooled in the heat exchanger 14 indirectly by the generation of medium pressure steam and, after it has been used for preheating the untreated crude gas, via the crude gas line 15 under the following conditions in the second reactor 16:
- From teilgeshifteten raw gas 13 68937 m 3 iN / h are diverted after cooling, passed around as a bypass 19 to the second reactor 16 and fed to the raw gas 17 after the second reactor 16 again.
- This bypass is used to precisely set the desired H 2 / CO ratio.
- the shifted crude gas has 17 following parameters:
Abstract
Die Erfindung beschreibt eine Technologie zur Erzeugung von Synthesegas aus dem Rohgas verschiedener Vergasungsverfahren von festen oder flüssigen Brennstoffen. Zur Begrenzung der Temperaturen nachfolgender stark exothermer CO-Shiftreaktionen zur Einstellung des H2/CO-Verhältnisses durchströmt das teilgequenchte und vom Staub befreite Rohgas zwei hintereinander geschaltete Shiftreaktoren, wobei der erste Reaktor mit einem speziellen reaktionskinetisch limitierten Katalysator und der zweite Reaktor mit einem üblichen Sauergaskatalysator bestückt wird. Der im ersten Reaktor eingesetzte spezielle Katalysator begrenzt den Ablauf der exotherm ablaufenden Shiftreaktion soweit, dass die Reaktionstemperaturen im ersten und zweiten Reaktor so niedrig bleiben, dass eine thermische Gefährdung der Katalysatoren auch ohne Fremddampfzuführung ausgeschlossen ist und die gewünschte Gaszusammensetzung erreicht wird.
Description
Beschreibung
Aufbereitung und Konditionierung von Syntheserohgasen Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung von Rohsynthesegasen, die bei der Vergasung fester oder flüssiger kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe in der Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung bei Drücken von bis zu 12 MPa und Temperaturen bis 1.900°C anfallen, durch Anwendung einer spezifischen Shifttechnologie zur Erzielung eines vorgegebenen H2/CO- Verhältnisses eines Reinsynthesegases.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von definierten H2- und CO-haltigen Syn- thesegasen oder von technisch reinem Wasserstoff aus festen oder flüssigen Kohlenstoffträgern, die bei der Herstellung von chemischen Produkten wie beispielsweise Methanol,
Dimethyläther sowie ihren Folgeprodukten und Kraftstoffen beispielsweise nach der Fischer-Tropsch-Technologie geeignet sind.
Zur Erzeugung von Synthesegasen haben sich unter Berücksichtigung des Einsatzes unterschiedlicher Brennstoffe und Zielstellungen verschiedene Verfahren durchgesetzt, die heute den Stand der Technik repräsentieren. Genannt seien verschiedene Modifikationen der Flugstromvergasung von staubförmigen und flüssigen Brennstoffen, wie beispielsweise Kohle-Wasser oder Kohle-Öl-Slurries oder schwere Rückstände der Erdölverarbeitung, die Festbettvergasung von stückigen festen Brennstoffen sowie die Wirbelschichtvergasung, die zunehmend für den Einsatz von Biomassen ausgewählt wird.
Nach der Technologie der Flugstromvergasung werden staubförmige oder flüssige Brennstoffe mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unter Drücken bis 10 MPa und
Temperaturen bis 1900°C in ein H2- und CO-reiches Rohsynthesegas umgesetzt. Feste Brennstoffe sind dabei zu Brennstaub aufgemahlene Kohlen unterschiedlichen Inkohlungsgrades, oder
Kokse, besonders Petrolkokse, Biomassen oder aus Rest- und Abfallstoffen gewonnene verwertbare Fraktionen. Die Technologie ist ausführlich beschrieben worden in „Die Veredelung und Umwandlung von Kohle", Schingnitz, Kapitel 4.4.2, GSP- Vergasung, herausgegeben von der Deutschen Wissenschaftlichen Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle e.V., Dez. 2008. Die Zuführung des Brennstaubes in das unter dem genannten Druck stehende Vergasungssystem geschieht dabei durch eine Brenn- staub-Trägergassuspension mit Förderdichten von 100 - 550 kg/m3 im Bereich der Fließförderung, wie die Patentschrift DD 147 188 zeigt. Flüssige Brennstoffe sind Schweröle, Teere und Asphalte als höhersiedende Produkte der Erdölverarbeitung sowie der Kohleveredelung wie beispielsweise der Schwelung oder Verkokung. Die flüssigen Brennstoffe werden fein verdüst gleichfalls mit Sauerstoff und Wasserdampf im Flugstrom vergast, siehe Ch. Higman u. a. „Gasification" Kapitel „Oil Gasifcation" , Verlag Elsevier 2003.
