Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von Synthesegas aus der Vergasung Kohlenstoff-haltiger Feststoffe, mit deren Hilfe ein Kohlenstoff-haltiges Synthesegas zur Herstellung von Methanol aufbereitet werden kann.

Um Methanol herzustellen, ist es bekannt ein Synthesegas einzusetzen, das reich an CO und H ₂ ist. Dieses Synthesegas kann durch eine Vergasung Kohlenstoff-haltiger Feststoffe hergestellt werden. Bei der Vergasung wird beispielsweise Kohle bei einem Druck von ca. 40 bar partiell oxidiert. Bei der Vergasung von Kohle entstehen jedoch für die Methanol- Herstellung unerwünschte Schwefelverbindungen, wie beispielsweise H ₂ S, das vor der Methanol-Herstellung abgetrennt werden muss. Nach der Vergasung wird eine CO- Konvertierung durchgeführt wird, um beispielsweise ein Verhältnis H ₂ : CO von ungefähr 2:1 einzustellen. Das bei der Konvertierung entstehende CO ₂ ist aus dem Synthesegas abzutrennen. Aufgrund des Druckes des Synthesegases von ca. 30 bar kann das Synthesegas nach der Vergasung bzw. nach der CO-Konvertierung einer physikalischen Gaswäsche unterzogen werden, um H ₂ S und CO ₂ mit Hilfe eines flüssigen Lösungsmittels abzutrennen.

Nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist, dass insbesondere im großindustriellen Maßstab mit Synthesegasmengen von mehreren 100.000 m /h ein hoher apparativer Aufwand und hoher Energieeinsatz erforderlich ist. Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Anlage zur Behandlung von Synthesegas aus der Vergasung Kohlenstoff-haltiger Feststoffe zu schaffen, bei denen der erforderliche Energieeinsatz reduziert ist ohne den apparativen Aufwand zu erhöhen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Synthesegas aus der Vergasung Kohlenstoff-haltiger Feststoffe erfolgt ein Bereitstellen eines durch eine Vergasung von Kohlenstoff-haltigem Feststoff erhältlichen Synthesegases. Das Synthesegas wird in einer Gaswäsche gereinigt. Nachfolgend erfolgt ein Komprimieren des gewaschenen Synthesegases auf einen Betriebsdruck für eine nachfolgende Synthese, insbesondere Methanolerzeugung, aus dem Synthesegas. Erfindungsgemäß erfolgt direkt vor der Reinigung in der Gaswäsche eine Zwischenkomprimierung des Synthesegases.

Obwohl das Synthesegas nach der Vergasung einen hinreichend hohen Druck für die Gaswäsche aufweist, wird das Synthesegas vor der Gaswäsche zusätzlich komprimiert und auf einen noch höheren Druck gebracht. Das Synthesegas weist nach der Vergasung beispielsweise einen Druck von 30 bar ± 3 bar auf. Die Zwischenkomprimierung gleicht nicht nur einen über die Leitungslänge entstandenen Druckverlust aus, um das Synthesegas wieder auf das Druckniveau nach der Vergasung zu bringen, sondern kann über das nach der Vergasung erreichte Druckniveau deutlich hinausgehen. Durch die zusätzliche Kompression des Synthesegases verbessert sich die Aufnahmekapazität eines bei der Gaswäsche eingesetzten physikalischen Lösungsmittels, so dass der Lösungsmittelumlauf deutlich reduziert werden kann. Gleichzeitig ergibt sich bei einem konstanten Massenstrom des Synthesegases ein geringerer Volumenstrom, so dass die Gaswäsche kleiner dimensioniert werden kann und weniger parallele Produktionsstraßen erforderlich sind. Vorzugsweise im großindustriellen Maßstab insbesondere mit einem Volumenstrom von über 500.000 m /h ist es dadurch möglich die Anzahl mehrerer parallel geschalteter Gaswäschen zu reduzieren, wodurch sich der apparative Aufwand verringert. Auch die Regeneration des Lösungsmittelstroms sowie die Abtrennung der mit dem Lösungsmittelstrom ausgewaschenen Bestandteile des Synthesegases, wie beispielsweise H ₂ S und CO ₂ kann kleiner dimensioniert werden und/oder in einer geringeren Anzahl von Apparaten durchgeführt werden. Das ausgewaschene CO ₂ kann in der Gaswäsche von einem höheren Druckniveau entspannt werden. Aufgrund der höheren Entspannungskälte des abgetrennten CO ₂ erfolgt ein zusätzlicher Kühleffekt während der Gaswäsche. Dadurch ist es möglich das Lösungsmittel für die Gaswäsche in einem deutlich geringeren Ausmaß mit Fremdenergie aus einem Kältereservoir zu kühlen. Der Energieeinsatz für die Zwischenkomprimierung wird also wieder teilweise durch die eingesparte Kühlleistung der Gaswäsche kompensiert, so dass für das erfindungsgemäße Verfahren ein geringerer Energieeinsatz erforderlich ist. Aufgrund der kleineren Dimensionierung der Gaswäsche wird der apparative Aufwand für das erfindungsgemäße Verfahren trotz eines zusätzlichen Verdichters nicht erhöht.

