Title:
Verfahren und Anlage zur Reinigung von Synthesegas, insbesondere für die Ammoniaksynthese
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Synthesegas, insbesondere für die Ammoniaksynthese, wobei ein Teilstrom (26) eines H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes verbrannt wird, insbesondere zur Erzeugung elektrischer Energie, und wobei zumindest eine im verbleibenden H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstrom (26a) enthaltene Komponente, insbesondere in Form von Kohlendioxid, Methanol und/oder, Wasser, bei niedrigen Temperaturen von einem Adsorber adsorbiert wird und anschließend jene adsorbierte Komponente vom Adsorber durch Spülen mit Stickstoff (33) bei höheren Temperaturen desorbiert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der H2-reiche Teilstrom (26) vor dem Verbrennen mit zum Spülen verwendeten Stickstoff (35) verdünnt wird. Des Weiteren betriff die Erfindung eine Anlage (1) zum Reinigen von Synthesegas, insbesondere für die Ammoniaksynthese.




Inventors:
Heinzel, Albrecht (81479, München, DE)
Klein, Bernd (80997, München, DE)
Application Number:
DE102012013816A
Publication Date:
01/16/2014
Filing Date:
07/12/2012
Assignee:
Linde Aktiengesellschaft, 80331 (DE)
International Classes:



Claims:
1. Verfahren zum Reinigen von Synthesegas, insbesondere für die Ammoniaksynthese, wobei
– ein Teilstrom (26) eines H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes verbrannt wird, insbesondere zur Erzeugung elektrischer Energie, und wobei
– zumindest eine im verbleibenden H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstrom (26a) enthaltene Komponente, insbesondere in Form von Kohlendioxid, Methanol und/oder Wasser, bei niedrigen Temperaturen von einem Adsorber (14) adsorbiert wird und anschließend jene mindestens eine adsorbierte Komponente vom Adsorber (14) durch Spülen mit Stickstoff (33) bei höheren Temperaturen desorbiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der H2-reiche Teilstrom (26) vor dem Verbrennen mit zum Spülen verwendeten Stickstoff (35) verdünnt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Stickstoff (31), der zuvor nicht zum Spülen des Adsorbers (14) verwendet worden ist, dem H2-reichen Teilstrom (26) vor dem Verbrennen zugegeben wird, um diesen zu verdünnen, wobei insbesondere der zum Verdünnen verwendete Stickstoff (31, 33) durch kryogene Zerlegung (17) von Luft hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des besagten H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes (26a) durch Vergasung von Kohlenstoff (21) mittels partieller Oxidation mit Sauerstoff (28) ein Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltender Rohgasstrom (22) erzeugt wird, wobei insbesondere jener Sauerstoff (28) durch die besagte Zerlegung von Luft (17) bereitgestellt wird, und wobei insbesondere im Rohgasstrom (22) enthaltenes Kohlenmonoxid durch eine Wassergas-Shift-Reaktion (12) mit H2O zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem besagten Adsorbieren (14) der mindestens einen, im H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstrom (26a) enthaltenen Komponente in dem Rohgasstrom (23) enthaltenes Sauergas, insbesondere in Form von CO2, H2S und/oder COS, unter Entstehung des besagten H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes (26a) mittels eines Waschmittels herausgewaschen wird (13), wobei als Waschmittel insbesondere Methanol verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der H2-reiche, CO-haltige Synthesegasstrom (26a) nach dem Adsorbieren (14) der mindestens einen Komponente zum Entfernen von Kohlenmonoxid einer Flüssigstickstoffwäsche (15) unterzogen wird, wobei ein H2-reicher und entsprechend CO-abgereicherter Synthesegasstrom (24) entsteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der H2-reiche, CO-abgereicherte Synthesegasstrom (24) zu Ammoniak (25) umgesetzt wird.