Das heiße Vergasungsrohgas verlässt mit Temperaturen bis zu 1900°C und Drücken bis 10 MPa gemeinsam mit der zu Schlacke verflüssigten Brennstoffasche sowie Flugasche und Ruß den Vergasungsraum und wird direkt durch Einspritzen von Wasser oder indirekt in einem Abhitzekessel gekühlt. Zur Abscheidung mitgeführter Stäube, besonders Feinstäube, durchläuft das Rohgas eine Kaskade von Wasserwaschsystemen oder trockenen
Filtern, um den Staubgehalt bis auf eine Konzentration von 1 mg/m3 i.N., bevorzugt 0,1 mg/m3 i.N. zu entfernen.
Bei der Festbettvergasung stückiger Brennstoffe bei Drücken bis 6 MPa wird das 400-600°C heiße Rohgas nach Verlassen des Reaktors soweit gekühlt, dass die mitgeführten Kohlenwasserstoffe auskondensiert und abgeschieden werden. Nähere Beschreibungen finden sich bei D.A. Bell u.a. „Coal Gasifi- cation and its Applications", Kap. Moving Bed Gasifiers, Ver- lag Elsevier 2011, wo auch die Wirbelschichttechnologie näher behandelt wird.
Allen Vergasungsverfahren ist eigen, dass das in der Vergasung primär entstandene H2 / CO - Verhältnis nicht geeignet ist, die Anforderung nachfolgender Synthesen zu erfüllen. Durch die bekannte katalysierte Shiftreaktion
CO + H20 — C02 + H2 ΔΗ = -41KJ/mol gelingt es, das im Rohgas vorhandene H2/ CO -Verhältnis von 1 zu 2 auf das bei der Methanol- und Fischer-Tropsch-Synthese erforderliche Verhältnis von ca. 2 zu 1 oder weiter bis zur Erzeugung von technischem Wasserstoff zu verändern. Technische Lösungen zeigen die Patente EP 2133308 und EP 2157156, eine ausführliche Beschreibung der Reaktionskinetik findet sich im Int. Journal of Scientific Engineering and Technology, Juli 2012, Heft Nr. 3, Seiten 106 - 110, Y.J. Morabiya u.a., "Modeling and Simulation of Water Gas Shift Reaction".