Besonders bevorzugt erfolgen das Zwischenkomprimieren und das Komprimieren durch einen gemeinsamen mehrsträngigen Verdichter. Insbesondere wird für das Zwischenkomprimieren und das Komprimieren genau ein Verdichterantrieb verwendet. Der Verdichter kann beispielsweise zwei oder mehr Verdichterstufen aufweisen, die in räumlicher Nähe zueinander angeordnet sind, wobei die eine Stufe als Hauptkompressor für die Komprimierung nach der Gaswäsche und die andere Stufe als Zusatzkompressor für die Zwischenkomprimierung verwendet wird, wobei beide Stufen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein können. Ferner kann der Verdichter eine Niederdruckstufe für die Zwischenkomprimierung und eine Hochdruckstufe für die Komprimierung nach der Gaswäsche aufweisen. Der Verdichter weist somit einen ersten Strang für die Zwischenkomprimierung und einen vom ersten Strang getrennten zweiten Strang für die Komprimierung nach der Gaswäsche auf. Durch die Verwendung eines gemeinsamen - A -

Verdichters ist es möglich sowohl die Zwischenkomprimierung als auch die Komprimierung in einer gemeinsamen Baueinheit durchzuführen, die einfacher gewartet und leichter geregelt werden kann. Ferner ist es möglich für die Zwischenkomprimierung und die Komprimierung genau einen Verdichterantrieb zu verwenden, so dass ein gemeinsamer größer dimensionierter Verdichterantrieb ausreichend ist eine Druckerhöhung vor der Gaswäsche und nach der Gaswäsche durchzuführen. Zwei voneinander getrennte Verdichterantriebe, welche die Kosten erhöhen würden, sind dadurch nicht erforderlich.

Insbesondere weist das Synthesegas nach dem Komprimieren einen Druck P _K von 70 bar < P _K ≤ 180 bar, vorzugsweise 80 bar < P _K ≤ 120 bar und besonders bevorzugt

90 bar < P _K ≤ 100 bar auf. Bei einem derartigen Druck kann die nachfolgende Synthese, insbesondere eine Methanolerzeugung mit einer entsprechend hohen Ausbeute erfolgen.

Vorzugsweise weist das Synthesegas bei der Vergasung des Kohlenstoff-haltigen Feststoffes, beispielsweise Kohle, einen Druck pv auf, für den 10 bar < pv ≤ 50 bar, insbesondere

20 bar < pv ≤ 50 bar und vorzugsweise 25 bar < pv ≤ 45 bar gilt. Bei derartigen Drücken kann auch bei niedrigeren Temperaturen eine möglichst vollständige Vergasung der Kohlenstoffhaltigen Feststoffe erfolgen, wodurch der Energieeinsatz bei der Vergasung gering gehalten wird.

Vorzugsweise weist das Synthesegas nach dem Zwischenkomprimieren einen Druck pz auf, für den 40 bar < p _z < 80 bar, insbesondere 45 bar < p _z < 70 bar und vorzugsweise 50 bar < pz < 65 bar gilt.

Insbesondere erfolgt die Reinigung in der Gaswäsche mit Hilfe eines physikalischen, insbesondere flüssigen, Lösungsmittels bei einer durchschnittlichen Temperatur T _G , für die -70 C < T _G ≤ 10 C, insbesondere -60 C < T _G ≤ -2 C und vorzugsweise -55 C < T _G < -2 C gilt. Ferner kann die durchschnittliche Temperatur T _G -25°C < T _G < -2°C, vorzugsweise -15°C < T _G ≤ -5°C betragen. Der durch die Zwischenkomprimierung erhöhte Synthesegasdruck ermöglicht eine höhere Entspannung des CO ₂ in der Gaswäsche. Der dadurch bewirkte zusätzliche Kühleffekt ermöglicht die erforderliche Kühleinrichtung deutlich kleiner zu dimensionieren.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Behandlung von Synthesegas aus der Vergasung Kohlenstoff-haltiger Feststoffe, wobei die Anlage insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Die Anlage weist eine Gaswäsche zur Reinigung eines durch eine Vergasung von Kohlenstoff- haltigen Feststoffen erhältlichen

