WO2016070988A1 - Verfahren zur nutzung von co2 bei der synthesegasproduktion - Google Patents

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WO2016070988A1 PCT/EP2015/002205 EP2015002205W WO2016070988A1 WO 2016070988 A1 WO2016070988 A1 WO 2016070988A1 EP 2015002205 W EP2015002205 W EP 2015002205W WO 2016070988 A1 WO2016070988 A1 WO 2016070988A1
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gas
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Josef Sporer
Rachid Mabrouk
Haik MEHMKE
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Linde Aktiengesellschaft
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    • Y02P30/20—Technologies relating to oil refining and petrochemical industry using bio-feedstock

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of biological products, such as bio-methane, bio-methanol, bio-ethanol, bio-diesel, bio-gasoline or bio-plastic from a H 2 , CO and C0 2 containing biological synthesis gas, which
  • gaseous raw materials are already known.
  • Solid raw materials are advantageously converted into H 2 and CO in so-called gasification processes.
  • biological raw materials such as used and residual wood, energy wood or agricultural residues such as straw or peat.
  • Processes and plants for the at least partial gasification of solid, organic feedstock are known, for example, from EP 0 745 114 B1, DE 41 39 512 A1 and DE 42 09 549 A1.
  • the present application relates in particular to such processes or plants which use a low-temperature gasifier and a
  • the feedstock for example
  • Biomass by partial gasification with a gasification agent at temperatures between about 300 ° C and 600 ° C to coke (so-called in the case of biomass
  • the carbonization gas is then transferred to a combustion chamber of the
  • High-temperature gasifier and transferred there with an oxygen-containing gas for example with more or less pure oxygen, but also with air and / or oxygen-containing exhaust gases, e.g. from gas turbines or internal combustion engines, partially oxidized.
  • the heat released by the oxidation causes a temperature increase to 1200 ° C to 2000 ° C, for example 1400 ° C.
  • aromatics, tars and oxo compounds contained in the carbonization gas are completely decomposed.
  • a synthesis gas that essentially forms
  • the synthesis gas thus produced is brought into contact with coke from the low-temperature gasifier, for example in a quench unit integrated in the high-temperature gasifier or in a quench unit connected downstream of it.
  • the coke can previously be treated separately (eg by grinding and sifting) and then introduced into the quench unit.
  • the latter is cooled to about 900 ° C. This causes partial conversion of the carbon dioxide to carbon monoxide.
  • the CO and C0 2 rich synthesis gas thus produced can then be further conditioned.
  • the conditioning comprises in particular a further cooling, a dedusting, a
  • Additional H 2 can be prepared, for example, via electrolysis and metered into the synthesis gas stream, as is known inter alia from EP2166064 A1. Disadvantages arise, however, from the fact that the electrolysis can be carried out economically only at very low electricity prices, for example in surplus electricity from renewable sources.
  • a part of the CO can be reacted with H 2 0 in a water gas shift reaction to C0 2 and H 2 until, for example, an H 2 / CO ratio of about 2: 1 is reached.
  • a disadvantage is considered that in this case also C0 2 is formed, which for many subsequent processes, such as
  • H 2- rich synthesis gas can also be produced via the reforming of gaseous and solid substances.
  • a steam reforming of methane-rich gases is customary.
  • biogas or natural gas with steam is usually reacted on a heterogeneous catalyst to synthesis gas.
  • the H 2 rich synthesis gas thus produced can then be further conditioned.
  • Synthesis gas compositions can come.
  • the regulation of the mixture is not trivial, because it is complex systems.
  • Synthesis gas composition necessary to maintain consistent product qualities and yields, especially for bio-methane, bio-methanol, bio-ethanol, bio-diesel, bi-gasoline or bioplastics.
  • Object of the present invention is to provide a method of the type mentioned in such a way that a needs-based adjustment of the H 2 / CO ratio is made possible.
  • This object is achieved in that the H 2 / CO ratio of the biological synthesis gas is controlled by additional addition of C0 2 to the steam reformer.
