| Patentansprüche Verfahren zum Erzeugen eines H2-Produktstromes (P) und eines CO- Produktstromes (Ρ') aus einem Einsatzstrom (E"), aufweisend die Schritte: - Einspeisen eines Einsatzstromes (E") aufweisend H2 und CO in eine kryogene Trenneinrichtung (20), die insbesondere in einer Cold-Box angeordnet ist, - Trennen des Einsatzstromes (E") in jener Trenneinrichtung (20) in eine H2-reiche, CO-haltigen Gasfraktion (G) und ein CO-reiches, H2-haltiges Kondensat, wobei das Kondensat zumindest in ein H2-reiches Flashgas (F) und den CO-Produktstrom (Ρ') getrennt wird, - wobei bei einem H2/CO-Verhältnis des Einsatzstromes (E") oberhalb eines vordefinierbaren Schwellenwertes die Gasfraktion (G) zur Erzeugung des H2- Produktstromes (P) durch mindestens einen Adsorber einer Druckwechseladsorptionseinrichtung (30) geleitet wird, so dass CO an dem mindestens einen Adsorber adsorbiert wird, wobei der mindestens eine Adsorber zum Reinigen mit einem Teilstrom des H2-Produktstromes (P) gespült wird, der als Spülgas (S) aus der Druckwechseladsorptionseinrichtung (30) abgezogen wird, wobei jenes Spülgas (S) und das Flashgas (F) stromauf der Trenneinrichtung (20) in den Einsatzstrom (E") zurückgegeben werden, und - wobei bei einem H2/CO-Verhältnis, das kleiner dem besagten Schwellenwert ist, die Gasfraktion (G), das Flashgas (F) und bei Bedarf zumindest ein Teil des CO-Produktstroms (Ρ') stromauf der Trenneinrichtung (20) in den Einsatzstrom (E") zurückgegeben werden. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstrom (E") durch ein Synthesegas (E) gebildet ist, bei dem insbesondere das H2/CO-Verhältnis jenen Schwellwert übersteigt, oder dass der Einsatzstrom (E") durch einen Rohkohlenmonoxidstrom (Ε') gebildet ist, bei dem insbesondere das H2/CO-Verhältnis kleiner jenem Schwellenwert ist, bei dem insbesondere die Druckwechseladsorptionseinrichtung (30) nicht mehr betrieben werden kann, oder dass der Einsatzstrom (E") durch Mischen eines Synthesegasstromes (E) mit einem Rohkohlenmonoxidstrom (Ε') gebildet wird, um insbesondere ein gewünschtes H2/CO-Verhältnis einzustellen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das momentane H2/CO-VerhäItnis des Einsatzstromes (E") stromauf der Trenneinrichtung (20) gemessen wird und dem Einsatzstrom (E") Synthesegas (E), Rohkohlenmonoxid (E"), und/oder Wasserstoff (W) so zugemischt wird, dass sich das momentane H2/CO-Verhältnis einem vordefinierbaren Sollwert angleicht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas (S), das Flashgas (F), die Gasfraktion (G) und/oder bei Bedarf zumindest ein Teil des CO-Produktstroms (Ρ') über einen Verdichter mit einer ersten und einer nachfolgenden einer zweiten Sektion (40) geführt und hiernach in Form eines Rückführstromes (R) in den Einsatzstrom (E"), insbesondere stromauf der Trenneinrichtung (20), zurückgegeben werden, wobei insbesondere das Spülgas (S) durch die erste und die damit verbundene zweite Sektion (41 , 42) des Verdichters (40) geführt wird, und wobei insbesondere das Flashgas (F), die Gasfraktion (G) und/oder der besagte Teil des CO- Produktstroms lediglich durch die zweite Sektion (42) des Verdichters (40) geführt wird. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das für den Fall, dass ein Einsatzstrom (E"), der ein H2/CO-Verhältnis aufweist, das kleiner dem besagten Schwellenwert ist, für eine Zeitdauer in die Trenneinrichtung (20) eingespeist wird, die wiederum oberhalb eines vordefinierbaren Zeitschwellenwertes liegt, die erste Sektion (41 ) zur Energieeinsparung außer Betrieb genommen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstrom (E") vor dem Einleiten in die Trenneinrichtung (20) in einer Adsorptionsstufe (10) getrocknet und von C02 befreit wird. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführstrom (R) stromauf der Adsorptionsstufe (10) in den Einsatzstrom (E") gegeben wird, und zwar insbesondere bei allen H2/CO- Verhältnissen. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführstrom (R) mittels eines Wärmeübertragers (50) stromab des Verdichters (40) abgekühlt wird, wobei stromauf der Trenneinrichtung (20), insbesondere stromauf der Adsorptionsstufe (10), eine Ist-Temperatur des Einsatzstromes (E") erfasst wird, wobei für den Fall, dass die Ist-Temperatur kleiner einer vordefinierbaren Soll-Temperatur ist, der Rückführstrom (R) zumindest teilweise am Wärmetauscher (50) vorbeigeführt wird, um die besagte Ist-Temperatur an die Soll-Temperatur anzugleichen, und wobei insbesondere für den Fall, dass die Ist- Temperatur größer oder gleich der Soll-Temperatur ist, ein Ventil (52) über das der Rückführstrom (R) am Wärmetauscher (50) vorbeigeführt wird, gedrosselt oder geschlossen wird Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat in eine H2-Strippkolonne der Trenneinrichtung (20) eingeleitet wird, wobei das H2-reiche Flashgas (F) aus Kopf der H2-Strippkolonne abgezogen wird, und wobei der CO-Produktstrom (Ρ') aus dem Sumpf der H2-Strippkolonne abgezogen wird und insbesondere rektifikativ weiter gereinigt wird, wobei insbesondere CH4 oder/und N2 entfernt wird. 0. Anlage zum Erzeugen eines H2-Produktstromes und eines CO-Produktstromes, mit: - einer Trenneinrichtung (20), die dazu ausgebildet ist, einen Einsatzstrom (E"), der H2 und CO aufweist, in eine H2-reiche, CO-haltigen Gasfraktion (G) und ein CO-reiches, H2-haltiges Kondensat zu trennen, wobei die Trenneinrichtung (20) weiterhin dazu ausgebildet ist, das Kondensat in ein H2-reiches Flashgas (F) und den CO-Produktstrom (Ρ') zu trennen, und wobei die Trenneinrichtung (20) insbesondere in einer Cold-Box angeordnet ist, - einer mit der Trenneinrichtung (20) verbundenen Zuleitung (200, 201 ) zum Mischen und Einspeisen des Einsatzstroms (E") in die Trenneinrichtung (20), - einer mit der Trenneinrichtung (20) verbundenen Druckwechseladsorptions- einrichtung (30), die zur Erzeugung des H2-Produktstromes (P) dazu ausgebildet ist, in der Gasfraktion (G) enthaltenes CO an mindestens einem Adsorber der Druckwechseladsorptionseinrichtung zu adsorbieren und den mindestens einen Adsorber mit einem Teilstrom des H2-Produktstromes (P) zum Reinigen des Adsorbers zu spülen, - wobei die Anlage (1 ) dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Gasfraktion (G) zum Erzeugen des H2-Produkstromes (P) in die Druckwechseladsorptions- einrichtung (30) einzuspeisen oder in die Zuleitung (200) zurückzugeben, und wobei die Anlage (1 ) dazu eingerichtet und vorgesehen ist, Spülgas (S) aus der Druckwechseladsorptionseinrichtung (30), Flashgas (F) aus der Trenneinrichtung (20) und zumindest einen Teil des CO-Produktstroms (Ρ') in die Zuleitung (200) zurückzugeben. 11. Anlage gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Mittel (70) zum Bestimmen des H2/CO-Verhältnisses sowie durch Regelmittel (71 , 72) zum Regeln des H2/CO-Verhältnisses des Einsatzstromes (E") stromauf der Trenneinrichtung (20). 12. Anlage nach den Ansprüchen 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1 ) dazu eingerichtet und vorgesehen ist, bei einem H2/CO-Verhältnis des Einsatzstromes (E") oberhalb oder gleich eines vordefinierbaren Schwellenwertes die Gasfraktion (G) zum Erzeugen des H2-Produkstromes (P) in die Druckwechsel- adsorptionseinrichtung (30) einzuspeisen und Spülgas (S) aus der Druckwechsel- adsorptionseinrichtung (30) sowie Flashgas (F) aus der Trenneinrichtung (20) in die Zuleitung (200) zurückzugeben, und dass die Anlage (1 ) dazu eingerichtet und vorgesehen ist, bei einem H2/CO-Verhältnis, das kleiner dem besagten Schwellenwert ist, die Gasfraktion (G), das Flashgas (F) und bei Bedarf zumindest einen Teil des CO-Produktstroms (Ρ') in die Zuleitung (200) zurückgegeben. |
Verfahren und Anlage zur Erzeugung eines H?-Produktstromes und eines CO-
Produktstromes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anlage zum Erzeugen eines H 2 - Produktstromes und eines CO-Produktstromes aus einem oder mehreren
Einsatzstromströmen, die H 2 und CO aufweisen (z.B. Synthesegas,
Rohkohlenmonoxid). Bei derartigen Verfahren wird üblicherweise ein Synthesegas, das in der Regel H 2 , CO, CH 4 , C0 2 und insbesondere auch Inertgase (N 2 und Ar) aufweist, aus einer
Erzeugungseinheit (z.B. partielle Oxidation) abgezogen, gereinigt (C0 2 /H 2 0- Entfernung) und in seine Bestandteile zerlegt, und zwar vorzugsweise in einen CO- Produktstrom, einen H 2 -Produktstrom, ein Flashgas sowie insbesondere ein Tailgas. Eine derartige Zerlegung erfolgt vorzugsweise rektifikativ in einer kryogenen
Trenneinrichtung, die beispielsweise in einer sogenannten Cold-Box angeordnet sein kann, die die Komponenten der Trenneinrichtung nach außen hin isoliert, so dass etwaige Kälteverluste bzw. Wärmeeinträge möglichst gering sind. Die Trennung des Synthesegases in der Trenneinrichtung in dessen einzelne Bestandteile erfolgt vorzugsweise bei hohen Einsatzdrücken sowie niedrigem H 2 /CO-Verhältnis und
Methangehalt im Einsatzgas, und zwar vorzugsweise mittels partieller Kondensation.