Synthesegases auf. Ferner ist ein Hauptkompressor zur Komprimierung des in der Gaswäsche gereinigten Synthesegases vorgesehen. Erfmdungsgemäß ist ein Zusatzkompressor zur Zwischenkomprimierung des Synthesegases direkt vor der Gaswäsche vorgesehen. Die Anlage kann insbesondere wie vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert aus- und weitergebildet sein. Durch die Zwischenkomprimierung wird bei gleichem Massenstrom ein geringerer Volumenstrom erreicht, so dass insbesondere die nachfolgende Gaswäsche kleiner dimensioniert werden kann, wodurch der apparative Aufwand der Anlage reduziert wird. Gleichzeitig wird in der Gaswäsche eine stärkere Entspannung des abgetrennten CO ₂ erreicht, wodurch ein zusätzlicher Kühleffekt in der Gaswäsche erzeugt wird, aufgrund dessen eine energieintensive Kühlung eines Lösungsmittels für die Gaswäsche reduziert werden kann. Dies führt zu einem geringeren Energieeinsatz.

Insbesondere weist das dem Zusatzkompressor vor der Gaswäsche zugeführte Synthesegas einen Druck pv auf, für den 10 bar < pv ≤ 50 bar, insbesondere 20 bar < pv ≤ 40 bar und vorzugsweise 25 bar < pv ≤ 35 bar gilt. Dieser Druck ist ungefähr 6 bis 10 bar geringer als der Betriebsdruck bei der Vergasung des Kohlenstoff-haltigen Feststoffes in einer Vergasungseinheit. Obwohl dieser Druck bereits für eine physikalische Gaswäsche mit einem Lösungsmittel ausreichen würde, erfolgt durch den Zusatzkompressor eine zusätzliche Zwischenkomprimierung.

Vorzugsweise ist ein mehrsträngiger Verdichter vorgesehen, wobei der Verdichter den Zusatzkompressor zur Ausbildung mindestens eines ersten Stranges und den

Hauptkompressor zur Ausbildung mindestens eines zweiten Stranges aufweist. Der Hauptkompressor und der Zusatzkompressor sind also in einer gemeinsamen Baueinheit zusammengefasst, wobei der erste Strang für die Zwischenkomprimierung vor der Gaswäsche und der zweite Strang für die Komprimierung nach der Gaswäsche voneinander getrennt sind. Bei dem Hauptkompressor und dem Zusatzkompressor kann es sich auch um unterschiedliche Stufen des Verdichters handeln. Beispielsweise weist der Verdichter eine Niederdruckstufe auf, durch welche der Zusatzkompressor ausgebildet wird, und eine Hochdruckstufe, durch welche der Hauptkompressor ausgebildet wird.

Besonders bevorzugt sind der Hauptkompressor und der Zusatzkompressor durch genau einen Verdichterantrieb antreibbar. Beispielsweise ist für den Hauptkompressor und den Zusatzkompressor eine gemeinsame Antriebswelle vorgesehen, die mit genau einem Motor verbunden ist. Falls aufgrund einer Betriebsstörung der Hauptkompressor oder der Zusatzkompressor ausfallen sollte, fällt automatisch der andere Kompressor ebenfalls aus. Ferner wird die Anzahl der Verdichterantriebe reduziert, so dass der Wartungsaufwand verringert ist.

Besonders bevorzugt stellt der Zusatzkompressor nach dem Zwischenkomprimieren einen Druck pz bereit, für den 40 bar < pz ≤ 80 bar insbesondere 45 bar < pz ≤ 70 bar und vorzugsweise 50 bar < pz ≤ 65 bar gilt.

Insbesondere weist die Gaswäsche ein physikalisches, insbesondere flüssiges, Lösungsmittel auf. Ferner ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, die in der Gaswäsche eine durchschnittliche Temperatur T _G regelt, für die -70 ⁰ C < T _G < 10 ⁰ C insbesondere -60 ⁰ C < T _G < -2°C und vorzugsweise -55°C < T _G < -2°C gilt. Aufgrund des zusätzlichen Kühleffekts durch die Entspannung des CO ₂ in der Gaswäsche, kann die Kühleinrichtung deutlich kleiner dimensioniert werden. Zusätzlich ist es möglich das Lösungsmittel mit einer entsprechend höheren Temperatur in die Gaswäsche einzuleiten und durch die Entspannungskälte auf die beabsichtigte Temperatur herunterzukühlen. Dadurch kann eine Erhöhung der erforderlichen Kühlleistung zum Kühlen des Lösungsmittels vermieden werden.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 : Ein schematisches Fließbild einer erfindungsgemäßen Anlage.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage 10 zur Behandlung von Synthesegas aus der Vergasung Kohlenstoff-haltiger Feststoffe wird ein Luftstrom 12, der im Wesentlichen Umgebungsluft enthält, in einer Lufttrennung 14 in einen Sauerstoffstrom 16 und einen Stickstoffstrom 18 aufgetrennt. Der Stickstoffstrom 18 kann auch weitere Gase enthalten, wie beispielsweise CO ₂ oder Edelgase. Der Sauerstoffstrom 16 wird einer Vergasungseinheit 20 zugeführt, der ein Feststoffstrom 22 mit Kohlenstoff-haltigen Feststoffen, wie beispielsweise Kohle, zugeführt wird. In der Vergasungseinheit 20 wird der Kohlenstoff-haltige Feststoff beispielsweise durch eine partielle Oxydation mit Hilfe des zugeführten Sauerstoffstroms 16 vergast. Die Vergasung in der Vergasungseinheit 20 erfolgt insbesondere bei einem erhöhten Druck von beispielsweise 40 bar.