  • H 2 from an electrolysis is used to increase the H 2 content in the biological synthesis gas.
  • an electrolysis can be operated and thus the H 2 content in the biological synthesis gas can be increased.
  • surplus electricity from renewable energies in particular from wind turbines and photovoltaic systems, it is also possible to stabilize the power grids and chemically store the surplus energy.
  • a methane-rich gas for the steam reformer as a methane-rich gas for the steam reformer
  • methane-rich biogas or natural gas used. Especially when methane-rich biogas is used, products and chemicals based entirely on biological raw materials can be produced. In the course of raw material scarcity of fossil materials, this is becoming increasingly important. Chemically, bio-methanol is not from
  • Biomass gasification the flue gas of the steam reformer, a
  • C0 2 Fermentation or from a storage device is used. If the additionally used C0 2 originates from the process itself and is used directly or after caching, it is itself also biological. However, additional C0 2 from other biological sources may be used. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the additional addition of C0 2 in the steam reformer is controlled depending on the concentration of H 2 and / or CO in the biological synthesis gas stream. So can on any
  • the additional C0 2 is added to the process steam stream before entering the steam reformer.
  • the formation of water is reduced in particular in a subsequent methanol synthesis.
  • the additional C0 2 is brought to an elevated pressure prior to addition to the steam reformer by means of an ejector system which uses steam as the propellant. So can also be used C0 2 , which does not have the same pressure level as the
  • This gas was previously used as fuel gas. Due to the optimum adjustment of the H 2 / CO ratio, the unreacted stream and thus the inert fraction will be very small, so it is better to recycle a large part of the gas as feedstock into the steam reformer since this increases the conversion. Only a small part of the gas is used as fuel gas for the
  • C0 2 as a valuable material, rather than a waste product.
  • additional transport media or devices can be saved.
  • a particularly preferred variant is when the mixture of the synthesis gas from the steam reformer and the biomass gasifier the base load for more
  • Surplus stream can be added to H 2 from an electrolysis and additional C0 2 to reach maximum utilization.
  • H 2 or C0 2 can also be varied independently.
  • the unreacted synthesis gas from subsequent reactions in particular the methanol synthesis has been used as a fuel gas. It is better to return a large part of the gas into the steam reformer, as this increases the sales.
  • the invention is suitable for all production processes of biological products in which synthesis gas is used as starting material.
  • synthesis gas is used as starting material.
  • Figure 1 is a schematic view of a plant for the production of synthesis gas and subsequent other products.
  • Figure 2 is a schematic view of a plant for the production of synthesis gas and consequent further products with ejector system.
  • Figure 3 is a schematic view of biomass production in a gasifier.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an installation which is set up to carry out a preferred method according to the invention and designated as a whole by 100.
  • the plant 100 comprises a steam reformer 107, operated with methane-rich gas 103 and a biomass gasifier 108, operated with biomass, in particular wood chips 104.
  • the H 2 rich synthesis gas stream 109 from the steam reformer 107, with an H 2 / CO ratio of about 3: 1 becomes with the CO and C0 2 rich syngas stream 1 10, with a H 2 / CO ratio of about 0.8: 1 from the biomass gasifier 108, after its preparation of the cleaning and
  • Conditioning stage 1 1 1 mixed.
  • the gas stream is in particular dedusted, desulfurized and optionally cooled and compressed.
  • Excess C0 2 1 16 is separated at this point and a
  • Storage device 101 for further use, supplied.
  • this storage device can be dispensed with and the C0 2 can be supplied directly to the steam reformer 107 and / or the C0 2 can come from other, in particular biological, sources.
  • the stored C0 2 1 17 is supplied to the steam reformer 107.
  • FIG. 2 schematically shows a system which is set up to carry out a preferred method according to the invention and is designated overall by 200. It essentially comprises the components of the system 100, which not listed in detail here.
  • the addition of the additional C0 2 stream 1 17 takes place in plant 200 via an ejector system 203. In this case, using at least a portion of the process steam 201, the C0 2 current 1 17 on
  • Steam reformer 107 can be introduced.