Die aus der Trenneinrichtung abgezogene H 2 -Fraktion (Gasfraktion) kann nachfolgend in einer Druckwechseladsorptionseinrichtung (DWA, engl. PSA) gereinigt werden, um das besagte H 2 -Produkt zu erhalten. Das Spülgas aus der
Druckwechseladsorptionseinrichtung sowie das Tailgas und das Flashgas aus der kryogenen Trenneinrichtung werden üblicherweise zur Erzeugung von Dampf oder Elektrizität verfeuert. Diese Ströme stellen somit Verluste an CO und H 2 dar. Die vorstehend beschriebene Trennung der Bestandteile des Synthesegases mittels partieller Kondensation kann üblicherweise nicht über einen weiten Bereich des H 2 /CO- Verhältnisses bzw. mit deutlich unterschiedlichen Einsatzgasen, wie z.B. Synthesegas oder Rohkohlenmonoxid, durchgeführt werden. In Abhängigkeit des Drucks des Synthesegases bzw. des Einsatzstromes, des H 2 /CO- Verhältnisses des Einsatzstromes und der niedrigsten Temperatur des Einsatzstromes innerhalb der Trenneinrichtung, beträgt die CO-Rückgewinnungsrate (Ausbeute) der partiellen Kondensation in der Regel 75 % bis 85 %. Eine CO-Rückgewinnungsrate im Bereich von 90 % kann regelmäßig nur erreicht werden, wenn die Temperatur in der Trenneinrichtung in etwa 70 K beträgt, was nur bei sehr aufwendiger und kostspieliger Isolation (Cold Box) und Verrohrung innerhalb der Trenneinrichtung möglich ist. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung daher das Problem zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine vergleichsweise hohe Rückgewinnungsrate für CO aufweist, wobei insbesondere ermöglicht werden soll, dass Einsatzströme mit einem breiten Spektrum an H 2 /CO-Verhältnissen zur
Erzeugung der besagten Produkte verwendet werden können.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach weist das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte auf: - Einspeisen eines Einsatzstromes (Einsatzgases), aufweisend H 2 und CO in eine (kryogene) Trenneinrichtung, die vorzugsweise in einer sogenannten Cold-Box angeordnet ist,
- Auftrennen des Einsatzstromes in der besagten Trenneinrichtung in eine H 2 -reiche, CO-haltige Gasfraktion (Roh-H 2 ) und ein CO-reiches, H 2 -haltiges Kondensat, wobei jenes Kondensat in ein H 2 -reiches Flashgas (in der Regel Kopfprodukt einer H 2 - Strippkolonne), den besagten CO-Produktstrom sowie insbesondere ein CH 4 - und/oder N 2 -reiches Tailgas getrennt wird, wobei bei einem H 2 /CO-Verhältnis des Einsatzstromes oberhalb eines vordefinierbaren Schwellenwertes, bei dem insbesondere ein DWA-Betrieb noch möglich ist, also z. B. bei Verwendung eines Synthesegases als Einsatzstrom, kann die H 2 -reiche Gasfraktion zum Abtrennen von CO und ggf. anderen unerwünschten Komponenten wie z.B. CH 4 , C0 2 , H 2 0 durch mindestens einen Adsorber einer DWA geleitet werden, so dass die besagten Komponenten am Adsorber adsorbiert werden und entsprechend aus der verbleibenden Gasfraktion der H 2 -Produktstrom gebildet wird, wobei der Adsorber zum Spülen des Adsorbers bzw. der Druckwechseladsorptionseinrichtung mit einem wasserstoffhaltigen Spülgas/Purgegas (insbesondere ein Teilstrom des H 2 - Produktstromes) gespült wird, das sodann aus der DWA abgezogen wird, wobei jenes Spülgas und das Flashgas stromauf der Trenneinrichtung in den
Einsatzstrom eingespeist werden, und wobei bei einem H 2 /CO-Verhältnis, das kleiner oder gleich dem besagten Schwellenwert ist (z. B. bei Verwendung von Rohkohlenmonoxid aus einer vorangegangenen Trenneinrichtung), die H 2 -reiche Gasfraktion, das Flashgas und bei Bedarf ein Teilstrom des CO-Produktstroms (insbesondere nach einer Verdichtung) stromauf der Trenneinrichtung in den Einsatzstrom eingespeist werden.
Durch die vorgenannten Rückführungsmaßnahmen werden die Verluste an CO und H 2 auf die im Tailgas der Trenneinrichtung enthaltenen Mengen reduziert. Hierdurch werden die Rückgewinnungsraten für CO und H 2 erheblich gesteigert. Der Verbrauch an Einsatzströmen (Synthesegas oder Rohkohlenmonoxid) sinkt entsprechend.
Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Einstellung des H 2 /CO- Verhältnisses stromauf der Trenneinrichtung. Hierbei können zwei verschiedene Einsatzströme (z. B. Synthesegas und/oder Rohkohlenmonoxid) entweder jeweils für sich oder in gemischter Form als Einsatzstrom eingesetzt werden. Dies erlaubt es, insbesondere von einem ersten Einsatzstrom zu einem zweiten Einsatzstrom zu wechseln (und zurück), und zwar während des eines Betriebes der Anlage, d.h. bei laufendem Verfahren unter Beibehaltung der Produktqualitäten. Vorzugsweise wird das momentane H 2 /CO-Verhältnis des Einsatzstromes laufend (wiederholt) stromauf der Trenneinrichtung gemessen und dem Einsatzstrom bestehend aus Synthesegas, Rohkohlenmonoxid, Rückführgasen (Flashgas, DWA- Spülgas und/oder Roh-H2 und/oder Produkt-CO aus Cold Box) sowie bei Bedarf Wasserstoff (von der Anlagengrenze bzw. aus Flaschen) so zugemischt, dass sich das momentane H 2 /CO-Verhältnis einem vordefinierbaren Sollwert angleicht oder innerhalb eines vordefinierten Bereichs geregelt wird.
Üblicherweise weist ein Rohkohlenmonoxidstrom (z.B. aus einer vorangegangenen Trenneinrichtung oder aus einem sonstigen vorangegangenen Prozessschritt) eine Konzentration von CO im Bereich von 95 mol-% bis 99 mol-% sowie Wasserstoff mit einer Konzentration im Bereich von 0,1 mol-% bis 5mol% auf und entsprechend weitere Bestandteile wie CH 4 (0,1 mol-% - 1 ,0 mol-%) und Inertgase (N 2 und Argon: Rest). Entsprechend kann besagter Schwellenwert insbesondere so liegen, dass bei
Verwendung eines derartigen Rohkohlenmonoxidstromes die H 2 -reiche Gasfraktion und das Flashgas aus der Trenneinrichtung sowie ggf. ein Teil des CO-Produkstromes wie vorstehend beschrieben recycelt werden kann. In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Einsatzstrom durch ein Synthesegas gebildet, bei dem insbesondere das H 2 /CO-Verhältnis jenen besagten Schwellenwert übersteigt und der Roh-H 2 zur DWA gefahren wird.
Weiterhin kann es sich bei dem Einsatzstrom natürlich um ein Gemisch aus einem Synthesegasstrom und einem Rohkohienmonoxidstrom handeln, um ein gewünschtes H 2 /CO-Verhältnis und damit ein gewünschtes H 2 /CO-Produktverhältnis einzustellen.
Für den Fall, dass der Einsatzstrom durch ein Synthesegas gebildet wird bzw. ein H 2 /CO-Verhältnis aufweist, das den besagten Schwellenwert übersteigt, wird das DWA-Spülgas und das Flashgas vorzugsweise über einen Verdichter als
Rückführstrom in den Einsatzstrom zurückgeführt, wobei vorzugsweise das Spülgas über eine erste und eine nachfolgende zweite Sektion des Verdichters dem
Einsatzstrom stromauf der Trenneinrichtung zugeführt wird, wohingegen das besagte Flashgas lediglich über die nachfolgende zweite Sektion in den Einsatzstrom zurückgegeben wird.
Für den alternativen Fall, dass anstelle des Synthesegases ein
Rohkohienmonoxidstrom als Einsatzstrom verwendet wird bzw. das H 2 /CO-Verhältnis kleiner oder gleich dem besagten Schwellenwert ist, werden die H 2 -reiche Gasfraktion sowie das Flashgas aus der Trenneinrichtung und bei Bedarf ein Teil des CO- Produktstroms über die zweite Sektion des Verdichters als Rückführstrom in den Einsatzstrom stromauf der Trenneinrichtung zurückgeführt.
Weiterhin kann bei einer Verwendung von Rohkohlenmonoxid als Einsatzstrom bzw. bei Verwendung eines Synthesegases mit einem H 2 /CO-Verhältnis, das kleiner dem besagten Schwellenwert ist (also ohne DWA-Betrieb), die erste Sektion des
Verdichters zum Energie sparen abgeschaltet werden, und zwar insbesondere dann, wenn die Anlage länger als eine vorbestimmbare Zeitdauer mit dem besagten
Einsatzstrom betrieben wird.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Einsatzstrom vor dem Einspeisen in die Trenneinrichtung in einer Adsorptionsstufe (Trocknungseinheit) getrocknet und von C0 2 befreit wird. Ein entsprechender, beladener Adsorber der Adsorptionsstufe kann z. B. mit N 2 regeneriert werden, z. B. falls die C0 2 - und H 2 0- Konzentration im Einsatzgas nur wenige mol-ppm betragen.
