Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING A PRODUCT GAS STREAM THAT CONTAINS AT LEAST CARBON MONOXIDE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/073768
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method and to a device for producing a product gas that contains carbon monoxide, in which a vacuum swing pressure adsorption is used for separating the raw gas constituents, wherein the system parts of the vacuum swing pressure adsorption, which are subjected to sub-atmospheric pressure during desorption, are flown around or are surrounded by a shield gas that prevents impurities from being introduced into the method and/or the device by potentially present or occurring leakages.

Inventors:
LEITMAYR WERNER (DE)
PESCHEI ANDREAS (DE)
HENTSCHEL BENJAMIN (DE)
FITZTHUM MARIO (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/025429
Publication Date:
April 22, 2021
Filing Date:
September 22, 2020
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
LINDE GMBH (DE)
International Classes:
B01D53/047; B01D53/22; B01D53/32; C25B1/00
Domestic Patent References:
WO2018228716A12018-12-20
Foreign References:
US20080072752A12008-03-27
US20180111831A12018-04-26
US6322611B12001-11-27
Attorney, Agent or Firm:
FISCHER, Werner (DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Produktgasstroms (6), bei dem ein Einsatz (3) unter Erhalt eines Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid enthaltenden Rohgasstroms (4) bei einem Umsetzungsdruckniveau einer Umsetzung (E) unterworfen wird, und bei dem der Rohgasstrom (4) unter Erhalt eines an Kohlenstoffmonoxid abgereicherten und an Kohlenstoffdioxid angereicherten Adsorbatstroms (7) und eines an Kohlenstoffmonoxid angereicherten und an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Vorproduktstroms (5) einer Vakuum-Druckwechseladsorption (A) unterworfen wird, die eine Adsorption bei einem Adsorptionsdruckniveau und eine Desorption bei einem unteratmosphärischen Desorptionsdruckniveau umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der in der Vakuum-Druckwechseladsorption (A) auf dem Desorptionsdruckniveau betriebenen Vorrichtungsteile mit einem Abschirmgas (1) umgeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die von dem Abschirmgas (1) umgebenen Vorrichtungsteile einen oder mehrere Adsorberbehälter und eine oder mehrere in den oder die Adsorberbehälter mündende Leitungen umfassen, wobei das Abschirmgas (1) um eine Außenhülle des einen oder der mehreren Adsorberbehälter und/oder um die eine oder die mehreren Leitungen geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Einsatz (3) unter Verwendung eines Frischeinsatzes (2) gebildet wird, der zumindest einen Teil des Abschirmgases (1) umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Teil des Produktgasstroms (6) als das Abschirmgas (1) verwendet wird und danach zusammen mit dem Vorproduktstrom (5) in den Produktgasstrom überführt wird. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Vorproduktstrom (5) nach einer Verdichtung auf ein Produktdruckniveau unter Erhalt eines an Kohlenstoffmonoxid abgereicherten und an Kohlenstoffdioxid angereicherten Permeats und eines an Kohlenstoffmonoxid angereicherten und an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Retentats einer Membrantrennung (M) unterworfen wird, wobei der Produktgasstrom (6) unter Verwendung des Retentats gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Membrantrennung zumindest einen ersten und einen zweiten Trennschritt umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem ein erster Teil des Permeats als das Abschirmgas (1) verwendet und danach aus dem Verfahren ausgeschleust wird und ein zweiter Teil (9) des Permeats zusammen mit dem Vorproduktstrom (5) in den Produktgasstrom überführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem ein erster Teil des Permeats als das Abschirmgas (1) verwendet und danach zusammen mit dem Vorproduktstrom (5) in den Produktgasstrom zurückgeführt wird und ein zweiter Teil (9) des Permeats aus dem Verfahren ausgeschleust wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein erstes Permeat des ersten Trennschritts als das Abschirmgas (1) verwendet und danach aus dem Verfahren ausgeschleust und/oder zu der Umsetzung (E) zurückgeführt wird, und bei dem ein erstes Retentat des ersten Trennschritts (5a) unter Erhalt eines zweiten Permeats und eines zweiten Retentats dem zweiten Trennschritt unterworfen wird, wobei das zweite Permeat (9) in den Vorproduktstrom (5) zurückgeführt wird und wobei das zweite Retentat in den Produktgasstrom (6) überführt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Vorproduktstrom unter Verwendung einer Produktverdichtung auf ein Produktdruckniveau verdichtet wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Umsetzung (E) eine Elektrolyse und/oder eine autotherme Reformierung und/oder eine Trockenreformierung umfasst. 12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Adsorbatstrom (7) unter Verdichtung auf das Umsetzungsdruckniveau als ein Recyclingstrom (8) mit dem Einsatz (3) zu der Umsetzung (E) zurückgeführt wird.