  • the recycling of unreacted synthesis gas 205 from the methanol synthesis 1 13 is shown here.
  • These unreacted gases have hitherto been used as the fuel gas for the steam reforming 107, but can be reused directly as a biological feedstock, so that no complete combustion is necessary and the conversion is thus increased. A small part will continue to be played and as
  • FIG. 3 schematically shows a system which is set up to carry out a preferred method according to the invention and designated overall by 300. Here, an additional use of the C0 2 stream prior to addition to the steam reformer 107 is shown in detail.
  • the biomass 301 which in the
  • Biomass gasifier 108 is used, must be previously dried in a dryer 303 and then introduced into the gasifier 108.
  • the stored C0 2 308 from the memory device 101 is used in this case.
  • the C0 2 can also be obtained from another, in particular biological source.
  • the C0 2 308 is used to convey the dried biomass 304 into the biomass gasifier 108.
  • in a cyclone 305 separated C0 2 306/307 is fed directly to a steam reformer 107 or a storage 101.
  • the dry biomass 106 is only with a small C0 2 share the
  • Biomass gasifier 108 supplied. This design can be used inter alia in combination with Annexes 100 and 200.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erzeugung von biologischen Produkten (115), wie Bio- Methan, Bio-Methanol, Bio-Ethanol, Bio-Diesel, Bio-Benzin oder Bio-Plastik aus einem H2, CO und C02 enthaltenden biologischen Synthesegas (112), welches durch Kombination eines H2 reichen Synthesegasstroms (109), welcher in einem Dampfreformierer (107) durch Umsetzung eines methanreichen Gases (103) erzeugt wird und eines CO und/oder C02 reichen Synthesegasstroms (110), welcher in einer Biomassevergasung (108) erzeugt wird, gebildet wird, beschrieben, indem das H2/CO- Verhältnis des biologischen Synthesegases (112), durch zusätzliche Zugabe von C02 (117) zum Dampfreformierer (107), geregelt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Nutzung von CQ2 bei der Synthesegasproduktion
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von biologischen Produkten, wie Bio-Methan, Bio-Methanol, Bio-Ethanol, Bio-Diesel, Bio-Benzin oder Bio-Plastik aus einem H2, CO und C02 enthaltenden biologischen Synthesegas, welches durch
Kombination eines H2 reichen Synthesegasstroms, welcher in einem Dampfreformierer durch Umsetzung eines methanreichen Gases erzeugt wird, und eines CO und/oder C02 reichen Synthesegasstroms, welcher in einer Biomassevergasung erzeugt wird, gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung von Synthesegas aus verschiedenen festen und
gasförmigen Rohstoffen sind bereits bekannt.
Feste Rohstoffe werden vorteilhafterweise in sogenannten Vergasungsverfahren zu H2 und CO umgesetzt. Besonders geeignet sind hierfür auch biologische Rohstoffe, wie beispielsweise Alt- und Waldrestholz, Energiehölzer oder Agrarreststoffe wie Stroh oder Torf.
Verfahren und Anlagen zur zumindest teilweisen Vergasung von festem, organischem Einsatzmaterial sind beispielsweise aus EP 0 745 114 B1 , DE 41 39 512 A1 und DE 42 09 549 A1 bekannt. Die vorliegende Anmeldung betrifft hierbei insbesondere solche Verfahren bzw. Anlagen, die einen Niedertemperaturvergaser und einen
Hochtemperaturvergaser aufweisen, wie nachfolgend erläutert. Gegenüber anderen Verfahren ermöglichen diese u.a. einen niedrigeren Verbrauch an Einsatzmaterial und weisen einen höheren Kaltgaswirkungsgrad auf.