7. Anlage zum Reinigen von Synthesegas, insbesondere für die Ammoniaksynthese, mit:
– einer Sauergaswascheinheit (13), die dazu ausgebildet ist, ein Sauergas, insbesondere in Form von CO2, H2S und/oder COS, aus einem Wasserstoff und Kohlenmonoxid aufweisenden Rohgasstrom (23) unter Entstehung eines H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes (26a) zu waschen,
– einer stromab der Sauergaswascheinheit (13) angeordneten Temperaturwechseladsorptionseinheit (14), die dazu ausgebildet ist, zumindest
– eine Komponente, insbesondere Kohlendioxid, Methanol und/oder, Wasser, aus dem H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstrom (26a) durch Adsorption an einem Adsorber der Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) bei niedrigen Temperaturen abzutrennen und den Adsorber durch Spülen mit Stickstoff bei höheren Temperaturen zu regenerieren,
– einer in die Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) führenden Stickstoffzuleitung (33) zum Beschicken der Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) mit dem zum Spülen des Adsorbers benötigten Stickstoff,
– einer Stickstoffableitung (35) der Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) (14), die zum Abziehen von zum Spülen verwendeten. Stickstoff aus der Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) ausgebildet ist,
– einer Verbrennungseinheit (18), insbesondere in Form einer Verbrennungsturbine, die dazu ausgebildet ist, einen H2-reichen Teilstrom des H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes zur Energieerzeugung zu verbrennen,
– einer die Sauergaswascheinheit (13) mit der Verbrennungseinheit (18) verbindenden Wasserstoffzuleitung (26), die dazu ausgebildet ist, jenen H2-reichen Teilstrom von der Sauergaswascheinheit (13) in die Verbrennungseinheit (18) zu leiten,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stickstoffableitung (35) zum Verdünnen des H2-reichen Teilstromes mit Stickstoff mit der Wasserstoffzuleitung (26) verbunden ist.

8. Anlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Luftzerlegungseinheit (17), die dazu ausgebildet ist, Luft insbesondere kryogen in Stickstoff und Sauerstoff zu zerlegen, wobei die Luftzerlegungseinheit über die Stickstoffzuleitung (33) mit der Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) verbunden ist, um Stickstoff zum Spülen des Adsorbers von der Luftzerlegungseinheit (17) zur Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) zu leiten.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Stickstoffzuleitung (31) vorgesehen ist, die mit der Wasserstoffzuleitung (26) verbunden ist, so dass Stickstoff aus der Luftzerlegungseinheit (17) an der Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) vorbei in die Wasserstoffzuleitung (26) einspeisbar ist, um den H2-reichen Teilstrom mit Stickstoff zu verdünnen.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergasungsreaktor (11) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung des besagten Rohgasstromes (22) Kohlenstoff mittels partieller Oxidation mit Sauerstoff zu vergasen, wobei insbesondere eine Sauerstoffzuleitung (28) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den in der Luftzerlegungseinheit (17) erzeugten Sauerstoff in den Vergasungsreaktor (11) zu leiten, und wobei insbesondere stromab des Vergasungsreaktors (11) und stromab der Sauergaswascheinheit (12) ein Wassergas-Shift-Reaktor (12) vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, im Rohgasstrom (22) enthaltenes Kohlenmonoxid durch eine Wassergas-Shift-Reaktion mit H2O zu Wasserstoff und Kohlendioxid umzusetzen.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass stromab der Temperaturwechseladsorptionseinheit (14) eine Flüssigstickstoffwascheinheit (15) vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, Kohlenmonoxid aus dem H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstrom mit Flüssigstickstoff zur Herstellung eines H2-reichen und entsprechend CO-abgereicherten Synthesegasstromes (24) auszuwaschen.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Synthesegasen, insbesondere für die Ammoniaksynthese, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Anlage zum Reinigen von Synthesegasen, insbesondere für die Ammoniaksynthese, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Bei einem solchen Verfahren wird ein wasserstoffreicher Teilstrom, der von einem H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstrom abgespalten insbesondere in einer Verbrennungsturbine zur Erzeugung von elektrischer Energie verbrannt, wobei weiterhin in einem Temperaturwechseladsorptionsschritt im verbleibenden Teil des H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes enthaltene (ausfrierbare) Komponenten, wie z. B. Kohlendioxid, Methanol und/oder Wasser, bei niedrigen Temperaturen von (zumindest) einem Adsorber (z. B. bestehend aus Aluminiumsilikaten) adsorbiert werden und anschließend die adsorbierten Komponenten vom mindestens einen Adsorber durch Spülen mit Stickstoff bei höheren Temperaturen desorbiert werden.