13. Vorrichtung zur Herstellung eines Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Produktgasstroms (6) mit einer Umsetzungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Einsatz (3) unter Erhalt eines Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid enthaltenden Rohgasstroms (4) bei einem Umsetzungsdruckniveau einer Umsetzung (E) zu unterwerfen; und einer Vakuum-Druckwechseladsorptionseinheit, die dazu eingerichtet ist, den Rohgasstrom (4) unter Erhalt eines an Kohlenstoffmonoxid abgereicherten und an Kohlenstoffdioxid angereicherten Adsorbatstroms (7) und eines an Kohlenstoffmonoxid angereicherten und an Kohlenstoffdioxid abgereicherten Vorproduktstroms (5) einer Vakuum-Druckwechseladsorption (A), die eine Adsorption bei einem Adsorptionsdruckniveau und eine Desorption bei einem unteratmosphärischen Desorptionsdruckniveau umfasst, zu unterwerfen; gekennzeichnet durch

Mittel, die insbesondere eine Mantelvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet sind, in der Vakuum-Druckwechseladsorption (A) auf dem Desorptionsdruckniveau betriebene Vorrichtungsteile mit einem Abschirmgas (1) zu umgeben.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner mit Mitteln, die dazu eingerichtet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12 durchzuführen.

Description:
Beschreibung

Verfahren und Anlage zur Herstellung eines Produktaasstroms, der zumindest

Kohlenstoffmonoxid enthält

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Produktgasstroms, der zumindest Kohlenstoffmonoxid enthält, und eine entsprechende Anlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Stand der Technik

Grundsätzlich ist es bekannt, dass zur Trennung verschiedener Komponenten eines Gasgemischs Trennverfahren genutzt werden können, die sich Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der zu trennenden Komponenten zunutze machen. Beispiele dafür sind Membranverfahren, Adsorptionsverfahren, Absorptionsverfahren, Destillationsverfahren und dergleichen. Adsorptionsverfahren sind beispielsweise in Form von Temperatur- und Druckwechseladsorptionsverfahren bekannt, bei denen für gewöhnlich mindestens zwei Adsorbersysteme parallel im Wechsel verwendet werden, also ein Adsorbersystem in einem Adsorptionsmodus betrieben wird, während ein zweites Adsorbersystem parallel dazu in einer Regenerationsphase in einem Desorptionsmodus betrieben wird. Dadurch ist ein im Wesentlichen kontinuierlicher Trennprozess möglich, da immer ein Adsorbersystem mit dem zu trennenden Gasgemisch beaufschlagt werden kann.

Es ist bekannt, dass eine Vakuum-Druckwechseladsorption insbesondere in Verfahren von Vorteil ist, in denen ein zu bearbeitendes Gasgemisch auf einem relativ niedrigen Druckniveau anfällt, und in denen in dem Gasgemisch große Mengen an in der Druckwechseladsorption adsorbierenden Gasen enthalten sind. Derartige Verfahren können beispielsweise Niederdruck-Kohlenstoffdioxid-Elektrolysen, Niederdruck-Ko- Elektrolysen oder verschiedene Reformierungsverfahren zur Herstellung von Synthesegas aus Erdgas, Erdöl, Biogas, Biomasse, oder anderen kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzstoffen als eine Umsetzung umfassen.