In einem Niedertemperaturvergaser wird das Einsatzmaterial, beispielsweise
Biomasse, durch Teilvergasung mit einem Vergasungsmittel bei Temperaturen zwischen ca. 300 °C und 600 °C zu Koks (im Fall von Biomasse sogenanntem
Biokoks) und Schwelgas umgesetzt. Die trockene Biomasse wird hierbei über mechanische oder pneumatische Förderanlagen in den Reaktor gefördert. Für die pneumatische Förderung eignen sich inerte Gase oder insbesondere C02, wie unter anderem aus einem Vortrag bekannt ist. („Experimental and techno-economic
BESTÄTIGUNGSKOPIE assessment of C02 recycling in a steam gasifier for SNG or FT diesel production.", SGC International Seminar on Gasification, 17.10.2013, S. Gros und S. Valin).
Das Schwelgas wird anschließend in eine Brennkammer des
Hochtemperaturvergasers überführt und dort mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise mit mehr oder weniger reinem Sauerstoff, aber auch mit Luft und/oder sauerstoffhaltigen Abgasen, z.B. aus Gasturbinen oder Verbrennungsmotoren, partiell oxidiert. Durch die Oxidation freiwerdende Wärme bewirkt einen Temperaturanstieg auf 1.200 °C bis 2.000 °C, beispielsweise 1.400 °C. Bei derartigen Bedingungen werden in dem Schwelgas enthaltene Aromaten, Teere und Oxoverbindungen vollständig zersetzt. Hierdurch bildet sich ein Synthesegas, das im Wesentlichen aus
Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf besteht. In einer weiteren Stufe wird, beispielsweise in einer in dem Hochtemperaturvergaser integrierten oder in einer diesem nachgeschalteten Quencheinheit, das so erzeugte Synthesegas mit Koks aus dem Niedertemperaturvergaser in Kontakt gebracht. Der Koks kann zuvor gesondert (z.B. durch Mahlen und Sichten) aufbereitet und dann in die Quencheinheit eingebracht werden. Durch endotherme Reaktionen zwischen Koks und Synthesegas wird letzteres auf etwa 900 °C abgekühlt. Dies bewirkt eine teilweise Umsetzung des Kohlendioxids zu Kohlenmonoxid. Das so erzeugte CO und C02 reiche Synthesegas kann anschließend weiter konditioniert werden. Die Konditionierung umfasst insbesondere eine weitere Abkühlung, eine Entstaubung, eine
Entschwefelung, eine Verdichtung und/oder die Abtrennung von Restkohlendioxid. Dieses Restkohlendioxid kann weiterverarbeitet werden oder gespeichert werden. Bei einer derartigen Vergasung entstehendes Synthesegas weist typischerweise ein H2/CO-Verhältnis von 0,8:1 auf.
Für viele anschließende Verfahren zur Verwertung von Synthesegas werden jedoch höhere H2/CO-Verhältnisse benötigt.
Hierzu sind bislang folgende Verfahren üblich:
Zusätzliches H2 kann beispielsweise über Elektrolyse hergestellt werden und dem Synthesegasstrom zudosiert werden, wie es unter anderem aus EP2166064 A1 bekannt ist. Nachteile ergeben sich jedoch daraus, dass die Elektrolyse nur bei sehr niedrigen Strompreisen, beispielsweise bei Überschussstrom aus regenerativen Quellen, wirtschaftlich durchgeführt werden kann. In einem anderen Prozessschritt kann ein Teil des CO mit H20 in einer Wassergas- Shift-Reaktion zu C02 und H2 umgesetzt werden, bis beispielsweise ein H2/CO- Verhältnis von etwa 2:1 erreicht ist. Als nachteilig wird angesehen, dass hierbei auch C02 entsteht, welches für viele anschließende Verfahren, beispielsweise zur
Bereitstellung von flüssigen Kohlenstoffwasserstoffen, nicht verwendbar ist und somit für die weitere Prozesskette verloren geht. Insbesondere in der Synthese von Methanol führt das Kohlendioxid zudem zur Bildung von Wasser, welches aufwendig vom
Methanol abgetrennt werden muss. H2 reiches Synthesegas kann auch über die Reformierung von gasförmigen und festen Stoffen hergestellt werden. Üblich ist hierzu insbesondere eine Dampfreformierung von methanreichen Gasen. Dabei wird Biogas oder natürliches Gas mit Wasserdampf in der Regel an einem heterogenen Katalysator zu Synthesegas umgesetzt. Das so erzeugte H2 reiche Synthesegas kann anschließend weiter konditioniert werden.