Die Temperaturwechseladsorption dient dabei zur Erzielung einer höheren Reinheit des besagten Synthesegasstromes, wobei die besagte Adsorption und Regeneration periodisch aufeinanderfolgen, d. h., der Adsorber immer abwechselnd (kalt) beladen und danach (heiß) regeneriert wird. Vorzugsweise werden zumindest zwei Adsorber verwendet, wobei der eine adsorbiert während der andere regeneriert wird. Üblicherweise werden die Adsorber dabei mit heißem Stickstoff (insbesondere bei einer Temperatur zwischen 100°C bis 200°C) regeneriert, der einen vergleichsweise niedrigen Druck aufweist, der über dem Druck des Brenngases (H2-reicher Teilstrom) liegt. Die Desorption/Regenerierung wird dann durch die Temperaturerhöhung ausgelöst (TWA-TemperaturWechselAdsorption). Der Druck spielt für die Regenerierung eine untergeordnete Rolle. Der erforderliche Stickstoffdruck resultiert letztlich aus der Anlagenintegration, die es erfordert, den Stickstoff nach der Regenerierung noch in den besagten Brenngasstrom zur Verbrennungsturbine einzuleiten). Der beladene Stickstoff enthält dann die besagten Komponenten, wie z. B.

Kohlendioxid, Methanol und/oder Wasser. Hiernach wird der zur Regeneration verwendete Stickstoff in der Regel in der kalten Regeneration einer Rectisol-Wäsche (Sauergaswäsche mit Methanol) als Strippmedium verwendet. Eine weitere Verwendung des Stickstoffs ist nicht vorgesehen, d. h., der Stickstoff endet in der Regel im abgetrennten CO2-Produkt. Stromab der Temperaturwechseladsorption ist herkömmlicherweise bei der Reinigung von Synthesegas für die Ammoniaksynthese eine Flüssigstickstoffwäsche (Cold Box) vorgesehen, mittels der Kohlenmonoxid aus dem H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstrom entfernt wird, wobei hierbei ggf. auch durch Zumischen von Stickstoff das für die Ammoniaksynthese notwendige H2/N2-Verhältnis im Synthesegasstrom von 3:1 eingestellt werden kann.

Problematisch an dem oben beschriebenen Verfahren ist insbesondere, dass dieses z. B. nicht verwendet werden kann, wenn das CO2 mit einem niedrigen Stickstoffgehalt erhalten werden soll, z. B. für Anwendungen in der „enhanced oil recovery”-Technologie, und somit der beladene Stickstoff verbrannt oder anderweitig weiterbehandelt werden muss.

Hiervon ausgehend liegt daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein apparativ einfaches und ökonomisch tragfähiges Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das hinsichtlich der Verwertung von Stickstoff verbessert ist.

Dieses Problem wird durch einen Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Danach ist vorgesehen, dass der besagte H2-reiche Teilstrom vor dem Verbrennen mit dem bei der Temperaturwechseladsorption zur Regeneration verwendeten Stickstoff verdünnt wird.

Der verwendete Stickstoff weist dabei einen vergleichsweise hohen Druck auf (bevorzugt im Bereich von 20 bar bis 40 bar, wobei dadurch insbesondere die Regenerierung der Temperaturwechseladsorption bei einem erhöhten Druck durchgeführt wird. Des Weiteren wird hinsichtlich der Temperaturwechseladsorption die Adsorption der besagten Komponenten vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von –70° bis üblicherweise 45°C (solche vergleichsweise hohen Temperaturen können z. B. bei einer chemischen Gaswäsche (aMDEA) auftreten. Die Desorption erfolgt hingegen vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 150°C bis 250°C, bevorzugt bei 200°C. Die dafür nötige Wärme kann dabei durch den verwendeten Stickstoff bereitgestellt werden.