Eine Vakuum-Druckwechseladsorption zeichnet sich dadurch aus, dass ein Desorptionsdruckniveau unterhalb eines Druckniveaus des umgebenden Mediums liegt, insbesondere unterhalb eines natürlichen Atmosphärendrucks. In einer Vakuum- Druckwechseladsorption kann aber auch ein geringeres Adsorptionsdruckniveau als in einer herkömmlichen Druckwechseladsorption verwendet werden, so dass dieses gleich ist wie oder tiefer liegt als das Druckniveau, auf dem das zu bearbeitende Gasgemisch anfällt, beispielsweise ein Umsetzungsdruckniveau, auf dem die Umsetzung betrieben wird. Das liegt daran, dass das Adsorbens durch das niedrigere Desorptionsdruckniveau sehr effektiv regeneriert wird, wodurch mehr aktive Oberfläche für die Adsorption bereit steht, als dies bei anderen konventionellen Regenerationsarten der Fall wäre. Dadurch steigt die Triebkraft für die Adsorption, so dass ein geringerer Adsorptionsdruck für die gleiche Adsorbensbeladung ausreicht. Daher kann in diesem Fall auf eine energieaufwändige Verdichtung des gesamten Gasgemischs verzichtet werden, und es wird gegebenenfalls nur das nicht adsorbierte Gas auf ein gewünschtes Zieldruckniveau verdichtet. Da das nicht adsorbierte Gas ein erheblich geringeres Volumen aufweist als das zu bearbeitende Gasgemisch, kann auf diesem Weg eine erhebliche Reduktion der benötigten Verdichtungsenergie erzielt werden.

Bei der Vakuum-Druckwechseladsorption kann sich das Problem ergeben, dass während des Desorptionsschrittes Anteile des umgebenden Mediums, insbesondere Luft der natürlichen Atmosphäre, durch undichte Stellen in die Vakuum- Druckwechseladsorptionsanlage gesogen werden können. Dadurch können Komponenten des umgebenden Mediums als Verunreinigung in das Verfahren eingeschleust werden, die sich nicht oder nur unter hohem Aufwand wieder aus dem Gasgemisch entfernen lassen. Für manche Anwendungen können Verunreinigungen bereits im ppm-Bereich eine erhebliche schädliche Wirkung entfalten. Es werden also sehr hohe Anforderungen an die Reinheit der Prozessgase gestellt, deren Erfüllung mit den auf dem Markt befindlichen Technologien nicht immer sichergestellt werden kann. Eine völlig gasdichte Vakuum-Druckwechseladsorptionsanlage erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht vor diesem Hintergrund darin, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die hohen Reinheitsanforderungen auch bei einem Einsatz einer Vakuum-Druckwechseladsorption sicher und ohne übermäßigen zusätzlichen baulichen Aufwand erfüllt werden können. Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt sich dieser Aufgabe dadurch, dass die zeitweise unterhalb des Atmosphärendruckniveaus betriebenen Anlagenteile, die bei einer Vakuum-Druckwechseladsorption verwendet werden, wie beispielsweise Adsorberbehälter oder dazu gehörige Leitungen und Pumpen, mit einem Abschirmgas umgeben werden, so dass das umgebende Medium, insbesondere Luft, nicht in direktem Kontakt mit den sensiblen, gegebenenfalls undichten Verbindungsstellen steht. Ein derartiges Verfahren sowie eine entsprechende Anlage sind Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche, die den Umfang der vorliegenden Erfindung definieren. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Definitionen

Unter einem Kohlenstoffmonoxid enthaltenden Produktgasstrom sind sowohl Kohlenstoffmonoxid in unterschiedlichen Reinheiten als auch Synthesegasgemische, die neben Kohlenstoffmonoxid auch noch andere Komponenten, wie beispielsweise Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und/oder Wasser, enthalten können, zu verstehen.

Alle im Rahmen dieser Anmeldung erwähnten Zusammensetzungen und Anteile von Gasgemischen beziehen sich jeweils auf das zugrundeliegende Trockenvolumen des Gasgemisches, also den nichtwässrigen Anteil.

Im hier verwendeten Sprachgebrauch werden Gasgemische bzw. Ströme auch dann als frei von einer oder mehreren Komponenten bezeichnet, wenn der Anteil dieser Komponente(n) an dem jeweiligen Gasgemisch bzw. Strom 0,1 % nicht übersteigt. Hingegen soll ein Gasgemisch bzw. ein Strom im hier verwendeten Sprachgebrauch als die Komponente(n) enthaltend bezeichnet, wenn der Anteil dieser Komponente(n) oberhalb dieser Werte liegt.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einem an einer oder mehreren bestimmten Komponenten angereicherten Gasstrom ein Gasstrom verstanden, der mindestens den 1,1-fachen, 1,5-fachen, 2-fachen, 3-fachen, 5-fachen, 10-fachen, 100- fachen oder 1000-fachen Gehalt an dieser oder diesen Komponenten im Vergleich zu einem Bezugsstrom aufweist, wobei im Falle von mehreren Komponenten die Summe der Gehalte der Einzelkomponenten betrachtet wird.