Hierbei entsteht ein H2/CO-Verhältnis von etwa 3:1 , welches für die meisten
nachfolgenden Weiterverarbeitungsschritte des Synthesegases zu hoch ist. Es kann deshalb zusätzliches C02 zugegeben werden, um die CO Ausbeute zu erhöhen.
Um deshalb ein H2/CO-Verhältnis von 2:1 zu erreichen, wie es für die Synthese von Methanol am besten geeignet ist, können ein Vergasungs- und ein
Reformierungsverfahren parallel betrieben werden und die resultierenden
Synthesegase entsprechend gemischt werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Verfügbarkeit von Reformierungsverfahren und Vergaser unterschiedlich sind und es insbesondere durch Ausfälle der Vergasungseinrichtung, zu wechselnden
Synthesegaszusammensetzungen kommen kann. Die Regelung der Mischung ist nicht trivial, da es sich um komplexe Systeme handelt. Für nachfolgende
Herstellungsprozesse, insbesondere die Synthese von Methanol, von Dimethylether oder die Fischer-Tropsch-Synthese ist jedoch eine gleichbleibende
Synthesegaszusammensetzung notwendig, um gleichbleibende Produktqualitäten und -ausbeuten, insbesondere bei Bio-Methan, Bio-Methanol, Bio-Ethanol, Bio-Diesel, Bio- Benzin oder Bio-Plastik, zu erhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass eine bedarfsgerechte Einstellung des H2/CO-Verhältnisses ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das H2/CO-Verhältnis des biologischen Synthesegases durch zusätzliche Zugabe von C02 zum Dampfreformierer geregelt wird.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn, wie für die Methanolsynthese, ein gezieltes H2/CO-Verhältnis nötig ist, wie es durch die reine Mischung des H2 reichen Synthesegasstromes aus der Dampfreformierung und des CO und/oder C02 reichen Synthesegasstromes nur schwierig einzustellen ist. Beide Prozesse laufen, aufgrund der unterschiedlichen Rohstoffqualität oder Rohstoffverfügbarkeit, nicht immer konstant. C02 hingegen kann wenn nötig innerhalb kurzer Regelzeiten zugeführt werden. Das C02 wandelt sich im Reformer teilweise zu CO um.
Besonders bevorzugt ist es, wenn zur Erhöhung des H2 Gehaltes im biologischen Synthesegas H2 aus einer Elektrolyse verwendet wird. So kann in Fällen bei denen der H2 Anteil zu niedrig ist oder wenn günstiger Überschussstrom vorliegt, eine Elektrolyse betrieben werden und so der H2 Anteil im biologischen Synthesegas erhöht werden. Durch die Nutzung von Überschussstrom aus regenerativen Energien, insbesondere aus Windrädern und Photovoltaikanlagen, kann zudem zu einer Stabilisierung der Stromnetze beigetragen und die Überschussenergie chemisch gespeichert werden. Vorteilhafterweise wird als methanreiches Gas für den Dampfreformierer
methanreiches Biogas oder Erdgas verwendet. Vor allem wenn methanreiches Biogas verwendet wird, können vollständig auf biologischen Rohstoffen basierende Produkte und Chemikalien hergestellt werden. Im Zuge der Rohstoffknappheit von fossilen Stoffen wird dies immer wichtiger. Chemikalisch ist Bio-Methanol nicht von
herkömmlich hergestelltem Methanol zu unterscheiden.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn als zusätzliches C02 C02 aus einer
Biomassevergasung, dem Rauchgas des Dampfreformierers, einer
Sauergasabscheidung aus dem Synthesegas, einer Biogaserzeugung durch
Fermentierung oder aus einer Speichereinrichtung verwendet wird. Wenn das zusätzlich verwendete C02 dem Prozess selbst entstammt und direkt oder nach einer Zwischenspeicherung eingesetzt wird, ist es selbst auch biologisch. Es kann jedoch auch zusätzliches C02 aus anderen biologischen Quellen verwendet werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die zusätzliche Zugabe von C02 in den Dampfreformierer abhängig von der Konzentration des H2 und/oder CO im biologischen Synthesegasstrom geregelt. So kann auf etwaige
Schwankungen des H2/CO-Verhältnisses im Synthesegas reagiert werden und eine stabile Produktion biologischer Produkte gesichert werden.