Im Ergebnis kann somit durch die erfindungsgemäße Lösung auf die Bereitstellung eines zusätzlichen Niedrigdruckstickstoffstromes zur Regeneration des Adsorbers in der Temperaturwechseledsorption verzichtet werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der im Temperaturwechseladsorptionsschritt eingesetzte Stickstoff durch eine kryogene Zerlegung von Luft in Stickstoff und Sauerstoff bereitgestellt. Hierbei kann z. B. atmosphärische Luft auf einen Druck von 5 bar bis 10 bar verdichtet und verflüssigt werden. Die verflüssigte Luft wird in einer oder mehreren Säulen bzw. Kolonnen in Sauerstoff und Stickstoff getrennt.

Zur Herstellung des Synthesegasstromes wird bevorzugt zunächst durch Vergasen von Kohlenstoff mittels partieller Oxidation mit Sauerstoff ein Kohlemonoxid und Wasserstoff (sowie weitere Komponenten) enthaltener Rohgasstrom erzeugt. Hierbei benötigter Sauerstoff wird vorzugsweise bei der vorstehend beschriebenen Luftzerlegung zusammen mit dem zum Spülen und Verdünnen benötigten Stickstoff produziert.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird weiterhin im Rohgasstrom enthaltenes Kohlenmonoxid nach der Vergasung durch eine Wassergas-Shift-Reaktion mit H2O zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt (in Gegenwart von geeigneten Katalysatoren).

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird nach der Wassergas-Shift-Reaktion und vor der besagten Temperaturwechseladsorption im Rohgasstrom enthaltenes Sauergas, insbesondere CO2, H2S und/oder COS, durch eine Sauergaswäsche entfernt, wobei insbesondere das Sauergas von einem Waschmittel absorbiert wird. Das mit Sauergasen beladene Waschmittel kann anschließend regeneriert werden und erneut zur Sauergaswasche eingesetzt werden. Als Waschmittel wird bevorzugt Methanol eingesetzt, wobei die Sauergaswäsche bevorzugt durch eine sogenannte Rectisol-Wäsche dargestellt wird, bei der CO2 und die schwefelhaltigen Komponenten in getrennten Fraktionen entfernt werden.

Anschließend wird der so erhaltene, von Sauergasen gereinigte Synthesegasstrom wie vorstehend beschrieben mittels einer Temperaturwechseladsorption von weiteren Verunreinigungen gereinigt (siehe oben) und ein (wasserstoffreicher) Teilstrom des solchermaßen hergestellten H2-reichen, (noch) CO-haltigen Synthesegasstromes in einer Verbrennungseinheit, insbesondere in Form einer Verbrennungsturbine, verbrannt, wobei Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird, die insbesondere in elektrische Energie umgesetzt wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der verbleibende H2-reiche, CO-haltige Synthesegasstrom. nach der Temperaturwechseladsorption zur weiteren Reinigung, insbesondere zur Entfernung von Kohlenmonoxid, sowie insbesondere zur Entfernung von Methan und vorhandenen Edelgasen, einer Flüssigstickstoffwäsche zugeführt. Die Flüssigstickstoffwäsche wird vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von –185°C bis –193°C und einem Druck im Bereich von 30 bar bis 80 bar durchgeführt, und zwar vorzugsweise in einer Kolonne, die in einer Cold Box angeordnet ist, wobei der zu reinigende Synthesegasstrom im Gegenstrom mit einem Flüssigstickstoffstrom beaufschlagt wird. Die Wasserstoffkonzentration des fertigen Synthesegasproduktes liegt vorzugsweise bei ca. 78 Vol.-% und der Rest-CO-Gehalt ist insbesondere kleiner als 1 ppmv.