Vorzugsweise wird der besagte Rückführstrom bzw. das DWA-Spülgas und das Flashgas oder das Flashgas, die H 2 -reiche Gasfraktion und ggf. ein Teil des
CO-Produktstroms stromauf der Adsorptionsstufe in den Einsatzstrom zurückgeführt. Hierdurch, werden die CO- und H 2 -Rückgewinnungsraten über die Gesamtanlage signifikant erhöht, was zu geringeren Verbräuchen an Einsatzgasen und
Betriebsmitteln sowie zu einer kleineren Anlage führt.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Rückführstrom bzw. die recycelten Bestandteile des Einsatzstoffstromes mittels eines Wärmeüberträgers stromab des Verdichters abgekühlt werden (Verdichter- Nachkühler). Hierbei kann stromauf der Trenneinrichtung bzw. stromauf der
Adsorptionsstufe eine momentane Ist-Temperatur des Einsatzstromes erfasst werden, wobei vorzugsweise für den Fall, dass diese Ist-Temperatur kleiner oder gleich einer vordefinierbaren Soll-Temperatur (Referenztemperatur) ist, der Rückführstrom zumindest teilweise am besagten Wärmetauscher vorbeigeführt wird, d. h. der Wärmetauscher von einem Teilstrom des Rückführstromes nicht durchströmt wird (Bypass). Hierdurch kann die Ist-Temperatur des Einsatzstromes an die gegebene Soll-Temperatur angeglichen werden.
Um eine weitere Möglichkeit zur Einstellung des H 2 /CO-Verhältnisses des
Einsatzstromes zu schaffen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass bei Bedarf ein zusätzlicher Wasserstoffeinsatzstrom stromauf der Trenneinrichtung bzw. stromauf der Adsorptionsstufe zum Einstellen des besagten Verhältnisses in den Einsatzstrom gegeben wird. Was die Trenneinrichtung im Einzelnen anbelangt, kann darin das oben beschriebene Kondensat in eine H 2 -Strippkolone der Trenneinrichtung eingeleitet werden, wobei das H 2 -reiche Flashgas vom Kopf der H 2 -Strippkolonne abgezogen wird, wohingegen der CO-Produktstrom aus dem Sumpf der besagten Kolonne abgezogen wird. Hierbei kann natürlich der besagte CO-Produktstrom weitere Kolonnen durchlaufen, um z. B. CH 4 und N 2 aus dem CO-reichen Produktstrom abzutrennen.
Vorzugsweise ist die besagte Trenneinrichtung zum kryogenen Aufspalten des Einsatzstromes in einer Cold-Box angeordnet bzw. als eine solche ausgebildet. Eine derartige Cold-Box weist üblicherweise einen Blechmantel auf, der auf einem
Stahlrahmen sitzen kann, der die Ausrüstungsgegenstände (Equipment), eine
Verrohrung der Cold-Box sowie deren Komponenten trägt (Trenneinrichtung). Das Innere der Cold-Box bzw. des Blechkastens wird üblicherweise mit einem
Isoliermaterial gefüllt, um den Wärmeeintrag in die Cold-Box zu reduzieren. Die
Trenneinrichtung bzw. die Cold-Box weist neben den Abscheidern und Kolonnen zum Auftrennen des Einsatzstromes einen oder mehrere Wärmetauscher auf, mit deren Hilfe der Einsatzstrom gegen Verfahrensströme (Zerlegungsprodukte) abgekühlt wird. Zum Trennen des abgekühlten Einsatzstromes in eine H 2 -reiche, CO-haltige
Gasfraktion und ein CO-reiches, H 2 -haltiges Kondensat, kann die Trenneinrichtung z. B. einen Abscheider aufweisen (wie beim Kondensationsprozeß). Eine derartige Auftrennung kann jedoch auch durch eine Methanwaschkolonne realisiert werden (wie bei der Methanwäsche).
Weiterhin wird das erfindungsgemäße Problem durch eine Anlage zum Erzeugen eines H 2 -Produktstromes und eines CO-Produktstromes mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Danach weist die erfindungsgemäße Anlage eine Trenneinrichtung auf, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, einen Einsatzstrom, der H 2 und CO aufweist (z.B. Synthesegas, Rohkohlenmonoxid, ein Gemisch hieraus bzw. eine Gemisch zweier Synthesegase), in eine H 2 -reiche, CO-haltige Gasfraktion (Roh-H2) und ein CO- reiches, H 2 -haltiges Kondensat aufzutrennen , wobei die Trenneinrichtung weiterhin dazu eingerichtet und vorgesehen ist, das besagte Kondensat in ein H 2 -reiches Flashgas und den CO-Produktstrom (sowie insbesondere ein CH 4 - und/oder N 2 -reiches Tailgas) aufzutrennen und wobei die Trenneinrichtung insbesondere in einer Cold-Box angeordnet ist, die wie vorstehend dargelegt ausgebildet sein kann. Weiterhin ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäße Anlage eine mit der besagten
Trenneinrichtung verbundene Zuleitung aufweist, über die der Einsatzstrom in die Trenneinrichtung eingeleitet werden kann, sowie eine mit der Trenneinrichtung verbundene Druckwechseladsorptionseinrichtung (DWA = PSA), die zur Erzeugung des H 2 -Produktstromes dazu eingerichtet und vorgesehen ist, in der H 2 -reichen Gasfraktion enthaltenes CO (und andere Komponenten, wie z.B. CH 4 , C0 2 , H 2 0 und Inertgase) in mindestens einem Adsorber der Druckwechseladsorptionseinrichtung zu adsorbieren und den mindestens einen Adsorber mit einem Teilstrom des H 2 - Produktstromes zum Reinigen des Adsorbers zu spülen, wobei die erfindungsgemäße Anlage weiterhin dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Gasfraktion zum Erzeugen des H 2 -Produktstromes in die Druckwechseladsorptionseinrichtung einzuspeisen oder in die Zuleitung zurückzugeben, und wobei die Anlage dazu eingerichtet und vorgesehen ist, Spülgas aus der Druckwechseladsorptionseinrichtung, Flashgas aus der Trenneinrichtung und bei Bedarf einen Teil des CO-Produktstroms in die Zuleitung zurückzugeben (Recycle). Gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Anlage ist ein Mittel zum Bestimmen des H 2 /CO- Verhältnisses des Einsatzstromes stromauf der Trenneinrichtung, insbesondere stromauf einer Adsorptionsstufe (siehe oben), vorgesehen. Dies ermöglicht es, die Anlage zwischen zwei oder mehreren Fahrweisen (H 2 /CO- Verhältnissen) hin und her zu schalten sowie die Einsatz- und Recycleströme zu mischen.