Vorteilhafterweise wird das zusätzliche C02 vor Eintritt in den Dampfreformierer dem Prozessdampfstrom zugegeben. So wird die Bildung von Wasser insbesondere in einer später folgenden Methanolsynthese reduziert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das zusätzliche C02 vor der Zugabe zum Dampfreformierer, mittels eines Ejektorsystems, welches Dampf als Treibmittel verwendet, auf einen erhöhten Druck gebracht. So kann auch C02 verwendet werden, welches nicht das gleiche Druckniveau aufweist wie der
Prozessdampf oder das methanreiche Gas für den Dampfreformierer.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn das zusätzliche C02 vor der Zugabe zum Dampfreformierer als Fördermittel für die Biomasse in den Biomassevergaser verwendet wird. Im Gegensatz zu inerten Gasen, wie N2, ist C02 bereits ein Baustein der späteren Synthese, so dass keine vollständige Abtrennung erforderlich ist. Das abgetrennte Fördergas kann im Anschluss dem Dampfreformierer zugeführt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, wird ein Teil des biologischen Synthesegases, welches nicht zu einem biologischen Produkt umgesetzt wurde, zum Dampfreformer zurückgeführt. Dieses Gas wurde bisher als Brenngas verwendet. Durch die optimale Einstellung des H2/CO-Verhältnisses wird der nicht umgesetzte Strom und damit der Inertanteil sehr klein sein, deshalb ist es besser einen Großteil des Gases als Einsatzstoff in den Dampfreformer zurückzuführen, da so der Umsatz erhöht wird. Nur ein kleiner Teil des Gases wird als Brenngas für den
Dampfreformer verwendet, wodurch die Anreicherung von Inertprodukten vermieden wird.
Besonders bevorzugt wird deshalb die zusätzliche Zugabe von C02 in den
Dampfreformer abhängig von der H2, CO und C02 Konzentration im zurückgeführten Teil des nicht umgesetzten Synthesegases geregelt. Die Vorteile der Erfindung ergeben sich insbesondere aus der Möglichkeit, eine konstante Zusammensetzung des biologischen Synthesegasstromes für die
Weiterverarbeitung zu gewährleisten und durch die Nutzung von C02 als Wertstoff, statt als Abfallprodukt. Bei der doppelten Nutzung des C02 als Fördermedium für die Biomasse in die Biomassevergasung und anschließend in der Dampfreformierung können zusätzliche Transportmedien oder Vorrichtungen eingespart werden.
Durch die Verwendung von rein biologischen Ausgangsstoffen können auch rein biologische Produkte erzeugt werden, für die es einen profitablen Markt gibt. Durch den höheren Marktwert von biologischen Produkten ist die Optimierung der Verwendung von biologischem C02 im Vergleich zu schwarzem C02, welches aus konventionellen mit fossilen Rohstoffen betriebenen Prozessen stammt, von wesentlich höherer Bedeutung.
Eine besonders bevorzugte Variante ist es, wenn die Mischung des Synthesegases aus dem Dampfreformer und dem Biomassevergaser die Grundlast für weitere
Reaktionen, insbesondere die Methanolsynthese bilden. Bei günstigem
Überschussstrom kann H2 aus einer Elektrolyse sowie zusätzliches C02 zugegeben werden, um zu einer maximalen Auslastung zu gelangen. Bei Betriebsproblemen bei jeweils einer der Synthesegasproduzenten kann die Zugabe von H2 bzw. C02 ebenfalls unabhängig voneinander variiert werden.