Die in der Vergasungseinheit 20 erzeugten Synthesegase 24 verlassen die Vergasungseinheit 20 und werden erforderlichenfalls einer CO-Konvertierung 25 zugeführt wird, um die Zusammensetzung des Synthesegases 24 möglichst optimal einzustellen. Hierzu wird beispielsweise ein Verhältnis von H ₂ ICO von ungefähr 2:1 eingestellt. Ein die CO- Konvertierung 25 verlassendes Synthesegas 27 wird nachfolgend einer Gaswäsche 26 zugeführt. Mit Hilfe eines Lösungsmittelstroms 28, welcher der Gaswäsche 26 zugeführt wird, können Schwefelhaltige Verbindungen, insbesondere H ₂ S, und das in der CO- Konvertierung 25 entstandene CO ₂ aus dem Synthesegas 27 herausgewaschen werden. Dadurch verlässt ein mit Schwefelverbindungen und CO ₂ beladener Lösungsmittelstrom 30 die Gaswäsche 26. Der beladene Lösungsmittelstrom 30 wird in einer Reinigungseinheit 32 gereinigt, so dass ein Gasstrom 34 mit Schwefelhaltigen Verbindungen und ein CO ₂ -Strom 35 aus dem beladenen Lösungsmittelstrom 30 abgetrennt werden können. Ein gereinigter

Lösungsmittelstrom 36 wird im Kreis geführt und der Gaswäsche 26 wieder zugeführt. Hierzu wird der gereinigte Lösungsmittelstrom 36 zunächst einer Kühleinrichtung 38 zugeführt, um eine geeignete Temperatur für den Lösungsmittelstrom 28 einzustellen.

Nach der Gaswäsche mit Hilfe eines physikalischen flüssigen Lösungsmittels verlässt ein gereinigtes Synthesegas 40 die Gaswäsche 26 und wird in einem Hauptkompressor 42 auf einen Betriebsdruck für eine nachfolgende Synthese komprimiert. Das gereinigte Synthesegas 40 kann in der nachfolgenden Synthese weiterverarbeitet werden. Beispielsweise wird das gereinigte Synthesegas 40 einer Methanoleinheit 44 zugeführt, um aus dem gereinigten Synthesegas 40, das einen hohen Anteil an Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff aufweist, Methanol herzustellen. Bei der Methanolherstellung in der Methanoleinheit 44 entstehende Nebenprodukte können in einem Purge-Strom 46 abgeführt und insbesondere weiterverarbeitet werden. Ein aus der Methanoleinheit 44 austretender Methanolstrom 48 kann in einem weiteren Schritt weiter veredelt werden. Beispielsweise kann der Methanolstrom 48 einer Kraftstoffeinheit 50 zugeführt werden, um aus dem Methanolstrom 48 einen Kraftstoffstrom 52 herzustellen, der als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann. Bei der in Fig. 1 dargestellten erfϊndungsgemäßen Anlage 10 erfolgt direkt vor der Gaswäsche 26 eine Zwischenkomprimierung des Synthesegases 27 mit Hilfe eines Zusatzkompressors 54. Durch die Zwischenkomprimierung wird bei gleichem Massenstrom der Volumenstrom verringert, so dass der apparative Aufwand der Anlage 10 verringert werden kann. Insbesondere ist es im großindustriellen Maßstab möglich die Anzahl der Produktionsstraßen insbesondere für die nachfolgenden Produktionsschritte zu reduzieren. Gleichzeitig entsteht bei der Entspannung des aus dem Synthesegas 27 in der Gaswäsche 26 abgetrennten CO ₂ eine größere Entspannungskälte, so dass der Energieeinsatz für die Kühleinheit 38 reduziert werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl der Hauptkompressor 42 nach der Gaswäsche 26 und der Zusatzkompressor 54 vor der Gaswäsche 26 in einen gemeinsamen Verdichter 56 zusammengefasst. Das Synthesegas 27 und das gereinigte Synthesegas 40 sind jedoch in dem Verdichter 56 voneinander getrennt. Insbesondere ist es möglich sowohl den Hauptkompressor 42 als auch den Zusatzkompressor 54 mit genau einem Verdichterantrieb 58 beispielsweise über eine gemeinsame Antriebswelle 60 anzutreiben.