So ist die Anlage bevorzugt dazu konfiguriert, bei einem H 2 /CO-Verhältnis des
Einsatzstromes oberhalb eines vordefinierbaren Schwellenwertes (wenn z. B.
Synthesegas als Einsatzstrom verwendet wird) die H 2 -reiche Gasfraktion zum
Erzeugen des H 2 -Produktstroms in die Druckwechseladsorptionseinrichtung einzuspeisen und Spülgas aus der Druckwechseladsorptionseinrichtung sowie Flashgas aus der Trenneinrichtung in die Zuleitung zurückzugeben
Des Weiteren ist die Anlage bevorzugt dazu ausgebildet, bei einem H 2 /CO-Verhältnis, das kleiner oder gleich dem vorgenannten Schwellenwert ist (wenn z.B. ein Rohkohienmonoxidstrom als Einsatzstrom verwendet wird), das Flashgas und ggf. einen Teil des CO-Produktstroms sowie die besagte H2-reiche Gasfraktion stromauf der Trenneinrichtung bzw. stromauf einer Adsorptionsstufe (siehe oben) in die Zuleitung (d. h. in den Einsatzstrom) zurückzugeben.
Die Erfindung ermöglicht somit im Ergebnis insbesondere eine signifikante Erhöhung der CO- und H 2 -Rückgewinnungsraten über die Gesamtanlage, was zur Reduzierung der Betriebskosten für Einsatzgase und Betriebsmittel sowie der Investitionskosten durch eine kleinere Anlage führt (Ersparnis in capex und opex), die
Einstellung/Regelung des H 2 /CO-Verhältnisses stromauf der Trenneinrichtung innerhalb geeigneter Grenzen durch Mischen von Synthesegas(en), Roh-CO, der Rückführströme und ggf. lmport-H 2 , was den Einsatz und Wechsel unterschiedlicher Einsatzgase mit verschiedenen H2/CO-Verhältnissen ermöglicht und dadurch die Anlagen- und Produktverfügbarkeit erhöht, sowie ferner eine Temperatur-Regelung des Einsatzgases, um Störungen in der Trenneinrichtung durch unterschiedliche Kühlwasser- und Umgebungstemperaturen zu minimieren.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figur erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage bzw.
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen eines H 2 - Produktstromes und eines CO-Produktstromes mit hohen
Produktausbeuten aus einem Einsatzstrom (insbesondere Synthesegas und/oder Rohkohlenmonoxid).
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockbild einer Anlage 1 zur Erzeugung eines H 2 - Produktstromes und eines CO-Produktstromes bzw. ein entsprechendes Verfahren.
Die Anlage 1 weist eine Zuleitung 2 auf, über die Synthesegas E über einen
Wärmetauscher 60 als Einsatzstrom E" über eine Leitung 200 in eine Adsorptionsstufe 10 eingespeist wird. Des Weiteren verfügt die Anlage 1 über eine weitere Zuleitung 3, über die ein Rohkohienmonoxidstrom E' über ein regelbares Ventil 4 in die besagte Leitung 200 gegeben werden kann, so dass ein sich daraus ergebender Einsatzstrom E" ein Gemisch aus dem besagten Synthesegas E und dem Rohkohlenmonoxid E' darstellen kann. Dabei weist ein derartiger Rohkohlenmonoxidstrom E' vorzugsweise lediglich Spuren von C0 2 bzw. H 2 0 auf, die jeweils kleiner sind als 2 mol-ppm. Ein solcher Rohkohlenmonoxidstrom E' kann bspw. aus einer vorgeschalteten Cold-Box abgezogen werden, die mit Zuleitung 3 verbunden ist.
Generell besteht auch die Möglichkeit, die Anlage 1 so zu fahren, dass entweder nur Synthesegas E als Einsatzstrom E" oder nur Rohkohlenmonoxid E' als Einsatzstrom E" verwendet wird (siehe oben). Dabei können die Zuleitungen 2, 3 natürlich
insbesondere so geregelt werden, dass zwischen zwei derartigen Strömen
kontinuierlich hin- und her gewechselt werden kann. Natürlich kann die Anlage auch mit zwei unterschiedlichen Synthesegasen E, E' gefahren werden, die insbesondere einen unterschiedlichen H 2 /CO-Verhältniswert aufweisen.