Nach dem Verlassen der Cold Box kann dem H2-reichen, CO-abgereicherten Synthesegasstrom N2 zugesetzt werden, um z. B. das für die Ammoniaksynthese notwendige H2/N2-Verhältnis von 3:1 einzustellen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der solchermaßen hergestellte Synthesegasstrom in einer Ammoniaksynthese zu Ammoniak umgesetzt werden.

Des Weiteren wird das erfindungsgemäße Problem durch eine Anlage zum Reinigen eines Synthesegases, insbesondere für die Ammoniaksynthese, mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst, wobei jene Anlage vorzugsweise zur Durchführung des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.

Danach ist vorgesehen, dass die Anlage eine Sauergaswascheinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein Sauergas, insbesondere in Form von CO2, H2S und/oder COS, aus einem Wasserstoff und Kohlenmonoxid aufweisenden Rohgasstrom zu waschen, wobei bei der Sauergaswäsche bevorzugt ein organisches Lösungsmittel (typischerweise Methanol) bei tiefen Temperaturen verwendet wird, und wobei bevorzugt CO2 und Schwefelkomponenten in getrennten Fraktionen entfernt werden, und zwar unter Entstehung eines CO2-Produkts und einer H2S/COS-reichen Fraktion (z. B. sogenannte Rectisol-Wäsche). Des Weiteren weist die Anlage eine stromab der Sauergaswascheinheit angeordnete Temperaturwechseladsorptionseinheit auf, die dazu ausgebildet ist, zur Erzeugung eines H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes zumindest eine Komponente, insbesondere Kohlendioxid und Methanol bzw. Kohlendioxid und Wasser, aus dem besagten Rohgasstrom durch Adsorption an einem Adsorber der Temperaturwechseladsorptionseinheit bei niedrigen Temperaturen abzutrennen und den Adsorber durch Spülen mit Stickstoff bei vergleichsweise höheren Temperaturen zu regenerieren, wobei die Temperaturwechseladsorptionseinheit vorzugsweise zumindest zwei (parallel verwendete) Adsorber aufweist, die abwechselnd Adsorptions- und Regenerierungsphasen durchlaufen, so dass im Wesentlichen kontinuierlich ein entsprechend gereinigter H2-reicher, CO-haltiger Synthesegasstrom bereitgestellt werden kann. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Anlage eine in die Temperaturwechseladsorptionseinheit führende Stickstoffzuleitung zum Beschicken der Temperaturwechseladsorptionseinheit mit dem zum Spülen der Adsorber benötigten Stickstoff auf, eine Stickstoffableitung, die zum Abziehen von zum Spülen verwendeten Stickstoff aus der Temperaturwechseladsorptionseinheit ausgebildet ist, sowie eine Verbrennungseinheit, insbesondere in Form einer Verbrennungsturbine (Gasturbine), die dazu ausgebildet ist, einen H2-reichen Teilstrom des H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstromes zur Energieerzeugung zu verbrennen, und eine die Sauergaswascheinheit mit der Verbrennungseinheit verbindende Wasserstoffzuleitung, die dazu ausgebildet ist, jenen H2-reichen Teilstrom aus der Sauergaswascheinheit in die Verbrennungseinheit zu leiten, wobei erfindungsgemäß die Stickstoffableitung zum Verdünnen des H2-reichen Teilstromes mit Stickstoff vor dem Verbrennen des H2-reichen Teilstromes, d. h., stromauf der Verbrennungseinheit bzw. -turbine, in die Wasserstoffzuleitung einmündet bzw. mit dieser verbunden ist.

In einer Variante der erfindungsgemäßen Anlage ist eine Luftzerlegungseinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Luft kryogen in Stickstoff und Sauerstoff zu zerlegen, wobei die Luftzerlegungseinheit über die Stickstoffzuleitung mit der Temperaturwechseladsorptionseinheit verbunden ist, so dass Stickstoff zum Spülen des Adsorbers bzw. der Adsorber von der Luftzerlegungseinheit in die Temperaturwechseladsorptionseinheit strömen kann.