Entsprechend wird unter einem an einer oder mehreren Komponenten "abgereicherten Gasstrom ein Gasstrom verstanden, der im Vergleich zu einem Bezugsstrom höchstens den 0,9-fachen, 0,75-fachen, 0,5-fachen, 0,25-fachen, 0,1-fachen, 0,01- fachen oder 0,001 -fachen Gehalt an dieser oder diesen Komponenten aufweist. Wenn nicht explizit anders definiert, wird als Bezugsstrom der Gasstrom verstanden, aus dem der angereicherte bzw. abgereicherte Gasstrom gebildet wird.

Ein Druckniveau bezeichnet im Sprachgebrauch der vorliegenden Anmeldung einen Bereich von Drücken, die sich nicht mehr als 1 %, 2 %, 3 %, 5 %, 10 %, 20 % oder 25 % von einem Zieldruck unterscheiden.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist meist, wenn von Gasgemischen die Rede ist, eventuell enthaltener Wasserdampf nicht explizit erwähnt. Viele der Gasströme sind jedoch typischerweise wasserdampfgesättigt oder -haltig. Es wird also meist der wasserfreie Anteil des Gasgemischs betrachtet.

Merkmale und Vorteile der Erfindung

Das Abschirmgas enthält gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise keine Komponenten, die sich nicht oder nur unter hohem Aufwand von den in dem Verfahren eingesetzten und/oder gebildeten Gaskomponenten abtrennen lassen. Insbesondere ist das Abschirmgas frei von molekularem Sauerstoff, Stickstoff, Argon und Kohlenwasserstoffen. Besonders vorteilhaft wird das Abschirmgas aus ohnehin in dem Verfahren eingesetzten Gasströmen gebildet, so dass im Falle eines Lecks keine zusätzlichen Gaskomponenten in das Verfahren eingeführt werden.

Dabei wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Verfahren bereitgestellt, in dem die unterhalb des Atmosphärendruckniveaus betriebenen Anlagenteile der Adsorptionsanlage in beschriebenerWeise von dem Abschirmgas umgeben werden. Insbesondere werden die Anlagenteile von dem Abschirmgas umströmt oder in einem zumindest teilweise statisch mit dem Abschirmgas beaufschlagten Behälter untergebracht. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine entsprechende Vorrichtung bereit.

Vorzugsweise wird das Abschirmgas dabei so geführt, dass es mit einer Außenhülle der oben beschriebenen Anlagenteile in Kontakt steht und sämtliche anderen Gase von der gesamten Außenhülle dieser Anlagenteile, oder zumindest der Außenhülle aller Teile mit erhöhter Leckagewahrscheinlichkeit wie Flansche oder Ventile, verdrängt. Dazu wird das Abschirmgas insbesondere auf einem Abschirmgasdruckniveau gehalten, das über dem natürlichen Atmosphärendruck, zumindest jedoch oberhalb des Desorptionsdruckniveaus, liegt und vorteilhafterweise dem Adsorptionsdruckniveau oder dem Umsetzungsdruckniveau entsprechen kann.

Vorteilhafterweise wird jeweils nur soviel Abschirmgas bereitgestellt, wie über Leckagen in das System entweicht. Das Abschirmgasdruckniveau kann über eine Druckregelung konstant gehalten werden, wobei beispielsweise ein Ventil nur dann öffnet wenn das Abschirmgasdruckniveau durch Leckagen abfällt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Rohgasstrom, der auf dem Umsetzungsdruckniveau aus einem Einsatz unter Anwendung der Umsetzung erhalten wird, vorteilhafterweise unter Erhalt eines Adsorbatstroms und eines Vorproduktstroms der Vakuum-Druckwechseladsorption unterworfen, die die Schritte einer Adsorption bei dem Adsorptionsdruckniveau und der Desorption bei dem Desorptionsdruckniveau umfasst. Der Adsorbatstrom wird dabei bezogen auf den Rohgasstrom an Kohlenstoffmonoxid abgereichert und an Kohlenstoffdioxid angereichert, während der Vorproduktstrom bezogen auf den Rohgasstrom an Kohlenstoffmonoxid angereichert und an Kohlenstoffdioxid abgereichert wird.