Herkömmlich gibt es Shiftanlagen, die zweistufig aufgebaut sind. Das vom Staub befreite Rohgas verlässt die Wasserwäsche mit Temperaturen von 180 - 220°C und wird im Gegenstrom zu konvertiertem Gas auf die Anspringtemperatur des Katalysators von 230 - 300°C aufgeheizt und einem ersten Reaktor zugeführt. Die hohe Exothermie der Shiftreaktion von 41,2 kJ/mol führt zu einer starken Aufheizung im Shiftreaktor . Um diese zu begrenzen wird dem Rohgas vor Eintritt in den Reaktor Wasserdampf zugesetzt der thermodynamisch nicht notwendig wäre und nur der Kühlung des Systems dient. Das im ersten Reaktor teilgeshiftete Rohgas wird direkt oder indirekt gekühlt und zur weiteren Verringerung der Kohlenmonoxidkonzentration einem zweiten Reaktor zugeführt, um das gewünschte H2/CO - Verhältnis zu erhalten. Der genannte Wasserdampfzusatz vor dem ersten Reaktor stellt einen erheblichen Kostenfaktor dar und erfordert zusätzlich größere Reaktoren. Der genauen Ein- Stellung des erforderlichen H2/CO-Verhältnisses dient eine
Bypassregelung, die einen Teil ungeshifteten Rohgases an einem oder den beiden Reaktoren vorbeiführt und dem geshifteten
Rohgas zusetzt. Hohe CO - Konzentrationen führen im Shift- reaktor wegen der starken Exothermie zu Temperaturerhöhungen, die in zunehmendem Maße die Methanisierungsreaktionen CO + 3 H2 — CH4 + H2 Δ H2 - 206 kJ/mol
CO + 4 H2 — CH4 + 2 H2 Δ H2 - 165 kJ/mol beschleunigt, was wegen der extrem starken Wärmeentwicklung zu weiterem, noch schnelleren Temperaturanstieg führt. Der Shiftreaktor droht überhitzt zu werden. Um den Vorgang zu beherrschen, ist neben der o.g. zusätzlichen DampfZuführung der CO - Gehalt im Eingangsgas auf < 50Vol% (bezogen auf trockenes Gas) zu begrenzen, was technisch nur schwierig möglich ist. Zur Beherrschung des Problems werden verschiedene Vor- Schläge unterbreitet. Die Firma Lianxin Chemical Co. schlägt in den Patenten CN 101 050 391 A und CN 101 412 932 A vor, das Dampf - CO - Verhältnis vor Eintritt in den ersten Shiftreaktor zu vermindern. Dieser Vorschlag benötigt zum Einen eine geringe Eintrittstemperatur und zum Anderen einen mit Kalium promotierten Katalysator. In der praktischen Anwendung bedeutet dies zunächst eine Kühlung des Rohgases, um Wasserdampf auszukondensieren, und anschließend eine Wiederaufhei- zung, um das Rohgas in ungesättigtem Zustand dem Shiftreaktor zuzuführen. Dadurch wird die weitere Kondensation von Wasser- dampf im Katalysatorbett vermieden. Dieser Vorschlag bedeutet Energieverlust und zusätzlichen apparativen Aufwand. Im Patentdokument WO 2013 088 116 AI wird die Anordnung von Kühlrohren im Katalysatorbett vorgeschlagen, um mit kaltem Synthesegas oder Wasserdampf die Reaktionswärme abzuführen und damit die Temperaturzunahme zu begrenzen. Solche Reaktoren sind komplizierter in der Herstellung, die gleichmäßige Wärmeabführung aus dem Katalysatorbett ist schwierig. Die zweite Methode wird im Patentdokument WO 2013 072 660 AI beschrieben. Als weitere Möglichkeit wird eine signifikante Erhöhung der Raumbelastung des Katalysatorbettes von > 12.500/h vorgeschlagen, um die Reaktionszeit zu begrenzen. Der nachfolgende zweite Reaktor entspricht der oben genannten Version mit in-
terner Kühlung. Auch bei diesen Vorschlägen ist der wesentlich höhere apperative Aufwand zu nennen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vergasungseinrichtung mit nachgeordneter Shifteinrichtung anzugeben, bei der allein der in einem Teilquenchprozess gebildete Wasserdampf für die Shiftreaktion und die Temperaturbegrenzung ausreichend ist, wobei weder eine Auskondensation von Wasserdampf noch eine Zuführung von Zusatzdampf benötigt wird.