Das nicht umgesetzte Synthesegas aus nachfolgenden Reaktionen, insbesondere der Methanolsynthese wurde bisher als Brenngas verwendet. Besser ist es einen Großteil des Gases in den Dampfreformer zurückzuführen, da so der Umsatz erhöht wird.
Neben der verbesserten Nutzung des C02 werden auch durch diesen Schritt
Emissionen vermieden.
Die Erfindung eignet sich für alle Produktionsverfahren von biologischen Produkten bei denen Synthesegas als Ausgangsstoff verwendet wird. Durch die Regelung der zusätzlichen Zugabe von H2 und/oder C02 abhängig von der Zusammensetzung des biologischen Synthesegasstromes, zusammengesetzt aus dem Produkt eines
Dampfreformers und einer Vergasungseinrichtung, kann das hinsichtlich einer optimalen Ausbeute bevorzugte H2/CO-Verhältnis konstant eingestellt werden.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden: Es zeigen
Figur 1 eine schematische Ansicht einer Anlage zur Herstellung von Synthesegas und daraus folgenden weiteren Produkten.
Figur 2 eine schematische Ansicht einer Anlage zur Herstellung von Synthesegas und daraus folgenden weiteren Produkten mit Ejektorsystem.
Figur 3 eine schematische Ansicht der Biomasseförderung in einen Vergaser.
In Figur 1 ist eine Anlage schematisch dargestellt, welche zur Durchführung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und insgesamt mit 100 bezeichnet ist. Die Anlage 100 umfasst einen Dampfreformierer 107, betrieben mit methanreichem Gas 103 und einen Biomassevergaser 108, betrieben mit Biomasse, insbesondere Holzhackschnitzel 104. Der H2 reiche Synthesegasstrom 109 aus dem Dampfreformierer 107, mit einem H2/CO-Verhältnis von etwa 3:1 , wird mit dem CO und C02 reichen Synthesegasstrom 1 10, mit einem H2/CO-Verhältnis von etwa 0,8: 1 aus dem Biomassevergaser 108, nach dessen Aufbereitung der Reinigungs- und
Konditionierungsstufe 1 1 1 vermischt. In der Aufbereitungsstufe 11 1 wird der Gasstrom insbesondere entstaubt, entschwefelt sowie gegebenenfalls abgekühlt und verdichtet. Überschüssiges C02 1 16 wird an dieser Stelle abgetrennt und einer
Speichereinrichtung 101 , zur weiteren Verwendung, zugeführt. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung kann diese Speichereinrichtung entfallen und das C02 direkt, dem Dampfreformierer 107 zugeführt werden und/oder das C02 aus anderen, insbesondere biologischen Quellen, stammen. Im hier vorliegenden Fall wird das gespeicherte C02 1 17 dem Dampfreformierer 107 zugeführt.
Falls H2 1 18 aus einer Elektrolyse 102 zur Verfügung steht, wird dieses zum
gereinigten Synthesegas 1 12 zugemischt. Die Zugabe des C02 1 17 bzw. die
Entfernung von C02 1 16 ist abhängig von der Zusammensetzung des Synthesegases 1 12 und der Zugabe von H2 1 18. Bei einem vorteilhaften H2/CO Verhältnis von 2: 1 findet eine Methanolsynthese 1 13 statt, bei der reines Bio-Methanol 1 15 entsteht.