Der Einsatzstrom E" weist also ein bestimmtes (einstellbares) H 2 /CO-Verhältnis auf, wobei an der Leitung 200 ein Mittel (Sensor) 70 angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, einen momentanen Istwert des H 2 /CO-Verhältnisses zu erfassen und an ein erstes Regelmittel 71 weiterzugeben bzw. diesem zur Verfügung zu stellen, das dazu ausgebildet ist, das regelbare Ventil 4 zu öffnen oder zu schließen, um den Istwert des H 2 /CO-Verhältnisses an einen gewünschten Sollwert anzugleichen. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Mittel 70 zum Erfassen des besagten H 2 /CO-Verhältnisses den momentanen Istwert jenes Verhältnisses an ein weiteres, zweites Regelmittel 72 weitergibt, das mit dem ersten Regelmittel 71 zusammenwirkt, wobei das zweite Regelmittel 72 dazu ausgebildet ist, ein weiteres regelbares Ventil 73 einer Zuleitung 73 zu öffnen oder zu schließen, über die ein Wasserstoffstrom W stromab des
Wärmetauschers 60 in die Leitung 200 gegeben werden kann, um entsprechend den besagten Istwert an den vorgegebenen Sollwert des H 2 /CO-Verhältnisses
anzugleichen.
Nach Einstellen des H 2 /CO-Verhältnisses wird der Einsatzstrom über die Leitung 200 in eine Adsorptionsstufe 10 gegeben, in der H 2 0 und ggf. C0 2 aus dem Einsatzstrom E" entfernt werden, wobei insbesondere ein hierzu verwendeter Adsorber mittels eines Stickstoffstromes 5 regeneriert werden kann. Der getrocknete, aus der
Adsorptionsstufe 10 abgezogene Einsatzstrom E" wird anschließend über eine weitere Leitung 201 in eine Trenneinrichtung 20 gegeben, die vorzugsweise in einer Cold-Box angeordnet ist, und dazu eingerichtet und vorgesehen ist, die Bestandteile des Einsatzstromes E" kryogen voneinander zu trennen (z. B. mittels partieller
Kondensation). In der Trenneinrichtung 20 wird der Einsatzstrom E" dazu gegen vorhandene Prozessströme (z. B. Zerlegungsprodukte) in zumindest einem
Wärmetauscher abgekühlt und sodann z.B. in einem Abscheider in eine H 2 -reiche, CO- haltige Gasfraktion G und ein CO-reiches, H 2 -haltiges Kondensat getrennt, das sodann vorzugsweise in eine H 2 -Strippkolonne eingeleitet wird, in der das besagte Kondensat in ein H 2 -reiches Flashgas F und in einen CO-Produktstrom P' getrennt wird, der in weiteren Kolonnen von CH 4 und Stickstoff getrennt werden kann. Ein entsprechendes Tailgas T (überwiegend enthaltend CH 4 und/oder N 2 ) wird dann über eine Leitung 24 aus der Trenneinrichtung 20 abgezogen. Anstelle eines Abscheiders kann auch mittels einer Methanwaschkolonne eine Trennung in die H 2 -reiche Gasfraktion und das CO- reiche Kondensat vorgenommen werden.
Der so gebildete CO-Produktstrom P" wird aus der Trenneinrichtung 20 abgezogen und über eine Leitung 25 einem Verdichter 28 zugeführt und steht sodann für die weitere Verarbeitung zur Verfügung. Bei Bedarf kann ein Teil des verdichteten CO- Produktstromes (über Leitung 26) als CO-Kreislauf zur Kälte- (Joule-Thomson-Effekt) und/oder Wärmeproduktion (z. B. zum Heizen von Rektifikationskolonnen) in die Trenneinrichtung 20 zurückgeführt werden. Der CO-Kreislaufstrom kann ganz oder teilweise im verbundenen CO-Expander 80 entspannt werden, um den größten Teil des Kältebedarfs der kryogenen Trennung zu decken. Für den Fall, dass die Anlage 1 mit einem Einsatzstrom E" betrieben wird, bei dem es sich um ein herkömmliches Synthesegas E handelt, wird die H 2 -reiche Gasfraktion G aus der Trenneinrichtung 20 abgezogen und (über die Leitung 22) in eine
Druckwechseladsorptionseinrichtung 30 eingeleitet. Darin wird die Gasfraktion G unter Druck in (zumindest) einen Adsorber geleitet, der insbesondere CO, aber auch CH4, C0 2 , H 2 0 und Inertgase adsorbiert, wobei der so entstehende H 2 -Produktstrom P über eine Leitung 33 aus der Druckwechseladsorptionseinrichtung 30 abgezogen wird und für die weitere Verarbeitung außerhalb der Anlagengrenze (A.G.) zur Verfügung steht.