Das Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 7 gelöst.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Teilquenchung des Roh- gases auf Temperaturen zwischen 230 bis 800°C sowie eine Bestückung des ersten Reaktors einer Shiftanlage mit einem Katalysator erreicht, der durch eine spezielle Wahl des Trägermaterials und der aktiven Komponenten in seiner reaktionskinetischen Aktivität limitiert ist (mild intrinsic activity) , die Shiftreaktion begrenzt und damit eine zu hohe, den Katalysator schädigende und die Methanisierungsreaktion fördernde Temperatur verhindert. Bei Einsatz eines solchen Katalysators im ersten Reaktor des Shiftprozesses können die bisher bewährten Reaktorkonstruktionen und Betriebsbedingungen auch bei der Teilquenchung beibehalten werden. Die Teilquenchung auf Temperaturen zwischen 230 und 800°C erlaubt weiterhin den Einsatz einer trockenen Staubabscheidung mittels eines keramischen Hochtemperaturfilters, wodurch der Wasserbedarf für die Reinigung des Rohgases vermindert und die Wasserkreisläu- fe wesentlich entlastet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch die Wahl der Teilquenchungstemperatur den Wasserdampfgehalt des Rohgases so zu bestimmen, dass durch den spezifischen Shiftprozess mit einem reaktionskinetisch limitierten Katalysator das gewünschte H2/CO- Verhältnis für die nachfolgende Synthese entsteht. Der genannte Katalysator erlaubt eine große Einsatzbreite des Wasserdampf-Gas-Verhältnisses von 0,1 bis 2,5 bevorzugt von 0,2 bis 1,8. Die CO- Konzentration im trockenen Rohgas kann bei 40 bis 90 Vol%,
bevorzugt bei 50 bis 70 Vol% liegen. Schwefelgehalte zwischen 100 ppm und 5 Vol%, bevorzugt 300ppm und 2 Vol% werden toleriert. Der Verfahrensdruck kann zwischen 0,1 und 12 MPa, bevorzugt zwischen 4 und 10 MPa liegen. Die Raumbelastung des Katalysatorbettes beträgt 1.000 bis 10.000/h, bevorzugt 2.000 bis 6.000/h bei einer Eingangstemperatur von 200 bis 350°C, bevorzugt von 230 bis 300°C im ungesättigten Zustand. Das im ersten Reaktor auf CO- Gehalte von 35 bis 50 Vol% CO teilge- shiftete Rohgas tritt in den zweiten Katalysator ein, der mit einem typischen Katalysator für die Sauergasshift bestückt ist. Das Dampf- Gas- Verhältnis liegt zwischen 0,2 bis 2,0, bevorzugt zwischen 0,3 und 1,2. Vor dem zweiten Reaktor kann, wenn erforderlich, zusätzlich Dampf oder Rohgas, das im Bypass um den ersten Reaktor herumgeführt wurde, zugegeben wer- den. Die mögliche Raumbelastung bezogen auf trockenes teil- geshiftetes Rohgas beträgt 1000 bis 7000/h, bevorzugt 1500 bis 4000/h. Die Eingangstemperatur kann zwischen 200 und 300°C, bevorzugt zwischen 220 und 300°C liegen. Der Katalysator wird vor Betriebsaufnahme sulfidiert.
Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel in einem zum Verständnis erforderlichen Umfang anhand einer Figur näher erläutert. In einem Vergasungsreaktor mit einer Bruttoleitung vom 500MW werden stündlich 72 Mg eines aus Steinkohle hergestellten Brennstaubes mit Sauerstoff bei einem Druck von 4,2 MPa und einer Temperatur von 1.550°C zu einem Rohsynthesegas umgesetzt, das mit den folgenden Parametern den Vergasungsraum verlässt:
H20 vol% 6,5
Es wird in einem Partialquench 3 durch Einspritzen von Quenchwasser 4 auf eine Temperatur von 500°C abgekühlt, wobe gleichzeitig der für die Shiftreaktion erforderliche Wasserdampf generiert wird. Nach dem Partialquench 3 hat das teilgesättigte Rohgas 5 folgende Zusammensetzung:
Zur Entfernung mitgeführten Staubes, der aus der Brennstoff asche, Restkohlenstoff oder Ruß bestehen kann, durchströmt das teilgesättigte Rohgas 5 mit einer Temperatur von 500°C einen Heißgasfilter 6 und wird danach mit gleicher Gaszusam
mensetzung 7 und 9 im Wärmeübertrager 8 unter Erzeugung von Mitteldruckdampf auf die Eingangstemperatur von 250 °C abgekühlt. Um eine erhöhte Regelfähigkeit zu erhalten, kann das Rohgas 9 in einem Wärmeübertrager 10 gegen das teilgequenchte Rohgas 13 nach dem ersten Shiftreaktor 12 um einige °C aufgeheizt werden, im Beispiel um 10°C. Das Rohgas 11 trifft dann mit 260°C bei gleicher Gaszusammensetzung wie bei 5, 7 und 9 in den ersten Shiftreaktor 12 ein, der mit einem reaktionskinetisch limitierten (mild intrinsic activity) Katalysator be- stückt ist und den Umsatz des Kohlenmonooxides in der genannten exothermen Shiftreaktion im erforderlichen Maße begrenzt. Nach Durchlaufen des ersten Reaktors 9 zeichnet sich das teilgeshiftete Rohgas 13 durch folgende Parameter aus:
Die Ausgangstemperatur aus dem ersten Reaktor 12 stellt sich durch die limitierte Shiftreaktion auf nur 355°C ein, was kein Problem für die thermische Beständigkeit des eingesetzten Katalysators darstellt. Das heiße teilgeshiftete Rohgas 4 wird zunächst im Wärmeübertrager 14 indirekt durch die Erzeugung von Mitteldruckdampf teilgekühlt und gelangt, nachdem es zur Vorheizung des ungeshifteten Rohgases genutzt wurde, über die Rohgasleitung 15 unter folgenden Konditionen in den zweiten Reaktor 16:
Vom teilgeshifteten Rohgas 13 werden nach der Kühlung 68937 m3 i.N./h abgezweigt, als Bypass 19 um den zweiten Reaktor 16 herumgeführt und dem Rohgas 17 nach dem zweiten Reaktor 16 wieder zugeführt. Dieser Bypass dient der genauen Einstellung des gewünschten H2 /CO -Verhältnisses. Nach dem zweiten Reaktor 16 besitzt das geshiftete Rohgas 17 nachfolgende Parameter :
Es wird im Wärmetauscher 18 unter Erzeugung von Mitteldruckdampf gekühlt und mit dem Bypassstrom 19 vermischt einer Küh-
lung 20 unterzogen sowie über die Leitung 21 einer chemischen oder physikalischen Sauergaswäsche zur Entfernung besonders des Kohlendioxids und Schwefelwasserstoffs mit nachfolgenden Parametern zugeführt:
Nach Entfernen des Kohlendioxids wird das gewünschte H2/CO - Verhältnis im Synthesegas von 2,1 : 1 erreicht. Der in der Quenchung erzeugte Wasserdampf war ausreichend, eine Fremdzu führung war nicht erforderlich. Der in den Wärmetauschern er zeugte Mitteldruckdampf kann einem fremden Verbraucher zugeführt werden .