Bevorzugt ist dabei eine weitere Stickstoffzuleitung vorgesehen, die in die Wasserstoffzuleitung mündet bzw. mit dieser verbunden ist, so dass zusätzlich Stickstoff aus der Luftzerlegungseinheit an der Temperaturwechseladsorptionseinheit vorbei direkt in die Wasserstoffzuleitung (stromauf der Verbrennungseinheit) einspeisbar ist, um den H2-reichen Teilstrom vor dem Verbrennen des H2-reichen Teilstromes direkt mit Stickstoff zu verdünnen.

Zum Erzeugen des besagten Rohgasstromes ist gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Anlage ein Vergasungsreaktor vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, Kohlenstoff mittels partieller Oxidation mit Sauerstoff zu vergasen, wobei insbesondere eine Sauerstoffzuleitung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, den in der Luftzerlegungseinheit erzeugten Sauerstoff in den Vergasungsreaktor zu leiten, um den Bedarf an Sauerstoff für die partielle Oxidation zu decken. Stromab des Vergasungsreaktors und stromauf der Sauergaswascheinheit ist weiterhin bevorzugt ein Wassergas-Shift-Reaktor vorgesehen, in dem im Rohgasstrom enthaltenes Kohlenmonoxid durch eine Wassergas-Shift-Reaktion mit H2O zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt wird.

Gemäß einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Anlage ist stromab der Temperaturwechseladsorptionseinheit eine Flüssigstickstoffwascheinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, Kohlenmonoxid aus dem H2-reichen, CO-haltigen Synthesegasstrom mit Flüssigstickstoff zur Herstellung eines H2-reichen und entsprechend CO-abgereicherten Synthesegasstromes auszuwaschen. Die Entfernung von Kohlenmonoxid aus dem Synthesegas ist insbesondere für die Ammoniaksynthese erforderlich, da Kohlenmonoxid die Aktivität der üblicherweise in der Ammoniaksynthese verwendeten Katalysatoren mindert. Bevorzugt weist die Flüssigstickstoffwascheinheit eine Kolonne in einer Cold Box auf, in die der zu reinigende Synthesegasstrom in einem unteren Abschnitt der Kolonne eingespeist wird, wobei der Flüssigstickstoff in den Kopf der Kolonne eingegeben wird. Das Kohlenmonoxid sowie weitere Verunreinigungen (Edelgase, Methan) können dann als stickstoffhaltiges Sumpfprodukt abgezogen werden, wohingegen der entsprechend CO-abgereicherte Synthesegasstrom am Kopf der Kolonne abgezogen wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur erläutert werden.

Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Anlage bzw. eines Verfahrens zur Reinigung eines Synthesegases, insbesondere für die Ammoniaksynthese.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens bzw. einer Anlage 1 zur Reinigung eines Synthesegases, insbesondere für die Ammoniaksynthese.

Dabei wird in einem Vergasungsreaktor 11 Kohle 21 mittels partieller Oxidation mit Sauerstoff 28 vergast, so dass ein Rohgasstrom 22 entsteht, der u. a. Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Der benötigte Sauerstoff 28 wird hierbei durch eine Luftzerlegungseinheit 17 bereitgestellt, in der Luft kryogen in Stickstoff (Hochdruck) 31 und besagten Sauerstoff 28 zerlegt wird.

Im Rohgasstrom 22 enthaltenes Kohlenmonoxid wird in einer anschließenden Wassergas-Shift-Reaktion in einem entsprechenden Wassergas-Shift-Reaktor 12 mit Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid umgesetzt. Hiernach wird Sauergas wie z. B. Kohlendioxid 27, Schwefelwasserstoff und Carbonylsulfid in einer Sauergaswascheinheit 13 entfernt, wobei der Rohgasstrom 23 mit Methanol im Gegenstrom in Kontakt gebracht wird und das Sauergas vom Methanol absorbiert wird. Dabei erfolgt die Entfernung von CO2 und den Schwefelkomponenten in getrennten Fraktionen (Rectisol-Wäsche). Hierbei entsteht ein H2-reicher, (noch) CO-haltiger Synthesegasstrom 26a, wobei ein Teil hiervon (H2-reicher Teilstrom 26) in eine Verbrennungseinheit (Verbrennungsturbine) 18 geleitet wird und dort zur Energieerzeugung verbrannt wird.