Vorteilhafterweise wird der Adsorbatstrom als Recyclingstrom zusammen mit einem Frischeinsatz zur Erhöhung des Kohlenstoffdioxid- Umsatzes unter Verdichtung auf das Umsetzungsdruckniveau zu der Umsetzung zurückgeführt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Vorproduktstrom in einer Produktverdichtung auf ein gewünschtes oder vorgegebenes Produktdruckniveau verdichtet, wenn dieses über dem Adsorptionsdruckniveau liegt. An bestimmten Stellen der Anlage können Kondensatoren, Wasserabscheider und Wärmetauscher vorgesehen sein, um die Prozessbedingungen, beispielsweise für die Vakuum-Druckwechseladsorption, einzustellen. Diese zusätzlichen Anlagenteile bzw. Prozessschritte sind jeweils nicht explizit beschrieben, für einen wirtschaftlichen Betrieb des Verfahrens jedoch vorteilhaft.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Abschirmgas zumindest teilweise als ein Frischeinsatz für die Umsetzung verwendet bzw. wird der Frischeinsatz zunächst als das Abschirmgas verwendet. Das hat den besonderen Vorteil, dass kein zusätzliches Gas als Abschirmgas bereitgestellt werden muss und ist daher besonders ökonomisch.

Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Teil des Produktgasstroms als das Abschirmgas verwendet und danach zusammen mit dem Vorproduktstrom, gegebenenfalls über eine ggf. vorhandene Produktverdichtung, in den Produktgasstrom überführt.

Um sicherzustellen, dass keine Fremdkomponenten, wie beispielsweise Schmierstoffe oder Abrieb von mechanischen Anlagenteilen, in das Verfahren eingetragen werden, kann es vorteilhaft sein, als das Abschirmgas einen Gasstrom zu verwenden, der nach der Verwendung als das Abschirmgas aus dem Verfahren ausgeschleust wird. Beispielsweise können hierfür ein Teil des frischen Kohlenstoffdioxids oder ein aus dem Vorproduktstrom abgetrenntes Nebenprodukt als Bestandteile des Abschirmgases vorgesehen sein. Je nachdem, welcher Gasstrom als das Abschirmgas verwendet wird, kann dies jedoch zur Senkung des Gesamtwirkungsgrades führen, weshalb auch die Rückführung des Abschirmgases in das Verfahren vorteilhaft sein kann.

Bei der Auswahl einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens sollten also verschiedene Einflussparameter berücksichtigt werden, wie beispielsweise Energieeffizienz, Atomeffizienz, mögliche Reaktionen zwischen Bestandteilen des Abschirmgases und von ihm umströmten Anlagenteilen oder erforderliche Produktreinheit.

Wenn bei der Aufreinigung des Vorproduktstroms ein Membrantrennverfahren zum Einsatz kommt, wie dies in einer Ausgestaltung der Erfindung der Fall ist, kann es besonders vorteilhaft sein, ein Permeat eines oder mehrerer Membrantrennschritte zur Bereitstellung des Abschirmgases zu verwenden. Insbesondere kann ein Trennschritt des Membrantrennverfahrens, beispielsweise durch die Auswahl einer geeigneten Membran, so ausgestaltet sein, dass das für das Abschirmgas verwendete Permeat besonders stark an einer oder mehreren Komponenten abgereichert ist. Insbesondere kann es in Abhängigkeit von den Materialien, aus denen die von dem Abschirmgas umströmten Anlagenteile gefertigt sind, besonders vorteilhaft sein, wenn in dem Abschirmgas möglichst wenig Kohlenstoffmonoxid enthalten ist. Dadurch kann eine in bestimmten Fällen zu befürchtende Carbonylbildung verhindert werden, wodurch einer möglichen Beschädigung der Anlage und einer Verunreinigung des Produktgasstroms vorgebeugt wird. Allgemein gesprochen kann damit unter Verwendung des Vorproduktstroms ein an Kohlenstoffmonoxid abgereichertes Gas oder Gasgemisch bereitgestellt und als das Abschirmgas verwendet werden.