Bezugszeichenliste
1 Rohsynthesegas
2 Schlacke
3 Partialquench
4 Quenchwasser
5 teilgesättigtes Rohsynthesegas
6 Heißgasfilter
7 Rohgas nach Heißgasfilter
8 Wärmeübertrager
9 Rohgas nach Wäremübertrager
10 Wärmeübertrager
11 Rohgaseintritt zum 1. Shiftreaktor
12 Erster Shiftreaktor
13 teilgeshiftetes Rohgas
14 Wärmeübertrager
15 Rohgasleitung zum zweiten Shiftreakto
16 Zweiter Shiftreaktor
17 Geshiftetes Rohgas
18 Wärmetauscher
19 Bypass
20 Gaskühlung
21 Rohgasleitung zur Sauergaswäsche
Claims
1. Verfahren zur Behandlung von Rohsynthesegasen, die bei der Vergasung fester oder flüssiger kohlenstoffhalti- ger Einsatz stoffe in der Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung bei Drücken von bis zu 12 MPa und Temperaturen bis 1.900°C anfallen, durch Anwendung einer Shifttechnologie zur Erzielung eines vorgegebenen H2/CO- Verhältnisses eines Reinsynthesegases,
gekennzeichent durch folgende Schritte:
• Teilquenchung (3) des den Vergasungsreaktor verlassenden Rohgases auf Temperaturen zwischen 230 und 800°C, wobei die Rohgastemperatur mindestens 20°C über der Taupunkttemperatur beträgt und das Rohgas nicht wasserdampfgesättigt ist,
• Abscheidung des aus Brennstoffasche, Restkohlenstoff oder Ruß gebildeten Feinstaubes in einem Feinstaubfilter (6) ,
• Zuführung des teilgequenchten und entstaubten Rohgases in eine erste Shiftstufe (12), die mit einem reaktionskinetisch limitierten Katalysator bestückt ist,
• Zuführung des teilgeshifteten Rohgases nach einer Abkühlung (14, 10) zu einer zweiten Shiftstufe (16), die mit einem reaktionskinetisch nicht limitierten Katalysator bestückt ist,
• Abführung des geshifteten Rohgases (21), insbesondere zur weiteren Behandlung in nachfolgenden Wasch- und Konditionierungssystemen .
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Bruchteil des teilgequenchten und entstaubten Rohgases um die erste Shiftstufe (12) im Bypass geführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Bruchteil des teilgeshifteten Rohgases aus der ersten Shiftsufe (12) um die zweite Shiftstufe (16) im Bypass (19) geführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der für den Shiftprozess benötigte Wasserdampfgehalt des Rohgases durch die Einstellung der Teilquenchtemperatur geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Rohgastemperatur vor Eintritt in die erste Shiftstufe zwischen 230 und 300°C beträgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Rohgastemperatur des teilgeshifteten Rohgases vor Zuführung in die zweite Shiftstufe so geregelt wird, dass die Ausgangstemperatur des vollgeshifteten Rohgases 480°C nicht überschreitet.
7. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, zur Behandlung von Rohgasen, die bei der Vergasung fester oder flüssiger kohlenstoffhaltiger Einsatzstoffe in der Flugstrom- oder Wirbelschichtvergasung bei Drücken von bis zu 12 MPa und Temperaturen bis 1.900°C anfallen, durch Anwendung einer Shifttechnologie zur Erzielung eines vorgegebe-
nen H2/CO- Verhältnisses eines Synthesegases, bei der mindestens 2 Shiftreaktoren (12, 16) angeordnet sind, wobei der erste Shiftreaktor (12), der das Rohgas aus der
Teilquenchung aufnimmt, mit einem reaktionskinetisch limi- tierten Katalysator bestückt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Vergasung und dem ersten Shiftreaktor (12) ein Feinstaubfilter ( 6 ) angeordnet ist, der durch einen
Heißgas-Fliehkraftabscheider gegeben ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der Vergasung und dem ersten Shiftreaktor (12) ein Feinstaubfilter ( 6 ) angeordnet ist, der durch einen Porenfilter gegeben ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Gas-Gas-Wärmetauscher (8) zur Aufheizung des gewaschenen Rohgases (7) auf die erforderliche Shifttemperatur angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem ersten Shiftreaktor (12) und dem zweiten Shiftreaktor (16) ein Wärmetauscher (10, 14) zur Einstellung der Shifttemperatur für den zweiten Shiftreaktor angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Bypassleitung (19) zur Erzeugung eines Bypassstromes , der den zweiten Shiftreaktor umfährt, angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Shiftreaktor (12) frei von der Zuführung von Zusatzdampf ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Katalysator in dem ersten Shiftreaktor derart reaktionskinetisch limitiert ist, dass die Ausgangstemperatur des teilgeshifteten Rohgases (13) auf maximal 480°C begrenzt ist.
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