Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff aus Schweröl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Wasserstoffproduktes, wobei ein durch Partielle Oxidation aus einem Kohle und/oder Schweröl enthaltenden Einsatz erzeugtes Synthesegas durch Konvertierung, anschließende Trocknung und die Entfernung von Sauergasen in ein wasserstoffreiches Gasgemisch umgesetzt wird, das in eine Wasserstofffraktion und ein Wasserstoff enthaltendes Restgas zerlegt wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des

erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wasserstoff wird großtechnisch vorwiegend durch die Vergasung von Kohlenstoff enthaltenden Einsätzen hergestellt. Ein in der Industrie weit verbreitetes

Vergasungsverfahren ist die Partielle Oxidation (POX), mit der aus

Kohlenwasserstoffen - insbesondere aus höher siedenden Kohlenwasserstoffen - oder Kohle sog. Synthesegase erzeugt werden. Hierbei wird der im allgemeinen

vorgewärmte Einsatz in einer Reaktionskammer bei Temperaturen zwischen 1 300 und 1 500°C und Drücken bis zu 100 bar mit Wasserdampf und einem Oxidationsmittel zu einem Syntheserohgas umgesetzt, das zu großen Teilen aus Wasserstoff,

Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Wasser besteht. Die für die Reaktion erforderliche Wärme wird durch unvollständige (partielle) Oxidation der im Einsatz befindlichen Kohlenwasserstoffe erzeugt, wozu der Reaktionskammer Sauerstoff in einer Menge zugeführt wird, die für eine vollständige Umsetzung der Einsatzstoffe nicht ausreicht. Um die Wasserstoffmenge zu erhöhen, wird das Synthesegas einer Konvertierung unterzogen, bei der Kohlenmonoxid katalytisch unterstützt mit Wasser zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt wird. Im Anschluss an die Konvertierung werden

Kohlendioxid und andere Sauergase beispielsweise in einer Methanolwäsche aus dem konvertierten Gas abgetrennt, so dass ein wasserstoffreiches Gasgemisch erhalten wird, das allerdings nicht die für ein Wasserstoffprodukt erforderliche Reinheit von mehr als 99Vol% aufweist. Das wasserstoffreiche Gasgemisch wird daher nach dem Stand der Technik z. B. einer kryogenen Gaszerlegungseinrichtung zugeführt, in der ein für viele Anwendungen ausreichend reines Wasserstoffprodukt sowie ein wasserstoffarmes Restgas erzeugt werden. Während das Wasserstoffprodukt an der Anlagengrenze gegen Gutschrift abgegeben werden kann, wird das Restgas als Unterfeuerungsgas mit nur geringem wirtschaftlichen Nutzen entsorgt. Hierdurch wird die Wirtschaftlichkeit der Wasserstoffproduktion erheblich beeinträchtigt, zumal auch sowohl für die Anschaffung einer kryogenen Gaszerlegungseinrichtung als auch für deren Betrieb Kosten in erheblichem Umfang anfallen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden.

Die gestellte Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Wasserstoff aus dem Wasserstoff enthaltenden Restgas abgetrennt und mit der Wasserstofffraktion zum Wasserstoffprodukt vereinigt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Wasserstoffausbeute gegenüber dem Stand der Technik erhöht, wodurch eine größere Menge an Wasserstoffprodukt zur wirtschaftlichen Verwertung zur Verfügung steht. Die Zerlegung des wasserstoffreichen Gasgemisches kann durch kryogene

Gaszerlegung erfolgen. Vorzugweise wird sie jedoch durch Druckwechseladsorption bewirkt.

Die Druckwechseladsorption ist dem Fachmann seit vielen Jahren bekannt und wird für die Zerlegung wasserstoffhaltiger Gasgemische in industriellem Maßstab eingesetzt. Eine Einrichtung zur Durchführung einer Druckwechseladsorption - ein sog.

Druckwechseladsorber - kann mit wesentlich geringeren Investitionskosten realisiert werden, als eine kryogene Gaszerlegungseinrichtung gleicher Kapazität. Darüber hinaus kann Wasserstoff durch Druckwechseladsorption mit einer höheren Reinheit aus einem Gasgemisch abgetrennt werden, als durch kryogene Gaszerlegung.

Gewöhnlich ist jedoch die Ausbeute geringer, so dass ein größerer Anteil des in dem zu zerlegenden Gasgemisch enthaltenen Wasserstoffs in das Restgas gelangt. Dieser Nachteil wird durch die Erfindung zumindest teilweise ausgeglichen, da der aus dem Restgas abgetrennte Wasserstoff in das Wasserstoffprodukt geführt wird und dessen Menge vergrößert. Um die erfindungsgemäße Abtrennung des Wasserstoffs aus dem Restgas

durchzuführen, wird vorgeschlagen, das Restgas einer Druckwechseladsorption zu unterziehen. Zwar handelt es sich hierbei um das bevorzugte Verfahren zur

Wasserstoffabtrennung, andere Verfahren, wie beispielsweise eine kryogene

Gaszerlegung, sollen jedoch nicht ausgeschlossen werden.