Zum Desorbieren adsorbierter Bestandteile wird der Druck in der
Druckwechseladsorptionseinrichtung 30 herabgesetzt und der mindestens eine Adsorber mit einem Teilstrom des H 2 -Produktstromes 33 gespült. Dieses Gas wird als Spülgas S aus der DWA 30 abgezogen und über eine Leitung 31 einem Verdichter 40 mit zwei Sektionen 41 , 42 zugeführt. Hierbei durchläuft das Spülgas S beide Sektionen 41 und 42 des Verdichters 40, wobei jede Sektion 41 , 42 aus mehreren Stufen bestehen kann. Das Flashgas F aus der Trenneinrichtung 20 wird über eine Leitung 29 der zweiten Verdichtersektion 42 des (Rückführ-)Verdichters 40 zugeführt und zusammen mit dem Spülgas S als Rückführstrom R aus dem zweistufigen Verdichter 40 abgezogen. Der Rückführstrom R wird nun über einen Wärmeübertrager 50 (z. B. Verdichter-Nachkühler) weiter abgekühlt und stromauf der Adsorptionsstufe
(Temperaturwechseladsorptionseinheit = TWA) 10 bzw. stromab des Wärmetauschers 60 (über Leitung 32) in den Einsatzstrom E" zurückgeben (Leitung 200).
Zum Regeln der Temperatur des Einsatzstromes E" kann hierbei mittels eines
Temperaturreglers 53 die Temperatur (Istwert) des Einsatzstromes E" in der Leitung 200 erfasst werden. Der Temperaturregler 53 wirkt dabei mit einem regelbaren Ventil 52 einer Überbrückungsleitung 51 zusammen, die den Wärmetauscher 50 überbrückt. Liegt die Temperatur (Istwert) des Einsatzstromes E" zu niedrig, so öffnet der
Temperaturregler 53 das Ventil 52 der Überbrückungsleitung (Bypass) 51 und ein entsprechender Teilstrom des Rückführstromes R fließt nicht über den Wärmetauscher 50, sondern über die Überbrückungsleitung 51 und erhöht entsprechend die
Temperatur (Istwert) des Einsatzstromes E" (Angleichen des Istwertes an einen Sollwert der Temperatur des Einsatzstromes E"). Liegt der Temperatur-Istwert von E" über dem Sollwert, schließt 53 das Bypass-Ventil 52 entsprechend. Für den Fall beispielsweise, dass die Anlage 1 mit einem reinen Rohkohlen- monoxidstrom E' betrieben wird, wird hingegen die aus der Trenneinrichtung 20 abgezogene H 2 -reiche Gasfraktion G aufgrund der geringen Menge über eine Leitung 27 in die Leitung 29 und in die zweite Sektion 42 des Verdichters 40 gegeben. Analog wird mit dem Flashgas F verfahren (vgl. Leitung 29). Die Gasfraktion G und das Flashgas F werden sodann als Rückführstrom R in den Einsatzstrom E"
zurückgegeben (über den Wärmetauscher 50 bzw. Überbrückungsleitung 51 und Leitung 32). Des Weiteren kann zumindest ein Teilstrom des CO-Produktstromes P' stromab des Verdichters 28 ebenfalls über die zweite Sektion 42 des Verdichters 40 (vgl. Leitung 23, 29) als Rückführstrom R in den Einsatzstorm E" zurückgegeben werden. Die Erfindung erlaubt es damit zusammenfassend insbesondere während des
Betriebes der Anlage, das Einsatzgas von einem Synthesegas E zu einem
Rohkohlenmonoxidstrom E' kontinuierlich zu wechseln, wobei während eines Betriebes mit Rohkohlenmonox E' die Gasfraktion G der Cold-Box 20 anstelle des Spülgases S recycelt wird. Hierdurch kann mit Vorteil Wasserstoff W (make-up) eingespart werden. Für den Fall, dass die Anlage 1 über eine längere Betriebsdauer mit einem
Rohkohlenmonoxidstrom E' betrieben wird, kann die erste Sektion 41 des Verdichters 40 abgeschaltet werden, um Energie zu sparen. Im Ergebnis ermöglicht die Erfindung mit Vorteil, die Einstellung des H 2 /CO-Verhältnisses (auf einen bestimmten Wert oder innerhalb geeigneter Grenzen) stromauf der Trenneinrichtung 20, und zwar insbesondere unabhängig von der Zusammensetzung des Einsatzstromes E".
Ferner erlaubt die Erfindung mit Vorteil die Verwendung zweier Einsatzgase E, E', die graduell zusammengemischt werden können, ohne dass die Anlage 1
heruntergefahren werden muss, und zwar unter Beibehaltung der jeweiligen
Produktspezifikation.
Weiterhin wird durch die beschriebene Temperaturkontrolle des Einsatzstromes E" ein stabilere Betrieb der Trenneinrichtung 20 erzielt, unabhängig von fluktuierenden Umgebungs- und Kühlwassertemperaturen.
Bezugszeichenliste
1 Anlage
2, 3 Zuleitung
4, 52, 73 Ventil
5 Stickstoffstrom
40, 28 Verdichter
41 erste Sektion
42 Zweite Sektion
50, 60 Wärmetauscher
51 Überbrückungsleitung (Bypass)
53 Temperaturregler
70 Mittel zum Bestimmen des H 2 /CO- Verhältnisses
71 , 72 Regelmittel
80 Expander
E Synthesegas
E' Synthesegas, Rohkohlenmonoxid
E" Einsatzstrom
W Wasserstoff
F Flashgas
T Tailgas
G Gasfraktion
S Spülgas
R Rückführstrom
P H2-Produkt
P' CO-Produkt
5, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 29, 31 , 32, 33, 51 , Leitung
74, 200, 201