Beispielsweise kann ein Trennschritt der Membrantrennung so ausgestaltet sein, dass sich das Permeat im Wesentlichen aus Wasserstoff zusammensetzt, der gegebenenfalls ohnehin aus dem Produktgasstrom entfernt werden soll. Um eine Anreicherung des Wasserstoffs im Recyclingkreislauf zu verhindern, kann das Permeat dann nach der Verwendung als das Abschirmgas aus dem Verfahren ausgeschleust und damit verworfen werden.

Zur Erhöhung der Ausbeute der Membrantrennung kann es aber auch vorteilhaft sein, das Abschirmgas ganz oder teilweise zu der Membrantrennung zurückzuführen.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren für die Nachbehandlung verschiedener Gasprodukte aus ganz unterschiedlichen Umsetzungsprozessen einsetzbar. Insbesondere ist es vorteilhaft einsetzbar, wenn die Umsetzung eine Niederdruckelektrolyse bzw. eine Niederdruck-Ko-Elektrolyse von Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoffmonoxid umfasst oder eine Reformierung von Methan und Kohlenstoffdioxid zu einem Synthesegas, das im Wesentlichen aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid besteht.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine Grundausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figuren 2 bis 4 zeigen weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen eine Membrantrennung zum Einsatz kommt.

Figuren 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei denen eine Membrantrennung und eine Methan-Kohlenstoffdioxid- Reformierung als Umsetzung zum Einsatz kommen.

Detaillierte Beschreibung der Figuren

In Figur 1 ist eine Grundform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Ein Einsatz 3 wird einer Umsetzung E, beispielsweise einer Niederdruck- Elektrolyse, unterworfen. Dabei wird ein Rohgasstrom 4 gebildet, der seinerseits einer Vakuum-Druckwechseladsorption A unterworfen wird, die eine auf einem Adsorptionsdruckniveau betriebene Adsorption und eine, das eingesetzte Adsorbens regenerierende, auf einem Desorptionsdruckniveau betriebene Desorption umfasst, wobei ein Vorproduktstrom 5 auf dem Adsorptionsdruckniveau und ein Adsorbatstrom 7 auf dem Desorptionsdruckniveau gebildet werden.

Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Vorproduktstrom 5 in den Produktgasstrom 6 überführt, wobei er auf das Produktdruckniveau verdichtet wird. Der Adsorbatstrom 7 wird nach Rückverdichtung auf das Umsetzungsdruckniveau als Recyclingstrom 8 zusammen mit einem Frischeinsatz 2, der Kohlenstoffdioxid enthält, zu dem Einsatz 3 vermischt und in die Umsetzung E zurückgeführt. Die Anlagenteile der Vakuum-Druckwechseladsorption A, die während der Desorption auf dem Desorptionsdruckniveau mit unteratmosphärischem Druck beaufschlagt sind, werden von einem Abschirmgas 1 umströmt, das in diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung von nicht der Umsetzung unterworfenem Kohlenstoffdioxid gebildet wird und nach der Verwendung als das Abschirmgas 1 aus dem Verfahren ausgeschleust und verworfen wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Abschirmgas nur aus dem Verfahren ausgeschleust, wenn er durch ein Leck entweichen kann. Sollte dies nicht der Fall sein, verbleibt das Abschirmgas dauerhaft auf dem Abschirmgasdruckniveau um die oben benannten Anlagenteile der Vakuum-Druckwechseladsorption herum.