Eine zweckmäßige Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass Sauergase durch Wäsche mit einem physikalisch wirkenden Waschmittel, bei dem es sich vorzugsweise um tiefkaltes Methanol handelt, entfernt werden.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Gewinnung eines

Wasserstoffproduktes, mit einer Vergasungseinrichtung, in der aus einem Kohle und/oder Schweröl enthaltenden Einsatz durch Partielle Oxidation ein Synthesegas erzeugt werden kann, einem Konvertierungsreaktor, in dem das Synthesegas einer Konvertierung unterzogen werden kann, Einrichtungen zur Abtrennung von Wasser und Sauergasen aus dem durch Konvertierung erhaltenen Gasgemisch, sowie einer Zerlegungseinrichtung, in der das durch Abtrennung von Wasser und Sauergasen erhaltene wasserstoffreiche Gasgemisch in eine Wasserstofffraktion und ein

Wasserstoff enthaltendes Restgas zerlegt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird vorrichtungsseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Abtrenneinrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff aus dem Wasserstoff enthaltenden Restgas umfasst, die mit der Zerlegungseinrichtung derart verbunden ist, dass der aus dem Restgas abgetrennte Wasserstoff mit der

Wasserstofffraktion zum Wasserstoffprodukt vereinigt werden kann.

Bei der Zerlegungseinrichtung kann es sich um eine kryogene

Gaszerlegungseinrichtung handeln. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch vor, dass die Zerlegungseinrichtung als Druckwechseladsorber ausgeführt ist.

Auch bei der Abtrenneinrichtung kann es sich um eine kryogene

Gaszerlegungseinrichtung handeln. Vorzugsweise ist jedoch auch die

Abtrenneinrichtung als Druckwechseladsorber ausgeführt. Da die Restgasmenge normalerweise erheblich geringer ist, als die Menge des der Zerlegungseinrichtung zugeführten Gasgemisches, kann die Abtrenneinrichtung deutlich kleiner und mit geringeren Investitionskosten realisiert werden, als die Zerlegungseinrichtung.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zur Abtrennung von Sauergasen, die als physikalische Gaswäsche ausgeführt ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der physikalischen Gaswäsche um eine Methanolwäsche, in der Sauergase durch Wäsche mit flüssigem Methanol aus einem Gasgemisch abgetrennt werden können. Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines in der Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die Figur 1 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff aus Kohle und/oder Schweröl.

Der Vergasungseinrichtung POX werden über Leitung 1 Sauerstoff, über Leitung 2 Wasserdampf und über Leitung 3 Kohle oder Schweröl oder ein Gemisch aus Kohle und Schweröl als Einsatzstoffe zugeführt. Im Reaktionsraum der

Vergasungseinrichtung POX werden die Einsatzstoffe durch Partielle Oxidation in ein Wasser, Wasserstoff sowie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Sauergase enthaltendes Synthesegas 4 umgesetzt. Das Synthesegas 4 wird dem Konvertierungsreaktor S zugeleitet, in dem das enthaltene Kohlenmonoxid mit Wasser zu Wasserstoff und Kohlendioxid reagiert, so dass ein kohlenmonoxidarmer Strom 5 abgezogen werden kann. Zur Abtrennung von Wasser und Sauergasen wird der Strom 5 in die

Sauergaswäsche A - bei der es sich beispielsweise um eine Methanolwäsche handelt - eingeleitet, in der ein wasserstoffreiches Gasgemisch 6 gewonnen wird. Das wasserstoffreiche Gasgemisch 6 weist zwar bereits einen hohen Wasserstoffgehalt auf, besitzt jedoch nicht die für ein Wasserstoffprodukt geforderte Reinheit von mehr als 99Vol%. Es wird daher dem Druckwechseladsorber DWA1 zugeleitet, in dem es adsorptiv in eine Produktreinheit aufweisende Wasserstofffraktion 7 sowie ein wasserstoffhaltiges Restgas 8 getrennt wird. Nach Verdichtung im Verdichter P wird das Restgas 8 über Leitung 9 einem weiteren Druckwechseladsorber DWA2 zugeführt und dort in einen Produktreinheit aufweisenden Wasserstoffstrom 10 sowie ein wasserstoffarmes Restgas 11 getrennt. Während das Restgas 11 als Heizgas abgeführt wird, wird der Wasserstoffstrom 10 mit der Wasserstofffraktion 7 zum Wasserstoffprodukt 12 vereint.