In Figur 2 ist eine Anlage schematisch dargestellt, welche zur Durchführung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und insgesamt mit 200 bezeichnet ist. Sie umfasst im Wesentlichen die Bestandteile der Anlage 100, welche hier nicht mehr im Detail aufgeführt sind. Die Zugabe des zusätzlichen C02 Stromes 1 17 erfolgt in Anlage 200 über ein Ejektorsystem 203. Dabei wird unter Verwendung mindestens eines Teiles des Prozessdampfes 201 , der C02 Strom 1 17 auf
Betriebsdruck verdichtet, so dass der gemischte Strom 204 direkt in den
Dampfreformierer 107 eingebracht werden kann. Zusätzlich ist hier die Rückführung von nicht umgesetzten Synthesegas 205 aus der Methanolsynthese 1 13 dargestellt. Diese nicht umgesetzten Gase werden bisher als Brenngas für die Dampfreformierung 107 verwendet, können jedoch zu einem großen Teil direkt wieder als biologischer Einsatzstoff verwendet werden, so dass keine komplette Verbrennung notwendig ist und der Umsatz so erhöht wird. Ein kleiner Teil wird weiterhin ausgetragen und als
Brenngas genutzt, da so die Anreicherung von inerten Gasen in der Anlage vermieden werden kann. Der Anteil des H2, CO und C02 im rückgeführten Strom wird bei der Zugabe von zusätzlichem H2 und C02 ebenfalls berücksichtigt. In Figur 3 ist eine Anlage schematisch dargestellt, welche zur Durchführung eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und insgesamt mit 300 bezeichnet ist. Hierbei ist im Detail eine zusätzliche Verwendung des C02 Stromes vor der Zugabe zum Dampfreformierer 107 gezeigt. Die Biomasse 301 , welche im
Biomassevergaser 108 verwendet wird, muss in der Regel zuvor in einem Trockner 303 getrocknet werden und dann in den Vergaser 108 eingebracht werden. Dazu wird in diesem Fall das gespeicherte C02 308 aus der Speichervorrichtung 101 verwendet. Das C02 kann auch aus einer anderen, insbesondere biologischen Quelle bezogen werden. Das C02 308 wird dazu verwendet um die getrocknete Biomasse 304 in den Biomassevergaser 108 zu fördern. Dabei wird in einem Zyklon 305 abgetrenntes C02 306/307 direkt einem Dampfreformierer 107 oder einer Speicherung 101 zugeführt. Die trockene Biomasse 106 wird nur mit einem geringen C02 Anteil dem
Biomassevergaser 108 zugeführt. Dieser Aufbau kann unter anderem in Kombination mit Anlage 100 und 200 verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Erzeugung von biologischen Produkten, wie Bio-Methan, Bio- Methanol, Bio-Ethanol, Bio-Diesel, Bio-Benzin oder Bio-Plastik aus einem H2, CO und C02 enthaltenden biologischen Synthesegas (112), welches durch Kombination eines H2 reichen Synthesegasstroms (109), welcher in einem Dampfreformierer (107) durch Umsetzung eines methanreichen Gases (103) erzeugt wird, und eines CO und/oder C02 reichen Synthesegasstroms (110), welcher in einer Biomassevergasung (108) erzeugt wird, gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das H2/CO-Verhältnis des biologischen Synthesegases durch zusätzliche Zugabe von C02 (117) zum Dampfreformierer (107) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung des H2 Gehaltes im biologischen Synthesegas H2 aus einer Elektrolyse (102) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als methanreiches Gas (103) für den Dampfreformierer methanreiches Biogas oder Erdgas verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzliches C02 C02 aus einer Biomassevergasung, dem Rauchgas des Dampfreformierers, einer Sauergasabscheidung aus dem Synthesegas (1 6), einer Biogaserzeugung durch Fermentierung oder einer Speichereinrichtung (101) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Zugabe von C02 (117) in den Dampfreformierer (107) abhängig von der Konzentration des H2 und/oder CO im biologischen Synthesegasstrom (1 12) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche C02 vor Eintritt in den Dampfreformierer dem
Prozessdampfstrom zugegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche C02 vor der Zugabe zum Dampfreformierer, mittels eines Ejektorsystems, welches Dampf als Treibmittel verwendet, auf einen erhöhten Druck gebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche C02 vor der Zugabe zum Dampfreformierer als Fördermittel für die Biomasse in den Biomassevergaser verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des biologischen Synthesegases, welches nicht zu einem biologischen Produkt umgesetzt wurde, zum Dampfreformer zurückgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Zugabe von C02 in den Dampfreformer abhängig von der H2, CO und C02 Konzentration im zurückgeführten Teil des nicht umgesetzten Synthesegases geregelt wird.
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