mtce

Dipl.-Ing. Meinolf Trondt 
 
Consulting&Engineering

Synthesegas-Aufbereitung

Das Produktgas aus der Vergasung von Kohle bzw. Biomasse ( Synthesegas) muss nach Abkühlung und Entstaubung abhängig vom Verwendungszweck weiter aufbereitet werden. Wichtige Verfahrensschritte sind

Wasserwäsche

In der Wasserwäsche werden Flugstaub, HCl bzw. NH4Cl und HF abgeschieden .

Konvertierung 

Abhängig vom Verwendungszweck des Synthesegases wird

• eine Konvertierung des gesamten Gasstroms beim Zielprodukt Wasserstoff
• die Konvertierung eines Teilstromes  abhängig vom gewünschten H2:CO-Verhältnis für die Methanol- bzw. FT-Synthese
• keine Konvertierung bei „direkter“ Nutzung als Brenngas 

durchgeführt. 

Es kommen schwefelresistente Katalysatoren zum Einsatz.

Abhängig vom gewünschten CO-Gehalt im Austrittsgas wird die Konvertierung  1- bzw. 2- stufig durchgeführt.

In der Konvertierung laufen ( nach Aufsättigung bzw. nach Dampfzugabe) neben der gewünschten Hauptreaktion

CO + H2O = CO2 + H2      mit   Kp =  (p CO2* p H2) / (p CO* p H2O)

weitere folgenden Reaktionen ab

COS + H2O = H2S + CO2  mit   Kp =  (p H2S* p CO2) / (p COS* p H2O)

2 HCN + 2H2O= 3H2+ 2CO+N2  mit  Kp = (p H2 ³ * p CO² * p N2 ) / (p HCN² * p H2O²)

Bestimmende Größe bei der Auslegung der Konvertierung ist in der Regel der gewünschte CO-Gehalt im Austritt der Konvertierung. COS wird praktisch vollständig zu H2S umgesetzt.

Hydrolyse

Bei „direkter Nutzung“ des Synthesegases als Brenngas ohne Konvertierung kann eine Hydrolyse erforderlich werden, da in den in Frage kommenden H2S-/CO2- Wäschen keine simultane COS- Abscheidung erfolgt .

COS + H2O = H2S + CO2    mit   Kp =  (p H2S* p CO2) / (p COS* p H2O)

2 HCN + 2H2O= 3H2+ 2CO+N2  mit  Kp = (p H2 ³ * p CO² *p N2 ) / (p HCN² * p H2O²)

H2S- /CO2- Entfernung

Physikalische Wäschen

Die Physikalische Wäsche beruht auf der unterschiedlichen Löslichkeit der einzelnen Gaskomponenten in einem organischen Waschmittel, z.B. Methanol oder Dimethyläther des Polyäthylenglycol. Grundsätzlich ist alternativ

• eine selektive H2S-Abscheidung
• eine gemeinsame H2S- und CO2-Abscheidung
• eine selektive H2S- und CO2-Abscheidung möglich

Chemische Wäschen

Die Auswaschung von CO2 und/oder H2S erfolgt durch chemische Reaktion mit dem Waschmittel z.B. Mono-, Di-, Triäthanolamin u.a.  Die Regeneration des Waschmittels wird in der Regel durch Wärmezufuhr in Verbindung mit einer Entspannung durchgeführt. Aufgrund unterschiedlicher Reaktionsgeschwindigkeiten für H2S und CO2 ist bei einem Teil der Waschmittel eine selektive H2S-Abscheidung möglich. Die erhöhte Selektivität wird zu Lasten des H2S-Reingasgehaltes erreicht.

Physikalisch- Chemische Wäschen

In den chemisch-physikalischen Wäschen wird als Waschmittel eine Mischung aus einer chemisch wirkenden und einer physikalisch wirkenden Absorptionsflüssigkeit eingesetzt.

Nasschemische Oxidations-Verfahren

In den nasschemisch–oxidativen Wäschen wird der Schwefelwasserstoff mit einer regenerierten Waschflüssigkeit ausgewaschen und unmittelbar zu Schwefel aufoxidiert. Da das Reaktionsprodukt (Elementar-Schwefel) dem homogenen Reaktionssystem entzogen wird, gibt es keine thermodynamische Begrenzung der erreichbaren H2S-Gehalte. CO2 und COS werden nicht ausgewaschen.

Wasserstoffkonzentrierung

Für die Gewinnung von Reinwasserstoff  wird in der Regel das Verfahren der Druckwechseladsorption eingesetzt. Mehrere zyklisch geschaltete Adsorber-Behälter sind mit Molsieb gefüllt. Alle Nicht-Wasserstoff-Bestandteile des Gases, das Adsorber 1 durchstömt,  mit Ausnahme von Argon werden vom Adsorber aufgenommen. Wenn die Beladbarkeit des Adsorbers erreicht ist, wird auf Adsorber 2 geschaltet, Adsorber 1 entspannt, gespült und dann mit Reinwasserstoff wieder auf Druck gebracht. Das Entspannungsgas wird über einen Speicher in der Regel als Heizgas genutzt.