Der verbleibende Teil des H2-reichen, CO-haltiger Synthesegasstroms 26a wird in einer Temperaturwechseladsorptionseinheit 14 durch Temperaturwechseladsorption von noch enthaltenen (gefrierbaren) Gaskomponenten wie Kohlendioxid, Methanol und/oder Wasser befreit. Dabei durchströmt der Synthesegasstrom 26a einen insbesondere aluminiumsilikathaltigen Adsorber bei einer Temperatur von z. B. –50°C und hohem Druck, wobei besagte Komponenten am Adsorber adsorbiert werden. Ist der Adsorber vollständig beladen, wird der zu reinigende Synthesegasstrom auf einen regenerierten weiteren Adsorber umgelegt und der beladene Adsorber wird bei vergleichsweise höheren Temperaturen regeneriert.

Zum Regenerieren werden die Adsorber vorzugsweise mit heißem Stickstoff 33, dessen Druck oberhalb des Brenngases (Strom 26) liegt, aus der Luftzerlegungseinheit 17 gespült, wobei der dann mit Kohlendioxid, Methanol und/oder Wasser beladene Stickstoff 35 zur Verdünnung des H2-reichen Teilstromes (Brenngas) 26 diesem vor dem Verbrennen in der Verbrennungseinheit 18 zugegeben wird. Des Weiteren kann Stickstoff 31 aus der Zerlegungseinheit 17 direkt zum Verdünnen des H2-reichen, zur Verbrennung vorgesehenen Teilstromes 26 dienen (wird vorher nicht zum Regenerieren der Adsorber verwendet).

Der gereinigte Synthesegasstrom wird nach der Temperaturwechseladsorption 14 mit flüssigem Stickstoff in einer Flüssigstickstoffwascheinheit 15 gewaschen, um Kohlenmonoxid sowie ggf. Methan und Edelgase zu entfernen. Hierbei kann ggf. auch das H2/N2-Verhältnis durch Zugeben von Stickstoff auf den für die Ammoniaksynthese 16 benötigten Wert von 3:1 eingestellt werden. Anschließend kann der H2-reiche, CO-abgereicherte und N2-haltige Synthesegasstrom 24 in einem Ammoniaksyntheseschritt 16 zu Ammoniak 25 umgesetzt werden.

Im Ergebnis weist das erfindungsgemäße Verfahren die Vorteile auf, wonach ein Teil des Stickstoffs für die Verdünnung des wasserstoffreichen Brennstoffes 26 auch für die Temperaturwechseladsorption verwendet wird, wodurch der für die Regenerierung der TWA benötigte Stickstoff in den Gesamtprozess integriert wird, ohne einen zusätzlichen Verbrauch darzustellen. Weiterhin ist für den zum Verdünnen verwendeten Stickstoff keine zusätzlich Druckstufe erforderlich. Schließlich muss der beladene und verunreinigte Stickstoff aus der Temperaturwechseladsorption aufgrund seiner erfindungsgemäßen Verwendung als Verdünnungsmittel nicht aufgearbeitet werden. Bezugszeichenliste

1Anlage11Vergasungsreaktor12Wassergas-Shift-Reaktion (WGSR)13Sauergaswascheinheit14Temperaturwechseladsorptionseinheit (TWA)15Flüssigstickstoffwascheinheit16Ammoniaksynthese17Luftzerlegungseinheit18Verbrennungseinheit21Kohlenstoff22Rohgasstrom (CO, H2)23Rohgasstrom nach WGSR24Synthesegasstrom (H2)25Ammoniak26H2-reicher Teilstrom (Rohwasserstoff)27Kohlendioxid28Sauerstoff29Elektrische Energie31Stickstoff als Verdünnungsmittel33Stickstoff als Spülgas in TSA35Beladener Stickstoff als Verdünnungsmittel