Typischerweise enthält der Rohgasstrom 45-50 % Kohlenstoffmonoxid, 95-50 % Kohlenstoffdioxid und 0-5 % Wasserstoff. Der Einsatz 3 enthält typischerweise 70- 100% Kohlenstoffdioxid. Der Frischeinsatz 2 besteht zu einem ganz überwiegenden Anteil von mindestens 90 % aus Kohlenstoffdioxid. Der Recyclingstrom 8 enthält typischerweise 70-95 % Kohlenstoffdioxid sowie 5-30 % Kohlenstoffmonoxid und einen geringen Anteil an Wasserstoff. Die Zusammensetzung des Produktgasstroms bewegt sich im Bereich von 90-100 % Kohlenstoffmonoxid, 10-5000 ppm Kohlenstoffdioxid und 0-10 % Wasserstoff. Weitere Verunreinigungen werden in Summe auf einen Anteil von unter 100 ppm begrenzt. In Figur 2 ist schematisch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei der entgegen den Erläuterungen zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 das Abschirmgas 1 nicht aus dem Verfahren ausgeschleust und verworfen wird, sondern als Frischeinsatz 2 in das Verfahren eingeleitet und zusammen mit dem Recyclingstrom 8 als Einsatz 3 der Umsetzung E zugeführt wird. Alle weiteren Verfahrensschritte dieses Ausführungsbeispiels entsprechen dem unter Bezugnahme auf Figur 1 bereits beschriebenen Verfahren.

Figur 3 zeigt schematisch eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein Teil des Produktgasstroms 6 als das Abschirmgas 1 verwendet wird und danach zusammen mit dem Vorproduktstrom 5 unter Verdichtung auf das Produktdruckniveau in den Produktgasstrom 6 überführt wird.

In Figur 4 ist schematisch ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Vorproduktstrom 5 nach der Verdichtung auf das Produktdruckniveau einer Membrantrennung M unterworfen wird, wobei als Retentat der Produktgasstrom 6 und als Permeat ein Gasgemisch erhalten wird, das zu einem ersten Teil als das Abschirmgas 1 verwendet und danach aus dem Verfahren ausgeschleust und verworfen wird, und zu einem zweiten Teil 9 als Membranrecycle zusammen mit dem Vorproduktstrom 5 zu der Verdichtung auf das Produktdruckniveau und der Membrantrennung zurückgeführt wird. Durch die Ausschleusung des ersten Teils des Permeats als das Abschirmgas 1 aus dem Verfahren kann einerseits eine Akkumulation von unerwünschten Gaskomponenten im Permeat verhindert werden, andererseits kann durch die Rückführung des zweiten Teils des Permeats 9 als Membranrecycle die Ausbeute der Membrantrennung M erhöht werden.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens, die der in Figur 4 dargestellten sehr ähnlich ist. Der Unterschied zu letzterer besteht darin, dass in ersterer der zweite Teil 9 des Permeats aus dem Verfahren ausgeschleust und verworfen wird, während der erste Teil als das Abschirmgas 1 verwendet und danach als Membranrecycle zusammen mit dem Vorproduktstrom 5 zu der Verdichtung auf das Produktdruckniveau und der Membrantrennung M zurückgeführt wird.

Figur 6 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, bei dem eine autotherme Methan-Kohlenstoffdioxid-Reformierung als die Umsetzung E zum Einsatz kommt. In diesem Ausführungsbeispiel sind der Umsetzung E einige Prozessschritte B, D, R, S vorgeschaltet, die eine Aufbereitung von Bestandteilen des Einsatzes 3 umfassen und Energie sowie Einsatzstoffe für die Umsetzung E sowie die vorgelagerten Schritte B, D, R, S bereitstellen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Membrantrennung M als mehrstufige Membrantrennung ausgestaltet. Dabei wird ein erstes Retentat 5a eines ersten Trennschritts einem zweiten Trennschritt unterworfen, wobei der Produktgasstrom 6 und ein Permeat des zweiten Trennschritts 9a gebildet wird. Das Permeat des zweiten Trennschritts 9a wird als Membranrecycle zusammen mit dem Vorproduktstrom zu der Verdichtung auf das Produktdruckniveau und der (mehrstufigen) Membrantrennung M zurückgeführt. Ein Permeat des ersten Trennschritts wird als das Abschirmgas 1 verwendet und anschließend zu dem der Umsetzung E vorgelagerten Schritt B zurückgeführt, in dem Bestandteile des Abschirmgases 1 zur Bereitstellung von Prozessenergie für die anderen der Umsetzung vorgelagerten Schritte D, R, S verbrannt werden. Die Verbrennungsprodukte werden dann aus dem Verfahren ausgeschleust und verworfen oder können alternativ nach einer entsprechenden Aufbereitung (hier nicht gezeigt) mit dem Frischeinsatz 2 in den Einsatz 3 eingespeist und zu der Umsetzung E zurückgeführt werden.